如何設(shè)計(jì)時(shí)間可調(diào)的給定積分器電路？這樣處理積分電路更靈活。

給定積分器的作用：把用戶的給定階躍信號(hào)轉(zhuǎn)換為斜坡給定信號(hào)，減少給定突變引起的瞬間沖擊。

1 電路圖原理分析：

輸入信號(hào)為用戶可調(diào)電阻分壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器IC1A放大后，經(jīng)過(guò)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，輸入給運(yùn)算放大器IC1B，信號(hào)經(jīng)過(guò)電容C3進(jìn)行累積后，經(jīng)放大器輸出。

這個(gè)電路最主要的元器件是兩個(gè)運(yùn)算放大器，要想分析清除電路的工作原理，必須把運(yùn)算放大器的工作原理弄清楚。

1.1 運(yùn)算放大器原理：

運(yùn)算放大器是一種集成電路，功能是把輸入電壓信號(hào)放大N倍后輸出。

放大倍數(shù)（也叫增益）：輸出電壓與輸入電壓的比值A(chǔ)。

運(yùn)算放大器特點(diǎn)：高增益，高輸入電阻，低輸出電阻。

一個(gè)運(yùn)算放大器元件通常包含兩個(gè)電源端，兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端。電源端接直流偏置電壓，有的運(yùn)放是單軌電源供電，比如0~5V供電，有的運(yùn)放是雙軌電源供電，比如-5~+5V供電。

標(biāo)記為負(fù)的一端稱為倒向輸入端，也叫反向輸入端。當(dāng)輸入電壓U加在負(fù)端與公共端之間時(shí)，輸出電壓Uo等于-U，符號(hào)與輸入電壓U相反。

標(biāo)記為正的一端稱為非倒向輸入端，也叫同向輸入端。當(dāng)輸入電壓U加在正端與公共端之間時(shí)，輸出電壓Uo等于U，符號(hào)與輸入電壓U相同。

如果正端和負(fù)端分別輸入電壓U1,U2時(shí)，設(shè)正負(fù)端輸入電壓差值為Ud=U1-U2，則輸出電壓Uo=AUd。把Ud稱為差動(dòng)輸入電壓。

當(dāng)U1=0，則Ud=-U2，Uo=-AU2。當(dāng)U2=0，則Ud=U1，Uo=AU1。

運(yùn)放輸出電壓Uo與差動(dòng)輸入電壓Ud之間的關(guān)系可用上圖描述，在Ud很小的范圍內(nèi)(-ε, ε)，Uo與Ud之間呈現(xiàn)線性關(guān)系，斜率為放大倍數(shù)A，由于A非常大，使得曲線斜率很陡峭，Ud的線性范圍非常小。隨著Ud的增大，輸出電壓Uo區(qū)域飽和電壓Us。

因此，在運(yùn)放的線性范圍內(nèi)，Rin=∞，Ro=0，A=∞，運(yùn)放的差壓輸入值Ud≈0，則同向端和倒向端電壓基本相等。

由此獲得運(yùn)放兩條非常重要性質(zhì)：

1 虛短：同向端和倒向端電壓相等；

2 虛斷：倒向端和非倒向端輸入電流為零；

有了運(yùn)放的基本性質(zhì)，就可以對(duì)電路圖進(jìn)行分析了。

1.2 電路原理分析

分析第一個(gè)運(yùn)放IC1A。該運(yùn)放的同向輸入端通過(guò)電阻R3接給定電壓信號(hào)和電阻R5接積分輸出反饋信號(hào)。倒向輸入端通過(guò)電阻R4接公共端地。根據(jù)運(yùn)放基本性質(zhì)，輸入端虛短，同向輸入端無(wú)電流流過(guò)，則給定電壓Ug與積分反饋電壓Ui之間的電壓差，必定在同向輸入端產(chǎn)生電壓信號(hào)Ud，而倒向輸入端電壓為0，則當(dāng)電壓Ud>0時(shí)，運(yùn)放輸出飽和導(dǎo)通電壓Us，當(dāng)電壓Ud<0時(shí)，運(yùn)放輸出飽和導(dǎo)通電壓-Us。

分析IC1A運(yùn)放輸出參數(shù)配置：當(dāng)運(yùn)放IC1A輸出Us時(shí)，通常Us略低于供電電源電壓+5V，當(dāng)運(yùn)放IC1A輸出-Us時(shí)，通常-Us略低于供電電源電壓-5V，

當(dāng)運(yùn)放輸出電壓大于公共端電壓時(shí)，二極管D2導(dǎo)通，配置不同的R8，R9值，可選擇不同的積分電容充電時(shí)間常數(shù)，當(dāng)運(yùn)放輸出電壓小于公共端電壓時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，配置不同的R6,R7值，可選擇不同的積分電容放電時(shí)間常數(shù)。

兩個(gè)二極管的作用是對(duì)電容C3的充電和放電積分時(shí)間參數(shù)進(jìn)行選擇，使得積分具有不同的上升時(shí)間和下降時(shí)間。

分析運(yùn)放IC1B，運(yùn)放倒向輸入端通過(guò)R11電阻輸入，倒向輸入端與運(yùn)放輸出端通過(guò)電容C3相連接。輸出端通過(guò)電阻R3接電容C4用于信號(hào)濾波。

根據(jù)運(yùn)放虛短基本特性，可知運(yùn)放的倒向輸入端與同向輸入端電壓相等，同向輸入端電壓為公共端電壓0V，因此，倒向輸入端電壓為0V。

根據(jù)運(yùn)放虛斷基本特性，R11輸入電流完全流入電容C3，不經(jīng)過(guò)運(yùn)放倒向輸入端，當(dāng)R11流入正向電流時(shí)，C3電容被充電，運(yùn)放輸出電壓反向升高或正向下降，反之，當(dāng)R11流入反向電流時(shí)，C3電容被放電，運(yùn)放輸出電壓正向升高或反向下降，

2 電路參數(shù)計(jì)算：

2.1 計(jì)算運(yùn)放IC1A輸出電壓：

設(shè)運(yùn)放倒向輸入端電壓為U1，則當(dāng)輸入電壓Ug與積分電路輸出電壓Uob不相等時(shí)，可計(jì)算U1電壓：

當(dāng)U1>0時(shí)，計(jì)算此時(shí)的Ug與Uob之間的關(guān)系：

此時(shí)運(yùn)放IC1A同向輸入端電壓大于0，倒向輸入端電壓等于0，差動(dòng)輸入電壓Ud>0，輸出電壓為Us≈5V，反之，差動(dòng)輸入電壓Ud<0，輸出電壓為Us≈-5V。

2.2 計(jì)算積分時(shí)間參數(shù)：

假設(shè)運(yùn)放IC1A輸出電壓為5V，則計(jì)算Uoa值：

此時(shí)二極管D2導(dǎo)通，假設(shè)二極管壓降為0.7V，則R9電壓為Uoa-0.7V。

對(duì)電路列寫KCL電流平衡方程：

計(jì)算Uoa值：

選擇不同的R8，R9可獲得不同的Uoa值，對(duì)應(yīng)著不同的電容C3充電電流。

當(dāng)運(yùn)放輸出電壓為-5V時(shí)，同樣可計(jì)算出小于0的Uoa值。

2.3 計(jì)算積分輸出電壓：

利用運(yùn)放的虛短、虛斷性質(zhì)，R11流入的電流等于電容C3流入的電流。

由此，獲得運(yùn)放輸出電壓Uob：

3 結(jié)論：

當(dāng)Uob輸出值與Ug滿足下列等式時(shí)：

運(yùn)放IC1A差動(dòng)輸入電壓Ud=0，此時(shí)運(yùn)放輸出電壓為0，則Uoa等于0，積分電路輸出電壓保持當(dāng)前的Uob值，否則，必然造成積分電路的正向或反向積分。

因此，此給定積分器是具有負(fù)反饋功能的電壓積分給定器，積分器輸出電壓Uob與輸入電壓Ug之間保持固定的比例關(guān)系。