积分电路原理之新解——放大器与电容的变身
2017-06-15 09:32
190 查看
在网上看到一篇对积分电路以及如何理解电容作用相当不错的文章,可以作为定性研究积分电路的一种方法,转载供学习参考。
将反相放大器中的反馈电阻,换作电容,便成为如图一所示的积分放大器电路。对于电阻,貌似是比较实在的东西,电路输出状态可以一目了然,换作电容,由于充、放电的不确定性,电容又是个较“虚”的物件,其电路输出状态,就有点不易琢磨了。
图一 积分电路的构成及信号波形图
想弄明白其输出状态,得先了解电容的脾性。电容基本的功能是充、放电,是个储能元件。对变化的电压敏感(反应强烈),对直流电迟钝(甚至于无动于衷),有通交流隔直流的特性。对看待世界万物都是呈现电阻特性的人来说,也可以将电容看成会变化的电阻,由此即可解开积分电路的输出之谜。
依据能量守恒定律,能量不能无缘无故地产生,也不能无缘无故地消失,由之导出电容两端电压不能突变的定理。充电瞬间,电容的两极板之间尚未积累起电荷,故能维持两端电压为零的原状态,但此瞬间充电电流为最大,可以等效为极小的电阻甚至导线,如果说电容充电瞬间是短路的,也未尝不可,比如变频器主电路中,对回路电容要有限流充电措施,正是这个道理;电容充电期间,随时间的推移,充电电压逐渐升高,而充电电流逐渐减小,也可以认为此时电容的等效电阻由最小往大处变化;电容充满电以后,两端电压最高,但充电电流基本为零,此时电容等效为最大值电阻,对于直流电来说,甚至可以等效于断路,无穷大的电阻了。
总结以上,在电容充电过程中,有等效为最小电阻或导线、等效为由小变大的电阻、等效为最大电阻或断路等三个状态。正是电容的该变化特性,可以使积分放大器电路变身为如图二所示的三种身份。
图二 积分电路工作过程中的“三变身”
参见图二。
1、电压跟随器。在输入信号的t0(正向跳变)时刻,电容充电电流最大,等效电阻最小(或视为导线),该电路即刻变身为电压跟随器电路,由电路的虚地特性可知,输出尚为0V。
2、反相放大器。在输入信号的t0时刻之后平顶期间,电容处于较为平缓的充电过程,其等效RP经历小于R、等于R和大于R的三个阶段,因而在放大过程中,在放大特性的作用下,其实又经历了反相衰减、反相、反相放大等三个小过程。而无论是衰减、反相还是反相放大,都说明在此阶段,积分电路其实是扮演着线性放大器的角色。
3、在输入信号平项期间的后半段,电容的充电过程已经结束,充电电流为零,电容相当于断路,积分放大器由闭环放大到开环比较状态,电路进而变身为电压比较器。此际输出值为负供电值。
都说人会变脸,其实电路也能变身啊。在电容操控之下,放大器瞬间就变换了三种身份。能看穿积分放大器的这三种身份,积分放大器的“真身”就无从遁形了。放大器,其实是在“放大不离比较,比较不离放大”的圈子中跳着玩儿,这个,留等我以后再说。
将反相放大器中的反馈电阻,换作电容,便成为如图一所示的积分放大器电路。对于电阻,貌似是比较实在的东西,电路输出状态可以一目了然,换作电容,由于充、放电的不确定性,电容又是个较“虚”的物件,其电路输出状态,就有点不易琢磨了。
图一 积分电路的构成及信号波形图
想弄明白其输出状态,得先了解电容的脾性。电容基本的功能是充、放电,是个储能元件。对变化的电压敏感(反应强烈),对直流电迟钝(甚至于无动于衷),有通交流隔直流的特性。对看待世界万物都是呈现电阻特性的人来说,也可以将电容看成会变化的电阻,由此即可解开积分电路的输出之谜。
依据能量守恒定律,能量不能无缘无故地产生,也不能无缘无故地消失,由之导出电容两端电压不能突变的定理。充电瞬间,电容的两极板之间尚未积累起电荷,故能维持两端电压为零的原状态,但此瞬间充电电流为最大,可以等效为极小的电阻甚至导线,如果说电容充电瞬间是短路的,也未尝不可,比如变频器主电路中,对回路电容要有限流充电措施,正是这个道理;电容充电期间,随时间的推移,充电电压逐渐升高,而充电电流逐渐减小,也可以认为此时电容的等效电阻由最小往大处变化;电容充满电以后,两端电压最高,但充电电流基本为零,此时电容等效为最大值电阻,对于直流电来说,甚至可以等效于断路,无穷大的电阻了。
总结以上,在电容充电过程中,有等效为最小电阻或导线、等效为由小变大的电阻、等效为最大电阻或断路等三个状态。正是电容的该变化特性,可以使积分放大器电路变身为如图二所示的三种身份。
图二 积分电路工作过程中的“三变身”
参见图二。
1、电压跟随器。在输入信号的t0(正向跳变)时刻,电容充电电流最大,等效电阻最小(或视为导线),该电路即刻变身为电压跟随器电路,由电路的虚地特性可知,输出尚为0V。
2、反相放大器。在输入信号的t0时刻之后平顶期间,电容处于较为平缓的充电过程,其等效RP经历小于R、等于R和大于R的三个阶段,因而在放大过程中,在放大特性的作用下,其实又经历了反相衰减、反相、反相放大等三个小过程。而无论是衰减、反相还是反相放大,都说明在此阶段,积分电路其实是扮演着线性放大器的角色。
3、在输入信号平项期间的后半段,电容的充电过程已经结束,充电电流为零,电容相当于断路,积分放大器由闭环放大到开环比较状态,电路进而变身为电压比较器。此际输出值为负供电值。
都说人会变脸,其实电路也能变身啊。在电容操控之下,放大器瞬间就变换了三种身份。能看穿积分放大器的这三种身份,积分放大器的“真身”就无从遁形了。放大器,其实是在“放大不离比较,比较不离放大”的圈子中跳着玩儿,这个,留等我以后再说。
相关文章推荐
- 查看: 1280|回复: 0 电容三点式LC振荡器电路组成及工作原理简述 [复制链接] husk2012 95 主题 0 听众 3189 积分 VIP会员 收听TA 发消息 电梯直达1
- 电容三点式LC振荡器电路组成及工作原理简述
- 防止放大器输出出现过压的电路
- 从两个角度解释电容退耦原理
- 豆丁网文档免登陆免积分下载工具原理分析
- 会员下线加积分,实现原理分享(有时间限制)
- S3C2440对Nand Flash操作和电路原理
- 图解单片机下载程序电路原理之USB转串口线、CH340、PL2303、MAX232芯片的使用!
- (笔记)电路设计(十二)之高速数字系统滤波电容的设计应用
- 聚合物电容作用原理与基础
- 百度文库免积分免费下载工具的原理与实现
- 三极管基极偏置电路原理应用于继电器的驱动电路的分析
- 电路设计_钽电容的降额设计
- 电子电路基础知识——电阻,电容,电感
- 电路常识性概念(2)-电容
- 四位一体数码管介绍、扫描原理、应用电路和共阳共阴码段编写
- 二极管钳位电路原理
- 低成本MOS管下管驱动电路原理分析
- Haar特征与积分图(Adaboost方法原理介绍,非常经典)
- 从两个角度解释电容退耦原理