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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。工图3.3.2-1反相积分电路在理想化条件下，输出电压uO(t)等于u (t) = - t u dt + u (0)0 R C 0 i c1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1Eu (t) = V Edt = t0 RC oRC11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
2、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。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。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
3、。在理想化条件下， 输出电压u。等于：% = -RC号I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
4、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Rl、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(1)在Multisim环境中画出积
5、分运算电路。参考电路如下图332-4所示。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。V理论计算：积分关系式V =-一tO RC所以积分运算饱和时间为（假设积分饱和电压为14V）：T = om RC =x 10 x 103 x 1 x 10-6 = 0.14s = 140ms。M V 11（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。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332-5所示。将函数发生器设置为连续方波(频率500HZ，占空比50%，幅度IV)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。五、实验报告
