集成运放在信号运算方面的应用

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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:
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显然,电路可将输人信号按一定的比例进行相加运算,集成运放在信号运算方面的应用故称之为加法器。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-Ii=0可得:
U+ = U- 0
iCif
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故有:
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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:
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从而可得:集成运放在信号运算方面的应用
可见输出电压与输入电压的积分成比例,实现了积分运算。集成运放在信号运算方面的应用
四、对数及反对数运算器
根据半导体PN结的伏安特性集成运放在信号运算方面的应用,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,ICUBE 相当宽的范围内有精确的对数关系。即集成运放在信号运算方面的应用 ,从而有
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集成运放在信号运算方面的应用代入上式则有:
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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:
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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。集成运放在信号运算方面的应用
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:
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式中uo是由集成运放在信号运算方面的应用所产生的输出电压,设全部初始条件为零。
: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;即对集成运放在信号运算方面的应用积分得集成运放在信号运算方面的应用,再积分得uo ,而集成运放在信号运算方面的应用又可由集成运放在信号运算方面的应用uo集成运放在信号运算方面的应用求和得到。据此,原方程可变形为:
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两边积分有:
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采用求和积分器实现上式运算,电路如图Z0617所示。集成运放在信号运算方面的应用图中A1为求和积分器,对方程右边三项积分后得出集成运放在信号运算方面的应用,A2对集成运放在信号运算方面的应用再次积分便得到 -uoA3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。当加入集成运放在信号运算方面的应用后,可用示波器观察uo的波形,这就是所给微分方程的解。
关于运放非线性状态的应用仅举下例加以说明。
例题:方波产生器的基本电路如图Z0618所示。试分析其产生方波的原理。集成运放在信号运算方面的应用
:由图可见,该电路输出端经R1R2分压后通过R3引入了正反馈,与此同时,RfC组成的积分电路又引入了负反馈,运放起比较器作用。
电路接通电源瞬间,输出电压究竟偏于正向饱和还是偏于负向饱和、纯属偶然,设Uo=- Usat ,这时加到同相端的电压为-F+ Usat(相当于基准电压),加到反相端的电压为uc(相当于输入电压)。电源接通瞬间因电容C两端电压不能突变,只能由输出电压uo通过Rf按指数规律向C充电来建立。充电电流方向由CRf 地,充电结果C上端电位越来越负,当uc略负于-F+ Usat 时,输出电压便从负饱和值迅速翻转到正饱和值Usat;这时 uo又通过RfC反向充电,使uc逐渐升高,直到uc略正于F+ Usat 时,输出状态再次翻转,如此循环便产生了一系列的方波。
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