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时间:2018-12-21
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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范围的限值。实用积分实验电路如图3.3.2
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。在理想化条件下,输出电压uO等于:可见输出电压正比
3、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。为了克服以上缺点,常常采用图3.3
4、.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RC1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
5、境中画出积分运算电路。参考电路如下图3.3.2-4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。[理论计算:积分关系式所以积分运算饱和时间为(假设积分饱和电压为14V):。](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
6、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3.3.2-5所示。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
7、换为正负相间的连续尖脉冲。五、实验报告
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