- Konstruksjon og bearbeiding av Op-amp Integrator Circuit
- Beregning av utgangsspenningen til Op-amp Integrator Circuit
- Op-amp Integrator Behavior on Square Wave input
- Op-amp Integrator Behavior on Sine Wave input
- Op-amp Integrator Behavior on Triangular Wave input
- Bruk av Op-amp Integrator
Op-amp eller operasjonsforsterker er ryggraden i Analog Electronics og av mange applikasjoner, som Summing Forsterker, differensialforsterker, Instrumentasjonsforsterker, Op-Amp kan også brukes som integrator som er en veldig nyttig krets i analog-relatert applikasjon.
I enkle Op-Amp-applikasjoner er utgangen proporsjonal med inngangsamplituden. Men når op-amp er konfigurert som en integrator, vurderes også varigheten av inngangssignalet. Derfor kan en op-amp-basert integrator utføre matematisk integrasjon med hensyn til tid. Den integrator frembringer en utgangsspenning på tvers av op-amp, som er direkte proporsjonal med integralet av inngangsspenningen; derfor er utgangen avhengig av inngangsspenningen over en periode.
Konstruksjon og bearbeiding av Op-amp Integrator Circuit
Op-amp er veldig mye brukt i elektronikk og brukes til å bygge mange nyttige forsterkerkretser.
Konstruksjonen av en enkel integratorkrets som bruker op-amp, krever to passive komponenter og en aktiv komponent. De to passive komponentene er motstand og kondensator. Motstanden og kondensatoren danner et førsteordens lavpasfilter over den aktive komponenten Op-Amp. Integratorkrets er nøyaktig motsatt av Op-amp differensieringskrets.
En enkel Op-amp-konfigurasjon består av to motstander, som skaper en tilbakemeldingsbane. Når det gjelder integratorforsterker, endres tilbakemotstanden med en kondensator.
På bildet ovenfor er en grunnleggende integratorkrets vist med tre enkle komponenter. Motstanden R1 og kondensatoren C1 er koblet over forsterkeren. Forsterkeren er i inverterende konfigurasjon.
Op-amp gain er uendelig, derfor er inverteringsinngangen på forsterkeren en virtuell bakke. Når en spenning påføres over R1, begynner strømmen å strømme gjennom motstanden ettersom kondensatoren har veldig lav motstand. Kondensatoren er koblet til tilbakemeldingsposisjon og kondensatorens motstand er ubetydelig.
I denne situasjonen, hvis forsterkningsforsterkningsforholdet beregnes, vil resultatet være mindre enn enheten. Dette er fordi den gain ratio, X C / R 1 er for liten. I praksis har kondensatoren meget lav motstand mellom platene og uansett verdien R1 holder, resultat forblir utgangen av X- C / R 1 vil være meget lav.
Kondensatoren begynner å lade opp av inngangsspenningen, og i samme forhold begynner kondensatorimpedansen å øke. Ladningshastigheten bestemmes av RC - tidskonstanten på R1 og C1. Op-amp virtuell jord hindret nå og den negative tilbakemeldingen vil produsere en utgangsspenning over op-amp for å opprettholde den virtuelle jordtilstanden over inngangen.
Op-amp gir en rampeutgang til kondensatoren blir fulladet. Kondensatorens ladestrøm avtar ved påvirkning av potensialforskjellen mellom den virtuelle jorden og den negative utgangen.
Beregning av utgangsspenningen til Op-amp Integrator Circuit
Den komplette mekanismen forklart ovenfor kan beskrives ved hjelp av matematisk formasjon.
La oss se bildet ovenfor. IR1 er strømmen som strømmer gjennom motstanden. G er den virtuelle bakken. Ic1 er strømmen som strømmer gjennom kondensatoren.
Hvis Kirchhoffs gjeldende lov blir brukt over krysset G, som er en virtuell bakke, vil iR1 være summen av strømmen som kommer inn i Invertert-terminalen (Op-amp pin 2) og strømmen som går gjennom kondensatoren C1.
iR 1 = i inverterende terminal + iC 1
Siden op-amp er en ideell op-amp og G-noden er en virtuell jord, strømmer ingen strøm gjennom op-ampens inverterende terminal. Derfor inverterer jeg terminal = 0
iR 1 = iC 1
Kondensatoren C1 har et spenningsstrømforhold. Formelen er -
I C = C (dV C / dt)
La oss nå bruke denne formelen i et praktisk scenario. De
Den grunnleggende integratorkretsen, som er vist tidligere, har en ulempe. Kondensatoren blokkerer DC og på grunn av dette blir DC-forsterkningen til Op-Amp-kretsen uendelig. Derfor metter enhver DC-spenning ved Op-amp-inngangen Op-amp-utgangen. For å løse dette problemet kan motstand tilsettes parallelt med kondensatoren. Motstanden begrenser DC-forsterkningen til kretsen.
Op-Amp i integratorkonfigurasjon gir forskjellig utgang i en annen type skiftende inngangssignal. Utgangsoppførselen til en integratorforsterker er forskjellig i hvert tilfelle av sinusbølgeinngang, firkantbølgeinngang eller trekantet bølgeinngang.
Op-amp Integrator Behavior on Square Wave input
Hvis firkantbølgen leveres som en inngang til integratorforsterkeren, vil den produserte utgangen være en trekantet bølge eller sagbølge. I et slikt tilfelle kalles kretsen en rampegenerator. I firkantbølge endres spenningsnivåene fra lav til høy eller høy til lav, noe som gjør at kondensatoren blir ladet eller utladet.
Under den positive toppen av firkantbølgen begynner strømmen å strømme gjennom motstanden, og i neste trinn strømmer strømmen gjennom kondensatoren. Siden strømmen gjennom op-amp er null, blir kondensatoren ladet. Den omvendte tingen vil skje under den negative toppen av firkantbølgeinngangen. For en høy frekvens får kondensatoren veldig minimal tid til å lade opp fullstendig.
Den lading og utlading hastighet avhenger av resistor-kondensator kombinasjon. For perfekt integrasjon, må frekvensen eller den periodiske tiden til den inngangs kvadratbølgen være mindre enn kretsens tidskonstant, som er referert til: T skal være mindre enn eller lik CR (T <= CR).
Firkantbølgegeneratorkrets kan brukes til å produsere firkantbølger.
Op-amp Integrator Behavior on Sine Wave input
Hvis inngangen over en op-amp-basert integratorkrets er en sinusbølge, produserer Op-amp i integratorkonfigurasjon en 90 graders fase ut sinusbølge over utgangen. Dette kalles en cosinusbølge. I denne situasjonen, når inngangen er en sinusbølge, fungerer integratorkretsen som et aktivt lavpasfilter.
Som diskutert tidligere, kondensatoren produserer en blokkeringsstrøm ved lav frekvens eller i DC som til slutt reduserer tilbakemeldingen og utgangsspenningen mettes. I et slikt tilfelle er en motstand koblet parallelt med kondensatoren. Denne motstanden gir en tilbakemeldingsbane.
I bildet ovenfor er en ekstra motstand R2 koblet parallelt med kondensatoren C1. Utgangssinusbølgen er 90 grader utenfor fase.
Hjørnefrekvensen til kretsen vil være
Fc = 1 / 2πCR2
Og den totale DC-forsterkningen kan beregnes ved hjelp av -
Gevinst = -R2 / R1
Sinusbølgeneratorkrets kan brukes til å generere sinusbølger for integratorinngang.
Op-amp Integrator Behavior on Triangular Wave input
I trekantet bølgeinngang produserer op-amp igjen en sinusformet bølge. Ettersom forsterkeren fungerer som et lavpasfilter, blir høyfrekvente harmoniske kraftig redusert. Utgangssinusbølgen består bare av lavfrekvente harmoniske og utgangsviljen med lav amplitude.
Bruk av Op-amp Integrator
- Integrator er en viktig del av instrumentasjonen og brukes i rampegenerering.
- I funksjonsgenerator brukes integratorkretsen til å produsere den trekantede bølgen.
- Integrator brukes i bølgeformingskrets, for eksempel en annen type ladeforsterker.
- Den brukes i analoge datamaskiner, der integrering er nødvendig for å gjøre det ved hjelp av den analoge kretsen.
- Integratorkrets er også mye brukt i analog til digital omformer.
- Ulike sensorer bruker også en integrator for å reprodusere nyttige utganger.