5.4.6. Интегрирующий усилитель

На рис. 5.56 приведена схема на ОУ, выполняющая интегрирование входного сигнала.

Рис. 5.56. Интегратор

При нулевых начальных условиях имеем

U₁= i₁R + U;

i₁ – i – i₂ = 0,

или (с учетом идеальности ОУ U = 0, i = 0)

.

Легко показать, что пассивная интегрирующая цепочка (см. рис. 5.57), описываемая уравнением

,

обладает интегрирующими свойствами лишь при условии U₂<<U₁.

Рис. 5.57. Интегрирующая цепочка

Относительная погрешность интегрирования за время интегрирования t_иравна

,

где =RC. Чтобы получить малую погрешность, надо иметь>> t_и.

При построении интеграторов с использованием реальных ОУ появятся составляющие погрешности, вызванные конечным значением коэффициента усиления

,

где _экв=RC(1+K), напряжением смещения нуля, входными постоянными токами.

Неидеальность ОУ приводит к тому, что выходное напряжение изменяется в соответствии с уравнением

=

=.

Наличие Uбудет определять погрешность интегрирования. Для уменьшения влияния входных токов в неинвертирующий вход включают сопротивлениеR_Э, выбирают усилитель с маленькимU_сми конденсатор с малым током утечки.

Внекоторых случаях конденсатор обратной связи шунтируют сопротивлением R_р. Это позволяет на низких частотах, где конденсатор действует как разомкнутая цепь, уменьшить напряжение ошибки и повысить точность интегрирования. Однако такое шунтирование одновременно ограничивает снизу область частот, в которой происходит интегрирование частотой

.

ЛАЧХ интегратора представлена на рис. 5.58.

5.4.7. Нелинейные функциональные преобразователи сигналов

При построении ряда устройств, выполняющих логарифмирование, антилогарифмирование, выделение модуля, ограничение и т. д., используется нелинейная обратная связь.

Логарифмический усилитель

В логарифмическом усилителе рис. 5.59 обратная связь осуществляется через диод. Известно (3.9), что U_дm_Тln. При идеальном ОУ

I_д = I₁ = и соответственноU₂ = –m_Тln U₁ + m_Тln I_S R₁.

Рис. 5.59. Логарифмический усилитель

Если m_ТlnI_SR₁незначительно, тоU₂пропорционально логарифмуU₁. В реальных схемах в качестве диода используют эмиттерныйp-n-переход транзистора или диод Шоттки.

Антилогарифмический усилитель

Схема антилогарифмического (экспоненциального) усилителя приведена на рис. 5.60. Так как ток

Рис. 5.60. Антилогарифмический усилитель

,

то выходное напряжение

экспоненциально зависит от U₁.

Прецизионный выпрямитель

Сема однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 5.61. Для положительной полярности входного напряжения (VD1 открыт,VD2 закрыт) имеем

U₁=U + i₁R₁; U₂ = –i₂R₂ + U; i₁ – i – i₂ = 0, i₂ = 0.

С учетом идеальности ОУ (U=0, i=0)

U₁ = i₁R₁; U₂ = –i₁R₂; i₁ = i₂; ; U₂=0.

Рис. 5.61. Схема прецизионного выпрямителя

Очевидно, что параметры диода, включенного в прямом направлении, не влияют на значениеU₂, которое линейно связано сU₁.

При отрицательном входном напряжении диод VD1 заперт,VD2 открыт, в результате

i₂ = –U₁/R₁, i₂ = 0

и напряжение

;

U₂=0.

Напряжение между выходами АВсоответствует двухполюсному преобразованию. Графики соответствующих напряжений приведены на рис. 5.62.

Таким образом, рассмотренная схема обладает свойством односторонней проводимости, но в отличие от пассивного диодного выпрямителя имеет линейный и стабильный коэффициент преобразования.