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Schalten Sie die Geheimnisse von integralen und Differentialkreisoperationen frei

2023/12/20
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Das Verständnis der Kernprinzipien des integralen und Differentialkreises ist für die Elektrotechnik von entscheidender Bedeutung.Sie untermauern die unzähligen elektronischen Systeme, die ununterbrochene Signal- und Datenübertragung erleichtern.Diese Erkundung entmystifiziert diese Schaltkreise und zeichnet ihre Rollen, Verwendungszwecke und komplexe Wechselbeziehungen auf.

Kreislauf integrieren

Differentialkreis

Kreislauf integrieren

Im Bereich der Elektronik -Engineering ist der integrale Betriebsschaltkreis eine wichtige Analogschaltung, die Integrationsvorgänge für Eingangssignale durchführt.Es besteht aus einem operativen Verstärker, einem Kondensator und mehreren Widerständen.

Das Eingangssignal durchläuft einen Widerstand, bevor er sich mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Betriebsverstärkers innerhalb des integralen Betriebsschalters verbindet.Der operative Verstärker erstellt eine Rückkopplungsschleife, indem der Kondensator zwischen seinen Ausgangs- und invertierenden Eingangsanschlüssen platziert wird.

Wenn sich das Eingangssignal ändert, erzeugt der Verstärker eine Spannung, die vom Kondensator gesammelt wird, bis er eine bestimmte Größe erreicht, was das integrierte Eingangssignalergebnis darstellt.

Der im Diagramm dargestellte Tiefpassfilterkreis zeigt einen Integrationseffekt, wenn ein Quadratwellensignal mit einer Impulsbreite (TW) erheblich kleiner als die Zeitkonstante (τ) angelegt wird.Im Allgemeinen wird das Kriterium erfüllt, wenn τ größer oder gleich dreimal TW (τ ≥ 3TW) ist.

RC Low -Pass -Filterschaltung

(a) Zum Zeitpunkt t = T1 erhöht sich die Eingangsspannungs -Benutzeroberfläche von 0 nach UM.Da der Kondensator nicht plötzliche Spannungsänderungen verarbeiten kann, bleibt UC bei 0, was dazu führt, dass die Ausgangsspannung UO ebenfalls 0 beträgt.Der Kondensator C wird allmählich in einem exponentiellen Muster aufgeladen, wobei die UC im Laufe der Zeit zunimmt.Aufgrund der großen Zeitkonstante τ (τ ≥ tw) ist die Ladungsrate extrem langsam.Während des Ladungsprozesses zwischen T1 und T2 erfährt UC einen minimalen Aufstieg und kann als linearer Anstieg geschätzt werden, das durch Segment AB im Diagramm dargestellt wird.Es kann in Frage gestellt werden, was geschieht, wenn τ < tw. When τ is relatively low, indicating expedited charging, segment AB will still resemble a rectangular wave; however, the ascent period will be noticeably extended, successfully removing the high-frequency components of the square wave.

Wenn die Zeit T2 erreicht, fällt UI von UM auf 0 und erstellt im Wesentlichen einen Kurzschluss am Eingangsanschluss.Kondensator C entlädt sich durch Widerstand R, was zu einer Abnahme der Ausgangsspannung führt, bis der nächste rechteckige Impuls eintrifft.

Die RC -Integrationsschaltung arbeitet so, dass die Ausgangsspannung in stabilen Segmenten des rechteckigen Eingangsimpulses eine erkennbare Verschiebung erfährt.Während der Übergangsmomente im Eingangseingang rechteckigen Impuls bleibt die Ausgangsspannung konstant.

Es dient dazu, die konsistente Menge zu betonen und die schwankende Menge im Eingangsimpulssignal zu unterdrücken.

Integration von Schaltungswellenformdiagramm

Differentialkreis

Differentialschaltungswellenformdiagramm

Die Integratorschaltung ist im Wesentlichen der in Abbildung (a) gezeigte Hochpassfilterkreis.Es zeigt jedoch einen Differenzierungseffekt für einen Quadratwellensignaleingang mit einer Impulsbreite (TW) signifikant größer als die Zeitkonstante (τ).Diese Bedingung ist normalerweise erfüllt, wenn τ ≤ 1/5 w.(b) für t < t1, UI and UO are both 0. (c) At t = t1, UI undergoes an abrupt change from 0 to Um, immediately passing through C and R.

Diese Bedingung ist normalerweise erfüllt, wenn τ ≤ 1/5 w.(b) für t < t1, UI and UO are both 0. (c) At t = t1, UI undergoes an abrupt change from 0 to Um, immediately passing through C and R. This condition is usually satisfied when τ ≤ 1/5 tw. (b) For t < t1, UI and UO are both 0. (c) At t = t1, UI undergoes an abrupt change from 0 to Um, immediately passing through C and R. As depicted in the diagram, UO is given by UI - UC. Since the capacitor voltage cannot undergo abrupt changes, it remains at 0 at this moment. Therefore, the output voltage UO changes from 0 to Um as UO = UI = Um.

Während des Zeitraums von T1 bis T2 bleibt die Eingangsspannungs -UI bei UM konstant.Aufgrund der geringen Zeitkonstante τ der Schaltung (τ ≤ tw) lädt der Kondensator C schnell auf, wodurch UC schnell ansteigt.Infolgedessen fällt die Ausgangsspannung UO schnell ab, wie uo = ui - uc.Vor dem Zeitpunkt T2 erreicht die Spannungs -UC schnell die Spannungs -UM, und die Spannung UO fällt ebenfalls auf 0, was eine scharfe positive Impulswelle erzeugt.

Zum Zeitpunkt T2 springt die Spannungs -Benutzeroberfläche von UM auf 0. Da sich die Spannung über den Kondensator an beiden Enden nicht abrupt ändert, bleibt UC bei UM.Infolgedessen entspricht UO UI minus uc oder -um.

Nach T2 entlädt sich der Kondensator, da die Schaltung eine kleine Zeitkonstante τ hat, schnell.Somit steigt UO schnell von -um auf 0 und erzeugt eine scharfe negative Impulswelle.

Die RC -Differenzierungsschaltung reflektiert den sich ändernden Teil der Eingangsimpulse durch seine Ausgangsimpulse, die insbesondere bei den Übergängen von UI bei T1 und T2 mit der höchsten Amplitude der Ausgangsspannung auftreten.Bemerkenswerterweise wird während des T1 bis T2 -Zeitraums eine konstante Ausgangsspannung von 0 beobachtet, wenn die Eingangsspannung stabil bleibt.Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Differenzierungsschaltung die variable Menge betont und die konstante Menge im Eingangsimpuls unterdrückt.

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