От редакции.
«Интегратор Deboo» – это неинвертирующая модификация инвертирующего интегратора на основе преобразователя отрицательного сопротивления, предложенная G.J. Deboo.
Конструкция стандартного инвертирующего интегратора проста при наличии двуполярного питания, но громоздка при однополярном питании. Чтобы обеспечить достаточный запас для выходного сигнала, схема должна быть смещена относительно потенциала земли, часто на половину напряжения питания. Поскольку при этом ни вход, ни выход не привязаны к земле, конструкция становится неудобной и часто непрактичной.
Одним из решений является источник тока Хауленда с емкостной нагрузкой, известный также как интегратор Deboo (Рисунок 1). Эта неинвертирующая схема питается от двуполярных или однополярных источников и имеет вход и выход, привязанные к земле. Чтобы интуитивно понять работу схемы, следует рассмотреть три ее части: входной резистор R, интегрирующий конденсатор C и правую часть схемы, эквивалентную резистору с отрицательным сопротивлением, подключенному к земле.
 |
|
| Рисунок 1. | Интегратор Deboo состоит из источника тока Хауленда и емкостной нагрузки. |
Правая часть схемы на Рисунке 2а легко упрощается. Она описывается следующими формулами:
и
откуда следует, что
Обратите внимание, что входной ток равен входному напряжению, деленному на отрицательное сопротивление. Отрицательное сопротивление просто изменяет направление входного тока. Анализ дает соответствующую эквивалентную схему (Рисунок 2б).
 |
|
| Рисунок 2. | В схеме на Рисунке 1 правая часть (а) может быть упрощена до эквивалентной схемы (б). |
 |
|
| Рисунок 3. | Эта схема получается в результате дальнейшего упрощения схемы Рисунок 2б. |
После упрощения схема приобретает Т-образную конфигурацию (Рисунок 3), в которой ток от VIN поступает в конденсатор через резистор с положительным сопротивлением R, а от земли – через резистор с отрицательным сопротивлением –R1R3/R2. Полный ток, идущий в конденсатор равен
Если
то
Этот важный результат показывает, что если R = (R1R3)/R2, то ток в конденсаторе зависит только от входного напряжения VIN и сопротивления R, а не от напряжения на конденсаторе. Другими словами, конденсатор управляется источником тока, величина которого равна VIN/R. Если VIN является функцией времени, напряжение на конденсаторе равно
Затем напряжение VC усиливается в (1 + R2/R1) раз, поэтому VOUT равно
Схема, показанная на Рисунке 4, представляет собой практическую реализацию интегратора Deboo с двумя входами и сбросом. Входной резистор R здесь представлен параллельным соединением двух резисторов 20 кОм. Схема может суммировать любое количество входных напряжений, пока сопротивление параллельной комбинации входных резисторов равно требуемому значению R, которое, в свою очередь, равно R1R3/R2.
 |
|
| Рисунок 4. | Эта практическая реализация интегратора Deboo имеет два аналоговых входа и вход сброса. |
Для реализации функции сброса был выбран однополюсный двухпозиционный аналоговый коммутатор. Такая конфигурация (по сравнению с одним ключом, включенным параллельно конденсатору) устраняет любую ошибку смещения, обусловленную делением напряжения между входным сопротивлением R и сопротивлением коммутатора в открытом состоянии. Чтобы предотвратить переход переключателя в режим защиты от короткого замыкания во время сброса (что продлевает состояние сброса), напряжение на коммутаторе MAX4624 ограничивается на уровне менее 0.6 В путем добавления последовательного резистора 10 Ом. (Для конденсаторов емкостью 0.1 мкФ и менее этот ограничивающий напряжение резистор не нужен).
При проектировании интегратора необходимо учитывать множество параметров. Для быстрых интеграторов требуются широкополосные операционные усилители с малым током смещения. Для очень медленных интеграторов требуются точно подобранные резисторы, операционные усилители с чрезвычайно низким током смещения, конденсаторы с низким током утечки и физически чистая разводка платы. Предпочтительными материалами диэлектриков для конденсаторов с низкими значениями утечки и диэлектрической абсорбции являются полипропилен, полистирол или фторопласт.
При реализации интегратора с одним входом все четыре резистора могут иметь одинаковые сопротивления. Сборки из четырех согласованных резисторов с относительным разбросом сопротивлений до 0.01% предлагает, например, компания Caddock Electronics. При менее жестких требованиях можно использовать четыре дискретных резистора с допуском ±1%. Коммутатор сброса следует выбирать тщательно, поскольку его ток утечки в закрытом состоянии интегрируется конденсатором. Сопротивление включенного коммутатора должно быть достаточно низким, чтобы заряд конденсатора можно было сбросить так быстро, как это необходимо. И, наконец, заряд, инжектируемый коммутатором во время выключения, должен быть достаточно низким, чтобы избежать недопустимо большого напряжения смещения на конденсаторе.
Интегратор Deboo – это легко реализуемая и очень полезная схема, особенно для приложений с однополярным питанием.
Купить MAX4250 на РадиоЛоцман.Цены
