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積分電路原理:放大器與電容的變身

發(fā)布時(shí)間:2019-07-03 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】 將反相放大器中的反饋電阻,換作電容,便成為如圖一所示的積分放大器電路。對(duì)于電阻,貌似是比較實(shí)在的東西,電路輸出狀態(tài)可以一目了然,換作電容,由于充、放電的不確定性,電容又是個(gè)較“虛”的物件,其電路輸出狀態(tài),就有點(diǎn)不易琢磨了。
 
本文介紹的是積分電路以及如何理解電容作用,可以作為定性研究積分電路的一種方法,可用于參考學(xué)習(xí)。
 
將反相放大器中的反饋電阻,換作電容,便成為如圖一所示的積分放大器電路。對(duì)于電阻,貌似是比較實(shí)在的東西,電路輸出狀態(tài)可以一目了然,換作電容,由于充、放電的不確定性,電容又是個(gè)較“虛”的物件,其電路輸出狀態(tài),就有點(diǎn)不易琢磨了。
 
 
積分電路原理:放大器與電容的變身
圖一 積分電路的構(gòu)成及信號(hào)波形圖
 
想弄明白其輸出狀態(tài),得先了解電容的脾性。電容基本的功能是充、放電,是個(gè)儲(chǔ)能元件。對(duì)變化的電壓敏感(反應(yīng)強(qiáng)烈),對(duì)直流電遲鈍(甚至于無(wú)動(dòng)于衷),有通交流隔直流的特性。對(duì)看待世界萬(wàn)物都是呈現(xiàn)電阻特性的人來(lái)說(shuō),也可以將電容看成會(huì)變化的電阻,由此即可解開積分電路的輸出之謎。
 
依據(jù)能量守恒定律,能量不能無(wú)緣無(wú)故地產(chǎn)生,也不能無(wú)緣無(wú)故地消失,由之導(dǎo)出電容兩端電壓不能突變的定理。充電瞬間,電容的兩極板之間尚未積累起電荷,故能維持兩端電壓為零的原狀態(tài),但此瞬間充電電流為最大,可以等效為極小的電阻甚至導(dǎo)線,如果說(shuō)電容充電瞬間是短路的,也未嘗不可,比如變頻器主電路中,對(duì)回路電容要有限流充電措施,正是這個(gè)道理;電容充電期間,隨時(shí)間的推移,充電電壓逐漸升高,而充電電流逐漸減小,也可以認(rèn)為此時(shí)電容的等效電阻由最小往大處變化;電容充滿電以后,兩端電壓最高,但充電電流基本為零,此時(shí)電容等效為最大值電阻,對(duì)于直流電來(lái)說(shuō),甚至可以等效于斷路,無(wú)窮大的電阻了。
 
總結(jié)以上,在電容充電過(guò)程中,有等效為最小電阻或?qū)Ь€、等效為由小變大的電阻、等效為最大電阻或斷路等三個(gè)狀態(tài)。正是電容的該變化特性,可以使積分放大器電路變身為如圖二所示的三種身份。
 
 
積分電路原理:放大器與電容的變身
圖二 積分電路工作過(guò)程中的“三變身”
 
參見圖二。
 
1、電壓跟隨器。在輸入信號(hào)的t0(正向跳變)時(shí)刻,電容充電電流最大,等效電阻最小(或視為導(dǎo)線),該電路即刻變身為電壓跟隨器電路,由電路的虛地特性可知,輸出尚為0V。
 
2、反相放大器。在輸入信號(hào)的t0時(shí)刻之后平頂期間,電容處于較為平緩的充電過(guò)程,其等效RP經(jīng)歷小于R、等于R和大于R的三個(gè)階段,因而在放大過(guò)程中,在放大特性的作用下,其實(shí)又經(jīng)歷了反相衰減、反相、反相放大等三個(gè)小過(guò)程。而無(wú)論是衰減、反相還是反相放大,都說(shuō)明在此階段,積分電路其實(shí)是扮演著線性放大器的角色。
 
3、在輸入信號(hào)平項(xiàng)期間的后半段,電容的充電過(guò)程已經(jīng)結(jié)束,充電電流為零,電容相當(dāng)于斷路,積分放大器由閉環(huán)放大到開環(huán)比較狀態(tài),電路進(jìn)而變身為電壓比較器。此際輸出值為負(fù)供電值。
 
都說(shuō)人會(huì)變臉,其實(shí)電路也能變身啊。在電容操控之下,放大器瞬間就變換了三種身份。能看穿積分放大器的這三種身份,積分放大器的“真身”就無(wú)從遁形了。
 
 
 
 
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