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基于集成运放在信号运算电路方面的应用

发布时间:2020-05-22 发布时间:
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一、加法器

图Z0613 电路具有对输入信号相加的功能。根据理想运放的基本特点可得:

显然,电路可将输人信号按一定的比例进行相加运算,故称之为加法器。当R1 = R2 = R3 = Rf时,上式简化为

UO = -( Ui1+Ui2+Ui3 )

二、微分器

电路如图Z0614所示,根据U+ = U-及Ii=0可得:

U+ = U- =0

iC=if

因 ,

故有:

可见输出电压与输入电压的微分成比例,实现了微分运算。

三、积分器

积分运算电路如图Z0615所示。由图可得:

从而可得:

可见输出电压与输入电压的积分成比例,实现了积分运算。

四、对数及反对数运算器

根据半导体PN结的伏安特性 ,可以实现对数及反对数运算。

图Z0616(a)为对数运算器电路。在UCB≥ 0,UBE>0的条件下,IC与UBE 相当宽的范围内有精确的对数关系。即  

,从而有

由 代入上式则有:

这表明该电路输出电压与输入电压的对数成比例,实现了对数运算功能。

同理,由图Z0616(b)可得:

这表明该电路输出电压与输入电压的指数成比例,实现了指数运算功能,也即实现了反对数运算的功能。

利用前述几种运算器的组合还可以实现乘、除、乘方等运算。这几种运算器都是模拟计算机中的基本单元。

例题: 利用加法器和积分器求解微分方程:

式中uo是由 所产生的输出电压,设全部初始条件为零。

解:利用积分器解微分方程的思路是:把变量对时间的高次微商项多次积分,直至得到变量,同时通过选择电路参数满足方程式中所给系数。本题;即对 积分得 ,再积分得uo ,而 又可由 、 uo 及 求和得到。据此,原方程可变形为:

两边积分有:

采用求和积分器实现上式运算,电路如图Z0617所示。图中A1为求和积分器,对方程右边三项积分后得出 ,A2对 再次积分便得到 -uo,A3为反相器,输出即为uo在运算操作时,先将K1、K2接通一下,使C1、C2放电,从而实现初始条件。当加入后,可用示波器观察uo的波形,这就是所给微分方程的解。


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