指数运算和对数运算电路

Question

如题所述

Answer 1

指数运算和对数运算电路通过二极管特性实现。

这些电路与微积分电路不同，它们基于二极管的正向曲线拟合，原理上不涉及微分方程，因此设计较为简单。

二极管直流特性包括反向饱和电流I_S和温度电压U_T，数值范围分别约为0.1nA~10nA和20mV~50mV，参考值约为26mV。

利用这些特性，可以设计出指数和对数运算电路。设计难点在于选择合适的电阻和输入电压。

设计电路时，可以采用集成运放构建比例放大电路作为基础，以实现运算功能。

具体设计包括微分运算电路，输入信号可以为正弦波、方波或三角波。同时，差分放大器采用任意波形的双路同相位输出，利用两个运放来搭建电路。

通过验证电路功能，可以拟合得到参数I_S和U_T，并通过推导得出输出电压与输入电压的关系。输出电流I_D通常在0.1mA~20mA范围内。

在使用任意波形发生器时，需要注意负载电阻的大小或采用实测输入信号，并确保高Z或50Ω设置。选择合适的频率进行滤波。

任意波形发生器的两路输出通常以交流形式出现。当设置相位相等时，两路信号会相互增强或削弱，具体取决于信号频率。

任意波形发生器的内阻与微分电路中的电容组成低通滤波器，其截止频率取决于内阻和电容的组合。具体值可通过计算确定。

方波信号通过低通滤波后，高频谐波被削弱，形成平滑的正弦波形，这是因为低通滤波器可以滤除高于截止频率的高频分量。

对于指数运算电路，正常工作范围通常在输入电压U_D大约为0.299V~0.437V范围内，具体取决于I_S和U_T参数。对数运算电路的输入电压范围则通常在0.001V~2V之间，取决于电阻配置。