W poprzedniej części opisałem podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych, a w tej części cyklu opiszę układy pracy różniczkujące i całkujące. Wyróżniają się one tym, że działają zależnie od częstotliwości podawanego na wejście sygnału. Opis matematyczny tych układów jest bardziej skomplikowania i sprowadza się do rozwiązywania równań różniczkowych, niezbyt trudnych, ale wymagających już lepszej znajomości matematyki. W tym artykule nie będę wnikał w szczegółowe obliczenia, ale być może poświecę kiedyś temu osobny wpis.

Układ wzmacniacza całkującego

Układ ten otrzymuje się poprzez dołączenie pojemności do pętli sprzężenia zwrotnego.

Układ wygląda tak samo jak odwracający z tą różnicą występującą w sprzężeniu zwrotnym, dodanie pojemności powoduje, że praca układu jest zależna od częstotliwości. A efekt działania tego układu przedstawia symulacja na poniższym filmie. Symulację wykonałem w programie który napisałem kilka lat temu i można go znaleźć pod adresem www.robotyka.net.pl/symulator-wzmacniacza-operacyjnego/ .

Można zaobserwować bardzo ciekawą właściwość, jak zachodzą przemiany pomiędzy typami przebiegów. Sygnał prostokątny przechodzi w trójkątny, trójkątny w sinusoidalny.  Można zaobserwować, że gdy funkcja wejściowa jak stała to na wyjściu mamy równomierny spadek lub wzrost, a nagła zmiana wartości na przeciwną powoduje zmiana ze spadku na wzrost i odwrotnie. Ale kiedy sygnał wejściowy jest funkcją pochyłą, to otrzymujemy funkcję przypominającą sinusa. Warto zaobserwować tego typu zjawiska, ponieważ nawet nie znając obliczeń można lepiej zrozumieć działanie układu.

Jak już wcześniej wspomniałem układ zachowuje różnie zależnie od częstotliwości. Częstotliwość wpływa na wzmocnienie układu, a aby je obliczyć należy zastosować wzór:

Warto chwilę zastanowić się nad tym wzorem, naszą zmienną jest tutaj ω = 2πf, więc rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości, a więc im wyższa częstotliwość, tym wzmocnienie k jest mniejsze. Jest z tego prosty wniosek, układ całkujący może pracować jako aktywny filtr dolnoprzepustowy.

Układ wzmacniacza różniczkującego

W przypadku wzmacniacza różniczkującego sytuacja jest odwrotna na wejściu mamy kondensator, w układzie pętli sprzężenia zwrotnego jest rezystor.

Jak sama nazwa wskazuje układ działa na różnice, jego wzmocnienie jest tym większe im szybciej zmienia się sygnał, o czyni tak układ filtrem górnoprzepustowym. Przedstawię to na poniższym filmie.

Po tej symulacji można wyciągnąć dwa ważne wnioski, w przypadku przebiegów, gdzie zmiana stanu następuje skokowo, to na wyjściu otrzymamy impuls, oraz, że amplituda sygnału rośnie wraz z częstotliwością, co potwierdza, że taki układ jest filtrem górnoprzepustowy. A te efekty potwierdza wzór na wzmocnienie k:

Jest to odwrotność wzoru z układu całkującego, k rośnie (w ujemnym kierunku) wraz ze wzrostem częstotliwości.

Na to część na tyle w trzeciej już części zostaną opisane układy takie jak komparator analogowy i wtórnik napięciowy.