积分电路

2019-04-13 11:52发布

一.实验目的:   1.学习简单积分电路的设计与调试方法。 2.了解积分电路产生误差的原因,掌握减小误差的方法。   二.预习要求   1.根据指标要求,设计积分电路并计算电路的有关参数。 2.画出标有元件值的电路图,制定出实验方案,选择实验仪器设备。 3.写出预习报告    三.积分电路的设计方法与步骤  积分电路的设计可按以下几个步骤进行: 1.选择电路形式 积分电路的形式可以根据实际要求来确定。若要进行两个信号的求和积分运算,应选择求和积分电路。若只要求对某个信号进行一般的波形变换,可选用基本积分电路。基本积分电路如图1所示: 积分电路的设计 2.确定时间常数τ=RC    τ的大小决定了积分速度的快慢。由于运算放大器的最大输出电压Uomax为有限值(通常Uomax=±10V左右),因此,若τ的值太小,则还未达到预定的积分时间t之前,运放已经饱和,输出电压波形会严重失真。    因此,当输入信号为正弦波时,τ的值不仅受运算放大器最大输出电压的限制,而且与输入信号的频率有关,对于一定幅度的正弦信号,频率越低τ的值应该越大。 3.选择电路元件     1)当时间常数τ=RC确定后,就可以选择R和C的值,由于反相积分电路的输入电阻Ri=R,因此往往希望R的值大一些。在R的值满足输入电阻要求的条件下,一般选择较大的C值,而且C的值不能大于1μF。     2)确定RP RP为静态平衡电阻,用来补偿偏置电流所产生的失调,一般取RP=R。如R=Ri=10 kΩ,R也就是输入电阻.    3)确定Rf 在实际电路中,通常在积分电容的两端并联一个电阻Rf。Rf是积分漂移泄漏电阻,用来防止积分漂移所造成的饱和或截止现象。为了减小误差要求Rf ≥ 10R。 4.选择运算放大器    为了减小运放参数对积分电路输出电压的影响,应选择:输入失调参数(UIO、IIO、IB)小,开环增益(Auo)和增益带宽积大,输入电阻高的集成运算放大器。  积分电路的设计 为了防止因Cf长时间充电导致集成运放饱和,常在Cf上并联电阻Rf 在积分电路的并联电阻有2种作用!
1:低频段时(f约等于0Hz),可看作一个增益为-Rf/R的反向放大器.
2:中频段时(0Hz-Rf/R,截止频率fh为:1/2*Pi*Rf*c的积分电路.
3.高频段时(f>fh),大于截止频率(1/2*Pi*Rf*c),增益将衰减!
所以说,并联电阻并不是提高高频段的增益,而是提高中频段的直流增益!
二.实际积分电路误差的定性分析  1.运放的输入失调电压UIO和 输入失调电流IIO对积分电路输出电压的影响: 当输入电压ui为零时,积分电路的输出端存在一定数值的零漂移电压,这个电压随时间变化,称为积分漂移。 积分漂移是积分电路的主要误差之一,减小积分漂移的方法有: ①.     选择失调电压小和失调电流小的运放。 ②.     选择RP=R。 ③.     在积分时间常数一定的情况下,尽量加大积分电容C的值。  2.运放的开环增益对积分电路输出电压的影响。 由于实际运放的开环增益Auo不是无穷大,而是一个有限值。因此,对积分电路的输出电压也将产生影响。 ①.积分电路输出电压的相对误差与运放的开环增益Auo、积分时间常数RC成反比, 与积分时间t成正比。 ②.运放的开环增益Auo越大,积分电路的相对误差越小。对于相同的开环增益Auo和 积分时间常数RC,积分时间t越长,积分电路的相对误差就越大。 ③.要得到比较准确的积分运算,积分时间t必须要远远小于运放的开环增益Auo与 积分时间常数RC的乘积。 3.运放的输入电阻Rid所引起的误差:     由于实际运放的输入电阻Rid不是无穷大,因此也将对输出电压产生一定的误差。输入电阻Rid的作用是降低了运放的开环增益,使积分电路输出电压的相对误差增加。当时,输入电阻Rid的影响可以忽略。  4.积分电容的泄漏电阻RC对积分电路输出电压的影响 积分电容的泄漏电阻RC对积分电路输出电压的影响是比较大的。因此,,为了提高积分电路的运算精度,应选择漏电小,质量好的电容。     5.运算放大器的有限带宽对积分电路输出电压的影响 运算放大器的有限带宽会影响积分电路的传输特性,使积分电路的输出电压产生一定的时间滞后现象。运算放大器的带宽越窄,时间滞后现象越严重。为了降低时间滞后现象,应选用增益带宽积比较大的运算放大器。