測控電路-第5章-信號運算電路課件

1、信號放大電路5.1 比例運算放大5.2 加法/減法運算5.3 對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算5.4 常用特征值運算5.5 函數(shù)型運算電路 5.6 微分積分運算電路 信號運算電路5.1 比例運算放大5.2 加法/減法運算5.3 對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算5.4 常用特征值運算5.5 函數(shù)型運算電路 5.6 微分積分運算電路 5.1.1 同相比例放大， 虛短、虛斷由此可得：增益為：5.1.2 反相比例放大閉環(huán)電壓增益：當Rf=R1時，Kf=-1，電路構(gòu)成單位增益倒相器，一般用于阻抗匹配和倒相45.1.3 差分比例放大uo+-+Nui1R1R2R4ui2R3ui1作用時電路的輸出uo1 ui2作用時電路的輸出u

2、o2 信號運算電路5.1 比例運算放大5.2 加法/減法運算5.3 對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算5.4 常用特征值運算5.5 函數(shù)型運算電路 5.6 微分積分運算電路 實現(xiàn)輸入信號相加，且輸入輸出同相5.2.1 同相加法運算電路5.2.2 反相加法電路5.2.3 減法運算電路信號運算電路5.1 比例運算放大5.2 加法/減法運算5.3 對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算5.4 常用特征值運算5.5 函數(shù)型運算電路 5.6 微分積分運算電路 5.3.1 對數(shù)運算電路VDiDR1uiuo-+Ni1 Is PN結(jié)的反向飽和電流；UT 熱電壓，；k 玻耳茲曼常數(shù)；q 電子的電荷量。小信號時PN結(jié)具有對數(shù)特性實用電路需要

3、進行失調(diào)和溫度補償R1ui-+N1URuoiDR65k1M100kUCUDR4R3V1R21.5MR5i2-+N2tV2RT5.3.1 對數(shù)運算電路5.3.2 指數(shù)運算電路指數(shù)與對數(shù)互為逆運算，在電路結(jié)構(gòu)上也存在對偶性。將反饋回路的非線性器件移到輸入端，而反饋環(huán)節(jié)采用電阻，則可實現(xiàn)指數(shù)運算RfifiVuiuo-+N具有溫度補償?shù)闹笖?shù)運算電路R1ui-+N1uoR4200pFR5R3V1R2RTV2-+N2tUR5.3.2 指數(shù)運算電路指數(shù)對數(shù)uo3R2R3uo1uo2uoR1u1-+N1R2V1R1u2-+N2R2V2-+N3-+N4V3相加5.3.3 基于對數(shù)/指數(shù)運算的乘法/除法運算電路基

4、于對數(shù)和指數(shù)運算的乘法運算電路 指數(shù)uo3R2R3uo1uo2uoR1u1-+N1R2V1R1u2-+N2R2V2-+N3-+N4V3R2對數(shù)相減基于對數(shù)和指數(shù)運算的除法運算電路5.3.3 基于對數(shù)/指數(shù)運算的乘法/除法運算電路四象限乘法運算電路5.3.3 基于對數(shù)/指數(shù)運算的乘法/除法運算電路U0.5-1-1ExUy0U10U20.5-1-1N1xyzxyzN3N2U-1-1-1+4oN4-+5.3.4 變跨導(dǎo)乘法運算電路對數(shù)指數(shù)式與變跨導(dǎo)式乘法運算電路都依賴有源器件特性，并有一系列近似和干擾因素，精度低。RcR0V1V2V3ux+EcRcuyuoi0信號運算電路5.1 比例運算放大5.2

5、加法/減法運算5.3 對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算5.4 常用特征值運算5.5 函數(shù)型運算電路 5.6 微分積分運算電路 5.4.1 絕對值運算電路UOoUiNUiUoUNRIoVD1VD3VD2VD4mA5.4.2 峰值運算電路峰值檢測電路：檢測信號某一周期內(nèi)峰值的電路當輸入信號上升大于前次采樣信號時，電路工作于采樣狀態(tài)并且跟蹤信號當信號下降時，保持采樣值輸出為一個采樣周期內(nèi)的峰值5.4.3 平均值運算電路求若干參數(shù)的平均值求和取平均求參數(shù)在一段時間變化內(nèi)的平均值時間平均，積分低頻信號收高頻信號的干擾低通濾波器參數(shù)變化的有效值取絕對值，在平均（低通濾波）信號運算電路5.1 比例運算放大5.2 加法

6、/減法運算5.3 對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算5.4 常用特征值運算5.5 函數(shù)型運算電路 5.6 微分積分運算電路 5.5 函數(shù)運算電路R3R2R6-URui+URuoVD2C-+NR5R4R1RfVD1VD3VD4VD5VD6ABOABCDABCDuoui轉(zhuǎn)折點：由鉗位控制，按此計算電阻比斜率：由電阻決定，按此計算電阻值用途： 函數(shù)運算線性化(1) 折線逼近電路(2)反函數(shù)運算電路RuiRuo-+Nuff(x)-uf= f(uo)-5.5 函數(shù)運算電路信號運算電路5.1 比例運算放大5.2 加法/減法運算5.3 對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算5.4 常用特征值運算5.5 函數(shù)型運算電路 5.6 微分積分

7、運算電路 5.6.1 常用積分電路積分運算電路主要用途：積分運算、濾波、波形發(fā)生、控制等干擾參數(shù)X+-W X-WY Z+ZY對 象ASAR被調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)偏差調(diào) 節(jié) 器調(diào)節(jié)參數(shù)額定值 引入積分運算后才能消除靜差反相積分器/米勒積分器存儲在電容器中的初始電荷iCCRuiuo-+NR1i1比例積分電路5.6.2 常用微分電路引入90的相位滯后，容易引起自激振蕩a)基本微分電路uiRCNuo+微分時間常數(shù)TD=RC5.6.3 PID運算電路 PID控制器是一種線性控制器，它將給定值r(t)與實際輸出值c(t)(反饋量)的偏差e(t) 的比例P、積分I和微分D進行線性組合，形成控制量u(t)輸出，如圖所示

8、。R1uiCDR2R5R7CmuoPPDPIR6CIRPIRPD-+N1-+N3-+N2RRPR3R4積分：消除靜差、抑制干擾比例：提高調(diào)節(jié)靈敏度、減小靜差、減小滯后微分：進一步減小滯后、加快調(diào)節(jié)速度PID調(diào)節(jié)器串聯(lián)實現(xiàn)電路5.6.3 PID運算電路5.7 過程調(diào)節(jié)器電路分析30k外給定指示S6S427k390k390k470k30k升軟手動操作電路34內(nèi)給外給S6外給定420mA輸入15VURUi4500kS7500k500k電平移動電路正反作用R1R2R3R4R6_+N1+IRRRUTUF500k500k500k輸入指示S5R給定指示RP2S5指示單元500k500k500k500k500

9、k560內(nèi)給定15V1kUSRPs標定_+N5+_+N6+P2P1RP1910220VS6VUB=10V3V91020k2130kRHRF降_+N4+Uo32k40k40k2.4k負載3CG21R7R8R9UF4Uf3DG27C24VRfIo62.510k10kR1010k輸出電路UT4UB=10VRPI硬手動操作電路101k9.1kUo2CM62k15M3.910kS110F比例微分電路比例積分電路_+N3+RPP3PDPIUT3UF31S3211kCI132S2VDVRP424V測量_+N1+1kRP39.1kCMUT2UF225kUo1470k30k5.7.1 電平移動電路內(nèi)給外給S6外

10、給定420mA輸入15VURUi4500kS7500k正反作用R1R2R3R4R5R6_+N1+IRRRUFU+Uo125k滿足放大器的共模電壓范圍的要求 US500k接軟手動操作電路5.7.2 PD運算電路先不考慮由軟手動操作電路的輸入，并考慮到N2的輸入可等效為由軟手動操作電路Uo262k15M3.910k_N2+RPPUF2Uo1+UT21kRP3CD9.1kUo1UT2RP3CDUo1/n5.7.2 PD運算電路由軟手動操作電路Uo262k15M3.910k_N2+RPPUF2Uo1+UT21kRP3CD9.1kRP3-調(diào)整微分時間常數(shù)RPP-調(diào)整增益 )(11)()(1oD3PD3PT2osUsCRsCnRnsUsU+=aa5.7.3 PI運算S1、S2: 1-自動測量 2-軟手動，通過S4改變充電時間常數(shù) 3-硬手動，強行快速充電S3：改變增益S1、S2在1即自動測量位置，S3在增益為10位置。電路簡化為：CM10F_+N3+UT3UF3CIRP4Uo3UBUo21kCMS110F_+N3+3UT3UF31S3211kCI1