Tricky Circuit

Инвертирующий интегратор

Пусть напряжение накапливается со временем

Интегратор накапливает вход во времени. Op amp — Operational Amplifier, операционный усилитель: питаемая схема. Конденсатор обратной связи позволяет выходу помнить накопленный заряд. Начальное условие — стартовое значение, нужное для предсказания изменяющейся системы. Здесь выход начинает с 0 V. R обозначает сопротивление, C — ёмкость; RC — их произведение, временной масштаб, называемый постоянной времени.

Открыть интерактивный опыт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТОЛ

Меняй настройки схемы, предсказывай показания и проверяй решение задания. Это учебные модели; допущения объяснены в каждом уроке.

Войди, чтобы сохранять прогресс. Прогресс гостя хранится на этом устройстве.

Открыть лабораторию в полном окне

Как это работает

Постоянный вход, R = 10 kΩ, C = 10 µF. Ползунок выбирает момент, это не работающие часы. Требуемый выход ограничен ±10 V. Каждый расчёт начинается с 0 V; смещение и утечки не учитываются.

RC = 0.1 s задаёт масштаб накопления. При постоянном Vin требуемое Vout = −Vin × t/RC. t — время в секундах; 100 ms — 0.1 s. Минус меняет направление накопления.

Сложность

  1. Собери · Наблюдай

    Включи вход 1 V и время 100 ms. Получи −1 V.

    Нужна подсказка?

    Vin=1 V; t=100 ms → −1 V

  2. Исследуй · Исследуй

    Поставь вход 2 V и время 250 ms. Получи −5 V.

    Нужна подсказка?

    Vin=2 V; t=250 ms → −5 V

  3. Реши сам · Реши

    Поставь вход −2 V и время 500 ms. Дойди до +10 V, верхнего предела модели.

    Нужна подсказка?

    Vin=−2 V; t=500 ms → +10 V

Дополнительные материалы и карточки схем

Инвертирующий интегратор

Представь накопленную сумму вместо последнего значения. Конденсатор обратной связи позволяет малому постоянному входу менять выход по мере течения времени.

Vout(t) = Vout(0) − Vin × t/(RC); Vout(0) = 0 V; RC = 0.1 s

При 1 V за 0.1 s отношение t/RC равно единице. Положительный вход ведёт инвертирующий выход вниз, отрицательный — вверх.

Полезная связь

До ограничения удвоение входа или времени удваивает изменение выхода.

За пределами модели

Начальное напряжение конденсатора важно. Модель фиксирует его в нуле, а не продолжает предыдущие опыты.

Ошибка, которой стоит избежать

Ползунок времени выбирает новый расчёт от того же старта. Он не продолжает предыдущий запуск.

Вход 1 V, время растёт со 100 ms до 200 ms. Выход станет…

  1. −0.5 V
  2. −1 V
  3. −2 V
Читать дальше

Двойное время накапливает двойное изменение от фиксированного нуля.

Малая накопленная сумма

Вход 1 V за 100 ms.

Выход достигает −1 V.

Обратное накопление

Вход −2 V за 500 ms.

Выход достигает +10 V.

Попробуй другое изменение

При входе 2 V сравни 100, 200 и 300 ms. Сначала предскажи −2, −4 и −6 V.

ti.com