資料介紹
透過運算放大器配置的積分器(integrator)是由電阻、電容和運算放大器組成的簡單電路,那么怎么會出問題呢?在圖1中,當ZF為電容時,閉回路理想增益方程為G = -1/RGCs,其中s是拉普拉斯(Laplace)復數運算符(complex operator)。 因此,該電路執行純積分。
圖1 基本的運算放大器積分器并不像乍看那樣簡單。
有些設計人員錯誤地認為此配置可能不穩定,因此可以使用公式1計算回路增益(loop gain)以確定是否存在潛在的穩定性問題。其中,a是運算放大器的開回路增益。
在著名的Bode圖上,零點從最低頻率軸開始產生90°正相移,而極點在f = 1/ (2πRGC)處的頻率處產生-45°相移。;在f = 1 / (2πRGC)時,總相移為45°,在大約10f時相移減小至零。相移永遠不會接近不穩定所需的-180°,因此電路問題必須存在于其他地方。
運算放大器包含需要輸入電流的晶體管。如果運算放大器具有npn輸入晶體管,則輸入電流將從地面流入電路,而pnp晶體管的電流則相反,反相輸入電流從地流過RG和C。不管輸入電流有多小,最終它都會對電容充電,從而導致運算放大器在正電源軌處飽和(對于pnp輸入晶體管)。
可以透過添加一個與C并聯的電阻輕松解決飽和問題。電阻提供偏置電流,飽和度減小至較小的電壓偏移。帶有并聯電阻的閉回路增益和回路增益方程式如下:
和
你將無法透過添加RF來實現純粹的整合。該電路是一個放大器,其反相增益為-RF?/ RG,直到輸入頻率接近f = 1 / (2πRFC)為止。而且,它充當較高頻率的積分器或低通濾波器。環路增益中的零始終在頻域中位于極點之前,因此,該電路始終穩定。實際上,通常會在放大器上增加一個反饋電容,以降低噪聲和過沖。
階躍函數輸入電壓導致輸入電流VIN?/ RG,并且輸入電流可能會損壞電容、毀損運算放大器或引起振鈴。工程師經常在電容上串聯一個小電阻,以提高可靠性。帶有串聯電阻的閉回路增益和回路增益方程式如下:
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