積分電路

積分電路

積分電路主要用於波形變換、放大電路失調電壓的消除及反饋控制中的積分補償等場合。

基本介紹

  • 中文名:積分電路
  • 外文名:Integrating circuit
  • 主要用於:波形變換、放大電路失調電壓
  • 反應:消除及反饋控制中的積分補償等
  • 基礎:基於電壓放大器基礎之上
  • 主要任務:確定積分時間C1R1的值
簡介,原理,模擬電路,參數選擇,更多相關,

簡介

右圖是一個典型的積分電路圖。由圖可以看出,輸入信號經過了一個電阻後經過反饋流到電容上,但此時認為電容的初始電量為零,故此時給電容充電。由理想運算放大器的虛短、虛斷性質得,(vi-0)/R=dQ/dt=C*d(0-vo)/dt,所以vo=-1/(RC)∫ vdt.
標準的反相積分電路標準的反相積分電路
如果把R1和C換個位置,就成了微分電路(但輸入的電壓應該是交流信號才可通過電容)。
上面討論的運算放大器是基於電壓放大器基礎之上的。

原理

積分電路是使輸出信號與輸入信號的時間積分值成比例的電路。最簡單的積分電路由一個電阻R和一個電容C構成,如圖(a)所示。若時間常數RC足夠大,外加電壓時,電容C上的電壓只能慢慢上升。在t<<RC的時間範圍內,電容C兩端電壓很小,輸入電壓主要降落在電阻R上,充電電流i≈ui(t)/R,輸出電壓u0(t)為
u0(t)=1/Cdt≈1/RCdt
圖1圖1
即輸出電壓近似與輸入電壓的時間積分值成比例。如果輸入信號Ui(t)是一個階躍電壓,理想積分電路的輸出是一線性斜升電壓,如圖(b)虛線所示。簡單的RC積分電路的實際輸出波形與理想情況不同,在t<<RC的時間範圍內,輸出電壓比較接近於理想的線性斜升電壓,隨著時間延續,電容兩端的電壓增高,充電電流減小、輸出電壓就越來越偏離理想積分電路的輸出,如圖(b)中實線所示。
積分電路也可用運算放大器和RC電路構成。理想的運算放大器,其輸入端電流i1≈0,輸入端電壓UI≈0。當外加電壓ui(t)時,電容器C的充電電流iC=i≈ui(t)/R,輸出電壓uo(t)(即電容器C兩端電壓)為積分電路可用於產生精密鋸齒波電壓或線性增長電壓,以作為測量和控制系統的時基;也可用於脈衝波形變換電路中。在電視接收機中,採用積分電路可從複合同步信號中分離出場同步脈衝。
積分電路還可以用於處理模擬信號。當輸入為正弦信號 ui(t)=Um 時,積分電路的輸出為
u0(t)=1/RCdt=Um/ωRC
其幅度為輸入信號的1/ωRC,相位落後90°。當輸入信號含有不同頻率分量時,積分電路輸出端的信號中頻率較高的分量所占的比例降低。在間接調頻器中,為了用調相電路得到調頻波,先用積分電路對調製信號積分,後由調相電路對載波進行相位調製,得到調頻波。

模擬電路

電路型式
圖①是反相輸入型積分電路,其輸出電壓是將輸入電壓對時間的積分值除以時間所得的商,即Vout=-1/C1R1∫Vin dt,由於受運放開環增益的限制,其頻率特性為從低頻到高頻的-20dB/dec傾斜直線,故希望對高頻率信號積分時要選擇工作頻率相應高的運放。
圖①②③圖①②③
圖②是差動輸入型積分電路,將兩個輸入端信號之差對時間積分。其輸出電壓Vout=1/C1R1∫(Vin2-Vin1)dt;若將圖②的E1端接地,就變成同相輸入型積分電路。它們的頻率特性與圖1電路相同。

參數選擇

主要是確定積分時間C1R1的值,或者說是確定閉環增益線與0dB線交點的頻率f0(零交叉點頻率),見圖③。當時間常數較大,如超過10ms時,電容C1的值就會達到數微法,由於微法級的標稱值電容選擇面較窄,故宜用改變電阻R1的方法來調整時間常數。但如所需時間常數較小時,就應選擇R1為數千歐~數十千歐,再往小的方向選擇C1的值來調整時間常數。因為R1的值如果太小,容易受到前級信號源輸出阻抗的影響。
根據以上的理由,圖①和圖②積分電路的參數如下:積分時間常數0.2s(零交叉頻率0.8Hz),輸入阻抗200kΩ,輸出阻抗小於1Ω。

更多相關

電路結構如圖J-1,積分電路可將矩形脈衝波轉換為鋸齒波或三角波,還可將鋸齒波轉換為拋物波。電路原理很簡單,都是基於電容的充放電原理,這裡就不詳細說了,這裡要提的是電路的時間常數R*C,構成積分電路的條件是電路的時間常數必須要大於或等於10倍於輸入波形的時間寬度。輸出信號與輸入信號的積分成正比的電路,稱為積分電路。
積分電路積分電路
積分電路
原理:從圖得,Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,當t=to時,Uc=Oo.隨後C充電,由於RC≥Tk,充電很慢,所以認為Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故
Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫Uidt
這就是輸出Uo正比於輸入Ui的積分(∫Uidt)
RC電路的積分條件:RC≥Tk

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