机械电子技术第三章(2)

1、(2-1)第三章第三章 信号处理电路信号处理电路 一一、常用运算放大电路、常用运算放大电路 二、精密整流及特征值电路二、精密整流及特征值电路 三、测量放大电路三、测量放大电路 四、信号变换电路四、信号变换电路(2-2) 在测量控制系统中，传感器输出的信号一般为微弱电在测量控制系统中，传感器输出的信号一般为微弱电压、电流或电荷信号压、电流或电荷信号x，需要选择合适的放大电路来增大，需要选择合适的放大电路来增大信号幅值信号幅值y=Ax，以满足后续处理的需要。目前，多采用集，以满足后续处理的需要。目前，多采用集成运算放大器实现放大。成运算放大器实现放大。 一一、常用运算放大电路、常用运算放大电路 集

2、成运算放大器（简称运放）：是一种用集成电路工艺制成的集成运算放大器（简称运放）：是一种用集成电路工艺制成的多端元件。将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。多端元件。将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。运放符号：运放符号：运放的特点：运放的特点：u+称称同相输入端同相输入端。当电压由此引脚接入时，。当电压由此引脚接入时，输出电压与输入电压极性相同。输出电压与输入电压极性相同。uo为为输出端输出端 u称称反相输入端反相输入端。当电压由此引脚接入。当电压由此引脚接入时，输出电压与输入电压极性相反时，输出电压与输入电压极性相反1 1、实际运放的输入输出特性、实际运放的输入输出特性：+-duu

3、u)(uuAuo线性应用条件线性应用条件：运放必须引入深度负反馈，运放必须引入深度负反馈， 且差模输入信号且差模输入信号ud足够小足够小 (2-4)2 2、实际运放的电路模型、实际运放的电路模型运放在线性区工作时，可用电压运放在线性区工作时，可用电压控制电压源电路等效（控制电压源电路等效（VCVS）A称运放的开环放大倍数称运放的开环放大倍数Ri称运放的输入电阻称运放的输入电阻Ro称运放的输出电阻称运放的输出电阻)(uuAuo运算放大器电路模型中参数的典型取值范围运算放大器电路模型中参数的典型取值范围 (2-5)3 3、理想运放的模型、理想运放的模型理想化条件：理想化条件：1）无穷大的开环增益）

4、无穷大的开环增益 2）无穷大的输入电阻）无穷大的输入电阻 3）输出电阻为零。）输出电阻为零。 理想运放的符号理想运放的符号_+ + u+u-u0iR0oRA理想运放的特性理想运放的特性1 、因为输入电阻为无穷大，所以、因为输入电阻为无穷大，所以输入电流为零输入电流为零0Ii iI相当于输入开路相当于输入开路，称为，称为虚断虚断。2 、因为开环增益为无穷大，输出、因为开环增益为无穷大，输出电压为有限值，所以输入电压电压为有限值，所以输入电压 uu)(uuAuo电压相等，相当于短路，称为电压相等，相当于短路，称为虚短虚短。(2-6)理想运放的电路模型理想运放的电路模型+_uAud+_u0VCVS+

5、_u)(uuAuo理想运放为理想运放为: 受受ud（uu）电压控制的受控电压源电压控制的受控电压源4.集成运放主要性能指标：集成运放主要性能指标：1) 共模电压放大倍数共模电压放大倍数AC共模输入信号：共模输入信号： u- = u+ = uC （大小相等，极性相同）（大小相等，极性相同）理想情况：理想情况：u- = u+ uC1 = uC2 uo= 0 共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：（很小，（很小，0U10U20.50.5-1-1-1-1N1xyzxyzN3N2U-1-1-1-1-1-1+4+4oN4- - -+ +x221EUEUUXXy22YY2EUEUUN1;N2:N1;N2:同相

6、比例加法器同相比例加法器EzN3N3：乘除：乘除法器法器, ,完成：完成：N4:N4:反相比例加法器反相比例加法器EE)E)(U(UzxyYX4(2-29)乘方与开方运算电路乘方与开方运算电路四象限相乘器，当输入相等时，为乘方电路。uyuxuoxyKxy2xyxoKuuKuutuuyxsin 若：2(1cos 2t)sinK2ouKt则：经滤波后。可获得2倍频。3、4次方电路(2-30)开方电路为保证uIR1C; 1RC1；时：；时：RCssH)(2-33)tui011)、 积分运算：积分运算：Ruii1 dtduCioF dtuRC1uiotuo0若输入方波，输出就是三角波。若输入方波，输出

7、就是三角波。i1iFu i-+RR2CuoCtVRCuio1电压放大倍数电压放大倍数:RC1Cj1UUjIOj-RIIHiF）（RCs1s）（H(2-34)比例积分电路比例积分电路-+NR1R1R2R2CCI1I1uiuo有利于提高调节速度ttuCRuRRu0i1i12od1uouiOOttUiR2R2微分积分运算电路，常用于PID调节(2-35) PID电路电路PID(比例积分微分)电路又称为PID调节器，是一种常见的控制电路。调节器的任务是将一定的物理量(被调节参数X )调节到预先给定的理论值(或称额定值W ) ，并克服干扰的影响保持这一值。 干扰参数干扰参数X+ + + +- -W X-

8、WY Z+ZY对对 象象ASAR被调参数被调参数调节偏差调节偏差调调 节节 器器调节参数调节参数额定值额定值积分：消除静差、抑制干扰积分：消除静差、抑制干扰比例：提高调节灵敏度、减小静差、减小滞后比例：提高调节灵敏度、减小静差、减小滞后微分：进一步微分：进一步减小滞后、加快调节速度减小滞后、加快调节速度(2-36)（1 1）比例控制：）比例控制： P控制通过放大偏差，控制通过放大偏差，使系统反应灵敏，速度使系统反应灵敏，速度加快，并且可以减小稳加快，并且可以减小稳态误差。但过大会使超态误差。但过大会使超调量增大，振荡次数增调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动加，调节时间加长，动态性能变坏，

9、系数太大态性能变坏，系数太大甚至会使闭环系统不稳甚至会使闭环系统不稳定。定。 单纯的比例控制很难保单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，完证调节得恰到好处，完全消除误差全消除误差PKH）（s为比例放大器为比例放大器)()(teKtyP(2-37)（2 2）比例积分控制：）比例积分控制： 积分使控制器的输出积分使控制器的输出和偏差的积分成比例，和偏差的积分成比例，故只要偏差存在，随故只要偏差存在，随着时间增加，输出量着时间增加，输出量就会增加，直到偏差就会增加，直到偏差为零。但系数为零。但系数Ki增大增大超调量和振荡周期增超调量和振荡周期增大大,稳定性降低，过度稳定性降低，过度时间增长，只要误差

10、时间增长，只要误差不为零不为零,输出就会因为输出就会因为积分作用而不断变化。积分作用而不断变化。-+NR1R1R2R2CCI1I1uiuos1siKKHP）（tiPdKteKty0)( e)()(2-38)（3 3）比例微分控制：）比例微分控制： 偏差变化越快，其微偏差变化越快，其微分绝对值越大。偏差分绝对值越大。偏差增大时，其微分为正；增大时，其微分为正；偏差减小时，其微分偏差减小时，其微分为负。为负。 输出量部分与误差输出量部分与误差的微分成正比，反映的微分成正比，反映了被控量变化的趋势。了被控量变化的趋势。有超前控制作用，可有超前控制作用，可以克服对象的惯性，以克服对象的惯性，控制结果有

11、余差。控制结果有余差。ssdKH）（1)(21sTsTsG（实际微分环节）（实际微分环节） dttdeKteKtyP)()()(d(2-39)（4 4）比例积分微分控制（）比例积分微分控制（PIDPID）：）： 它集三者之长：既有比例它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制还有微分作用的超前控制功能。功能。 tiPdeKdttdeKteKty0d)()()()(当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的

12、作用，使偏差幅度同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。得到较为理想的控制效果。 PID电路的实现电路的实现比例比例积分积分微分微分43P5RRKI1111T sR C sDDD1T sTsKR2R4R3RRRIRR1R1R2RRDCDRR5RuiuoR- -

13、+ + +N4- -+ + +N5- -+ + +N3CI- -+ + +N2- -+ + +N1RPDDPPPDDIPIDD11( )111TsT sKWsKKTTT sK T sssKKR2R1R1R2RDCD- -+ + +N5- -+ + +N3uiu3uf3fDDuuR C s 23fi1()RuuuR21D3ii2DDD1D111RRT suuuRTsR CsRK PID中微积分电路：中微积分电路：N3:构成比例差分电路：构成比例差分电路：N2、N5:构成积分电路：构成积分电路：12123123)(RRuRRsCRuRRuuuiDDif电路实现微分电路实现微分 PID中比例调节电路

14、中比例调节电路R1uiR2uoP- -+ + +N1RRPR3R4R1uiR2uoP- -+ + +N1RPR3R4据“虚短”“虚断”电路可等效为：当R3(电阻全值)的RP点对地电阻为R4，且R2R4时有：O34O434242RPR2)(/uRRuRRRRRRuu221RuRuRii1243R243OuRRRRuRRu当：RRR552143P5RRK1. 通用运放通用运放典型器件典型器件：常用的有：常用的有LM358（2路）路）,LM324（4路）路）LM324LM358图图6.1 LM3246.1 LM324的引脚排列的引脚排列特点特点：共模抑制比较高，开环增益大，驱动能力大，：共模抑制比较

15、高，开环增益大，驱动能力大， 综合性能比较好综合性能比较好几种运算放大器介绍几种运算放大器介绍（1）单双电源供电：）单双电源供电：330V或或1.5V 15V（2）输入偏置电流：）输入偏置电流： 20nA（3）输入失调电流：）输入失调电流：2nA（4）直流开环增益：）直流开环增益：100dB（5）单位增益时工作频率大于）单位增益时工作频率大于1MHZ（6）驱动电流可达）驱动电流可达10mALM358/LM324的性能特点：的性能特点：使用时应注意的事项：使用时应注意的事项：（1）信号输入）信号输入/输出的电压范围，正负不对称输出的电压范围，正负不对称单电源单电源：输入电压范围：输入电压范围-0

16、.3VVCC-2V：输出低电压：输出低电压 5mV高电压高电压VCC-1.5V双电源双电源：输出：输出-VCCVCC-1.5V（2）单电压供电时，虚地电压可设在输出摆幅的中点附近）单电压供电时，虚地电压可设在输出摆幅的中点附近2 . 场效应运放场效应运放特点：特点：输入阻抗高大，输入偏置电流小，工作频率高，驱动能力差，输入阻抗高大，输入偏置电流小，工作频率高，驱动能力差，价格较高价格较高 。 输出驱动能力通常比通用运放差，用于驱动输出时，不建议选用输出驱动能力通常比通用运放差，用于驱动输出时，不建议选用场效应运放场效应运放典型器件典型器件有有TL081（1路）、路）、TL082（2路）、路）、

17、TL084（4路）、路）、 CA3140/3140ATL084（1）双电源供电：）双电源供电：4V 18V，建议不使用，建议不使用15V以上以上 输入电压范围：输入电压范围： 15V 输出电压范围：电源电压输出电压范围：电源电压1.5V,正负对称正负对称（2）输入偏置电流：极小，不超过）输入偏置电流：极小，不超过1nA（3）工作频率较高：单增益可达）工作频率较高：单增益可达3MHZ（4）无输出驱动时，电源电流仅）无输出驱动时，电源电流仅1.4mATL081/082/084的性能特点：的性能特点：（1）单电源供电：）单电源供电：4V 36V，也可使用双电源，也可使用双电源 输入电压范围：输入电压

18、范围： 单电源供电时，最低为负电源下单电源供电时，最低为负电源下0.5V（2）输入阻抗高达）输入阻抗高达1.5T（3）输入偏置电流仅为）输入偏置电流仅为10pACA3140/3140A的性能特点：的性能特点：可用作电压比较器可用作电压比较器3 低噪声低漂移运放低噪声低漂移运放特点特点：高精度、低噪声、低漂移。多用做仪用放大：高精度、低噪声、低漂移。多用做仪用放大器。器。典型器件：典型器件：OP07/OP07/27/3727/37、0P1840P184单单/284/284双双/484/484四路四路（1）电源电压：）电源电压： 3V 18V （2）输入失调电压温度系数仅为）输入失调电压温度系数仅

19、为0.7uV /0.2uV （3）适于静态工作。在）适于静态工作。在0.110HZ时，等效输入噪声电压仅为时，等效输入噪声电压仅为0.38uV /0.3uV（4）单增益带宽）单增益带宽0.6MHZ/ 3MHZ（5）单电源供电时，满摆输出，最低工作电压可低至）单电源供电时，满摆输出，最低工作电压可低至1.5VOP07/OP184/ 284/484的性能特点：的性能特点：典型器件典型器件：CA3140、OP27/37（8MHZ)频率频率一般在几一般在几MHz以上以上特点特点：对噪声、温度稳定性等指标要求不高。：对噪声、温度稳定性等指标要求不高。应用场合应用场合：信号源的工作频率较高：信号源的工作频

20、率较高5 满摆输入、输出运放满摆输入、输出运放 典型典型器件：器件：OP184/284/484、 0P777单单/727双双/747四路四路（1）在）在0.110HZ时，等效输入噪声电压仅为时，等效输入噪声电压仅为0.4uV（2）输出摆幅可达电源）输出摆幅可达电源-1mV+1mV（3）单电源供电时，满摆输出，最低工作电压可）单电源供电时，满摆输出，最低工作电压可低至低至2.7V特点特点：输入、输出信号的幅度可以接近甚至：输入、输出信号的幅度可以接近甚至达到电源电压，节能，可工作于低电压。达到电源电压，节能，可工作于低电压。0P777单单/727双双/747四路的特性四路的特性仅用单仅用单5V供

21、电的满摆输出供电的满摆输出D/A转换器的例子转换器的例子图图 仅用单仅用单5V5V供电的满摆输出供电的满摆输出D/AD/A转换器转换器6.专用仪用放大器专用仪用放大器AD612 、AD614、AD624（1）增益）增益1、100、200、500，无需外接电阻，无需外接电阻（2）电压范围）电压范围6V 18V（3）噪声低，增益稳定性好，增益带宽）噪声低，增益稳定性好，增益带宽25MHZ图图 用用AD624组成放大电路组成放大电路特点：特点：增益通过短路块增益通过短路块JP1选择选择常用运算放大器常用运算放大器LFC2 高增益运算放大器 LFC3 中增益运算放大器 LFC4 低功耗运算放大器 LF

22、C54 低功耗运算放大器 LFC75 低功耗运算放大器 F003 通用型运算放大器 F004(5G23) 中增益运算放大器 F005 中增益运算放大器 F006 通用型运算放大器 F007(5G24) 通用型运算放大器 F010 低功耗运算放大器 F011 低功耗运算放大器 F1550 射频放大器 F1490 宽频带放大器 F1590 宽频带放大器 F157/A 通用型运算放大器 F253 低功耗运算放大器 F741(F007) 通用型运算放大器 F741A 通用型运算放大器 F747 双运算放大器 OP-07 超低失调运算放大器 OP111A 低噪声运算放大器 F4741 通用型四运算放大器

23、 F101A/201A 通用型运算放大器 F301A 通用型运算放大器 F108 通用型运算放大器 F308 通用型运算放大器 F110/210 电压跟随器 F310 电压跟随器 F118/218 高速运算放大器 F441 低功耗JEET输入运算放大器 F318 高速运算放大器 F124/224 四运算放大器 F324 四运算放大器 F148 通用型四运算放大器 (2-54)F248/348 通用型四运算放大器 F158/258 单电源双运算放大器 F358 单电源双运算放大器 F1558 通用型双运算放大器 F4558 双运算放大器 LF791 单块集成功率运算放大器 LF4136 高性能四

24、运算放大器 FD37/FD38 运算放大器 FD46 高速运送放大器 LF082 高输入阻抗运送放大器 LFOP37 超低噪声精密放大器 LF3140 高输入阻抗双运送放大器 LF7650 斩波自稳零运送放大器 LZ1606 积分放大器 LZ19001 挠性石英表伺服电路变换放大器 LBMZ1901 热电偶温度变换器 LM741 运算放大器 LM747 双运算放大器 OP-07 超低失调运算放大器 LM101/201 通用型运算放大器 LM301 通用型运算放大器 LM108/208 通用型运算放大器 LM308 通用型运算放大器 LM110 电压跟随器 LM310 电压跟随器 LM118/2

25、18 高速运算放大器 LM318 高速运算放大器 LM124/224 四运算放大器 LM324 四运算放大器 LM148 四741运算放大器 LM248/348 四741运算放大器 LM158/258 单电源双运算放大器 LM358 单电源双运算放大器 LM1558 双运算放大器 OP-27CP 低噪声运算放大器 TL062 低功耗JEET运算放大器 TL072 低噪声JEET输入型运算放大器 TL072 低噪声JEET输入型运算放大器 TL081 通用JEET输入型运算放大器 TL082 四高阻运算放大器(JEET) TL084 四高阻运算放大器(JEET) MC1458 双运放(内补偿)

26、LF147/347 JEET输入型运算放大器 LF156/256/356 JEET输入型运算放大器 LF107/307 运算放大器 LF351 宽带运算放大器 LF353 双高阻运算放大器 LF155/355 JEET输入型运算放大器 LF157/357 JEET输入型运算放大器 LM359 双运放(GB=400MC) LM381 双前置放大器 CA3080 跨导运算放大器 CA3100 宽频带运算放大器 CA3130 BiMOS运算放大器 CA3140 BiMOS运算放大器 CA3240 BiMOS双运算放大器 CA3193 BiMOS精密运算放大器 CA3401 单电源运算放大器 MC33

27、03 单电源四运算放大器 MC3403 低功耗四运放 LF411 低失调低漂移JEET输入运放 LF444 四高阻抗运算放大器 pc4558 低噪声宽频带运放 MC4741 四通用运放 LM709 通用运放 LM725 低漂移高精度运放 LM733 宽带放大器 LM748 双运放 ICL7650 斩波稳零运放 ICL7660 CMOS电压放大(变换)器 (2-55)作业作业2：传感器输出电压信号UI的线性段为2mVUI22mV，现欲将该电压段信号UI线性变换为UO ，使 5VUO5V，以便与AD接口配合。试设计一个信号调理电路完成上述电压变换,并对其仿真。提示提示：将输入信号放大到将输入信号放

28、大到1VUI11V， 将UI与6V相加题题1（1）使用）使用500倍同相放大器，作为输入级，倍同相放大器，作为输入级，将输入信号放大到将输入信号放大到1VUI11V_+ + R2R1RPuiuoi12ou)RR1(u 取：取： R2499K（可用和可调电阻串（可用和可调电阻串联构成）；联构成）；R11K。Rp:可据传感可据传感器有效负载调整：可取器有效负载调整：可取:20020K（2）用反相放大器，将输入信）用反相放大器，将输入信号平移到：号平移到：5VUO5V_+ + R2R11R12ui2uoui1)(212211120iiuRRuRRu取：取： R2R11R12 ；ui1=uo; ui2

29、=+6V（3）标准）标准6V产生电路：产生电路：VZ15VRZ_+ + U6VRW取：取： VZ10V ； RZ200 Rw200k ；调整调整RW；使；使Uui2=+6V(2-58)题题2由理想运放组成的电路如图所示。试分析负载电流由理想运放组成的电路如图所示。试分析负载电流IL与输入电压与输入电压UI的关系表达式。的关系表达式。 RL IL UI R R R R R(2-59) 二、精密整流及特征值电路二、精密整流及特征值电路1. 精密半波整流电路精密半波整流电路2.绝对值电路绝对值电路 3.峰值运算电路峰值运算电路4 函数运算电路函数运算电路 问题的提出：问题的提出：+-uiDRL+-u

30、o在普通的二极管线性在普通的二极管线性 检波电路中，由于硅二极检波电路中，由于硅二极管的正向导通电压不小于管的正向导通电压不小于0.5V，当当Ui小于小于1V时，时，UO 误差很大。误差很大。 并且，二极管作为一个半导体元件，它很容易受并且，二极管作为一个半导体元件，它很容易受到温度的影响，它还具有非线性特性，所有这些先到温度的影响，它还具有非线性特性，所有这些先天不足，都是形成检波误差的根源。天不足，都是形成检波误差的根源。1. 精密半波整流电路精密半波整流电路tuio精密半波整流电路：精密半波整流电路：ui 0 时时,uo1 0 , D2导通导通, ui 0,D2 截止截止,D1 导通，此

31、时导通，此时:tuooi1FouRRu +uiuoR1RFR2D1D2Auo1VD20.5V; D1 截止截止uo = RFIRF= 0与与D1 导通导通压降无关压降无关显然，只要运放的输出电显然，只要运放的输出电压大于二极管的正向电压压大于二极管的正向电压，D1 和和 D2 中总有一个导中总有一个导通通，另一个截止，这个电，另一个截止，这个电路就能正常整流。路就能正常整流。 这个电路所要求的最小输入这个电路所要求的最小输入电压峰值为：电压峰值为：UD/Au UD 为二极管的正向电压；为二极管的正向电压；Au=RF/R1+uiuoR1RFR2D1D2Auo1故：故：Au越大，整流效果越好，但越

32、大，整流效果越好，但Au过大，会导致运放饱和，过大，会导致运放饱和，二极管击穿二极管击穿(如：如：RF断开断开 或或 R10）输出为零。）输出为零。0iu01ou，图中的图中的D2是抗饱和元件，当是抗饱和元件，当时，时，D1无法导通；若无无法导通；若无D2，则运放处于开环工作，将进入饱和状态，当输入，则运放处于开环工作，将进入饱和状态，当输入电压的负半周到来时，电路无法立即退出饱和，从而无法实现整流电压的负半周到来时，电路无法立即退出饱和，从而无法实现整流思考题：思考题：如果我们希望获得正半波性如果我们希望获得正半波性的输入信号，怎么办？的输入信号，怎么办？二极管反向二极管反向+uiuoR1R

33、FR2D1D2在半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大在半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大器，当参数条件成立时，就组成了绝对值电路：器，当参数条件成立时，就组成了绝对值电路：+uiuoR1RF1R21D1D2+R11RF2R22R12A1A2u11.整流电路满足：整流电路满足： R1 RF1 参数条件：参数条件：2.加法电路满足：加法电路满足：R12 =RF2R11 = 0.5 RF2 2.绝对值电路绝对值电路 (全波整流电路全波整流电路)A1 构成半波整流电路，在构成半波整流电路，在 R1 RF1 的条件下，有：的条件下，有：0( 当当 ui 0 )- uiu1=+uiuoR1RF1

34、R21D1D2+R11RF2R22R12A1A2u1当加法电路当加法电路A2满足：满足：R12 =RF2R11 = 0.5 RF2 uo =-(ui + 2u1)-ui( 当当 ui 0 )-( ui-2 ui)= uiuo=tuootuiotu1o+uiuoR1RF1R21D1D2+R11RF2R22R12A1A2u1R1= RF1满足：满足：R12 =RF2R11 = 0.5 RF2 绝对值电路绝对值电路绝对值电路绝对值电路2原理：原理：N1构成反相半波整流电路；构成反相半波整流电路；N2构成同相半波跟随电路；要求构成同相半波跟随电路；要求：R1=R4 (2-69)绝对值（电流型）运算电路

35、3UImAURUoNoiNVD1VD4VD3VD2RUIio(2-70)3.峰值运算电路峰值运算电路VD1R1VD2uiR2VcCuRuo-+N1GSD-+N2N1N1：输入隔离：输入隔离器，使器，使u ui i=u=uC CN2N2：输出跟随：输出跟随器。使器。使u uo o=u=uC CV V：放电管，导：放电管，导通时，提供通时，提供C C快快速放电通路，使速放电通路，使u uC C=0=0峰值运算电路峰值运算电路: 输出由单一变量在一段时间内最大或最小值确输出由单一变量在一段时间内最大或最小值确定。定。C：峰值保持器：峰值保持器VD1:VD2:VD1:VD2:二极管二极管, ,用来进用

36、来进一步对电容充电的单向一步对电容充电的单向电流开关电流开关。峰值运算电路工作原理峰值运算电路工作原理VD1R1VD2uiR2VcCuRuo-+N1GSD-+N23. 3.保持态：在保持态：在u ui iVcVc下降时，下降时， 二极管二极管VD2VD2截止，电容无放电回路，使输截止，电容无放电回路，使输出保持不变。若出保持不变。若u ui iVcVcVc且增加时，且增加时， u uo1o100二极管二极管VD2VD2导通，导通，VD1VD1截止；截止；N1N1输输出通过出通过VD2-R2-N2VD2-R2-N2（输入虚短）（输入虚短）-R1-N1-R1-N1反相输入端，构成负反馈回路。反相输

37、入端，构成负反馈回路。N1N1相当为电压跟随器（因虚断相当为电压跟随器（因虚断R R中无电流），对电容中无电流），对电容C C快速充电，使快速充电，使u uC C=u=ui. i. N2 N2为电压跟随器，使为电压跟随器，使u uo o=u=uC C峰峰值检测电路峰峰值检测电路原理：前原理：前741构成正半波整流电路；后构成正半波整流电路；后741构成负半波整流电路；分别构成负半波整流电路；分别由由C1和和C2做峰值保持。做峰值保持。 最大、最小值选取电路最大、最小值选取电路最大、最小值选取电路最大、最小值选取电路,利用二极管隔离作用，其输出由利用二极管隔离作用，其输出由多个变量中最大或最小者

38、确定。多个变量中最大或最小者确定。uR 扩展电路对于输入电压适应范围。扩展电路对于输入电压适应范围。VD1R2u1- -+ + +N1u2u3uRVD3VD2R1R3R4uoVD1R2u1- -+ + +N1u2u3uRVD3VD2R1R3R4uo最大值选取电路最大值选取电路最小值选取电路最小值选取电路(2-74)R6-UR+URuoD-+NR5R4RVD3VD4BVD1VD2R3CR2R1AuiC用途： 复杂函数的线性化运算。(1) 折线逼近电路4 函数运算电路函数运算电路6i6Ru=uR +REDU56BR456R+RU=UR+R+R3CR123RU=-UR +R+R6DR456RU=UR

39、+R+R当：DiBUuU二极管VD4导通。E点电位为：当：BACiDUUuUU二极管全截止。 uo =ui23AR123R+RU=-UR +R+RRpE(2-75)R6-UR+URuoD-+NR5R4RVD3VD4BVD1VD2R3CR2R1AuiC用途： 复杂函数的线性化运算。(1) 折线逼近电路4 函数运算电路函数运算电路6Ei6Ru=uR +RDU当：DiBUuU当：BACiDUUuUU二极管全截止。 uo =uiRp经由C和Rp构成的交流通路。6oi6Ru=uR +R二极管VD4导通。E点电位为：同理可推出传输特性：OABCDuouiR3R2R6-URui+URuoVD2C-+NR5R

40、4R1RfVD1VD3VD4VD5VD6ABOABCDABCDuoui转折点：由钳位控制，按电阻比计算斜率：由电阻阻值决定折线逼近电路2(2)反函数运算电路foi()uf uu if0uuRR1oi()ufuRuiRuo-+Nuff(x)-uf= f(uo)-将任意原函数运算电路引入反向比例电路的反馈支路；可实现反函数运算。1 电桥放大电路电桥放大电路 三、测量放大电路三、测量放大电路2 高输入阻抗放大器高输入阻抗放大器3 隔离放大电路隔离放大电路4 程控放大电路程控放大电路(2-79)1 电桥放大电路电桥放大电路反相输入：反相输入：VO_+ + RfRIVSRRRR(1+B)R1AB设传感器

41、桥臂相对变化量为设传感器桥臂相对变化量为BSSABV2RRVB)R(1RB)R(1VSSVB)2(2B)V21B2B1(当当B0时：时：i11FouRRu ui0时：时：i12F1FouRR/Ru _+Auo R1RF1RF2Dui+uoui0由于处于线性与非线由于处于线性与非线性状态的运放的分析方性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路法不同，所以分析电路前，首先确定运放的状前，首先确定运放的状态。态。 限幅器（外围有非线性元件）限幅器（外围有非线性元件）tuiu0tUZ-UZ-+Auo R1RFuiDZR+-+Auo R1RFuiDZ+uoui0+UZ+UZ传输特性传输特性uoui0+UC

42、C-UCC+uoui过零比较器（开环）过零比较器（开环）tuituo+Uom-Uom将正弦波变为方波。将正弦波变为方波。(2-130)V12V6* *例例: :电路如图电路如图a a所示，运算放大器所示，运算放大器A1A1，A2 A2 的最大输出电压的最大输出电压uomaxuomax为为，稳压管的稳压值为，稳压管的稳压值为要求如下：要求如下：1 1分析电路，说明分析电路，说明u ui i为何值时，为何值时，D D1 1和和D D2 2都处于截止状态。都处于截止状态。2 2画出电路传输特性画出电路传输特性uouof(f(u ui i) )的曲线。的曲线。3 3要实现图要实现图b b的传输特性，电

43、路应作何改动？画出改动后的电路的传输特性，电路应作何改动？画出改动后的电路。图图a图图b(2-131)即即: :当当2V2Vu ui i+6V o1u uo2o2时时; ;D D1 1和和D D2 2都处于截止都处于截止状态状态此时此时: :VVuuCCi615156942421VVuuCCi21515294222(2-132)当当u ui i+2V ; uo1=uo2=14V ( D1,D2+2V ; uo1=uo2=14V ( D1,D2零偏零偏 ););uouo=6V=6V当当2V2Vu ui i+6V uo1=14V;uo2=-14V ( D1,D2+6V uo1=14V;uo2=-1

44、4V ( D1,D2截至截至 ););uouo=0=0当当6V6Vu ui i uo1=-14V,uo2=-14V ( D1,D2 uo1=-14V,uo2=-14V ( D1,D2零偏零偏););uouo=-6V=-6V2 2画出电路传输特性画出电路传输特性uouof(uf(ui i) )的曲线。的曲线。+6V +6V +2V +2V (2-133)改动：改动：1.1.电阻值应改为电阻值应改为9k,3k,3k9k,3k,3k；使比较电压为；使比较电压为6V6V和和3V3V。 2 2、A A1 1的的U U接接6V6V，A A2 2的的U U接接3V3V；u ui i接接A A1 1A A2

45、2的的U U； 保证当保证当u ui i3V 3V 时；时；uo1=uo2=-14Vuo1=uo2=-14V 3 3、D D1 1D D2 2应颠倒方向；应颠倒方向；保证当保证当3V3Vu ui i6V6V时时 ;D1,D2 ;D1,D2截至截至3 3、要实现图、要实现图b b的传输特性，电路应作的传输特性，电路应作何改动？画出改动后的电路何改动？画出改动后的电路图图a图图b当当u ui i3V ;3V ;需要需要uo1=uo2=-14V ( D1,D2uo1=uo2=-14V ( D1,D2零偏零偏 ););保证保证uo=uo=6V6V当当3Vu3Vui i6V ;6V ;6V ;需要需要u

46、o1=uo2=14V;uo1=uo2=14V;（ D1,D2 D1,D2零偏）零偏）; ; 保证保证uo=6Vuo=6V9k9k3k3k3k3k3k3k3V3V6V6V 迟滞比较器（施密特触发器）迟滞比较器（施密特触发器）(引入正反馈引入正反馈)1）下行的迟滞比较器）下行的迟滞比较器分析分析：1、因为有正反馈，所以输出、因为有正反馈，所以输出饱和。饱和。(uo=+Uom)2、当、当uo正饱和时：正饱和时：Hom211RUURRRU 3、当、当uo负饱和时：负饱和时：LomRUURRRU211门限电压由原来门限电压由原来的输出决定的输出决定+uoRR2R1uiUR（上门限）（上门限）（下门限）（

47、下门限）4、两个门限电平之差称、两个门限电平之差称门限宽度或回差门限宽度或回差211LHRRR2RUUU工作原理及传输特性工作原理及传输特性U+HU+L跳转后增大了跳转后增大了U+-U- 加速跳转加速跳转U+H-U+L称称为回差为回差小于回差的干扰不会引起跳转小于回差的干扰不会引起跳转下限下限上限上限uoui0Uom-Uom+uoRR2R1uiUR1.工作原理：若原来工作原理：若原来uo = Uom，则，则 u = UR = U+H ； 只有当只有当ui U+H ( u u)时，输出才时，输出才能翻转，使能翻转，使uo = Uom2.工作原理：若原来工作原理：若原来uo = Uom，则，则 u

48、 = UR = U+L ； 只有当只有当ui UL ( u0时时, om211i212URRRURRR00UURRULom21i0UURRUHom21i +uoRR2R1ui据叠加原理有：据叠加原理有：当当u+ = u =0，时电路翻转，时电路翻转,此时此时ui 即为即为 门限电平门限电平om211i212URRRURRR02)同理同理 uo=Uom 0时时, ui U+L 翻转翻转; uo U+H 翻转翻转U+HU+Luoui0Uom-Uom传输特性曲线传输特性曲线+RR2R1uiuo UZ输出加端限幅输出加端限幅+RR2R1uiuo UZ如何计算上下限？如何计算上下限？用用UZ代替代替Uo

49、m如何计算上下限？如何计算上下限？不变！不变！电路结构：电路结构：下行的迟滞比较器，下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。较器的输入端。方波发生器方波发生器上下限：上下限：omHURRRU211om211LURRRU +RR1R2C+ucuo工作原理：工作原理：(a )设设 uo = + Uom 电容初始电容初始uc=0 此时，输出给此时，输出给C充电充电!则：则：u+=U+H uc U+Huc0t一旦一旦 uc U+H , 就有就有 u- u+ uo 立即由立即由Uom 变成变成Uom ! U+Huc0t0tuoUom-Uom在在 uc U+H 时，时，u- u+ , uo 保持保持 + Uom 不变；不变；C 经输出端放电，经输出端放电，U+HuctU+L(b)当当uo = -Uom 时，时，u+=U+Luc达到达到U+L时，时，uo上翻。上翻。+RR1R2C+ucuo 当当uo 重新回到重新回到Uom 以后，电路又进入另以后，电路又进入另一个周期性的变化：一个周期性的变化：周期与频率的计算：周期与频率的计算：TU+Huc0tU+LUomuo0t- Uom)RR21ln(RC2T21 T1f +RR1R2C+ucuo思考题：思考题：