Op-amp, artı ve eksi giriş arasındaki voltajı aynı tutmak için elinden gelenin en iyisini yapacak. İdeal bir op-amp'de, girişlere akım akmaz, bu yüzden bunu yapabilmesinin tek yolu çıkış voltajını değiştirmektir.

Aşağıdaki şemada, \ $ v_ + = 0 \ mathrm {V} \ $ . Bu, op-amp'in \ $ v _- \ $ 'ı da sıfırda tutmaya çalışacağı anlamına gelir.

V2 tarafından üretilen voltaj ne olursa olsun, R1 tarafından akıma dönüştürülür. \ $ v _- \ $ \ $ 0 \ mathrm {V} \ $ konumunda tutulduğundan, C1'de aynı akımın akması gerekir. Ve \ $ v _- \ $ \ $ 0 \ mathrm {V} \ $ konumunda tutulduğu için, op-amp, C1'deki akım R1'deki akımla eşleşecek şekilde çıkış voltajını sürmek zorundadır.

Dolayısıyla, \ $ v_2 \ $ sabitse, negatif girişin etrafındaki düğüme giden akım sabittir, bu da şu anlama gelir: bu başlıktaki düğüm sabit olmalıdır ve bu yalnızca çıkış voltajı sabit bir oranda düşüyorsa gerçekleşebilir. Sonuç, op-amp'in giriş voltajını çıkış voltajına entegre etmesidir.

\ $ v_2 \ $ konumundaki daha karmaşık voltajlar, daha karmaşık davranışlara neden olur, ancak op-amp her zaman \ $ v _- \ $ - \ $ 0 \ mathrm {V} \ $ . Bunu yalnızca \ $ \ frac {d} {dt} C_1 v_ {out} + \ frac {v_2} {R_1} = 0 \ $ karşılayarak yapabilir. Bu diferansiyel denklemi çözerseniz, $$ v_ {out} = - \ frac {1} {R_1 C_1} \ int v_2 dt $$ p der >

HTH

^{bu devreyi simüle edin - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şema}

Bu yardımcı olabilir:

• Akım, op-amp'inizin RC bağlantısına aktığında, o noktadaki voltajın yükselme eğiliminde olacağını unutmayın.
• Ters çeviren giriş voltajı, tersine çevrilemeyen giriş voltajının en ufak bir üstüne yükselirse, op-amp çıkışı negatif salınmaya başlayacaktır.
• Negatif sallanan çıkış, ¹ kapasitöründen geçerek, ters çevirme girişini stabilize ettiği yerde tekrar sıfıra doğru çekme eğiliminde olacaktır (şu an için).

Sonuç, RC düğümüne akım beslemesinin op-amp çıkışının negatif olmasına neden olmasıdır.

Rhody - MILLER etkisini duydunuz mu? Pekala - gösterilen devreye "MILLER entegratörü" deniyor çünkü MILLER etkisinden yararlanılıyor. Unutmayın: Bu efekt, bir amplifikatör çıkışı (örneğin: toplayıcı) ile ters çeviren giriş (örnek: transistörün temel düğümü) arasındaki geri besleme empedansını azaltır. Ve artış faktörü kazançtır.

Burada da aynı prensibe sahibiz. Bu nedenle, opamp girişi ve çıkışı arasında çok küçük bir kapasitif empedans (yani: çok büyük bir kapasitör) olacaktır. Ve artış faktörü, opampın açık döngü kazancı Aoludur.

Bu nedenle, basit bir RC devresi ile bir karşılaştırması yapabilirsiniz. Ancak, çok büyük kapasitör nedeniyle kesme frekansı çok düşüktür (neredeyse DC).

Frequency domain: opampların ters çeviren düğümü ile sinyal girişi arasındaki transfer fonksiyonu

Ho (s) = 1 / (1 + sCo * R) Co = Aol * C (MILLER etkisi) ile .

Aol değerinin çok yüksek olması nedeniyle paydadaki "1" i ihmal edebilir ve şu noktaya ulaşabiliriz:

Ho (s) = 1 / (sC * Aol * R)

Şanslıyız ve düşük dirençli opamp çıkışını kullanabiliriz (ve Ho (s) fonksiyonunu kazanç -Aol ile çarpabiliriz) ve nihai sonuca ulaşabiliriz (opamp çıkıştan sinyale giriş):

H (s) = Ho (s) * (-Aol) = - 1 / sR * C (ideal bir entegratörün transfer fonksiyonu)

Opamp'ın girişleri giriş akımını almaz ve opamp, negatif geri besleme için kablolandığı sürece giriş voltajını eşit tutar.

O kadar etkili bir şekilde, giriş gördüğü 0V'ye karşı batan akım, doğrudan kapasitörün şarj edilmesine gider.Genellikle, bir direnç üzerinden bir kapasitör şarj ettiğinizde, kapasitör üzerinde oluşan şarj, direnç üzerindeki gerilimi ve dolayısıyla şarj akımını da düşürerek, şarj akımının üssel olarak azalmasına neden olur.

Bununla birlikte, burada, opamp çıkışı, kapasitörün diğer tarafındaki voltajı aktif olarak ayarlar, böylece direnç, yaptığı farkı asla göremez, böylece akımı, dirençten (ve kapasitör içine) yükten bağımsız tutar.kapasitör.

Sanki Útgarða-Loki'nin okyanusun ağzını bir içme borusu olarak vermesi gibi ve Þorr, denemesiyle gelgitler yarattığını fark etmeden kendisini boşaltmayı gerçekten bulamıyor.

Pasif başlık.entegratör akımı, girişe yaklaştıkça voltajla birlikte azalır.

Aktif sınır.Vin ≠ 0 ise, entegratör bir süre sonra doyurur çünkü çıkış voltajı 0V farkını korumak için akımı Vin-'ye yönlendirir.çıktı besleme rayında doyana kadar.

Bu nedenle, giriş ofseti kritiktir ve 0V çıkışı boşaltmak ve bu çıkışı başlatmak için bir analog anahtara ihtiyacınız vardır.

anekdot

1. yr Eng ve bir zamanlar meşhur kayınbiraderi doktorum Anestezi, Yoğun Bakım ve açık kalp cerrahisi doktoru bana hastanede bir tur attı ve O2'yi ölçmek için bir entegratöre ihtiyacı olduğunu söyledi.beyin için kan içeriği, bir kalp krizi kurbanı durduktan sonra, en iyi tedaviyi bilmek için (hipotermi gibi) defibine yanıt vermediğinde vermek.ve başarı olasılığı olan ilaçlar.Hiç bir fikrim yoktu !ve bilmemekten utanıyordu!(yaklaşık '75) Olma. Sadece araştırın.

Böyle efsanevi bir devre için yeni bir açıklama bulmak büyük bir zorluk çünkü herkes op-amp entegratörünün ne olduğunu biliyor. Ancak belirli bir devre çözümünü bilmek, onu gerçekten anladığınız anlamına gelmez. Bir devreyi (derinlemesine) anlamak daha fazlası anlamına gelir - arkasındaki birçok özel devre uygulamasını (op-amp, BJT, FET, tube ...) birbirine bağlayan genel fikri görmek elektrik uygulamaları ...

1. Op-amp ters çeviren entegratör. Bu devre çözümünün arkasındaki fikir son derece basit ve sezgiseldir. Paradoksal gelebilir ... ama onu görmek için sadece toprak sembolünü devre şemasından kaldırmanız gerekir. Şekil 1'de görebileceğiniz gibi, sadece sanal zeminin (1) ve gerçek zeminin (2) yerini etiketledim ... ve Artık bu isimleri kullanmıyorum. Sanal zemin olmadığını anlıyorsunuz çünkü gerçek bir zemin yok. Ancak yine de sanal zemini özlüyorsanız, o zaman 1. ve 2. düğüm arasındaki sanal bir kısa hakkında konuşabilirsiniz.

Şek. 1. Op-amp ters çeviren entegratör (yalnızca negatif güç kaynağı V- açıkça gösterilir)

Harika fikri görmek için burada mevcut yol çok önemlidir. Giriş voltajı pozitif olduğundan, op-amp çıkış voltajı negatiftir ve akım op-amp çıkışına girer ... daha sonra negatif güç kaynağı V- 'den geçer ve giriş kaynağına geri döner. Bu durumda pozitif V + kaynağı gerekli değildir; yani sadece ima edilmiştir.

2. Elektrik eşdeğer devresi. Cevaplanması gereken ana soru şudur: "Op-amp burada ne yapıyor?" Girişleri arasında neredeyse sıfır voltaj tuttuğunu biliyorsunuz, böylece çıkış voltajı her zaman kapasitördeki voltaj düşüşüne eşittir. Dolayısıyla op-amp çıkışı, aşağıdaki voltaj kaynağı olarak işlev görür. O zaman bu elektronik devreyi basitleştirmek için op-amp'i değişken voltaj kaynağı VOA ile değiştirelim - Şekil 2. Bu arada, 2001 yılında laboratuvarda yüksek kapasiteli bir kapasitör kullandığımızda öğrencilerimle böyle gerçek bir deney yaptım ve 1 ile 2 arasında sıfır göstergesi bağlı.

Şek. 2. Elektrik eşdeğer devresi

Bu basit numara, devrenin arkasındaki harika fikri göstermek için yeterlidir. Voltaj kaynağı VOA, kapasitör C'ye seri olarak bağlanır, böylece voltajı, kapasitör boyunca voltaj düşüşünü VC telafi eder ve iki düğüm 1 ve 2 arasındaki voltaj (neredeyse) sıfırdır. Sonuç şu:

Ters çevirici amplifikatörün devresindeki op-amp , serisine eşdeğer voltaj VOA = VC ekleyerek kapasitördeki voltaj düşüşünü VC telafi eder.

Dolayısıyla, bu açıklamanın kilit noktası 'yu ekleyerek 'yi güçlendirmek değil. Negatif bir geri besleme devresindeki amplifikatörü bir amplifikatör olarak değil, entegratör gibi bir şey olarak düşünmek, bu tür op-amp devrelerini sezgisel olarak anlamak ve açıklamak için güçlü bir tekniktir. Aslında, burada biraz garip görünüyor (entegratör içinde entegratör) ... ama işe yarıyor ...

Bu "sihirli tarif" ne kadar basit ... Kusurlu RC entegratörünü mükemmel yapmak mı istiyorsunuz? Ardından kondansatöre seri olarak voltaj VC'ye sahip küçük bir değişken "pil" bağlayın ve (sonraki parlak fikir) ters "kopya" voltajını çıkış olarak alın. Yük, bu "yardımcı" kaynaktan gelen akımı tüketecektir ... giriş kaynağından değil (yani, bu arabelleğe alınmış bir çıktıdır ).

Bu sezgisel açıklamanın gücü, bu sofistike op-amp devresini "altı yaşındaki" bir çocuğa (Einstein) açıklayabilmemizdir ... ve bu, onu kendimiz anladığımız anlamına gelir ...

3. Sanal kısa Seri haldeki iki elemandan oluşan ağ üzerindeki toplam gerilim - bir kapasitör C ve dengeleyici gerilim kaynağı (VOUT), her zaman sıfırdır. Dolayısıyla bu ağ, 1. ve 2. noktaları kısaltan bir "kablo parçası" gibi davranır - Şekil 3. Bu, giriş kaynağının op-amp girişindeki R direncine "bakarken" "gördüğü" şeydir.

Şek. 3. Sağdaki çıkış kısmının eşdeğer devresi

Mecazi olarak konuşursak, op-amp çıkışı "negatif kapasitör" görevi görür. "Pozitif kapasitör" C, voltajını VC giriş voltajı kaynağından çıkarırken, op-amp "negatif kapasitör" voltajını VOUT giriş voltajına ekler.