测控电路课件第五章.ppt

第五章 信号运算电路 获得被测参数：和、差、积、积分、平均值、峰值、任意函数 实现控制：PID 误差补偿：非线性补偿 减小干扰影响：共模抑制，跟踪滤波 调制解调：乘法运算 硬件运算与软件运算 硬件运算：用硬件电路实现运算。 运算速度快（实时性强），但运算精度低 软件运算：用算式程序来实现。 可实现各种复杂运算，运算精度高 但需要CPU和A/D、D/A支持（成本高），耗CPU处理时间 实时性差一些 信号电平平移（如热电偶）——加法、减法电路 对信号压缩或展宽——对数和指数电路 信号延时、定时——微分和积分电路（充放电） 对信号进行PID控制——比例、积分和微分电路 提取信号的某些特征值——各种特征值电路（瞬时值、峰值、绝对值、平均值……） 各种算式运算——乘法、乘方电路等 乘除运算电路在参数计算、调制解调、滤波等中具有广泛应用，已集成化. (1) 基于对数、指数运算； (2) 基于变跨导； (3) 基于脉冲宽度、高度调制 5.3 对数、指数和乘、除运算电路 属于非线性运算电路 采用具有非线性特性的器件作为放大器的负反馈回路构成 二极管的电压-电流特性 晶体管的集电极电流-发射极电压构成的对数运算电路。 上面的电路实际应用中还存在一些问题，需做如下改进 1.失调补偿：对输入偏置电流和输入失调电压进行补偿 2.温度补偿：选用对管补偿Is,热敏电阻补偿UT 3.安全保护：为防止输入电压极性反向而导致PN结击穿，输出端增加反向限幅环节。 4.校正环节：为保证闭环稳定性，加RC校正环节 乘除运算电路应用广泛 乘法运算电路 (1) 基于对数、指数运算； (2) 基于变跨导乘法运算电路； (3) 基于脉冲宽度、高度调制； (4) 模拟乘法器 对数放大器是单极性的，因此对数乘法器和除法器也是单象限的。可以将输入电压Ux 和Uy分别与常数电压UxC和UyC相加后再相乘，实现四象限相乘。 (1)若干参数的平均值： 用求和方法求取平均值 (2)某一参数在一定时间变化的平均值： 采用低通滤波或积分运算电路。 (3)某些低频信号受高频信号干扰：如存在电源或电磁干扰，可用低通滤波器进行滤波。可用有源或RC滤波器实现。 (4)某一交变参数的有效值：取绝对值后再平均的方法。 采用精密全波检波电路 峰值运算电路 积分器的输出与输入信号存在的时间成正比，这一特点用于调节器时可构成偏差积分调节器。 优点：积分器能消除纯比例调节器固有的静差。 缺点：调节过程太长。 习题与思考题 5-2 5-5 5-6 一、平方运算 KXY X Y uI uo 集成模拟乘法器的应用电路 二、立方运算 三、模拟乘法器的主要应用 1. 运算：乘法、平方、除法、平方根等 2. 电路：压控增益，调制、解调、倍频、混频等 5.3.3.3 四象限乘法运算电路 U 0.5 -1 -1 E x U y 0 U 1 0 U 2 0.5 -1 -1 N 1 xy z x y z N 3 N 2 U -1 -1 -1 +4 o N 4 - - + 四象限 单象限 5.4 特征值运算电路 5.4.1 平均值运算电路 5.4 特征值运算电路 5.4.2 绝对值运算电路 + us – 半波整流器 低通滤波器 + – i1 R4 uo R1 R2 R3 VD1 VD2 + u – i ∞ - + + N1 ∞ - + + N2 + – uA + – A 3 R ￠ 必须全波检波电路，不要滤波电容 全波精密整流绝对值电路 5.4 特征值运算电路 5.4.2 绝对值运算电路 U I mA U R U o N o i N VD1 VD4 VD3 VD2 ui0,VD2、VD3导通; ui0,VD1、VD4导通 5.4 特征值运算电路 5.4.3 峰值运算电路 主要要求：(1)充电快(反映变化)； (2)放电慢(保持久) N1 ∞ Ui Uo UC R2 VD2 S C R1 VD1 U1 N1 ∞ UR 当uiuc时，VD2导通， VD1截止，电容进行充电，跟踪ui的峰值； 当uiuc时， VD1导通， VD2截止，电容没有放电回路，保持原有的电压值 *有专用的峰值电路芯片 N1 ∞ Ui Uo UC R2 VD2 S C R1 VD1 U1 N1 ∞ UR 5.3.4 最大、最小值选取电路 5.3 特征值运算电路 峰值运算电路: 输出由单一变量在一段时间内最大或最小值确定。 最大、最小值选取电路：输出由多个变量中最大或最小者确定。 uR 扩展电路对于输入电压适应范围。 VD1 R2 u1 ∞ - + + N1 u2 u3 uR VD3 VD2 R