积分器

一．实验目的：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。二．预习要求1．根据指标要求，设计积分电路并计算电路的有关参数。2．画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。3．写出预习报告三．积分电路的设计方法与步骤积分电路的设计可按以下几个步骤进行：1．选择电路形式积分电路的形式可以根据实际要求来确定。若要进行两个信号的求和积分运算，应选择求和积分电路。若只要求对某个信号进行一般的波形变换，可选用基本积分电路。基本积分电路如图1所示：2．确定时间常数τ=RCτ的大小决定了积分速度的快慢。由于运算放大器的最大输出电压Uomax为有限值（通常Uomax=±10V左右），因此，若τ的值太小，则还未达到预定的积分时间t之前，运放已经饱和，输出电压波形会严重失真。因此，当输入信号为正弦波时，τ的值不仅受运算放大器最大输出电压的限制，而且与输入信号的频率有关，对于一定幅度的正弦信号，频率越低τ的值应该越大。3．选择电路元件1）当时间常数τ=RC确定后，就可以选择R和C的值，由于反相积分电路的输入电阻Ri=R，因此往往希望R的值大一些。在R的值满足输入电阻要求的条件下，一般选择较大的C值，而且C的值不能大于1μF。2）确定RPRP为静态平衡电阻，用来补偿偏置电流所产生的失调，一般取RP=R。如R=Ri=10kΩ,R也就是输入电阻.3）确定Rf在实际电路中，通常在积分电容的两端并联一个电阻Rf。Rf是积分漂移泄漏电阻，用来防止积分漂移所造成的饱和或截止现象。为了减小误差要求Rf≥10R。4．选择运算放大器为了减小运放参数对积分电路输出电压的影响，应选择：输入失调参数（UIO、IIO、IB）小，开环增益（Auo）和增益带宽积大，输入电阻高的集成运算放大器。为了防止因Cf长时间充电导致集成运放饱和，常在Cf上并联电阻Rf，在积分电路的并联电阻有2种作用!1:低频段时(f约等于0Hz),可看作一个增益为-Rf/R的反向放大器.2:中频段时(0Hzffh),可看作一个具有直流增益A为:-Rf/R,截止频率fh为:1/2*Pi*Rf*c的积分电路.3.高频段时(ffh),大于截止频率(1/2*Pi*Rf*c),增益将衰减!所以说,并联电阻并不是提高高频段的增益,而是提高中频段的直流增益!二．实际积分电路误差的定性分析1．运放的输入失调电压UIO和输入失调电流IIO对积分电路输出电压的影响：当输入电压ui为零时，积分电路的输出端存在一定数值的零漂移电压，这个电压随时间变化，称为积分漂移。积分漂移是积分电路的主要误差之一，减小积分漂移的方法有：①．选择失调电压小和失调电流小的运放。②．选择RP=R。③．在积分时间常数一定的情况下，尽量加大积分电容C的值。2．运放的开环增益对积分电路输出电压的影响。由于实际运放的开环增益Auo不是无穷大，而是一个有限值。因此，对积分电路的输出电压也将产生影响。①．积分电路输出电压的相对误差与运放的开环增益Auo、积分时间常数RC成反比，与积分时间t成正比。②．运放的开环增益Auo越大，积分电路的相对误差越小。对于相同的开环增益Auo和积分时间常数RC，积分时间t越长，积分电路的相对误差就越大。③．要得到比较准确的积分运算，积分时间t必须要远远小于运放的开环增益Auo与积分时间常数RC的乘积。3．运放的输入电阻Rid所引起的误差：由于实际运放的输入电阻Rid不是无穷大，因此也将对输出电压产生一定的误差。输入电阻Rid的作用是降低了运放的开环增益，使积分电路输出电压的相对误差增加。当时，输入电阻Rid的影响可以忽略。4．积分电容的泄漏电阻RC对积分电路输出电压的影响积分电容的泄漏电阻RC对积分电路输出电压的影响是比较大的。因此，，为了提高积分电路的运算精度，应选择漏电小，质量好的电容。5．运算放大器的有限带宽对积分电路输出电压的影响运算放大器的有限带宽会影响积分电路的传输特性，使积分电路的输出电压产生一定的时间滞后现象。运算放大器的带宽越窄，时间滞后现象越严重。为了降低时间滞后现象，应选用增益带宽积比较大的运算放大器。