3. Практическая часть

В качестве примера работы нелинейных измерительных преобразователей рассматривается реализация такой операции как извлечение квадратного корня методом обратной функции. Для этого необходимо собрать схему, приведенную на рисунке 2.3

Рисунок 2.3 Схема для извлечения квадратного корня методом обратной функции

В свойствах источника V2 и V4 установить коэффициент V1*V1 (E) равным 1 (остальные коэффициенты должны быть равны нулю). В свойствах источника V3 установить коэффициент V1=1 (B) и V2=-1 (C) (E) (остальные коэффициенты должны быть равны нулю).

Для исследования схемы используется моделирование с вариацией параметров².

Выбрать пункт меню Analysis/Parameter Sweep. Появляется диалоговое окно моделирования с изменением параметров. В полях указать следующие значения:

Component	V1
Parameter	Voltage
Start Value	-5(n+5), V
End Value	5(n+5), V
Sweep Type	Linear
Increment Size	0.1V
Output node	Выход источника V2

где n – порядковый номер студента в списке группы

В поле Sweep for: указать DC Operation point.

После заполнения полей нажать кнопку Simulate. В результате моделирования получается зависимость выходного напряжения источника V2 от линейно изменяющегося напряжения источника V1.

Скопировать получившуюся зависимость и вставить в отчет.

Аналогичным образом исследовать изменение напряжения на выходе источника V3 от линейно изменяющегося напряжения источника V1.

Скопировать получившуюся зависимость и вставить в отчет.

Контрольные вопросы к заданию 2

1. Перечислить основные методы создания нелинейных измерительных преобразователей.

2. Какой смысл понятия «обратная функция»?

3. Из каких полученных зависимостей видно, что для извлечения квадратного корня используется именно метод обратной функции?

4. Какой элемент собранной схемы реализует операцию извлечения квадратного корня?

Задание 3

1. Цель и задачи задания 3

1. Изучить способы реализации функционального преобразования сигналов.

2. Получить практические навыки моделирования логарифматора и антилогарифматора.

2. Теоретическая часть

Антилогарифматоры. Для выполнения операции антилогарифмирования используется нелинейность вольт-амперной характеристики p-n перехода.

Для практической реализации антилогарифмической зависимости используется схема (см. рисунок 3.1а,б), в которой полупроводниковый диод подключен ко входу операционного усилителя. Тогда

где U₀=I₀R_ос ‑ выходное напряжение при U_вх=0; U₁ – входное напряжение при U_вых=еU₀; R_ос – сопротивление обратной связи.

Рисунок 3.1 Схема антилогарифматора

Антилогарифмические преобразователи обычно применяют вместе с логарифмическими, например, для операций умножения, деления, возведения в степень.

Логарифматоры. Для реализации логарифмирования на интегральных элементах используются естественная антилогарифмическая зависимость p-n перехода и возможность получения обратной зависимости при помощи усилителя с глубокой отрицательной обратной связью. В схеме логарифматора (см. рисунок 3.2а,б) диод располагается в цепи обратной связи.

Рисунок 3.2 Схема логарифматора

В этом случае выходное напряжение операционного усилителя оказывается пропорциональным логарифму входного напряжения

,

где U₂ – выходное напряжение при U_вx=eU₃; U₃ – входное напряжение, при котором выходное напряжение U_вых=0.

Точно реализуемое логарифмирование широко используется:

1) в интегральных умножителях;

2) при воспроизведении полиномов, степенных и показательных функций;

3) при измерении относительных величин в логарифмических единицах;

4) при сжатии динамического диапазона сигнала перед преобразованием или передачей на расстояние;

5) в точных интегральных делителях при широком динамическом диапазоне изменения делимого и делителя.