運(yùn)算放大器是模擬積分器電路的理想基礎(chǔ)。輸入電流幾乎為零，輸出電壓構(gòu)成輸入信號(hào)的精確積分。

雖然僅使用電阻器和電容器就可以開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的積分器電路，但運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn)更好的性能，即獲得更真實(shí)的集成。

在大多數(shù)運(yùn)算放大器電路中，使用的反饋本質(zhì)上主要是電阻性的，直接電阻路徑至少形成網(wǎng)絡(luò)的一部分。然而，對(duì)于積分器來(lái)說(shuō)，情況并非如此 - 在運(yùn)算放大器的輸出和輸入之間提供反饋的元件是一個(gè)電容器。

顧名思義，運(yùn)算放大器積分器執(zhí)行的功能相當(dāng)于數(shù)學(xué)積分函數(shù)的電子功能。事實(shí)上，電子積分器電路可用于模擬計(jì)算機(jī)。

就其工作而言，電路產(chǎn)生的輸出與其輸入電壓相對(duì)于時(shí)間的積分成正比。

這意味著任何時(shí)候的輸出電壓都由起始輸出電壓、輸入電壓存在的時(shí)間長(zhǎng)度和輸入電壓的值決定。

積分器電路背后的基本思想如下所示。盡管運(yùn)算放大器積分器電路有一些變化，但這個(gè)概念是其工作背后的原因。

積分器電路的波形

從圖中可以看出，雖然輸入保持為零，但輸出也保持為零。但是，當(dāng)向輸入端施加階躍輸入電壓時(shí)，輸出會(huì)上升。當(dāng)階躍輸入返回到零時(shí)，輸出保持在上次達(dá)到的電壓。

運(yùn)算放大器積分器電路

基本運(yùn)算放大器積分器電路由一個(gè)運(yùn)算放大器組成，輸出和反相輸入之間有一個(gè)電容，以及一個(gè)從反相輸入到整個(gè)電路輸入的電阻器，如圖所示。

基本模擬運(yùn)算放大器積分器電路

首先要注意的一點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)施加到反相輸入端時(shí)，電路的輸出是基本CR積分器網(wǎng)絡(luò)的逆輸出。

運(yùn)算放大器積分器電路的波形?注意：輸出的反相，因?yàn)檩斎胧┘拥竭\(yùn)算放大器反相輸入

運(yùn)算放大器積分器設(shè)計(jì)計(jì)算

電路所需的主要計(jì)算是確定給定輸入電壓在給定時(shí)間內(nèi)的輸出電壓。

其中：

Vout = 運(yùn)算放大器積分器的輸出電壓 Vin = 輸入電壓 T = 開(kāi)始施加電壓后的時(shí)間（以秒為單位） R = 積分器

中的電阻值（以Ω為單位）

C = 積分器電容器的電容（法拉） c = 積分常數(shù)，在本例中為輸出起始電壓。

公式中的負(fù)號(hào)反映了使用運(yùn)算放大器的反相輸入導(dǎo)致的反相。

運(yùn)算放大器飽和度

很明顯，積分器的輸出不能無(wú)限上升，因?yàn)檩敵鰧⑹艿较拗啤?/p>

運(yùn)算放大器積分器的輸出將受到電源或電源軌電壓以及運(yùn)算放大器本身的飽和度的限制，即輸出可以擺動(dòng)到離電源軌的距離。

在設(shè)計(jì)其中一個(gè)電路時(shí)，可能需要限制增益或增加電源軌電壓，以適應(yīng)可能的輸出電壓擺幅。

雖然小輸入電壓和短時(shí)間可能是可以接受的，但在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須小心，因?yàn)檩斎腚妷嚎梢员３州^長(zhǎng)時(shí)間。

顯示飽和點(diǎn)的運(yùn)算放大器模擬積分器

積分器復(fù)位能力

有時(shí)需要有一種方法可以將運(yùn)算放大器積分器復(fù)位為零。

添加復(fù)位設(shè)施或功能非常容易實(shí)現(xiàn)。只需在積分器電容兩端添加一個(gè)開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)。這具有使電容器放電的效果，從而使整個(gè)積分器復(fù)位。

帶復(fù)位開(kāi)關(guān)的模擬運(yùn)算放大器積分器電路

復(fù)位開(kāi)關(guān)可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)。顯然可以使用簡(jiǎn)單的機(jī)械開(kāi)關(guān)，但也可以使用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。這些通常是基于 FET 的開(kāi)關(guān)，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅８叩年P(guān)斷電阻，并且可以在此類(lèi)應(yīng)用中更輕松地作為開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。

運(yùn)算放大器積分器電路可以精確地對(duì)要獲得的輸入信號(hào)進(jìn)行積分。該電路已用于許多模擬計(jì)算機(jī)，如今，許多模擬應(yīng)用都需要集成功能，其中運(yùn)算放大器電路是理想的解決方案。

審核編輯：黃飛