積分電路的設(shè)計(jì)24113

1、實(shí)驗(yàn)四積分電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單積分電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。2.了解積分電路產(chǎn)生謀差的原因，掌握減小i吳差的方法。二.預(yù)習(xí)要求1. 根據(jù)指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)積分電路并計(jì)算電路的有關(guān)參數(shù)。2. 畫(huà)出標(biāo)有元件值的電路圖，制定出實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。3. 寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告三. 積分電路的設(shè)計(jì)方法與步驟積分電路的設(shè)計(jì)可按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：1. 選擇電路形式積分電路的形式可以根據(jù)實(shí)際耍求來(lái)確定。 若要進(jìn)行兩個(gè)信號(hào)的求和積分運(yùn)算，應(yīng)選擇求和 積分電路。若只耍求對(duì)某個(gè)信號(hào)進(jìn)行一般的波形 變換，對(duì)選用基本積分電路。基本積分電路如圖1 所示：2. 確定時(shí)間常數(shù)丫二rc丫的大小決定了積分速度的快慢。由于運(yùn)算放

2、大器的最大輸出電壓u町為有限值（通常u=±10v左右）,因此，若t的值太小，則還未達(dá)到預(yù)定的積分時(shí)間t之前，運(yùn)放已經(jīng) 飽和，輸出電壓波形會(huì)嚴(yán)重失真。所以t的值必須滿足:1 ft >i li citu o ' omax當(dāng)山為階躍信號(hào)時(shí)，t的值必須滿足:（e為階躍信號(hào)的幅值）另外，選擇t值時(shí)，述應(yīng)考慮信號(hào)頻率的高低，對(duì)于正弦波信號(hào)ui=uimsincot,積分電 路的輸出電壓為:uim sin cotdt = cos cot t jtco由于cos曲的最大值為h所以要求:bp：o maxu.-<u o max tco因此，當(dāng)輸入信號(hào)為止弦波時(shí)，t的值不僅受運(yùn)算放大器最

3、大輸出電壓的限制，i仏幾與 輸入信號(hào)的頻率有關(guān)，對(duì)于一定幅度的正弦信號(hào)，頻率越低丫的值應(yīng)該越人。3. 選擇電路元件1）當(dāng)時(shí)間常數(shù)t二rc確定后，就門j以選擇r和c的值，由于反相積分電路的輸入電阻 &二r,因此往往希望r的值人一些。在r的值滿足輸入電阻要求的條件下，一般選擇較人的 c值，而且c的值不能大于1 u fo2）確定rprp為靜態(tài)平衡電阻，用來(lái)補(bǔ)償偏置電流所產(chǎn)生的失調(diào)，一般取r尸r。3）確定rf在實(shí)際電路中，通常在積分電容的兩端并聯(lián)一個(gè)電阻&。rf是積分漂移泄漏電阻，用來(lái) 防止積分漂移所造成的飽和或截止現(xiàn)象。為了減小課差要求r. > 10ro4. 選擇運(yùn)算放大器為了

4、減小運(yùn)放參數(shù)對(duì)積分電路輸出電壓的彩響，應(yīng)選擇：輸入失調(diào)參數(shù)（ui。、5、ib） 小，開(kāi)環(huán)增益（a.q和增益帶寬積人，輸入電阻高的集成運(yùn)算放人器。四. 積分電路的調(diào)試對(duì)于圖1所示的基本積分電路，主要是調(diào)整積分漂移。一般情況下，是調(diào)整運(yùn)放的外接 調(diào)零電位器，以補(bǔ)償輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的影響。調(diào)整方法如f：先將積分電路的 輸入端接地，在積分電容的兩端接入短路線，將積分電容短路，使積分電路復(fù)零。然示去掉 短路線，用數(shù)字電壓表（取肓流檔）監(jiān)測(cè)積分電路的輸出電壓，調(diào)整調(diào)零電位器，同時(shí)觀察 積分電路輸出端積分漂移的變化情況，當(dāng)調(diào)零電位器的值向某一方向變化時(shí)，輸出漂移加快, 而反方向調(diào)節(jié)時(shí)，輸出漂移變慢

5、。反復(fù)仔細(xì)調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，肯到積分電路的輸出漂移最小為止。圖2 反相積分電路五. 設(shè)計(jì)舉例已知：方波的幅度為2伏，方波的頻率為 500hz,耍求設(shè)計(jì)一個(gè)將方波變換為三角波的 積分電路，積分電路的輸入電阻rilokq, 并采用u a741型集成運(yùn)算放人器。設(shè)計(jì)步驟：1. 選擇電路形式根據(jù)題目要求，選用圖2反相積分電路。2. 確定時(shí)間常數(shù)t=rc耍將方波變換為三角波，就是耍對(duì)方波的每半個(gè)周期分別進(jìn)行不同方向的積分運(yùn)算。當(dāng)方波為正半周時(shí)，和當(dāng)于向積分電路輸入正的階躍信號(hào)；當(dāng)方波為負(fù)半周時(shí)，相當(dāng)于向積t 11分電路輸入負(fù)的階躍信號(hào)。因此，積分時(shí)間都等于f = = 0.001$ = 1加$。由于2500

6、 2u a741的最大輸出電壓af±10v左右，所以，t的值必須滿足：e2vt >1 =x ms = 0.2ms（e為方波信號(hào)的幅值）“皿iov由于對(duì)三角波的幅度沒(méi)有要求，故取1=0. 5mso3. 確定r和c的值由于反相積分電路的輸入電阻rlokq,故取積分電阻r二r尸10 kq。因此，積分電容：t o 5 x 103c = - = 5x10_8f = 0.05“f（取標(biāo)稱值 0. 047» f）r 10xl034. 確定心和rp的值為了減小&所引起的積分誤差，取心=10/? = 10xl04 = 105q = 100z:q 平衡電阻 為：心=r/rf =1

7、0rg100rgu9.1ml六. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容間內(nèi)，輸出電壓將很低；當(dāng)丫的值過(guò)小uom時(shí)，t還未達(dá)到積分時(shí)間，積分電路就飽和了。當(dāng)=時(shí)，t的取1.運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓uio和1. 設(shè)計(jì)一個(gè)積分電路，用來(lái)將方波變換為三角波。已知方波的幅值為2v,頻率為1khz。 要求積分電路的輸入電阻& > 20m ,采用u a741型集成運(yùn)算放人器。2. 按所設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行安裝和調(diào)試，觀察積分漂移現(xiàn)彖，將該電路調(diào)零并設(shè)法將積 分漂移調(diào)至最小。3. 按設(shè)計(jì)指標(biāo)要求給所設(shè)計(jì)的電路輸入方波電壓信號(hào)，觀察積分電路的輸出波形。記 錄輸出波形的幅值和頻率，若達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)耍求，應(yīng)調(diào)整電路參數(shù)，直到滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)為

8、 止。4. 分析誤芳和課差產(chǎn)生的原因。七. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括以下內(nèi)容：1. 項(xiàng)h名稱2. 已知條件和指標(biāo)要求3. 所需的儀器設(shè)備4. 電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，所選用的電路原理圖。5. 調(diào)試過(guò)程，標(biāo)有經(jīng)調(diào)試后所采用的元件數(shù)值的電路圖。6. 主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量7. 數(shù)據(jù)處理及誤差分析附錄:一. 當(dāng)ui是階躍信號(hào)時(shí)，丫的取值對(duì)積分電路輸出電壓所造成的影響 當(dāng)t的值過(guò)人時(shí)，在一定的積分時(shí)uo a值對(duì)積分電路輸出電壓不產(chǎn)生影響o 山與丫的關(guān)系如圖3所示：二. 實(shí)際積分電路誤差的定性分析輸入失調(diào)電流5對(duì)積分電路輸出電圖3積分常數(shù)t對(duì)積分電路輸出電壓的影響壓的影響:考慮到運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流5對(duì)

9、積分電路的影響后，積分電路的輸出電壓為:m0 = uidt + iodt + 右"fodt + so1rc上式中，5為誤差項(xiàng)。由上式可知，當(dāng)輸入電壓匕為零時(shí)，積分電路的輸出端存在一定 數(shù)值的零漂移電壓，這個(gè)電壓隨時(shí)間變化，稱為積分漂移。積分漂移是積分電路的主要課差之一，減小積分漂移的方法有： .選擇失調(diào)電壓小和失調(diào)電流小的運(yùn)放。 .選擇rp二r。 .在積分時(shí)間常數(shù)一定的悄況下，盡呆加人積分電容c的值。2. 運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益對(duì)積分電路輸出電壓的影響。由于實(shí)際運(yùn)放的開(kāi)壞增益入。不是無(wú)窮大，陽(yáng)是一個(gè)有限值。因此，對(duì)積分電路的輸出 電壓也將產(chǎn)生影響。當(dāng)輸入電壓為階躍信號(hào)時(shí)，積分電路的輸出電壓為

10、：此吋，輸出電壓山的相對(duì)誤差為：3 =2a"rc因此，由上式可得出結(jié)論： .積分電路輸岀電壓的相對(duì)謀差與運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益爲(wèi)、積分時(shí)間常數(shù)rc成反比， 與積分時(shí)間t成正比。 .運(yùn)放的開(kāi)壞增益鳩越大，積分電路的相對(duì)誤差越小。對(duì)于相同的開(kāi)環(huán)增益爲(wèi)和 積分時(shí)間常數(shù)rc,積分時(shí)間t越長(zhǎng)，積分電路的相對(duì)謀差就越人。 .耍得到比較準(zhǔn)確的積分運(yùn)算，積分時(shí)間t必須耍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益九與 積分時(shí)間常數(shù)rc的乘積。3. 運(yùn)放的輸入電阻際所引起的課羌:由于實(shí)際運(yùn)放的輸入電阻跟不是無(wú)窮大，因此也將對(duì)輸出電壓產(chǎn)生一定的誤差。此時(shí), 輸出電壓u.所產(chǎn)生的相對(duì)誤差為:”仇+r)二 t2&a°r

11、c 2auorc其中：&,因此由上式可得出以下結(jié)論：rid +r uo輸入電阻r：d的作用是降低了運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益，使積分電路輸出電壓的相對(duì)謀差增加。 當(dāng)心/?時(shí)，輸入電阻關(guān)的影響可以忽略。4積分電容的泄漏電阻rc對(duì)積分電路輸出電壓的影響當(dāng)考慮積分電容的泄漏電阻趾對(duì)積分電路輸岀電壓的影響時(shí)，u。的和對(duì)課羌為：t(2allo(r/r )c由上式可看出，積分電容的泄漏電阻rc對(duì)積分電路輸出電壓的影響是比較人的。因此， 為了提高積分電路的運(yùn)算精度，應(yīng)選擇漏電小，質(zhì)量好的電容。5. 運(yùn)算放人器的有限帶寬對(duì)積分電路輸出電壓的影響運(yùn)算放人器的有限帶寬會(huì)影響積分電路的傳輸特性，使積分電路的輸出電壓產(chǎn)生一定的 時(shí)間滯示現(xiàn)象。運(yùn)算放人