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测控电路 第5章 信号运算电路

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信号放大电路 5.1 比例运算放大 5.2 加法/减法运算 5.3 对数、指数和乘、除运算 5.4 常用特征值运算 5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 信号运算电路 5.1 比例运算放大 5.2 加法/减法运算 5.3 对数、指数和乘、除运算 5.4 常用特征值运算 5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 5.1.1 同相比例放大 ?虚短、虚断 ? ?I ? I ? 0 P N ? ? ?u N ? uP ? ui ?0 ? u u ? uo N ? ? N R2 ? ? R1 ui RP + ∞ + uo - N R, 1 R2 ?由此可得: ?增益为: Kf ? ? R2 ? uo ? ? ?1 ? R ? ?ui 1 ? ? uo R ? 1? 2 ui R1 ?1 R1 ? ?时(开路), K f =1,电压跟随器 5.1.2 反相比例放大 ?闭环电压增益: ui ? u o ? R1 R2 R2 uo = ? ui R1 R2 IP ui R1 uN uP RP ∞ + uo ?当Rf=R1时,Kf=-1,电路构成单位增益倒相器, 一般用于阻抗匹配和倒相 R2 Kf ? ? R1 + N 4 5.1.3 差分比例放大 R2 ui1作用时电路的输出uo1 R2 u o1 ? ? ui1 R1 ui1 ui2 R3 R4 R1 ∞ + uo + N ui2作用时电路的输出uo2 ? R2 ? R4 uo2 ? ? ?1 ? R ? ? R ? R ui2 1 ? 3 4 ? ? R2 ? R4 R2 ? u o ? u o1 ? u o2 ? ? ui1 ? ? 1? ui2 ? ? R1 R1 ? R3 ? R4 ? R1 ? R3 R2 ? R4 R2 uo = (ui2 ? ui1 ) R1 uo R2 Kf ? ?? ui1 ? ui2 R1 信号运算电路 5.1 比例运算放大 5.2 加法/减法运算 5.3 对数、指数和乘、除运算 5.4 常用特征值运算 5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 5.2.1 同相加法运算电路 Rf ? ?uo ? (1 ? )uR0 ? ? ?u+ =u? u ? ( R2 / / R) ui 2 ? ( R1 / / R) ?u+ ? i1 + R1 ? R2 / / R R2 ? R1 / / R ? ? ui1 ? ( R2 / / RP ) ui 2 ? ( R1 / / RP ) uo ? (1 ? )[ + ] R0 R1 ? R2 / / RP R2 ? R1 / / RP Rf R0 uu+ R Rf ui1 ui2 R1 R2 N uo 若R1 ? R2 R1 / / R uo ? (1 ? ) (ui1 +ui 2 ) R0 R1 ? R1 / / R Rf 实现输入信号相加, 且输入输出同相 5.2.2 反相加法电路 ui1 ui 2 0 ? uo + = R1 R2 Rf uo ? ? Rf R1 ui1 ? Rf R2 ui1 R1 i1 i2 uR2 u+ Rp N uo Rf ui2 ui 2 若R1 ? R2 uo ? ? Rf R1 (ui1 ? ui 2 ) 5.2.3 减法运算电路 uo1 ? ? uo 2 ? ? Rf R1 Rf R2 ui1 ui 2 ui1 ui2 ui3 R1 R2 R3 Rf ? + + N R _ uo Rf R uo3 ? ui 3 (1 ? ) R3 ? R R1 / / R2 uo ? uo1 ? uo 2 ? uo 3 Rf R =? ui1 ? ui 2 ? (1 ? )ui 3 R1 R2 R3 ? R R1 / / R2 Rf Rf 信号运算电路 5.1 比例运算放大 5.2 加法/减法运算 5.3 对数、指数和乘、除运算 5.4 常用特征值运算 5.5 函数型运算电路 5.6 微分积分运算电路 5.3.1 对数运算电路 二极管特性方程: uD uD UT UT iD ? I s (e ? 1) ? I s e ∞ Is —— PN结的反向饱和电流; UT ——热电压,; k —— 玻耳兹曼常数; q —— 电子的电荷量。 iD VD ui R1 i1 + + N uo ui i1 ? ? iD R1 ui uo ? ?uD ? ?U T ln I s R1 小信号时PN结具有对数特性 5.3.1 对数运算电路 ?实用电路需要进行失调和温度补偿 V1 iD R1 ui R6 UC 5kΩ ∞ + + N1 R4 R5 t° RT + N2 R3 ∞ + R2 i2 V2 UR 1.5MΩ uo 1MΩ 100kΩ UD 5.3.2 指数运算电路 ?指数与对数互为逆运算,在电路结构上也存在对偶性。将反馈回路的非线性 器件移到输入端,而反馈环节采用电阻,则可实现指数运算 i ui V + + N uo if ∞ Rf if ? i ? I s e uBE UT ui U ? Ise T ui UT u o ? ? I s Rf e 5.3.2 指数运算电路 ?具有温度补偿的指数运算电路 V1 200pF R3 ∞ + + R4 ui + N1 + uo V2 R2 R1 UR ∞ - N2 R5 RT t° 5.3.3 基于对数/指数运算的乘法/除法运算电路 ?基于对数和指数运算的乘法运算电路 V 1 对数 R1 u1 + + N1 V2 + R1 u2 ∞ + + N2 uo2 R2 + N3 uo1 ∞ uo1 u1 ? ?U T ln I s1 R1 uo 2 ? ?U T ln u2 I s2 R1 R2 R2 uo3 ? ??uo1 ? uo2 ? ? U T



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