Operacikombinilo: Cirkvito kiu Realigas Matematikan Integraladon
Kio estas Operaciamplifikila Integrilo?
Operaciamplifikila integrilo estas cirkvito, kiu uzas operaciamplifikilon (operaciamplifikilo) kaj kondensatoron por efektivigi la matematikan operacion de integralado. Integralado estas procezo de trovo de areo sub kurbo aŭ funkcio dum tempo. Operaciamplifikila integrilo produktas elvolvitan voltan, kiu estas proporcia al la negativa integralo de eniga voltajo, tio signifas, ke la eliga voltajo ŝanĝiĝas laŭ la daŭro kaj amplitudo de la eniga voltajo.
Operaciamplifikila integrilo povas esti uzata por diversaj aplikoj, kiel analogo-cifera konvertiloj (ADC), analogaj komputiloj kaj ondformigaj cirkvitoj. Ekzemple, operaciamplifikila integrilo povas konverti kvadratan ondon en triangulan ondon, aŭ sinusan ondon en kosinuson.
Kiel Funkciadas Operaciamplifikila Integrilo?
Operaciamplifikila integrilo baziĝas sur inversa amplifikila konfiguro, kie la retroalimenta rezistoro estas anstataŭigita per kondensatoro. La kondensatoro estas frekvence-dependa elemento, kiu havas reaktancan (Xc) valoron, kiu varias inverse kun la frekvenco (f) de la eniga signalo. La reaktanco de la kondensatoro estas donita per:
kie C estas la kapacitanto de la kondensatoro.
La skemo de operaciamplifikila integrilo estas montrita sube:
La eniga voltajo (Vin) estas aplikata al la inversa eniga terminalo de la operaciamplifikilo tra rezistoro (Rin). La ne-inversa eniga terminalo estas konektita al la tero, kreante virtualan teron ankaŭ je la inversa eniga terminalo. La eliga voltajo (Vout) estas prenata el la eliga terminalo de la operaciamplifikilo, kiu estas konektita al la kondensatoro (C) en la retroalimenta ciklo.
La funkciado de operaciamplifikila integrilo povas esti klarigita per apliko de Kirchhoff’s kurenta leĝo (KCL) je nodo 1, kiu estas la kunvenpunkto de Rin, C, kaj la inversa eniga terminalo. Ĉar neniu kurento fluas en aŭ el la terminaloj de la operaciamplifikilo, ni povas skribi:
Simpligante kaj rearanĝante, ni ricevas:
Ĉi tiu ekvacio montras, ke la eliga voltajo estas proporcia al la negativa derivaĵo de la eniga voltajo. Por trovi la eligan voltajon kiel funkcio de tempo, ni devas integri ambaŭ flankojn de la ekvacio:
kie V0 estas la komenca eliga voltajo je t = 0.
Ĉi tiu ekvacio montras, ke la eliga voltajo estas proporcia al la negativa integralo de la eniga voltajo pluse certa konstanto. La konstanto V0 dependas de la komenca stato de la kondensatoro kaj povas esti regula per uzo de deŝoviĝa voltfonto aŭ potenciometro en serio kun la kondensatoro.
Kiaj estas iuj Karakterizoj kaj Limigoj de Operaciamplifikila Integrilo?
Idealigita operaciamplifikila integrilo havas senfinan guvon kaj pasbandon, tio signifas, ke ĝi povas integri ajnan enigan signalon kun ajna frekvenco kaj amplitudo sen distordo aŭ atenuo. Tamen, en realo, estas iuj faktoroj, kiuj limigas la funkciadon kaj akuratecon de operaciamplifikila integrilo, kiel:
Carakterizoj de operaciamplifikilo: La operaciamplifikilo mem havas finitan guvon, pasbandon, enigan impedancan, eligan impedancan, deŝovon, polarigon, bruon, etc. Ĉi tiuj parametroj influas la eligan voltajon kaj enkondukas erarojn kaj deviojn de la ideala konduto.
Tranĉado de kondensatoro: La kondensatoro en la retroalimenta ciklo havas iun tranĉadon rezistancon, kiu permesas malgrandan kurenton fluadi tra ĝi, kaŭzante ĝian diskargadon dum tempo. Ĉi tio reduktas la efikon de integralado kaj kaŭzas derivaĵon de la eliga voltajo.
Eniga polariga kurento: La operaciamplifikilo havas iun enigan polarigan kurenton, kiu fluas en aŭ el siaj terminaloj, depende de sia tipo kaj dizajno. Ĉi tiu kurento kreitas voltan falon trans Rin kaj influas la enigan voltajon viditan de la operaciamplifikilo. Ĉi tio ankaŭ enkondukas eraron en la eligan voltajon.
Frekvencrespondo: La frekvencrespondo de operaciamplifikila integrilo dependas de la reaktanco de la kondensatoro, kiu varias kun frekvenco. Kiam frekvenco pligrandiĝas, Xc malgrandiĝas, farante la kondensatoron agi kiel malfermita cirkvito. Kiam frekvenco malgrandiĝas, Xc pligrandiĝas, farante la kondensatoron agi kiel mallonga cirkvito. Do, la frekvencrespondo de operaciamplifikila integrilo estas inverse proporcia al la frekvenco, aŭ:
Ĉi tiu ekvacio montras, ke la tensgajnigo de operaciamplifikila integrilo malgrandiĝas je 20 dB por dekado (aŭ 6 dB por oktavo) kiam frekvenco pligrandiĝas. Ĉi tio signifas, ke operaciamplifikila integrilo agas kiel malalta-p
