Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 45
Текст из файла (страница 45)
И наконец, операционный усили-: тель имеет динамические характеристики, существенно отличные от идеальной: модели. Одновременный учет всех этих особенностей реального ОУ приводит к: очень сложной схеме замещения, поэтому рассмотрим только влияние ограниченного значения коэффициента усиления ОУ, которое будем считать равным К,.
Пользуясь схемой замещения, приведенной на рис. 22.7 б, найдем и„„=1Яи+(Ро где д, — напряжение на входе усилителя. Напряжение на выходе усилителя и,и„=-К.„<рь а напряжение на конденсаторе,' и, можно найти как разность <р, и и„и„: и,=еь — и„„,=д, +К.~р, =д,(1+К,) В результате определим напряжение на входе ОУ: <р,=и,l(1+К,). Так как,:-' входной ток ОУ принимаем равным нулю, то ток 1=С(г1и,7сИ), и в результате '.:, получаем уравнение для интегратора в виде: дис ие лиг и„„=ЯиС,,-зГ+ Г+ ~ —., или и,„(!+ К) =(1+ К ) Я„С„др + и,. (22,12) Если сравнить полученное уравнение с уравнением для пассивного йС интегратора (22.8) дис и, + Я„Си;1,— =и то можно сделать вывод, что интегратор на ОУ эквивалентен такой ЯС-цели, '".: у которой постоянная времени ~,.=(1+К)ЯиСи в (1+К) раз больше постоянной .:': времени пассивного интегратора и, кроме того, эквивалентное действующее на-:.,'-:- пряжение на входе интегратора тоже увеличено в (1+Ки) раз.
Начальная скоросзь"',,;':: изменения напряжения на конденсаторе осталась неизменной, так как и,„(1+ К„) и,„ Я„,С„' На рис. 22.9 приведены переходные характеристики пассивной КС-цепи и ак-':"!; тивного интегратора на ОУ с ограниченным усилением, из сравнения которых;-"", можно сделать вывод, что погрешность активного интегратора значительно мень*'-'-:"::." ше пассивного, даже при ограниченном усилении ОУ.
Лекция 22. Ди е нци ующие н интег н ющне устройства Интеграторы малых и сверхма, лых токов. Измерение малых токов, и,„(1+ К„ ':электрических зарядов и сопротив'; лений изоляции связано с интегри„:;-, рованием очень малых токов, так . как непосредственное измерение : —:, эких токов или зарядов весьма затруднительно, При этом использу;,:, ется определение заряда на образцо'- вом конденсаторе См создаваемого ;: током 1„ за некоторое время ::: Чувствительность таких устройств .' тем выше, чем меньше емкость обРнс,22хх Переходная характеристика ннтеграгора на ОУ с огранннепнмм :: разцового конденсатора С„и чем за большее время 1„выполняется '; интегрирование. Для снижения входного сопротивления интеграторов тока и снижения по- грешности образцовый конденсатор С, включают в цепь отрицательной обратной ;,; связи, как показано на рис.
22.10, где ʄ— коэффициент усиления, 13 — коэф-:.,фициент передачи цепи обратной связи. Применение конденсатора в качестве ! ' образцового элемента позволяет достичь более высокой точности„так как ,::.' погрешность аттестации и нестабильность емкости образцовых конденсаторов :;..значительно меньше, чем для высокоомных резисторов„которые используются для этой же цели 'Простейшие интеграторы тока представляют собой циклические устройства, "..: в которых после каждого цикла заряда накопительного конденсатора С, требует:"':: ся возвращение схемы в исходное состояние, т.
е. требуется разряд интегрирующе:, го конденсатора. Иногда для получения текущего значения тока на выходе интег;-.: -'ратора включают дифференцирующее устройство в виде простейшей ЯС-цепи или операционного дифференцирующего усилителя. Для того чтобы в схеме соблюдался режим интегрирования, необходимо ~:::выполнение условия гк«т„„, ~де тм=С,„/ям — постоянная времени входной цепи интегратора.
При большом коэффициенте усиления т„почти полностью определяется постоянной времени цепи обратной связи т„, =.: С,1я.. Выходное напряжение интегратора при ступенчатом токе 1а определяется его переходной характеристикой ,=1,„,'-„П-е ™ ). (221З) При большой постоянной времени т„Ж Г„это выражение можно разложить в степенной ряд :,, Рнс. 22.Ы.
Схема ннтегркгора малых токов 231 Роздел 4. Линейные элект сивые уст ойства Тейлора и, ограничиваясь двумя членами ряда, записать выходное напряженка в виде К„г„ из=1.-4 — "' П-Ьг) (22.14) к где Ь,=т„/22„„-- погрешность нелинейности интегратора. Эта погрешность интегратора уменьшается с увеличением постоянной време.. ни входной цепи.
Однако максимальное значение т не может превышать посто-;: янной времени цепи обрапюй' связи С.lяо Для получения выходного напряжения, пропорционального текущему значе':- нию входного тока 1„, можно использовать дифференцирующее устройство„уста-:. новленное па выходе интегратора. Схема интегратора тока с дифферепцирующим г, звеном приведена на рис.
22.11. Для схемы интегратора тока с дифференцируюшим звеном можно получить ': значение выходного напряжения, аналогичное (22.14), при условии замены га на т, . (22.15) та иг 1 г,'м 0 бг) Сравнивая выражения (22.!5) и (22.14), можно сделать вывод, что чувстви-'.;, тельность интегратора с дифференцирующим звеном на выходе интегратора ниже, з) так как та<ай„. Как уже отмечалось, в интеграторах малых токов используют интегрирую- ",' щие конденсаторы малой емкости (от 1О до 50пФ).
Это позволяет увеличить чув'':.:-' ствительность интегратора, но снижает допустимое время интегрирования. Дяя ':,;. увеличения времени интегрирования применяют автоматическую компенсацию:,'.;' зарядного тока. Схема интегратора с автокомпеггсалией зарядпого тока приведена ва::! рис. 22,12. Выходное напряжение интегратора через интегрирующую цепь )1иСз"';- подводится к образцовому конденсатору С„создавая компенсирующий ток. Коэффициент передачи звена обратной связи имеет значение 1).=(1+ 1шт„) ', где т„=)г„С„- — постоянная времени интегрирующей Рис. 22.! К Иитсграгор тока о ггиффераггцируюигим звеном цепи.
При достаточно боль. шой постоянной времени интегрирующего звена обратной связи время интегрирования увеличивй. ется больше, чем в два раза. Постоянная времени интегратора тока определяется в основном качеством интегрирующего конденсатора С,. Пря ':;",'~ Лекчил22. Ди е нци юшие и интег и ующие уст ойства бяясдьзовании конденсаторов с .авздугдным диэлектриком прово- !„ — К„ :,'))яцость утечки д„в основном С, К , ' редедяется опорными изолятора- и,~ ,4и, к которым крепятся пластины ик ;, 'Вденсагора, как показано на Удда 22.13 а. С.
Для увеличения постоянной я))имени интегратора при исполь' $авии конденсаторов с воздуш- Рис 22 )2. Интегратор тока с автоьомпенсапнеп яя)й. днэлектриком можно приме- заряпно:с тока 3)яггь охранный электрод, который ,фЪрдят токи утечки по опорному ','сдятору на корпус. Охранный электрод помещается между опорными изолято'ааэяяв н соединяется с обшей шиной усилителя, как показано иа рис. 22.13 б. При и Проводимость д.
между входным опорным изолятором и охранным электрозяд)а.'оказывается вклточенной параллельно яп а постоянная времени инте1ратора !фелнчивается примерно в К„)3 раз. ,-,г.'--' Конструктивное выполнение конденсаторов интегратора малых токов с ох- вым электродом приведено на рис. 22.14, Наибольшее распространение полу" "н конденсаторы с односторонними выводами изображенные на рис.
22.14 а, и '3)деисаторы с двухсторонними выводами, изображенные на рис. 22.14 б. Охран- ":кольцо размещается на стороне выхода интегратора и подключается к обще",,цроводу. Основные характеристики накопительного конденсатора типа НК-2, """'сльзуемого в интеграторе электрометра ВК2-16, имеют следующие значения: ,.и100пер; А„,=10" Ом, погрешность 1бг ."г дифференцирующие устройства на операционных усилителях. Идеальное диф- )лирузощее устройство с операционным усилителем можно представить в яддб схемы, изображенной на рис.
22.15 а. Схелза замещения дифференцирующего Ск б) 22.)2 Способы включения накопительного конденсатора, без охранного электрона 1а) и с охранным электроном (б) 233 Раздел 4. Лиггейные зпект онные уст ойства а) ОЭ с, б) Корпус Корпус с Рис. 22 )4. Консгрукпии конленсмороа с охранным электродом: с односторокними выводами (а) и с двусторонними выводами (б) устройства с идеальным ОУ приведена на рис.
22.15 б. Передаточная функцвя..: такого ДУ определяется формулой авил ((,„РСа=- -"-, откуда и, „ Нв(р) = -гг-"- =-ртк (22.16):: где та=ЛаСа — постоянная времени дифференцируюгцего устройства. Переходная характеристика идеального ДУ в соответствии с (22.16) определят „::: ется формулой )га(() = -т, 6,(() (22.! 7) где 6,(() — импульсная функция первого рода, Таким образом, при скачкообраз. '- ном напряжении на входе ДУ выходное напряжение будет иметь форму очень.:!:" короткого импульса (теоретически его длительность равна нулю). График перс-;-.'.:', ходпой характеристики ДУ приведен па рис. 22.16 гк Частотная характеристика ДУ определяется по его передаточной функции::.:".,':;;! (22.16) при замене р=яо: На(кн) = — )она =сотке "' = На(го) игакеа, а) б) % миеж ( Рпс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
