Главная Операционные усилители



ностью устранить присущие электронным интеграторам проблемы падения напрял<ения, - нужно применять только высококачественные компоненты. Например, никогда не используйте в качестве Cj электролитический конденсатор. Всем электролитам свойственны большие утечки, и они годятся только для самых грубых систем, в которых самое существенное значение имеют небольшие габариты конденсатора при сравнительно большом значении емкости. Во всех остальных случаях электролитические конденсаторы должны довольствоваться своим скромным положением в «обществе» электронных компонентов - «каждый сверчок, знай свой шесток!»

В системах, где требования не слишком жестки, могут выручить миларовые, слюдяные, керамические конденсаторы, металлические конденсаторы с пленкой окисла или пленочные конденсаторы. В критических случаях, т. е. там, где требуется иметь большую постоянную времени, большое время хранения заряда и где допускается малое падение напряжения, следует использовать высококачественные конденсаторы, в которых диэлектриком служит стекло, поликарбонат или полистирол.

Кроме того, операционный усилитель должен обладать очень большим импедансом. Схема типа 741 подходит только для таких систем, где допустимы большие искажения входных импульсов, но даже и там необходимо предусматривать меры противодействия входным токам смещения. Лучше всего выбрать операционный усилитель с очень большим входным импедансом, например, из числа входных каскадов на полевых транзисторах или на транзисторах со сверхвысоким значением коэффициента р (транзистор Дарлингтона) или из недавно появившейся серии БиМОП-устройств с диодной защитой типа СА3130, СА3140 и СА3160 фирмы RCA.

Учтите, что все ваши усилия пропадут даром, если вы неправильно выберете значения Pi и Ci Вернитесь к уравнению (9 3) и обратите внимание, что произведение PiCi стоит в знаменателе. Реальные значения Pi имеют порядок 10 Ом или ниже, а реальные значения емкостей - от 10 Ф до примерно 10~ Ф для тех типов конденсаторов, которые можно использовать в интегрирующих схемах. Если значения выбраны неправильно, то интегратор будет иметь слишком большой коэффициент усиления и большую часть времени будет находиться в насыщении. Рассмотрим пример, в котором используется резистор сопротивлением 100 кОм и конденсатор емкостью 1 мкФ. Константа, не входящая под знак интеграла в уравнении (9.3), равна

(106) (10-6) =10.

Такая РС-цепь умножает выходную величину на коэффициент, равный 10; в связи с этим для большинства операционных усилителей диапазон входных сигналов должен быть значительно



меньше 1 В. Еще хуже будет, если взять конденсатор с меньшим значением емкости. Если, например, мы бы взяли конденсатор емкостью 1000 пФ, то множитель был бы равен

WW = 10*= 10000. (9.4)

При этом интеграл входного напряжения умножался бы на коэффициент 10 000! Это значит, что, как только входной ток станет равным нескольким микроамперам, выходное напряжение достигнет предельного значения - станет равным напряжению питания и каскад перейдет в режим насыщения. Едва ли это нужно. Кроме того, в этом случае входные токи смещения вызовут возрастание выходного напряжения - оно начнет изменяться как пилообразное напряжение с малым периодом.

Электромеханический способ интегрирования

Наше знакомство с интеграторами мы завершим рассмотрением нетребовательной, но эффективной интегрирующей схемы, находящей широкое применение в недорогой аппаратуре. Схема, показанная на рис. 9.3, представляет собой сочетание RC-ин-тегратора с механическим интегратором. Работа системы определяется собственной инерцией подвижной части измерительного прибора в подшипниках и эффектом электронного интегрирования в ЯС-цеш. Постоянная времени определяется конденсато-


Рис. 9.3. Электромеханический интегратор.

Вход

Выход

Рис. 9 4 ;?С-фильтр верхних частот/дифференцирующая схема. 10* 147



ром Ci и совокупностью сопротивлений, включая сопротивление обмотки измерителя. В качестве Ci можно использовать электролитический конденсатор, хотя это и противоречит данному ранее совету. Дело в том, что емкость его должна составлять величину от нескольких десятков до нескольких сотен микрофарад, а сам он является не единственным элементом, участвующим в процессе интегрирования. Он служит в основном для демпфирования.

Дифференцирующие схемы

Дифференцирующая схема - это такая схема, напряжение на выходе которой пропорционально скорости изменения входного сигнала. Следовательно, для сигнала постоянного тока напряжение на выходе дифференцирующей схемы равно нулю, так как входной сигнал не изменяется. Итак, выход дифференцирующей схемы представляет собой производную входной функции. На рис. 9.4 показана простая дифференцирующая схема.

Дифференцирующая схема используется также в качестве ч})ильтра верхних частот, причем частота среза определяется уравнением (9.2). Здесь мы опять сталкиваемся с тем, что свойства схемы, в данном случае дифференцирующей, зависят от -частоты. Постоянная времени цепи, образованной элементами R\ и Ci, должна иметь небольшое значение по сравнению с периодом входного сигнала. Период определяется соотношением T = l/f, но иногда приходится использовать другие параметры сигнала. Например, иногда важным параметром является время нарастания импульса. В любом случае, как правило, имеет смысл подбирать постоянную времени дифференцирующей схемы так, чтобы она составляла примерно одну десятую часть интервала времени, характеризующего входной сигнал.

На рис. 9.5 показана активная дифференцирующая схема. Операционный усилитель здесь выступает в качестве активного элемента - источника тока. Обратите внимание, что в этой схе-ме по сравнению со схемой активного интегратора, которую мы


"Рис. 9.5. Активная дифференцирующая схема на основе операционного усилителя.



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


0.0131