Главная Операционные усилители



встроить в систему. Один очень опытный инженер-системотехник как-то раз заявил: «Дайте мне коробку с конденсаторами и резисторами, и я разберусь со всеми помехами». Звучит это несколько претенциозно, но доля правды тут есть!

Единственное существенное ограничение использования этой схемы связано с тем, что она должна подключаться к источнику с низким импедансом, например к выходу усилителя, к ней же в свою очередь должна подключаться нагрузка с высоким импедансом, например неинвертирующий повторитель на операционном усилителе. Эту схему следует также использовать при условии, что значения R т С могут быть небольшими. Интегрирование в конечном счете зависит от постоянной времени /?С-цепи, и высокое значение любого из компонентов может вызвать осложнения. Старайтесь выбирать такие элементы, чтобы сопротивление резистора R было значительно меньше 1 МОм, а емкость конденсатора С меньше 1 мкФ. В любом случае следует пользоваться только высококачественными конденсаторами.

Активные интеграторы

Активный интегратор можно построить, поместив между двумя операционными усилителями такую схему, которая показана на рис. 9.1. Ко входу интегратора подключается повторитель с единичным коэффициентом усиления, другой повторитель используется для подключения к выходу. Конденсатор интегратора включается между неинвертирующим входом второго операционного усилителя и землей. В качестве первого операционного усилителя можно использовать почти любое устройство, при условии, что оно обладает небольшим уровнем смещения, присутствующим на выходе, или же если предусмотрена специальная схема для сведения этого уровня к нулю. В противном случае возникает дополнительная ошибка, соответствующая постоянной интегрирования, без которой лучше бы обойтись [£1 в уравнении (9.1.)]. Второй операционный усилитель должен иметь очень высокий входной импеданс, в противном случае он будет стремиться разрядить конденсатор даже во время интегрирования входного сигнала. Для этого усилителя используйте входной операционный усилитель на полевом транзисторе с р-я-переходом или на полевом МОП-транзисторе. Кроме того, помните о том, что при включении конденсатора между входом операционного усилителя и землей появляется возможность генерации высокочастотного шума. В связи с этим описанную схему рекомендуется использовать только в тех случаях, когда входной сигнал имеет сравнительно большую амплитуду.

На рис. 9.2 показан активный интегратор, лишенный некоторых недостатков предыдущих схем. Сейчас мы перейдем к краткому описанию его схемы, которое может показаться вам несколько утомительным.



о--/ о-£-


Рис. 9.2. Активный интегратор на основе операционного усилителя.

В этой интегрирующей схеме, называемой в большинстве учебников классическим интегирующим операционным усилителем, конденсатор, используемый для хранения пропорционального интегралу заряда, включается в цепь обратной связи операционного усилителя. Ток заряда конденсатора равен току, протекающему по резистору R\ и созданному входным напряжением. Работа активного интегратора описывается следующим уравнением:

(9.3)

Здесь, как и в уравнении (9.1), величина Ei задает начальное условие интегрирования. В качестве начального условия выступает напряжение, которое присутствует на выходе к моменту начала интервала (/2-U). Оно может быть обусловлено ошибками, смещением, или его могли подать на интегратор специально перед началом интегрирования. Помимо математических соображений, обусловливающих наличие константы интегрирования во всех интегралах, присутствие этой величины в выражении (9.1) связано с тем, что многие процессы, протекающие в аппаратуре, или используют предварительно поданное постоянное напряжение, или производят суммирование с напряжением, представляющим закончившийся перед интегрированием процесс. В некоторых приборах, например, вход интегратора в определенный момент переключается от одной части схемы к другой, так что в результате фактически производится двойное ин-



тегрирование или, если быть более строгим, суммирование интегралов. В этом случае результат первого интегрирования можно рассматривать как величину Ei для второго интеграла; при этом появляется возможность сэкономить - использовать для решения поставленной задачи всего один интегратор.

Теоретически интегратор должен запомнить напряжение, представляющее результат интегрирования в момент времени 2-На практике, однако, выходное напряжение уменьшается не иначе как под влиянием «таинственной силы», потому что видимых причин для этого нет. Причиной «таинственного» уменьшения выходного напряжения, т. е. уменьшения выходного напряжения, не связанного с соответствующим изменением сигнала на входе, является утечка конденсатора, а также входной импеданс операционного усилителя (главным образом его входные токи смещения).

Переключатель Hi используется для сброса интегратора в нуль. Сброс следует делать перед началом интегрирования с тем, чтобы исключить возможность появления случайной постоянной интегрирования Ei. Интервал интегрирования устанавливают с помощью входного переключателя Пг. Он включается таким образом, чтобы вход схемы был заземлен перед началом этого интервала и после него, а в течение интервала интегрирования был связан с самим интегратором.

В качестве усилителя Yi теоретически можно использовать любой операционный усилитель, особенно если можно примириться с небольшим наклоном его характеристики. Примером может служить система, где интегратор используется прежде всего как фильтр нижних частот, или некоторые другие применения. Однако в большинстве случаев в качестве У; нужно использовать высококачественный операционный усилитель. При этом можно избавить себя от некоторых проблем, которые мы обсудим в гл. 22 в разделе, посвященном практическим примерам интеграторов. Высококачественный усилитель особенно желательно иметь в тех случаях, когда схема используется для обработки медленно изменяющегося сигнала, или когда выходной уровень должен сохраняться в течение длительного периода после завершения процесса интегрирования, или же когда интегрирование ведется на большом временном интервале (длительность которого измеряется в секундах). Мы сталкиваемся опять с тем, что ток смещения операционного усилителя стремится зарядить конденсатор Си И снова в некоторых случаях начинают явно проявляться другие ошибки, если недостаточно высок коэффициент усиления усилителя при разомкнутой петле обратной связи.

Еще одна проблема в схемах этого типа связана с падением выходного напряжения из-за токов утечки через конденсатор. Это явление обусловлено тем, что параллельно каждому конденсатору подключено некоторое сопротивление. К счастью, существует простой прием, с помощью которого можно почти пол-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 [46] 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0123