测控电路-第5章-信号运算电路课件

1、信号放大电路5.1 比例运算放大5.2 加法/减法运算5.3 对数、指数和乘、除运算5.4 常用特征值运算5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 信号运算电路5.1 比例运算放大5.2 加法/减法运算5.3 对数、指数和乘、除运算5.4 常用特征值运算5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 5.1.1 同相比例放大， 虚短、虚断由此可得：增益为：5.1.2 反相比例放大闭环电压增益：当Rf=R1时，Kf=-1，电路构成单位增益倒相器，一般用于阻抗匹配和倒相45.1.3 差分比例放大uo+-+Nui1R1R2R4ui2R3ui1作用时电路的输出uo1 ui2作用时电路的输出u

2、o2 信号运算电路5.1 比例运算放大5.2 加法/减法运算5.3 对数、指数和乘、除运算5.4 常用特征值运算5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 实现输入信号相加，且输入输出同相5.2.1 同相加法运算电路5.2.2 反相加法电路5.2.3 减法运算电路信号运算电路5.1 比例运算放大5.2 加法/减法运算5.3 对数、指数和乘、除运算5.4 常用特征值运算5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 5.3.1 对数运算电路VDiDR1uiuo-+Ni1 Is PN结的反向饱和电流；UT 热电压，；k 玻耳兹曼常数；q 电子的电荷量。小信号时PN结具有对数特性实用电路需要

3、进行失调和温度补偿R1ui-+N1URuoiDR65k1M100kUCUDR4R3V1R21.5MR5i2-+N2tV2RT5.3.1 对数运算电路5.3.2 指数运算电路指数与对数互为逆运算，在电路结构上也存在对偶性。将反馈回路的非线性器件移到输入端，而反馈环节采用电阻，则可实现指数运算RfifiVuiuo-+N具有温度补偿的指数运算电路R1ui-+N1uoR4200pFR5R3V1R2RTV2-+N2tUR5.3.2 指数运算电路指数对数uo3R2R3uo1uo2uoR1u1-+N1R2V1R1u2-+N2R2V2-+N3-+N4V3相加5.3.3 基于对数/指数运算的乘法/除法运算电路基

4、于对数和指数运算的乘法运算电路 指数uo3R2R3uo1uo2uoR1u1-+N1R2V1R1u2-+N2R2V2-+N3-+N4V3R2对数相减基于对数和指数运算的除法运算电路5.3.3 基于对数/指数运算的乘法/除法运算电路四象限乘法运算电路5.3.3 基于对数/指数运算的乘法/除法运算电路U0.5-1-1ExUy0U10U20.5-1-1N1xyzxyzN3N2U-1-1-1+4oN4-+5.3.4 变跨导乘法运算电路对数指数式与变跨导式乘法运算电路都依赖有源器件特性，并有一系列近似和干扰因素，精度低。RcR0V1V2V3ux+EcRcuyuoi0信号运算电路5.1 比例运算放大5.2

5、加法/减法运算5.3 对数、指数和乘、除运算5.4 常用特征值运算5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 5.4.1 绝对值运算电路UOoUiNUiUoUNRIoVD1VD3VD2VD4mA5.4.2 峰值运算电路峰值检测电路：检测信号某一周期内峰值的电路当输入信号上升大于前次采样信号时，电路工作于采样状态并且跟踪信号当信号下降时，保持采样值输出为一个采样周期内的峰值5.4.3 平均值运算电路求若干参数的平均值求和取平均求参数在一段时间变化内的平均值时间平均，积分低频信号收高频信号的干扰低通滤波器参数变化的有效值取绝对值，在平均（低通滤波）信号运算电路5.1 比例运算放大5.2 加法

6、/减法运算5.3 对数、指数和乘、除运算5.4 常用特征值运算5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 5.5 函数运算电路R3R2R6-URui+URuoVD2C-+NR5R4R1RfVD1VD3VD4VD5VD6ABOABCDABCDuoui转折点：由钳位控制，按此计算电阻比斜率：由电阻决定，按此计算电阻值用途： 函数运算线性化(1) 折线逼近电路(2)反函数运算电路RuiRuo-+Nuff(x)-uf= f(uo)-5.5 函数运算电路信号运算电路5.1 比例运算放大5.2 加法/减法运算5.3 对数、指数和乘、除运算5.4 常用特征值运算5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分

7、运算电路 5.6.1 常用积分电路积分运算电路主要用途：积分运算、滤波、波形发生、控制等干扰参数X+-W X-WY Z+ZY对 象ASAR被调参数调节偏差调 节 器调节参数额定值 引入积分运算后才能消除静差反相积分器/米勒积分器存储在电容器中的初始电荷iCCRuiuo-+NR1i1比例积分电路5.6.2 常用微分电路引入90的相位滞后，容易引起自激振荡a)基本微分电路uiRCNuo+微分时间常数TD=RC5.6.3 PID运算电路 PID控制器是一种线性控制器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)(反馈量)的偏差e(t) 的比例P、积分I和微分D进行线性组合，形成控制量u(t)输出，如图所示

8、。R1uiCDR2R5R7CmuoPPDPIR6CIRPIRPD-+N1-+N3-+N2RRPR3R4积分：消除静差、抑制干扰比例：提高调节灵敏度、减小静差、减小滞后微分：进一步减小滞后、加快调节速度PID调节器串联实现电路5.6.3 PID运算电路5.7 过程调节器电路分析30k外给定指示S6S427k390k390k470k30k升软手动操作电路34内给外给S6外给定420mA输入15VURUi4500kS7500k500k电平移动电路正反作用R1R2R3R4R6_+N1+IRRRUTUF500k500k500k输入指示S5R给定指示RP2S5指示单元500k500k500k500k500

9、k560内给定15V1kUSRPs标定_+N5+_+N6+P2P1RP1910220VS6VUB=10V3V91020k2130kRHRF降_+N4+Uo32k40k40k2.4k负载3CG21R7R8R9UF4Uf3DG27C24VRfIo62.510k10kR1010k输出电路UT4UB=10VRPI硬手动操作电路101k9.1kUo2CM62k15M3.910kS110F比例微分电路比例积分电路_+N3+RPP3PDPIUT3UF31S3211kCI132S2VDVRP424V测量_+N1+1kRP39.1kCMUT2UF225kUo1470k30k5.7.1 电平移动电路内给外给S6外

10、给定420mA输入15VURUi4500kS7500k正反作用R1R2R3R4R5R6_+N1+IRRRUFU+Uo125k满足放大器的共模电压范围的要求 US500k接软手动操作电路5.7.2 PD运算电路先不考虑由软手动操作电路的输入，并考虑到N2的输入可等效为由软手动操作电路Uo262k15M3.910k_N2+RPPUF2Uo1+UT21kRP3CD9.1kUo1UT2RP3CDUo1/n5.7.2 PD运算电路由软手动操作电路Uo262k15M3.910k_N2+RPPUF2Uo1+UT21kRP3CD9.1kRP3-调整微分时间常数RPP-调整增益 )(11)()(1oD3PD3PT2osUsCRsCnRnsUsU+=aa5.7.3 PI运算S1、S2: 1-自动测量 2-软手动，通过S4改变充电时间常数 3-硬手动，强行快速充电S3：改变增益S1、S2在1即自动测量位置，S3在增益为10位置。电路简化为：CM10F_+N3+UT3UF3CIRP4Uo3UBUo21kCMS110F_+N3+3UT3UF31S3211kCI1