تقویت کننده انتگرال گیر

همانطور که از نام آن پیدا است، آپ امپ انتگرال گیر یک مدار تقویت کننده عملیاتی است که عملیات ریاضی انتگرال را انجام می‌دهد، یعنی می‌توانیم کاری کنیم که خروجی، به مرور زمان به تغییرات ولتاژ ورودی پاسخ دهد، چراکه آپ امپ انتگرال گیر، یک ولتاژ خروجی تولید می‌کند که متناسب با انتگرال ولتاژ ورودی است.

به عبارت دیگر، بزرگی سیگنال خروجی، با توجه به مدت زمان حضور ولتاژ در ورودی آن تعیین می‌شود، چراکه جریانی که از حلقه فیدبک می‌گذرد، خازن را شارژ یا دشارژ می‌کند، زیرا فیدبک منفی مورد نیاز از طریق خازن اتفاق می‌افتد.

هنگامی که یک ولتاژ پله (V_in) ابتدا به ورودی تقویت کننده انتگرال گیر اعمال می‌شود، خازن (C) بدون بار مقاومت بسیار کمی دارد و کمی مانند یک اتصال کوتاه عمل می‌کند و اجازه می‌دهد که حداکثر جریان از مقاومت ورودی (R_in) عبور کند، چراکه بین دو صفحه اختلاف پتانسیل وجود دارد. هیچ جریانی به ورودی تقویت کننده وارد نمی‌شود و نقطه X یک زمین مجازی است، که منجر به خروجی صفر می‌شود. از آنجا که امپدانس خازن در این لحظه بسیار کم است، نسبت بهره X_C/R_in نیز بسیار کم است و باعث بهره ولتاژ کلی کمتر از یک می‌شود (مدار دنبال کننده ولتاژ).

در حالی که خازن فیدبک (C) به دلیل تاثیر ولتاژ ورودی شروع به شارژ می‌کند، امپدانس (X_C) آن به آهستگی متناسب با میزان شارژ آن افزایش می‌یابد. خازن با سرعت تعیین شده توسط ثابت زمانی شبکه RC سری (τ) شارژ می‌شود. فیدبک منفی، آپ امپ را مجبور به تولید یک ولتاژ خروجی می‌کند که زمین مجازی را در ورودی وارونگر حفظ کند.

از آنجا که خازن بین ورودی وارونگر آپ امپ (که در پتانسیل زمین مجازی است) و خروجی آن (که اکنون منفی است) متصل شده است، ولتاژ (V_C) توسعه یافته در خازن به آرامی افزایش می‌یابد و باعث می‌شود که با افزایش امپدانس خازن، جریان شارژ کاهش یابد. این منجر به افزایش نسبت X_C/R_in و تولید ولتاژ خروجی شیب با افزایش خطی می‌شود که تا زمان شارژ کامل خازن، افزایش می‌یابد.

در این مرحله، خازن به عنوان مدار باز عمل کرده و جریان DC را مسدود می‌کند. نسبت خازن فیدبک به مقاومت ورودی (X_C/R_in) اکنون بینهایت و در نتیجه بهره بینهایت است. نتیجه این بهره زیاد (مشابه بهره حلقه باز آپ امپ) این است که خروجی تقویت کننده به حالت اشباع در می‌آید که در زیر نشان داده شده است. (اشباع هنگامی اتفاق می‌افتد که ولتاژ خروجی تقویت کننده به شدت به سمت یکی از منابع تغذیه ولتاژ، با کنترل کم یا بدون کنترل، تغییر کند).