Op-Amp Integrator: Ciorcal a dhéanann Integreáil Matamaiticiúil

Céard is Intégrálaí Op-Amp?

Is ciorcal í an t-intégrálaí op-amp a úsáideann amplifír gníomhaíoch (op-amp) agus capacitor chun an oibríocht matamaiticiúil integreála a dhéanamh. Is é an integreálú an próiseas a mheastar an spás faoi choim an líne nó an fheidhm thar am. Cruthaíonn an t-intégrálaí op-amp voltáil bhuaileach voltáil atá coibhneasach leis an n-intégrál neamhdhíchiallach den inchineall voltáil, rud a léiríonn go ndéantar athruithe ar an mbuaileacht voltáil de réir tréimhse agus meastachán an inchineall voltáil.

Is féidir an t-intégrálaí op-amp a úsáid do roinnt fógraí, cosúil le convertóirí analogacha go digitíocha (ADCs), ríomhairí analógacha, agus ciorcail forama. Mar shampla, is féidir leis an t-intégrálaí op-amp an inchineall scuair a athrú i gcuartchiorcal buana, nó an inchineall sinuisoideach a athrú i gcuartchiorcal cosín.

Cén Dóigh a Oibríonn Intégrálaí Op-Amp?

Tá an t-intégrálaí op-amp bunaithe ar amplifire inbhéarta, áit a ndéantar an resistor feedback a chur in ionad capacitor. Is é an capacitor éileamh a bhfuil sé uaireachtaí agus tá a reacstais (Xc) a n-athraíonn go neamhdhíchiallach leis an uaireacht (f) an inchineall isteach. Tá an reacstais an capacitor a sholáthar ag:

áit a bhfuil C an capacitance an capacitor.

Tá an diagram scheamach an t-intégrálaí op-amp léiriú thíos:

Tá an inchineall voltáil (Vin) a chuirtear ar an teideal inbhéarta an op-amp trí resistor (Rin). Tá an teideal inbhéarta ceangailte leis an talamh, ag cruthú talamh fhuaimhnithe ar an teideal inbhéarta freisin. Tá an buaileacht voltáil (Vout) a ghlacadh ón teideal buaileach an op-amp, a ceangailte leis an capacitor © sa chiorcal feedback.

Is féidir an modh oibre an t-intégrálaí op-amp a mhíniú trí Kirchhoff’s sioll law (KCL) a chur i bhfeidhm ar an bpunt 1, a bhfuil Rin, C, agus an teideal inbhéarta. Ó nach sioll ar bith a théann isteach nó amach as an teideal op-amp, is féidir linn a scríobh:

Ag sainmhíníú agus athrú, d'fháiltímid:

Léiríonn an cothromóid seo go bhfuil an buaileacht voltáil coibhneasach leis an n-derivative neamhdhíchiallach den inchineall voltáil. Chun an buaileacht voltáil mar fheidhm ama a aimsiú, ní mian againn a dhéanamh intreagadh ar an da taobh den chothromóid:

áit a bhfuil V0 an buaileacht tosaigh ag t = 0.

Léiríonn an cothromóid seo go bhfuil an buaileacht voltáil coibhneasach leis an n-intégrál neamhdhíchiallach den inchineall voltáil plus consant. Tá an consant V0 bríomhar ar an staid tosaigh an capacitor agus is féidir é a athrú trí úsáid a dhéanamh de fhoinsí oifset voltáil nó a potentiometer in series leis an capacitor.

Cé acu na Carachtaraithe agus na Teorainneacha an t-Intégrálaí Op-Amp?

Tá gan teorainn an tairge agus an bandwith ag an t-intégrálaí op-amp idéalach, rud a léiríonn go bhféadfaí aon inchineall isteach a dhéanamh le aon uaireacht agus meastachán gan diúltú nó laghdú. Ach, in aghaidh na réalta, tá roinnt factóirí a teorainn an feidhmiú agus an cruinneas an t-intégrálaí op-amp, cosúil le:

• Carachtaraithe op-amp: Tá gan teorainn an tairge, an bandwith, an inchineall isteach impedance, an inchineall buaileach, an oifset voltáil, an sioll bias, an torann, etc. Tá na paraiméadar seo a tionchar ar an buaileacht voltáil agus a chur i bhfeidhm earráid agus éagsúlacht ón gcruinneas idéal.

• Scapadh capacitor: Tá an capacitor sa chiorcal feedback ag scapadh resistance a ligtear sioll beag a imeacht trí é, ag cur isteach air a scapadh ar feadh ama. Tá seo a laghdú ar an n-integreálaí agus a chur i bhfeidhm drift san buaileacht voltáil.

• Sioll bias isteach: Tá an op-amp ag sioll bias isteach a imeacht isteach nó amach as a teideal, ag brath ar a cineál agus a dearadh. Tá an sioll seo a chruthú a drop voltáil trí Rin agus a tionchar ar an inchineall isteach a fheiceáil ag an op-amp. Tá an sioll seo a chur i bhfeidhm earráid san buaileacht voltáil.

• Freagra uaireachta: Bhíonn an freagra uaireachta an t-intégrálaí op-amp bríomhar ar an reacstais an capacitor, a n-athraíonn leis an uaireacht. Mar uaireacht a n-ardú, Xc laghdú, ag déanamh an capacitor a dhéanamh cosúil leis an ciorcal oscailte. Mar uaireacht a laghdú, Xc ardú, ag déanamh an capacitor a dhéanamh cosúil leis an ciorcal gearr. Mar sin, tá an freagra uaireachta an t-intégrálaí op-amp neamhdhíchiallach leis an uaireacht, nó:

Léiríonn an cothromóid seo go dtarlaíonn an tairge voltáil an t-intégrálaí op-amp laghdú ar 20 dB per decade (nó 6 dB per octave) mar uaireacht a n-ardú. Tá seo a léiríodh go dtarlaíonn an t-intégrálaí op-amp cosúil leis an ciorcal low-pass a laghdú ar inchinealla isteach uaireachta ard agus a pasáil inchinealla isteach uaireachta íseal.