測控電路信號運算電路

（優(yōu)選）測控電路第章信號運算電路本文檔共46頁；當前第1頁；編輯于星期一\17點24分5.1線性運算電路5.1.1加法運算電路Ruou－u+∞-++NRfifui1ui2R1Rnini1uini2R2獨立作用原理Rui1ui2R2uou+∞-++NRnRpRfR1uinu－2023/6/19本文檔共46頁；當前第2頁；編輯于星期一\17點24分5.1.2減法運算電路（一）利用加法運算電路實現(xiàn)減法運算5.1線性運算電路ui1ui2uo12023/6/19本文檔共46頁；當前第3頁；編輯于星期一\17點24分（二）用單一運算放大器實現(xiàn)減法運算5.1線性運算電路5.1.2減法運算電路Rf/R1=RP/R2=K

RRfui1ui2R1uou-u+∞-++NR22023/6/19本文檔共46頁；當前第4頁；編輯于星期一\17點24分5.1線性運算電路5.1.3加減混合運算電路Rui1ui2R2uou+∞-++NRnRfR1uinu－ui-1ui-2R-1R-mui-mR-2獨立作用原理本文檔共46頁；當前第5頁；編輯于星期一\17點24分5.1線性運算電路ui1ui2uo15.1.3加減混合運算電路ui1、ui2均可擴展本文檔共46頁；當前第6頁；編輯于星期一\17點24分乘除運算電路在參數(shù)計算、調(diào)制解調(diào)、濾波等中具有廣泛應(yīng)用，已集成化.(1)基于對數(shù)、指數(shù)運算；(2)基于變跨導(dǎo)；(3)基于脈沖寬度、高度調(diào)制5.2乘除運算電路uyuxuoxyKxyx,y輸入量，K增益V-1

本文檔共46頁；當前第7頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路5.2.1對數(shù)運算電路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。小信號時PN結(jié)具有對數(shù)特性本文檔共46頁；當前第8頁；編輯于星期一\17點24分實用電路需要進行失調(diào)和溫度補償5.2乘除運算電路5.2.1對數(shù)運算電路R1ui∞-++N1URuoiDR65kΩ1MΩ100kΩUCUDR4R3V1R21.5MΩR5i2∞-++N2t°V2RT本文檔共46頁；當前第9頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路5.2.1對數(shù)運算電路本文檔共46頁；當前第10頁；編輯于星期一\17點24分5.2.2指數(shù)運算電路5.2乘除運算電路RfifiVuiuo∞-++N本文檔共46頁；當前第11頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路5.2.2指數(shù)運算電路R1ui∞-++N1uoR4200pFR5R3V1R2RTV2∞-++N2t°UR本文檔共46頁；當前第12頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路5.2.2指數(shù)運算電路本文檔共46頁；當前第13頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路指數(shù)5.2.3基于對數(shù)和指數(shù)運算的乘法運算電路對數(shù)uo3R2R3uo1uo2uoR1u1∞-++N1R2V1R1u2∞-++N2R2V2∞-++N3∞-++N4V3相加本文檔共46頁；當前第14頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路5.2.4基于對數(shù)和指數(shù)運算的除法運算電路指數(shù)uo3R2R3uo1uo2uoR1u1∞-++N1R2V1R1u2∞-++N2R2V2∞-++N3∞-++N4V3R2對數(shù)相減本文檔共46頁；當前第15頁；編輯于星期一\17點24分對數(shù)放大器是單極性的，因此對數(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，實現(xiàn)四象限相乘。5.2乘除運算電路5.2.5四象限乘法運算電路U0.5-1-1ExUy>0U1>0U20.5-1-1N1xyzxyzN3N2U-1-1-1+4oN4--+本文檔共46頁；當前第16頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路5.2.6基于乘法器的除法運算電路UUUoyxKxyxyN2N1本文檔共46頁；當前第17頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路5.2.7基于變跨導(dǎo)的乘法運算電路對數(shù)－指數(shù)式與變跨導(dǎo)式乘法運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本文檔共46頁；當前第18頁；編輯于星期一\17點24分5.2乘除運算電路5.2.8基于脈沖寬度、高度調(diào)制的乘法運算電路脈寬式采樣式運算速度慢，難以用于實時檢測與控制tOuUxUyUotOuUxUyUo本文檔共46頁；當前第19頁；編輯于星期一\17點24分做好語言溝通(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)在一定時間變化的平均值采用低通濾波或積分運算電路。5.3特征值運算電路5.3.1平均值運算電路本文檔共46頁；當前第20頁；編輯于星期一\17點24分5.3特征值運算電路5.3.2絕對值運算電路做好語言溝通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，不要濾波電容本文檔共46頁；當前第21頁；編輯于星期一\17點24分5.3特征值運算電路5.3.2絕對值運算電路UImAURUoNoiNVD1VD4VD3VD2本文檔共46頁；當前第22頁；編輯于星期一\17點24分5.3特征值運算電路5.3.3峰值運算電路VD1R1VD2uiR2VCuRuo∞-++N1GSD∞-++N2主要要求：(1)充電快(反映變化)；(2)放電慢(保持久)本文檔共46頁；當前第23頁；編輯于星期一\17點24分5.3.4最大、最小值選取電路5.3特征值運算電路峰值運算電路:輸出由單一變量在一段時間內(nèi)最大或最小值確定。最大、最小值選取電路：輸出由多個變量中最大或最小者確定。uR

擴展電路對于輸入電壓適應(yīng)范圍。VD1R2u1∞-++N1u2u3uRVD3VD2R1R3R4uoVD1R2u1∞-++N1u2u3uRVD3VD2R1R3R4uo最大值選取電路最小值選取電路本文檔共46頁；當前第24頁；編輯于星期一\17點24分5.4函數(shù)運算電路R3R2R6-URui+URuoVD2C∞-++NR5R4R1RfVD1VD3VD4VD5VD6ABOABCDA’B’C’D’uoui轉(zhuǎn)折點：由鉗位控制，按此計算電阻比斜率：由電阻決定，按此計算電阻值用途：函數(shù)運算線性化(1)折線逼近電路本文檔共46頁；當前第25頁；編輯于星期一\17點24分5.4函數(shù)運算電路(2)反函數(shù)運算電路RuiRuo∞-++Nuff(x)-uf=f(uo)-本文檔共46頁；當前第26頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路

5.5.1積分運算電路主要用途：積分運算、濾波、波形發(fā)生、控制等干擾參數(shù)X+++-WX-WYZ+ZY對象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)額定值引入積分運算后才能消除靜差2023/6/19本文檔共46頁；當前第27頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路

5.5.1積分運算電路iCCRuiuo∞-++NR1i1基本

積分運算電路在直流輸入情況下積分電容通常較大本文檔共46頁；當前第28頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路增量積分電路（比例積分電路）b)R1R1UiuouiOOttUiR2R2

5.5.1積分運算電路∞-++NR1R1R2R2CCI1I1uiuoa)有利于提高調(diào)節(jié)速度2023/6/19本文檔共46頁；當前第29頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.2微分運算電路a)基本微分電路b)實用微分電路可進一步提高調(diào)節(jié)速度為減小干擾影響uiRCN∞uo++－uoR1RCC1N∞ui++－微分電容通常較小2023/6/19本文檔共46頁；當前第30頁；編輯于星期一\17點24分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微分積分運算電路5.5.3PID電路2023/6/19本文檔共46頁；當前第31頁；編輯于星期一\17點24分5.5.3PID電路5.5微分積分運算電路干擾參數(shù)X+++-WX-WYZ+ZY對象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：進一步減小滯后、加快調(diào)節(jié)速度2023/6/19本文檔共46頁；當前第32頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.3PID電路R2R4R3RRRIRR1R1R2RRDCDRR5RuiuoR∞-++N4∞-++N5∞-++N3CI∞-++N2∞-++N1RP比例積分微分本文檔共46頁；當前第33頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路R2R1R1R2RDCD∞-++N5∞-++N3uiu3uf5.5.3PID電路本文檔共46頁；當前第34頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路R1uiCDR2R5R7CmuoPPDPIR6CIRPIRPD∞-++N1∞-++N3∞-++N2RRPR3R45.5.3PID電路本文檔共46頁；當前第35頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)器

（一）總電路30kΩ外給定指示S6S427kΩ390kΩ390kΩ470kΩ30kΩ升軟手動操作電路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標定∞_+N5+∞_+N6+P2P1RP1910Ω220ΩVS6VUB=10V3V910Ω20kΩ2130kΩRHRF降∞_+N4+Uo32kΩ40kΩ40kΩ2.4kΩ負載3CG21R7R8R9UF4Uf3DG27C24VRfIo62.5Ω10kΩ10kΩR1010kΩ輸出電路UT4UB=10VRPI硬手動操作電路×101kΩ9.1kΩUo2CM62kΩ~15MΩ3.9~10kΩS110μF比例微分電路比例積分電路∞_+N3+RPP3PDPIUT3UF3×1S3211kΩCI 132S2VDVRP424V測量∞_+N1+1kΩRP39.1kΩCMUT2UF22×5kΩUo1470kΩ30kΩ本文檔共46頁；當前第36頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過程調(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測量輸入標定P2∞_+N5+調(diào)靈敏度調(diào)靈敏度UR內(nèi)外給定按3V標定測量給定差動放大器

差動放大器

先通過標定調(diào)靈敏度（二）指示電路本文檔共46頁；當前第37頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)器

（三）電平移動電路內(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接軟手動操作電路本文檔共46頁；當前第38頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)器

（三）電平移動電路b）反相端輸入R5UFR2R3∞_+N1+R1R4US∞_+N1+UBR6Ui0.5Uo1+UBa）同相端輸入UT獨立作用原理滿足放大器的共模電壓范圍的要求本文檔共46頁；當前第39頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)器

S1、S2:1-自動測量

2-軟手動，通過S4改變充電時間常數(shù)

3-硬手動，強行快速充電S3：改變增益RP3-調(diào)整微分時間常數(shù)RPP-調(diào)整增益RP4-調(diào)整積分時間常數(shù)RP1-調(diào)整快速充電時間常數(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軟手動操作電路42130kΩRHRF降24V24VUB=10V3470kΩ30kΩRP12.4kΩ升9.1kΩ20kΩ（四）PID運算電路本文檔共46頁；當前第40頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)器

先不考慮由軟手動操作電路的輸入，并考慮到N2的輸入可等效為由軟手動操作電路Uo262kΩ~15MΩ3.9~10kΩ∞_N2+RPPUF2Uo1+UT21kΩRP3CD 9.1kΩUo1UT2RP3CD Uo1/n(五）PD運算電路本文檔共46頁；當前第41頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)器

（五）PD運算電路RP3-調(diào)整微分時間常數(shù)RPP-調(diào)整增益由軟手動操作電路由軟手動操作電路Uo262kΩ~15MΩ3.9~10kΩ∞_N2+RPPUF2Uo1+UT21kΩRP3CD 9.1kΩ)(11)()(1oD3PD3PT2osUsCRsCnRnsUsU++==aa本文檔共46頁；當前第42頁；編輯于星期一\17點24分5.5微分積分運算電路5.5.4工業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)器

（六）PI運算電路S1、S2:1-自動測量

2-軟手動，通過S4改變充電時間常數(shù)

3-硬手動，強行快速充電S3：改變增益S1、S2在1即自動測量位置，S3在增益為10位置。電路簡化為CM10μF∞_+N3+UT3UF3CI RP4Uo3UBUo21kΩCMS110μF∞_+N3+3UT3UF3×1S3211kΩCI 13