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根據輸入信號頻率(周期),合理設置RC時間常數,積分電路便能完成波形轉換任務。積分電路系將反相放大器中的反饋電阻,換作電容,便成為如圖所示的積分放大器電路。對于電阻,貌似是比較實在的東西,電路輸出狀態可以一目了然,換作電容,由于充、放電的不確定性,電容又是個較“虛”的物件,其電路輸出狀態,就有點不易琢磨了。 比較用電阻和運算電路構成的同相、反相運算放大電路,對于由電容和運算放大器構成的積分電路,在原理上如何理解和掌握,一般人往往感到會困難一些。 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(是吞吐電流的能手),是個儲能元件。對變化的電壓敏感(利用吞吐電流能力實現電壓平波),對直流電遲鈍(無電流可吞吐),有通交流隔直流的特性。對看待世界萬物都是呈現電阻特性的人來說,也可以將電容看成會變化的電阻,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生,也不能無緣無故地消失,由之導出電容兩端電壓不能突變的定理。充電瞬間,電容的兩極板之間沿未積累起電荷,沿能維持兩端電壓為零的原狀態,但此瞬間充電電流為最大,可以等效為極小的電阻甚至導線,如果說電容充電瞬間是短路的,也未嘗不可,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,也可以認為此時電容的等效電阻由最小往大處變化;電容充滿電以后,兩端電壓最高,但充電電流基本為零,此時電容等效為最大值電阻,對于直流電來說,甚至可以等效于斷路,是無窮大的電阻了。 總結以上,在電容充電過程中,由等效為最小電阻或導線、等效為由小變大的電阻、等效為最大電阻或斷路等三個狀態(正是電容的該變化特性,可以使積分放大器電路變身為如圖所示的三種身份)。實際上在積分電路應用中,由于時間常數所限,電容不會進入電容荷充滿的等效斷路狀態,但為了說明采用電容做為運算放大器偏置電路,由電容特性導致的放大器的動態輸出變化,在此特意分析在一個躍變輸入信號(信號時間常數遠大于電路RC時間常數)情況下,放大器在電容調控下實施的三次變身。
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