指数运算电路实验报告

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1、电子电路综合设计实验报告实验名称：指数运算电路的设计与实现姓名：班级：学号班内序号：院系：信息与通信工程学院专业：通信工程指数运算电路的设计与实现摘要：指数运算电路由对数放大电路、反对数放大电路和温度补偿电路组成。利用二极管的PN结的指数型伏安特性可实现对数运算。引入运算放大器，利用运算放大器反向端的虚地特性，把PN结上的电压电流关系转化为电路的输入输出电压关系，分别形成对数放大器和反对数放大器。由于晶体管相关参数UT、IES都是温度的函数，运算精度受温度影响大，故加上温度补偿电路。关键词：对数放大器、反对数放大器、温度补偿电路、

2、指数特性一、设计任务要求1．基本要求：设计并实现一个指数运算电路，要求电路的输出输入满足指数运算关系uo=uik，k的大小由电路中元器件参数决定，本实验中K=3。2．设计指标及给定条件为：（1）电路的输入阻抗Ri>100KΩ。（2）输入信号大小为0~15V。（3）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。二、设计思路和总体结构框图1．设计思路：利用二极管PN结的指数型伏安特性实现对数运算。引入运算放大器，利用运算放大器反向端的虚地特性，把PN结上的电压电流关系

3、转化为电路的输入输出电压关系，形成对数放大器。通过将电阻R与晶体管位置互换实现基本的反对数运算电路。加入温度补偿电路以消除温度对运算精度的影响。2.原理框图：原理框图如下图所示：图1原理框图基本数学推导：u01=klnuiu0=Beu01=Beklnuieklnui=u0/B两边取对数：klnui=lnuo/Buo/B=uik调整相关参数使B=1，即uo=uik（本实验k=3）。三、分块电路和总体电路的设计1.基本对数运算电路图2对数放大器原理图如图2所示：由运算放大器反向输入端虚地特性，晶体管的基极与集电极短路，接成二极管形式，

4、增加了集电极电流动态运用范围。此时，两管脚电压相等为0，工作在临界放大状态，则：其中IES为发射结反向饱和电流。输出电压幅度不能超过0.7V，且ui>0以以保证晶体管处于放大导通状态。式中，UT、IES都是温度的函数，其运算精度受温度影响较大，故需加温度补偿电路。实际运用中要改善其温度稳定性。一般改善方法是：用对称参数的晶体管消除IES的影响；用热敏电阻补偿温度对UT的影响。2．加温度补偿电路的对数放大器图3温度补偿电路图3中A1，T1组成基本运算电路，A2，T2组成温度补偿电路。T1，T2两管的集电极电流分别为：T2的基极电位为

5、：忽略T2的基极电流，，则选择T1，T2两管参数对称，IES1=IES2，则这样，利用T1，T2两管特性的一致性，可将IES的影响消除，选用具有正的温度系数的热敏电阻R4，可补偿温度对UT的影响。3．反对数放大器将电阻R与晶体管的位置互换就构成了基本的反对数运算电路。如下图所示：图4反对数运算电路由二极管的特性可知：同对数运算电路一样，为了消除温度对运算精度的影响，也要进行温度补偿，有关方面的物理解释是相似的，无需重复。指的指出的是，对数放大器和反对数放大电路的二极管，必需工作在正向偏压下，因此输入信号只能是单极性的。4．指数运算

6、电路如下图所示：图5指数运算电路A1、A2、T1、T4构成具有温度补偿的对数运算电路，其运算关系前面已详细推导。可知：，A3、A4、T3、T4构成具有温度补偿的反对数运算电路，其运算关系如下：同样，T3、T4选用特性一致的三极管，则：忽略T3基极电流，则要实现，取，，VR=15V，则R12=R15=100K，R6=R9=1.5M。所以。其中，取R1=R4=1K，R2=4.55K，R3=15.7K。则k=3.009≈3，u0=ui3。5．完整的指数运算电路图为了滤除高频成分，需加一些电容，最终完整的电路如下图：图6完整电路图附：集成

7、运算放大器OP07资料OP07的功能介绍：OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。特点：超低偏移：150μV最大。低输入偏置电流：1.8nA。低失调电压漂移：0.5μV/℃。超稳定，时间：2

8、μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V图7OP07外型图片OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+五．所实现的功能说明电路实现功能：1、电路的输入输出满足