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  • 积分电路

    2021-01-20 00:22:58
    积分电路 这里介绍积分电路的一些常识。下面给出了积分电路的基本形式和波形图。 当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的...
  • 运算放大器积分电路积分电路设计 积分电路 Integrator circuit 在运算放大器积分器电路中,电容器插入反馈环路中,并在反相输入端与R1一起产生一个RC时间常数。 积分的物理意义 积分的物理意义我们经常会使用到,...

    运算放大器积分电路及积分电路设计

    积分电路 Integrator circuit

    在运算放大器积分器电路中,电容器插入反馈环路中,并在反相输入端与R1一起产生一个RC时间常数。

    积分的物理意义

    积分的物理意义我们经常会使用到,例如下面的几个例子。
    1、加速度对时间的积分就是速度;
    2、速度对时间的积分就是路程;
    3、功率对时间的积分就是功。

    积分的几何意义

    几何意义来自于我们的数学基础概念,比如几何处理等问题,如下所示。
    在这里插入图片描述

    积分电路

    积分器电路根据电路时间常数和放大器的带宽,在一个频率范围内输出输入信号的积分。
    输入信号被施加到反相输入,因此输出相对于输入信号的极性反相。理想的积分器电路将饱和到电源轨,具体取决于输入失调电压的极性并需要增加一个反馈电阻R2,以提供稳定的直流工作点。反馈电阻器限制了执行积分功能的较低频率范围。

    设计须知

    1.对于反馈电阻,请使用尽可能大的值。
    2.选择一个CMOS运算放大器,以最小化输入偏置电流的误差。
    3.放大器的增益带宽积(GBP)将设置积分器功能的上限频率。
    集成功能的有效性通常在距放大器带宽约十年的时间开始降低。
    4.需要将一个可调基准电压连接到运算放大器的同相输入,以消除输入失调电压,否则较大的DC噪声增益将导致电路饱和。具有非常低的失调电压的运算放大器可能不需要这样做。

    积分电路如下所示:
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

    积分电路计算

    积分电路输出电压Vout计算
    在这里插入图片描述

    如何设计

    1、我们需要先设定电阻值,即就是上图中的R1;
    2、计算C1以设置单位增益积分频率。
    3、计算R2将下限截止频率设置为比最小工作频率低十倍。
    4、选择增益带宽至少为所需最大工作频率的10倍的放大器。

    在这里插入图片描述

    增益带宽积
    假设运算放大器的增益带宽积为1 MHz,它意味着当频率为1 Mhz时,器件的增益下降到单位增益。即此时A=1。同时说明这个放大器最高可以以1 MHz的频率工作而不至于使输入信号失真。由于增益与频率的乘积是确定的,因此当同一器件需要得到10倍增益时,它最高只能够以100 kHz的频率工作。

    单位增益带宽
    单位增益带宽定义为,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个频率可变恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,随着输入信号频率不断变大,输出信号增益将不断减小,当从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db(或是相当于运放输入信号的0.707)时,所对应的信号频率乘以闭环放大倍数1所得的增益带宽积。

    导数的运算

    因为我们在高等数学里面是先讲到的导数相关运算,再讲述的是积分运算。

    简单函数:
    在这里插入图片描述
    复合函数:
    在这里插入图片描述

    积分的运算

    在这里插入图片描述

    运放芯片本身需要注意的参数

    VOS 输入失调电压
    输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时。两个输入端之间所加的补偿电压。输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性。对称性越好。输入失调电压越小。输入失调电压是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电压与制造工艺有一定关系。当中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入失调电压在±1~10mV之间。

    IB 输入偏置电流
    运放两个输入端偏置电流的平均值, 确切地说是运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。

    IOS 输入失调电流
    在零输入时,差分输入级的差分对管基极电流之差,II0=|IB1-IB2|。用于表征差分级输入电流不对称的程度。通常,Ios为(0.5~5)nA,高质量的可低于 1nA。

    AOL 开环电压增益
    开环电压增益参数Aol被定义为输出电压的改变量与两个输入端之间电压该变量之比。

    运算放大器的静态输入指标及动态技术指标:输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流、共模抑制比、单位增益带宽、转换速率、压摆率、输入阻抗、输出阻抗。

    积分电路的应用:

    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

    积分电压波形

    我们经常所了解到的方波转为三角波;
    在这里插入图片描述

    R2如果不增加将会导致输出出现积分饱和,也就是电容无法放电,导致输出异常甚至可能达到和供电电源一样的电压,因此需要增加这个大的并联电容;

    积分电路分析分析

    如果现在施加到Vin的方波进入其正半周期并在Vin处产生稳定的正DC电压,则电流将流过R1并开始对C1充电。

    由于R1和C1的交界处的电压(LM324的反相输入)保持在虚拟地,因此,运放输出(连接至C1的右面板)的电压将开始以一定速率下降由CR时间常数控制。

    输出电压将继续下降,试图达到一个等于Vin且与Vin相反的负电压。此动作导致输出端出现相对线性的负向斜率,直到(远在一个时间常数结束之前),输入方波突然改变极性。

    在输入方波的负向半周期开始时将Vin的电压更改回较低的水平将导致C1开始放电,并将反相输入保持在0V,运算放大器输出的电压将开始以线性方式增加。

    这一直持续到下一个周期开始时输入突然再次变为正。

    为了在输出三角波形上产生线性斜坡,积分器电路的CR时间常数应类似于或长于输入波周期时间的一半。

    在图所示的情况下,时间常数R1 x C1(100exp3 x 10exp-9)= 220µs将周期为1 / 2exp3Hz = 500µs / 2 = 250µs的1kHz方波转换为合理的线性三角波波。

    Reference

    更多详细介绍可以参考TI相关介绍。

    1、http://webpages.ursinus.edu/lriley/ref/circuits/node5.html

    2、https://wenku.baidu.com/view/4e228473227916888586d763.html

    3、https://learnabout-electronics.org/Amplifiers/amplifiers66.php

    今日清明,共寄哀思

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  • 积分电路实验电路multisim源文件,multisim10及以上版本可以正常打开仿真,是教材上的电路,可以直接仿真,方便大家学习。
  • 积分电路和微分电路形成条件及特点 当积分电路输入的阶跃信号(方波信号)的周期T小于积分电路的时间常数时,积分电路实现了方波到三角波的变换,
  • 本文主要讲了微分电路和积分电路的区别,下面一起来学习一下
  • 输出电压与输入电压成微分关系的电路为微分电路,通常由电容和电阻组成;输出电压与输入电压成积分关系的电路为积分电路,通常由电阻和电容组成。
  • 本文主要为运算放大器积分电路和微分电路,下面一起来学习一下
  • 积分电路作用

    2013-05-02 13:51:26
    积分电路的各种作用,积分电路用途几种工作场合。
  • 积分电路设计

    2015-11-21 14:15:53
    介绍了常用的积分电路的工作原理及参数选型等。
  • 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。
  • 单片机双积分电路仿真
  • 输出电压与输入电压成微分关系的电路为微分电路,通常由电容和电阻组成;输出电压与输入电压成积分关系的电路为积分电路,通常由电阻和电容组成。微分电路、积分电路可以分别产生尖脉冲和三角波形的响应。
  • 积分电路和微分电路的工作原理

    万次阅读 多人点赞 2019-07-29 17:12:05
    一、积分电路和微分电路概念 微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波,此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分,即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。 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...

    一、积分电路和微分电路概念

            微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波,此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分,即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。

            积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波三角波,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。

    二、积分电路概念效果图

    图1 积分电路

            当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性可有下面的公式表达:

                                                                                   \large {\color{Red} i = (V/R)e^{-(t/CR)}}

    • i  --  充电电流(A)
    • V -- 输入信号电压(V)
    • C -- 电阻值(欧姆)
    • e -- 自然对数常数(2.71828)
    • t  --  信号电压作用时间(秒)
    • CR -- R、C常数(R*C)

            由此可以找出输出部分即电容上的电压为V-i*R,结合上面的计算,我们得出输出电压曲线计算公式为:

                                                                                    \large {\color{Red} Vc = V[1-e^{-(t/CR)}]}

    图2  输出电压曲线计算公式

    三、微分电路概念效果图

    图3 微分电路

            当第一个方波电压加在微分电路的两端(输入端)时,电容C上的电压开始因充电而增加。而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。电流经过微分电路(R、C)的规律可以用下面的公式来表达:

                                                                                   \large {\color{Red} }i = (V/R)e^{-(t/CR)}

    • i  --  充电电流(A)
    • V -- 输入信号电压(V)
    • C -- 电阻值(欧姆)
    • e -- 自然对数常数(2.71828)
    • t  --  信号电压作用时间(秒)
    • CR -- R、C常数(R*C)

            由此可以找出输出部分即电阻上的电压为 i*R,结合上面的计算,我们得出输出电压曲线计算公式为:

                                                                                    \large {\color{Red} }Vc = V[e^{-(t/CR)}]

    图4  输出电压曲线计算公式
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  • 积分电路分析

    2021-03-11 20:40:41
    积分电路 上图是单片机控制双积分电路。 1.K2、R2、C2组成自动稳零电路。

    双积分电路
    单片机控制双积分电路
    上图是单片机控制双积分电路。
    1.K2、R2、C2组成自动稳零电路:对于自动稳零电路还不是很了解(待补充)。
    2.图中A3一般为运放,而不是比较器(因为图中有负反馈电路):
    判断放大器起到放大还是比较的作用,一般观察放大器的负反馈深浅度。对于比较器而言,它是开环的。当深度负反馈时,放大达不到的高度也可以意味着是比较了;而比较器一般不能用作放大器,比较器一般为漏极输出(OC门),故输出需要接一个上拉电阻。
    具体可参考https://www.sohu.com/a/256545243_468626(权侵删)
    (图源网络,侵删)
    上图为双积分实际应用电路
    1.器件介绍:
    CD4066:双向四路模拟开关,可传输数字信号与模拟信号;
    CD4051:单端8通道开关;A、B、C选择通道开关(3-8译码器),INH控制是否有效输出;
    ps:缺少电路等效分析,待添加

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  • 1、积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波 "&emsp"微分电路可以使输入方波转换成尖脉冲波 2、积分电路电阻串联在主电路中,电容在干路中 微分则相反 3、积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入...

    1、积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波
          微分电路可以使输入方波转换成尖脉冲波
    2、积分电路电阻串联在主电路中,电容在干路中
          微分则相反
    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
          微分电路的时间常数t要小于或者等于1/10倍的输入脉冲宽度
    4、积分电路输入和输出成积分关系
          微分电路输入和输出成微分关系

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  • PCB技术中的积分电路

    2020-12-09 05:26:56
    积分电路 这里介绍积分电路的一些常识。下面给出了积分电路的基本形式和波形图。 当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的...
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