インテグレーター

部品と材料

• 6ボルトのバッテリー4個
• オペアンプ、モデル1458を推奨（Radio Shackカタログ番号276-038）
• 10kΩポテンショメータ1つ、線形テーパー（Radio Shackカタログ番号271-1715）
• 2つのコンデンサ、それぞれ0.1 µF、無極性（Radio Shackカタログ番号272-135）
• 2つの100kΩ抵抗器
• 3つの1MΩ抵抗

この積分器の実験では、ほぼすべてのオペアンプモデルで問題なく動作しますが、1458の入力バイアス電流がはるかに高いため、353よりもモデル1458を指定しています。通常、高い入力バイアス電流は、オペアンプが高精度DCアンプ回路（特に積分回路）に持つ悪い特性です。ただし、その悪影響を誇張して、その影響を打ち消す1つの方法を学ぶために、バイアス電流を高くしたいと思います。

相互参照

電気回路の教訓 、第3巻、第8章：「オペアンプ」

学習目標

• ポテンショメータのスパンを制限する方法を示すため
• 積分回路の目的を決定するため
• オペアンプのバイアス電流を補償する方法を説明するため

回路図

イラスト

手順

概略図からわかるように、ポテンショメータは「レール」に接続されています。 」は、両端に1つずつ、100kΩの抵抗を介して電源を供給します。これは、ポテンショメータのスパンを制限して、完全な動きでオペアンプが動作する入力電圧の範囲がかなり狭くなるようにするためです。

ポテンショメータの動きの極端な例では、ポテンショメータのワイパーで約0.5ボルトの電圧（直列バッテリストリングの中央の接地点に対して）が生成されます。もう一方の極端な動きでは、約-0.5ボルトの電圧が生成されます。ポテンショメータが死点に配置されている場合、ワイパー電圧はゼロボルトを測定する必要があります。

オペアンプの出力端子と回路の接地点の間に電圧計を接続します。出力電圧を監視しながら、ポテンショメータコントロールをゆっくりと動かします。出力電圧は変化する必要があります ポテンショメータのゼロ（中心）位置からの偏差によって確立された速度で。

微積分の用語を使用すると、出力電圧は積分を表すと言えます。 （時間に関して）入力電圧関数の。つまり、入力電圧レベルは、出力電圧時間の経過に伴う変化率を確立します。 。これは、差別化の正反対です。 、ここで導関数 信号または機能の瞬間的な変化率です。

電圧計が2つある場合は、入力電圧と出力の電圧変化率の関係がすぐにわかります。 一方のメーターでワイパー電圧（ポテンショメーターワイパーとアースの間）を測定し、もう一方のメーターで出力電圧（オペアンプの出力端子とアースの間）を測定します。

ポテンショメータを調整してゼロボルトを与えると、出力電圧の変化率が最小になります。逆に、この回路への入力電圧が高いほど、出力電圧の変化が速くなります。つまり、「ランプ 。」

2番目の0.1µFコンデンサを最初のコンデンサと並列に接続してみてください。これにより、オペアンプのフィードバックループの容量が2倍になります。これは、特定のポテンショメータ位置の回路の積分率にどのような影響を及ぼしますか？

別の1MΩ抵抗を入力抵抗（ポテンショメータワイパーをオペアンプの反転端子に接続する抵抗）と並列に接続してみてください。これにより、積分器の入力抵抗が半分になります。これは回路の積分率にどのような影響を及ぼしますか？

積分回路は、アナログコンピュータの基本的な「ビルディングブロック」機能の1つです。積分器回路を増幅器、サマー、ポテンショメータ（分周器）と接続することにより、ほぼすべての微分方程式をモデル化でき、回路ネットワークのさまざまなポイントで生成された電圧を測定することで解が得られます。

微分方程式は非常に多くの物理的プロセスを記述するため、アナログコンピューターがシミュレーターとして使用されます。最新のデジタルコンピューターが登場する前は、エンジニアはアナログコンピューターを使用して、機械の振動、ロケットの軌道、制御システムの応答などのプロセスをシミュレートしていました。アナログコンピュータは現代の標準では時代遅れと見なされていますが、その構成要素は微積分の概念の学習ツールとしても機能します。

オペアンプの出力電圧が可能な限りゼロに近づくまでポテンショメータを動かし、可能な限りゆっくりと動かします。積分器の入力をポテンショメータのワイパー端子から外し、代わりに次のようにアースに接続します。

積分回路の入力に正確にゼロの電圧を印加すると、理想的には、出力電圧の変化率がゼロになるはずです。回路にこの変更を加えると、出力電圧が一定レベルのままであるか、非常にゆっくりと変化することに気付くはずです。

積分器の入力がまだグランドに短絡している状態で、オペアンプの非反転（+）入力をグランドに接続している1MΩの抵抗を通過します。理想的なオペアンプ回路ではこの抵抗は必要ないはずです。そのため、この抵抗を短絡することで、この非常に実際のでどのような機能が提供されるかがわかります。 オペアンプ回路：

「接地 」抵抗がジャンパー線で短絡されると、オペアンプの出力電圧が変化し始めるか、ドリフトし始めます。積分器回路にはまだゼロボルトの入力信号があるため、理想的にはこれは発生しないはずです。ただし、実際のオペアンプには、バイアス電流と呼ばれる非常に少量の電流が各入力端子に流れます。 。これらのバイアス電流は、パス内の抵抗の両端で電圧を降下させます。

1MΩの入力抵抗は、入力信号の大きさに関係なく、ある程度のバイアス電流を伝導するため、バイアス電流によって端子間の電圧が低下し、「オフセット 」オペアンプの反転端子で見られる信号電圧の量。ここで行ったように、もう一方の（非反転）入力が直接グランドに接続されている場合、この「オフセット 」バイアス電流によって生成された電圧降下によって発生する電圧により、積分器回路はゆっくりと「積分」します。 」非常に小さな入力信号を受信して​​いるかのように。

「接地 」抵抗器は、補償抵抗器としてよく知られています。 バイアス電流によって発生する電圧誤差を補償するように機能するためです。各オペアンプの入力端子を流れるバイアス電流は互いにほぼ等しいため、各バイアス電流の経路に同じ量の抵抗を配置すると、ほぼ同じ電圧降下が発生します。オペアンプの相補入力で見られる等しい電圧降下は互いに打ち消し合うため、バイアス電流によって引き起こされる誤差はゼロになります。

補償抵抗を超えて短絡しているジャンパー線を取り外し、オペアンプの出力が比較的安定した状態に戻ることに注目してください。それでも多少ドリフトする可能性があります。おそらくバイアス電圧が原因です。 オペアンプ自体にエラーがありますが、それはまったく別の問題です！

コンピューターシミュレーション

SPICEノード番号を使用した回路：

ネットリスト（次のテキストを逐語的に含むテキストファイルを作成します）：

 DC積分器vinput1 0 dc 0.05 r1 1 2 1meg c1 2 3 0.1u ic =0 e1 3 0 0 2 999k .tran 1 30 uic .plot tran v（1,0）v（3,0）.end 

関連するワークシート：

• AC負帰還オペアンプ回路ワークシート

• 線形計算回路ワークシート