積分電路原理之新解——放大器與電容的變身

將反相放大器中的反饋電阻，換作電容，便成為如圖一所示的積分放大器電路。對于電阻，貌似是比較實在的東西，電路輸出狀態(tài)可以一目了然，換作電容，由于充、放電的不確定性，電容又是個較“虛”的物件，其電路輸出狀態(tài)，就有點不易琢磨了。

圖一 積分電路的構(gòu)成及信號波形圖

想弄明白其輸出狀態(tài)，得先了解電容的脾性。電容基本的功能是充、放電，是個儲能元件。對變化的電壓敏感(反應(yīng)強(qiáng)烈)，對直流電遲鈍(甚至于無動于衷)，有通交流隔直流的特性。對看待世界萬物都是呈現(xiàn)電阻特性的人來說，也可以將電容看成會變化的電阻，由此即可解開積分電路的輸出之謎。

依據(jù)能量守恒定律，能量不能無緣無故地產(chǎn)生，也不能無緣無故地消失，由之導(dǎo)出電容兩端電壓不能突變的定理。充電瞬間，電容的兩極板之間尚未積累起電荷，故能維持兩端電壓為零的原狀態(tài)，但此瞬間充電電流為最大，可以等效為極小的電阻甚至導(dǎo)線，如果說電容充電瞬間是短路的，也未嘗不可，比如變頻器主電路中，對回路電容要有限流充電措施，正是這個道理;電容充電期間，隨時間的推移，充電電壓逐漸升高，而充電電流逐漸減小，也可以認(rèn)為此時電容的等效電阻由最小往大處變化;電容充滿電以后，兩端電壓最高，但充電電流基本為零，此時電容等效為最大值電阻，對于直流電來說，甚至可以等效于斷路，無窮大的電阻了。

總結(jié)以上，在電容充電過程中，有等效為最小電阻或?qū)Ь€、等效為由小變大的電阻、等效為最大電阻或斷路等三個狀態(tài)。正是電容的該變化特性，可以使積分放大器電路變身為如圖二所示的三種身份。

圖二 積分電路工作過程中的“三變身”

參見圖二。

1、電壓跟隨器。在輸入信號的t0(正向跳變)時刻，電容充電電流最大，等效電阻最小(或視為導(dǎo)線)，該電路即刻變身為電壓跟隨器電路，由電路的虛地特性可知，輸出尚為0V。

2、反相放大器。在輸入信號的t0時刻之后平頂期間，電容處于較為平緩的充電過程，其等效RP經(jīng)歷小于R、等于R和大于R的三個階段，因而在放大過程中，在放大特性的作用下，其實又經(jīng)歷了反相衰減、反相、反相放大等三個小過程。而無論是衰減、反相還是反相放大，都說明在此階段，積分電路其實是扮演著線性放大器的角色。

3、在輸入信號平項期間的后半段，電容的充電過程已經(jīng)結(jié)束，充電電流為零，電容相當(dāng)于斷路，積分放大器由閉環(huán)放大到開環(huán)比較狀態(tài)，電路進(jìn)而變身為電壓比較器。此際輸出值為負(fù)供電值。

都說人會變臉，其實電路也能變身啊。在電容操控之下，放大器瞬間就變換了三種身份。能看穿積分放大器的這三種身份，積分放大器的“真身”就無從遁形了。