第5章信號(hào)運(yùn)算電路課件

第5章信號(hào)運(yùn)算電路5.1比例運(yùn)算放大電路5.2加法、減法運(yùn)算電路5.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除運(yùn)算電路5.4微分、積分運(yùn)算電路5.5常用特征值運(yùn)算電路5.6函數(shù)型運(yùn)算電路第5章信號(hào)運(yùn)算電路5.1比例運(yùn)算放大電路在自動(dòng)檢測(cè)裝置中，信號(hào)的提取和處理，均需進(jìn)行各種運(yùn)算。如信息提取得對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行和、差運(yùn)算，獲得最佳信號(hào)值。在信號(hào)處理時(shí)，需進(jìn)行各種加、減、乘、除、積分、微分及絕對(duì)值等運(yùn)算，以及一些復(fù)雜函數(shù)的運(yùn)算等等。下面介紹各種運(yùn)算電路的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用。在自動(dòng)檢測(cè)裝置中，信號(hào)的提取和處理，均需進(jìn)行各5.1比例運(yùn)算放大電路5.1.1同相比例運(yùn)算放大電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋特點(diǎn)：同相比例運(yùn)算電路如圖5.1比例運(yùn)算放大電路5.1.1同相比例運(yùn)算放大電路電電壓跟隨器電路如下圖所示。電壓跟隨器電路如下圖所示。反相比例運(yùn)算電路如圖電壓并聯(lián)負(fù)反饋特點(diǎn)：5.1.2反相比例運(yùn)算放大電路反相比例運(yùn)算電路如圖電壓并聯(lián)負(fù)反饋特點(diǎn)：5.1.2反相比兩個(gè)輸入端均有輸入，參數(shù)對(duì)稱。5.1.3差分比例運(yùn)算放大電路兩個(gè)輸入端均有輸入，參數(shù)對(duì)稱。5.1.3差分比例運(yùn)算放大5.2加減運(yùn)算電路5.2.1同相加法運(yùn)算電路其中：Rp=R1∥R2∥R3∥R4RN=R∥Rf5.2加減運(yùn)算電路5.2.1同相加法運(yùn)算電路其中：R第5章信號(hào)運(yùn)算電路課件5.2.2反相加法運(yùn)算電路5.2.2反相加法運(yùn)算電路1.利用加法運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算5.2.3減法運(yùn)算電路1.利用加法運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算5.2.3減法運(yùn)算電路2.用單一運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算2.用單一運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算當(dāng)uI3、uI4作用時(shí)，電路為同相求和運(yùn)算。若：R1∥R2∥Rf=R3∥R4∥R5當(dāng)uI1、uI2作用時(shí)，電路為反相求和運(yùn)算。當(dāng)uI3、uI4作用時(shí)，電路為同相求和運(yùn)算。若：R1∥R2∥例1.設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)uo=10ui1+8ui2-20ui3的電路。法一：用兩級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)uo=-[-(10ui1+8ui2)+20ui3]的電路。令

uo1=-(10ui1+8ui2)uo=-（uo1+20ui3）的電路。R1’ui2ui3uo1uo+－－+ui1A1A2R2’Rf1R4R3R2R1Rf2例1.設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)uo=10ui1+8ui2-20ui3法二：用一級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)A－＋uoRfui3R3ui2R2R1ui1R’uo=10ui1+8ui2-20ui3法二：用一級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)A－＋uoRfui3R3ui2R2R試用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算：作業(yè)試用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算：作業(yè)5.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除運(yùn)算電路UT為溫度電壓當(dāng)量5.3.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路5.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除運(yùn)算電路UT為溫度電壓當(dāng)量5.3.上面的電路在應(yīng)用中需作如下改進(jìn)。1.失調(diào)補(bǔ)償；2溫度補(bǔ)償；3.安全保護(hù)；4.加校正環(huán)節(jié)。上面的電路在應(yīng)用中需作如下改進(jìn)。5.3.2指數(shù)運(yùn)算電路A－＋uIR’uoiEiRRT集成運(yùn)放反相輸入端為虛地輸出電壓5.3.2指數(shù)運(yùn)算電路A－＋uIR’uoiEiRRT5.3.3乘法運(yùn)算電路利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路可實(shí)現(xiàn)的乘法運(yùn)算?？驁D如下所示。對(duì)數(shù)相加，再求指數(shù)，即得乘法運(yùn)算電路。5.3.3乘法運(yùn)算電路利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路可實(shí)現(xiàn)的乘法A4－＋uO3R4uoRT3A1－＋uI1R1uo1T1RA2－＋uI2R2uo2T2RA3－＋R3RRRA4－＋uO3R4uoRT3A1－＋uI1R1uo1利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路也可實(shí)現(xiàn)的初法運(yùn)算?？驁D如下所示。5.3.4除法運(yùn)算電路對(duì)數(shù)相減，再求指數(shù)，即得除法運(yùn)算電路。利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路也可實(shí)現(xiàn)的初法運(yùn)算?？驁D如下所示。5.第5章信號(hào)運(yùn)算電路課件5.4微分、積分運(yùn)算電路5.4.1常用積分電路一、反向積分電路由于uP=uN=0，“虛地”，虛斷A－＋iCuIR’uoiRRC+-5.4微分、積分運(yùn)算電路5.4.1常用積分電路一、反式中uO(t1)為積分起始時(shí)刻的輸出電壓，即積分運(yùn)算的起始值，當(dāng)信號(hào)源為多個(gè)時(shí)積分的終值是t2時(shí)刻的輸出電壓。式中uO(t1)為積分起始時(shí)刻的輸出電壓，即積分運(yùn)算的起始值0tuI0tuo0tuI0tuo0tuI0tuo當(dāng)uI為常量時(shí)，0tuI0tuo0tuI0tuo0tuI0tuo當(dāng)uI為常量二、比例積分電路

在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)比例積分電路，即PI調(diào)節(jié)器，其線路如圖所示。Uex++C1RbalUinR0+AR1比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

二、比例積分電路在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)PI輸入輸出關(guān)系如何？按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得式中

—PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)；—PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。由此可見(jiàn)，PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。PI輸入輸出關(guān)系如何？按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)當(dāng)初始條件為零時(shí)，上式兩側(cè)取拉氏變換，移項(xiàng)后，得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。令，則傳遞函數(shù)也可以寫(xiě)成如下形式

PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)當(dāng)初始條件為零時(shí)，上式兩側(cè)取拉氏變PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性

UexUinUexmtUinUexOKpUina)PI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線OtOt

UcUc?Un121+2b)PI調(diào)節(jié)器輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程

PI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性UexUinUexmtUinUexOK5.4.2常用微分電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的反運(yùn)算。將積分運(yùn)算電路中的電阻和電容對(duì)跳，就得到微分運(yùn)算電路。各種微分運(yùn)算電路如下。c)高輸入阻抗微分電路UURRCCoiNb)實(shí)用微分電路URRCC1i1NoUa)基本微分電路UURCoiN∞輸出電壓5.4.2常用微分電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的5.4.3PID運(yùn)算什么是PID運(yùn)算電路？

PID（比例–積分–微分）電路又稱為PID調(diào)節(jié)器，是一種常見(jiàn)的控制電路。調(diào)節(jié)器的任務(wù)是將一定的物理量（被調(diào)節(jié)參數(shù)X）調(diào)節(jié)到預(yù)先給定的理論值（或稱額定值W），并克服干擾的影響保持這一值。PID調(diào)節(jié)器應(yīng)用框圖如圖所示。干擾參數(shù)X+++-WX-WYZ+ZY對(duì)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5.4.3PID運(yùn)算什么是PID運(yùn)算電路？干擾參數(shù)X++5.5常用特征值運(yùn)算電路5.5.1絕對(duì)值運(yùn)算電路UOoUiN∞UiUoUNRIoVD1VD3VD2VD4mAIo=∣Ui∣/R絕對(duì)值運(yùn)算電路如圖所示。5.5常用特征值運(yùn)算電路5.5.1絕對(duì)值運(yùn)算電路UO5.5.2峰值檢測(cè)電路峰值檢測(cè)電路能檢測(cè)信號(hào)在某一周期內(nèi)的峰值，可由采樣/保持電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)輸入信號(hào)上升大于前次采樣的信號(hào)時(shí)，電路處于采樣狀態(tài)，并且跟蹤輸入信號(hào)；當(dāng)輸入信號(hào)下降時(shí)，電路處于保持狀態(tài)。電路的輸出為一個(gè)周期內(nèi)的峰值。由同相運(yùn)算放大器構(gòu)成的峰值檢測(cè)電路如下圖所示。其中(a)、(b)分別為正、負(fù)峰值檢測(cè)電路。5.5.2峰值檢測(cè)電路峰值檢測(cè)電路能檢測(cè)信號(hào)以(a)為例：當(dāng)ui大于UC時(shí)，D2截止，D1導(dǎo)通，電路實(shí)現(xiàn)采樣u0=ui。當(dāng)ui下降，IC1同相電位低于反相電位時(shí)，IC1為跟隨器，D1截止，D2導(dǎo)通，電路處于保持狀態(tài)u0=ui-uD1。以(a)為例：當(dāng)ui大于UC時(shí)，D2截止，D1導(dǎo)通，電路5.5.3平均值運(yùn)算電路在測(cè)量系統(tǒng)中，平均值的含義不同，電路設(shè)計(jì)也不同。1.若干參數(shù)平均值。2.某一參數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)變化的平均值。3.某些低頻信號(hào)受高頻信號(hào)的干擾，如電源或電磁干擾等。4.某一交變參數(shù)的有效值。電路如下：b)RCUUoixyzxyzN2N1a)UEUoiRCU1xyxyxyzxyzN1N25.5.3平均值運(yùn)算電路在測(cè)量系統(tǒng)中，平均值的含義不同，5.6函數(shù)型運(yùn)算電路函數(shù)型運(yùn)算電路有限幅型、倒數(shù)型、擴(kuò)展型。下面介紹常用的限幅型電路。5.6.1限幅電路概述及二極管鉗位作用1.限幅電路概述限幅電路又叫鉗位電路，特點(diǎn)是當(dāng)輸入大到一定范圍后，輸出不再隨輸入的增大而變化，而保持在某個(gè)固定值上。這種特性不僅用于信號(hào)的處理和運(yùn)算中，也廣泛用于過(guò)載保護(hù)中。限幅電路按是否帶運(yùn)放分為有源和無(wú)源兩種。由于運(yùn)放具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點(diǎn)，所以帶運(yùn)放的有源限幅器可使信號(hào)源和負(fù)載之間有良好的隔離作用。但是由于受運(yùn)放頻率相應(yīng)的限制，接入運(yùn)放后，電路的工作頻率變窄。5.6函數(shù)型運(yùn)算電路函數(shù)型運(yùn)算電路有限幅型、倒數(shù)型、擴(kuò)展限幅器的主要技術(shù)指標(biāo)是限幅門(mén)限值和限幅系數(shù)，結(jié)合下圖來(lái)說(shuō)明。1.下限限幅門(mén)限值Vth-2.上限限幅門(mén)限值Vth+3.下限限幅電壓VL4.上限限幅電壓VH術(shù)語(yǔ)5.限幅區(qū);上、下限幅區(qū)6.傳輸區(qū)7.限幅系數(shù)KLI有兩個(gè)限幅區(qū)，傳輸區(qū)夾在兩個(gè)限幅區(qū)之間，具有這種傳輸特性的限幅器叫雙向限幅器。只有一個(gè)傳輸區(qū)和一個(gè)限幅區(qū)的限幅器叫單向限幅器。若限幅區(qū)夾在兩個(gè)傳輸區(qū)之間則稱區(qū)間限幅器。限幅器的主要技術(shù)指標(biāo)是限幅門(mén)限值和限2.二極管的鉗位作用二極管鉗位如下圖所示，該電路為串聯(lián)限幅。5.6.2單向限幅器1.單運(yùn)放二極管單向限幅器二極管限幅器就是利用二極管單向?qū)щ娦蕴匦詷?gòu)成的，如下圖，為并聯(lián)限幅。2.二極管的鉗位作用5.6.2單向限幅器Ui<UR，D截止Ui>UR，D導(dǎo)通，限幅電壓為：Ui<UR，D截止Ui>UR，D導(dǎo)通，限幅電壓為：由于則上限限幅門(mén)限電壓值Vth+為：2.穩(wěn)壓管單向限幅器穩(wěn)壓管單向限幅器如圖所示。有由于則上限限幅門(mén)限電壓值Vth+為：2.穩(wěn)壓管單向限幅器5.6.3雙向限幅器1.單運(yùn)放二極管雙向限幅器把二極管和電阻分壓組合起來(lái)，并接在運(yùn)放的反饋回路中，就組成了普通二極管雙向限幅器。二極管雙向限幅器電路及傳輸特性如圖所示。由于輸入信號(hào)Ui變化時(shí)，二極管D1、D2有三種組合，從而電路輸出形成三個(gè)區(qū)間。5.6.3雙向限幅器1）傳輸區(qū)：D1、D2截止，電路為反相比例放大電路。等效電路如圖(a)所示。1）傳輸區(qū)：D1、D2截止，電路為反相比例放大電路。2）上限幅區(qū)：Ui正向增大，使D1導(dǎo)通、D2截止，電路開(kāi)始工作在上限幅區(qū)。等效電路如圖(b)所示。2）上限幅區(qū)：Ui正向增大，使D1導(dǎo)通、D2截止，電路3）下限幅區(qū)：Ui負(fù)向變化時(shí)，使D1截止、D2導(dǎo)通，電路開(kāi)始工作在下限幅區(qū)。等效電路如圖(c)所示。2.雙運(yùn)放二極管雙向限幅器雙運(yùn)放二極管雙向限幅器的電路形式較多，詳見(jiàn)相關(guān)資料。3）下限幅區(qū)：Ui負(fù)向變化時(shí)，使D1截止、D2導(dǎo)通，電路二極管的接法決定了對(duì)輸出電壓的正向進(jìn)行限幅。如果要進(jìn)行負(fù)向限幅，只要將圖中的二極管和穩(wěn)壓管都反接一下即可。若想獲得雙向限幅效果，只要將二極管換成穩(wěn)壓管，背靠背串接即可。3.單運(yùn)放穩(wěn)壓管雙向限幅器單運(yùn)放穩(wěn)壓管雙向限幅器電路和傳輸特性如下圖所示。傳輸特性二極管的接法決定了對(duì)輸出電壓的正向進(jìn)行限幅。3.單4.單運(yùn)放穩(wěn)壓管橋式雙向限幅器單運(yùn)放穩(wěn)壓管橋式雙向限幅器電路和傳輸特性如圖所示。二極管橋式電路和反饋電阻并接在運(yùn)放的反饋電路中，可提高電路的限幅精度，改善正負(fù)限幅電壓的對(duì)稱性。當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，加在橋路上的電源電壓為+VCC，-VEE通過(guò)R4和R5使穩(wěn)壓管DZ導(dǎo)通，而D1~D4均截止。設(shè)R4=R5=R，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為VZ，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為：4.單運(yùn)放穩(wěn)壓管橋式雙向限幅器該電流即為起始電流。適當(dāng)選取電流值，就不會(huì)使穩(wěn)壓管在工作過(guò)程中進(jìn)入反向擊穿待性的起始段，而永遠(yuǎn)工作在特性的陡直線段上，從而提高了限幅精度。該電流即為起始電流。適當(dāng)選取電流值，就不會(huì)使穩(wěn)第5章信號(hào)運(yùn)算電路課件第5章信號(hào)運(yùn)算電路5.1比例運(yùn)算放大電路5.2加法、減法運(yùn)算電路5.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除運(yùn)算電路5.4微分、積分運(yùn)算電路5.5常用特征值運(yùn)算電路5.6函數(shù)型運(yùn)算電路第5章信號(hào)運(yùn)算電路5.1比例運(yùn)算放大電路在自動(dòng)檢測(cè)裝置中，信號(hào)的提取和處理，均需進(jìn)行各種運(yùn)算。如信息提取得對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行和、差運(yùn)算，獲得最佳信號(hào)值。在信號(hào)處理時(shí)，需進(jìn)行各種加、減、乘、除、積分、微分及絕對(duì)值等運(yùn)算，以及一些復(fù)雜函數(shù)的運(yùn)算等等。下面介紹各種運(yùn)算電路的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用。在自動(dòng)檢測(cè)裝置中，信號(hào)的提取和處理，均需進(jìn)行各5.1比例運(yùn)算放大電路5.1.1同相比例運(yùn)算放大電路電壓串聯(lián)負(fù)反饋特點(diǎn)：同相比例運(yùn)算電路如圖5.1比例運(yùn)算放大電路5.1.1同相比例運(yùn)算放大電路電電壓跟隨器電路如下圖所示。電壓跟隨器電路如下圖所示。反相比例運(yùn)算電路如圖電壓并聯(lián)負(fù)反饋特點(diǎn)：5.1.2反相比例運(yùn)算放大電路反相比例運(yùn)算電路如圖電壓并聯(lián)負(fù)反饋特點(diǎn)：5.1.2反相比兩個(gè)輸入端均有輸入，參數(shù)對(duì)稱。5.1.3差分比例運(yùn)算放大電路兩個(gè)輸入端均有輸入，參數(shù)對(duì)稱。5.1.3差分比例運(yùn)算放大5.2加減運(yùn)算電路5.2.1同相加法運(yùn)算電路其中：Rp=R1∥R2∥R3∥R4RN=R∥Rf5.2加減運(yùn)算電路5.2.1同相加法運(yùn)算電路其中：R第5章信號(hào)運(yùn)算電路課件5.2.2反相加法運(yùn)算電路5.2.2反相加法運(yùn)算電路1.利用加法運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算5.2.3減法運(yùn)算電路1.利用加法運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算5.2.3減法運(yùn)算電路2.用單一運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算2.用單一運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算當(dāng)uI3、uI4作用時(shí)，電路為同相求和運(yùn)算。若：R1∥R2∥Rf=R3∥R4∥R5當(dāng)uI1、uI2作用時(shí)，電路為反相求和運(yùn)算。當(dāng)uI3、uI4作用時(shí)，電路為同相求和運(yùn)算。若：R1∥R2∥例1.設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)uo=10ui1+8ui2-20ui3的電路。法一：用兩級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)uo=-[-(10ui1+8ui2)+20ui3]的電路。令

uo1=-(10ui1+8ui2)uo=-（uo1+20ui3）的電路。R1’ui2ui3uo1uo+－－+ui1A1A2R2’Rf1R4R3R2R1Rf2例1.設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)uo=10ui1+8ui2-20ui3法二：用一級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)A－＋uoRfui3R3ui2R2R1ui1R’uo=10ui1+8ui2-20ui3法二：用一級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)A－＋uoRfui3R3ui2R2R試用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算：作業(yè)試用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算：作業(yè)5.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除運(yùn)算電路UT為溫度電壓當(dāng)量5.3.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路5.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除運(yùn)算電路UT為溫度電壓當(dāng)量5.3.上面的電路在應(yīng)用中需作如下改進(jìn)。1.失調(diào)補(bǔ)償；2溫度補(bǔ)償；3.安全保護(hù)；4.加校正環(huán)節(jié)。上面的電路在應(yīng)用中需作如下改進(jìn)。5.3.2指數(shù)運(yùn)算電路A－＋uIR’uoiEiRRT集成運(yùn)放反相輸入端為虛地輸出電壓5.3.2指數(shù)運(yùn)算電路A－＋uIR’uoiEiRRT5.3.3乘法運(yùn)算電路利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路可實(shí)現(xiàn)的乘法運(yùn)算。框圖如下所示。對(duì)數(shù)相加，再求指數(shù)，即得乘法運(yùn)算電路。5.3.3乘法運(yùn)算電路利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路可實(shí)現(xiàn)的乘法A4－＋uO3R4uoRT3A1－＋uI1R1uo1T1RA2－＋uI2R2uo2T2RA3－＋R3RRRA4－＋uO3R4uoRT3A1－＋uI1R1uo1利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路也可實(shí)現(xiàn)的初法運(yùn)算?？驁D如下所示。5.3.4除法運(yùn)算電路對(duì)數(shù)相減，再求指數(shù)，即得除法運(yùn)算電路。利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路也可實(shí)現(xiàn)的初法運(yùn)算?？驁D如下所示。5.第5章信號(hào)運(yùn)算電路課件5.4微分、積分運(yùn)算電路5.4.1常用積分電路一、反向積分電路由于uP=uN=0，“虛地”，虛斷A－＋iCuIR’uoiRRC+-5.4微分、積分運(yùn)算電路5.4.1常用積分電路一、反式中uO(t1)為積分起始時(shí)刻的輸出電壓，即積分運(yùn)算的起始值，當(dāng)信號(hào)源為多個(gè)時(shí)積分的終值是t2時(shí)刻的輸出電壓。式中uO(t1)為積分起始時(shí)刻的輸出電壓，即積分運(yùn)算的起始值0tuI0tuo0tuI0tuo0tuI0tuo當(dāng)uI為常量時(shí)，0tuI0tuo0tuI0tuo0tuI0tuo當(dāng)uI為常量二、比例積分電路

在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)比例積分電路，即PI調(diào)節(jié)器，其線路如圖所示。Uex++C1RbalUinR0+AR1比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

二、比例積分電路在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)PI輸入輸出關(guān)系如何？按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得式中

—PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)；—PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。由此可見(jiàn)，PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。PI輸入輸出關(guān)系如何？按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)當(dāng)初始條件為零時(shí)，上式兩側(cè)取拉氏變換，移項(xiàng)后，得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。令，則傳遞函數(shù)也可以寫(xiě)成如下形式

PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)當(dāng)初始條件為零時(shí)，上式兩側(cè)取拉氏變PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性

UexUinUexmtUinUexOKpUina)PI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線OtOt

UcUc?Un121+2b)PI調(diào)節(jié)器輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程

PI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性UexUinUexmtUinUexOK5.4.2常用微分電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的反運(yùn)算。將積分運(yùn)算電路中的電阻和電容對(duì)跳，就得到微分運(yùn)算電路。各種微分運(yùn)算電路如下。c)高輸入阻抗微分電路UURRCCoiNb)實(shí)用微分電路URRCC1i1NoUa)基本微分電路UURCoiN∞輸出電壓5.4.2常用微分電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的5.4.3PID運(yùn)算什么是PID運(yùn)算電路？

PID（比例–積分–微分）電路又稱為PID調(diào)節(jié)器，是一種常見(jiàn)的控制電路。調(diào)節(jié)器的任務(wù)是將一定的物理量（被調(diào)節(jié)參數(shù)X）調(diào)節(jié)到預(yù)先給定的理論值（或稱額定值W），并克服干擾的影響保持這一值。PID調(diào)節(jié)器應(yīng)用框圖如圖所示。干擾參數(shù)X+++-WX-WYZ+ZY對(duì)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5.4.3PID運(yùn)算什么是PID運(yùn)算電路？干擾參數(shù)X++5.5常用特征值運(yùn)算電路5.5.1絕對(duì)值運(yùn)算電路UOoUiN∞UiUoUNRIoVD1VD3VD2VD4mAIo=∣Ui∣/R絕對(duì)值運(yùn)算電路如圖所示。5.5常用特征值運(yùn)算電路5.5.1絕對(duì)值運(yùn)算電路UO5.5.2峰值檢測(cè)電路峰值檢測(cè)電路能檢測(cè)信號(hào)在某一周期內(nèi)的峰值，可由采樣/保持電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)輸入信號(hào)上升大于前次采樣的信號(hào)時(shí)，電路處于采樣狀態(tài)，并且跟蹤輸入信號(hào)；當(dāng)輸入信號(hào)下降時(shí)，電路處于保持狀態(tài)。電路的輸出為一個(gè)周期內(nèi)的峰值。由同相運(yùn)算放大器構(gòu)成的峰值檢測(cè)電路如下圖所示。其中(a)、(b)分別為正、負(fù)峰值檢測(cè)電路。5.5.2峰值檢測(cè)電路峰值檢測(cè)電路能檢測(cè)信號(hào)以(a)為例：當(dāng)ui大于UC時(shí)，D2截止，D1導(dǎo)通，電路實(shí)現(xiàn)采樣u0=ui。當(dāng)ui下降，IC1同相電位低于反相電位時(shí)，IC1為跟隨器，D1截止，D2導(dǎo)通，電路處于保持狀態(tài)u0=ui-uD1。以(a)為例：當(dāng)ui大于UC時(shí)，D2截止，D1導(dǎo)通，電路5.5.3平均值運(yùn)算電路在測(cè)量系統(tǒng)中，平均值的含義不同，電路設(shè)計(jì)也不同。1.若干參數(shù)平均值。2.某一參數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)變化的平均值。3.某些低頻信號(hào)受高頻信號(hào)的干擾，如電源或電磁干擾等。4.某一交變參數(shù)的有效值。電路如下：b)RCUUoixyzxyzN2N1a)UEUoiRCU1xyxyxyzxyzN1N25.5.3平均值運(yùn)算電路在測(cè)量系統(tǒng)中，平均值的含義不同，5.6函數(shù)型運(yùn)算電路函數(shù)型運(yùn)算電路有限幅型、倒數(shù)型、擴(kuò)展型。下面介紹常用的限幅型電路。5.6.1限幅電路概述及二極管鉗位作用1.限幅電路概述限幅電路又叫鉗位電路，特點(diǎn)是當(dāng)輸入大到一定范圍后，輸出不再隨輸入的增大而變化，而保持在某個(gè)固定值上。這種特性不僅用于信號(hào)的處理和運(yùn)算中，也廣泛用于過(guò)載保護(hù)中。限幅電路按是否帶運(yùn)放分為有源和無(wú)源兩種。由于運(yùn)放具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點(diǎn)，所以帶運(yùn)放的有源限幅器可使信號(hào)源和負(fù)載之間有良好的隔離作用。但是由于受運(yùn)放頻率相應(yīng)的限制，接入運(yùn)放后，電路的工作頻率變窄。5.6函數(shù)型運(yùn)算電路函數(shù)型運(yùn)算電路有限幅型、倒數(shù)型、擴(kuò)展限幅器的主要技術(shù)指標(biāo)是限幅門(mén)限值和限幅系數(shù)，結(jié)合下圖來(lái)說(shuō)明。1.下限限幅門(mén)限值Vth-2.上限限幅門(mén)限值Vth+3.下限限幅電壓VL4.上限限幅電壓VH術(shù)語(yǔ)5.限幅區(qū);上、下限幅區(qū)6.傳輸區(qū)7.限幅系數(shù)KLI有兩個(gè)限幅區(qū)，傳輸區(qū)夾在兩個(gè)限幅區(qū)之間，具有這種傳輸特性的限幅器叫雙向限幅器。只有一個(gè)傳輸區(qū)和一個(gè)限幅區(qū)的限幅器叫單向限幅器。若限幅區(qū)夾在兩個(gè)傳輸區(qū)之間則稱區(qū)間限幅器。限幅器的主要技術(shù)指標(biāo)是限幅門(mén)限值和限2.二極管的鉗位作用二極管鉗位如下圖所示，該電路為串聯(lián)限幅。5.6.2單向限幅器1.單運(yùn)放二極管單向限幅器二極管限幅器就是利用二極管單向?qū)щ娦蕴匦詷?gòu)成的，如下圖，為并聯(lián)限幅。2.二極管的鉗位