题 目: 积分电路的设计 指导老师: 希望
学生姓名: 艾克拜尔·吐尔孙 所属院系: 电气工程学院 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电气09-2班
完成日期: 202012年66月X27日
新 疆 大 学
本科生课程设计任务书
班 级: 电气09-2班 姓 名: 艾克拜尔·吐尔孙 设计题目: 积分电路的设计
要求完成的内容:
1. 设计一个基本的积分电路,积分时间常数为τ=0.6s。 2.画出电路图,根据给定的参数确定电路的原件参数。 3.用EDA仿真,画出当给定的型号为:①4V的阶跃信号;②周期为200ms,幅
度为5V的方波信号时的输出波形。
4. 写出详细的计算过程,详细的工作原理。
指导教师: 希望 努尔买买提
教研室主任:
积分电路的设计
1. 积分电路概述:
积分电路:输出电压与输入电压的时间积分成正比的电路。积分电路主要与波形变换,放大电路失调的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。
积分电路的特点:积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波;积分电路电阻串联在主电路中,电容在干电路中;积分电路的时间常数τ要大于或者等于10倍输入脉冲宽度;积分电路输入和输出成积分关系。
2. 工作原理:
根据“虚短”,得vNvP0,即
vi0。
根据“虚断”,得ii=0。
vi。 R因此,电容器被充电,其充电电流为
设电容器C的初始电压为零,则 i1i211viidtdt (1) 1CCR1vovidt (2)
RCvivo式中,负号表示vo与vi在相位上是相反的。
当vi为阶跃电压时,电容将恒流的方式进行充电,输出电压vo与时间t近似线性关系:
vivi1vovdttt (3) iRCRC当t时vovi,。当t时,vo增大,直到vovom,即运放输出电压的最大值vom受直流电源电压的,致使运放进入饱和状态,vo保持不变,而停止积分。
3. 参数计算:
已知时间常数RC0.6s,就可以选择R和C的值,由于反相积分电路的输入电阻RiR,因此,往往希望R的值大一些。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1F。
RC0.6s,设R100时,C设C0.6F时,RR0.6F0.6F;
100103C0.6100; 6610那么,R1000,C0.6F时,RC10001036106s0.6s 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(Avo)和增益带宽积大,输入电阻高的集成运算放大器。
为积分电路,有虚断和虚短:
vvvivviiti
RRR电容的作用:
1t1tvvctvc0icdtvotvc0idt
C0C0R所以
1t1tvotvdtv0vitdtvc0 icRC0RC0vit2V,vc00,所以
vot2t2t2tdt3.33V 0RCRC0.6很据已知条件,vi3.33V
当t50ms时,由公式(3)可知:vot当50mst100ms时,则
31005010 当t50ms和t100ms时,则
5vo50ms50103V0.378V 361000100.610vvo100msvo50103i501036.256.250V
vit
votvo50103vi
根据以上的计算设计电路一下:
积分电路仿真图
4.仿真结果如下:
用Multisim2001仿真以上电路得到的结果如下:
当输入信号为4V的节约信号时,该电路的输出波形如下:
4V阶跃信号输出波形图
周期为200ms,幅度为5V的方波信号时的输出波形如下:
11Hz5Hz: 该信号的频率为:ffT200
5.结论
实际积分电路的误差分析
运放的输入失调电压和输入失调电流对积分电路的影响
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。
(1)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.在积分时间常数τ一定的情况下,尽量加大积分电容C的值。为了防止因C长时间充电
(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Avo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Avo,积分时间常数τ成反比,与时间t成正比。
2.运放的开环增益Avo越大,积分电路的相对误差越小。对于相同的开环增益Avo和积分时间常数τ,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必须远远小于运放的开环增益Avo
与积分时间常数τ的乘积。
(3)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。
(4)运算放大器的有限带宽会影响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,是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。
指导教师评语:
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