积分运放电路实验.docVIP

实验四 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： C1．?选择电路形式 R 积分电路的形式可以根据实际要求来确定。 ui A uo 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 RP 变换，可选用基本积分电路。基本积分电路如图1 所示： 图1?? 基本积分电路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。所以τ的值必须满足： 当ui为阶跃信号时，τ的值必须满足： （E为阶跃信号的幅值） 另外，选择τ值时，还应考虑信号频率的高低，对于正弦波信号ui Uimsinωt，积分电路的输出电压为： 由于 的最大值为1，所以要求： 即： 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。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。 四．积分电路的调试? 对于图1所示的基本积分电路，主要是调整积分漂移。一般情况下，是调整运放的外接调零电位器，以补偿输入失调电压与输入失调电流的影响。调整方法如下：先将积分电路的输入端接地，在积分电容的两端接入短路线，将积分电容短路，使积分电路复零。然后去掉短路线，用数字电压表（取直流档）监测积分电路的输出电压，调整调零电位器，同时观察积分电路输出端积分漂移的变化情况，当调零电位器的值向某一方向变化时，输出漂移加快，而反方向调节时，输出漂移变慢。反复仔细调节调零电位器，直到积分电路的输出漂移最小为止。 五．设计举例 Rf已知：方波的幅度为2伏，方波的频率为 C500Hz，要求设计一个将方波变换为三角波的 R 积分电路，积分电路的输入电阻Ri≥10kΩ， ui A uo 并采用μA741型集成运算放大器。 设计步骤： RP1．?选择电路形式 根据题目要求，选用图2反相积分电路。 图 2?? 反相积分电路 2．确定时间常数τ RC要将方波变换为三角波，就是要对方波的每半个周期分别进行不同方向的积分运算。当方波为正半周时，相当于向积分电路输入正的阶跃信号；当方波为负半周时，相当于向积分电路输入负的阶跃信号。因此，积分时间都等于? 。由于μA741的最大输出电压Uomax ±10V左右，所以，τ的值必须满足： （E为方波信号的幅值） 由于对三角波的幅度没有要求，故取τ 0.5ms。3．?确定R和C的值由于反相积分电路的输入电阻Ri≥10kΩ，故取积分电阻R Ri 10 kΩ。因此，积分电容： （取标称值0.047μF 4. 确定Rf和RP的值 为了减小Rf所引起的积分误差，取 平衡电阻RP为： 六．实验内容 1．设计一个积分电路，用来将方波变换为三角波。已知方波的幅值为2V，频率为1kHz。要求积分电路的输入电阻 ，采用μA741型集成运算放大器。 2．按所设计的电路图进行安装和调试，观察积分漂移现象，将该电路调零并设法将积分漂移调至最小。 3．按设计指标要求给所设计的电路输入方波电压信号，观察积分电路的输出波形。记录输出波形的幅值和频率，若达不到设计指标要求，应调整电路参数，直到满足设计指标为止。4．?分析误差和误差产生的原因。 七．实验报告要求 实验报告包括以下内容：1．?项目名称2．?已知条件和指标要求 3．?所需的仪器设备4．?电路的设计过程，所选用的电路原理图。5．?调试过程，标有经调试后所采用的元件数值的电路图。6．?主要技术指标的测量7．?数据处理及误差分析 附录： 一．当ui是