作为集成器的运算放大器

OP-AMP的另一个主要应用是其在数学应用中的应用。操作放大器可以被配置为执行集成和差异的数学操作。事实上，名称“运​​算放大器”来自它用于执行数学操作的事实。在本教程中，我们将学习和分析运算放大器作为集成器的工作。

在上一个教程中，我们已经看到了运算放大器如何用作差异化器。有关该主题的更多信息，请阅读“运算放大器作为差异化器“。

介绍

运算放大器可以被配置为执行诸如分化和集成的微积分操作。在集成电路中，输出是输入电压相对于时间的集成。无源积分器是一种电路，该电路不使用像OP-AMPS或晶体管等任何有源器件，而是只有像电阻器和电容器一样的偏移。

由活动设备组成的集成电路电路称为活动积分器。有源积分器提供远低的输出电阻和更高的输出电压，而不是简单的RC电路。

OP-AMP差异和积分电路基本上是反相放大器，具有适当放置的电容器。集成电路通常设计用于产生从方波输入输出的三角波。

集成电路在正弦波输入信号上运行时具有频率限制。

理想的运算放大器集成电路电路

操作放大器积分器电路产生输出电压，该输出电压与在波形中包含的区域（倍率乘以时间）成比例。

理想的OP-AMP Integrator使用电容器C._F，连接在输出和OP-AMP反相输入端子之间，如下图所示。

反相输入端的负反馈确保节点X保持在地电位（虚拟地）。如果输入电压为0 V，则通过输入电阻器R将没有电流₁并且电容器不带电。

因此，输出电压理想为零。

如果将恒定的正电压（DC）施加到积分放大器的输入，则输出电压将以线性速率降负，以便在地电位下保持反相输入端子。

相反，输入处的恒定负电压导致输出的线性上升（正）电压。输出电压的变化率与施加的输入电压的值成比例。

输出电压计算

从电路，可以看出，节点Y通过补偿电阻器r接地₁。由于虚拟地面，节点X也将处于地电位。

V._X= V._y= 0.

由于OP-AMP的输入电流理想为零，因此由于VIN而流过输入电阻的电流也流过电容器C._F。

从输入侧，当前I给出，

我=（v_在- V._X）/ R.₁= V._在/ R.₁

从输出侧，电流I为，

我= C._F[D（v_X- V._出去）/ dt] = -c_F[D（v_出去/ dt]

等同于我的上述两个方程，我们得到了，

[V._在/ R.₁] = - c_F[D（v_出去/ dt]

整合上述等式的两侧，

在上述等式中，输出为 - {1 /（r₁* C_F）}倍的输入电压的积分，其中术语（r₁* C_F）被称为积分器的时间常数。

负标志表明存在180的相移^O.在输入和输出之间，因为输入设置为OP-AMP的反相输入端子。

有效积分器的主要优点是具有大的时间常数，这导致输入信号的精确集成。

集成电池放大器作为斜坡发生器

如果集积放大器的步进输入由连续的时间方波替换，则输入信号幅度电荷的变化并放电反馈电容。

这导致三角波输出，其频率取决于（r₁* C_F），其被称为电路的时间常数。这种电路通常称为斜坡发生器。

在方波输入的正半周期期间，恒定电流I流过输入电阻器R1。由于流入OP-AMP内部电路的电流为零，有效地通过反馈电容器C流动所有电流_F。该电流对电容器充电。

由于电容连接到虚拟地，电容器上的电压是OP-AMP的输出电压。

在方波输入的负半周期期间，电流I逆转。电容器现在线性充电并产生正面的斜坡输出。

AC OP-AMP Integrator

如果运算放大器积分器设置有频率变化的正弦波输入，则积分器的行为类似于“低通滤波器”，其仅在输出处产生低频信号。所有高频信号组件都被阻塞或衰减。

在0 Hz处，反馈电容表现得像开路电路一样，因此输出到OP-AMP的反相输入没有反馈。现在，电路的行为类似于具有非常高的增益的开环反相放大器。

这将导致输出电压的饱和度。随着输入频率的增加，电容器被充电。在较高频率下，电容器就像短路一样。

具有直流增益控制的OP-AMP Integrator

为了避免输出电压的饱和度并提供增益控制，可以与反馈电容器C并联添加具有高电阻值的电阻器_F。

积分器的闭环增益将是（r₂/ R.₁），就像一个正常的反相放大器一样。

因此，在输入信号的低频下，电路通常类似于积分器。在高频下，电容器用作短路并通过电阻器r旁₂。

电容器的电抗反过来降低了放大器的增益。

具有直流增益控制的交流积分放大器的频率响应如上图所示。在输入的较低频率下，电容器保持不带电并用作开路。

这导致了（r₂/ R.₁）。随着输入信号频率的增加，反馈电容充电并采用几乎类似的短路，绕过反馈电阻r₂。这导致增益，以每十年20 dB的速度线性降低。

OP-AMP Integrator应用程序

• OP-AMP集成放大器用于在模拟计算机中执行微积分操作。
• 集成电路最常用于模拟转换器，斜坡发生器以及波形塑造应用中的应用。
• 另一个应用是集成表示水流的信号，产生表示通过流量计通过的水总量的信号。Integrator的这种应用有时被称为工业仪表贸易中的累加器。

OP-AMP Integrator摘要

• 运算放大器可用于执行诸如差异化和集成的微积分操作。这两个配置都在电路的反馈部分中使用反应部件（通常是电容器）。
• 积分电路在输入信号上执行相对于时间的集成的数学操作，在输入信号中，输出电压与随时间集成的施加的输入电压成比例。
• 积分器的输出将截至180^O.关于输入，由于输入应用于OP-AMP的反相输入端子。
• 积分电路通常用于从方波输入产生斜波。集成放大器在正弦波信号上运行时具有频率限制。