Principios de funcionamiento y definiciones de circuitos integrales y circuitos diferenciales.

1. Principio y definición de circuito integral

Un circuito integral es un circuito que hace que la señal de salida sea proporcional al valor integral en el tiempo de la señal de entrada. El circuito integrador más simple consta de una resistencia R y un capacitor C, como se muestra en la figura (a). Si la constante de tiempo RC es lo suficientemente grande, el voltaje en el capacitor C solo puede aumentar lentamente cuando se aplica un voltaje externo. En el rango de tiempo de tlt;lt;RC, el voltaje a través del capacitor C es muy pequeño, el voltaje de entrada cae principalmente en la resistencia R, la corriente de carga i≈ui(t)/R y el voltaje de salida u0(t ) es

u0(t)=1/Cdt≈1/RCdt

Es decir, el voltaje de salida es aproximadamente proporcional al valor integral de tiempo de el voltaje de entrada. Si la señal de entrada Ui(t) es un voltaje escalonado, la salida del circuito integrador ideal es un voltaje en rampa lineal, como se muestra en la línea de puntos en la Figura (b). La forma de onda de salida real de un circuito integrador RC simple es diferente de la situación ideal. Dentro del rango de tiempo de tlt;lt;RC, el voltaje de salida está relativamente cerca del voltaje de rampa lineal ideal. A medida que pasa el tiempo, el voltaje a través del capacitor. aumenta y la corriente de carga aumenta a medida que el voltaje disminuye, el voltaje de salida se desvía cada vez más de la salida del circuito integrador ideal, como se muestra en la línea continua en la Figura (b).

El circuito integrador también puede estar compuesto por un amplificador operacional y un circuito RC. Un amplificador operacional ideal tiene una corriente de entrada i1≈0 y un voltaje de entrada UI≈0. Cuando se aplica un voltaje externo ui(t), la corriente de carga iC del capacitor C=i≈ui(t)/R, y el voltaje de salida uo(t) (es decir, el voltaje a través del capacitor C) es un circuito integrador que se puede utilizar para generar un voltaje de onda de diente de sierra de precisión o aumenta linealmente el voltaje como base de tiempo para sistemas de medición y control. También se puede utilizar en circuitos de conversión de forma de onda de pulso. En los receptores de televisión, se utiliza un circuito integrador para separar los pulsos de sincronización de campo de la señal de sincronización compuesta.

Los circuitos integradores también se pueden utilizar para procesar señales analógicas. Cuando la entrada es una señal sinusoidal

ui(t)=Um

, la salida del circuito integrador es

u0(t)=1/RCdt =Um/ ωRC

La amplitud es 1/ωRC de la señal de entrada y el retraso de fase es de 90°. Cuando la señal de entrada contiene diferentes componentes de frecuencia, la proporción de componentes de mayor frecuencia en la señal en el extremo de salida del circuito integrado disminuye. En un modulador de frecuencia indirecto, para utilizar un circuito de modulación de fase para obtener una onda FM, primero se usa un circuito integrador para integrar la señal modulada, y luego el circuito de modulación de fase realiza una modulación de fase en la onda portadora para obtener una onda FM. .

2. Principio y definición del circuito diferencial

El proceso de funcionamiento del circuito diferencial es: si el producto de RC, es decir, la constante de tiempo es muy pequeña, cuando t=0 , es decir, cuando la onda cuadrada salta, el condensador C

se carga rápidamente y su voltaje terminal y voltaje de salida son proporcionales a la derivada del tiempo del voltaje de entrada

circuito diferencial.

voltaje.

La forma de onda de salida de un circuito diferencial práctico es diferente de la de un circuito diferencial ideal. Incluso si la entrada es una onda cuadrada ideal, cuando la onda cuadrada salta positivamente, la amplitud del voltaje de salida no puede ser infinita ni excederá la amplitud del voltaje de la onda cuadrada de entrada E. En el tiempo de 0lt;tlt;T

, no es completamente igual a cero, pero al igual que la forma de onda de pulso estrecho en la Figura 1d, su amplitud disminuye gradualmente hasta cero con el aumento del tiempo t. De la misma manera, cerca del borde posterior de la onda cuadrada de entrada, la salida u0(t) es un pulso estrecho negativo. El voltaje de salida de este circuito diferencial RC refleja aproximadamente la tasa de cambio temporal de los bordes anterior y posterior de la onda cuadrada de entrada, y a menudo se usa para extraer la información contenida en los bordes anterior y posterior del pulso.

El circuito diferencial real también puede estar compuesto por una resistencia R y un inductor L. A veces se pueden utilizar amplificadores operacionales y RC para formar circuitos diferenciales más complejos, pero hay pocas aplicaciones prácticas