Коло интегратора оперативног појачала: конструкција, рад и примене

Оп-појачало или оперативно појачало је окосница Аналогне електронике и од многих апликација, као што су збрајајуће појачало, диференцијално појачало, инструментационо појачало, Оп-Амп се такође може користити као интегратор, што је врло корисно коло у аналогној апликацији.

У једноставним Оп-Амп апликацијама, излаз је пропорционалан улазној амплитуди. Али када је оп-појачало конфигурисано као интегратор, узима се у обзир и трајање улазног сигнала. Према томе, интегратор заснован на оп-амп-у може да изврши математичку интеграцију с обзиром на време. Интегратору производи излазни напон преко оп-амп, која је директно пропорционална интеграл улазног напона; стога је излаз зависан од улазног напона током одређеног временског периода.

Конструкција и рад интеграторског круга оп-амп

Оп-појачало је врло широко коришћена компонента у електроници и користи се за изградњу многих корисних кругова појачала.

Конструкција једноставног кола интегратора помоћу оптичког појачала захтева две пасивне компоненте и једну активну компоненту. Две пасивне компоненте су отпорник и кондензатор. Отпорник и кондензатор чине нископропусни филтер првог реда кроз активну компоненту Оп-Амп. Коло интегратора је управо супротно од кола диференцијара Оп-амп.

Једноставна Оп-амп конфигурација састоји се од два отпорника, што ствара повратну путању. У случају појачала Интегратор, повратни отпор се мења кондензатором.

На горњој слици приказано је основно интеграторско коло са три једноставне компоненте. Отпор Р1 и кондензатор Ц1 повезани су преко појачала. Појачало је у инвертираној конфигурацији.

Појачање оп-појачала је бесконачно, стога је инвертујући улаз појачала виртуелно тло. Када се на Р1 нанесе напон, струја почиње да тече кроз отпорник јер кондензатор има врло мали отпор. Кондензатор је повезан у повратном положају и отпор кондензатора је безначајан.

У овој ситуацији, ако се израчуна однос појачања појачала, резултат ће бити мањи од јединице. То је зато што је однос појачања Кс _Ц / Р ₁ премали. Практично, кондензатор има врло мали отпор између плоча и без обзира на вредност Р1, излазни резултат Кс _Ц / Р ₁ биће врло низак.

Кондензатор почиње да се пуни улазним напоном и у истом омјеру импеданса кондензатора такође почиње да се повећава. Брзина пуњења одређена је РЦ - временском константом Р1 и Ц1. Виртуелна земља оп-амп-а сада је отежана и негативне повратне спреге ће произвести излазни напон на оп-амп-у како би се одржало стање виртуелне земље преко улаза.

Оп-појачавач производи излазну рампу све док се кондензатор не напуни до краја. Струја пуњења кондензатора смањује се утицајем потенцијалне разлике између виртуелне земље и негативног излаза.

Израчунавање излазног напона круга интеграторског појачала

Комплетан горе објашњени механизам може се описати коришћењем математичке формације.

Да видимо горњу слику. ИР1 је струја која пролази кроз отпорник. Г је виртуелно тло. Иц1 је струја која пролази кроз кондензатор.

Ако се Кирцххофф-ов тренутни закон примени на споју Г, који је виртуелно тло, иР1 ће бити збир струје која улази у инвертујући терминал (Оп-амп пин 2) и струје која пролази кроз кондензатор Ц1.

иР ₁ = и _{инвертујући терминал} + иЦ ₁

Будући да је оп-појачало идеално оп-појачало, а Г чвор је виртуелно тло, струја не пролази кроз инвертујући терминал оп-појачала. Стога, и _{инвертовањем терминални} = 0

иР ₁ = иЦ ₁

Кондензатор Ц1 има однос напона и струје. Формула је -

И _Ц = Ц (дВ _Ц / дт)

Сада применимо ову формулу у практичном сценарију. Тхе

Основни склоп интегратора, који је претходно приказан, има недостатак. Кондензатор блокира једносмерну струју и због тога једносмерно појачање оп-амперског кола постаје бесконачно. Према томе, било који једносмерни напон на улазу Оп-појачала засићује излаз Оп-појачала. Да би се решио овај проблем, отпор се може додати паралелно са кондензатором. Отпорник ограничава једносмерно појачање кола.

Оп-појачало у конфигурацији Интегратора пружа различите излазе у различитој врсти променљивог улазног сигнала. Излазно понашање појачала интегратора је различито у сваком случају улаза синусног таласа, квадратастог таласа или улаза троугластог таласа.

Понашање интегратора оп-појачала на улазу квадратних таласа

Ако је квадратни талас обезбеђен као улаз у појачало интегратора, произведени излаз биће троугласти талас или талас зуба. У таквом случају коло се назива Рамп генератор. У квадратном таласу, нивои напона се мењају од ниског до високог или високог до ниског, што чини да се кондензатор пуни или празни.

Током позитивног врха квадратног таласа, струја почиње да тече кроз отпорник, а у следећој фази струја пролази кроз кондензатор. Пошто је проток струје кроз оп-појачавач нула, кондензатор се пуни. Обрнута ствар ће се десити током негативног врха уласка квадратног таласа. За високе фреквенције, кондензатор добија врло мало времена да се потпуно напуни.

Брзина пуњења и пражњења зависи од комбинације отпорник-кондензатор. За савршену интеграцију, фреквенција или периодично време улазног квадратног таласа мора бити мање од временске константе кола, која се назива: Т треба да буде мања или једнака ЦР (Т <= ЦР).

Коло генератора квадратних валова може се користити за производњу квадратних таласа.

Понашање интегратора оп-појачала на улазу синусног таласа

Ако је улаз преко кола интегратора заснованог на оп-амп синусни талас, Оп-појачало у конфигурацији интегратора производи преко фазе синусни талас од 90 степени преко излаза. Ово се назива косинусни талас. Током ове ситуације, када је улаз синусни талас, кола интегратора делују као активни нископропусни филтер.

Као што је претходно речено, кондензатор у ниским фреквенцијама или у једносмерној струји производи струју блокирања која на крају смањује повратне информације и излазни напон се засићује. У таквом случају, отпорник је повезан паралелно са кондензатором. Овај додани отпорник пружа повратну путању.

На горњој слици, додатни отпорник Р2 повезан је паралелно са кондензатором Ц1. Излазни синусни талас је ван фазе за 90 степени.

Угаона фреквенција кола биће

Фц = 1 / 2πЦР2

А укупни добитак једносмерне струје може се израчунати помоћу -

Добитак = -Р2 / Р1

Коло синусног таласа генератора може се користити за генерисање синусних таласа за улаз интегратора.

Понашање интегратора оп-појачала на улазу у троугласти талас

У трокутастом улазу таласа, оп-појачало поново ствара синусни талас. Како појачало делује као нископропусни филтер, високофреквентни хармоники су знатно смањени. Излазни синусни талас састоји се само од нискофреквентних хармоника, а на излазу мале амплитуде.

Примене Оп-амп Интегратора

Интегратор је важан део инструментације и користи се у производњи рампи.
У генератору функција, интеграторско коло се користи за производњу троугластог таласа.
Интегратор се користи у кругу за обликовање таласа као што је друга врста појачала наелектрисања.
Користи се у аналогним рачунарима, где је потребно интеграцију извршити помоћу аналогног кола.
Коло интегратора се такође широко користи у аналогном дигиталном претварачу.
Различити сензори такође користе интегратор за репродукцију корисних резултата.