測(cè)控電路信號(hào)放大電路6.1比例運(yùn)算放大6.2加法/減法運(yùn)算6.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘、除運(yùn)算6.4常用特征值運(yùn)算6.5函數(shù)型運(yùn)算電路6.6微分積分運(yùn)算電路本章知識(shí)點(diǎn)□比例加減法運(yùn)算電路口乘除法對(duì)數(shù)運(yùn)算電路口微分積分運(yùn)算電路口特征值提取運(yùn)算電路□PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算電路

信號(hào)運(yùn)算電路6.1

比例運(yùn)算放大電路6.1.1同相比例放大電路6.1.2反相比例放大電路6.1.3差分比例放大電路6.1.1同相比例放大電路口同相比例放大電路》6.1.2

反相比例放大電路□反相比例放大電路》

信號(hào)運(yùn)算電路6.1.3差分比例放大電路□差分比例放大電路?。篟?=R?,R?=R》

信號(hào)運(yùn)算電路u?6.2

加法/減法運(yùn)算電路6.2.1同相加法運(yùn)算電路6.2.2反相加法運(yùn)算電路6.2.3減法運(yùn)算電路》

信號(hào)運(yùn)算電路R6.2.1同相加法運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)相加，且輸入輸出同相，系數(shù)調(diào)整不易Uo加

定

理NUi1Ui2疊Ui10Ui2R?

UoUpR6.2.2反相加法電路R》實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)相加，且輸入輸出反相，

系數(shù)單獨(dú)可調(diào)，輸入阻抗低信號(hào)運(yùn)算電路6.2.2反相加法電路Re》

信號(hào)運(yùn)算電路Ui10Ui20Uin0Rn0若R?=R?=…=RUo口差分放大電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算取：R?=R?,R?=R6.2.3減法運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路》6.2.3減法運(yùn)算電路口利用加法運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算信號(hào)運(yùn)算電路》6.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘、除運(yùn)算電路6.3.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路6.3.2指數(shù)運(yùn)算電路6.3.3基于對(duì)數(shù)/指數(shù)運(yùn)算的乘法/除法運(yùn)算電路6.3.4變跨導(dǎo)乘法運(yùn)算電路6.3.5乘方和開(kāi)方運(yùn)算電路6.3.6.集成乘法運(yùn)算電路6.3.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路口在自然界，人們的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)都是對(duì)數(shù)特性的，光經(jīng)過(guò)介質(zhì)的衰減也是對(duì)數(shù)特性的，阻容電路的充、放電的過(guò)程是指數(shù)特性的?？诶脤?duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮處理

，以提高系統(tǒng)處理信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍；或利用指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行展寬處理，以提高系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)的靈敏度?？趯?duì)數(shù)、指數(shù)運(yùn)算電路屬于非線(xiàn)性運(yùn)算電路，通常采用具有非線(xiàn)性特性的器件作為放大器的負(fù)反饋回路構(gòu)成?！だ枚O管的電壓-電流特性·

晶體管的集電極電流-發(fā)射極電壓構(gòu)成的對(duì)數(shù)關(guān)系信號(hào)運(yùn)算電路》6.3.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路·

當(dāng)工作于小信號(hào)時(shí)，利用二極管PN結(jié)的非線(xiàn)性特性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算二極管特性方程：運(yùn)放輸出電壓：虛斷、虛斷：信號(hào)運(yùn)算電路》u。6.3.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路□實(shí)用電路需要進(jìn)行失調(diào)和溫度補(bǔ)償信號(hào)運(yùn)算電路》6.3.2指數(shù)運(yùn)算電路口指數(shù)與對(duì)數(shù)互為逆運(yùn)算，在電路結(jié)構(gòu)上也存在對(duì)偶性。將反饋回路的非線(xiàn)性器件移到輸入端，而反饋環(huán)節(jié)采用電阻，則可實(shí)現(xiàn)指數(shù)運(yùn)算虛斷、虛斷：三極管輸入特性：

u?運(yùn)放輸出電壓：》

信號(hào)運(yùn)算電路6.3.2指數(shù)運(yùn)算電路□具有溫度補(bǔ)償?shù)闹笖?shù)運(yùn)算電路u?信號(hào)運(yùn)算電路6.3.3基于對(duì)數(shù)/指數(shù)運(yùn)算的乘法/除法運(yùn)算電路口基于對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算的乘法運(yùn)算電路：對(duì)數(shù)+加法+指數(shù)□基于對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算的乘法運(yùn)算電路：對(duì)數(shù)+減法+指數(shù)》

信號(hào)運(yùn)算電路基于對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算的乘法運(yùn)算電路》

信號(hào)運(yùn)算電路》

信號(hào)運(yùn)算電路

23基于對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算的除法運(yùn)算電路》

信號(hào)運(yùn)算電路

24Z>0.5

-1-1N∑D0.5-1N?四象限乘法運(yùn)算電路∑

D

-1+41Ny

xU?>0U?>0E

OU?對(duì)數(shù)-指數(shù)式與變跨導(dǎo)式乘法運(yùn)算電路都依賴(lài)有源器件特性，并有一

系列近似和干擾因素，精度低。6.3.4變跨導(dǎo)乘法運(yùn)算電路i=uy/R?u

。=gR.u信號(hào)運(yùn)算電路》N?的輸出電壓為

則：

令：

則上式簡(jiǎn)化成：6.3.5乘方和開(kāi)方運(yùn)算電路口利用對(duì)數(shù)放大器和指數(shù)放大器構(gòu)成的乘方和開(kāi)方電路》

信號(hào)運(yùn)算電路Uo=Ku;"MYP634

是AD公司設(shè)計(jì)的高精度四象限模擬乘法器，其激光調(diào)整的精度可以達(dá)到0.5%,輸入信號(hào)范圍可達(dá)到

10V,帶寬為10MHz,可應(yīng)用于精密模擬信號(hào)處理，信號(hào)調(diào)

制解調(diào)，電壓控制放大器，視頻信號(hào)處理，以及電壓控制

濾波器和振蕩器。6.3.6集成乘法運(yùn)算電路□MYP634

是AD公司設(shè)計(jì)的高精度四象限模擬乘法器電源

基準(zhǔn)源乘法器0.75衰減+VsVoutA》

信號(hào)運(yùn)算電路SFX?X?Y?y?Z1Z?MYP634模擬乘法器運(yùn)算電路V-IV-IV-I·

傳遞函數(shù)為□基本乘法運(yùn)算電路·

將MPY634連接成除法運(yùn)算電路，其

高阻輸入端X和Z端，作為輸入信號(hào)

端

，Y

端作為反饋端。其運(yùn)算函數(shù)為：·

除法運(yùn)算精度可以在1.0%~2.5%之間，帶寬由分母X決定。輸出Y可以

直接接入輸出端，作為求和運(yùn)算。6.3.6集成乘法運(yùn)算電路》

信號(hào)運(yùn)算電路6.3.6集成乘法運(yùn)算電路□基本除法運(yùn)算電路》

信號(hào)運(yùn)算電路0.1≤X≤10V6.4

常用特征值運(yùn)算電路6.4.1絕對(duì)值運(yùn)算電路6.5.2峰值檢測(cè)電路6.5.3平均值運(yùn)算電路UiUi6.4.1絕對(duì)值運(yùn)算電路》

信號(hào)運(yùn)算電路6.4.2峰值運(yùn)算電路口峰值檢測(cè)電路：檢測(cè)信號(hào)某一周期內(nèi)峰值的電路·

當(dāng)輸入信號(hào)上升大于前次采樣信號(hào)時(shí)，電路工作于采樣狀態(tài)并且跟蹤信

號(hào)·

當(dāng)信號(hào)下降時(shí)，保持采樣值·輸出為一個(gè)采樣周期內(nèi)的峰值□

信號(hào)運(yùn)算電路6.4.3平均值運(yùn)算電路口求若干參數(shù)的平均值——求和取平均口求參數(shù)在一段時(shí)間變化內(nèi)的平均值——時(shí)間平均，積分口低頻信號(hào)收高頻信號(hào)的干擾——低通濾波器口參數(shù)變化的有效值——取絕對(duì)值，在平均(低通濾波)信號(hào)運(yùn)算電路》6.5

函數(shù)性運(yùn)算電路6.5函數(shù)運(yùn)算電路(2)反函數(shù)運(yùn)算電路u?

u

。=f-1(u)》

信號(hào)運(yùn)算電路6.6

微分積分運(yùn)算電路6.6.1常用積分電路6.6.2常用微分電路6.6.3PID運(yùn)算電路6.6.1常用積分電路口積分電路：運(yùn)放的輸出與輸入的積分成比例的運(yùn)算電路·

由于電容兩端的電壓是其輸入電流的積分函數(shù)，因而可將運(yùn)放的負(fù)反饋回路用電容實(shí)現(xiàn)，即可得到積分運(yùn)算電路口積分運(yùn)算電路主要用途：·積分運(yùn)算、濾波、波形發(fā)生、控制等信號(hào)運(yùn)算電路》》

信號(hào)運(yùn)算電路積分常數(shù)：T?=RC,T?越大積分速度越慢，積分作用越弱輸入阻抗：R,=R

R

。=0反相積分電路若u

。(O)=0,u

常

數(shù)反相積分電路口缺點(diǎn)：·

該積分器的輸出漂移不定，直至飽和在接近某一電源電壓值，即便在ui接地時(shí)也是如此，這是由于運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)誤差引起的。》

信號(hào)運(yùn)算電路u。作為調(diào)節(jié)器運(yùn)算電路時(shí)，其輸出存在偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出有一

比例輸出-R?u:/R?

,接著在其上疊加一個(gè)與時(shí)間成比例的項(xiàng)-u;t/R?C。表明當(dāng)輸入u

時(shí)，先有

一

比例輸出，對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)

t=T?

時(shí)，積分器輸出

一個(gè)等于輸入偏差的比例項(xiàng)，對(duì)偏差進(jìn)

一

步調(diào)節(jié)u,為階躍信號(hào)，

u?=U(t>0),其輸出為：比例積分電路比例調(diào)節(jié)積分作用》》

信號(hào)運(yùn)算電路微分常數(shù)：

Tp=RC,T越大微分速度越快，微分作用越弱6.6.2常用微分電路a)基本微分電路u。=-RCwcos

wt

=RCwsin(wt-90°)·

若輸入為矩形波》

信號(hào)運(yùn)算電路微分電路應(yīng)用·

若輸入為正弦：

u?=sin

wt微分運(yùn)算電路：只反映輸入信號(hào)的變化速度，輸入信號(hào)無(wú)變化時(shí)，其輸出為06.6.3

PID運(yùn)算電路PID

控制器是一種線(xiàn)性控制器，它將給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)(反饋量)的偏差e(t)的比例P、積分I和微分D

進(jìn)行線(xiàn)性組合，形成控制量

u(t)輸出，如圖所示?！?/p>

信號(hào)運(yùn)算電路微分e(t)=r(t)-ct)比例e(t)積

分u(t)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)

象r(t)c(t)十PID調(diào)節(jié)器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)電路積分：消除靜差、抑制干擾比例：提高調(diào)節(jié)靈敏度、減小靜差、減小滯后微分：進(jìn)一步減小滯后、加快調(diào)節(jié)速度6.6.3

PID運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路6.7

過(guò)程調(diào)節(jié)器電路分析6.7.1電平移動(dòng)電路6.7.2PD運(yùn)算電路6.7.3PI運(yùn)算電路6.7.4調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)6.7.5

輸出電路6.7過(guò)程調(diào)節(jié)器電路分析電平移動(dòng)電路500kΩ作用uD-L500k92×5kQ24V2kΩ10kΩ3CG213DG27C比例微分電路Ur?[CUnRP?

3.9~10kΩ62kΩ~15MΩIk9標(biāo)定Ss

500kQ500k&I

測(cè)量3VRP,指示單元500k9輸入指示

s,500kQ500k給定指示

P?5600L

500kΩ比例積分電路PIUs內(nèi)給外給R?!R?U?=10V硬手動(dòng)操作電路信號(hào)運(yùn)算電路1kΩUs內(nèi)給定1~5V外給定

UR4~20mA輸入1~5V10k10kΩ+N?PDURP40kΩ負(fù)載CM,

1kQ10μFpy9102[U?=10v390kΩ

390kΩ軟手動(dòng)操作電路30kΩRH30kΩ500ke500k開(kāi)降30kΩ30k?220Ω6VRm[910ΩR.[R?外給定

指示輸出電路9.1kΩ470kΩ27kΩ20kΩRP?滿(mǎn)足放大器的共模電壓范圍的要求

接軟手動(dòng)操作電路

信號(hào)運(yùn)算電路6.7.1電平移動(dòng)電路外給定4~20mA輸入1~5V》

信號(hào)運(yùn)算電路先不考慮由軟手動(dòng)操作電路的輸入，

并考慮到N?的輸入可等效為6.7.2PD運(yùn)算電路由軟手動(dòng)操作電路6.7.2

PD運(yùn)算電路KD=n

TD=nRp?CDRP?-

調(diào)整微分時(shí)間常數(shù)

RPp-調(diào)整增益UF