输出电压与输入电压成积分关系的电路称为积分电路,通常由电阻和电容组成。积分电路主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。

1.积分电路作用


积分电路的作用主要是以下几个方面:

1. 将矩形波变成锯齿波或三角波

2. 延缓跳变电压

3. 进行脉冲转换

4. 抑制干扰脉冲和无用脉冲

5. 在电子开关中用于延迟

6. A/D 转换中,将电压量变为时间量

 

积分电路作用

(图片来源于互联网)

 

2.积分电路图


将反相放大器中的反馈电阻,换作电容,便成为如图所示的积分放大器电路。

 

积分电路图

(图片来源于互联网)

我们先了解电容的脾性。电容基本的功能是充、放电,是个储能元件。对变化的电压敏感(反应强烈),对直流电迟钝(甚至于无动于衷),有通交流隔直流的特性。对看待世界万物都是呈现电阻特性的人来说,也可以将电容看成会变化的电阻,由此即可解开积分电路的输出之谜。
依据能量守恒定律,能量不能无缘无故地产生,也不能无缘无故地消失,由之导出电容两端电压不能突变的定理。充电瞬间,电容的两极板之间尚未积累起电荷,故能维持两端电压为零的原状态,但此瞬间充电电流为最大,可以等效为极小的电阻甚至导线,如果说电容充电瞬间是短路的,也未尝不可,比如变频器主电路中,对回路电容要有限流充电措施,正是这个道理;电容充电期间,随时间的推移,充电电压逐渐升高,而充电电流逐渐减小,也可以认为此时电容的等效电阻由最小往大处变化;电容充满电以后,两端电压最高,但充电电流基本为零,此时电容等效为最大值电阻,对于直流电来说,甚至可以等效于断路,无穷大的电阻了。
总结以上,在电容充电过程中,有等效为最小电阻或导线、等效为由小变大的电阻、等效为最大电阻或断路等三个状态。

 

3.积分电路工作原理

 

积分电路是使输出信号与输入信号的时间积分值成比例的电路。最简单的积分电路由一个电阻 R 和一个电容 C 构成,如图(a)所示。若时间常数 RC 足够大,外加电压时,电容 C 上的电压只能慢慢上升。在 t<<RC 的时间范围内,电容 C 两端电压很小,输入电压主要降落在电阻 R 上,充电电流 i≈ui(t)/R,输出电压 u0(t)为 u0(t)= ∫i/Cdt ≈∫ui(t)/RCdt = t*ui(t)/RC,即输出电压近似与输入电压的时间积分值成比例。如果输入信号 Ui(t)是一个阶跃电压,理想积分电路的输出是一线性斜升电压,如图(b)虚线所示。简单的 RC 积分电路的实际输出波形与理想情况不同,在 t<<RC 的时间范围内,输出电压比较接近于理想的线性斜升电压,随着时间延续,电容两端的电压增高,充电电流减小、输出电压就越来越偏离理想积分电路的输出,如图(b)中实线所示。

 

积分电路工作原理

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积分电路也可用运算放大器和 RC 电路构成。理想的运算放大器,其输入端电流 i1≈0,输入端电压 UI≈0。当外加电压 ui(t)时,电容器 C 的充电电流 iC=i≈ui(t)/R,输出电压 uo(t)(即电容器 C 两端电压)为积分电路可用于产生精密锯齿波电压或线性增长电压,以作为测量和控制系统的时基;也可用于脉冲波形变换电路中。在电视接收机中,采用积分电路可从复合同步信号中分离出场同步脉冲。
积分电路还可以用于处理模拟信号。当输入为正弦信号 ui(t)=Um 时,积分电路的输出为 u0(t)=1/RCdt=Um/ωRC。其幅度为输入信号的 1/ωRC,相位落后 90°。当输入信号含有不同频率分量时,积分电路输出端的信号中频率较高的分量所占的比例降低。在间接调频器中,为了用调相电路得到调频波,先用积分电路对调制信号积分,后由调相电路对载波进行相位调制,得到调频波。