积分电路的结构和原理
巧学模电数电单片机 2022-01-20

简单的积分电路,频率不变,积分后的电平相当于把高电平的电压和对应的时间的面积,平均到一个周期里。


基本上占空比是50%,转换的电压,就是最高电压的50%,占空比30%,模拟电压就是30%。如PWM是5V的电平,转换后的直流电压就是2.5V和1.5V。


积分电路的用途
积分电路常见用于黑白和彩色电视机的扫描电路中。


积分电路的结构
积分电路的结构和电阻分压电路也很相似,并且与微分电路更相似,只是把微分电路中的电阻和电容交换位置而已。


这也是一个用电容器和电阻器组成的另一种分压电路。


但积分电路输入也不是正弦信号,而是脉冲信号,这也是积分电路与其它分压电路的不同之处。


积分电路的要求
在积分电路中,要求RC时间常数(电阻值乘以电容值)远远大于脉冲宽度,这一点是积分电路中电阻和电容必须满足的要求,这是微分电路和积分电路的又一个不同之处。


积分电路的作用
积分电路与微分电路在功能方面表现也是相反的:能够提取输入信号的平均值大小,即低频成份。


这中电路功能与电容滤波电路是有点相似,从电路中提取高频成份去填补低频成份,以至达到电路频率大小变化平均。


积分电路的原理
积分电路和微分电路在结构上只是电阻和电容交换位置,从微分电路图中可以想象出积分电路图。


积分电路中电路输入矩形脉冲信号U1加在电阻器上,经过电阻器后再在电容器上输出三角脉冲信号U2。


这个电路也可以这样理解:在电阻器和电容器串联电路上输入矩形脉冲信号,用示波器查看电路波形,在电阻器前面会是矩形脉冲信号,在电容器前面会是三角脉冲信号。


这主要利用电容器储能充电的特性将电路中矩形脉冲信号转变成三角脉冲信号输送到下一级电路中。


三角脉冲波比矩形脉冲波相对来说比较平稳,矩形波是明显一起一落,三角波虽然有起伏,但起伏变化没有矩形那么快,这样看来积分电路就和滤波电容的性质差不多了。


对积分电路原理分析过程要根据输入脉冲信号在前沿阶段、平顶阶段和后沿阶段等几种情况来进行:
1、当输入信号矩形脉冲还没有出现时,输入信号电压为零,所以输出信号电压也为零。


2、当输入信号矩形脉冲出现时,输入信号通过电阻对电容进行充电。由于电容内部刚开始没有电荷,所以电容会呈短路状态,也就是刚开始电容所承受的电压为零,输出信号电压也为零。


3、当输入信号矩形脉冲出现后,随着电容充电电荷不断地增加,电容所承受电压也在不断升高,输出信号电压也会随之升高。


流过电容的电流近似与输入脉冲信号电压大小成正比,所以输出信号电压大小近似与输入信号电压的积分正比,积分电路由此而得名。


4、当输入信号矩形脉冲消失时,电阻器的电压会突变为零,电容器就会对电阻器放电。


输出电路的电压就是电容放电电压,随着放电的进行,电容的电压越来越低,输出电路的电压也随之越来越低。


5、当输入信号矩形脉冲消失后,由于积分电路要求时间常数远远大于脉冲宽度,所以放电速度比较慢,在电容还没有放完电时下一个脉冲信号就又到来。


电容因为刚刚放了电而电压低于输入信号电压,这时电容又开始充电,随着充电的进行电容的电压越来越大,输出电压也就越来大。如此反复,一个脉冲又一个脉冲地循环。


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