測(cè)控電路第五章-信號(hào)運(yùn)算電路(N)

獲得被測(cè)參數(shù)：和、差、積、積分、平均值、峰值、任意函數(shù)實(shí)現(xiàn)控制：PID誤差補(bǔ)償：非線性補(bǔ)償減小干擾影響：共模抑制，跟蹤濾波調(diào)制解調(diào)：乘法運(yùn)算數(shù)字運(yùn)算和模擬運(yùn)算模擬運(yùn)算：快、設(shè)備簡(jiǎn)單數(shù)字運(yùn)算：功能強(qiáng)、精度高信號(hào)運(yùn)算電路的功用靈現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.信號(hào)運(yùn)算電路線性運(yùn)算電路

乘除運(yùn)算電路微積分與PID運(yùn)算電路特征值運(yùn)算電路函數(shù)運(yùn)算電路4/14/2023現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.1線性運(yùn)算電路5.1.1加法運(yùn)算電路Ruou－u+∞-++NRfifui1ui2R1Rnini1uini2R2獨(dú)立作用原理Rui1ui2R2uou+∞-++NRnRpRfR1uinu－4/14/2023現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.1.2減法運(yùn)算電路（一）利用加法運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算5.1線性運(yùn)算電路ui1ui2uo1ui1、ui2均可擴(kuò)展4/14/2023現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日（二）用單一運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算5.1線性運(yùn)算電路5.1.2減法運(yùn)算電路Rf/R1=R/R2=K

RRfui1ui2R1uou-u+∞-++NR24/14/2023現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.1線性運(yùn)算電路5.1.3加減混合運(yùn)算電路Rui1ui2R2uou+∞-++NRnRfR1uinu－ui-1ui-2R-1R-mui-mR-2獨(dú)立作用原理現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日乘除運(yùn)算電路在參數(shù)計(jì)算、調(diào)制解調(diào)、濾波等中具有廣泛應(yīng)用，已集成化.(1)基于對(duì)數(shù)、指數(shù)運(yùn)算；(2)基于變跨導(dǎo)；(3)基于脈沖寬度、高度調(diào)制5.2乘除運(yùn)算電路uyuxuoxyKxyx,y輸入量，K增益V-1

現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2乘除運(yùn)算電路5.2.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路VDiDR1uiuo∞-++Ni1

Is——PN結(jié)的反向飽和電流；UT——熱電壓，；k——玻耳茲曼常數(shù)；q——電子的電荷量。小信號(hào)時(shí)PN結(jié)具有對(duì)數(shù)特性現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日實(shí)用電路需要進(jìn)行失調(diào)和溫度補(bǔ)償5.2乘除運(yùn)算電路5.2.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路R1ui∞-++N1URuoiDR65kΩ1MΩ100kΩUCUDR4R3V1R21.5MΩR5i2∞-++N2t°V2RT現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2乘除運(yùn)算電路5.2.1對(duì)數(shù)運(yùn)算電路現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2.2指數(shù)運(yùn)算電路5.2乘除運(yùn)算電路RfifiVuiuo∞-++N現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2乘除運(yùn)算電路5.2.2指數(shù)運(yùn)算電路R1ui∞-++N1uoR4200pFR5R3V1R2RTV2∞-++N2t°UR現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2乘除運(yùn)算電路5.2.2指數(shù)運(yùn)算電路現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2乘除運(yùn)算電路指數(shù)5.2.3基于對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算的乘法運(yùn)算電路對(duì)數(shù)uo3R2R3uo1uo2uoR1u1∞-++N1R2V1R1u2∞-++N2R2V2∞-++N3∞-++N4V3相加現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2乘除運(yùn)算電路5.2.4基于對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算的除法運(yùn)算電路指數(shù)uo3R2R3uo1uo2uoR1u1∞-++N1R2V1R1u2∞-++N2R2V2∞-++N3∞-++N4V3R2對(duì)數(shù)相減現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日對(duì)數(shù)放大器是單極性的，因此對(duì)數(shù)乘法器和除法器也是單象限的?？梢詫⑤斎腚妷篣x

和Uy分別與常數(shù)電壓UxC和UyC相加后再相乘，實(shí)現(xiàn)四象限相乘。5.2乘除運(yùn)算電路5.2.5四象限乘法運(yùn)算電路U0.5-1-1ExUy>0U1>0U20.5-1-1N1xyzxyzN3N2U-1-1-1+4oN4--+現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2乘除運(yùn)算電路5.2.6基于乘法器的除法運(yùn)算電路UUUoyxKxyxyN2N1現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.2乘除運(yùn)算電路5.2.7基于變跨導(dǎo)的乘法運(yùn)算電路對(duì)數(shù)－指數(shù)式與變跨導(dǎo)式乘法運(yùn)算電路都依賴有源器件特性，并有一系列近似和干擾因素，精度低。RcR0V1V2V3ux+EcRcuyuoi0現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日1、若干參數(shù)的平均值用求和方法求取平均值。2、某一參數(shù)在一定時(shí)間變化的平均值采用低通濾波或積分運(yùn)算電路。5.3特征值運(yùn)算電路5.3.1平均值運(yùn)算電路現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.3特征值運(yùn)算電路5.3.2絕對(duì)值運(yùn)算電路采用精密全波檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+–i1R4uoR1R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–A3R￠必須全波檢波電路，不加濾波電容。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.3特征值運(yùn)算電路5.3.2絕對(duì)值運(yùn)算電路UImAURUoNoiNVD1VD4VD3VD2現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.3特征值運(yùn)算電路5.3.3峰值運(yùn)算電路VD1R1VD2uiR2VCuRuo∞-++N1GSD∞-++N2主要要求：(1)充電快(反映變化)；(2)放電慢(保持久)現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.3.4最大、最小值選取電路5.3特征值運(yùn)算電路峰值運(yùn)算電路:輸出由單一變量在一段時(shí)間內(nèi)最大或最小值確定。最大、最小值選取電路：輸出由多個(gè)變量中最大或最小者確定。uR

擴(kuò)展電路對(duì)于輸入電壓適應(yīng)范圍。VD1R2u1∞-++N1u2u3uRVD3VD2R1R3R4uoVD1R2u1∞-++N1u2u3uRVD3VD2R1R3R4uo最大值選取電路最小值選取電路現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.4函數(shù)運(yùn)算電路R3R2R6-URui+URuoVD2C∞-++NR5R4R1RfVD1VD3VD4VD5VD6ABOABCDA’B’C’D’uoui轉(zhuǎn)折點(diǎn)：由鉗位控制，按此計(jì)算電阻比斜率：由電阻決定，按此計(jì)算電阻值用途：函數(shù)運(yùn)算線性化(1)折線逼近電路現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.4函數(shù)運(yùn)算電路(2)反函數(shù)運(yùn)算電路RuiRuo∞-++Nuff(x)-uf=f(uo)-現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路

5.5.1積分運(yùn)算電路主要用途：積分運(yùn)算、濾波、波形發(fā)生、控制等干擾參數(shù)X+++-WX-WYZ+ZY對(duì)象ASAR被調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)偏差調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)參數(shù)額定值引入積分運(yùn)算后才能消除靜差4/14/2023現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路

5.5.1積分運(yùn)算電路iCCRuiuo∞-++NR1i1基本

積分運(yùn)算電路在直流輸入情況下積分電容通常較大現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路增量積分電路（比例積分電路）b)R1R1UiuouiOOttUiR2R2

5.5.1積分運(yùn)算電路∞-++NR1R1R2R2CCI1I1uiuoa)有利于提高調(diào)節(jié)速度4/14/2023現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.2微分運(yùn)算電路a)基本微分電路b)實(shí)用微分電路可進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)速度為減小干擾影響uiRCN∞uo++－uoR1RCC1N∞ui++－微分電容通常較小4/14/2023現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日PID(比例–積分–微分)電路又稱為PID調(diào)節(jié)器，是一種常見的控制電路。調(diào)節(jié)器的任務(wù)是將一定的物理量(被調(diào)節(jié)參數(shù)X)調(diào)節(jié)到預(yù)先給定的理論值(或稱額定值W)

，并克服干擾的影響保持這一值。5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.3PID電路4/14/2023現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5.3PID電路5.5微分積分運(yùn)算電路干擾參數(shù)X+++-WX-WYZ+ZY對(duì)象ASAR被調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)偏差調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)參數(shù)額定值積分：消除靜差、抑制干擾比例：提高調(diào)節(jié)靈敏度、減小靜差、減小滯后微分：進(jìn)一步減小滯后、加快調(diào)節(jié)速度4/14/2023現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.3PID電路R2R4R3RRRIRR1R1R2RRDCDRR5RuiuoR∞-++N4∞-++N5∞-++N3CI∞-++N2∞-++N1RP比例積分微分P、I、D并聯(lián)現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路R2R1R1R2RDCD∞-++N5∞-++N3uiu3uf5.5.3PID電路現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路R1uiCDR2R5R7CmuoPPDPIR6CIRPIRPD∞-++N1∞-++N3∞-++N2RRPR3R45.5.3PID電路P、I、D串聯(lián)：各級(jí)誤差累積，要求各級(jí)精度要高。現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

（一）總電路30kΩ外給定指示S6S427kΩ390kΩ390kΩ470kΩ30kΩ升軟手動(dòng)操作電路34內(nèi)給外給S6外給定4~20mA輸入1~5VURUi4×500kΩS7500kΩ500kΩ電平移動(dòng)電路正反作用R1R2R3R4R6∞_+N1+IRRRUTUF500kΩ500kΩ500kΩ輸入指示S5R給定指示RP2S5指示單元500kΩ500kΩ500kΩ500kΩ500kΩ560Ω內(nèi)給定1~5V1kΩUSRPs標(biāo)定∞_+N5+∞_+N6+P2P1RP1910Ω220ΩVS6VUB=10V3V910Ω20kΩ2130kΩRHRF降∞_+N4+Uo32kΩ40kΩ40kΩ2.4kΩ負(fù)載3CG21R7R8R9UF4Uf3DG27C24VRfIo62.5Ω10kΩ10kΩR1010kΩ輸出電路UT4UB=10VRPI硬手動(dòng)操作電路×101kΩ9.1kΩUo2CM62kΩ~15MΩ3.9~10kΩS110μF比例微分電路比例積分電路∞_+N3+RPP3PDPIUT3UF3×1S3211kΩCI 132S2VDVRP424V測(cè)量∞_+N1+1kΩRP39.1kΩCMUT2UF22×5kΩUo1470kΩ30kΩ現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

500kΩ500kΩ500kΩ輸入指示給定指示RP2S5S5指示單元500kΩ500kΩ500kΩ500kΩ500kΩ560Ω內(nèi)給定1~5V1kΩUSRPs∞_+N5+P1RP1910Ω220ΩVS6VUB=10V調(diào)整3V910ΩS6Ui測(cè)量輸入標(biāo)定P2∞_+N5+調(diào)靈敏度調(diào)靈敏度UR內(nèi)外給定按3V標(biāo)定測(cè)量給定差動(dòng)放大器

差動(dòng)放大器

先通過(guò)標(biāo)定調(diào)靈敏度（二）指示電路現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

（三）電平移動(dòng)電路內(nèi)給外給S6外給定4~20mA輸入1~5VURUi4×500kΩS7500kΩ正反作用R1R2R3R4R5R6∞_+N1+IRRRUFU+Uo12×5kΩ滿足放大器的共模電壓范圍的要求US500kΩ接軟手動(dòng)操作電路現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

（三）電平移動(dòng)電路b）反相端輸入R5UFR2R3∞_+N1+R1R4US∞_+N1+UBR6Ui0.5Uo1+UBa）同相端輸入U(xiǎn)T獨(dú)立作用原理滿足放大器的共模電壓范圍的要求現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

S1、S2:1-自動(dòng)測(cè)量

2-軟手動(dòng)，通過(guò)S4改變充電時(shí)間常數(shù)

3-硬手動(dòng)，強(qiáng)行快速充電S3：改變?cè)鲆鍾P3-調(diào)整微分時(shí)間常數(shù)RPP-調(diào)整增益RP4-調(diào)整積分時(shí)間常數(shù)RP1-調(diào)整快速充電時(shí)間常數(shù)

1kΩUo19.1kΩUo2CM62kΩ~15MΩ3.9~10kΩS110μF比例微分電路比例積分電路∞_+N3+∞_+N2+RPP3PDPIUT2UT3UF31kΩRP3×1S3211kΩCI 132S2VDVRP4UF2CD 30kΩ×1030kΩS427kΩ390kΩ390kΩ470kΩ軟手動(dòng)操作電路42130kΩRHRF降24V24VUB=10V3470kΩ30kΩRP12.4kΩ升9.1kΩ20kΩ（四）PID運(yùn)算電路現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

先不考慮由軟手動(dòng)操作電路的輸入，并考慮到N2的輸入可等效為由軟手動(dòng)操作電路Uo262kΩ~15MΩ3.9~10kΩ∞_N2+RPPUF2Uo1+UT21kΩRP3CD 9.1kΩUo1UT2RP3CD Uo1/n(五）PD運(yùn)算電路現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

（五）PD運(yùn)算電路RP3-調(diào)整微分時(shí)間常數(shù)RPP-調(diào)整增益由軟手動(dòng)操作電路由軟手動(dòng)操作電路Uo262kΩ~15MΩ3.9~10kΩ∞_N2+RPPUF2Uo1+UT21kΩRP3CD 9.1kΩ)(11)()(1oD3PD3PT2osUsCRsCnRnsUsU++==aa現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

（六）PI運(yùn)算電路S1、S2:1-自動(dòng)測(cè)量

2-軟手動(dòng)，通過(guò)S4改變充電時(shí)間常數(shù)

3-硬手動(dòng)，強(qiáng)行快速充電S3：改變?cè)鲆鍿1、S2在1即自動(dòng)測(cè)量位置，S3在增益為10位置。電路簡(jiǎn)化為CM10μF∞_+N3+UT3UF3CI RP4Uo3UBUo21kΩCMS110μF∞_+N3+3UT3UF3×1S3211kΩCI 132S2VDVRP4×1024V2.4kΩ9.1kΩUo2Uo3Uo2現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有46頁(yè)\編輯于星期日在研究傳遞函數(shù)時(shí)只考慮輸入量的影響5.5微分積分運(yùn)算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)器

（七）總傳遞函數(shù)Uo2Uo3Uo