運算電路在PID控制儀中合理運用

比例運算電路

反相比例運算電路。輸入信號從反相輸入端引 入的運算便是反相運算。圖8-5所示電路為反相比例運算 電路。輸入信號*經輸入電阻r送至反相輸入端，而同 相輸入端通過電阻氏接“地”。反饋電阻此跨接在輸出端 和反相輸入端之間。

圖反相比例運算電路

根據運算放大器工作在線性區時的兩條分析依據可知

稱為反相器。

式(8-2)表明,輸出電壓uo與輸入電壓u1是比例運算關系.如果r和r.的阻值足夠精

確,而且運算放大器的開環電壓放大倍數很高,就可認定uo與u1的關系只取決于r0與ri的

阻值之比而與運算放大器本身的參數無關.式(8-2)中的負號表示u。與u反相。

r是一平衡電阻,r.=r//r,其作用是消除靜態基極電流對輸出電壓的影響。

同相比例運算電路.輸入信號從同相輸入端引入的運算便是同相運算。圖所示的是同相比例運算電路。

圖同相比例運算電路

由圖得出

可見，輸出電壓“。與輸入電壓《的比例關系也可認定與運算放大器本身的參數無關。 式(8-3)中，為正值，表示"。與"，同相，并且總是大于或等于1,這點和反相 比例運算電路不同。

加法運算電路

如果在反相輸入端增加若干輸入電路，則構成反相加法運算電路，如圖所示。 由圖可得出

從式可以看出，加法運算電路與運算放大器本身的參數無關，只要電阻阻值足 夠精確，就可保證加法運算電路的精度和穩定性。

平衡電阻

減法運算電路

如果運算放大器的兩個輸入端都有輸入，則為差分輸入。差分運算在電子測量和控制系統中應用廣泛，其運算電路如圖所示。

圖加法運算電路圖減法運算電路

由式和式可以看出，輸出電壓與兩個輸入電壓的差值成正比，所以可以

進行減法運算。

由于電路存在共模電壓，為了保證運算精度，應當 選用共模抑制比較高的運算放大器或選用阻值合適的 電阻。

積分運算電路

圖所示的反相比例運算電路中，若用電容g代 替&作為反饋元件，就構成了積分運算電路，如圖 所示。

輸出電壓“0與輸入電壓給的關系為

圖所示的反相比例運算電路中,若用電容c;代替r.作為反饋元件,就構成了積分運算電路,如圖所示。

輸出電壓u。與輸入電壓u的關系為

式表明u.與u的積分成比例,式中的負號表示兩者反相.rc;稱為積分時間.若u為階躍電壓u,則輸出電壓

與時間t成正比,其波形如圖所示,最后達到負飽和值-u。

微分運算電路

微分運算是積分運算的逆運算，只需將圖中的反相輸入端的電阻和反饋電容調換位置，就成為微分運算電路，如圖所示。

圖 積分運算電路的階躍響應微分運算電路圖 微分運算電路

微分運算電路輸出u。與輸入u的關系為

即輸出電壓與輸入電壓對時間的一次微分成正比。

若u為階躍電壓u時，則輸出電壓u。為尖脈沖，如圖所示。

圖微分運算電路的階躍響應