积分与微分电路

1、积分与微分电路一、实验目的1、熟悉Multisim软件的使用方法。2、掌握积分运算与微分运算关系及基本测量方法。二、实验原理1 .积分运算电路反相积分电路如图3.3.2-1所示。CFtAR1图3.3.2-1反相积分电路在理想化条件下，输出电压 u0等于1u 0 (t)= - R1ctUidt Uc(0)式中 UC(o)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。如果ui是幅值为E的阶跃电压，并设 Uc(o) = 0,则1u0 =-RC、CtEEdt = t0RC即输出电压 uo随时间增长而线性下降。显然RC的数值越大，达到给定的 uo值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大

2、输出范围的限值。实用积分实验电路如图3.3.2-2 所示。图3.3.2-2实用积分实验电路的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K1打开，以免因K1闭合，即通过电阻R2(R2)R2的接入造成积分误差。K2的UC(o) = 0,另一方面，可控制积 电路也就开始进行积分运算。为了克服以上缺点，常常采用图3.3.2-3所示的实用微分电路。在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中 设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压分起始点，即在加入信号 ui后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电,2 .微分电路微分是积分的逆运算。将积分电路中R和c的位置互换，可组成

3、基本微分电路。在理想化条件下, 输出电压uo等于：u0=_RCdu_dt可见输出电压正比于输入电压对时间的微分。微分电路可以实现波形变换，例如将矩形波变换为尖脉冲，此外，微分电路也可以移相作用。基本微分电路的主要缺点是，当输入信号频率升高时，电容的容抗减小，则放大倍数增大，造成电 路对输入信号中的高频噪声非常敏感，因而输出信号中的噪声成分严重增加，信噪比大大下降。另一个 缺点是微分电路中的 RC元件形成一个滞后的移相环节，它和集成运放中原有的滞后环节共同作用，很 容易产生自激振荡，使电路的稳定性变差。最后，输入电压发生突变时有可能超过集成运放允许的共模 电压，以致使运放堵塞”，使电路不能正常工

4、作。图3.3.2-3实用的微分电路主要措施是在输入回路中接入一个电阻R与微分电容C1串联，在反馈回路中接入一个电容C与微分电阻R1并联，并使 RC1=R1C在正常的工作频率范围内，使，而，此时 R1、C1对微分电路的影响 很小。但当频率高到一定程度时，R1、C1的作用使闭环放大倍数降低，从而抑制了高频噪声。同时置R C1形成一个超前环节，对相位进行补偿，提高了电路的稳定性。三、虚拟实验仪器及器材741双踪示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表等仪器、集成电路四、实验内容与步骤1 .积分运算电路3.3.2-4 所示。(1)在Multisim环境中画出积分运算电路。参考电路如下图XSC1(2)

5、当输入电压为直流敲击Space键，拨动开关图3.3.2-4积分运算电路1V时，观察积分运算电路输出波形和测量积分饱和时间J2,令积分电路输入端接 1V直流电压。敲击 A键，通过开关J1的通、断，在示波器上观察积分过程或波形，参考图如下，并测量积分饱和时间。理论计算：积分关系式 Vo = -LtRC所以积分运算饱和时间为（假设积分饱和电压为14V）:TM =V0MLRC =14X10M103 M1M10" =0.l4s=140ms。Vi1（3）当输入信号为连续方波时，观察积分器输出波形设置函数发生器输出（频率50HZ,占空比50%,幅度10V）连续方波电压，拨动开关S2,将方波输入积分器，由示波器同时观察积分电路的输入（ VA）和输出（VB）电压波形，参考波形如下所示，由 图可知，积分器可以将连续的方波信号电压转换为连续的三角波电压。2 .微分运算电路（1）在Multisim环境中画出微分运算电路。参考电路如下图3.3.2-5所示。图3.3.2-5微分运算电路（2）当输入信号为连续方波时，观察微分器输出波形将函数发生器设置为连续方波（频率 500HZ,占空比50%,幅度1V）输出方式，将其连接到