篇一 : 基于運放的微積分電路設計1

電子與通信工程學院

課程設計報告

2011 ～ 2012 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：指導教師姓名：指導教師職稱：

年 12 月 3 日

1 2011

運放積分電路 基于運放的微積分電路設計1

【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。(www.t262.com）輸出電壓與輸入電壓成微分關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)；此外，他們還廣泛應用于波形的產(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間常數(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。

【關 鍵 詞】：UA741 積分電路 微分電路

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運放積分電路 基于運放的微積分電路設計1

目錄

1、引言.......................................................................................4

2、總體方案設...........................................................................4

2.1設計原理................................................................................ 4

2.2 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

4、具體電路實現(xiàn).......................................................................6

4.1微分電路的實現(xiàn)........................................................................6

4.2積分電路的實現(xiàn).......................................................................7

5、總結(jié)和體會...........................................................................8

6、參考文獻................................................................................9

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運放積分電路 基于運放的微積分電路設計1

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。（www.t262.com)在控制和測量系統(tǒng)中也 常常 用到積分電路。此外，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100 HZ 1KHz 10KHZ 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)τ=RC ，τ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τ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 1μF。

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 4

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的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(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。(www.t262.com]

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RC≤Tk,充電很快，可以認為Uc≈Ui，則有：

Uo=RC(duc/dt)=RC(dui/dt)---------------------式一

這就是輸出Uo正比于輸入Ui的微分

RC電路的微分條件：RC≤Tk

圖3.1

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（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。

圖3.2

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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。［www.t262.com) 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系。

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RC≥Tk,充電很慢，所以認為Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故

Uo=(1/c)∫icdt

這就是輸出Uo正比于輸入Ui的積分

RC電路的積分條件：RC≥

Tk

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時間常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。

圖3.4

4、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 6

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度E。(www.t262.com)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u0(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

圖4.1

4.2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。

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圖4.4是f=10KHZ的輸出入波形，輸出變?yōu)槿遣?。[www.t262.com）

圖

4.2

圖4.3 圖4.4

5、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系,微分電路輸入和輸出成微分關系 ,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有關（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 8

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為一般的RC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。［www.t262.com)

6、參考文獻

[1]楊素行《模擬電子技術(shù)基礎簡明教程》（第三版）—清華大學電子學教研組編

高等出版社

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篇二 : 積分電路中的運放是工作在線性區(qū)嗎

積分中的運放是工作在線性區(qū)嗎

都是線性區(qū)。 而且乘和微分電路運算放大器都是工作在線性區(qū)。 因為對于理想集成運放（下面縮寫為A），如果直接將輸入信號作用它的兩個輸入端，就會因為原本的差模開環(huán)放大倍數(shù)無窮大而使其工作在非線性區(qū)。 所以想工作線性區(qū)的A 就得加外部電路

篇三 : 積分電路原理之新解——放大器與電容的“三變身”

圖一 積分電路的構(gòu)成及信號波形圖
想弄明白其輸出狀態(tài)，得先了解電容的脾性。電容基本的功能是充、放電，是個儲能元件。對變化的電壓敏感（反應強烈），對直流電遲鈍（甚至于無動于衷），有通交流隔直流的特性。對看待世界萬物都是呈現(xiàn)電阻特性的人來說，也可以將電容看成會變化的電阻，由此就可以解開積分電路的輸出之謎。
依據(jù)能量守恒定律，能量不能無緣無故地產(chǎn)生，也不能無緣無故地消失，由之導出電容兩端電壓不能突變的定理。充電瞬間，電容的兩極板之間尚未積累起電荷，故能維持兩端電壓為零的原狀態(tài)，但此瞬間充電電流為最大，可以等效為極小的電阻甚至導線，如果說電容充電瞬間是短路的，也未嘗不可，比如變頻器主電路中，對回路電容要有限流充電措施，正是這個道理；電容充電期間，隨時間的推移，充電電壓逐漸升高，而充電電流逐漸減小，也可以認為此時電容的等效電阻由最小往大處變化；電容充滿電以后，兩端電壓最高，但充電電流基本為零，此時電容等效為最大值電阻，對于直流電來說，甚至可以等效于斷路，無窮大的電阻了。
總結(jié)以上，在電容充電過程中，有等效為最小電阻或?qū)Ь€、等效為由小變大的電阻、等效為最大電阻或斷路等3個狀態(tài)。正是電容的該變化特性，可以使積分放大器電路變身為如圖二所示的3種身份。

圖二 積分電路工作過程中的“三變身”
參見圖二。
1、電壓跟隨器。在輸入信號的t0（正向跳變）時刻，電容充電電流最大，等效電阻最?。ɑ蛞暈閷Ь€），該電路即刻變身為電壓跟隨器電路，由電路的虛地特性可知，輸出尚為0V。
2、反相放大器。在輸入信號的t0時刻之后平頂期間，電容處于較為平緩的充電過程，其等效RP經(jīng)歷小于R、等于R和大于R的3個階段，因而在放大過程中，在放大特性的作用下，其實又經(jīng)歷了反相衰減、反相、反相放大等3個小過程。而無論是衰減、反相還是反相放大，都說明在此階段，積分電路其實是扮演著線性放大器的角色。
3、在輸入信號平項期間的后半段，電容的充電過程已經(jīng)結(jié)束，充電電流為零，電容相當于斷路，積分放大器由閉環(huán)放大到開環(huán)比較狀態(tài)，電路進而變身為電壓比較器。此際輸出值[www.t262.com）為負供電值。
都說人會變臉，其實電路也能變身啊。在電容操控之下，放大器瞬間就變換了3種身份。能看穿積分放大器的這3種身份，積分放大器的“真身”就無從遁形了。放大器，其實是在“放大不離比較，比較不離放大”的圈子中跳著玩兒，這個，留等我以后再說。