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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。图 3.3.2-1 反相积分电路在理想化条件下，输出电压u0(t)等于)0(1)(010ctiudtuCRtu式中UC(o) 是 t0 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
2、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 实用积分实验电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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，
3、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。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：dtduRCui0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
4、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3.3.2-3 所示的实用微分电路。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
5、电路的稳定性。三、虚拟实验仪器及器材双踪示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表等仪器、集成电路741 四、实验内容与步骤1. 积分运算电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - （ 1）在 Multisim 环境中画出积分运算电路。参考电路如下图3.3.2-4 所示。XFG1J1Key = SpaceR110kV11 V U17413247651C11uF R210kV215 V V315 V J2Key = A X
6、SC1ABExt Trig+_+_图 3.3.2-4 积分运算电路（ 2）当输入电压为直流1V 时，观察积分运算电路输出波形和测量积分饱和时间敲击 Space键，拨动开关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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 理论计算：积分关系式tRCVVO1所以积分运算饱和时间为（假设积分饱和电压为
7、14V） ：mssRCVVTOMM14014. 01011010114631。 （ 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - -
8、- 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。U17413247651R110kV215 V V315 V XSC1ABGTXFG1R210kC10.1uF R3100 C20.01uF 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，将其连接到微分器的输入端。由示波器同时观察微分电路的输入（VA）和输出 (VB) 电压波形。参考波形如下所示。由图可知，微分电路可以将连续的方波转换为正负相间的连续尖脉冲。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 五、实验报告名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -