Недорогой операционный усилитель и КМОП таймер выполняют аналоговые вычисления.
Несмотря на то, что микропроцессоры могут обеспечить более точные вычисления, для технологий аналогового вычисления все еще находится место в коллекции схем разработчика.
В качестве примера, схема аналогового делителя, приведенная на рис.1 обеспечивает приемлемую точность по цене нескольких распространенных компонентов. Имея два напряжения, VA и VB, как входные величины, схема обеспечивает выходное напряжение равное произведению 5В на отношение VA и VB. При работе, TLC555, КМОП версия распространенного 555 таймера работает, как автономный RC генератор с триггером Шмидта IC2. Его выходной сигнал на выводе 3 подается на резистор R1 и конденсатор C1. Напряжение на конденсаторе C1 подается на вход триггера (вывод 2) и вход порога (вывод 6), замыкая обратную связь и обуславливая генерацию. MOSFET транзистор, включенный по схеме с открытым стоком и низким сопротивлением, на выводе разряда микросхемы IC2 обеспечивает низкий потенциал, когда выход микросхемы имеет низкое состояние.
Представляя знаменатель при вычислении, входное напряжение VB подается на вывод разряда микросхемы IC2 через резистивный делитель напряжения, образованный резисторами R3 и R4. Независимо от частоты генерации IC2, импульсы напряжения, образующиеся на выводе 7, IC2, имеют ту же длительность, как и выходной сигнал IC2 на выводе 3 и амплитуду от 0В до VB/2. Повторитель напряжения, IC1B, буферирует сигнал с выхода разряда микросхемы и питает фильтр нижних частот образованный R8 и C3, формирующий напряжение равное VB/2, умноженное на скважность сигнала IC2. Второй резистивный делитель, R6 и R7, делит пополам значение числителя, напряжение VA и подает сигнал на интегратор IC1A, совместно с выходным сигналом от фильтра нижних частот R8 и C3. Выходное напряжение интегратора создает ток через резистор R2 заряжающий C1, создавая напряжение смещения, которое управляет длительностью выходных импульсов IC2 и формирует цепь обратной связи.
При работе цепь обратной связи управляет длительностью импульсов IC2 с тем, чтобы уравнять напряжения на выводах 2 и 3 микросхемы IC1A так, что VB, умноженное на величину скважности импульсов, было равно VA или, другими словами, скважность импульсов равняется отношению напряжений VA и VB. Выходной сигнал IC2 на выводе 3 представляет собой импульсы от 0 до 5В. Цепи обратной связи управляют этим сигналом, и он в свою очередь попадает на фильтр нижних частот R5 и C4 для формирования постоянного напряжения, равного 5В, умноженного на длительность импульса или VAx5V/VB.
Без учета допуска на величину резисторов в резистивных делителях R3 и R4, R6 и R7, основным источником ошибки схемы являются неравенство нулю сопротивления ключа разряда IC2 и невозможность получения выходного напряжения повторителя напряжения IC1A, равного 0В. Использование больших номиналов сопротивлений в схеме помогает уменьшить этот эффект. Симуляция данной схемы программой Spice показывает, что без учета влияния допусков на номиналы резисторов, схема обеспечивает худший случай точности, равный 0,5 %.
Замечание редактора: Для наилучшей точности используйте стабилизированный 5 В источник питания.
