將反相放大器中的反饋電阻,換作電容,便成為(wei) 如圖一所示的積分放大器電路。對於(yu) 電阻,貌似是比較實在的東(dong) 西,電路輸出狀態可以一目了然,換作電容,由於(yu) 充、放電的不確定性,電容又是個(ge) 較“虛”的物件,其電路輸出狀態,就有點不易琢磨了。
圖一 積分電路的構成及信號波形圖
想弄明白其輸出狀態,得先了解電容的脾性。電容基本的功能是充、放電,是個(ge) 儲(chu) 能元件。對變化的電壓敏感(反應強烈),對直流電遲鈍(甚至於(yu) 無動於(yu) 衷),有通交流隔直流的特性。對看待世界萬(wan) 物都是呈現電阻特性的人來說,也可以將電容看成會(hui) 變化的電阻,由此即可解開積分電路的輸出之謎。
依據能量守恒定律,能量不能無緣無故地產(chan) 生,也不能無緣無故地消失,由之導出電容兩(liang) 端電壓不能突變的定理。充電瞬間,電容的兩(liang) 極板之間尚未積累起電荷,故能維持兩(liang) 端電壓為(wei) 零的原狀態,但此瞬間充電電流為(wei) 最大,可以等效為(wei) 極小的電阻甚至導線,如果說電容充電瞬間是短路的,也未嚐不可,比如變頻器主電路中,對回路電容要有限流充電措施,正是這個(ge) 道理;電容充電期間,隨時間的推移,充電電壓逐漸升高,而充電電流逐漸減小,也可以認為(wei) 此時電容的等效電阻由最小往大處變化;電容充滿電以後,兩(liang) 端電壓最高,但充電電流基本為(wei) 零,此時電容等效為(wei) 最大值電阻,對於(yu) 直流電來說,甚至可以等效於(yu) 斷路,無窮大的電阻了。
總結以上,在電容充電過程中,有等效為(wei) 最小電阻或導線、等效為(wei) 由小變大的電阻、等效為(wei) 最大電阻或斷路等三個(ge) 狀態。正是電容的該變化特性,可以使積分放大器電路變身為(wei) 如圖二所示的三種身份。
電壓跟隨器,放大器,電壓比較器區別如下:
圖二 積分電路工作過程中的“三變身”
參見圖二。
1、電壓跟隨器。在輸入信號的t0(正向跳變)時刻,電容充電電流最大,等效電阻最小(或視為(wei) 導線),該電路即刻變身為(wei) 電壓跟隨器電路,由電路的虛地特性可知,輸出尚為(wei) 0V。
2、反相放大器。在輸入信號的t0時刻之後平頂期間,電容處於(yu) 較為(wei) 平緩的充電過程,其等效RP經曆小於(yu) R、等於(yu) R和大於(yu) R的三個(ge) 階段,因而在放大過程中,在放大特性的作用下,其實又經曆了反相衰減、反相、反相放大等三個(ge) 小過程。而無論是衰減、反相還是反相放大,都說明在此階段,積分電路其實是扮演著線性放大器的角色。
3、在輸入信號平項期間的後半段,電容的充電過程已經結束,充電電流為(wei) 零,電容相當於(yu) 斷路,積分放大器由閉環放大到開環比較狀態,電路進而變身為(wei) 電壓比較器。此際輸出值為(wei) 負供電值。
都說人會(hui) 變臉,其實電路也能變身啊。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”就無從(cong) 遁形了。