设计一个能完成y=1.2x1+4x2+10x3的运算电路?
2023-05-23 · 知道合伙人教育行家
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。