非线性函数发生器与函数变换器及通用非线性校正器 【技术领域】
本发明涉及非线性函数发生器与函数变换器及通用非线性校正器， 属于信号变 换、 自动控制与测量技术领域。背景技术
线性是非线性的一种特殊情况， 非线性更具普遍性， 相对线性而言， 非线性更多 样、 更丰富多彩， 但也更复杂。函数变换即非线性函数变换， 通常有单值函数变换与周期函 数变换等形式。函数变换器是其传输特性 ( 或传递函数 ) 为非线性函数的变换器， 函数变 换器产生的非线性函数理论上是无穷多样的， 但目前能产生非线性特性的器件不是很多， 如何用现有的非线性器件经运算变换产生多样的非线性函数是很有意义的。
非线性校正是非线性函数的一种特殊应用形式， 在系统的检测环节中常常存在着 非线性误差， 需要通过非线性校正器来校正系统输出 ( 如图 1 所示 )， 使系统输出与被测物 理量之间成线性关系。 非线性校正器可分为模拟非线性校正器与数字非线性校正器两种形式。 数字非线 性校正器需要采用数字电路或单片机系统实现， 电路复杂、 成本高。 模拟非线性校正器较为 简单、 响应速度快、 成本低， 但目前的模拟非线性校正器调整不够方便、 通用性较差。
发明内容 本发明的目的是提供用模拟电路实现的非线性函数发生器与输入输出比例均可 调的函数变换器、 三种形式的非线性校正器与带零位调整的通用非线性校正器及高输入阻 抗的高阻型非线性校正器与高阻型通用非线性校正器， 解决在非线性补偿时补偿幅度的调 整与补偿范围 ( 量程 ) 调整的相互耦合影响造成的补偿参数调整的困难问题。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
非线性函数发生器的输出电压与输入电压呈非线性的函数关系， 非线性函数发生 器是函数变换器的重要组成部分， 而函数变换器是非线性校正器的重要组成部分， 非线性 校正器是通用非线性校正器的主要组成部分， 高阻型非线性校正器主要由非线性校正器构 成， 高阻型通用非线性校正器主要由通用非线性校正器构成。
一种非线性函数发生器， 有一个输入端与一个输出端， 根据结构形式的不同可分 为单值非线性函数发生器与周期非线性函数发生器两类， 单值非线性函数发生器又有简易 型与合成型、 反相折线型与同相折线型四种形式， 而周期非线性函数发生器也有反相三角 波合成型与同相三角波合成型、 反相正弦波合成型与同相正弦波合成型四种形式 ：
简易型单值非线性函数发生器由运放、 电位器、 非线性元件与多个电阻组成， 运放 的同相输入端接电位器的滑动端， 电位器的二个固定端一端通过电阻接非线性函数发生器 的输入端、 另一端通过电阻接地， 运放的反相输入端通过非线性元件与电阻的串联电路接 非线性函数发生器的输入端、 同时通过电阻接运放的输出端， 运放的输出端接为非线性函 数发生器的输出端。
合成型单值非线性函数发生器由运放、 电位器与多个非线性元件、 多个电阻组成， 将多个电阻与非线性元件并联的电路串联组成非线性组合电路， 运放的同相输入端接电位 器的滑动端， 电位器的二个固定端一端通过电阻接非线性函数发生器的输入端、 另一端通 过电阻接地， 运放的反相输入端通过电阻接非线性函数发生器的输入端、 同时通过非线性 组合电路接运放的输出端， 运放的输出端接为非线性函数发生器的输出端。
简易型与合成型单值非线性函数发生器的传输特性为一三象限对称或二四象限 对称、 与直角坐标系横轴形成封闭图形 ( 与横轴除原点外两侧各有一个交点 ) 的光滑单值 非线性曲线。
反相折线型单值非线性函数发生器由多个反相饱和放大器与平衡加法器组成， 反 相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 平衡加法器有与反相饱和放大器个数相等的信 号输入端、 一个平衡输入端与一个输出端， 所有反相饱和放大器的输入端同时接非线性函 数发生器的输入端， 同时所有反相饱和放大器的输出端分别与平衡加法器的相应信号输入 端连接， 平衡加法器的平衡输入端接非线性函数发生器的输入端， 平衡加法器的输出端接 为非线性函数发生器的输出端 ； 所述的平衡加法器由运放与多个电阻组成， 运放的同相输 入端通过电阻接地， 运放的反相输入端通过电阻接平衡加法器的平衡输入端、 通过多个电 阻分别接平衡加法器的多个信号输入端、 并通过电阻接运放的输出端， 运放的输出端接为 平衡加法器的输出端。
同相折线型单值非线性函数发生器由多个同相饱和放大器与平衡减法器组成， 同 相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 平衡减法器有与同相饱和放大器个数相等的信 号输入端、 一个平衡输入端与一个输出端， 所有同相饱和放大器的输入端相连接并接为非 线性函数发生器的输入端， 或者所有同相饱和放大器依次链接， 即： 前一个同相饱和放大器 的输出端与后一个同相饱和放大器的输入端相连， 首个同相饱和放大器的输入端接为非线 性函数发生器的输入端， 同时所有同相饱和放大器的输出端分别与平衡减法器的相应信号 输入端连接， 平衡减法器的平衡输入端接非线性函数发生器的输入端， 平衡减法器的输出 端接为非线性函数发生器的输出端 ； 所述的平衡减法器由运放与多个电阻组成， 运放的同 相输入端通过电阻接平衡减法器的平衡输入端、 并通过电阻接地， 运放的反相输入端通过 多个电阻分别接平衡减法器的多个信号输入端、 并通过电阻接运放的输出端， 运放的输出 端接为平衡减法器的输出端。
所述的反相饱和放大器由运放与电阻组成， 运放的同相输入端通过电阻接地， 运 放的反相输入端通过电阻接反相饱和放大器的输入端、 同时通过电阻接运放的输出端， 运 放的输出端接为反相饱和放大器的输出端。
所述的同相饱和放大器由运放与电阻组成， 运放的同相输入端通过电阻接同相饱 和放大器的输入端、 同时通过电阻接地， 运放的反相输入端通过电阻接地、 同时通过电阻接 运放的输出端， 运放的输出端接为同相饱和放大器的输出端。
反相饱和放大器与同相饱和放大器的工作范围包括运放的线性放大区与非线性 饱和区。
反相折线型与同相折线型单值非线性函数发生器的传输特性为一三象限对称或 二四象限对称、 并与直角坐标系横轴形成封闭图形 ( 与横轴除原点外两侧各有一个交点 ) 的折线单值非线性曲线。反相三角波合成型周期非线性函数发生器由多个反相三角波生成单元与合成加 法电路组成， 反相三角波生成单元有一个输入端与一个输出端， 合成加法电路有与反相三 角波生成单元个数相等的输入端与一个输出端， 所有反相三角波生成单元依次链接， 即： 前 一个反相三角波生成单元的输出端与后一个反相三角波生成单元的输入端相连， 首个反相 三角波生成单元的输入端接为非线性函数发生器的输入端， 同时所有反相三角波生成单元 的输出端分别与合成加法电路的相应输入端连接， 合成加法电路的输出端接为非线性函数 发生器的输出端 ； 所述的反相三角波生成单元由反相饱和放大器与线性加法器组成， 反相 饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 线性加法器有二个输入端与一个输出端， 反相饱 和放大器的输入端与线性加法器的第一输入端连接并接为反相三角波生成单元的输入端， 反相饱和放大器的输出端与线性加法器的第二输入端连接， 线性加法器的输出端接为反相 三角波生成单元的输出端。
同相三角波合成型周期非线性函数发生器由多个同相三角波生成单元与合成加 法电路组成， 同相三角波生成单元有一个输入端与一个输出端， 合成加法电路有与同相三 角波生成单元个数相等的输入端与一个输出端， 所有同相三角波生成单元依次链接， 即： 前 一个同相三角波生成单元的输出端与后一个同相三角波生成单元的输入端相连， 首个同相 三角波生成单元的输入端接为非线性函数发生器的输入端， 同时所有同相三角波生成单元 的输出端分别与合成加法电路的相应输入端连接， 合成加法电路的输出端接为非线性函数 发生器的输出端 ； 所述的同相三角波生成单元由同相饱和放大器与线性减法器组成， 同相 饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 线性减法器有一个同相输入端与一个反相输入端 及一个输出端， 同相饱和放大器的输入端与线性减法器的反相输入端连接并接为同相三角 波生成单元的输入端， 同相饱和放大器的输出 端与线性减法器的同相输入端连接， 线性减 法器的输出端接为同相三角波生成单元的输出端。
所述的线性加法器由运放与电阻组成， 运放的同相输入端通过电阻接地， 运放的 反相输入端分别通过电阻接线性加法器的二个输入端、 同时通过电阻接运放的输出端， 运 放的输出端接为线性加法器的输出端。
所述的线性减法器由运放与电阻组成， 运放的同相输入端通过电阻接线性减法器 的同相输入端、 同时通过电阻接地， 运放的反相输入端通过电阻接线性减法器的反相输入 端、 同时通过电阻接运放的输出端， 运放的输出端接为线性减法器的输出端。
所述的合成加法电路由运放、 电阻组成， 运放的同相输入端通过电阻接地， 运放的 反相输入端通过多个电阻分别接合成加法电路的输入端、 同时通过电阻接运放的输出端， 运放的输出端接为合成加法电路的输出端。
反相三角波合成型与同相三角波合成型周期非线性函数发生器的传输特性为 一三象限对称或二四象限对称、 并与直角坐标系横轴形成封闭图形的折线周期非线性曲 线； 也可以通过合成加法电路多个输入电阻阻值的不同调配， 形成各种不同的传输特性曲 线。
反相正弦波合成型周期非线性函数发生器由多个反相正弦波生成单元与合成加 法电路组成， 反相正弦波生成单元有一个输入端、 一个三角波输出端与一个正弦波输出端， 合成加法电路有与反相正弦波生成单元个数相等的输入端与一个输出端， 所有反相正弦波 生成单元经其输入端与三角波输出端依次链接， 即： 前一个反相正弦波生成单元的三角波输出端与后一个反相正弦波生成单元的输入端相连， 首个反相正弦波生成单元的输入端接 为非线性函数发生器的输入端， 同时所有反相正弦波生成单元的正弦波输出端分别与合成 加法电路的相应输入端连接， 合成加法电路的输出端接为非线性函数发生器的输出端 ； 所 述的反相正弦波生成单元由反相饱和放大器与线性加法器及三角正弦波形转换器组成， 反 相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 线性加法器有二个输入端与一个输出端， 三角 正弦波形转换器有一个输入端与一个输出端， 反相饱和放大器的输入端与线性加法器的第 一输入端连接并接为反相正弦波生成单元的输入端， 反相饱和放大器的输出端与线性加法 器的第二输入端连接， 线性加法器的输出端与三角正弦波形转换器的输入端连接并接为反 相正弦波生成单元的三角波输出端， 三角正弦波形转换器的输出端接为反相正弦波生成单 元的正弦波输出端。
同相正弦波合成型周期非线性函数发生器由多个同相正弦波生成单元与合成加 法电路组成， 同相正弦波生成单元有一个输入端、 一个三角波输出端与一个正弦波输出端， 合成加法电路有与同相正弦波生成单元个数相等的输入端与一个输出端， 所有同相正弦波 生成单元经其输入端与三角波输出端依次链接， 即： 前一个同相正弦波生成单元的三角波 输出端与后一个同相正弦波生成单元的输入端相连， 首个同相正弦波生成单元的输入端接 为非线性函数发生器的输入端， 同时所有同相正弦波生成单元的正弦波输出端分别与合成 加法电路的相应输入端连接， 合成加法电路的输出端接为非线性函数发生器的输出端 ； 所 述的同相正弦波生成单元由同相饱和放大器与线性减法器及三角正弦波形转换器组成， 同 相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 线性减法器有一个同相输入端与一个反相输入 端及一个输出端， 三角正弦波形转换器有一个输入端与一个输出端， 同相饱和放大器的输 入端与线性减法器的反相输入端连接并接为同相正弦波生成单元的输入端， 同相饱和放大 器的输出端与线性减法器的同相输入端连接， 线性减法器的输出端与三角正弦波形转换器 的输入端连接并接为同相正弦波生成单元的三角波输出端， 三角正弦波形转换器的输出端 接为同相正弦波生成单元的正弦波输出端。
所述的三角正弦波形转换器有两种形式 ：
第一种形式的三角正弦波形转换器由运算放大器、 饱和元件与多个电阻组成， 运 放的同相输入端通过电阻接三角正弦波形转换器的输入端、 通过饱和元件接地， 运放的反 相输入端通过电阻接三角正弦波形转换器的输入端、 通过电阻接地、 通过电阻接运放的输 出端， 运放的输出端接为三角正弦波形转换器的输出端。
第二种形式的三角正弦波形转换器由电压跟随器、 饱和元件与多个电阻组成， 电 压跟随器的输入端通过电阻接三角正弦波形转换器的输入端、 同时通过电阻与饱和元件的 并联电路接地， 电压跟随器的输出端接为三角正弦波形转换器的输出端。
反相正弦波合成型与同相正弦波合成型周期非线性函数发生器的传输特性为 一三象限对称或二四象限对称、 并与直角坐标系横轴形成封闭图形的光滑周期非线性曲 线； 也可以通过合成加法电路多个输入电阻阻值的不同调配， 形成各种不同的传输特性曲 线。
所述的非线性元件与饱和元件为二端器件， 非线性元件上的电压与流过元件的电 流呈非线性关系的元件， 非线性元件与饱和元件通常采用压敏电阻、 反向并联或串联的二 极管或稳压管等。非线性元件与饱和元件也可以根据需要采用其它形式的二端非线性器件。 一种含有非线性函数发生器的函数变换器， 有一个输入端与一个输出端， 函数变 换器主要由输入增益控制器、 非线性函数发生器、 输出增益控制器组成， 输入增益控制器和 输出增益控制器采用增益可调放大器， 增益可调放大器有一个输入端与一个输出端， 输入 增益控制器的输入端接为函数变换器的输入端， 输入增益控制器的输出端接非线性函数发 生器的输入端， 非线性函数发生器的输出端接输出增益控制器的输入端， 输出增益控制器 的输出端接为函数变换器的输出端。
函数变换器具有放大倍数可调的输入输出增益控制器， 通过调节输入控制器的增 益改变函数变换器的输入信号相应的范围 ( 量程 )， 通过调节输出控制器的增益则改变函 数变换器的输出信号的幅度。
所述的增益可调放大器可以采用双极性增益可调放大器， 根据结构或功能的差异 双极性增益可调放大器有电压型双极性增益可调放大器、 简约型双极性增益可调放大器、 电流型双极性增益可调放大器、 乘法型双极性增益可调放大器、 统调型双极性增益可调放 大器、 分调型双极性增益可调放大器六种形式 ：
电压型双极性增益可调放大器由运放、 电位器与多个电阻组成， 运放的同相输入 端通过电阻接电位器的滑动端， 电位器的二个固定端一端接为双极性增益可调放大器的输 入端、 另一端接地， 运放的反相输入端通过电阻接运放的输出端、 通过电阻或电阻的并联电 路接双极性增益可调放大器的输入端、 并通过电阻接地， 运放的输出端接为双极性增益可 调放大器的输出端。
简约型双极性增益可调放大器由运放、 电位器与多个电阻组成， 运放的同相输入 端接电位器的滑动端， 电位器的二个固定端一端接为双极性增益可调放大器的输入端、 另 一端接地， 运放的反相输入端通过电阻接双极性增益可调放大器的输入端、 通过电阻接地、 并通过电阻接运放的输出端， 运放的输出端接为双极性增益可调放大器的输出端。
电流型双极性增益可调放大器由运放、 电位器与多个电阻组成， 运放的同相输入 端通过电阻接双极性增益可调放大器的输入端、 通过电阻接地， 运放的反相输入端接电位 器的滑动端、 通过电阻接双极性增益可调放大器的输入端、 并通过电阻接运放的输出端， 电 位器的二个固定端一端通过电阻接双极性增益可调放大器的输入端、 另一端通过电阻接 地， 运放的输出端接为双极性增益可调放大器的输出端。
乘法型双极性增益可调放大器， 由模拟乘法器、 电位器与多个电阻组成， 模拟乘法 器有二个输入端、 一个输出端， 模拟乘法器的第一输入端接为双极性增益可调放大器的输 入端， 模拟乘法器的第二输入端接电位器的滑动端， 电位器的二个固定端分别通过电阻接 正电源、 负电源或正负电压基准， 模拟乘法器的输出端接为双极性增益可调放大器的输出 端。
统调型双极性增益可调放大器由两个运放、 电位器与多个电阻组成， 第一运放的 同相输入端通过电阻接地， 第一运放的反相输入端通过电阻接双极性增益可调放大器的输 入端、 通过电阻接电位器的一个固定端， 电位器的滑动端接第一运放的输出端， 第二运放的 同相输入端通过电阻接地， 第二运放的反相输入端通过电阻接电位器的另一个固定端、 通 过电阻接双极性增益可调放大器的输入端、 通过电阻接第二运放的输出端， 第二运放的输 出端接为双极性增益可调放大器的输出端。
分调型双极性增益可调放大器由两个运放、 两个二极管、 两个电位器与多个电阻 组成， 第一运放的同相输入端通过电阻接地， 第一运放的反相输入端通过电阻接双极性增 益可调放大器的输入端、 通过两个电阻分别接两个电位器的一个固定端， 两个电位器的滑 动端通过两个二极管接第一运放的输出端， 两个二极管相连的一侧极性相反， 第二运放的 同相输入端通过电阻接地， 第二运放的反相输入端通过两个电阻分别接两个电位器的另一 个固定端、 通过电阻接双极性增益可调放大器的输入端、 并通过电阻接第二运放的输出端， 第二运放的输出端接为双极性增益可调放大器的输出端。
双极性增益可调放大器的放大倍数在正负双极性范围内可调， 调节使用灵活方 便； 分调型双极性增益可调放大器具有对正负信号不同的增益可调功能， 其适用性更强。
一种含有函数变换器的非线性校正器， 有一个输入端、 一个输出端 ； 根据结构的差 异有直馈式非线性校正器、 反馈式非线性校正器、 组合式非线性校正器三种形式 ：
直馈式非线性校正器由函数变换器、 输出合成器组成， 输出合成器有二个输入端、 一个输出端， 输出合成器的第一输入端与函数变换器的输入端连接并接为非线性校正器的 输入端， 输出合成器的第二输入端接函数变换器的输出端， 输出合成器的输出端接为非线 性校正器的输出端。
反馈式非线性校正器由函数变换器、 输出合成器组成， 输出合成器有二个输入端、 一个输出端， 输出合成器的第一输入端接为非线性校正器的输入端， 输出合成器的第二输 入端接函数变换器的输出端， 输出合成器的输出端与函数变换器的输入端连接并接为非线 性校正器的输出端。
组合式非线性校正器由加权组合器、 函数变换器、 输出合成器组成， 加权组合器有 二个输入端、 一个输出端， 输出合成器有二个输入端、 一个输出端， 输出合成器的第一输入 端与加权组合器的第一输入端连接并接为非线性校正器的输入端， 函数变换器的输入端接 加权组合器的输出端， 函数变换器的输出端接输出合成器的第二输入端， 输出合成器的输 出端与加权组合器的第二输入端连接并接为非线性校正器的输出端。
所述的输出合成器有两种固定型、 两种统调型、 两种分调型， 共六种形式 ：
第一种形式的固定型输出合成器由运放与多个电阻组成， 运放与多个电阻接成有 二个输入端、 一个输出端的减法器。
第二种形式的固定型输出合成器由运放与多个电阻组成， 运放与多个电阻接成有 二个输入端、 一个输出端的加法器。
第一种形式的统调型输出合成器由两个运放、 电位器与多个电阻组成， 第一运放 的同相输入端通过电阻接地， 第一运放的反相输入端通过两个电阻分别接输出合成器的二 个输入端、 并通过电阻接电位器的一个固定端， 电位器的滑动端接第一运放的输出端， 第二 运放的同相输入端通过电阻接地， 第二运放的反相输入端通过电阻接电位器的另一个固定 端、 并通过电阻接第二运放的输出端， 第二运放的输出端接为输出合成器的输出端。
第二种形式的统调型输出合成器由两个运放、 电位器与多个电阻组成， 第一运放 的同相输入端通过电阻接地， 第一运放的反相输入端通过电阻接输出合成器的第一输入 端、 并通过电阻接电位器的一个固定端， 电位器的滑动端接第一运放的输出端， 第二运放的 同相输入端通过电阻接地， 第二运放的反相输入端通过电阻接电位器的另一个固定端、 通 过电阻接输出合成器的第二输入端、 并通过电阻接第二运放的输出端， 第二运放的输出端接为输出合成器的输出端。
第一种形式的分调型输出合成器由两个运放、 两个二极管、 两个电位器与多个电 阻组成， 第一运放的同相输入端通过电阻接地， 第一运放的反相输入端通过两个电阻分别 接输出合成器的二个输入端、 并通过两个电阻分别接两个电位器的一个固定端， 两个电位 器的滑动端通过两个二极管接第一运放的输出端， 两个二极管相连的一侧极性相反， 第二 运放的同相输入端通过电阻接地， 第二运放的反相输入端通过两个电阻分别接两个电位器 的另一个固定端、 并通过电阻接第二运放的输出端， 第二运放的输出端接为输出合成器的 输出端。
第二种形式的分调型输出合成器由两个运放、 两个二极管、 两个电位器与多个电 阻组成， 第一运放的同相输入端通过电阻接地， 第一运放的反相输入端通过电阻接输出合 成器的第一输入端、 并通过两个电阻分别接两个电位器的一个固定端， 两个电位器的滑动 端通过两个二极管接第一运放的输出端， 两个二极管相连的一侧极性相反， 第二运放的同 相输入端通过电阻接地， 第二运放的反相输入端通过两个电阻分别接两个电位器的另一个 固定端、 通过电阻接输出合成器的第二输入端、 并通过电阻接第二运放的输出端， 第二运放 的输出端接为输出合成器的输出端。
所述的加权组合器由电位器与电压跟随器组成， 电压跟随器由运放通过将其反相 输入端与输出端短接得到， 电位器的二个固定端分别作为加权组合器的二个输入端， 电位 器的滑动端接电压跟随器的输入端， 电压跟随器的输出端接为加权组合器的输出端。
非线性校正器对输入信号进行非线性补偿， 使相对于被测物理量呈非线性关系的 输出信号调整为相对于测物理量呈线性关系， 且其非线性校正量可调。
一种含有非线性校正器的高阻型非线性校正器， 有一个输入端、 一个输出端 ； 高阻 型非线性校正器由电压跟随器与非线性校正器组成， 电压跟随器的输入端即为高阻型非线 性校正器的输入端， 电压跟随器的输出端接非线性校正器的输入端， 非线性校正器的输出 端即为高阻型非线性校正器输出端。
一种含有非线性校正器的通用非线性校正器， 有一个输入端、 一个输出端 ； 通用非 线性校正器由零位调整电路与非线性校正器组成， 零位调整电路有一个输入端、 一个输出 端， 零位调整电路的输入端即为通用非线性校正器的输入端， 零位调整电路的输出端接非 线性校正器的输入端， 非线性校正器的输出端即为通用非线性校正器输出端。
所述的零位调整电路由运放、 电位器与多个电阻组成， 运放的同相输入端通过电 阻接地， 运放的反相输入端通过电阻接零位调整电路的输入端、 通过电阻接电位器的滑动 端、 通过电阻接运放的输出端， 电位器的二个固定端分别接正电源、 负电源或正负电压基 准， 运放的输出端接为零位调整电路的输出端。
通用非线性校正器具有零位调整功能， 并对经过零位调整后的非线性信号再进行 非线性校正， 同时实现零位与非线性的双校正功能。
一种含有通用非线性校正器的高阻型通用非线性校正器， 有一个输入端、 一个输 出端 ； 高阻型通用非线性校正器由电压跟随器与通用非线性校正器组成， 电压跟随器的输 入端即为高阻型通用非线性校正器的输入端， 电压跟随器的输出端接通用非线性校正器的 输入端， 通用非线性校正器的输出端即为高阻型通用非线性校正器输出端。
高阻型非线性校正器与高阻型通用非线性校正器具有极高的输入阻抗， 增强了非线性校正器与通用非线性校正器的使用场合。
本发明非线性函数发生器与函数变换器及通用非线性校正器， 采用半导体器件、 非线性元件、 饱和元件与电阻等组成， 具有结构简单、 特性调整方便， 使用灵活、 成本低廉等 特点， 在乘除法及对数与反对数等运算、 人工神经网络、 混沌系统研究及自动控制与测量等 领域有较高的实用价值。 附图说明
图 1 非线性校正系统框图。
图 2 简易型单值非线性函数发生器的电路原理图。
图 3 简易型单值非线性函数发生器的传输特性曲线。
图 4a、 4b、 4c n 分别为 1、 3、 5 的合成型单值非线性函数发生器的电路原理图。
图 5 合成型单值非线性函数发生器的传输特性曲线。
图 6 反相折线型单值非线性函数发生器的电路原理图。
图 7a、 7b 并联与级联方式的同相折线型单值非线性函数发生器的电路原理图。
图 8a、 8b 一个、 三个非线性生成单元组成的反相折线型单值非线性函数发生器的 饱和特性曲线与传输特性曲线。 图 9a、 9b 一个、 三个非线性生成单元组成的同相折线型单值非线性函数发生器的 饱和特性曲线与传输特性曲线。
图 10a、 10b 反相、 同相三角波合成型周期非线性函数发生器的电路原理图。
图 11a、 11b 三角波合成型周期非线性函数发生器输入至首个饱和放大器及其三 角波生成单元的传输特性曲线。
图 12a、 12b 三角波合成型周期非线性函数发生器输入至第二个饱和放大器及其 三角波生成单元的传输特性曲线。
图 13a、 13b 三角波合成型周期非线性函数发生器输入至第三个饱和放大器及其 三角波生成单元的传输特性曲线。
图 14a、 14b 三角波合成型周期非线性函数发生器的合成加法电路采用不同加权 得到的传输特性曲线。
图 15a、 15b 反相、 同相正弦波合成型周期非线性函数发生器的电路原理图。
图 16a、 16b、 16c 正弦波合成型周期非线性函数发生器输入至首个、 至第二个、 至 第三个正弦波生成单元的传输特性曲线。
图 17a、 17b 正弦波合成型周期非线性函数发生器的合成加法电路采用不同加权 得到的传输特性曲线。
图 18 函数变换器的结构框图。
图 19a、 19b 输入增益控制器放大倍数单极性调节与双极性调节时函数变换器的 传输特性的变化。
图 20 输出增益控制器放大倍数双极性调节时函数变换器的传输特性的变化。
图 21a、 21b、 21c 电压型、 简约型、 电流型增益可调放大器的电路原理图。
图 22a、 22b、 22c 乘法型、 统调型、 分调型双极性增益可调放大器原理图。
图 23 直馈式非线性校正器的结构框图。
图 24 反馈式非线性校正器的结构框图。 图 25 组合式非线性校正器的结构框图。 图 26a、 26b 两种固定型输出合成器的电路原理图。 图 26c、 26d 两种统调型输出合成器的电路原理图。 图 26e、 26f 两种分调型输出合成器的电路原理图。 图 27 加权组合器的电路原理图。 图 28 高阻型非线性校正器的电路框图。 图 29 通用非线性校正器的电路框图。 图 30 通用非线性校正器的非线性校正曲线、 输出曲线。 图 31 高阻型通用非线性校正器的电路框图。 图 32 一种高阻型通用非线性校正器的完整原理图。具体实施方式
现将本发明的实例具体叙述于后。
实施例 1 非线性函数发生器， 有一个输入端 un 与一个输出端 vn， 根据结构的不同有简易型 单值非线性函数发生器与合成型单值非线性函数发生器、 反相折线型单值非线性函数发生 器与同相折线型单值非线性函数发生器、 反相三角波合成型周期非线性函数发生器与同相 三角波合成型周期非线性函数发生器、 反相正弦波合成型周期非线性函数发生器与同相正 弦波合成型周期非线性函数发生器八种形式 ：
简易型单值非线性函数发生器 ( 如图 2 所示 ) 由运算放大器 A11、 电位器 Rp11、 非 线性元件 N112、 电阻 R110 ～ R113 组成， 运放 A11 的同相输入端接电位器 Rp11 的滑动端， 电 位器 Rp11 的二个固定端一端通过电阻 R113 接非线性函数发生器的输入端 un、 另一端通过 电阻 R110 接地， 运放 A11 的反相输入端通过非线性元件 N112 与电阻 R112 的串联电路接非 线性函数发生器的输入端 un、 同时通过电阻 R111 接运放 A11 的输出端， 运放 A11 的输出端 接为非线性函数发生器的输出端 vn ； 运放 A11 的电源采用正负双电源。
简易型单值非线性函数发生器的运放同相输入端电压与发生器输入电压成比例， 当发生器输入电压增大时， 非线性器件组成的电路得到一个与发生器输入端至运放同相输 入端二端相同的电压值， 而非线性器件组成的电路产生的电流与电压是一个非线性的关 系， 该电流在反馈电阻上产生一个非线性的电压降， 调节电位器即可得到不同形态的非线 性传输特性。
简易型单值非线性函数发生器的传输特性曲线如图 3 所示。
n 分别为 1、 3、 5 的合成型单值非线性函数发生器 ( 如图 4a、 图 4b、 图 4c 所示 ) 由运 算放大器 A11、 电位器 Rp11、 非线性元件 N1111 ～ N111n、 电阻 R110、 R1111 ～ R111n、 R112、 R113 组成， 电阻 R111j 与非线性元件 N111j 并联， j ＝ 1 ～ n， 将此 n 个并联电路串联组成非 线性组合电路， 运放 A11 的同相输入端接电位器 Rp11 的滑动端， 电位器 Rp11 的二个固定端 一端通过电阻 R113 接非线性函数发生器的输入端 un、 另一端通过电阻 R110 接地， 运放 A11 的反相输入端通过电阻 R112 接非线性函数发生器的输入端 un、 同时通过非线性组合电路 接运放 A11 的输出端， 运放 A11 的输出端接为非线性函数发生器的输出端 vn ； 运放 A11 的
电源采用正负双电源。
合成型单值非线性函数发生器的运放同相输入端电压与发生器输入电压成比例， 当发生器输入电压增大时， 输入电阻得到一个与发生器输入端至运放同相输入端二端相同 的电压值， 输入电阻产生一个相应电流流过非线性组合电路的各级由非线性器件与电阻并 联的电路， 而非线性组合电路由各级电路产生的电压叠加得到的总电压与电流是一个非线 性的关系， 设置不同的与非线性器件并联电阻的阻值， 可以得到不同的非线性组合电路的 伏安特性， 调节电位器即可得到不同形态的非线性传输特性。
合成型单值非线性函数发生器的传输特性曲线如图 5 所示。
反相折线型单值非线性函数发生器 ( 如图 6 所示 ) 由 n 个反相饱和放大器与平衡 加法器组成， 反相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 平衡加法器有 n 个信号输入端、 一个平衡输入端与一个输出端， n 个反相饱和放大器的输入端同时接非线性函数发生器的 输入端 un， 同时 n 个反相饱和放大器的输出端分别与平衡加法器的 n 个信号输入端连接， 平衡加法器的平衡输入端接非线性函数发生器的输入端 un， 平衡加法器的输出端接为非线 性函数发生器的输出端 vn。平衡加法器由运算放大器 A10、 电阻 R100 及 R101 与 R102j 及 R103 组成， 其中 j ＝ 1 ～ n， 运放 A10 的同相输入端通过电阻 R100 接地， 运放 A10 的反相输 入端通过电阻 R103 接平衡加法器的平衡输入端、 通过电阻 R102j 分别接平衡加法器的信号 输入端、 同时通过电阻 R101 接运放 A10 的输出端， 运放 A10 的输出端接为平衡加法器的输 出端 ； 运放 A10 的电源采用正负双电源。
同相折线型单值非线性函数发生器 ( 如图 7a、 图 7b 所示 ) 由 n 个同相饱和放大 器与平衡减法器组成， 同相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 平衡减法器有 n 个信 号输入端、 一个平衡输入端与一个输出端， 并联形式 ： n 个同相饱和放大器的输入端相连接 并接为非线性函数发生器的输入端 un， 级联形式 ： n 个同相饱和放大器依次链接， 即： 前一 个同相饱和放大器的输出端与后一个同相饱和放大器的输入端相连， 首个同相饱和放大器 的输入端接为非线性函数发生器的输入端 un ； 同时 n 个同相饱和放大器的输出端分别与 平衡减法器的 n 个信号输入端连接， 平衡减法器的平衡输入端接非线性函数发生器的输入 端 un， 平衡减法器的输出端接为非线性函数发生器的输出端 vn。平衡减法器由运算放大器 A10、 电阻 R100 及 R101 与 R102j 及 R103 组成， 其中 j ＝ 1 ～ n， 运放 A10 的同相输入端通过 电阻 R103 接平衡减法器的平衡输入端、 同时通过电阻 R100 接地， 运放 A10 的反相输入端通 过电阻 R102j 分别接平衡减法器的信号输入端、 同时通过电阻 R101 接运放 A10 的输出端， 运放 A10 的输出端接为平衡减法器的输出端 ； 运放 A10 的电源采用正负双电源。
反相饱和放大器由运放 S11 与电阻 R110 ～ R112 组成， 运放 S11 的同相输入端通 过电阻 R110 接地， 运放 S11 的反相输入端通过电阻 R112 接反相饱和放大器的输入端、 同时 通过电阻 R111 接运放 S11 的输出端， 运放 S11 的输出端接为反相饱和放大器的输出端 ； 运 放 S11 的电源采用正负双电源。
同相饱和放大器由运放 S11 与电阻 R110 ～ R113 组成， 运放 S11 的同相输入端通 过电阻 R113 接同相饱和放大器的输入端、 通过电阻 R110 接地， 运放 S11 的反相输入端通过 电阻 R112 接地、 通过电阻 R111 接运放 S11 的输出端， 运放 S11 的输出端接为同相饱和放大 器的输出端 ； 放大倍数大于 1 时电阻 R110 可省略 ( 断路 ) ； 运放 S11 的电源采用正负双电 源。反相折线型单值非线性函数发生器， 当函数发生器的输入电压值在一定范围内时 饱和放大器处于反相比例线性放大状态， 而当输入电压的绝对值达到或超过转折数值时饱 和放大器进入饱和状态， 多个饱和放大器取不同转折数值产生不同的饱和特性， 合成单元 将多个不同的饱和特性输出与函数发生器的输入进行加权叠加即可得到不同形态的非线 性传输特性。
设： 单位饱和放大函数为
反相饱和放大器输出电压 ： uoj ＝ Umaxsat(kjui/Umax) 比例系数 kj 为 ：总输出电压 ：比例系数 Az 与 Aj 为 ：一个非线性生成单元组成的反相折线型单值非线性函数发生器的饱和特性曲线 与传输特性曲线分别如图 8a 所示， 三个非线性生成单元组成的反相折线型单值非线性函 数发生器的饱和特性曲线与传输特性曲线分别如图 8b 所示。
同相折线型单值非线性函数发生器， 当函数发生器的输入电压值在一定范围内时 饱和放大器处于同相比例线性放大状态， 而当输入电压的绝对值达到或超过转折数值时饱 和放大器进入饱和状态， 多个饱和放大器取不同转折数值产生不同的饱和特性， 合成单元 将多个不同的饱和特性输出与函数发生器的输入进行加权叠加即可得到不同形态的非线 性传输特性。
并联连接方式时， 同相饱和放大器输出电压 ：
uoj ＝ Umaxsat(kjui/Umax)
比例系数 kj 为 ：
R110j 省略时 总输出电压 ：比例系数 Az 与 Aj 为 ：级联连接方式时， 同相饱和放大器输出电压 ： uj ＝ Umaxsat(kjuj-1/Umax) u0 ＝ ui 比例系数 kj 为 ： R110j 省略时 总输出电压 ：比例系数 Az 与 Aj 为 ：一个非线性生成单元组成的同相折线型单值非线性函数发生器的饱和特性曲线 与传输特性曲线分别如图 9a， 三个非线性生成单元组成的同相折线型单值非线性函数发生 器的饱和特性曲线与传输特性曲线分别如图 9b 所示。
反相三角波合成型周期非线性函数发生器 ( 如图 10a 所示 )， 反相三角波合成型周 期非线性函数发生器由 n 个反相三角波生成单元与合成加法电路组成， 反相三角波生成单 元有一个输入端与一个输出端， 合成加法电路有 n 个输入端与一个输出端， n 个反相三角波 生成单元依次链接， 即： 前一个反相三角波生成单元的输出端与后一个反相三角波生成单 元的输入端相连， 首个反相三角波生成单元的输入端接为非线性函数发生器的输入端 un， 同时 n 个反相三角波生成单元的输出端分别与合成加法电路的 n 个输入端连接， 合成加法 电路的输出端接为非线性函数发生器的输出端 vn。 反相三角波生成单元由反相饱和放大器 与线性加法器组成， 反相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 线性加法器有二个输入 端与一个输出端， 反相饱和放大器的输入端与线性加法器的第一输入端连接并接为反相三 角波生成单元的输入端， 反相饱和放大器的输出端与线性加法器的第二输入端连接， 线性 加法器的输出端接为反相三角波生成单元的输出端。
同相三角波合成型周期非线性函数发生器 ( 如图 10b 所示 )， 同相三角波合成型周 期非线性函数发生器由 n 个同相三角波生成单元与合成加法电路组成， 同相三角波生成单 元有一个输入端与一个输出端， 合成加法电路有 n 个输入端与一个输出端， n 个同相三角波 生成单元依次链接， 即： 前一个同相三角波生成单元的输出端与后一个同相三角波生成单 元的输入端相连， 首个同相三角波生成单元的输入端接为非线性函数发生器的输入端 un， 同时 n 个同相三角波生成单元的输出端分别与合成加法电路的 n 个输入端连接， 合成加法 电路的输出端接为非线性函数发生器的输出端 vn。 同相三角波生成单元由同相饱和放大器
与线性减法器组成， 同相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 线性减法器有一个同相 输入端与一个反相输入端及一个输出端， 同相饱和放大器的输入端与线性减法器的反相输 入端连接并接为同相三角波生成单元的输入端， 同相饱和放大器的输出端与线性减法器的 同相输入端连接， 线性减法器的输出端接为同相三角波生成单元的输出端。线性加法器由运放 A12 与电阻 R120 ～ R123 组成， 运放 A12 的同相输入端通过电 阻 R120 接地， 运放 A12 的反相输入端分别通过电阻 R122 与 R123 接线性加法器的二个输入 端、 同时通过电阻 R121 接运放 A12 的输出端， 运放 A12 的输出端接为线性加法器的输出端 ； 运放 A12 的电源采用正负双电源。
线性减法器由运放 A12 与电阻 R120 ～ R123 组成， 运放 A12 的同相输入端通过电 阻 R123 接线性减法器的同相输入端、 同时通过电阻 R120 接地， 运放 A12 的反相输入端通过 电阻 R122 接线性减法器的反相输入端、 同时通过电阻 R121 接运放 A12 的输出端， 运放 A12 的输出端接为线性减法器的输出端 ； 运放 A12 的电源采用正负双电源。
合成加法电路由运算放大器 A10、 电阻 R100 与 R101、 R102j 组成， 其中 j ＝ 1 ～ n， 运放 A10 的同相输入端通过电阻 R100 接地， 运放 A10 的反相输入端通过电阻 R102j 分别接 合成加法电路的输入端、 同时通过电阻 R101 接运放 A10 的输出端， 运放 A10 的输出端接为 合成加法电路的输出端 ； 运放 A10 的电源采用正负双电源。
三角波合成型周期非线性函数发生器， 三角波生成单元在电源电压范围内输出电 压相对输入电压是一个具有比例饱和特性的折线， 将该折线与输入电压进行加减运算得到 一个相对于输入电压的三角波， 再将三角波电压输入到下一级的三角波生成单元中得到相 对输入电压为三倍频率的三角波， 由此可以得到相对第一级三角波 3、 9、 27、 ...... 倍频的 三角波， 通过合成加法电路将不同频率的三角波加权合成为所需的折线非线性周期波形。
三角波合成型周期非线性函数发生器输入至首个饱和放大器及其三角波生成单 元的传输特性曲线如图 11a、 图 11b 所示， 三角波合成型周期非线性函数发生器输入至第二 个饱和放大器及其三角波生成单元的传输特性曲线如图 12a、 图 12b 所示， 三角波合成型周 期非线性函数发生器输入至第三个饱和放大器及其三角波生成单元的传输特性曲线如图 13a、 图 13b 所示， 三角波合成型周期非线性函数发生器的合成加法电路采用不同加权得到 的传输特性曲线如图 14a、 图 14b 所示。
反相正弦波合成型周期非线性函数发生器 ( 如图 15a 所示 )， 反相正弦波合成型周 期非线性函数发生器由 n 个反相正弦波生成单元与合成加法电路组成， 反相正弦波生成单 元有一个输入端、 一个三角波输出端与一个正弦波输出端， 合成加法电路有 n 个输入端与 一个输出端， n 个反相正弦波生成单元经其输入端与三角波输出端依次链接， 即： 前一个反 相正弦波生成单元的三角波输出端与后一个反相正弦波生成单元的输入端相连， 首个反相 正弦波生成单元的输入端接为非线性函数发生器的输入端 un， 同时 n 个反相正弦波生成单 元的正弦波输出端分别与合成加法电路的 n 个输入端连接， 合成加法电路的输出端接为非 线性函数发生器的输出端 vn。 反相正弦波生成单元由反相饱和放大器与线性加法器及三角 正弦波形转换器组成， 反相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 线性加法器有二个输 入端与一个输出端， 三角正弦波形转换器有一个输入端与一个输出端， 反相饱和放大器的 输入端与线性加法器的第一输入端连接并接为反相正弦波生成单元的输入端， 反相饱和放 大器的输出端与线性加法器的第二输入端连接， 线性加法器的输出端与三角正弦波形转换 器的输入端连接并接为反相正弦波生成单元的三角波输出端， 三角正弦波形转换器的输出 端接为反相正弦波生成单元的正弦波输出端。
同相正弦波合成型周期非线性函数发生器 ( 如图 15b 所示 )， 同相正弦波合成型周 期非线性函数发生器由 n 个同相正弦波生成单元与合成加法电路组成， 同相正弦波生成单元有一个输入端、 一个三角波输出端与一个正弦波输出端， 合成加法电路有 n 个输入端与 一个输出端， n 个同相正弦波生成单元经其输入端与三角波输出端依次链接， 即： 前一个同 相正弦波生成单元的三角波输出端与后一个同相正弦波生成单元的输入端相连， 首个同相 正弦波生成单元的输入端接为非线性函数发生器的输入端 un， 同时 n 个同相正弦波生成单 元的正弦波输出端分别与合成加法电路的 n 个输入端连接， 合成加法电路的输出端接为非 线性函数发生器的输出端 vn。 同相正弦波生成单元由同相饱和放大器与线性减法器及三角 正弦波形转换器组成， 同相饱和放大器有一个输入端与一个输出端， 线性减法器有一个同 相输入端与一个反相输入端及一个输出端， 三角正弦波形转换器有一个输入端与一个输出 端， 同相饱和放大器的输入端与线性减法器的反相输入端连接并接为同相正弦波生成单元 的输入端， 同相饱和放大器的输出端与线性减法器的同相输入端连接， 线性减法器的输出 端与三角正弦波形转换器的输入端连接并接为同相正弦波生成单元的三角波输出端， 三角 正弦波形转换器的输出端接为同相正弦波生成单元的正弦波输出端。
三角正弦波形转换器有两种形式 ：
第一种形式的三角正弦波形转换器由运算放大器 A13、 饱和元件 Z13、 电阻 R131 ～ R134 组成， 运放 A13 的同相输入端通过电阻 R134 接三角正弦波形转换器的输入端、 通过饱 和元件 Z13 接地， 运放 A13 的反相输入端通过电阻 R132 接三角正弦波形转换器的输入端、 通过电阻 R133 接地、 通过电阻 R131 接运放的输出端， 运放 A13 的输出端接为三角正弦波形 转换器的输出端。
第二种形式的三角正弦波形转换器由电压跟随器 G13、 饱和元件 Z13、 电阻 R130 与 R131 组成， 电压跟随器 G13 的输入端通过电阻 R131 接三角正弦波形转换器的输入端、 同时 通过电阻 R130 与饱和元件 Z13 的并联电路接地， 电压跟随器 G13 的输出端接为三角正弦波 形转换器的输出端。
正弦波合成型周期非线性函数发生器， 正弦波生成单元在电源电压范围内输出电 压相对输入电压是一个具有比例饱和特性的折线， 将该折线与输入电压进行加减运算得到 一个相对于输入电压的三角波， 三角波经三角正弦波形转换器得到一个拟正弦波， 同时将 三角波电压输入到下一级的正弦波生成单元中得到相对输入电压为三倍频率的拟正弦波， 由此可以得到相对第一级拟正弦波 3、 9、 27、 ...... 倍频的拟正弦波， 通过合成加法电路将 不同频率的拟正弦波加权合成为所需的光滑的非线性周期波形。
正弦波合成型周期非线性函数发生器输入至首个正弦波生成单元的传输特性曲 线如图 16a 所示。正弦波合成型周期非线性函数发生器输入至第二个正弦波生成单元的传 输特性曲线如图 16b 所示。正弦波合成型周期非线性函数发生器输入至第三个正弦波生成 单元的传输特性曲线如图 16c 所示。正弦波合成型周期非线性函数发生器的合成加法电路 采用不同加权得到的传输特性曲线如图 17a、 图 17b 所示。
实施例 2
函数变换器 ( 如图 18 所示 )， 有一个输入端 us 与一个输出端 vs， 函数变换器主要 由输入增益控制器、 非线性函数发生器、 输出增益控制器组成， 输入增益控制器和输出增益 控制器采用增益可调放大器， 增益可调放大器有一个输入端与一个输出端， 输入增益控制 器的输入端 ua1 接为函数变换器的输入端 us， 输入增益控制器的输出端 va1 接非线性函数 发生器的输入端 un， 非线性函数发生器的输出端 vn 接输出增益控制器的输入端 ua2， 输出增益控制器的输出端 va2 接为函数变换器的输出端 vs。
增益可调放大器通常采用将反相或同相比例放大电路的反馈电阻或输入电阻换 成电位器得到， 或将电位器作为两个可变电阻代替比例放大电路中两个连接在一起的固定 电阻实现。
函数变换器输入输出增益控制器采用增益可调放大器， 输入增益控制器的放大倍 数改变时， 即改变函数自变量的比例系数， 对应传输特性所在坐标系的横轴方向进行扩展 或收缩 ； 输出增益控制器的放大倍数改变时， 即改变函数因变量的比例系数， 对应传输特性 所在坐标系的纵横轴方向进行扩展或收缩。 输入增益控制器放大倍数单极性调节与双极性 调节时函数变换器的传输特性的变化如图 19a、 图 19b 所示， 输出增益控制器放大倍数双极 性调节时函数变换器的传输特性的变化如图 20 所示。
实施例 3
双极性增益可调放大器， 有一个输入端 ua 与一个输出端 va， 根据结构功能的差异 有电压型双极性增益可调放大器、 简约型双极性增益可调放大器、 电流型双极性增益可调 放大器、 乘法型双极性增益可调放大器、 统调型双极性增益可调放大器、 分调型双极性增益 可调放大器六种形式 ： 电压型双极性增益可调放大器 ( 如图 21a 所示 ) 由运算放大器 A2、 电位器 Rp2、 电 阻 R20 ～ R24 组成， 运放 A2 的同相输入端通过电阻 R20 接电位器 Rp2 的滑动端， 电位器 Rp2 的二个固定端一端接为双极性增益可调放大器的输入端 ua、 另一端接地， 运放 A2 的反相输 入端通过电阻 R22 和 R24 的并联电路接双极性增益可调放大器的输入端 ua、 通过电阻 R23 接地、 通过电阻 R21 接运放 A2 的输出端， 运放 A2 的输出端接为双极性增益可调放大器的输 出端 va， 运放 A2 的电源采用正负双电源。通常电阻 R21 与 R22 阻值相等， 电阻 R23 与 R24 阻值相等， 电压型双极性增益可调放大器的电压增益正负双极性可调。
简约型双极性增益可调放大器 ( 如图 21b 所示 ) 由运算放大器 A2、 电位器 Rp2、 电 阻 R21 与 R22 及 R23 组成， 运放 A2 的同相输入端接电位器 Rp2 的滑动端， 电位器 Rp2 的二 个固定端一端接为双极性增益可调放大器的输入端 ua、 另一端接地， 运放 A2 的反相输入端 通过电阻 R22 接双极性增益可调放大器的输入端 ua、 通过电阻 R23 接地、 通过电阻 R21 接运 放 A2 的输出端， 运放 A2 的输出端接为双极性增益可调放大器的输出端 va， 运放 A2 的电源 采用正负双电源。通常电阻 R22 的阻值与电阻 R21 和 R23 的并联阻值相等， 简约型双极性 增益可调放大器的电压增益正负双极性可调。
电流型双极性增益可调放大器 ( 如图 21c 所示 ) 由运算放大器 A2、 电位器 Rp2、 电 阻 R20 ～ R25 组成， 运放 A2 的同相输入端通过电阻 R25 接双极性增益可调放大器的输入端 ua、 通过电阻 R20 接地， 运放 A2 的反相输入端接电位器 Rp2 的滑动端、 通过电阻 R22 接双极 性增益可调放大器的输入端 ua、 并通过电阻 R21 接运放 A2 的输出端， 电位器 Rp2 的二个固 定端一端通过电阻 R24 接双极性增益可调放大器的输入端 ua、 另一端通过电阻 R23 接地， 运 放 A2 的输出端接为双极性增益可调放大器的输出端 va， 运放 A2 的电源采用正负双电源。 通常电阻 R20 与 R25 阻值相等， 电阻 R21 与 R22 阻值相等， 电阻 R23 与 R24 阻值相等， 电流 型双极性增益可调放大器的电压增益正负双极性可调。
乘法型双极性增益可调放大器 ( 如图 22a 所示 ) 由模拟乘法器 M2、 电位器 Rp2、 电 阻 R21 与 R22 组成， 模拟乘法器 M2 有二个输入端、 一个输出端， 模拟乘法器 M2 的第一输入
端接为双极性增益可调放大器的输入端 ua， 模拟乘法器 M2 的第二输入端接电位器 Rp2 的滑 动端， 电位器 Rp2 的二个固定端分别通过电阻 R22 与 R21 接电源 +Vp 与 -Vp， 模拟乘法器 M2 的输出端接为双极性增益可调放大器的输出端 va。
统调型双极性增益可调放大器 ( 如图 22b 所示 ) 有一个输入端 ua 与一个输出端 va， 统调型双极性增益可调放大器由运算放大器 A1 与 A2、 电阻 R10 及 R11 与 R12、 电位器 Rp1、 电阻 R20、 R21 及 R22 与 R23 组成， 运放 A1 的同相输入端通过电阻 R10 接地， 运放 A1 的反相输入端通过电阻 R12 接双极性增益可调放大器的输入端 ua、 通过电阻 R11 接电位器 Rp1 的一个固定端， 电位器 Rp1 的滑动端接运放 A1 的输出端， 运放 A2 的同相输入端通过电 阻 R20 接地， 运放 A2 的反相输入端通过电阻 R22 接电位器 Rp1 的另一个固定端、 通过电阻 R23 接双极性增益可调放大器的输入端 ua、 通过电阻 R21 接运放 A2 的输出端， 运放 A2 的输 出端接为双极性增益可调放大器的输出端 va。
分调型双极性增益可调放大器 ( 如图 22c 所示 ) 由运算放大器 A21 与 A22、 二极管 D21a 与 D21b、 电阻 R210 及 R211a、 R211b 与 R212、 电位器 Rp2a 与 Rp2b、 电阻 R220、 R221 及 R222a、 R222b 与 R223 组成， 运放 A21 的同相输入端通过电阻 R210 接地， 运放 A21 的反相输 入端通过电阻 R212 接双极性增益可调放大器的输入端 ua、 通过电阻 R211a 与 R211b 分别接 电位器 Rp2a 与 Rp2b 的一个固定端， 电位器 Rp2a 与 Rp2b 的滑动端分别通过二极管 D21a 与 D21b 接运放 A21 的输出端， 二极管 D21a 与 D21b 相连的一侧极性相反， 运放 A22 的同相输入 端通过电阻 R220 接地， 运放 A22 的反相输入端通过电阻 R222a 与 R222b 分别接电位器 Rp2a 与 Rp2b 的另一个固定端、 通过电阻 R223 接双极性增益可调放大器的输入端 ua、 通过电阻 R221 接运放 A22 的输出端， 运放 A22 的输出端接为双极性增益可调放大器的输出端 va。实 施例 4
非线性校正器， 有一个输入端 ux、 一个输出端 vx ； 根据结构的差异有直馈式非线 性校正器、 反馈式非线性校正器、 组合式非线性校正器三种形式 ：
直馈式非线性校正器 ( 如图 23 所示 ) 由函数变换器、 输出合成器组成， 输出合成 器有二个输入端 uh1 与 uh2、 一个输出端 vh， 输出合成器的第一输入端 uh1 与函数变换器的 输入端 us 连接并接为非线性校正器的输入端 ux， 输出合成器的第二输入端 uh2 接函数变换 器的输出端 vs， 输出合成器的输出端 vh 接为非线性校正器的输出端 vx。
反馈式非线性校正器 ( 如图 24 所示 ) 由函数变换器、 输出合成器组成， 输出合成 器有二个输入端 uh1 与 uh2、 一个输出端 vh， 输出合成器的第一输入端 uh1 接为非线性校正 器的输入端 ux， 输出合成器的第二输入端 uh2 接函数变换器的输出端 vs， 输出合成器的输 出端 vh 与函数变换器的输入端 us 连接并接为非线性校正器的输出端 vx。
组合式非线性校正器 ( 如图 25 所示 ) 由加权组合器、 函数变换器、 输出合成器组 成， 加权组合器有二个输入端 uq1 与 uq2、 一个输出端 vq， 输出合成器有二个输入端 uh1 与 uh2、 有一个输出端 vh， 输出合成器的第一输入端 uh1 与加权组合器的第一输入端 uq1 连接 并接为非线性校正器的输入端 ux， 函数变换器的输入端 us 接加权组合器的输出端 vq， 函数 变换器的输出端 vs 接输出合成器的第二输入端 uh2， 输出合成器的输出端 vh 与加权组合器 的第二输入端 uq2 连接并接为非线性校正器的输出端 vx。
输出合成器有两种固定型、 两种统调型、 两种分调型共六种形式 ：
第一种形式的固定型输出合成器 ( 如图 26a 所示 ) 由运算放大器 A3 与电阻 R30 ～R33 组成， 运放与电阻接成减法器， 运放的同相输入端通过电阻 R33 接为输出合成器的第一 输入端 uh1、 同时通过电阻 R30 接地， 运放的反相输入端通过电阻 R32 接为输出合成器的第 二输入端 uh2、 同时通过电阻 R31 接运放的输出端， 运放 A3 的输出端接为输出合成器的输出 端 vh。
第二种形式的固定型输出合成器 ( 如图 26b 所示 ) 由运算放大器 A3 与电阻 R30 ～ R33 组成， 运放与电阻接成加法器， 运放的同相输入端通过电阻 R30 接地， 运放的反相输入 端分别通过电阻 R33 与 R32 接输出合成器的输入端 uh1 与 uh2、 并通过电阻 R31 接运放的输 出端， 运放 A3 的输出端接为输出合成器的输出端 vh。
第一种形式的统调型输出合成器 ( 如图 26c 所示 ) 由两个运放 A31 与 A32、 电位器 Rp31、 电阻 R310、 R311、 R312、 R313 和 R320、 R321、 R322 组成， 运放 A31 的同相输入端通过电 阻 R310 接地， 运放 A31 的反相输入端通过两个电阻 R312 与 R313 分别接输出合成器的二个 输入端 uh1 与 uh2、 并通过电阻 R311 接电位器 Rp31 的一个固定端， 电位器 Rp31 的滑动端接 运放 A31 的输出端， 运放 A32 的同相输入端通过电阻 R320 接地， 运放 A32 的反相输入端通 过电阻 R322 接电位器 Rp31 的另一个固定端、 并通过电阻 R321 接运放 A32 的输出端， 运放 A32 的输出端接为输出合成器的输出端 vh。
第二种形式的统调型输出合成器 ( 如图 26d 所示 ) 由两个运放 A31 与 A32、 电位器 Rp31、 电阻 R310、 R311、 R312 和 R320、 R321、 R322、 R323 组成， 运放 A31 的同相输入端通过电 阻 R310 接地， 运放 A31 的反相输入端通过电阻 R312 接输出合成器的第一输入端 uh1、 并通 过电阻 R311 接电位器 Rp31 的一个固定端， 电位器 Rp31 的滑动端接运放 A31 的输出端， 运 放 A32 的同相输入端通过电阻 R320 接地， 运放 A32 的反相输入端通过电阻 R322 接电位器 Rp31 的另一个固定端、 通过电阻 R323 接输出合成器的第二输入端 uh2、 并通过电阻 R321 接 运放 A32 的输出端， 运放 A32 的输出端接为输出合成器的输出端 vh。
第一种形式的分调型输出合成器 ( 如图 26e 所示 ) 由运算放大器 A31 与 A32、 二 极管 D31a 与 D31b、 电位器 Rp31a 与 Rp31b、 电阻 R310、 R311a、 R311b、 R312、 R313 和 R320、 R321、 R322a、 R322b 组成， 运放 A31 的同相输入端通过电阻 R310 接地， 运放 A31 的反相输入 端通过电阻 R312 与 R313 分别接输出合成器的二个输入端 uh1 与 uh2、 并通过电阻 R311a 与 R311b 分别接电位器 Rp31a 与 Rp31b 的一个固定端， 电位器 Rp31a 与 Rp31b 的滑动端分别 通过二极管 D31a 与 D31b 接运放 A31 的输出端， 二极管 D31a 与 D31b 相连的一侧极性相反， 运放 A32 的同相输入端通过电阻 R320 接地， 运放 A32 的反相输入端分别通过电阻 R322a 与 R322b 接电位器 Rp31a 与 Rp31b 的另一个固定端、 并通过电阻 R321 接运放 A32 的输出端， 运 放 A32 的输出端接为输出合成器的输出端 vh。
第二种形式的分调型输出合成器 ( 如图 26f 所示 ) 由运算放大器 A31 与 A32、 二 极管 D31a 与 D31b、 电位器 Rp31a 与 Rp31b、 电阻 R310、 R311a、 R311b、 R312 和 R320、 R321、 R322a、 R322b、 R323 组成， 运放 A31 的同相输入端通过电阻 R310 接地， 运放 A31 的反相输 入端通过电阻 R312 接输出合成器的第一输入端 uh1、 并通过电阻 R311a 与 R311b 分别接电 位器 Rp31a 与 Rp31b 的一个固定端， 电位器 Rp31a 与 Rp31b 的滑动端分别通过二极管 D31a 与 D31b 接运放 A31 的输出端， 二极管 D31a 与 D31b 相连的一侧极性相反， 运放 A32 的同相 输入端通过电阻 R320 接地， 运放 A32 的反相输入端分别通过电阻 R322a 与 R322b 接电位器 Rp31a 与 Rp31b 的另一个固定端、 通过电阻 R323 接输出合成器的第二输入端 uh2、 并通过电阻 R321 接运放 A32 的输出端， 运放 A32 的输出端接为输出合成器的输出端 vh。
加权组合器 ( 如图 27 所示 ) 由电位器 Rp00 与电压跟随器组成， 电位器 Rp00 的二 个固定端分别作为加权组合器的二个输入端 uq1 与 uq2， 电位器 Rp00 的滑动端接电压跟随 器的输入端， 电压跟随器的输出端接为加权组合器的输出端 vq。
电压跟随器由运放通过将其反相输入端与输出端短接得到， 运放的同相输入端即 为电压跟随器的输入端， 运放的输出端即为电压跟随器的输出端。
实施例 5
高阻型非线性校正器 ( 如图 28 所示 )， 有一个输入端、 一个输出端 ； 高阻型非线性 校正器由电压跟随器 G0 与非线性校正器组成， 电压跟随器 G0 的输入端即为高阻型非线性 校正器的输入端， 电压跟随器 G0 的输出端接非线性校正器的输入端 ux， 非线性校正器的输 出端 vx 即为高阻型非线性校正器输出端。
实施例 6
通用非线性校正器 ( 如图 29 所示 )， 有一个输入端 uy、 一个输出端 vy ； 通用非线 性校正器由零位调整电路与非线性校正器组成， 零位调整电路有一个输入端 uz、 一个输出 端 vz， 零位调整电路的输入端 uz 即为通用非线性校正器的输入端 uy， 零位调整电路的输出 端 vz 接非线性校正器的输入端 ux， 非线性校正器的输出端 vx 即为通用非线性校正器输出 端 vy。
零位调整电路由运算放大器 A0、 电位器 Rp0、 电阻 R00 ～ R03 组成， 运放 A0 的同相 输入端通过电阻 R00 接地， 运放 A0 的反相输入端通过电阻 R02 接零位调整电路的输入端 uz、 通过电阻 R03 接电位器 Rp0 的滑动端、 通过电阻 R01 接运放 A0 的输出端， 电位器 Rp0 的 二个固定端分别接电源 +Vp 与 -Vp， 运放 A0 的输出端接为零位调整电路的输出端 vz。
电路中运放的电源 +Pv 与 -Pv 为普通的正负双电源， 而电源 +Vp 与 -Vp 为精度较 高的正负双电源或正负电压基准， 简单应用时这两组电源也可以合并为一组正负双电源。
通常检测电路输出的原始测量信号有一定程度的零位偏移与非线性失真， 从而造 成一定的测量误差。通用非线性校正器输入检测电路输出的原始测量信号， 经零位调整电 路的零偏修正， 再根据原始测量信号的大小或经校正的线性信号的大小经非线性函数变换 器输出非线性校正信号， 经与原始测量信号的叠加输出校正的线性信号， 从而降低或避免 测量的非线性误差。非线性校正器的非线性校正曲线、 输出曲线如图 30 所示。
实施例 7
高阻型通用非线性校正器 ( 如图 31 所示 )， 有一个输入端、 一个输出端 ； 高阻型通 用非线性校正器由电压跟随器 G0 与通用非线性校正器组成， 电压跟随器 G0 的输入端即为 高阻型通用非线性校正器的输入端， 电压跟随器 G0 的输出端接通用非线性校正器的输入 端 uy， 通用非线性校正器的输出端 vy 即为高阻型通用非线性校正器输出端。
高阻型非线性校正器与高阻型通用非线性校正器具有极高的输入阻抗， 从而拓展 了非线性校正器的适用场合。
一种非线性校正器的完整原理图如图 32 所示。