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技術(shù)文章—積分電路原理:放大器與電容的變身

2019-07-05
關(guān)鍵詞: 放大器 電容

  在網(wǎng)上看到一篇對(duì)積分電路以及如何理解電容作用相當(dāng)不錯(cuò)的文章,可以作為定性研究積分電路的一種方法,,轉(zhuǎn)載供學(xué)習(xí)參考。

  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,。

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  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(kāi)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(xiàn),,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(mǎn)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€(xiàn),、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,。

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  圖二 積分電路工作過(guò)程中的“三變身”

  參見(jiàn)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(xiàn)),,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(xiàn)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(kāi)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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