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1、第五章 信号运算电路,问题：,1、被测信号电压输出范围1030V， AD的输入范围为 5V5V， 如何对被测信号进行采样？ 2、如何实现通讯信号的调制？（幅度）,本章的学习要点,1、了解模拟运算电路的优点和缺点及适用场合。 2、熟悉由运放构成的基本运算电路。 加减法运算电路；微分积分运算电路； 对数指数运算电路；乘除法运算电路； 几种特征值运算电路。 3、掌握运算电路的误差分析方法。 4、设计中注意采用专用的集成运算电路芯片。,一、模拟运算电路的特点,与数字信号运算相比： 1、速度快，容易实现。 2、在某些测控系统中不可或缺，不可替代。 （例如电平的平移，信号调制，采用保持电路等） 3、一般是

2、利用电子器件的某些特性，只能实现较简单的运算，不适合复杂的运算。 4、误差因素较多，不好调试，稳定性相对较差。 5、成本相对较高。,二、基本运算电路,（一）、加减法运算电路,当取R1=R2=Rn 时，则,1、反向加法运算电路,2、同向加法运算电路,3、反相求和式减法电路,4、差分式减法电路,（二）、积分微分运算电路,1、反相积分电路,（1）运算放大器的输入偏值电流Ib和输入失调电压U0s 。,误差源分析,（2）电容漏电流。 薄膜电容,2、增量积分电路,优点：可以补偿由于积分器复原和比较器滞后带来的误差,3、多重积分运算电路,4、微分运算电路,基本微分电路,实用微分电路,高输入阻抗微分电路,5、

3、PID电路,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）尽快的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。,PID调节器的原理框图和伯德图,随着SoC（System on Chip，单片系统，或片上系统）的发展，出现了越来越多的所谓混合信号微处理器，即在一枚芯片上集成了A/DC（模拟/数字转换器，简称模数转换器）、D/AC（数字/模拟转换器，简称数模转换器）和微处理器。把这些混合信号微处理器直接取代模拟电路实现PID调解，具有稳定、一致性好、调整容易、可实现诸如自整定系数、专家系统、模糊和神经网络等性能

4、优良的高级调节器。因此，模拟的调节器必将被数字式调节器所取代。,（三）、对数指数运算电路,1、对数运算电路,因为UT和Is都是温度的函数，所以运算精度受温度影响； 在小信号时误差较大，因为这时和1相差不是很多； 二极管具有内阻，当电流较大时，压降也较大，其伏安特性于对数关系有较大的偏差； 电流的变化对校正系数m有影响。 鉴于以上情况，该电路只有在某一段电流范围内能达到满意的精度，该范围只能达到一个至两个数量级。,存在问题：,特点及存在问题：,晶体管型对数电路的输入范围远远超过二极管型对数电路。一般情况下，集电极电流的工作范围为pA到mA数量级，即9个数量级。当然，只有在运算放大器的输入失调电流

5、很小的情况下，才能充分利用此优点。 上述对数电流的缺点是受温度影响较大，其主要原因是UT和Is随温度变化，当温度从20升到50时，UT增大10，Is增加近10倍。为了消除Is的影响，可以采用 由两个晶体管组成的具有温度补偿功能的对数电路。,电阻R4的作用是用来限制电流Ic1、Ic2。电容C1和C2是作相位补偿用的。R3可选合适的正温度系数（0.3/K）热敏电阻以补偿UT受温度的变化,2、指数运算电路,（四）、乘除法运算电路,（五）、特征值运算电路,1、绝对值运算电路,整流二极管的缺点：非线性和死区,对A1和R1、R2、D1、D2构成的半波整流电路， 在Ui 0时，由于D1导通，D2截止，所以U

6、A0。 Ui 0时，由于D1截止，D2导通，所以,A2和R3、R4和R5则构成的一个反相加法电路，把Ui 和UA相加后输出。如果令R1R2R32R4R5R，则,。,在输入Ui为正弦信号时的输出波形如上图所示。,2、均值运算电路,傅里叶级数常数项是信号的算术平均值，可采用低通滤波的方法来实现。,3、峰值运算电路,峰值运算电路的基本原理就是利用二极管单向导电特性，使电容单向充电，记忆其峰值。为了克服二极管管压降的影响，可以采用上图所示的电路，将二极管D1放在反馈回路中。只要输入电压iC，则二级管D2截止。当ic时，D2导通，电容充电，使得Ci。这样电容一直充电到输入电压的最大值。后级电压跟随器具有

7、较高的输入阻抗，电容可以保持峰值较长时间。开关K的作用是为了在新的测量开始时将电容放电。,4、有效值运算电路,三、运算电路误差分析,运算放大器的运算误差主要由于两方面的因素造成： 运算放大器的各个阻值有误差； 运算放大器本身不是理想运算放大器。,运放误差分析模型,运算放大器的开环增益Kd、差模输入电阻Rid、共模输入电阻Ric 、共模抑制比CMRR均为有限值，输入失调电压U0s、输入偏值电流Ib、输入失调电流I0s、开环输出电阻R0均不等于零。这里用Ui1、Ui2分别为反相端和同相端输入信号，R1、R2、Rf为外接电阻。U0s为输入失调电压，接在运放的反相输入端。Rid为差模输入电阻。作用在差模两端的电压为Ud，它使输出端产生电压KdUd。由于运放两个输入端还作用有共模电压，它造成输出电压，其中U-与U+分别为作用在运放反相和同相输入端的电压。如果运放两个输入端的偏值电流分别为Ib1与Ib2，则认为其偏值电流，成为其输入失调电流。共模输入电阻Ric接在每个输入端与地之间，通常RicRid，可忽略不计。开环输出电阻R0通常较小，也可忽略不计。,四、专用集成模拟运算电路,实际应用中，注意选用专用的集成运算电