運(yùn)算放大器積分器
發(fā)布時(shí)間:2011/12/20 10:22:25 訪問次數(shù):26366
理想積分器(integrator)如圖13.31所示。請(qǐng)注意,反饋元件是一個(gè)電容器,它和輸入電阻形成一個(gè)RC電路。雖然通常會(huì)使用一個(gè)大電阻與電容器并聯(lián)以便限制增益,但是它并不會(huì)影響積分器的基本操作方式,而且為了分析的目的,也沒有顯示出來。
電容器如何充電(how a capacitor charges)為了了解積分器如何工作,先復(fù)習(xí)電容器如何充電是很重要的。請(qǐng)回想一下,電容器上的電荷正比于充電電流(Ic)及充電時(shí)間(t)。 Q=Ict
同樣地,以電壓來表示,電容器上的電荷為 QCVc
利用這兩個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式,電容器的電壓可以表示為
這個(gè)方程式具有直線方程式的形式,其中直線通過原點(diǎn),斜率常數(shù)為Ic/C。請(qǐng)記住,從代數(shù)的角度,直線的一般式為y=mx+b。在這個(gè)情況下,y=Ve、m=Ic/C、x=t和b=0,
請(qǐng)回想一下,在一個(gè)簡單的RC電路中,電容器電壓是指數(shù)形式而非線性的。這是因?yàn)楫?dāng)電容器充電時(shí),充電電流會(huì)持續(xù)減少,而造成電壓改變率持續(xù)下降。有關(guān)使用運(yùn)算放大器和RC電路來做為積分器的關(guān)鍵,在于電容器的充電電流可以維持固定,因此產(chǎn)生一個(gè)直線(線性)電壓而非指數(shù)型電壓,F(xiàn)在讓我們來看看這項(xiàng)敘述為什么是正確的。
在圖13.32中,運(yùn)算放大器的反相輸入端是虛接地(OV),所以R兩端的電壓降等于Vin。因此,輸入電流為
Iin=Vin/Ri
如果Vin是固定的電壓,則Iin也會(huì)是常數(shù),這是因?yàn)榉聪噍斎攵艘恢笔荗V,使Ri兩端的電壓降保持固定。因?yàn)檫\(yùn)算放大器的輸入阻抗相當(dāng)高,所以反相輸入端的電流很小且可以忽略。這使得所有的電流都流過電容器,因此
Ic=Iin
電容器電壓(the capacitor voltage)因?yàn)镮in固定,所以Ie也是固定的。固定電流Ie對(duì)電容器線性地充電,使電容器C兩端產(chǎn)生線性電壓。電容器的正端因?yàn)檫\(yùn)算放大器輸入端虛接地的緣故,而保持在OV。電容器負(fù)端的電壓為運(yùn)算放大器的輸出電壓,當(dāng)電容器充電時(shí),會(huì)線性地從OV堿少,如圖13.33所示。此電壓稱為負(fù)斜坡電壓(negative ramp),它是固定的正輸入電壓產(chǎn)生的結(jié)果。
1.輸出電壓
Vout與電容器負(fù)端的電壓相同。當(dāng)一個(gè)固定正輸入電壓,以步級(jí)或脈沖(脈沖在高位準(zhǔn)時(shí)具有固定振幅)的形式輸入時(shí),輸出的斜坡電壓會(huì)在負(fù)電壓方向愈來愈大,直到運(yùn)算放大器進(jìn)入最大負(fù)電壓電平的飽和區(qū)。如圖13.34所示。
2.輸出改變率
我們已經(jīng)知道,電容器充電的速率也是輸出斜坡電壓的斜率,E02A08GA 它是由比值Ic/C決定。因?yàn)镮c=Vin/Ri積分器輸出電壓的改變率或斜率為△Vout/△t。
△Vout/△t=-Vin/RiC (13.7)
理想積分器(integrator)如圖13.31所示。請(qǐng)注意,反饋元件是一個(gè)電容器,它和輸入電阻形成一個(gè)RC電路。雖然通常會(huì)使用一個(gè)大電阻與電容器并聯(lián)以便限制增益,但是它并不會(huì)影響積分器的基本操作方式,而且為了分析的目的,也沒有顯示出來。
電容器如何充電(how a capacitor charges)為了了解積分器如何工作,先復(fù)習(xí)電容器如何充電是很重要的。請(qǐng)回想一下,電容器上的電荷正比于充電電流(Ic)及充電時(shí)間(t)。 Q=Ict
同樣地,以電壓來表示,電容器上的電荷為 QCVc
利用這兩個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式,電容器的電壓可以表示為
這個(gè)方程式具有直線方程式的形式,其中直線通過原點(diǎn),斜率常數(shù)為Ic/C。請(qǐng)記住,從代數(shù)的角度,直線的一般式為y=mx+b。在這個(gè)情況下,y=Ve、m=Ic/C、x=t和b=0,
請(qǐng)回想一下,在一個(gè)簡單的RC電路中,電容器電壓是指數(shù)形式而非線性的。這是因?yàn)楫?dāng)電容器充電時(shí),充電電流會(huì)持續(xù)減少,而造成電壓改變率持續(xù)下降。有關(guān)使用運(yùn)算放大器和RC電路來做為積分器的關(guān)鍵,在于電容器的充電電流可以維持固定,因此產(chǎn)生一個(gè)直線(線性)電壓而非指數(shù)型電壓,F(xiàn)在讓我們來看看這項(xiàng)敘述為什么是正確的。
在圖13.32中,運(yùn)算放大器的反相輸入端是虛接地(OV),所以R兩端的電壓降等于Vin。因此,輸入電流為
Iin=Vin/Ri
如果Vin是固定的電壓,則Iin也會(huì)是常數(shù),這是因?yàn)榉聪噍斎攵艘恢笔荗V,使Ri兩端的電壓降保持固定。因?yàn)檫\(yùn)算放大器的輸入阻抗相當(dāng)高,所以反相輸入端的電流很小且可以忽略。這使得所有的電流都流過電容器,因此
Ic=Iin
電容器電壓(the capacitor voltage)因?yàn)镮in固定,所以Ie也是固定的。固定電流Ie對(duì)電容器線性地充電,使電容器C兩端產(chǎn)生線性電壓。電容器的正端因?yàn)檫\(yùn)算放大器輸入端虛接地的緣故,而保持在OV。電容器負(fù)端的電壓為運(yùn)算放大器的輸出電壓,當(dāng)電容器充電時(shí),會(huì)線性地從OV堿少,如圖13.33所示。此電壓稱為負(fù)斜坡電壓(negative ramp),它是固定的正輸入電壓產(chǎn)生的結(jié)果。
1.輸出電壓
Vout與電容器負(fù)端的電壓相同。當(dāng)一個(gè)固定正輸入電壓,以步級(jí)或脈沖(脈沖在高位準(zhǔn)時(shí)具有固定振幅)的形式輸入時(shí),輸出的斜坡電壓會(huì)在負(fù)電壓方向愈來愈大,直到運(yùn)算放大器進(jìn)入最大負(fù)電壓電平的飽和區(qū)。如圖13.34所示。
2.輸出改變率
我們已經(jīng)知道,電容器充電的速率也是輸出斜坡電壓的斜率,E02A08GA 它是由比值Ic/C決定。因?yàn)镮c=Vin/Ri積分器輸出電壓的改變率或斜率為△Vout/△t。
△Vout/△t=-Vin/RiC (13.7)
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