一、加法器
圖Z0613 電路具有對輸入信號相加的功能。根據(jù)理想運放的基本特點可得:
顯然,電路可將輸人信號按一定的比例進行相加運算,故稱之為加法器。當R1 = R2 = R3 = Rf時,上式簡化為
UO = -( Ui1+Ui2+Ui3 )
二、微分器
電路如圖Z0614所示,根據(jù)U+ = U-及Ii=0可得:
U+ = U- =0
iC=if
因 ,
故有:
可見輸出電壓與輸入電壓的微分成比例,實現(xiàn)了微分運算。
三、積分器
積分運算電路如圖Z0615所示。由圖可得:
從而可得:
可見輸出電壓與輸入電壓的積分成比例,實現(xiàn)了積分運算。
四、對數(shù)及反對數(shù)運算器
根據(jù)半導體PN結(jié)的伏安特性 ,可以實現(xiàn)對數(shù)及反對數(shù)運算。
圖Z0616(a)為對數(shù)運算器電路。在UCB≥ 0,UBE>0的條件下,IC與UBE 相當寬的范圍內(nèi)有精確的對數(shù)關(guān)系。即 ,從而有
由 代入上式則有:
這表明該電路輸出電壓與輸入電壓的對數(shù)成比例,實現(xiàn)了對數(shù)運算功能。
同理,由圖Z0616(b)可得:
這表明該電路輸出電壓與輸入電壓的指數(shù)成比例,實現(xiàn)了指數(shù)運算功能,也即實現(xiàn)了反對數(shù)運算的功能。
利用前述幾種運算器的組合還可以實現(xiàn)乘、除、乘方等運算。這幾種運算器都是模擬計算機中的基本單元。
例題: 利用加法器和積分器求解微分方程:
式中uo是由 所產(chǎn)生的輸出電壓,設(shè)全部初始條件為零。
解:利用積分器解微分方程的思路是:把變量對時間的高次微商項多次積分,直至得到變量,同時通過選擇電路參數(shù)滿足方程式中所給系數(shù)。本題;即對 積分得 ,再積分得uo ,而 又可由 、 uo 及 求和得到。據(jù)此,原方程可變形為:
兩邊積分有:
采用求和積分器實現(xiàn)上式運算,電路如圖Z0617所示。圖中A1為求和積分器,對方程右邊三項積分后得出 ,A2對 再次積分便得到 -uo,A3為反相器,輸出即為uo在運算操作時,先將K1、K2接通一下,使C1、C2放電,從而實現(xiàn)初始條件。當加入后,可用示波器觀察uo的波形,這就是所給微分方程的解。