第五章-信号运算电路

第五章信号运算电路加、减法运算电路2对、指数和乘、除法运算电路3常用特征值运算电路4积分、微分运算电路5比例运算电路15.1比例运算电路为什么用模拟信号进行运算？1.同相比例放大电路2.反相比例放大电路3.差分比例放大电路5.2加、减法运算电路一、加法运算电路反相加法R同相加法推导过程？二、减法运算电路1.利用加法运算电路实现减法运算2.用单一运算放大器实现减法运算5.3对、指数和乘、除法运算电路1、对数运算利用二极管的特性：Is—反向饱和电流

u—外加电压uT—温度的电压当量=26mv一般u>>uT，右图这种电路精度不高由二极管组成的对数电路二极管、三极管组成的对数电路，从上面最终的式子，我们可以看到uT和Is都是与温度有关的参数，所以运算精度受温度影响比较大。例如：温度从20℃→50℃时，uT增加10%，Is增加近10倍。所以我们要提出温度补偿功能的对数电路。改进型，双极型晶体管V代替二极管由晶体管组成的对数电路V1V2Ube1Ube2uo图5-8具有温度补偿的对数运算电路实际上，V2与电阻R3为温度补偿电路——差动补偿怎么补偿的呢？2.指数运算电路同前，指数运算也可用前面差动的方法来进行温度补偿，具体电路见图5-103.乘除运算电路模拟乘法器是继运算放大器之后最通用的集成电路器件之一。uouxuyuo=KuxuyK称为比例系数或标度系数K=0.1一般保证精度。实现模拟乘法器方法很多对数/反对数组成的模拟乘法器¼平方乘法器时间分割模拟乘法器变跨导模拟乘法器课本所讲的主要是对数/反对数乘法器单象限乘除运算电路Auz（1）基于对数/指数运算的乘除运算电路（2）四象限乘法器N1、N2为加法器，分别与一定固定电压E相加，然后经过N3乘法器，再到N4加法器其中－E≤ux、uy≤+E，输出u1，u2>0满足一象限乘法器的条件N1N2N3N4（3）除法电路（4）集成乘、除法运算电路集成乘法器有不少的品种。如美国ADI公司的AD632、AD534可以实现AD532、AD633、AD838可以实现而MLT04具有4路乘法器，AD539、AD734可以实现乘法和除法运算。的运算，的运算，5.乘方与开方电路利用乘法器很容易实现平方电路，ux=uy就可以了。开方运算也可以用乘法器实现。此电路只适用于正输入和正输出的情况，当输入端出现负电压时，输出端电压很快达到负向饱和，电路就不能正常工作。此外在这种电路中输出电压可能为正或为负，为了得到正向Uo输出，可在输出端加一个箝位二极管VD。5.4常用特征值运算电路1.绝对值运算电路UOoUi只要用前面所学的线性整流电路就可以了（可参见第三章图3-11、图3-12、图3-13，但不要其中的滤波电容）。N∞UiUoUNRIoVD1VD3VD2VD4mA2.平均值运算电路两种求若干信号的加权平均值——相加电路信号在某一时段内的平均值——积分通过低通滤波器对于左侧信号ui(t)，我们可以分解成一个直流量+一个交流量代替经过低通滤波后，假如Sin(ωt)，那为0只剩下直流量，这就是它的平均值。因此，我们可以利用低通滤波器滤除波动信号，就获得了信号的平均值。3.峰值运算电路利用二极管单向导电特性，使电容单向充电，记忆其峰值Vim1Vim2Vim3ViVot上述电路记录正峰值，若要记录负峰值，D1、D2反接即可。通过两正反峰值相加电路，我们可以得到峰峰电路。正峰值检波器ui反相器正峰值检波器相加电路-ui(-ui)maxuimax4.有效值运算电路也称均方根值。在电学上交流信号、噪音、谐波分量、光学件表面粗糙度的评定、误差的评定，都采用有效值。对于正弦信号，，测得幅值就测得有效值。a)基本有效值运算电路框图UEUoiRCU1xyxyxyzxyzN1N2这个电路的不足之处，动态范围太小。例如我们信号电压为10mV，取参考电压E=10V，则输出uo=10uV，这个值与噪声电压差不多了。根据这种原理，我们经常选用集成电路器件AD536、AD637。b)大动态范围的有效值运算电路框图RCUUoixyzxyzN2N1这种方法的优点在于输入电压不与因子Ui/E相乘，而是与因子Ui/Uo相乘，在输入电压比较小时，前个因子小于1，而后个因子接近1，从而可以获得较大的动态范围。5.5微分、积分运算电路由于积分可以滤除高频干扰，常用于滤波作用，而且利用它的充放电特性还可以实现延时、定时，以及各种波形。1.积分电路（1）反相积分电路UIcUIiRCoiN∞假设电容初始电荷为0，就是初始电压为0若初始不为0若ui为常数，则uo随时间线性上升，积分电路适合于三角波与锯齿波发生器。若ui=umcosωt，积分以后，幅频特性在对数坐标系中为-6dB的直线，确定积分电路的准则。（2）比例积分电路∞-++NR1R1R2R2CCI1I1UiUoa)b)R2R1R1UiUoUiOOttUiR2在积分电容C上串一个小电阻R2，即得比例积分电路（增量积分电路）。这种电路比一般积分电路的输出多了一项与ui成比例的项，故称增量积分电路。它利用这一微小增量（R1>>R2）去补偿由于积分器复原和比较器滞后带来的误差。图b为输入方波时的电路图。2.微分运算电路a)基本微分电路UURCoiN∞b)实用微分电路URRCC1i1NoU当输入为正弦波ui=umSinωt，输出为uo=－ωRCumcosωt，幅值为ωRC，幅频为+6dB的直线。图b为实用电路，使R1C=C1R，R1与C1都是进行相位补偿的3.PID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X