信号运算电路

C
采 用 右 图 所 示 电 路 ， Rp=R ， Rp
上 压 降 为 IbR 。 因 此 流 经 R 上 的 补 偿电流为： IURNIbRRIb
Ui
R UN
UP
N
RP
Uo
这一电流提供了偏差电流，于是 误差电流被补偿了。
b)具有补偿Ib的积分电路
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第三节 微分积分运算电路 一、积分运算电路
在目前广泛使用的测控仪器中，绝大多数的模 拟运算电路都是有源的，即采用运算放大器。
第一节 加减运算电路
一、加法运算电路 Uo(U2U1)
0
Uo
(Rf R1
U1

Rf R2
U2
...
Rf Rn
Un)
输出端再接一级反相放
大器，可消除负号，实现 完全符合常规的算术加法。
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第一节 加减运算电路
当Ui为常数时：
UoR UiCtUo0
适合做三角波或锯齿波发生器。
当输入 ui Umcost，
输出电压：
uo(t) U R msCi ntU o0
ICIiU i/R Uo0Q0/C 幅频特性曲线在对数坐标
U oR 1C 0 tU i(t)d tU o0
系中为一条-6dB/倍频程的直 线 —— 确 定 积 分 电 路 的 简 单
二、减法运算电路
（一）利用加法运算电路实现减法运算 ——将代表被减数的信号反相后，与代表减数的信
号相加，从而实现减法。
UoRR3f U2RR2f U1
优点：输入端没有共模 信号，允许U1、U2的共 模电压范围较大。
缺点：输入阻抗低。
3
第一节 加减运算电路
（二）用单一运算放大器实现减法运算
当 Rf/R 1R P/R 2
在基本微分运算电路中，当输入阶跃电压或有脉冲大幅值干扰时，
集成运放内部放大管进入饱和或截止状态，以至于即使信号消失，
管子还不能脱离原状态而回到放大区，这叫“堵塞”现象，使电
路不能正常工作；同时由于反馈网络是滞后环节，与集成运放内
部的滞后环节相迭加，易于产生自激振荡，从而使电路不稳定。
第三节 微分积分运算电路
二、微分运算电路
R
R
C Ui
ห้องสมุดไป่ตู้
∞
N
Uo
a)基本微分电路
C Ui
R1 C Ui
C1
N
Uo
b)实用微分电路
R
C
N
Uo
R c)高输入阻抗微分电路
R(1 s R C)s /R (C s1 )C R14 sC
-
Ui I1
I3
I2 2C
+ +N
Uo
U i (I1 I3 )R 2 I3 R (1 sR ) C U o(sI3C sI5C )2 sI3 C (1s1R)C
CC R/2 R/2
Uo s2RU2iC2
R 2R R
Ui C
C
+
∞ + N
Uo
4R
U o(t)R2 1 C 2 U i(t)d ()2 t
实际电路中，S1和S2一般由场效应管构成。
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第三节 微分积分运算电路 一、积分运算电路
（二）具有特殊性能的积分电路 1、增量积分电路（比例积分电路）
R2 C
Ui
I1
R1 Ui
I1
∞
-
+ +N
Uo
O Uo
R2
R1
C
O
U o R U 2 Io1 C 1 R RI 1 21 U di t RR R 1 1C 1 2U U i idC 1tU 补R 1 i偿d 积分t器复 RR原12 和U i比较2 器RR12滞U后i 带来的误差
U01 (1)U2U1
UoR2R pRp(1R R1 f)U2R R1 f U1
电路特点：有较大的共模 输入电压，为了提高运算 精度，要求放大器要有较 高的共模抑制比。
习题：计算下图的输入输出关系：
第三节 微分积分运算电路
一、积分运算电路 （一）反相积分电路 （二）具有特殊性能的积分电路 1、增量积分电路（比例积分电路） 2、多重积分运算电路第三节 微分积分运算电 路 二、微分运算电路
第五章 信号运算电路
运算电路是测控电路的重要组成部分，广泛应 用于各种仪器中。如在表面粗糙度的测量中，轮 廓算术平均偏差Ra需要进行平均值、绝对值和积 分等运算才能求得。
运算电路分为模拟运算电路和数字运算电路两大 类。一般来说，在精度要求低于0.1%的情况下，仍 采用模拟运算电路来实现对测量信号的运算，更主 要的是模拟运算电路具有运算实时性。
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第三节 微分积分运算电路 一、积分运算电路
2、多重积分运算电路
I3 C U2 C I5
U 1 2 I s 2 C I1 2 sI3 C I3 R I1 I3 (1 2 sR ) C
R U1 R
I4 R/2 ∞
U 2 s I3 C I4 2 R I3 2 I5 R I5 I3 ( 1 s2 R )
R2
Rf
U2
S2
C
R1 S1 U1
N
c) 预设、保持积分电路
可以实现设置初始积分输出电压 以及控制停止积分（保持）。
设置初始状态，S1断开，S2 接通，此时积分器工作在反相
Uo 放大状态，输出为：
Uo


Rf R2
U2
然后S1接通，S2断开，电路为一个积分器，对U1进行积分。 再断开S1，积分电流为零，积分器输出保持不变，电路处 于保持状态。
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第三节 微分积分运算电路 二、微分运算电路
R
C Ui
∞
N
Uo
当输入信号为正弦波 ui Umsi nt，
输出电压为：
a)基本微分电路
CdUi Uo 0 dt R
Uo
RCdUi dt
uo RC m cU o ts
幅频特性曲线在对数坐标系中 为一条+6dB/倍频程的直线——确 定微分电路的简单原则。
第三节 微分积分运算电路 一、积分运算电路
——应用广泛，不仅用作积分运算，还可以 利用它的充放电过程实现延时、定时以及产 生各种波形。
第三节 微分积分运算电路
一、积分运算电路
（一）反相积分电路
Ic C
Ii R Ui
∞
N
Uo
a) 基本积分电路
U oQ CC 10 tIC(t)d tQ 0
原则。
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第三节 微分积分运算电路
一、积分运算电路
实际情况：运算放大器的输入偏置电流Ib和输入失调电 压U0s也随时间而积分，对积分器的输出有一定的影响。
由当此输产入生Ui=的0时输：出电I压C变U化R0是s ：IbUoC 1(UR0sIb)
若取C=1uF，1uA的误差电流会使Uo以1V/s的速度增长。