05第五章信号运算电路PPT课件

（UX + UXC）（Uy + UyC）
UO =
Ｅ
Ｅ为固定电压
UX Uy Ｅ
＝ＵＯ－
UXC Ｅ
Uy－
UｙC Ｅ
UＸ
－UXCUyＣ Ｅ
在这种乘法电路中，要减掉一个电压常 量和两个分别与两输入端成正比的电压。
四象限乘法器原理框图
· UX ○
－1
E○
2
·
－1
· Uy ○
2
U1＞0 U2＞0
x
y
xy z
·z
UA = UiR3/（R3+R4） 代入下式：
· ·○UO
则
IC1 IC2
=
e－
UA UT
= （Uref/ R1）（ R5/ UO） R3 Ui
e 得：
UO =
Uref R5 R1
当R3断路时：
e UO =
Uref R5 R1
R3+R4 UT
Ui
U0与IS无关，R2的作用
UT
是限制IC1、IC2
三、乘除、乘方、开方运算
利用对数运算电路对信号进行压缩处理，以提 高系统处理信号的动态范围；或利用指数运算 电路对信号进行展宽处理，以提高系统检测信 号的灵敏度。
实现复杂的信号运算。如实现对信号进行乘、 除、求n次幂或n次方根、多项式运算等。
一、对数运算电路
对数运算电路的输出电压与输入电压的 对数成正比，通常利用半导体二极管PN 结的特性来实现对数运算电路。
流过二极管的电流和其上的压降成指数
关系：
U
qU
I = IS（e UT －1）=IS（ e kT －1）
IS —— PN结的反向饱和电流； UT—— 温度电压当量，T = 28.6℃时，UT =26mV；
通常情况下，当U为正且U＞＞UT，这样
U I = IS e UT
那么U = UT㏑
I IS
基本对数电路
第五章 信号运算电路
第一节 加减运算电路
一、加法运算电路
二、减法运算电路 （一）利用加法运算电路实现减法运算
输入阻抗低， 允许大的共模 输入。
（二）用单一运算放大器实现减法运算
利用叠加原理：
有大的共模电压， 要求运放有大的 共模抑制比。
当电阻的比值相同，即Rf/R1=RP/R2=α时： UO= α（U2－U1）
（一）乘除运算电路
xy z = exp [㏑x + ㏑y + ㏑z ]
上述函数可以用三个对数电路，一个指数电路 和一个加法电路实现。
1 单象限乘除运算电路
在具有温度补偿的对数和指数运算电路中，其参考电压作为
一个信号输入端，就可以构成一个单象限乘除电路。例如，
在对数运算电路中，取R1=R5，R3→ ∞，R2=0，Ui=Uz及
UO
=
－UT
R2＋R3 R3
㏑ R5Ui R1Uref
当R3断路时：UO = UA =
－UT
㏑ R5Ui R1Uref
电阻R4的作用是用来限制电流IC1、IC2，电容C1、C2 是作相位补偿。R3可选合适的正温度系数（0.3%/K) 热敏电阻以补偿UT受温度影响产生的变化。
二、指数运算电路
指数运算是对数运算的反运算
具有温度补偿的对数电路
＞ IC1
IC2 ＜
· C1 U○i R1 ·－
UbeV11·V2Ube2UAR4
C2
· R5
Uref
－·
○
＋N1 · R2
· N2＋
UO○
R3
UA＋ Ube2－ Ube1= 0
Ube1
Ube2
IC1=IS e UT
IC2=IS e UT
则
IC1 IC2
=
e－
UA UT
IC1=Ui/R1 ，IC2=Uref/R5 当R3较小时，可以认为流入V2发射结的电流远远小于 流入R3的电流，则UA≈UOR3/（R2+R3），得到下式：
U
I VD
U○i
R1 · －
N
· U○O
I = Ui/R1
UO ≈－U
UO = －UT ㏑
Ui ISR1
＋
输出电压和输入电压成对数关系
电路存在问题：
1 2
U小T信和号IS都时是误温差度大的，函因数为，此所时以eU运/UT算精和度1相较差低不；多；
3 二极管内阻在电流较大时，压降也大，其伏安特性
与对数关系有较大偏差。
R5 '
·
－
＋N2 '
·○UO
＞ IC1
· C1
UZ ○
R1
·－
V1·V2
＋N1 · R2
IC2 ＜
· R4
C2
· R5
Uy
－·
○
· N2＋
U1○
2 四象限Βιβλιοθήκη Baidu法器
为了使乘法器二个输入量的符号是任意的，并且输出 也与之相对应，可以用复杂的电路控制输入和输出端 符号的方法来实现，但电路的速度会很慢。如果把输 入电压UX和Uy分别与常数电压UXC和UyC相加后再相 乘，就可使得输入到乘法器的电压总在允许范围内：
+1 －4 +1
UZ
○
+1
原理框图中常数电压的选取是为了充分利用
放大器的线性范围，若输入电压UX、Uy的 范围分别是－E≤UX≤+E和－E≤Uy≤+E， 取U1=0.5UX+0.5E，U2=0.5Uy+0.5E，那么 0≤U1≤E，0≤U2≤E，此时输出电压为：
Uref=Uy 则：
UA = －UT ㏑
UZ Uy
将其送入指数运算电路的输入端 且Uref = Ux ，电阻选取同上述：
e 得： UO = Ux
UA UT
=
UX UY UZ
此处所有的输入电压必须为正，所以称为单象限。
＞ IC1' V1 '
IC2
'
＜
C
UX ○
R1'
· ·－
＋N1 '
·· · R2 ' V2 '
利用三极管代替二极管可以减小m变化带来的影响: IC V Ie
U○i
R1
Ucb Ube
共基电路α≈0.95～0.99
·－
N
· U○O
＋
qUbe Ucb=0的情况下，Ic=αIe= αIS （e kT －1）
Ube
Ic=Is（e UT －1） Ube
当Ube＞＞UT时，IC≈IS e UT UO=－Ube=－UT ㏑（IC/IS）=－UT ㏑ （Ui/ISR1） 但UT和IS与温度有关，对数电路精度受温度影响。
第二节 对数、指数及 乘除运算电路
对数与指数运算电路属于非线性运算 电路。非线性运算电路的应用价值丝毫 不亚于线性电路。在自然界，人们的听 觉和视觉都是对数特性的，光经过介质 的衰减也是对数特性的，阻容电路的充 放电过程是指数特性的。
对数与指数电路在 测控电路应用
实现对被测信号的对数与指数特性的拟合，或 用反函数方式实现对具有对数与指数特性信号 的线性测量。
Ui为负时：
R1
Ui
○
V IC ·－
N
Ube1
IC = IS e UT
= IS e－
Ui UT
＋
－ Ui
于是得到 UO=ICR1=ISR1e UT
· U○O
具有温度补偿的指数运算电路
＞ IC1
IC2 ＜
R5
C ·
V1·V2 U·A
Uref ○
R1
·－
＋N1
·
R2
R3
R4
○
－
＋N2
Ui
IC1=Uref / R1 ，IC2=UO/R5 ，当R3较小时