AD538的原理及应用实例介绍

　　2.2 工作原理

　　图2所示为AD538的内部结构框图，图3所示为其电路模型。由这两图可以看到，Vz和Vx的输入直接与AD538的输入对数比例放大器相连。这一部分的输出电压与(lnVZ-lnVX)成正比。对数比例放大器在13脚的输出可以用下式来表示：

　　VB="KTln"(Vx/Vx)/q

　　式中K=1.3806J/K，q=1.60219×10-19C，T是开氏温度。若对温度进行补偿，且输出能调整到理想电平，对数比例结构这部分可以单独使用。

　　一般情况下，对数比例部分的输出应直接与第二个功能--反对数部分连接，作为第二个功能块的输入。该功能块执行下式所示的反对数算法：

　　Vo="VY" eVc·q/KT

　　同对数比例部分的电路一样，用户也可直接单独使用反对数部分。当使用两部分时，第一部分的输出B脚与第二部分的输入连接，则AD538运算器的转换函数就可以用下式表示：

　　VO=VY e[(KT/q)(q/KT)Ln(Vz/Vx)]　;

　　VB="VC"化简后为：

　　VO="VY"(Vz/Vx)

　　最后，通过外接电阻，可以控制对数比例部分输出的增大或衰减，使Vz/Vx的值增大到它的m次方。不外接任何电阻时，m为1。AD538的转换函数的最终表达式为：

　　VO="Y" (Vz/VYx)m

　　这里0.2

　　当AD538被用作模拟除法器时，VY的输入可作为一个合适的比例因子去乘比值VZ/Vx。实际上，常把VY输入信号的对数值加到C脚的信号上(其在对数域中)来获得放大效果。
3.典型应用

　　利用AD538可以进行许多模拟计算，如单象限乘法器、除法器、双象限除法运算和比例对数的运算，并可进行模拟乘方和开方运算以及正切值的近似运算。以下以比例对数的运算和反正切值的近似运算为例来说明其应用。

　　3.1 比例对数运算

　　图4给出了利用AD538用来计算两个输入电压(或电流)比例对数的电路结构。B端 的输出信号通过两个串联电阻与输出放大器的相加节点相连。90.9Ω金属膜电阻使温度系数为3500ppm/℃的热敏电阻的温度系数降低，等效成温度系数为3300ppm/℃、1.09kΩ的电阻。为了把VY从转换函数中消除，在电路中VY应与小于零的电压相连(本例中为-1.2V)。

　　电路中5kΩ的电位器用于比例因子的调整，以得到每10倍程输出1V的比例。输出偏移电位器应被设置成在Vx=Vz=1V时输出为零。调整电路在VZ=1mV、VX=1V时，输出为3V。

　　图4所示的比例对数电路在输入电压落在3个量级的输入范围(10mV～10V)内时，在对数域能够获得±0.5%的精度。这个误差不是依据满刻度输出的百分比来衡量的，而是被定义为输入值的百分比。例如，一个1V/10量程的比例因子，比例对数放大器的输入有正极方向的1%的误差，这样，输出与理想输出之间就会有4.3mV的偏移(即1V/Log10(1.01)=4.3214mV)。负极方向的1%的输入误差有轻微的不同，会产生4.3648mV的输出偏移。

　　3.2 反正切近似

　　图5所示的电路是利用AD538取Vz/Vx值的指数大于1的幂的典型应用：用AD538精确地计算出用X和Y(这里由输入电压VZ和Vx代替)定义的角度。精度要求在1°的范围内(输入范围在100μV～10V之间)，则AD538的反正切电路比传统的模拟电路更精确，比大多数数字电路更快。直接的反正切运算只需少量外加元件。图5所示电路实现的传递函数如下：

　　Vθ=(Vrθf-Vθ)[(VZ)/(Vx)]1.21

　　用来代替：

　　θ=Tan-1(Z/X)

　　该电路中，(Vrθf-Vθ)函数是把AD538的输出Vθ和另外采用的参考电压Vrθf通过一个外加的运算放大器AD547相加得到的。和AD547的100kΩ反馈相连的1μF电容作为网络(由Vθ和VY间的放大器形成)的频率补偿。电阻RA(一般为931Ω)用来调节指数因子m。

　　为了得到更高的反正切精度，外加的电阻R1和R2应该匹配。但是，因为非线性影响在这里是主要的误差来源，所以在其他电路中的偏移调整电路就不再需要。另外，还需要注意的是在输出接近90°时会产生不稳定性，这是因为这时的反正切函数值无穷大，于是AD538的 增益将会特别高的缘故。