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集成运放在信号运算方面的应用

高工
2013-10-25 16:09:49     打赏

一、加法器

1.jpg

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:

2.jpg

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

3.jpg

电路如图Z0614所示,根据U+ = U-及Ii=0可得:

U+ = U- =0

iC=if

因 ,4.jpg

故有:5.jpg

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:6.jpg

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

1.jpg2.jpg

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 4.jpg3.jpg,从而有5.jpg

6.jpg代入上式则有:7.jpg

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:

8.jpg

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:

9.jpg

式中uo是由10.jpg 所产生的输出电压,设全部初始条件为零。

2.jpg

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 11.jpg积分得12.jpg ,再积分得uo ,而13.jpg 又可由14.jpg 、 uo 及15.jpg 求和得到。据此,原方程可变形为:

3.jpg

两边积分有:

4.jpg

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4.jpg ,A2对6.jpg 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7.jpg后,可用示波器观察uo的波形,这就是所给微分方程的解。




关键词: 基础知识    

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