积分和微分电路结构原理带Multisim仿真

一、电路与波形

当输入信号流经如图所示的RC电路时，因C的充、放电（延迟）作用，致使输出电压的性质发生了显著变化。积分、微分基本电路即RC电路，其积分电路又常做为延时电路应用，延时时间的长短与R、C值的乘积相关，称为电路的时间常数t=RC。

如果将R1、C1互换位置，则变身为微分电路。但电路是否具有积分或微分功能，除了电路的本身结构以外，还需要输入信号Ui合适才行。
合适的RC电路，再加上合适的Ui信号。

二、作用及原理

1.积分电路

• 作用

消减变化量，突出不变量。
需要积分电路本身时间常数t远大于输入信号的频率周期， 即工作当中C1不会被充满也不可能彻底放完电，输出信号幅度要小于输入信号幅度。电路仅对信号的缓慢变化部分（矩形脉冲的平顶阶段）感兴趣，而忽略掉突变部分（上升沿和下降沿），这是由RC电路的延迟作用来实现的。能将输入矩形波转变成锯齿波（或三角波及其它波形）。

构成积分电路的条件是电路的时间常数t>=(输入波形的周期*10)

• 原理

RC电路延迟效应
因C1两端电压不能突变，在输入信号上升沿至平顶阶段，输入信号经R1对C1充电，C1两端电压因充电电荷的逐渐积累而缓慢上升；同样，在输入信号的下降沿及低电平时刻，C1通过R1放电，其上电压逐渐降低。由RC电路延迟效应，达到了波形变换的目的。在此过程中，因C1的“迟缓反应”，忽视了信号的突变部分。

2.微分电路

• 作用

消减不变量，突出变化量
需要电路本身时间常数t远小于输入信号的频率周期， 即工作当中C1（因其容量特小），充、放电速度极快，输出信号由此会出现双向尖峰（接近输入信号幅度）。电路仅对信号的突变量（矩形脉冲的上、下沿）感兴趣，而忽略掉缓慢变化部分（矩形脉冲的平顶阶段）。微分电路则能将输入矩形波（或近似其它波形）转变为尖波（或其它相近波形）。

输出的尖脉冲波形的宽度与R*C有关（即电路的时间常数），R*C越小，尖脉冲波形越尖，反之则宽。此电路的R*C必须远远少于输入波形的宽度，否则就失去了波形变换的作用，变为一般的RC耦合电路了。电路的时间常数t<=(输入波形周期的1/10）。

• 原理

电容的充放电
a、在输入信号上升沿到来瞬间，因C1两端电压不能突变（此时充电电流最大，电压降落在电阻R1两端），输出电压接近输入信号峰值（在输出端由耦合现象产生了高电平跳变）；

b、因电路时间常数较小，在输入信号平顶信号的前段，C1已经充满电，R1因无充电电流流过，电压降为0v，输出信号快速衰减至0电位，直至输入信号下降沿时刻的到来；

c、下降沿时刻到来时，C1所充电荷经R1泄放。此时C1左端相当于接地（构成放电通路），则因电容两端电压不能突变之故，其右端瞬间出现负向最大电平（其绝对值接近输入信号峰值）；

d、C1所充电荷经R1很快泄放完毕，R1因无充电电流流过，电压降为0v，输出负向电压信号快速升至0电位，直到下一个脉冲的上升沿再度到来。

在此过程中，微分电路取出了输入信号的突变（上升沿与下降沿）部分，对其渐变部分视若无睹

3.用途

使用微分和积分电路可以组成无源带通滤波器

三.仿真实例

微分积分电路图