电工电子技术：第25讲 积分运算电路
1、应用举例：试求uo与ui的关系,四、 积分运算电路,由虚短及虚断性质可得 i1 = if,if =?,当电容CF的初始电压为 uC(t0) 时，则有,若输入信号电压为恒定直流量，即 ui= Ui 时，则,积分饱和,线性积分时间,线性积分时间,UoM,ui = Ui 0,ui = Ui 0,采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故 uo 是时间 t 的一次函数，从而提高了它的线性度。,输出电压随时 间线性变化,Ui,Ui,将比例运算和积分运算结合在一起，就组成 比例-积分运算电路。,电路的输出电压,上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分,这种运算器又称 PI 调节器,
2、 常用于控制系统中, 以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变 RF 和 CF，可调整比例系数和积分时间常数, 以满足控制系统的要求。,五、 微分运算电路,由虚短及虚断性质可得 i1 = if,Ui,Ui,比例-微分运算电路,上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分,控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。,PD调节器,if,应用举例：PID调节器,依据虚断和虚短原则,if = i1+ic,应用举例：,该电路由哪些基本单元电路组成?,分别写出A1 A2的表达式,建立ui uo 的关系式,由逆向积分器构成的微分电路,应用举例：试求uo与ui的关系,5
3、5 集成运放在幅值比较方面的应用,一、 开环工作的比较器,二、 滞回比较器,第5章,上页,下页,返回,三、方波发生器,5.5.1 开环工作的比较器,第5章,翻页,注意：稳压管特性,R1,R2,UOH,-UOL,t,t,UOH,UOL,0,0,0,ui,uo,uO,ui,uo,反相输入过零比较器,第5章,上页,下页,返回,翻页,ui,UZ,UZ,0,uo,第5章,翻页,ui,转折电压：,为什么,假设DZ断开：,设 u0，u-为0时状态发生变化，,UZ,-UZ,UTL,UTH,0,ui,uo,第5章,上页,下页,*5.5.2 滞回比较器,返回,反相输入滞回比较器,电路引入正反馈，转折电压 u+ 与
4、输出电压有关，转折点对称纵轴。,R1,R2,uO,ui,R3,Rf,Dz,UZ,UZ,-UZ,UTL,UTH,0,ui,ui,第5章,上页,下页,返回,翻页,R1,R2,uO,ui,R3,Rf,Dz,UZ,ui,UZ,-UZ,0,UTL,UTH,第5章,上页,uR,返回,uO,下页,电压比较器的分析方法,1. 输出电压跃变的条件,由此可求出电压比较器的转折电压UT,对过零比较器 转折电压 UT = 0,2. 电压传输特性,输出端不接 DZ时， uo = UOM,输出端接 DZ限幅时， uo = UZ,本节结束,矩形波发生器,1. 电路结构,由滞回比较器、,RC充放电电路组成，,电容电压uC 即
5、是比较器的输入电压，,2. 工作原理,设电源接通时， uo = +UoH ，uC(0) = 0。,电阻R2两端的电压UR即是比较器的参考电压。,uo 通过 RF 对电容C充电， uC 按指数规律增长。,当 uo = +UoH时，电容充电， uC上升，,电容放电， uC下降，,当uC= UR 时，uo 跳变成 UoH,当 uC= UR 时，uo 跳变成 +UoH ，电容又重新充电。,2. 工作原理,3. 工作波形,T = T1+T2,电容充放电过程，uC 的响应规律为,4. 周期与频率,注意充电的起点、终点,矩形波的周期,矩形波的频率,充放电时间常数相同： = RC,矩形波常用于数字电路中作为信
6、号源,A1：滞回比较器 因 u = 0 ， 所以当 u+ = 0 时， A1状态改变,三角波发生器,1. 电路结构,A2：反相积分电路,2. 工作原理,因 u- = 0 ，所以当 u+ = 0时，A1状态改变,输出 uo1 改变(+UZ 跃变到UZ 或 UZ 跃变到 +UZ)，,当,同时积分电路的输入、输出电压也随之改变。,3. 工作波形,4. 周期与频率,T = T1+ T2 = 2T1 = 2T2,(1) 改变比较器的输出 uo1、电阻R1 、R2 即可改变三角波的幅值。 (2) 改变积分常数RC 即可改变三角波的频率。,锯齿波发生器,1. 电路,三角波发生器,在三角波发生器的电路中，使积
7、分电路的正、反向积分的时间常数不同，即可使其 输出锯齿波。,2. 波形,锯齿波发生器,1. 电路,退出,不需要任何输入信号；,必须在电路中引入足够强的正反馈。,第6章,上页,下页,返回,翻页,第6章,上页,下页,返回,6.1.1 正弦波振荡电路的基本原理,6.1.2 RC正弦波振荡电路,61 正弦波振荡电路,*6.1.3 LC正弦波振荡电路,Ud,1,2,6.1.1 正弦波振荡电路的基本原理,1、自激振荡的条件,S 在 2: 令,所以产生自激振荡的条件为:,S,上页,下页,第6章,返回,+,+,+,-,-,-,.,.,则输出电压保持不变。,翻页,A,F,自激振荡的条件:,幅度平衡条件：,相位平
8、衡条件:,A+ F = 2n （n=0,1,2）,反馈信号与输入信号的大小相等,在放大倍数 一定时应有足够强的反馈量。,反馈信号与输入信号同相，必须引入正反馈。,上页,下页,第6章,返回,翻页,2、 振荡的建立与稳定,振荡电路的起振:,选择电路（一般和反馈电路在一起）选择某一频率的信号增幅振荡,电路由,电路变为等幅振荡,上页,下页,第6章,返回,翻页,通过不断地放大正反馈再放大再反馈，使Uom不断增大，一直到达某一点时，才稳定下来。,自激振荡的建立过程,A,反馈特性,Ufm=|F|Uom,幅度特性,Uom=f(Ufm),Ufm1,Ufm2,Uom2,Uom1,上页,下页,返回,翻页,初始值由哪
9、来,由上述讨论可知：,正弦波振荡电路应由以下部分组成：,放大电路,正反馈电路,选频电路,稳幅电路,上页,下页,第6章,返回,翻页,6.1.2 RC正弦波振荡电路,1.电路组成,R,C,C,R,Rf,R1,负反馈网络 （稳幅环节）,文氏电桥正弦波振荡电路,上页,下页,第6章,返回,翻页,Ao,2、 RC串并联网络的选频特性,+,+,R,C,C,R,Z1,Z2,当:,即,或,时,结论：,第6章,翻页,RC串并联选频网络,+,+,R,C,C,R,Z1,Z2,3、 如何满足自激振荡条件,A=3,即 A3,第6章,翻页,ui,u,o,f,C,C,+,uf,Ao,4、 稳幅措施,特点：,利用二极管的非线性 自动调节反馈的强弱来维 持输出电压的恒定。,UOrU |A|,缺点
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