積分電路的定義
輸出信號與輸入信號的積分成正比的電路,稱為積分電路。基本積分電路如圖1 所示。
積分電路的原理
積分電路的結構如圖2,積分電路可將矩形脈沖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,都是基于電容的沖放電原理,這里就不詳細說了,這里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于或等于10倍于輸入波形的寬度。
從圖中可以看出,Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,當t=to時,Uc=Oo.隨后C充電,由于RC≥Tk,充電很慢,所以認為Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故
Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫icdt
這就是輸出Uo正比于輸入Ui的積分(∫icdt)
RC電路的積分條件:RC≥Tk
積分電路的特點
1:積分電路可以使輸入方波轉換成三角波或者斜波
2:積分電路電阻串聯在主電路中,電容在干路中
3:積分電路的時間常數t要大于或者等于10倍輸入脈沖寬度
4:積分電路輸入和輸出成積分關系
積分電路的應用
積分電路主要用于波形變換、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。
積分電路的設計方法與步驟
積分電路的設計可按以下幾個步驟進行:
1.選擇電路形式積分電路的形式可以根據實際要求來確定。
若要進行兩個信號的求和積分運算,應選擇求和積分電路。若只要求對某個信號進行一般的波形變換,可選用基本積分電路。
2.確定時間常數τ=RC
τ的大小決定了積分速度的快慢。由于運算放大器的最大輸出電壓 Uomax為有限值(通常 Uomax=±10V 左右),因此,若τ的值太小,則還未達到預定的積分時間 t 之前,運放已經飽和,輸出電壓波形會嚴重失真。所以τ的值必須滿足:
當 ui為階躍信號時,τ的值必須滿足:
另外,選擇τ值時,還應考慮信號頻率的高低,對于正弦波信號 ui=Uimsinωt,積分電路的輸出電壓為:
因此,當輸入信號為正弦波時,τ的值不僅受運算放大器最大輸出電壓的限制,而且與輸入信號的頻率有關,對于一定幅度的正弦信號,頻率越低τ的值應該越大。
3.選擇電路元件
1)當時間常數τ=RC 確定后,就可以選擇 R 和 C 的值,由于反相積分電路的輸入電阻Ri=R,因此往往希望 R 的值大一些。在 R 的值滿足輸入電阻要求的條件下,一般選擇較大的C 值,而且 C 的值不能大于 1μF。
2)確定 RP
RP 為靜態平衡電阻,用來補償偏置電流所產生的失調,一般取 RP=R。
3)確定 Rf
在實際電路中,通常在積分電容的兩端并聯一個電阻 Rf。Rf 是積分漂移泄漏電阻,用來防止積分漂移所造成的飽和或截止現象。為了減小誤差要求 Rf ≥ 10R。
4.選擇運算放大器
為了減小運放參數對積分電路輸出電壓的影響,應選擇:輸入失調參數(UIO、IIO、IB)小,開環增益(Auo)和增益帶寬積大,輸入電阻高的集成運算放大器。
積分電路的調試
對于圖 1 所示的基本積分電路,主要是調整積分漂移。一般情況下,是調整運放的外接調零電位器,以補償輸入失調電壓與輸入失調電流的影響。調整方法如下:先將積分電路的輸入端接地,在積分電容的兩端接入短路線,將積分電容短路,使積分電路復零。然后去掉短路線,用數字電壓表(取直流檔)監測積分電路的輸出電壓,調整調零電位器,同時觀察積分電路輸出端積分漂移的變化情況, 當調零電位器的值向某一方向變化時, 輸出漂移加快,而反方向調節時,輸出漂移變慢。反復仔細調節調零電位器,直到積分電路的輸出漂移最小為止。