2022-2023学年高二物理竞赛课件：积分运算电路

积分运算电路 积分运算电路 输入电压为方波时，输出为一个三角波。 输入阶跃信号 呢？ 电路定性工作原理如下： 合电源瞬间，电容上电压为0（即 ），但因电路中的噪声等原因， 的电位可能为正，此时，输出 电压为高电平 ，于是电容器C充电，其路径为：运放输出→RO→R→C→地→电源→运放输出，形成闭合回路， 电压指数规律上升。当该电压升至反相滞回比较器的上限触发电平VTH时 ，输出状态变为低电平 。 这之后，电容器C放电，随着放电，电容上电压 下降，当下降到下限门限电平 时， 输出状态又回到高电平，如此的周而复始，在输 出端得到方波，而在电容器上将得到三角波形。 电路的主要技术指标： ① 振荡周期（或振荡频率） 利用过度过程中，一阶RC电路电容上电压的过度过程计算。 根据波形T=2t1，即电容充电时间和放电时间之和。 根据波形充电时有： 根据波形放电时有： 所以有： 解得： ② 振荡幅度 该电路的三角波线性不好是主要的缺点，设想让电容恒流充放电来改善线性，得到线性优胜的三角波。 改进的思路是：设想加在比较器的比较电压来自积分器的输出，而比较器的输出又作为积分器的输入，如图所示： 电路由线性积分器和一个同相滞回比较器组成，积分器的输入来自比较器输出，积分器输出又为比较器的比较电压输入。 振荡原理定性说明： 合上电源瞬间，假定比较器输出为高电平VO2=VOH=+VZ，积分器负方向积分，VO1负方增大，当VO1下降至同相比较器的VTL时，比较器状态翻转成低电平VO2=VOL=-VZ，积分器又作正方向积分，VO1线性上升，当升至上限触发电平VTH时，比较器输出又翻转 为高电平VO2=VOH=+VZ，如此周而复始，产生振荡，使VO1输出为线性优良的三角波，VO2输出方波。其波形如图所示： 输出波形的周期T计算：是两次积分时间之和，先求三角波的幅度，而幅度应从同相滞回比较器的临界转换条件来求。当 时，流过电阻R1和R2的电流相等，由此得： 从波形图得： 思考：要产生如下的波形时，电路应该如何改进？ 如要产生示波器的锯齿波扫描信号 $