Οπ-Αμπ Ολοκληρωτής: Ένα Σχήμα που Εκτελεί Μαθηματική Ολοκλήρωση

Τι είναι ένας Ολοκληρωτής Op-Amp?

Ένας ολοκληρωτής op-amp είναι ένας πύργος που χρησιμοποιεί έναν λειτουργικό αναβαθμιστή (op-amp) και έναν καταστάλτη για να εκτελέσει τη μαθηματική πράξη της ολοκλήρωσης. Η ολοκλήρωση είναι η διαδικασία εύρεσης της επιφάνειας κάτω από μια καμπύλη ή συνάρτηση με την πάροδο του χρόνου. Ένας ολοκληρωτής op-amp παράγει μια εξόδικη τάση που είναι ανάλογη με την αρνητική ολοκλήρωση της εισόδικης τάσης, πράγμα που σημαίνει ότι η εξόδικη τάση αλλάζει σύμφωνα με τη διάρκεια και την ένταση της εισόδικης τάσης.

Ένας ολοκληρωτής op-amp μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορες εφαρμογές, όπως μετατροπείς αναλογικού-σε-διακριτούς (ADC), αναλογικοί υπολογιστές και πύργοι μεταμόρφωσης κύματος. Για παράδειγμα, ένας ολοκληρωτής op-amp μπορεί να μετατρέψει μια εισόδικη τετραγωνική κύμα σε τριγωνικό κύμα, ή μια ημιτονοειδή κύμα σε συνημιτονοειδές κύμα.

Πώς Λειτουργεί ένας Ολοκληρωτής Op-Amp?

Ένας ολοκληρωτής op-amp βασίζεται σε μια αναστροφικό αναβαθμιστή, όπου ο αναδρομικός αντιστοιχός αντικαθίσταται από έναν καταστάλτη. Ο καταστάλτης είναι ένα στοιχείο που εξαρτάται από τη συχνότητα και έχει μια αντίδραση (Xc) που μεταβάλλεται αντιστρόφως με τη συχνότητα (f) του εισόδικου σήματος. Η αντίδραση του καταστάλτη δίνεται από:

όπου C είναι η ικανότητα του καταστάλτη.

Η σχεδιασμική διάγραμμα ενός ολοκληρωτή op-amp είναι δεικτική παρακάτω:

Η εισόδικη τάση (Vin) εφαρμόζεται στο αναστροφικό εισόδιο του op-amp μέσω ενός αντιστοιχού (Rin). Το μη αναστροφικό εισόδιο είναι συνδεδεμένο με τη γη, δημιουργώντας ένα εικονικό μηδέν στο αναστροφικό εισόδιο. Η εξόδικη τάση (Vout) παίρνεται από το εξόδιο του op-amp, το οποίο είναι συνδεδεμένο με τον καταστάλτη © στον αναδρομικό κύκλο.

Η λειτουργία ενός ολοκληρωτή op-amp μπορεί να εξηγηθεί εφαρμόζοντας τον κανόνα του Kirchhoff για το ρεύμα (KCL) στο σημείο 1, το οποίο είναι η συνδέση Rin, C και του αναστροφικού εισόδιου. Επειδή κανένα ρεύμα δεν ρέει στα εισόδια ή τα εξόδια του op-amp, μπορούμε να γράψουμε:

Απλοποιώντας και ανατρέποντας, παίρνουμε:

Αυτή η εξίσωση δείχνει ότι η εξόδικη τάση είναι ανάλογη με την αρνητική παράγωγο της εισόδικης τάσης. Για να βρούμε την εξόδικη τάση ως συνάρτηση του χρόνου, πρέπει να ολοκληρώσουμε και τις δύο πλευρές της εξίσωσης:

όπου V0 είναι η αρχική εξόδικη τάση στο t = 0.

Αυτή η εξίσωση δείχνει ότι η εξόδικη τάση είναι ανάλογη με την αρνητική ολοκλήρωση της εισόδικης τάσης πλέον μιας σταθεράς. Η σταθερά V0 εξαρτάται από την αρχική κατάσταση του καταστάλτη και μπορεί να προσαρμοστεί χρησιμοποιώντας μια πηγή αποκλίσεων ή έναν ποτεντιόμετρο σε σειρά με τον καταστάλτη.

Ποιες είναι οι Χαρακτηριστικές και Περιορισμοί ενός Ολοκληρωτή Op-Amp;

Ένας ιδεώδης ολοκληρωτής op-amp έχει άπειρη αύξηση και πλάτος ζώνης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να ολοκληρώσει οποιοδήποτε εισόδικο σήμα με οποιαδήποτε συχνότητα και ένταση χωρίς καταστροφή ή απόσυρση. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, υπάρχουν κάποιοι παράγοντες που περιορίζουν την απόδοση και την ακρίβεια ενός ολοκληρωτή op-amp, όπως:

• Χαρακτηριστικά op-amp: Ο op-amp έχει πεπερασμένη αύξηση, πλάτος ζώνης, εισόδια αντίδραση, εξόδια αντίδραση, αποκλίσεις τάσης, προσανατο