本文中的電路可以預測(或立即跳至)一個輸入信號變化的最終值。它的原理是,預期輸入信號的變化與已知時間常數(shù)呈指數(shù)關(guān)系。本電路源于一個70年代即時讀取的電子溫度計,當將溫度計探頭置于病人舌下時,幾秒鐘后就可以顯示出病人的體溫。這表明,我們已經(jīng)知道了溫度探頭的指數(shù)式熱響應特性。
電路用一個四重軌至軌放大器完成算術(shù)運算(圖1)。電路的輸入端為Node X。在這個結(jié)點上,用一個RC時間常數(shù)為500 ms的濾波器對1 kHz PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號作均化。所需要的輸出是一個與PWM占空比成比例的DC電壓。需要一個長的時間常數(shù),以減小紋波。用相同的時間常數(shù)對這個輸入信號做微分,就可以得到即時的輸出響應。輸入信號是電容C1 上從初始電壓VI 變?yōu)樽罱K值VF的電壓。R1與C1設定時間常數(shù),如下式所示:


其中,e是一個無理常數(shù),約等于2.718281828。然后將此信號用一個反向半增益緩沖器做緩沖,防止出現(xiàn)削波。為干凈起見忽略DC偏置,則Node VB處的AC輸出就是RC時間常數(shù)的一個函數(shù),如下式所示:

然后,用放大器IC1對反相信號做微分。R2和C2設定微分器的時間常數(shù)。微分電路的增益隨頻率而增加,因此這類電路容易出現(xiàn)不穩(wěn)定。R5和C8用于保持電路的穩(wěn)定。在我們感興趣的低頻上,R2 與C2指示電路的功能,如下式所示:

R1和C1設定輸入的時間常數(shù),可以將其選成與差分器時間常數(shù)R2×C2相同,從而使兩者匹配。這一步消去了方程中的一些項,將輸出電壓的表達式簡化如下:

因為做防止削峰的調(diào)節(jié),要用一種加權(quán)方式,將此信號加到輸入信號上,避免此電壓出現(xiàn)在IC4的正輸入端,如下式所示:

注意上式中第一項和最后一項互相抵消。下面要設定放大器IC4的增益為3,如下式所示:

當輸入開始以某個已知指數(shù)速率變化時,輸出端即可預期到結(jié)果,并立即跳至最終電壓(圖2)。很多有固定輸入時間常數(shù)的應用,都可以采用此電路。

