积分电路原理之新解——放大器与电容的“三变身”

时间:2023-03-11来源:佚名
相比较用电阻和运算电路构成的同相、反相运算放大电路,对于由电容和运算放大器构成的积分放大器,在原理上如何理解和掌握,一般人往往感到会困难一些。近来,因为一位朋友反复和我讨论该电路的原理,使我索性下了点狠心,要将该电路探究一番。
将反相放大器中的反馈电阻,换作电容,便成为如图一所示的积分放大器电路。对于电阻,貌似是比较实在的东西,电路输出状态可以一目了然,换作电容,由于充、放电的不确定性,电容又是个较“虚”的物件,其电路输出状态,就有点不易琢磨了。

积分电路原理之新解——放大器与电容的“三变身”
图一 积分电路的构成及信号波形图
想弄明白其输出状态,得先了解电容的脾性。电容基本的功能是充、放电,是个储能元件。对变化的电压敏感(反应强烈),对直流电迟钝(甚至于无动于衷),有通交流隔直流的特性。对看待世界万物都是呈现电阻特性的人来说,也可以将电容看成会变化的电阻,由此即可解开积分电路的输出之谜。
依据能量守恒定律,能量不能无缘无故地产生,也不能无缘无故地消失,由之导出电容两端电压不能突变的定理。充电瞬间,电容的两极板之间尚未积累起电荷,故能维持两端电压为零的原状态,但此瞬间充电电流为最大,可以等效为极小的电阻甚至导线,如果说电容充电瞬间是短路的,也未尝不可,比如变频器主电路中,对回路电容要有限流充电措施,正是这个道理;电容充电期间,随时间的推移,充电电压逐渐升高,而充电电流逐渐减小,也可以认为此时电容的等效电阻由最小往大处变化;电容充满电以后,两端电压最高,但充电电流基本为零,此时电容等效为最大值电阻,对于直流电来说,甚至可以等效于断路,无穷大的电阻了。
总结以上,在电容充电过程中,有等效为最小电阻或导线、等效为由小变大的电阻、等效为最大电阻或断路等三个状态。正是电容的该变化特性,可以使积分放大器电路变身为如图二所示的三种身份。

积分电路原理之新解——放大器与电容的“三变身”
图二 积分电路工作过程中的“三变身”
参见图二。
1、电压跟随器。在输入信号的t0(正向跳变)时刻,电容充电电流最大,等效电阻最小(或视为导线),该电路即刻变身为电压跟随器电路,由电路的虚地特性可知,输出尚为0V。
2、反相放大器。在输入信号的t0时刻之后平顶期间,电容处于较为平缓的充电过程,其等效RP经历小于R、等于R和大于R的三个阶段,因而在放大过程中,在放大特性的作用下,其实又经历了反相衰减、反相、反相放大等三个小过程。而无论是衰减、反相还是反相放大,都说明在此阶段,积分电路其实是扮演着线性放大器的角色。
3、在输入信号平项期间的后半段,电容的充电过程已经结束,充电电流为零,电容相当于断路,积分放大器由闭环放大到开环比较状态,电路进而变身为电压比较器。此际输出值为负供电值。
都说人会变脸,其实电路也能变身啊。在电容操控之下,放大器瞬间就变换了三种身份。能看穿积分放大器的这三种身份,积分放大器的“真身”就无从遁形了。放大器,其实是在“放大不离比较,比较不离放大”的圈子中跳着玩儿,这个,留等我以后再说。

相关阅读

PLC1200上升沿和下降沿

PLC1200上升沿和下降沿 I0.1通过上升沿信号比较操作数I0.1和前一次操作数M0.6,如果当I0.1按下时,线圈Q0.1置位,线圈接通。 I0.2通过下降沿信号比较操作数I0.2和前一次操作数M0.2,如果当...
2023-03-29
PLC1200上升沿和下降沿

电工操作证怎么办理

在这个电气化日益普及的时代,电工成为了社会中不可或缺的重要角色,无论是家庭电路维修、工厂设备调试还是大型工程项目,都离不开电工们的专业操作。然而,想要成为一名合格的电工...
2024-08-09
电工操作证怎么办理

装修时水电布线非要横平竖直?明明两点一线更省材料!

有很多网友在我们公众号后台留言说,自己家装修在水电布线阶段了,但他们发现装修工人给他布线都是横平竖直。这样不是距离更长?浪费材料啊?也有人家是点对点来布线,这样子...
2023-06-11
装修时水电布线非要横平竖直?明明两点一线更省材料!

什么是逆调压?什么是顺调压?什么是恒调压?

所谓逆调压是指在负荷高峰期,将网络电压向增高方向调整,而增加值不超过额定电压的5%;在负荷低谷期,将网络电压向降低方向调整,通常调整到接近额定电压,使网络在接近经济...
2023-06-13
什么是逆调压?什么是顺调压?什么是恒调压?

5V 10A 50W离线式开关电源电路图

这是5V电压10A电流输出50W功率的开关电源电路图。它是一个以连续模式运行的反激式转换器。该电路具有初级侧和次级侧控制器,可针对过流等故障情况提供全面保护。 故障条件消除后...
2023-08-09
5V 10A 50W离线式开关电源电路图

热销商品

304不锈钢连胶条喉箍R型固定夹管夹U型电缆电线连胶条卡箍橡胶减

304不锈钢连胶条喉箍R型固定夹管夹U型电缆电线连胶条卡箍橡胶减震,是一种高效、耐用的管路连接解决方案。该产品采用高品质304不锈钢材料,具有优异的耐腐蚀性和强度...
0.29

电焊机焊把线电焊线国标电缆线16 25 35 50 70平方纯铜焊把线

电焊机焊把线(电焊线)是焊接作业中的关键连接线,采用国标纯铜导体,导电性能优异、电阻低、发热少,确保电流稳定传输。常见规格包括16、25、35、50、70平方毫米,适用于不...
3.8

塑料镊子 黑色平头弯头尖头扁嘴圆头塑料防静电镊子 碳纤维镊子

塑料镊子是一种轻便、耐腐蚀且防静电的精密工具,广泛应用于电子、医疗、实验室及精密装配等领域。黑色款式多采用碳纤维增强塑料材质,兼具高强度与导电性,有效防止静...
0.6

阻燃尼龙编织网管 PET伸缩网套管 电脑机箱电线避震蛇皮管 10米

阻燃尼龙编织网管(PET伸缩网套管)是一种高性能电线保护套管,采用环保PET材料经精密编织而成,具有优异的阻燃、耐磨、抗拉伸及柔韧性能。其独特的蛇皮状结构可自由伸缩...
4.01

萝卜头螺丝刀磁性两用伸缩螺丝刀一字十字梅花平口短小改锥

萝卜头螺丝刀是一款多功能、便携实用的手动工具,集一字、十字、梅花(星型)等多种刀头于一体,采用磁性设计,可牢固吸附螺丝,提升操作效率。其独特的伸缩结构让刀头可灵活...
3.28

网站栏目