积分、微分、比例运算电路

1、模拟电路课程设计报告题目：积分、微分、比例运算电路一、设计任务与要求设计一个可以同时实现积分、微分和比例功能的运算电路。用开关控制也可单独实现积分、微分或比例功能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

2、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：积分运算电路比例求和运算电路微分运算电路比例运算电路图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：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：稳压电路滤波电路整流电路电源变压器图3直流电源电路图如下：图

3、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VL）VL定义为整流输出电压VL 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

4、，在Vi 的正半周，VL = V2 ，且VL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VL的波形进行分解后可得式中恒定分量即为负载电压VL的平均值，因此有整流元件参数：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

5、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。启动电路基准电压电路取样比较放大电路和调整电路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1

6、A，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 iI = iF ，得反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为Rif = R1引入深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为R0f =0该实验所设定

7、的比例系数为-10，由uo=-(R5/R1)uI推出R5/R1=10。（2）积分运算电路参数计算：由于“虚地”，u- = 0，故uO = -uC由于“虚断”，iI = iC ，故uI = iIR = iCR = RC积分时间常数输入电压为阶跃信号，当 t t0 时，uI = 0，uO = 0。当 t0 t1 时， uI = 0，uo 保持 t = t1 时的输出电压值不变。实现的波形变换为方波变三角波（3）微分运算电路参数计算：由于“虚断”，i- = 0，故iC = iR又由于“虚地”， u+ = u- = 0 可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。微分电路的作用：实现波形变换，如当RCT

8、/2将方波变成尖峰脉冲。四、总原理图及元器件清单1总原理图图82元件清单表元件序号型号主要参数数量备注（单价）T15AA74110.8R1K10.05R10K10.05R20K10.05R100K10.05C3.3mF20.5C0.47F10.2U3LM781211U4LM791211 LED20.3D1N400780.15、 安装与调试 1、安装：按电路图布局好电路，之后焊接好电路板。 2、调试： 静态调试： 用万用表对电路板进行静态测试，目的主要是为了防止虚焊或者漏焊。 动态调试： 接好电路利用示波器和函数信号发生器验证积分、微分和比例功能： 当为积分电路时，输入方波信号时，调节各种数据参

9、数，输出应该为 三角波信号；当为微分电路时，输入方波信号时，调节信号发生器的频率 使RCT/2，则输出为尖峰脉冲；当为比例运算电路时，输出信号应为输 入信号的十倍。 6、 性能测试与分析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仿真波形：图9三种功能一起实现时，输入分别为正弦波三角波方波时波形如下：图10图11图12积分运算电路仿真波形（输入为方波时输出为三角波）：图13微分电路仿真波形（输入为方波时输出为尖峰脉冲）：图14比例电路仿真波形（输出为输入为-10倍）：图15（1）实验数据：1 变压器原边电压：220V2 变压器副边电压：+14V -14V3 稳压块的输入电压：+18

10、.25V -17.25V4 稳压块的输出电压：+11.75V -11.75V5 比例运算电路输入电压：253.8mV 输出电压：2.53V. （2）数据处理：理论值的计算： 1) 副边电压： +15V -15V 2) 稳压输出电压： +12V -12V 3) 输入正弦波电压：253.8mv. 4) 输出电压-1.500V：2.53V误差计算： 变压器副边： 1=(15-14)/15*100%=6.7% 稳压电压： 2=(12-11.75)/12*100%=2.08% 3=(-11.75+12)/20*100%=2.08%比例运算电路：4=(10-2.53/20.2538)/10*100%=0.

11、315%7、 结论与心得 完成了积分、微分、比例运算电路及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的制作，之后感觉更加进入了社会，有理论还不行一定得考虑实际。从积分、微分电路设计中就可发现这一真理，而且由于所用软件中的所有元件都为理想原件，即使达到了实验要求，实际运用中也未必有效。 它让我们对书本知识有进一步的理解。平时在学习课本上的知识时，觉得难以理解，对元件的认识也很浅。但经过这次的课程设计制作，我们自己去市场上购买自己需要的元件，增加了我们对元件的了解。 通过这次课程设计我对模拟电子技术有了更进一步的熟悉和了解，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。八、参考