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模拟技术
集成运放
集成运放是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。自从1964年美国仙童公司研制出第一个单片集成运算放大器μA702以来,集成运算放大器得到了广泛的应用。
应用6-积分运算
如上图所示,用电容Cf替换Rf作为反馈元件,构成反相积分电路(由于同相积分电路的共模输入成分大,积分误差大,所及实际场合中很少使用),可完成对输入电压的积分运算,即其输出电压与输入电压对时间的积分成正比。理想条件下:
上式中,负号表示输出电压与输入电压反相,uc(0)是t=0时刻电容Cf两端的电压值,一般设初始值为零。
如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压,并设uc(0)=0,则:
即,输出电压随时间增长而线性下降。R1C的值越大,则到达给定值的时间越长。
1 输入方波
如图所示,设置输入信号为100mV,1kHz的方波。S1提供电容放电通路,可实现电容初始值为0,亦可控制积分起始点。
示波器测得积分电路的输入输出电压波形如下:
S1断,通道A(蓝)-100mV/Div,通道B(红)-100mV/Div
S1闭,通道A(蓝)-100mV/Div,通道B(红)-100mV/Div
经过以上仿真实验,可见:
(a)积分电路起到波形变换的作用,能够将方波变换为三角波,电容Cf越大,则输出三角波的电压幅值越小;
(b)当R2接入电路时,积分起始点电压值发生变化。
理解:无R2时,电容Cf通过电阻R1充放电,与输入信号产生叠加影响充放电起始点的电压值,接入R2时,电容Cf可通过R2充放电,减弱了输入信号的影响。一般设置R2相对大一些,如果太小,则输出端将出现以下图示的波形。
通道A(蓝)-100mV/Div,通道B(红)-100mV/Div
2 输入正弦波
设置输入信号为100mV,1kHz的正弦波,得到的输出电压波形如图:
通道A(蓝)-100mV/Div,通道B(红)-20mV/Div
可见,当输入正弦波时,积分电路的功能是移相。
积分运算可用于波形变换/整形。在实际应用中,①受通频带影响,对快速变化的输入信号反应迟钝,出现滞后现象,因此一般选择场效应管运放或低漂移集成运放;②由于积分电容存在漏电阻,造成误差。
最后,同样的问题,你能试着用“虚短”、“虚断”的概念分析今天的运算电路功能吗?
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