积分电路与微分电路

一、 实验目的

1、  研究积分电路的运算功能。

2、  研究输入电压的变化对积分电路输出的影响。

3、  研究电阻或电容的变化对积分电路输出的影响。

4、  研究积分电路中反馈电阻的作用。

5、  研究微分电路的运算功能。

6、  研究输入信号相位变化对微分电路输出的影响。

7、  研究电阻或电容的变化对微分电路输出的影响。

8、  研究微分电路中输入电阻的作用。

二、 实验器材

LM741 运算放大器                            1个

信号发生器                                    1台

示波器                                       1台

电容：0.01uF,  0.02uF, 0.05uF,  0.1uF          各一个

电阻：500Ω,  5KΩ,  10KΩ,  100KΩ         各一个

三、 实验原理

在图1所示的积分电路中，输出电压对时间的变化率与输入阶跃电压的负值成正比，与积分时间常数成反比，即

                      ΔV/Δt   

式中，R₁C为积分时间常数，V_in为输入阶跃电压。

反馈电阻R_f的主要作用是防止运算放大器LM741饱和。

在图4-24所示的微分电路中，输出电压V_o与输入对时间的变化率的负值成正比，与微分时间常数成正比，所以

                 

图中加入电阻R_in的主要作用是防止运放LM741产生自激振荡。

图1 运放积分电路

四、 实验步骤

1、  在EWB平台上建立如图1 所示的积分电路，仪器按图设置。单击仿真开关运行动态分析，记录输入及输出电压变化率，单位为V/ms。

2、  根据电路元件值及输入电压，计算输出电压变化率，单位为V/ms。

3、  将信号发生器的方波幅值改为2V，示波器A通道和B通道改为2V/Div。单击仿真开关运行动态分析，记录输入及输出电压的变化率，单位为V/ms。

4、  根据新的输入电压值，计算输出电压的变化率，单位为V/ms。

5、  将R_L由10KΩ改为5KΩ。再次单击仿真开关运行动态分析，记录输入电压及新的输出电压变化率，单位为V/ms。

6、  根据新的R₁值。计算输出电压变化率，单位为V/ms。

7、  将电容C改为0.002uF。单击仿真开关运行动态分析，测量输入及输出电压变化率，单位为V/ms。

8、  根据R₁的阻值及C的新电容值，计算输出电压变化率，单位为V/ms。

9、  下拉电路菜单Circuit并单击分析选项Analysis options,消去每屏显示后暂停的选项Pause after each screen, 然后单击接受Accept。将R₁改回10KΩ，C改回0.01uF，示波器实际改为0.1ms/Div.单击仿真开关运行动态分析，等电路达到稳态后，画出输入及输出波形图。

10、              将示波器B通道改为5V/Div,并把电阻R_f从电路中移走。单击仿真开关运行动态分析。等电路达到稳态后，画出输入及输出波形。记录输入电压变化率，单位为V/ms，并记录输出电压V₀。

11、              在EWB平台上建立如图2 所示的微分电路，仪器按图设置。单击仿真开关运行动态分析。等电路达到稳态后，画出输入及输出波形。记录输入电压变化率，单位为V/Div，并记录输出电压V₀。

图2 微分电路

12、              根据电路元件值及输入电压变化率，计算输出电压V₀。

13、              将信号发生器的频率改为2KHz,示波器的时基改为0.05ms/Div。单击仿真开关运行动态分析。当达到稳态后，记录新的输入电压变化率，单位为V/ms，并记录输出电压V₀。

14、              有新的输入电压变化率计算输出电压V₀。

15、              将信号发生器的频率改回1KHz，示波器的时基改回0.1ms/div，反馈电阻改为10KΩ。单击仿真开关运行动态分析。等电路达到稳态后，记录输入电压变化率，单位为V/ms，并记录输出电压V₀。

16、              根据新的R_f值，计算输出电压V₀。

17、              将R_f改回5KΩ，并将电容C改为0.1uF。单击仿真开关运行动态分析。等电路达到稳态后，记录输入电压变化率，单位为V/ms，并记录输出电压V₀。

18、              根据电容C的新容量值，计算输出电压V₀。

19、              将电容C改回0.05uF，移去电阻R_in并换成短路线。单击仿真开关运行动态分析，描述所看到的情况。

五、 思考与分析

1、  对积分电路来说，步骤9中的输出波形是输入波形的积分吗？

2、  积分电路输出电压变化率的计算值与测量值比较，情况如何？

3、  积分电路的输出电压变化率是由输入电压决定的吗？

4、  积分电路的输出电压变化率是由输入端电阻R₁决定的吗？

5、  积分电路的输出电压变化率是由电容C决定的吗？

6、  为什么积分电路输出电压变化率为负值？

7、  在步骤10中，移去反馈电阻R_f后输出波形发生了什么变化？

8、  在步骤11中，微分电路的输出波形是输入波形的微分吗？

9、  微分电路输出电压V₀的计算值与测量值比较，情况如何？

10、              微分电路的输出电压V₀是由输入电压的变化率决定的吗？

11、              微分电路的输出电压V₀是由反馈电阻值R_f决定的吗？

12、              微分电路的输出电压V_0­是由电容值C决定的吗？ 

13、              为什么微分电路的输出电压为负值？

14、              在步骤19中，移走微分电路的输入端电阻R_in后，发生了什么？