测控电路第五章信号运算电路

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1、中国计量学院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2计量测试工程学院朱维斌5.2加减运算电路一、加法运算电路R反相相加推导过程？3计量测试工程学院朱维斌二、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4计量测试工程学院朱维斌5.3对数、指数和乘、除运算电路一、对数运算uuT利用二极管的特性：I=I(e−1)sI——反向饱和电流u——外加电压u——温度的电压当量=26mvsTuuT一般u>>u，∴I=IeTsI∴u=uln

2、TIusi右图I=uR∴u=−u=−ulni1oDT由二极管组成的对数电路IRS1这种电路精度不高改进型，双极型晶体管V代替二极管由晶体管组成vBE的对数电路vTI≈IecsIuciu=−u=−uln=−ulnobeTTIIR5计量测试工程学院朱维斌ss1uiu=−ulnoTIRs1二极管、三极管组成的对数电路，从上面最终的式子，我们可以看到u和I都是与温度有关的参数，所以Ts运算精度受温度影响比较大。例如：温度从20℃→50℃时，u增加10%，I增Ts加近10倍。所以我们要提出温度补偿功能的对数电路。6计量测试工程学院朱维斌U

3、A+ube2−ube1=0V1V2UUUbeUbebe1be212I=IeUTI=IeUTc1sc2sAUAI−c1=eUTIc2具有温度补偿的对数运算电路UiUrefI=I=c1c2RR15UoR3U=−UR2+R3lnR5Ui当R3较小时：UA≈oTR2+R3R3R1UrefRU当R断路时：5i当R3断路时：U=U=−UlnoAT消除I的影响RUS1ref7计量测试工程学院朱维斌二、指数运算电路ui−uTu=IReos1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R3uiuRu=ref5eR3+R4uToR

4、18计量测试工程学院朱维斌三、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路器件之一。uxuouo=KuxuyuyK称为比例系数或标度系实现模拟乘法器方法很多对数/反对数组成的模拟乘法器数K=0.1一般保证精度。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9计量测试工程学院朱维斌1、对数/反对数乘法器基本思想：乘除法可以用对数加减法来实现xylnx+lny−lnz=ezuAuTu=ueox指数运算uxuyu=ouzUU=−UlnzATUyA对数运算单象限乘除运

5、算电路10计量测试工程学院朱维斌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。I一、积分电路cC（一）反相积分电路IiR∞UiUoN1假设电容初始电荷为0，就是初始电压为0u=−∫udtoiRC1若初始不为0uo=−∫uidt+uo0RCu若u为常数，则iuo随时间线性上升，积分电路适合于三iuo=−t+uo0RC角波与锯齿波发生器。um若ui=umcosωt，积分以后，uo=−sinωt+uo0ωRC幅频特性在对数坐标系中为-6dB的直线，确定积分电路

6、的准则。11计量测试工程学院朱维斌（二）比例积分电路R2CUiI1OR1∞tUi-UoI+1UO+NotR2R1R2R2UCUiiRR11a)b)积分电容C上串一个小电阻R，即得比例积分电路（增量积分电路）。2R12u=−u−udtoi∫iRRC11这种电路比一般积分电路的输出多了一项与u成比例的项，故称增i量积分电路。它利用这一微小增量（R>>R）去补偿由于积分器12复原和比较器滞后带来的误差。12计量测试工程学院朱维斌图b为输入方波时的电路图。二、微分运算电路RRC1C∞RCU1iUUiNoUNoa)基本微分电路b)实用微分

7、电路duiu=−RCodt当输入为正弦波u=uSinωt，输出为u=－ωRCucosωt。imom图b为实用电路，使RC=CR，R与C都是进行相位补偿的111113计量测试工程学院朱维斌5.5常用特征值运算电路一、绝对值运算电路Uo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）。OUi∞UUoiVD1IVD2NomAVD3V

8、ui

9、UD4I=NoRR14计量测试工程学院朱维斌二、平均值运算电路求若干信号的加权平均值——相加电路两种信号在某一时段内的平均值——积分通过低

10、通滤波器对于左侧信号u(t)，我们可以分解成i一个直流量+一个交流量u(t)=u+sin(ωt)ii'ui(t)代替1t'经过低通滤波后，u=u(t)dt+uo∫0iiRC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