积分电路的定义
输出信号与输入信号的积分成正比的电路,称为积分电路。基本积分电路如图1 所示。
积分电路的原理
积分电路的结构如图2,积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波,还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单,都是基于电容的冲放电原理,这里就不详细说了,这里要提的是电路的时间常数R*C,构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。
从图中可以看出,Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时,Uc=Oo.随后C充电,由于RC≥Tk,充电很慢,所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故
Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫icdt
这就是输出Uo正比于输入Ui的积分(∫icdt)
RC电路的积分条件:RC≥Tk
积分电路的特点
1:积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波
2:积分电路电阻串联在主电路中,电容在干路中
3:积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入脉冲宽度
4:积分电路输入和输出成积分关系
积分电路的应用
积分电路主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。
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。
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。所以τ的值必须满足:
当 ui为阶跃信号时,τ的值必须满足:
另外,选择τ值时,还应考虑信号频率的高低,对于正弦波信号 ui=Uimsinωt,积分电路的输出电压为:
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。
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。
积分电路的调试
对于图 1 所示的基本积分电路,主要是调整积分漂移。一般情况下,是调整运放的外接调零电位器,以补偿输入失调电压与输入失调电流的影响。调整方法如下:先将积分电路的输入端接地,在积分电容的两端接入短路线,将积分电容短路,使积分电路复零。然后去掉短路线,用数字电压表(取直流档)监测积分电路的输出电压,调整调零电位器,同时观察积分电路输出端积分漂移的变化情况, 当调零电位器的值向某一方向变化时, 输出漂移加快,而反方向调节时,输出漂移变慢。反复仔细调节调零电位器,直到积分电路的输出漂移最小为止。