位置:51电子网 » 技术资料 » 存 储 器

运算放大器积分器

发布时间:2011/12/20 10:22:25 访问次数:26339

    理想积分器(integrator)如图13.31所示。请注意,反馈元件是一个电容器,它和输入电阻形成一个RC电路。虽然通常会使用一个大电阻与电容器并联以便限制增益,但是它并不会影响积分器的基本操作方式,而且为了分析的目的,也没有显示出来。

                    
    电容器如何充电(how a capacitor charges)为了了解积分器如何工作,先复习电容器如何充电是很重要的。请回想一下,电容器上的电荷正比于充电电流(Ic)及充电时间(t)。                    Q=Ict
    同样地,以电压来表示,电容器上的电荷为      QCVc
    利用这两个数学关系式,电容器的电压可以表示为
    这个方程式具有直线方程式的形式,其中直线通过原点,斜率常数为Ic/C。请记住,从代数的角度,直线的一般式为y=mx+b。在这个情况下,y=Ve、m=Ic/C、x=t和b=0,
    请回想一下,在一个简单的RC电路中,电容器电压是指数形式而非线性的。这是因为当电容器充电时,充电电流会持续减少,而造成电压改变率持续下降。有关使用运算放大器和RC电路来做为积分器的关键,在于电容器的充电电流可以维持固定,因此产生一个直线(线性)电压而非指数型电压。现在让我们来看看这项叙述为什么是正确的。
    在图13.32中,运算放大器的反相输入端是虚接地(OV),所以R两端的电压降等于Vin。因此,输入电流为
                             Iin=Vin/Ri

                      
    如果Vin是固定的电压,则Iin也会是常数,这是因为反相输入端一直是OV,使Ri两端的电压降保持固定。因为运算放大器的输入阻抗相当高,所以反相输入端的电流很小且可以忽略。这使得所有的电流都流过电容器,因此
                                Ic=Iin
    电容器电压(the capacitor voltage)因为Iin固定,所以Ie也是固定的。固定电流Ie对电容器线性地充电,使电容器C两端产生线性电压。电容器的正端因为运算放大器输入端虚接地的缘故,而保持在OV。电容器负端的电压为运算放大器的输出电压,当电容器充电时,会线性地从OV碱少,如图13.33所示。此电压称为负斜坡电压(negative ramp),它是固定的正输入电压产生的结果。

                     

     1.输出电压
    Vout与电容器负端的电压相同。当一个固定正输入电压,以步级或脉冲(脉冲在高位准时具有固定振幅)的形式输入时,输出的斜坡电压会在负电压方向愈来愈大,直到运算放大器进入最大负电压电平的饱和区。如图13.34所示。

                
    2.输出改变率
    我们已经知道,电容器充电的速率也是输出斜坡电压的斜率,E02A08GA 它是由比值Ic/C决定。因为Ic=Vin/Ri积分器输出电压的改变率或斜率为△Vout/△t。
                   △Vout/△t=-Vin/RiC  (13.7)
 

    理想积分器(integrator)如图13.31所示。请注意,反馈元件是一个电容器,它和输入电阻形成一个RC电路。虽然通常会使用一个大电阻与电容器并联以便限制增益,但是它并不会影响积分器的基本操作方式,而且为了分析的目的,也没有显示出来。

                    
    电容器如何充电(how a capacitor charges)为了了解积分器如何工作,先复习电容器如何充电是很重要的。请回想一下,电容器上的电荷正比于充电电流(Ic)及充电时间(t)。                    Q=Ict
    同样地,以电压来表示,电容器上的电荷为      QCVc
    利用这两个数学关系式,电容器的电压可以表示为
    这个方程式具有直线方程式的形式,其中直线通过原点,斜率常数为Ic/C。请记住,从代数的角度,直线的一般式为y=mx+b。在这个情况下,y=Ve、m=Ic/C、x=t和b=0,
    请回想一下,在一个简单的RC电路中,电容器电压是指数形式而非线性的。这是因为当电容器充电时,充电电流会持续减少,而造成电压改变率持续下降。有关使用运算放大器和RC电路来做为积分器的关键,在于电容器的充电电流可以维持固定,因此产生一个直线(线性)电压而非指数型电压。现在让我们来看看这项叙述为什么是正确的。
    在图13.32中,运算放大器的反相输入端是虚接地(OV),所以R两端的电压降等于Vin。因此,输入电流为
                             Iin=Vin/Ri

                      
    如果Vin是固定的电压,则Iin也会是常数,这是因为反相输入端一直是OV,使Ri两端的电压降保持固定。因为运算放大器的输入阻抗相当高,所以反相输入端的电流很小且可以忽略。这使得所有的电流都流过电容器,因此
                                Ic=Iin
    电容器电压(the capacitor voltage)因为Iin固定,所以Ie也是固定的。固定电流Ie对电容器线性地充电,使电容器C两端产生线性电压。电容器的正端因为运算放大器输入端虚接地的缘故,而保持在OV。电容器负端的电压为运算放大器的输出电压,当电容器充电时,会线性地从OV碱少,如图13.33所示。此电压称为负斜坡电压(negative ramp),它是固定的正输入电压产生的结果。

                     

     1.输出电压
    Vout与电容器负端的电压相同。当一个固定正输入电压,以步级或脉冲(脉冲在高位准时具有固定振幅)的形式输入时,输出的斜坡电压会在负电压方向愈来愈大,直到运算放大器进入最大负电压电平的饱和区。如图13.34所示。

                
    2.输出改变率
    我们已经知道,电容器充电的速率也是输出斜坡电压的斜率,E02A08GA 它是由比值Ic/C决定。因为Ic=Vin/Ri积分器输出电压的改变率或斜率为△Vout/△t。
                   △Vout/△t=-Vin/RiC  (13.7)
 

热门点击

 

推荐技术资料

循线机器人是机器人入门和
    循线机器人是机器人入门和比赛最常用的控制方式,E48S... [详细]
版权所有:51dzw.COM
深圳服务热线:13692101218  13751165337
粤ICP备09112631号-6(miitbeian.gov.cn)
公网安备44030402000607
深圳市碧威特网络技术有限公司
付款方式


 复制成功!