3.5 运算电路(二)在线视频

下面讲第三章第五节

运算电路二

下面讲第四种运算电路

对数放大电路

什么时候会用到对数放大电路呢

那么在实际应用中有一些信号

比如说光强信号或者是声纳信号

它的范围比较宽

它转换成电信号以后

那么幅值的变化范围也比较大

例如光强信号转换成电流信号以后

有可能从纳安级变化到微安级

那么这么宽的范围

用一般的电压放大器是无法实现的

因为对于小的信号

我们希望大的放大倍数

而希望大的这个输入信号

用小的电压放大倍数

对数放大器就能够实现这种放大

它可以将信号进行压缩

对数有压缩的这种特性

压缩以后到一个合适的范围

然后进行放大

那么对数放大器

是用运放和晶体管

或者是二极管来组成的

那么它主要是利用晶体管

或者是二极管的PN结

它的电流与电压之间成指数的关系

而反过来

电压跟电流成对数的关系来实现的

看这个电路中

它的这个晶体管是作为反馈支路

输出电压与晶体管的发射极接在一起

而它的基极接地

那么这时候输出电压

就等于发射极的电压uBE再加一个负号

由于发射极电压uBE

与发射极的电流呈对数的关系

而发射极的电流

又近似等于集电极的电流iC

根据虚断的这个原理

iC又近似等于输入端的电流iR

于是输出电压就与输入端的电流iR

近似呈对数关系

这个电路在实现对数运算的时候

存在一个实际的问题

那就是它里头的两个参数UT和IS

分别与温度有关

那么UT是一个温度电压当量

随着温度的升高它会增大

而IS是反向饱和电流PN结的

那么它也是会随着温度的变化而变化

在实际应用中

就要想办法去消除这两个参数

对温度的影响

那下面我们看一个实用的对数放大器

Log114

在这个对数放大器里头

我们看到它的左边

用两个运放A1和A2

以及两个晶体管Q1和Q2

分别组成了两个一般的对数放大器

那么它们的输入分别是电流I1和I2

那它们就可以分别把这两个电流

进行对数的放大

得到输出电压uO1和uO2

然后这两个输出信号又进入A3

组成的一个差分放大电路

进行进一步的放大

差分放大电路会实现UO1和UO2的

相减的运算

那么这时候因为uO1和uO2

分别与输入电压成对数了

它们相减的话

就相当于它们的对数部分相除

那这样的话一相除

就可以把它们表达式中的IS给消除掉

于是得到A3的输出电压

就只跟I1和I2的比值的对数有关系了

与IS没有关系

于是就可以消除掉IS对运算关系的影响

也就是消除了一个参数随温度的影响

然后它的输出再经过A4进行放大

得到一个输出电压

在这个表达式中uO3和uO的表达式中

还存在一个参数就是UT

它会受温度影响

为了消除这个参数随温度的影响

在电路中还制作了两个热敏电阻R1和R3

它们的阻值相等

这两个热敏电阻

是一个正温度系数的热敏电阻

它们的阻值随温度的升高而增大

那这样的话

就可以消除UT随温度的升高而增大

那这样的话

就可以使得这个输出电压的表达式

与温度基本上没有太大的关系

实现了一个稳定的对数放大

所以这个对数放大器就通过两个措施

消除了温度对它的运算关系的影响

一个是通过两个基本的对数放大器

然后通过它们的输出电压相减以后

来消除IS的影响

另外就是采用了两个热敏电阻

消除UT的影响

在实际应用中

可以用对数放大器来放大光强信号

例如这个用Log114组成的一个放大电路

就可以放大光电信号转换成的电流信号

光电二极管可以将光信号转变为电流信号

从这个对数放大器它的I1端进去

而它的另外一个输入端

通过正5伏的电源和三个电阻

产生一个参考电流I2

最后它的输出端的运算关系

就跟I1和I2的比值的对数成一个比例

那这样就实现了一个对数的放大

在模拟电路中

模拟乘法器可以用来实现一些运算

比如说乘 除 平方 开方等等

那么它实现

可以实现两个信号的这个运算的关系

那模拟乘法器我们有一个实际的例子

就是四象限的模拟乘法器MPY634

它可以实现输入信号的相乘

它的输入信号有三对 X Y Z

分别有两个信号

所以它们每个信号输入的时候

有两个端可以单端输入

也可以双端输入

这三个信号从前端进入一个放大器

先进行处理

之后到中间X和Y是进行相乘

然后最后它们的输出信号

再经过一个放大器来进行处理

实现XY相乘的结果

与Z的信号进行相减得到一个输出

那么它的表达式是这样子

我们可以看到X和Y进行相乘

然后乘以一个比例

然后再减去第三个信号Z

这时候它表达式里头有一个A

是一个放大倍数

还有一个参数是SF

这个SF可以通过一个外接的电阻

来调节它的大小

下面这个图

我们看到是用这个模拟乘法器

来实现的一个平方的运算

在它的输入端X和Y两个输入信号

它们的一个端接地

一个端接在一起输入一个正弦信号

在它的输出端也就是Out端

可以得到它们的平方的运算关系

用模拟乘法器

也可以实现正弦波有效值的测量

有效值测量的这个运算关系的表达式

是这样子的

uI首先经过平方的运算

然后再通过积分在一个周期内进行积分

积分的值再除以它的周期t然后再开方

实现有效值的运算

那我们可以看到从这个表达式有三个运算

一个是平方运算

一个是积分运算

第三个是开方的运算

我们可以用三种运算电路来实现

这个电路就可以实现这个有效值的检测

首先输入信号经过一个模拟乘法器

进行平方的运算

然后再经过一个积分电路进行处理

这个中间的积分电路

是用运放再加上一个电容作为反馈支路

来组成的

实际上是利用的电容它两端的电压

与流过它的电流成积分的关系来实现的

处理完成以后再交给一个开放电路

这个开放电路是由运放

再加上一个模拟乘法器组成的平方电路

作为反馈支路来组成的

为了防止由于输入信号中的干扰

使得这个平方电路

它引入的负反馈变为正反馈

然后使得电路不能正常工作

我们就在它的输出端加了一个二极管

来限制输出电压的方向

从而防止这种意外的出现

这就是一个实现有效值测量的电路

感谢您的观看