基于運放的微積分電路設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子與通信工程學(xué)院課程設(shè)計報告 2011 2012 學(xué)年第1學(xué)期 基于運放的微積分電路設(shè)計專 業(yè)： 電子與信息科學(xué)技術(shù) 班 級： 電信091學(xué) 號： 6姓 名： 黃寶健指導(dǎo)教師姓名： 閉呂慶指導(dǎo)教師職稱： 講師 2011年 12 月 3 日【課題名稱】： 基于運放的微積分電路設(shè)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

2、微分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；此外，他們還廣泛應(yīng)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(luò)，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(xì)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?！娟P(guān) 鍵 詞】：UA741 積分電路 微分電路 目錄1、 引言.42、 總體方案設(shè).42.1設(shè)計原理. 42.2 具體要求 .43、 設(shè)計原理分析.5 3.1微分電路.5

3、3.2積分電路.64、具體電路實現(xiàn).64.1微分電路的實現(xiàn).64.2積分電路的實現(xiàn).75、總結(jié)和體會.86、參考文獻(xiàn).91、引言 積分電路的應(yīng)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。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(shè)計2.1設(shè)計原理 該設(shè)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

4、分，積分從而使得原有的波形發(fā)生變化。該次設(shè)計是以頻率為100 HZ 1KHz 10KHZ 方波為輸入信號。方案設(shè)計圖如下：信號發(fā)生器積分電路、微分電路 示波器 改變頻率 2.2 具體要求 積分電路確定時間常數(shù)=RC ，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(dá)到預(yù)定的積分時間 t 之前，運放已經(jīng)飽和，輸出電壓波形會嚴(yán)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 1F。 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

5、器C被迅速充電,其端電壓,輸出電壓與輸入電壓的時間導(dǎo)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shè)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

6、+Uo,當(dāng)，t=to時，Uc=0,所以Uo=Uio隨后C充電，因RCTk,充電很快，可以認(rèn)為UcUi，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：RCTk 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(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(yuǎn)遠(yuǎn)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

7、等于輸入波形寬度的1/10就可以了。 圖3.23.2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。原理：從圖3.3得，Uo=Uc=(1/C)icdt,因Ui=UR+Uo,當(dāng)t=to時，Uc=Oo.隨后C充電，由于RCTk,充電很慢，所以認(rèn)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：RCTk 圖3.3 電路結(jié)構(gòu)如圖3.4，

8、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(xì)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3.44、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0tT 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(fù)的窄脈沖。這種RC微分

9、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4.14.2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ā?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有關(guān)（即電路