第123回：電気・電子回路における非線形回路　－非線形演算回路－

電気・電子回路における非線形回路　－非線形演算回路－

①はじめに

前回までに準備ができた、dB（対数）への変換回路とdBでの演算回路、および、dBからの逆変換回路を組み合わせて、非線形演算回路を構成し、シミュレーション実行させてみます。

②非線形演算のシミュレーション

２入力乗算回路

２つの入力をそれぞれdB変換して、加算した後、逆変換して、２入力の乗算結果を出力します。

シミュレーション

シミュレーションファイル「２入力乗算回路.asc」を参照してください。

加算回路には、４入力（差動入力対?２）に拡張した、ゲイン１の差動アンプを使っています。V1入力には１V～５V、V2入力には１V～２Vを入力していますので、出力には、V1?V2の演算値１V～10Vが得られています。入力値を変えて確認してみてください。

２入力除算回路

２つの入力をそれぞれdB変換して、減算した後、逆変換して、２入力の除算結果を出力します。

シミュレーション

シミュレーションファイル「２入力除算回路.asc」を参照してください。

減算回路には、ゲイン１の差動アンプを使っています。V1入力には１V～10V、V2入力には10Vを入力していますので、出力には、V2÷V1の演算値10V～１Vが得られています。乗算回路と同様に入力値を変えて確認してみてください。

ｎ乗回路

入力をdB変換して、ｎ倍した後、逆変換して、入力のｎ乗演算結果を出力します。

シミュレーション

シミュレーションファイル「ｎ乗回路.asc」を参照してください。

ｎ倍回路には、非反転アンプを使い、ゲイン２とゲイン３の回路を収めてありますので、２乗演算回路、３乗演算回路を構成しています。入力は１V～２Vですので、２乗値１V～４V、３乗値１V～８Vを出力しています。

ｎの値は、整数である必要はありません。ぜひとも、ゲイン1.5，ゲイン2.5などに変更して確認してみてください。

ｎ乗根回路

入力をdB変換して、（１／ｎ）倍した後、逆変換して、入力のｎ乗根演算結果を出力します。

シミュレーション

シミュレーションファイル「ｎ乗根回路.asc」を参照してください。

（１／ｎ）倍回路には、抵抗分圧回路とゲイン１の非反転アンプを使い、ゲイン（１／２）とゲイン（１／３）の回路を収めてありますので、平方根演算回路、３乗根演算回路を構成しています。入力は１V～10Vですので、平方根値１V～3.16…V、３乗根値１V～2.15…Vを出力しています。

ｎの値は、整数である必要はありません。N乗根回路と同様に、ゲイン（１／1.5），ゲイン（１／2.5）などに変更して確認してみてください。

今回のまとめ

「ｎ乗、ｎ乗根といった、なじみの薄い関数に利用価値がどれだけあるのか？」と思われる方もおられるかもしれません。ところが、ある種のセンサは、かなりの非直線出力特性をもっています。そのようなセンサ出力のアナログ演算による補正が必要であれば、有用ではないかと思われます。ただし、現代的な補正方法は、補正データテーブルなどを使ったデジタル方式が主流になっていると思います。

次回は、交流信号（正弦波）の非線形演算を取り上げる予定です。

今回取り上げましたサンプルファイルを使うには、アナログ・デバイセズのサイトよりLTspiceをダウンロードしてご利用下さい。