由运放器件和RC电路构成的积分电路

2016-11-16 09:09| 编辑:电工学习网| 查看: 36359| 评论: 0

根据输入信号频率（周期），合理设置RC时间常数，积分电路便能完成波形转换任务。积分电路系将反相放大器中的反馈电阻，换作电容，便成为如图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。
比较用电阻和运算电路构成的同相、反相运算放大电路，对于由电容和运算放大器构成的积分电路，在原理上如何理解和掌握，一般人往往感到会困难一些。
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（是吞吐电流的能手），是个储能元件。对变化的电压敏感（利用吞吐电流能力实现电压平波），对直流电迟钝（无电流可吞吐），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，电容的两极板之间沿未积累起电荷，沿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，是无穷大的电阻了。
总结以上，在电容充电过程中，由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所示的三种身份）。实际上在积分电路应用中，由于时间常数所限，电容不会进入电容荷充满的等效断路状态，但为了说明采用电容做为运算放大器偏置电路，由电容特性导致的放大器的动态输出变化，在此特意分析在一个跃变输入信号（信号时间常数远大于电路RC时间常数）情况下，放大器在电容调控下实施的三次变身。

图积分电路工作过程中的“三变身”
1)电压跟随器。在输入信号的t0（上升沿跳变）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时刻之后的平顶期间，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过渡到开环比较状态，电路由线性放大器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。
实际电路中，通常在积分电容C两端并联RF电阻，其值应>10R，用来防止积分漂移造成放大器进入截止区或饱和区。另外，尚有同相积分放大器电路，较为少见，仍然可用将电容等效可变电阻法进行原理性分析，此不赘述。
积分电路的检修要点（以应用广泛的反相积分放大器为例）：
1) 反相器基本电路形式，有“虚地”特性。
静态——无输入信号时，若输入侧有直流电压，电路应符合比较器规则；
检修中暂时短接C（令其变身为电压跟随器），输出端应变为0V。说明运放芯片是好的。
2)具有积分电路特性。
电路RC时间常数较大时，可在输入端（输入电阻R的左端）施加直流电压，则在输出端会短时呈现反向变化至最低电平的电压变化；
动态——输入脉冲正常情况下，可在输出端测得信号电压（为0V以下、供电负压之上的负电压）或脉冲波形。
确定其电路好坏，真的不难，而且方法是简单有效的。