Интеграторы со сбросом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Интеграторы со сбросом

Интеграторы имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что в процессе работы с течением времени выходное напряжение дрейфа ОУ, накапливаясь на конденсаторе, достигает неприемлемых значений, маскирующих полезный сигнал или даже вводящий ОУ в режим насыщения. Чтобы устранить этот недостаток, параллельно конденсатору C (рис. 8.8,а) подсоединяют аналоговый ключ, который периодически (с периодом ) замыкается под действием управляющих импульсов на время и разряжает конденсатор C. Период управляющего сигнала выбирается не слишком большим, чтобы выходное напряжение дрейфа не достигло неприемлемых значений, а длительность управляющих импульсов - достаточной, чтобы конденсатор C полностью разрядился через сопротивление замкнутого ключа. Таким образом, интегратор по схеме рис. 8.8,а выполняет операцию интегрирования на интервале времени от 0 до с нулевыми начальными условиями:

.

Ошибки интегрирования в схеме рис. 8.8,а возникают не только за счет ненулевого значения сопротивления и конечного значения сопротивления ключа, но и за счет потери информации о входном сигнале на интервале времени . В схеме интегратора, изображенной на рис. 8.8,б, обработка сигнала производится в течение всего периода без пропуска на время . Идея, реализованная в схеме рис. 8.8,б, заключается в том, что проинтегрированный за время входной сигнал запоминается УВХ1 и в следующий отрезок времени поступает на выход () и на второй вход интегратора, “стирая” к концу напряжение (в том числе и напряжение дрейфа), запасенное конденсатором C на предыдущем интервале времени. Поэтому на каждом интервале времени интегратор работает с нулевыми начальными условиями, правда, если выполняется соотношение

(предполагается, что ). В этом случае (без учета действия на текущем интервале времени)

,

т.е. напряжение на конденсаторе () под действием напряжения с выхода УВХ () к концу текущего интервала времени становится равным по модулю и противоположным по знаку напряжению (), которое запас конденсатор на предыдущем интервале времени, что подтверждает факт обнуления начальных условий перед каждым циклом интегрирования входного напряжения .

SC- и синхронные фильтры

При построении аналоговых фильтров широко используются интегрирующие RC-цепи (в том числе и интеграторы). Если фильтры предназначены для работы в области достаточно низких частот, то их постоянные времени получаются большими, что вызывает определенные трудности при реализации фильтров в микроэлектронном исполнении. С целью уменьшения площади подложки под элементом и повышения его стабильности вместо высокоомного резистора используется цепь из конденсатора малой емкости и аналогового коммутатора, состоящего из двух ключей, работающих в противофазе (рис. 8.9).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Докажем эквивалентность схем рис. 8.9,а и б при условии , т.е. когда конденсатор вместе с запасенным им зарядом можно рассматривать как генератор ЭДС . Если конденсатор подключен к источнику напряжения , то он зарядится до . Если же теперь конденсатор переключить к источнику (конденсатору ), то напряжение на нем станет , в результате напряжение на конденсаторе изменится на величину , т.е. произойдет перетекание заряда от одного источника к другому. Если коммутатор S переключает конденсатор каждые секунд, то в цепи течет ток .

На основании выражения для тока I можно сделать вывод об эквивалентности схем рис. 8.9,б и а (где ), но при условии, что частота коммутации конденсатора значительно выше верхней частоты входного сигнала. Постоянная времени SC-цепи будет тем больше, чем меньше емкость , причем при одинаковых относительных отклонениях емкостей и она не будет изменяться. Пример схемы SC-интегратора, который может использоваться при построении SC-фильтров, приведен на рис. 8.10.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Если в схеме активного RC-фильтра нижних частот каждый конденсатор заменить парой идентичных конденсаторов той же емкости, которые бы с помощью аналоговых коммутаторов каждым своим выводом поочередно подключались на периода к соответствующим выводам остальной безреактивной подсхемы ФНЧ (рис. 8.11), то реализуется АЧХ полосового типа с полосой пропускания, равной удвоенной полосе пропускания исходного ФНЧ, и с центральной частотой, равной частоте коммутации конденсаторов . Выражение выходного напряжения такого фильтра, называемого синхронным (СФ), имеет вид

,

где - функция передачи ФНЧ; ; .

Чтобы исключить прохождение сигналов в областях частот , , перед синхронным фильтром включается ограничивающий низкоселективный активный фильтр. Такой же фильтр включается и на выходе СФ, если необходимо убрать из выходного сигнала высшие гармоники.

Синхронные фильтры, как и квадратурные (см. подразд. 7.7), имеют низкую чувствительность к нестабильности схемных элементов, но в отличие от них содержат меньшее количество усилителей и резисторов, поскольку они являются общими для обоих каналов.

Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) служит для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал и состоит из резистивной матрицы, операционного усилителя, аналоговых коммутаторов и источника опорного напряжения. Аналоговые коммутаторы управляются импульсами напряжений, соответствующими двоичному коду. По сравнению с другими типами резистивных матриц матрица типа состоит из резисторов только двух номиналов - R и 2R, что позволяет при ее интегральном исполнении получить более высокую точность отношения сопротивлений резисторов, т.е. более высокую точность преобразования.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На рис. 8.12 приведена схема четырехразрядного ЦАП, где - источник стабильного опорного напряжения, а - аналоговый коммутатор i-го разряда, представляющий собой последовательно-параллельное соединение двух ключей. Если к источнику подсоединен только один резистор младшего разряда (через ), то на выходе ОУ будет действовать минимальное напряжение , если же к источнику подключены резисторы всех разрядов, то

.

В общем случае напряжение на выходе ЦАП определяется следующим выражением:

,

где n - число разрядов; - минимальный шаг изменения выходного напряжения (квант); i - номер разряда; - значение i-го разряда (, если резистор i-го разряда подсоединен к общей шине, и , если - к ).

Примерами микросхем могут служить десятиразрядный ЦАП 572ПА1 и двенадцатиразрядный ЦАП 572ПА2, в состав которых входит резистивная матрица и аналоговые коммутаторы.

интегрирование конденсатор коммутатор противофаза

Размещено на Allbest.ru