цепи ОС /с приблизительно равны, т. е. UbxIR.\ =-/вых/(1/рС)

или вых(0= - i/RC) Usxdt. Основные составляющие ошибок

интегрирования обусловлены напряжением смещения нуля [/см и входными токами ОУ. При вх = 0 входные токи усилителя протекают через конденсатор, заряжая его. Это приводит к появлению линейно изменяющейся составляющей выходного напряжения, которая при t-oo приводит к нарастанию выходного напряжения ОУ до максимального значения даже при вх=0.

Если заземлить неинвертирующий вход ОУ через резистор R2, сопротивление которо-Рис 2 29 Простейший ° совпадает с сопротивлением R1, то на по-иитегратор грешность интегрирования будет влиять толь-

ко разность входных токов усилителя, которая обычно в 3-5 раз меньше /вх- Выбирая сопротивления резисторов R1 и R2 из условия /?1 = /?2 см р, можно практически исключить и влияние см-

Для интегратора, построенного на ОУ с однополюсной амплитудно-частотной характеристикой, передаточная функция при /?i = =R2=R имеет вид UBuxlUnx=-Ки/(p/Kufср+1) (pKuRC+l).

Переходная характеристика реального интегратора, в отличие от идеального, не является абсолютно линейной, хотя и весьма близка к ней на большей части переходного процесса. Учитывая, что Kul и обычно KuRC:llfcp, получаем

вых it) = вх К {[ 1 -ехр {-та RC)]/[(l- 1/К RC /,р) +

Отклонение реальной переходной характеристики от идеальной сказывается особенно сильно в начальный момент интегрирования (из-за конечного быстродействия ОУ) и в области больших значений времени из-за конечного значения Ки- Наибольшая точность интегрирования достигается, когда время интегрирования ta<. <KuRC, а амплитуда сигнала на выходе интегратора вых<

<С UbxKu- Более подробно улучшение ха-

рактеристик инвертирующего интеграто-

Л гг- ра в области высоких частот и влияние

U [ выходного сопротивления ОУ рассмотре-

- нь1 в [49].

Функциональные возможности базовой схемы интегратора можно существенно расширить, изменив цепь ОС (табл. 2.3). В схеме а табл. 2.5 дополнительно к интегрированию входного сиг- нала осуществляется суммирование ре-

Рис. 2.30. Иитегратор с ультата интегрирования со входным уменьшенной емкостью ин- сигналом, умноженным на отношение тегрирующего конденсатора R2/Ri- В Схеме б показано, как проинте-100

Структура

Выполняемая операция

С суммированием

Дифференциальный

- C/bx i)dt

Двойной

{RCy-

грировать разность двух напряжений. Если в этой схеме заменить резисторы генераторами токов, то на выходе получится результат интегрирования разности токов. Способ получения двойного интеграла от входного аналогового сигнала демонстрирует схема в.

В рассмотренных схемах интеграторов для получения большой постоянной интегрирования (т. е. величины RC) используются конденсаторы большой емкости. Однако они очень громоздки и имеют плохие частотные характеристики. На рис. 2.30 показана схема интегратора, требующего сравнительно малую емкость конденсатора. Передаточная характеристика интегратора определяется выражением [/зых/[/вх = Р/{(2-Р)+р/?С[2+(2?г+1) (/?+/?o)/i?o]} = l/(a-f, + Тр), где а=(2-T=RC[2+{2п+\) {R+R)jR]!, р=(И-+ R2)IR\- При р = 2 это выражение приводится к виду [/вых/[Увх = = 1/(рГ). Иными словами, при р = 2 показанная схема представляет собой идеальный интегратор. Из формулы для а видно, что Д требует точной настройки. Однако р в этой схеме определяется от-

СТРУКТУРЫ ИНТЕГРАТОРОВ

ношением двух сопротивлений, и поэтому данный параметр можно сделать не зависящим от температуры.

Если Ro представляет собой выходное сопротивление усилителя с единичным усилением, то отношение R/Ro может быть очень большим. На базе усилителя можно построить повторитель с выходным сопротивлением около 1 Ом и коэффициентом передачи 0,9995. Тогда при Ro=l кОм, R=10 кОм и С=100 пФ можно реализовать интегратор, имеющий постоянную интегрирования 7 = = 1 мс. Учитывая, что собственное входное сопротивление повторителя напряжения на постоянном токе может достигать значений порядка 10 ГОм, положительная ОС в усилителе не будет приводить к заметному ухудшению добротности конденсатора С. В предложенной схеме интегратора при сравнительно небольших емкостях С достижимы постоянные времени интегрирования, типичные для многих применений интеграторов на ОУ. Эта особенность делает схему удобной для реализации в виде полупроводниковой микросхемы, в которой тонкопленочный конденсатор может быть размещен на одной с ОУ и резисторами подложке. Коэффициент передачи такого интегратора удобно регулировать резистором nR. Изменить это сопротивление можно как при изготовлении ИС интегратора (например, с помощью лазерной подгонки), так и при настройке в аппаратуре конкретного типа, если от резистора nR сделаны внешние выводы для подключения подстроечного резистора [50 .

Во многих случаях при интегрировании сигнала, частота которого изменяется в широких пределах, необходимо сохранить постоянным коэффициент передачи интегратора. Для этого на входе интегратора вместо обычного резистора используют переключающиеся конденсаторы. Цепь, заменяющая резистор в интеграторе, обведена на рис. 2.31 штриховой линией. При такой замене необходимо, чтобы управляющий переключателями Sin S2 сигнал имел частоту, равную наивысшей гармонике в спектре частот входного сигнала. Такой управляющий сигнал рекомендуется формировать, используя блок фазовой автоподстройки частоты, работающий в режиме умножителя, или получить его с помощью соответствующей подпрограммы в микропроцессорной системе [51].

-5 в 7

-5...5В

С1 30

5...-SB

ф сг ~5в

0,001м к