测控电路第五章信号.ppt

第五章 信号运算电路 计量测试工程学院 朱维斌 5.1 比例运算电路 同相比例放大电路 反相比例放大电路 差分比例放大电路 5.2 加减运算电路 二、减法运算电路 5.3 对数、指数和乘、除运算电路 二、指数运算电路 三、乘法和除法运算电路 5.4 微分积分运算电路 二、微分运算电路 三、PID电路 5.5 常用特征值运算电路 二、平均值运算电路 三、峰值运算电路 四、有效值运算电路 计量测试工程学院 朱维斌 * * 中国计量学院 一、加法运算电路 反相相加 R 推导过程？ （一）利用加法运算电路实现减法运算 （二）用单一运算放大器实现减法运算 一、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=26 mv 一般uuT， 右图 这种电路精度不高 改进型，双极型晶体管V代替二极管 由二极管组成的对数电路 由晶体管组成的对数电路 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。 具有温度补偿的对数运算电路 V1 V2 Ube1 Ube2 A 当R3较小时： 当R3断路时： 消除IS的影响 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 （一）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。 uo ux uy uo=Kuxuy K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 ?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 A 基本思想：乘除法可以用对数加减法来实现 指数运算 对数运算 1、对数/反对数乘法器 2.四象限乘法器（利用放大器的线性范围） 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，u20 满足一象限乘法器的条件 N1 N2 N3 N4 - + - - 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 的运算，AD532、AD633、AD838可以实现 的运算，而MLT04具有4路乘法器。AD539、AD734可以实现乘法和除法运算。 （二）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。 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。 一、积分电路 （一）反相积分电路 U Ic U Ii R C o i N ∞ 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。 （二）比例积分电路 ∞ - + + N R1 R1 R2 R2 C C I1 I1 Ui Uo a) b) R2 R1 R1 Ui Uo Ui O O t t Ui R2 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（R1R2）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。 a)基本微分电路 U U R C o i N ∞ b)实用微分电路 U R R C C 1 i 1 N o U 当输入为正弦波 ui=umSinωt，输出为uo=－ωRCumcosωt。 图b为实用电路，使R1C=C1R，R1与C1都是进行相位补偿的 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 + + + - W X - W Y Z + Z Y 对 象 AS AR 被调参数 调节偏差 调 节 器 调节参数 额定值 一、绝对值运算电路 U O o U i 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3-13、图3-14，但不要其中的滤波电容）。 N ∞ Ui