积分、微分、比例运算电路

模拟电路课程设计报告

题目：积分、微分、比例运算电路

一、设计任务与要求

①设计一个可以同时实现积分、微分和比例功能的运算电路。

②用开关控制也可单独实现积分、微分或比例功能

③用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。

二、方案设计与论证

用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V），为运算电路提供偏置电源。此电路设计要求同时实现比例、积分、微分运算等功能。即在一个电路中利用开关或其它方法实现这三个功能。

方案一：

用三个Ua741分别实现积分、微分和比例功能，在另外加一个Ua741构成比例求和运算电路，由于要单独实现这三个功能，因此在积分、微分和比例运算电路中再加入三个开关控制三个电路的导通与截止，从而达到实验要求。

缺点：开关线路太多，易产生接触电阻，增大误差。此运算电路结构复杂，所需元器件多，制作难度大，成本较高。并且由于用同一个信号源且所用频率不一样，因此难以调节。

流程图如下：

图1

方案二:

用一个Ua741和四个开关一起实现积分、微分和比例功能，并且能够单独实现积分、微分或比例功能。

优点：电路简单，所需成本较低。 电路图如下：

积分运算电路 微分运算电路 比例运算电路 比例求和运算电路

图2

三、单元电路设计与参数计算

1、桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。

其流程图为：

图3

直流电源电路图如下：

电源变

压器

整流电路

滤波电路

稳压电路

V1220 Vrms 50 Hz

0¡ã U11_AMP T1

7.32

1D21N4007

D3

1N4007D4

1N4007

C13.3mF C23.3mF C3220nF

C4220nF C5470nF

C6470nF C7220uF

C8220uF

U2LM7812CT

LINE VREG

COMMON

VOLTAGE

U3LM7912CT

LINE

VREG

COMMON VOLTAGE D51N4007D61N4007

LED2

LED1

R11k¦¸R21k¦¸23

4

5

D1

1N400715

16

6

7

14

17

图4

原理分析： (1)电源变压器：

由于要产生±12V 的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压为30V 的变压器。

(2)整流电路： 其电路图如下：

图5

①原理分析：

桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，

根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

图6

整流输出电压的平均值（即负载电阻上的直流电压V

L ）V

L

定义为整流输出电

压V

L

在一个周期内的平均值，即

设变压器副边线圈的输出电压为，整流二极管是理想的。则

根据桥式整流电路的工作波形，在V

i 的正半周，V

L

= V

2

，且V

L

的重复周期为

p ，所以

上式也可用其它方法得到，如用傅里叶级数对图XX_01中V

L

的波形进行分解后可得

式中恒定分量即为负载电压V

的平均值，因此有

L

②整流元件参数：

在选择整流二极管时，主要考虑两个参数，即最大整流电流和反向击穿电压。在桥式整流电路中，二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为

在选择整流管时应保证其最大整流电流IF > ID 。

二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出。在v2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止。此时D2、D4所承受的最大反向电压均为v2的最大值，

即

同理，在v2的负半周，D1、D3也承受到同样大小的反向电压。所以，在选择整流管时应取其反向击穿电压VBR > VRM 。

(3)滤波电路。

其电路图如下：

图7

电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。所以在选择电容时其耐压值应大于1.4V2，电容越大越好，其级别应在千uF以上。

(4)稳压电路。

①启动电路 ②基准电压电路

③取样比较放大电路和调整电路

④保护电路

对于本实验的稳压电路，主要使用了集成块：78系列。

目前，电子设备中常使用输出电压固定的集成稳压器。由于它只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端式稳压器。

78××系列输出为正电压，输出电流可达1A ，如78L ××系列和78M ××系列的输出电流分别为0.1A 和0.5A 。它们的输出电压分别为5V 、6V 、9V 、12V 、15V 、18V 和24V 等7档。和78××系列对应的有79××系列，它输出

为负电压，如79M12表示输出电压为–12V 和输出电流为0.5A 。

由于本实验要产生±12V 的恒流源，所以在选择集成块时选7812和7912。

2、积分、微分、比例运算电路电路图 （1）比例运算电路参数计算： 由于“虚断”，i += 0，u + = 0； 由于“虚短”， u - = u + = 0——“虚地”

由 i I = i F ，得 I

I

F

o u R R u -=

反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为R if = R 1 引入深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为R 0f =0

该实验所设定的比例系数为-10，由uo=-(R5/R1)uI 推出R5/R1=10。

F

o

1I R u u R u u -=---I

F

I o f R R u u A u -==