Operationsverstärker sind wesentliche Komponenten in der analogen Signalverarbeitung. Sie werden verwendet, um Schaltungen zu erstellen, die mathematische Operationen wie Integration und Differenzierung durchführen. Das Verständnis, wie diese Schaltungen konstruiert und analysiert werden, ist für Elektronikdesign und -analyse von grundlegender Bedeutung.

Bau von Integratorschaltungen

Eine Integratorschaltung erzeugt einen Ausgang, der proportional zum Integral des Eingangssignals ist, und verwendet typischerweise einen Operationsverstärker mit einem Widerstand und einem Kondensator, die in einer bestimmten Konfiguration geschaltet sind.

Das Eingangssignal wird über einen Widerstand an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt, wobei zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang ein Kondensator geschaltet ist, der nicht invertierende Eingang geerdet ist, wodurch die Ausgangsspannung proportional zum Integral der Eingangsspannung über die Zeit ist.

Bau von Differenzierschaltungen

Eine Differenzierschaltung gibt eine Spannung aus, die proportional zur Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignals ist, und verwendet einen Operationsverstärker mit einem Widerstand und einem Kondensator, jedoch in einer anderen Konfiguration als der Integrator.

Das Eingangssignal wird über einen Kondensator dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers zugeführt, wobei ein Widerstand den Ausgang mit dem invertierenden Eingang verbindet, wobei der nicht invertierende Eingang geerdet ist, wodurch die Ausgangsspannung proportional zur Ableitung der Eingangsspannung ist.

Analysieren des Schaltkreisverhaltens

Das Verhalten von Integrator- und Differenzierschaltungen kann durch ihre Übertragungsfunktionen verstanden werden. Die Übertragungsfunktion des Integrators ist umgekehrt proportional zur Frequenz, wodurch sie für niederfrequente Signale geeignet ist. Umgekehrt ist die Übertragungsfunktion des Differenziersystems direkt proportional zur Frequenz, wodurch sie auf hochfrequente Signale reagiert.

Beide Schaltungen sind störempfindlich und erfordern geeignete Konstruktionsüberlegungen, wie das Hinzufügen von Widerständen zur Begrenzung der Hochfrequenzverstärkung oder die Verwendung von Filtern zur Stabilisierung des Ausgangs.

Anträge

Integrator- und Differenzierschaltungen werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, einschließlich Wellenformerzeugung, Signalverarbeitung und Steuerungssysteme, und sie sind von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung von Filtern, Oszillatoren und Analogrechnern.