第五章-信號(hào)運(yùn)算電路

第五章信號(hào)運(yùn)算電路加、減法運(yùn)算電路2對(duì)、指數(shù)和乘、除法運(yùn)算電路3常用特征值運(yùn)算電路4積分、微分運(yùn)算電路5比例運(yùn)算電路15.1比例運(yùn)算電路為什么用模擬信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算？1.同相比例放大電路2.反相比例放大電路3.差分比例放大電路5.2加、減法運(yùn)算電路一、加法運(yùn)算電路反相加法R同相加法推導(dǎo)過(guò)程？二、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2.用單一運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算5.3對(duì)、指數(shù)和乘、除法運(yùn)算電路1、對(duì)數(shù)運(yùn)算利用二極管的特性：Is—反向飽和電流

u—外加電壓uT—溫度的電壓當(dāng)量=26mv一般u>>uT，右圖這種電路精度不高由二極管組成的對(duì)數(shù)電路二極管、三極管組成的對(duì)數(shù)電路，從上面最終的式子，我們可以看到uT和Is都是與溫度有關(guān)的參數(shù)，所以運(yùn)算精度受溫度影響比較大。例如：溫度從20℃→50℃時(shí)，uT增加10%，Is增加近10倍。所以我們要提出溫度補(bǔ)償功能的對(duì)數(shù)電路。改進(jìn)型，雙極型晶體管V代替二極管由晶體管組成的對(duì)數(shù)電路V1V2Ube1Ube2uo圖5-8具有溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)數(shù)運(yùn)算電路實(shí)際上，V2與電阻R3為溫度補(bǔ)償電路——差動(dòng)補(bǔ)償怎么補(bǔ)償?shù)哪兀?.指數(shù)運(yùn)算電路同前，指數(shù)運(yùn)算也可用前面差動(dòng)的方法來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，具體電路見(jiàn)圖5-103.乘除運(yùn)算電路模擬乘法器是繼運(yùn)算放大器之后最通用的集成電路器件之一。uouxuyuo=KuxuyK稱(chēng)為比例系數(shù)或標(biāo)度系數(shù)K=0.1一般保證精度。實(shí)現(xiàn)模擬乘法器方法很多對(duì)數(shù)/反對(duì)數(shù)組成的模擬乘法器?平方乘法器時(shí)間分割模擬乘法器變跨導(dǎo)模擬乘法器課本所講的主要是對(duì)數(shù)/反對(duì)數(shù)乘法器單象限乘除運(yùn)算電路Auz（1）基于對(duì)數(shù)/指數(shù)運(yùn)算的乘除運(yùn)算電路（2）四象限乘法器N1、N2為加法器，分別與一定固定電壓E相加，然后經(jīng)過(guò)N3乘法器，再到N4加法器其中－E≤ux、uy≤+E，輸出u1，u2>0滿足一象限乘法器的條件N1N2N3N4（3）除法電路（4）集成乘、除法運(yùn)算電路集成乘法器有不少的品種。如美國(guó)ADI公司的AD632、AD534可以實(shí)現(xiàn)AD532、AD633、AD838可以實(shí)現(xiàn)而MLT04具有4路乘法器，AD539、AD734可以實(shí)現(xiàn)乘法和除法運(yùn)算。的運(yùn)算，的運(yùn)算，5.乘方與開(kāi)方電路利用乘法器很容易實(shí)現(xiàn)平方電路，ux=uy就可以了。開(kāi)方運(yùn)算也可以用乘法器實(shí)現(xiàn)。此電路只適用于正輸入和正輸出的情況，當(dāng)輸入端出現(xiàn)負(fù)電壓時(shí)，輸出端電壓很快達(dá)到負(fù)向飽和，電路就不能正常工作。此外在這種電路中輸出電壓可能為正或?yàn)樨?fù)，為了得到正向Uo輸出，可在輸出端加一個(gè)箝位二極管VD。5.4常用特征值運(yùn)算電路1.絕對(duì)值運(yùn)算電路UOoUi只要用前面所學(xué)的線性整流電路就可以了（可參見(jiàn)第三章圖3-11、圖3-12、圖3-13，但不要其中的濾波電容）。N∞UiUoUNRIoVD1VD3VD2VD4mA2.平均值運(yùn)算電路兩種求若干信號(hào)的加權(quán)平均值——相加電路信號(hào)在某一時(shí)段內(nèi)的平均值——積分通過(guò)低通濾波器對(duì)于左側(cè)信號(hào)ui(t)，我們可以分解成一個(gè)直流量+一個(gè)交流量代替經(jīng)過(guò)低通濾波后，假如Sin(ωt)，那為0只剩下直流量，這就是它的平均值。因此，我們可以利用低通濾波器濾除波動(dòng)信號(hào)，就獲得了信號(hào)的平均值。3.峰值運(yùn)算電路利用二極管單向?qū)щ娞匦裕闺娙輪蜗虺潆?，記憶其峰值Vim1Vim2Vim3ViVot上述電路記錄正峰值，若要記錄負(fù)峰值，D1、D2反接即可。通過(guò)兩正反峰值相加電路，我們可以得到峰峰電路。正峰值檢波器ui反相器正峰值檢波器相加電路-ui(-ui)maxuimax4.有效值運(yùn)算電路也稱(chēng)均方根值。在電學(xué)上交流信號(hào)、噪音、諧波分量、光學(xué)件表面粗糙度的評(píng)定、誤差的評(píng)定，都采用有效值。對(duì)于正弦信號(hào)，，測(cè)得幅值就測(cè)得有效值。a)基本有效值運(yùn)算電路框圖UEUoiRCU1xyxyxyzxyzN1N2這個(gè)電路的不足之處，動(dòng)態(tài)范圍太小。例如我們信號(hào)電壓為10mV，取參考電壓E=10V，則輸出uo=10uV，這個(gè)值與噪聲電壓差不多了。根據(jù)這種原理，我們經(jīng)常選用集成電路器件AD536、AD637。b)大動(dòng)態(tài)范圍的有效值運(yùn)算電路框圖RCUUoixyzxyzN2N1這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于輸入電壓不與因子Ui/E相乘，而是與因子Ui/Uo相乘，在輸入電壓比較小時(shí)，前個(gè)因子小于1，而后個(gè)因子接近1，從而可以獲得較大的動(dòng)態(tài)范圍。5.5微分、積分運(yùn)算電路由于積分可以濾除高頻干擾，常用于濾波作用，而且利用它的充放電特性還可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)，以及各種波形。1.積分電路（1）反相積分電路UIcUIiRCoiN∞假設(shè)電容初始電荷為0，就是初始電壓為0若初始不為0若ui為常數(shù)，則uo隨時(shí)間線性上升，積分電路適合于三角波與鋸齒波發(fā)生器。若ui=umcosωt，積分以后，幅頻特性在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中為-6dB的直線，確定積分電路的準(zhǔn)則。（2）比例積分電路∞-++NR1R1R2R2CCI1I1UiUoa)b)R2R1R1UiUoUiOOttUiR2在積分電容C上串一個(gè)小電阻R2，即得比例積分電路（增量積分電路）。這種電路比一般積分電路的輸出多了一項(xiàng)與ui成比例的項(xiàng)，故稱(chēng)增量積分電路。它利用這一微小增量（R1>>R2）去補(bǔ)償由于積分器復(fù)原和比較器滯后帶來(lái)的誤差。圖b為輸入方波時(shí)的電路圖。2.微分運(yùn)算電路a)基本微分電路UURCoiN∞b)實(shí)用微分電路URRCC1i1NoU當(dāng)輸入為正弦波ui=umSinωt，輸出為uo=－ωRCumcosωt，幅值為ωRC，幅頻為+6dB的直線。圖b為實(shí)用電路，使R1C=C1R，R1與C1都是進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)?.PID電路PID（比例——積分——微分）電路又稱(chēng)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(chēng)額定值W），并克服干擾的影響保持這一值。干擾參數(shù)X