非线性函数发生器与函数变换器及通用非线性校正器制造技术

本发明专利技术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。非线性函数发生器有简易型与合成型、反相与同相折线型、反相与同相三角波合成型与正弦波合成型等形式，函数变换器由输入与输出增益控制器、非线性函数发生器组成，输入与输出增益控制器采用双极性增益可调放大器，非线性校正器有直馈式、反馈式、组合式三种形式，非线性校正器则由加权组合器、函数变换器、输出合成器组成，通用非线性校正器由零位调整电路与非线性校正器组成，高阻型（通用）非线性校正器则为前置电压跟随器的（通用）非线性校正器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非线性函数发生器，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；其特征在于：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ｕｎ、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ｕｎ、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ｖｎ；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ｕｎ、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ｕｎ、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ｖｎ；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ｕｎ，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；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ｕｎ，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...

【技术特征摘要】
一种非线性函数发生器，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；其特征在于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un、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un、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vn；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un、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un、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vn；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un，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；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un，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um，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；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；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un，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vn；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un，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vn；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；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un，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vn；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un，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vn；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；反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；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；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；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；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。2.按权利要求1所述的非线性函数发生器，其特征在于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。3.一种含有权利要求1或2所述非线性函数发生器的函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明，陈觉晓，张金龙，叶明，司霞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]