Оп-Амп Интегратор: Циркуит, Өндірістік Интегралдау Функциясын Атқаратын
Оп-амп интегратор деген не?
Оп-амп интегратор - бұл операциялық амплитудалық көбейткіш (оп-амп) және конденсаторды пайдаланып, интеграция математикалық амалын орындайтын схема. Интеграция - бұл функцияның немесе уақыт бойынша қисықтың астындағы ауданын табу процесі. Оп-амп интегратор өткізгіштік напряжение енгізу напряжение тізіміне пропорционал болатын шығыс напряжение өндіреді, яғни шығыс напряжение енгізу напряжение тізімінің ұзақтығы мен амплитудасына қарай өзгереді.
Оп-амп интеграторды аналоғ-диджитал конвертерлерде (ADC), аналоғ компьютерлерде және толқынды қалыптастыру схемаларында сияқты әртүрлі қолданбаларда қолдануға болады. Мысалы, оп-амп интегратор квадрат толқынды трикутты толқынға, же синусоидалы толқынды косинусты толқынға айналдыруға болады.
Оп-амп интегратор қалай жұмыс істейді?
Оп-амп интегратор инвертирующий көбейткіш конфигурациясына негізделген, мұнда фидбек резистор конденсатормен ауыстырылады. Конденсатор - бұл частотаға байланысты элемент, оның реактивті толқыны (Xc) енгізу сигналының частотасына (f) кері пропорционал болады. Конденсатордың реактивті толқыны мына формуламен беріледі:
мұнда C - конденсатордың емдігі.
Оп-амп интегратордың схемасы төмендегідей:
Енгізу напряжение (Vin) резистор (Rin) арқылы оп-амптың инверсиялық енгізу терминалына қолданылады. Инверсиялық емес енгізу терминалы жерге байланысты, сондықтан инверсиялық енгізу терминалында да виртуалды жер пайда болады. Шығыс напряжение (Vout) оп-амптың шығыс терминалынан алынатын, ол фидбек циклінде конденсатор ©-ге байланысты.
Оп-амп интегратордың жұмыс принципі Кирхгофтың ток заңын (KCL) Rin, C және инверсиялық енгізу терминалының қоңырауында қолданып, түсіндірілетін. Оп-амп терминалдарына ток ағымдағы немесе шығуы мүмкін емес, сондықтан мынадай теңдеу жазылады:
Жеңілдетіп, қайталап, мынадай теңдеуді аламыз:
Бұл теңдеу шығыс напряжение енгізу напряжение тізіміне пропорционал болатын нақты интегралына тең екендікті көрсетеді. Уақыттың функциясында шығыс напряжение табу үшін теңдеудің екі жағын интегралдау керек:
мұнда V0 - t = 0 болғандағы бастапқы шығыс напряжение.
Бұл теңдеу шығыс напряжение енгізу напряжение тізіміне пропорционал болатын нақты интегралына тең екендікті көрсетеді. Тұрақты V0 конденсатордың бастапқы қолданысына байланысты болады және оны компенсациялық напряжение источникі немесе потенциометр арқылы реттеуге болады.
Оп-амп интегратордың қандай өзіндіктері және шектеулері бар?
Идеалды оп-амп интегратор әр түрлі тізімдер мен амплитудалары бар әр түрлі сигналдарды искажение және зату жасауға қарамастан, шектелмейтін артықшылық және диапазонға ие. Бірақ нақты жағдайда, оп-амп интегратордың жұмыс істеуіне және дәлдігіне деңгейдегі факторлар бар, мысалы:
Оп-амп өзінің өзіндіктері: Оп-амп өзі шектелген артықшылық, диапазон, енгізу импедансы, шығыс импедансы, отырғыш напряжение, біас ток, шуы, ж.б. параметрлері шығыс напряжениеға әсер етеді және идеалды қолданысқа қатысты қателер мен айырмашылықтарды енгізеді.
Конденсатордың суынуы: Фидбек цикліндегі конденсаторда суыну сопротивление бар, ол арқылы маңызды ток ағымдағы немесе шығуы мүмкін, бұл конденсаторды уақытша суындырады. Бұл интеграция эффектін азайтады және шығыс напряжение өзгереді.
Енгізу біас ток: Оп-ампте енгізу біас ток бар, ол терминалдарына іріп-шығып, түріне және құрылымына байланысты. Бұл ток Rin арқылы напряжение азайтуын жасайды және оп-ампке көрінетін енгізу напряжение әсер етеді. Бұл да шығыс напряжение үшін қате енгізеді.
Частотаға байланысты реакция: Оп-амп интегратордың частотаға байланысты реакциясы конденсатордың реактивті толқынына байланысты, ол частотаға байланысты өзгереді. Частота өссе, Xc азайады, конденсатор ақырсыз толқын ретінде әрекет етеді. Частота азайса, Xc өседі, конденсатор короткое замыкание ретінде әрекет етеді. Сондықтан, оп-амп интегратордың частотаға байланысты реакциясы частотаға кері пропорционал, яғни:
