multisim仿真教程 积分与微分电路

3.2积分与微分电路3.2.1积分运算电路反相积分电路如图3.2.1所示。在理想化条件下，输出电压u0(t)等于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(t)是幅值为E的阶跃电压，并设Uc(o)＝0，则)0(1)(010ctiudtuCRtu1.电路组成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(t)是幅值为E的阶跃电压，并设Uc(o)＝0，则ttCREEdtCRtu01101)(即输出电压uo(t)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输出范围的限值。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K1闭合，即通过电阻R2(R2)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R2的接入造成积分误差。K2的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UC(o)＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。其输入、输出波形如图3.2.2所示。3.2.1反相积分运算电路图3.2.2积分运算输入、输出波形3.2.2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，可组成基本微分电路。在理想化条件下，输出电压uO等于。可见输出电压正比于输入电压对时间的微分。dtduRCui0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”，使电路不能正常工作。为了克服以上缺点，常常采用图3.2.3所示的实用微分电路。主要措施是在输入回路中接入一个电阻R与微分电容C1(C1)串联，在反馈回路中接入一个电容C与微分电阻R1(R1)并联，并使RC1=R1C在正常的工作频率范围内，使，而，此时R1、C1图3.2.3实用的微分电路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RC1形成一个超前环节，对相位进行补偿，提高了电路的稳定性。实用微分电路输入输出波形如图3.2.4所示，图3.2.4实用微分电路输入输出波形