Погрешности реального интегратора и пути их уменьшения

Схемы суммирования и вычитания аналоговых сигналов

Широкое распространение получили инвертирующие и неинвертирующие сумматорына ОУ, называемые еще суммирующими усилителями или аналоговыми сумматорами. На рис. 1 приведена принципиальная схема инвертирующего сумматора с тремя входами. Это устройство является разновидностью инвертирующего усилителя, многие свойства которого проявляются и в инвертирующем сумматоре.

Рис. 1

При использовании идеального ОУ можно считать, что сумма входных токов усилителя, вызванных входными напряжениями , , равна току, протекающему по , т.е.

откуда

. (1)

Из полученного выражения следует, что выходное напряжение устройства представляет собой сумму входных напряжений, умноженную на коэффициент усиления . При и .

Схема неинвертирующего сумматора приведена на рис. 2.

Рис. 2

Этот сумматор реализуется на базе неинвертирующего усилителя. Поэтому при m входах напряжение на выходе

, (2)

где − сопротивление параллельно соединенных m -1 входов.

Из приведенной формулы (2) видно, что при большом числе входов m этот сумматор работает хуже инвертирующего. Например, если сопротивления всех резисторов в схеме равны, то

Если , то .

Объединив на одном ОУ оба сумматора (рис. 1 и 2) можно получить сумматор аналоговых сигналов, выполняющий операции суммирования и вычитания рис. 3.

Рис. 3

Устройства интегрирования аналоговых сигналов с

использованием ОУ

Устройство, показанное на рис. 4 называется аналоговым интегратором или просто интегратором.

Рис. 4

Считая ОУ идеальным, получим выражение:

или

. (3)

Точность интегрирования тем выше, тем больше .

Погрешности реального интегратора и пути их уменьшения

Реально на входе интегратора, кроме полезного сигнала, действуют дрейфовые составляющие, обусловленные неидеальностью ОУ (, и ). Если они не скомпенсированы, то модуль выходного напряжения интегратора будет возрастать вплоть до максимально допустимого для ОУ значения. Это вносит значительную погрешность в работу интегратора, особенно при малых значениях входных сигналов.

Выходное напряжение, обусловленное действием указанных составляющих определяется выражением:

. (4)

В общем случае отдельные составляющие выходного напряжения в приведенном выражении могут иметь произвольный знак и поэтому частично компенсировать друг друга. На практике обычно интересуются максимально возможным напряжением ошибки интегрирования и все составляющие суммируют.

Следует отметить, что к ошибке интегрирования необходимо отнести и собственно напряжение , которое, складываясь с напряжением на конденсаторе, формирует выходное напряжение ОУ.

Задавая максимальную ошибку интегрирования , можно найти допустимое время интегрирования