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1、第五章 信号运算电路,计量测试工程学院 陆艺,计量测试工程学院 陆艺,2,5.2 加减运算电路,为什么用模拟信号进行运算？,一、加法运算电路,R,推导过程？,计量测试工程学院 陆艺,3,二、减法运算电路,（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,例P 122,计量测试工程学院 陆艺,4,5.3 对数、指数和乘、除运算电路,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,也叫热力学电压,一般uT，,右图,这种电路精度不高,由二极管组成的对数电路,计量测试工程学院 陆艺,5,二极管、三极管组成的对数电路，从上面最终的式子
2、，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2050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,计量测试工程学院 陆艺,6,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？,计量测试工程学院 陆艺,7,二、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5-10,计量测试工程学院 陆艺,8,三、乘法和除法运算电路,（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
3、路器件之一。,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,+ + =, + =, = +,+ =,四象限乘法器,二象限乘法器：只有一个输入端能接受两种不同极性信号,一象限乘法器,计量测试工程学院 陆艺,9,课本所讲的主要是对数/反对数乘法器,1.单象限乘除运算电路,把图5-8与图5-10电路串联起来，把参考电压端换成信号输入端。,单象限乘除运算电路,A,uz,计量测试工程学院 陆艺,10,2.四象限乘法器,N1、N2为加法器，分别与一定固定电压E相加，然后经过N3乘
4、法器，再到N4加法器,其中Eux、uy+E，输出u1，u20,满足一象限乘法器的条件,N1,N2,N3,N4,计量测试工程学院 陆艺,11,3.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。,计量测试工程学院 陆艺,12,（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
5、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。,计量测试工程学院 陆艺,13,5.4 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。,一、积分电路,（一）反相积分电路,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=umcost，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。,计量测试工程学院 陆艺,14,（二）比例积分电路,b),
6、R1,Ui,在图5-15中的积分电容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。,计量测试工程学院 陆艺,15,二、微分运算电路,a)基本微分电路,当输入为正弦波 ui=umSint，输出为uo=RCumcost，幅值为RC，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,计量测试工程学院 陆艺,16,三、PID电路,PID（比例积分微分）电路又称为PID调节器，是一种
7、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。,计量测试工程学院 陆艺,17,5.5 常用特征值运算电路,一、绝对值运算电路,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）。,计量测试工程学院 陆艺,18,二、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(t)，那为0,只剩下直流量，这就是它的平均值。
8、,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。,计量测试工程学院 陆艺,19,三、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,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。,计量测试工程学院 陆艺,20,四、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。,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。,计量测试工程学院 陆艺,21,b)大动态范围的有效值运算电路框图,R,C,U,U,o,i,x,y,z,xy,z,N,2,N,1,根据这种原理，我们经常选用集成电路器件AD536、AD637。,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。,计量测试工程学院 陆艺,Thank You !,