基于運放的微積分電路設計1

1、電子與通信工程學院課程設計報告20112012學年第1學期基于運放的微積分電路設計專業(yè)：電子與信息科學技術(shù)班級：電信091學號：200905402136姓名：黃寶健指導教師姓名：閉呂慶指導教師職稱：進咽2011年12月3日【課題名稱】：基于運放的微積分電路設計【摘要】：基于運放的微積分電路是微分電路和積分電路的統(tǒng)稱。輸出電壓與輸入電壓成微分關(guān)系的電路為微分電路，通常由電容和電阻組成；輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系的電路為積分電路，通常由電阻和電容組成。廣泛用于計算機、自動控制和電子儀器中。積分運算和微分運算互為逆運算，在自控系統(tǒng)中，常用積分電路和微分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；止匕外，他們還廣泛應用于波形

2、的產(chǎn)生和變換以及儀器儀表之中。以集成運放作為放大電路，利用電阻和電容作為反饋網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)這兩種運算電路。積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理基于電容的沖放電原理，這里就不詳細說了，這里要提的是電路的時問常數(shù)R*C,構(gòu)成積分電路的條件是電路的時間常數(shù)必須要大于t。積分電路能將方波轉(zhuǎn)換成三角波。積分電路具有延遲作用。積分電路還有移相作用?！娟P(guān)鍵詞】：UA741積分電路微分電路目錄1、引言4.2、總體方案設4.2.1 設計原理42.2 具體要求4.3、設計原理分析5.3.1 微分電路5.3.2 積分電路6.3.3 體電路實現(xiàn)6.4.1 微分電路的實現(xiàn)64.

3、2 積分電路的實現(xiàn)75、總結(jié)和體會8.6、參考文獻9.1、引言積分電路的應用很廣，它是模擬電子計算機的基本組成單元。在控制和測量系統(tǒng)中也常常用到積分電路。止匕外，積分電路還可用于延時和定時。在各種波形（矩形波、鋸齒波等）發(fā)生電路中，積分電路也是重要的組成部分。微分電路使輸出電壓與輸入電壓的時間變化率成比例的電路。微分電路主要用于脈沖電路、模擬計算機和測量儀器中。最簡單的微分電路由電容器C和電阻器R組成。2、總體方案設計2.1 設計原理該設計是以UA741單管運放為主的積分電路，微分電路。通過輸入不同頻率的波形經(jīng)過微分，積分從而使得原有的波形發(fā)生變化。該次設計是以頻率為100HZ1KHz10KH

4、z方波為輸入信號。方案設計圖如下：2.2 具體要求積分電路確定時間常數(shù)r=RC,p的大小決定了積分速度的快慢。由于運算放大器的最大輸出電壓Uomax為有限值，因此，若的值太小，則還未達到預定的積分時間t之前，運放已經(jīng)飽和，輸出電壓波形會嚴重失真。Ri=R,因此往往希望R的值大一些。在R的值滿足輸入電阻要求的條件下，一般選擇較大的C值，而且C的值不能大于1pF。微分電路的工作過程是：如RC的乘積，即時間常數(shù)很小，在t=0+即方波跳變時，電容器C被迅速充電，其端電壓，輸出電壓與輸入電壓的時間導數(shù)成比例關(guān)系微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生

5、突變的瞬間才有輸出.而對恒定部分則沒有輸出.輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(guān)(即電路的時間常數(shù)),R*C越小,尖脈沖波形越尖反之則寬.此電路的R*C必須遠遠少于輸入波形的寬度，否則就失去了波形變換的作用,變?yōu)橐话愕腞C耦合電路了,一般R*C少于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了.3、設計原理分析3.1 微分電路輸出信號與輸入信號的微分成正比的電路，稱為微分電路。原理：從圖3.1得：Uo=Ric=RC(duc/dt),因Ui=Uc+Uo,當，t=to時，Uc=0,所以Uo=Uio隨后C充電，因RCCTk,充電很快，可以認為UbUi,則有：Uo=RC(duc/dt)=RC(dui/dt)式一這

6、就是輸出Uo正比于輸入Ui的微分RC電路的微分條件：RCXTk電路結(jié)構(gòu)如圖3.2,微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對包定部分則沒有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(guān)(即電路的時間常數(shù))，R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。此電路的R*C必須遠遠少于輸入波形的寬度，否則就失去了波形變換的作用，變?yōu)橐话愕腞C耦合電路了，一般R*C少于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了。3.2 積分電路輸出信號與輸入信號的積分成正比的電路，稱為積分電路。積分電路的特點方波轉(zhuǎn)換成三角波或者斜波，積分積分電路可以使輸入電路電阻

7、串聯(lián)在主電路中，電容在干路中，積分電路的時間常數(shù)t要大于或者等于10倍輸入脈沖寬度積分電路輸入和輸出成積分關(guān)系。1原理：從圖3.3得，Uo=Uc=(1/C)/icdt,因Ui=UR+Uo當t=to時，Uc=Oo隨后C充電，由于ROTk,充電很慢，所以認為Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=(1/c)ficdt這就是輸出Uo正比于輸入Ui的積分RC電路的積分條件：ROTk圖3.3電路結(jié)構(gòu)如圖3.4,積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理很簡單，都是基于電容的沖放電原理，這里就不詳細說了，這里要提的是電路的時間常數(shù)R*C,構(gòu)成積分電路的條件是電路的

8、時問常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。圖3.44、具體電路實現(xiàn)4.1 微分電路的實現(xiàn)實用微分電路的輸出波形和理想微分電路的不同。即使輸入是理想的方波在方波正跳變時，其輸出電壓幅度不可能是無窮大，也不會超過輸入方波電壓幅度E。在0<t<T的時間內(nèi)，也不完全等于零，而是如圖4.1的窄脈沖波形那樣,其幅度隨時間t的增加逐漸減到零。同理，在輸入方波的后沿附近，輸出uo(t)是一個負的窄脈沖。這種RC微分電路的輸出電壓近似地反映輸入方波前后沿的時間變化率，常用來提取蘊含在脈沖前沿和后沿中的信息方RC微分電麻373Ttb即蜘的網(wǎng)人力波I8理想K分電路的輸出波形d實次RC儺分電路的輸出

9、波形圖4.14.2 積分電路的實現(xiàn)積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。如下圖是是輸入不同頻率方波的積分波形圖。圖4.2是f=100HZ時的輸出人波形，雖然輸出遲緩不過輸出和輸入基本一致。圖4.3是f=1KHZ的輸出入波形，輸出遲緩形狀發(fā)生變化。圖4.4是f=10KHZ的輸出入波形，輸出變?yōu)槿遣?。圖4.2圖4.3圖4.45、總結(jié)和體會積分電路和微分電路的特點。積分電路可以使輸入方波轉(zhuǎn)換成三角波或者斜波，微分電路可以使使輸入方波轉(zhuǎn)換成尖脈沖波，積分電路電阻串聯(lián)在主電路中，電容在干路中，微分則相反，積分電路的時間常數(shù)t要大于或者等于10倍輸入脈沖寬度，微分電路的時間常數(shù)t要小于或者等于1/10倍的輸入脈沖寬度.積分電路輸入和輸出成積分關(guān)系，微分電路輸入和輸出成微分關(guān)系，微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對恒定部分則沒有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C