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
.
Уменьшение ошибки интегрирования требует компенсации , и на входе ОУ.
Основные возможности повышения точности работы интегратора:
- использование ОУ с малыми значениями , и ;
- применение внешних цепей компенсации , и ;
- ограничение максимального времени интегрирования;
- использование внешних цепей принудительного обнуления интегратора.