基于運(yùn)算放大器的積分器電路分析

通過將電阻器用作增益調(diào)整設(shè)置元件，建立起了在 DC 情況下運(yùn)算放大器 (op amp) 的傳輸函數(shù)。在一般情況下，這些元件均為阻抗，而阻抗中可能會包含一些電抗元件。下面來看一下圖 1 所示的這種一般情況。

圖 1 運(yùn)算放大器反饋的一般情況使用這些項重寫本系列第一篇文章所得的結(jié)果后，傳輸函數(shù)為：增益 = V(out)/V(in)= - Zf/Zi在圖 2 所示電路的穩(wěn)定狀態(tài)下，該結(jié)果減小至：V(out) = -V(in)/2πfRiCf其適用于穩(wěn)定狀態(tài)下正弦波信號。

圖 2 配置為積分器的運(yùn)算放大器正如最初所做的分析那樣，流入求和節(jié)點的電流必須等于流出該節(jié)點的電流。換句話說，流經(jīng) Ri 的電流必須等于流經(jīng) Cf 的電流。這種情況可以表述為下列傳輸函數(shù)：利用該傳輸函數(shù)，我們便可以得到一款普通積分器。由于積分中包含了該運(yùn)算放大器的 DC 誤差項，因此該電路通常不會在直接信號鏈中使用。但是，在控制環(huán)路中，其作為一種功能強(qiáng)大的電路得到了廣泛使用。請回顧本系列第 5 部分“儀表放大器介紹”(下方有鏈接)所述的儀表放大器。在許多高增益應(yīng)用中，雖然與 DC 值沒有絲毫關(guān)系，但 INA 的電壓偏移還是縮小了有效動態(tài)范圍。

圖 3 使用積分器歸零偏移圖 3 顯示了積分器的一種理想應(yīng)用。來自 INA 和信號源的輸入 DC 偏移電壓均出現(xiàn)在輸入端，并被 INA 增益倍乘。該電壓出現(xiàn)在積分器輸入端。運(yùn)算放大器積分器進(jìn)行驅(qū)動以使反相輸入與非反相輸入相等(這種情況下，非反相輸入為接地 (GND))，這樣一來 INA 的電壓偏移被消除了。這種應(yīng)用讓電路看起來像是一個單極高通濾波器。截止頻率的情況如下：當(dāng) Ri = 1 MΩ 且 Cf = 0.1 μF 時，截止頻率為 1.59 Hz。電路的 DC 偏移被降至運(yùn)算放大器的 Vos。在一些單電源應(yīng)用中，將運(yùn)算放大器的非反相輸入偏置為 GND 以上是必需的。積分器是一種反相電路，因此正輸入信號會盡力將輸出驅(qū)動至負(fù)電源軌 GND 以下。出現(xiàn)在運(yùn)算放大器非反相輸入端的偏置電壓為 INA 輸出時將維持零輸入的電壓。