设计一个能完成y=1.2x1+4x2+10x3的运算电路?

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2023-05-23 · 知道合伙人教育行家
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中南工业大学电气自动化专业,工程硕士,从事电力运行工作近30年

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设计模拟运算电路如上图所示,选择元器件:

根据叠加定理,可得到同(反)相输入端电位为:

根据反相输入端的“虚断”,有:(y-V)/rf=V/r。所以:

y=(1+rf/r)V。

取rf/r=k,则:y=(1+k)V。显然:1+k>1。

设V=A1x1+A2x2+A3x3,其中明显:A1+A2+A3=1。

则:y=(1+k)(A1x1+A2x2+A3x3)。

(1+k)A1=1.2,(1+k)A2=4,(1+k)A3=10,。

A1+A2+A3=(1.2+4+10)/(1+k)=1,k=14.2。

即:rf/r=14.2,取:r=1kΩ,则:rf=14.2kΩ。

A1=1.2/15.2,A2=4/15.2,A3=10/15.2。

r2r3/(r1r2+r2r3+r3r1)=1.2/15.2,r3r1/(r1r2+r2r3+r3r1)=4/15.2,r1r2/(r1r2+r2r3+r3r1)=10/15.2。

由于3个方程并不是相互独立的方程,所以须先假设一个参数,选:r1=10kΩ,则:

r2=3kΩ,r3=1.2kΩ。

因此:Σ=r1r2+r2r3+r3r1=10×3+3×1.2+1.2×10=45.6,A1=r2r3/Σ=3×1.2/45.6=0.0789=1.2/15.2,A2=1.2×10/45.6=4/15.2,A3=10×3/45.6=10/15.2。

y=(1+k)(A1x1+A2x2+A3x3)=(1+14.2)×(1.2x1+4x2+10x3)/15.2= 1.2x1+4x2+10x3。

参数选择结果:r1=10kΩ,r2=3kΩ,r3=1.2kΩ,rf=14.2kΩ,r=1kΩ。

上述电路的设计采用的是一个集成运放,所以参数选择较为麻烦,可以使用两个集成运放来实现:第一个运放实现加法,第二个运放将原输出结果反相。

对于第一个集成运放,由于同相输入端接地和“虚短”的概念,所以两个输入端的电位都为“0”。

采用节点电压法:x1/r1+x2/r2+x3/r3=(0-y')/rf。

所以:y'=-rf×(x1/r1+x2/r2+x3/r3)。

第二个集成运放中,同样是同、反相输入端电位为“0”,所以:

y'/R=-y/Rf,取R=Rf,则:y=-y'。

因此:y=rf×(x1/r1+x2/r2+x3/r3)=(rf/r1)x1+(rf/r2)x2+(rf/r3)x3=1.2x1+4x2+10x3。

rf/r1=1.2,rf/r2=4,rf/r3=10,取:rf=12kΩ,则:

r1=10kΩ,r2=3kΩ,r3=1.2kΩ。即可满足要求。

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