积分电路的设计

积分电路的设计

(2007-12-20 16:13:08)

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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：

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U omax为有限值（通常U omax=±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R i=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R P

R P为静态平衡电阻，用来补偿偏置电流所产生的失调，一般取R P=R。如R=R i=10 k Ω,R也就是输入电阻.

3）确定R f

在实际电路中，通常在积分电容的两端并联一个电阻R f。R f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R f≥ 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（U IO、I IO、I B）小，开环增益（A uo）和增益带宽积大，输入电阻高的集成运算放大器。

为了防止因C f长时间充电导致集成运放饱和，常在C f上并联电阻R f，

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

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U IO和输入失调电流I IO对积分电路输出电压的影响：

当输入电压u i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R P=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A uo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A uo、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A uo越大，积分电路的相对误差越小。对于相同的开环增益A uo 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A uo

与

积分时间常数RC的乘积。

3．运放的输入电阻R id所引起的误差：

由于实际运放的输入电阻R id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R id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R id的影响可以忽略。

4．积分电容的泄漏电阻R C对积分电路输出电压的影响

积分电容的泄漏电阻R C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。