Op-Amp comme intégrateur et différenciateurs | Ça marche | 5+ faits importants

Contenu

  • Qu'est-ce que l'intégrateur?
  • Principe de fonctionnement de l'intégrateur
  • Circuit intégrateur ampli-op
  • Sortie d'un intégrateur
  • Dérivation de l'ampli-op comme intégrateur
  • Intégrateur ampli-op pratique
  • Applications de l'intégrateur
  • Qu'est-ce que le différenciateur?
  • Op-amp comme différentiateur
  • Principe de fonctionnement du différentiateur
  • Forme d'onde de sortie d'un différenciateur
  • Applications du différentiateur

Qu’est ce que Intégrateur?

Définition de l'intégrateur

Si le chemin de rétroaction est fait à travers un condensateur au lieu d'une résistance, un réseau RC a été établi à travers le chemin de rétroaction négative des amplificateurs opérationnels. Ce type de configuration de circuit produit aide à mettre en œuvre un fonctionnement mathématique, en particulier une intégration, et ce circuit amplificateur opérationnel est connu sous le nom de circuit intégrateur amplificateur opérationnel.

La sortie du circuit est l'intégration de la tension d'entrée appliquée avec le temps.

Les circuits intégrateurs sont essentiellement des amplificateurs opérationnels inverseurs (ils fonctionnent en configuration d'amplificateur opérationnel inverseur, avec des condensateurs et des résistances appropriés), qui produisent généralement une sortie d'onde triangulaire à partir d'une entrée d'onde carrée. Par conséquent, ils sont également utilisés pour créer des impulsions triangulaires.

Op-amp comme intégrateur

Principe de fonctionnement de l'intégrateur

Les amplificateurs opérationnels peuvent être utilisés pour des applications mathématiques telles que l'intégration et la différenciation en implémentant des configurations d'amplis opérationnels spécifiques.

Lorsque le chemin de rétroaction est fait à travers un condensateur au lieu d'une résistance, un réseau RC a été établi à travers le chemin de rétroaction négative des amplificateurs opérationnels. Ce type de configuration de circuit produit aide à mettre en œuvre un fonctionnement mathématique, en particulier une intégration, et ce circuit amplificateur opérationnel est connu sous le nom de circuit intégrateur amplificateur opérationnel. La sortie du circuit est l'intégration de la tension d'entrée appliquée avec le temps.

Circuit intégrateur ampli-op

Circuit intégrateur ampli-op

Sortie d'un intégrateur

forme d'onde d'entrée et de sortie d'un intégrateur

Les circuits intégrateurs sont essentiellement des amplificateurs opérationnels inverseurs (ils fonctionnent en configuration d'amplificateur opérationnel inverseur, avec des condensateurs et des résistances appropriés), qui produisent généralement une sortie d'onde triangulaire à partir d'une entrée d'onde carrée. Par conséquent, ils sont également utilisés pour créer des impulsions triangulaires.

Le courant dans le chemin de rétroaction est impliqué dans la charge et la décharge du condensateur; par conséquent, l'amplitude du signal de sortie dépend de la durée pendant laquelle une tension est présente (appliquée) à la borne d'entrée du circuit.

Dérivation de l'ampli-op comme intégrateur

Comme nous le savons du concept de masse virtuelle, la tension au point 1 est de 0V. Par conséquent, le condensateur est présent entre les bornes, l'une ayant un potentiel nul et l'autre au potentiel V0. Lorsqu'une tension constante est appliquée à l'entrée, il en résulte une tension linéairement croissante (positive ou négative selon le signe du signal d'entrée) à la sortie dont le taux de changement est proportionnel à la valeur de la tension d'entrée appliquée.

À partir du circuit ci-dessus, il est observé, V1 = V2 = 0

Le courant d'entrée comme:

En raison des caractéristiques de l'amplificateur opérationnel (l'impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel est infinie), le courant d'entrée à l'entrée d'un amplificateur opérationnel est idéalement nul. Par conséquent, le courant passant de la résistance d'entrée par la tension d'entrée appliquée Vi a volé le long du chemin de rétroaction dans le condensateur C1.

Par conséquent, le courant du côté sortie peut également être exprimé comme:

En égalant les équations ci-dessus, nous obtenons,

Par conséquent, la sortie ampli-op de ce circuit intégrateur est:

En conséquence, le circuit a une constante de gain de -1 / RC. Le signe négatif pointe vers un 180o déphasage.

Ampli-op pratique comme intégrateur

Si nous appliquons un signal d'entrée sinusoïdal à l'intégrateur, l'intégrateur laisse passer les signaux basse fréquence tout en atténuant les parties hautes fréquences du signal. Par conséquent, il se comporte comme un Filtre passe-bas plutôt qu’un intégrateur.

L'intégrateur pratique a encore d'autres limitations. Contrairement aux amplificateurs opérationnels idéaux, les amplificateurs opérationnels pratiques ont un gain en boucle ouverte fini, une impédance d'entrée finie, une tension de décalage d'entrée et un courant de polarisation d'entrée. Cet écart par rapport à un ampli opérationnel idéal peut affecter le travail de plusieurs manières. Par exemple, si Vin = 0, le courant traverse le condensateur en raison de la présence à la fois de la tension de décalage de sortie et du courant de polarisation d'entrée. Cela provoque la dérive de la tension de sortie au fil du temps jusqu'à ce que l'ampli-op soit saturé. Si le courant de tension d'entrée est nul dans le cas de l'amplificateur opérationnel idéal, aucune dérive ne doit être présente, mais ce n'est pas vrai pour le cas pratique.

Pour annuler l'effet causé par le courant de polarisation d'entrée, nous devons modifier le circuit de telle sorte que Rom = R1|| RF|| RL

Dans ce cas, la tension d'erreur sera 

Par conséquent, la même chute de tension apparaît aux bornes positive et négative en raison du courant de polarisation d'entrée.

Pour un amplificateur opérationnel idéal fonctionnant à l'état continu, le condensateur fonctionne comme un circuit ouvert et, par conséquent, le gain du circuit est infini. Pour surmonter cela, une résistance R de valeur de résistance élevéeF est connecté en parallèle avec le condensateur dans le chemin de rétroaction. Pour cette raison, le gain du circuit est limité à une valeur finie (effectivement petite) et obtient donc une petite erreur de tension.

intégrateur ampli-op pratique
  • VIOS fait référence à la tension de décalage d'entrée
  • IBI fait référence au courant de polarisation d'entrée

Qu'est-ce que le différenciateur?

Définition de Différentiateur

Si la résistance d'entrée dans la borne inverseuse est remplacée par un condensateur, un réseau RC a été établi sur le chemin de rétroaction négative des amplificateurs opérationnels. Ce type de configuration de circuit aide à mettre en œuvre la différenciation de la tension d'entrée, et cette configuration de circuit d'amplificateur opérationnel est connue sous le nom de circuit différentiateur d'amplificateur opérationnel.

Un différentiateur d'amplificateur opérationnel fonctionne essentiellement comme un filtre passe-haut et l'amplitude de la tension de sortie produite par le différentiateur est proportionnelle au changement de la tension d'entrée appliquée.

Ampli-op comme différentiateur

Comme nous l'avons étudié précédemment dans le circuit intégrateur, les amplificateurs opérationnels peuvent être utilisés pour implémenter différentes applications mathématiques. Ici, nous allons étudier en détail la configuration différentielle de l'ampli-op. L'amplificateur différentiateur est également utilisé pour créer des formes d'onde et également dans des modulateurs de fréquence.

Un différentiateur d'amplificateur opérationnel fonctionne essentiellement comme un filtre passe-haut et l'amplitude de la tension de sortie produite par le différentiateur est proportionnelle au changement de la tension d'entrée appliquée.

Principe de fonctionnement du différentiateur

Lorsque la résistance d'entrée dans la borne inverseuse est remplacée par un condensateur, un réseau RC a été établi sur le chemin de rétroaction négative des amplificateurs opérationnels. Ce type de configuration de circuit aide à mettre en œuvre la différenciation de la tension d'entrée, et cette configuration de circuit d'amplificateur opérationnel est connue sous le nom de circuit différentiateur d'amplificateur opérationnel.

Dans un circuit amplificateur opérationnel de différenciation, la sortie du circuit est la différenciation de la tension d'entrée appliquée à l'amplificateur opérationnel par rapport au temps. Par conséquent, le différenciateur de l'ampli-op fonctionne dans une configuration d'amplificateur inverseur, ce qui fait que la sortie est déphasée de 180 degrés avec l'entrée. La différenciation de la configuration de l'amplificateur opérationnel répond généralement aux formes d'onde d'entrée triangulaires ou rectangulaires.

Un circuit différentiel

différenciateurs
Circuit de différenciation ampli-op

Comme le montre la figure, une connexion du condensateur en série avec la source de tension d'entrée a été effectuée. Le condensateur d'entrée C1 est initialement déchargé et fonctionne donc comme un circuit ouvert. La borne non inverseuse de l'amplificateur est connectée à la terre, tandis que la borne d'entrée inverseuse passe par la résistance de rétroaction négative Rf et connecté à la borne de sortie.

En raison des caractéristiques idéales de l'amplificateur opérationnel (l'impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel est infinie) en tant que courant d'entrée, I à l'entrée d'un amplificateur opérationnel est idéalement nul. Par conséquent, le courant traversant le condensateur (dans cette configuration, la résistance d'entrée est remplacée par un condensateur) en raison de la tension d'entrée V appliquéein circule le long du chemin de rétroaction à travers la résistance de rétroaction Rf.

Comme observé sur la figure, le point X est virtuellement mis à la terre (selon le concept de terre virtuelle) parce que la borne d'entrée non inverseuse est mise à la terre (le point Y est au potentiel de terre, c'est-à-dire 0 V).

Par conséquent, Vx = Vy = 0

En ce qui concerne le condensateur côté entrée, le courant passant à travers le condensateur peut s'écrire:

En ce qui concerne la résistance de rétroaction côté sortie, le courant qui la traverse peut être représenté par:

À partir des équations ci-dessus, lorsque nous assimilons les courants dans les deux résultats que nous obtenons,

Le circuit amplificateur de différenciation nécessite une très petite constante de temps pour son application (différenciation), et c'est donc l'un de ses principaux avantages.

La valeur du produit C1Rf est connue sous le nom de constante de temps du différentiateur, et la sortie du différentiateur est C1Rf fois la différenciation de Vin signal. Le signe -ve dans l'équation indique que la sortie est 180o différence de phase par rapport à l'entrée.

Lorsque nous appliquons une tension constante avec un changement de pas à t = 0 comme un signal de pas dans la borne d'entrée du différentiateur, la sortie doit être idéalement nulle car la différenciation de la constante est nulle. Mais en pratique, la sortie n'est pas exactement nulle car l'onde d'entrée constante prend un certain temps pour passer de 0 volts à un certain Vmax volts. Par conséquent, la forme d'onde de sortie semble avoir un pic au temps t = 0.

Forme d'onde de sortie contenant un pic

Par conséquent, pour une entrée d'onde carrée, nous obtenons quelque chose comme indiqué dans la figure ci-dessous,

Forme d'onde de sortie d'un différenciateur pour une entrée carrée

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À propos d'Amrit Shaw

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