【文章內(nèi)容簡介】 ② 根據(jù)實際情況選用適當(dāng)?shù)难a償條件。用補償電阻 Rp降低偏置電流的影響。為了降低 Ib漂移的影響還可采用電路上的補償方式。圖 Ib的補償電路。 圖 補償運放偏置電流電路 圖中由電阻 R1向負(fù)輸入端提供電流，以抵消 Ibn。調(diào)整電位器 R2可使補償電流與Ibn完全相等，從而使流入積分電容器的 Ib為零，消除了 Ib的影響。圖中二極管 D為硅二極管，起穩(wěn)壓管作用。采用二極管的原因是二極管壓降的溫度漂移與運放 Ib的溫度漂移比較接近，這樣可以在溫度變化時使溫度補償作用更為有效。在 0℃ ～ 70℃ 的溫域內(nèi)通過補償約可將 Ib減少一個數(shù)量級。 ③ 積分時間常數(shù) τF一定的條件下，應(yīng)盡可能將積分電容 CF選大。但電容量大的電容器泄露電阻小，所旁路的積分電流或泄露電流加大，將引入新的積分運算誤差；τF一定時， CF的加大將導(dǎo)致 Rf的減少，電路的輸入電阻減少；在輸出電流有限的條件下， CF加大會降低積分速度，引起動態(tài)誤差。 因此這項措施要綜合各種因素后決定。 ④ 設(shè)計自動校零電路補償積分漂移。電路如圖 。 圖 積分器工作分兩步： 第一步是校零階段，將 S1接至地端，S2閉合，積分電容 CF被強(qiáng)制復(fù)位，確保其初始電荷為零，失調(diào)電壓對校零電容 CAZ充電，平衡后 VCAZ=Vos； 第二步是信號積分階段，將 S1接至輸入 Vin， S2斷開，積分電流（積分器輸入回路電流）為 顯然，消除了 Vos的影響，從而補償了積分漂移。 finfosCA Zinf )(RVRVVVI ?????（ 2）動態(tài)誤差 ① 實際積分器的頻率特性 設(shè)運放具有單極點的頻率特性，可以推導(dǎo)出實際積分器的頻率特性為 因此，實際積分器的頻率特性具有兩個極點，與理想積分器差別較大。 )j1)(j1()j(BWooGBo39。F?????AAAA???? 圖 ，理想積分放大器和實際積分放大器的對數(shù)幅頻特性。由圖中可知，實際積分放大器與理想積分放大器的幅頻特性之間的主要差別在低頻段和高頻段。 在低頻段，由于 ωAoωBW，這時積分放大器的頻率特性為 GBoo39。Fj1)j(???AAA??? 圖 此時積分器猶如一個一階慣性環(huán)節(jié)，其直流增益為 Ao，時間常數(shù)為 AoτF， 與理想積分器相比，存在誤差，該誤差是由開環(huán)增益 Ao的非理想性（不為無窮大）引起的。 在高頻段 ， 由于 ， 此時積分器的頻率特性為 oGBA?? ??BWoF39。Fj11j1)j(?????AA??? 與理想特性相比 ， 高頻段多了一個慣性環(huán)節(jié) ， 原因是運放的增益帶寬積不為無窮 ,導(dǎo)致高頻段幅頻特性的下降速率由 –20dB/十倍頻程改為 –40dB/十倍頻程 。 實際頻率特性與理想頻率特性之間的差異將引起 頻域誤差 和 時域誤差 。 ② 頻域誤差 當(dāng)積分器的輸入信號為正弦信號時，實際積分器將產(chǎn)生頻域誤差。此時實際積分器的頻率特性為 ????????????????????BWooGBGB39。Fj1j1j)j(???????AAA幅頻特性和相頻特性分別為 ???????????????????????????????????2BWo2oGBGB39。F11)(???????AAA????????????????? ????? ??oBW1oGB139。F tgtg2ππ)(AAΦ ?????幅度相對誤差 δ(ω)和相位誤差 ΔΦ(ω)分別為 1111)()()()(2oBW2oGBFF39。F ??????????????????????????????????????AAAAA?????????????????????????????? ??oBW1oGB1F39。F tgtg)()()( AAΦΦΦ ??????? a)低頻段。指信號角頻率小于轉(zhuǎn)折頻率 ωGB/Ao的頻段。此時有 ωAoωBW，此時幅度誤差和相位誤差可近似為 111)(2oGB???????????????A?????????? ????oGB1tg)(AΦ 此時，相位誤差為超前誤差，幅度誤差較大。因此低頻段非理想工作頻段。 b)高頻段。高頻段是指 ωAoωBW的頻段。此時 ωωGB/Ao，幅度誤差和相位誤差可近似為 111)(2BWo???????????????A????????????????????? ??BWo1BWo1oGB tgtg)(???????AAAΦ 此時，相位誤差呈現(xiàn)滯后誤差，幅度誤差隨頻率增大而增大，顯然這也不是積分器的工作頻段。 c)中頻段。指 ωGB/AoωAoωBW的頻段。 0)( ???BWooGB)(?????AAΦ ???當(dāng) 時， ； 當(dāng) 時， ，相位誤差為超前誤差； 當(dāng) 時， ，相位誤差為滯后誤差； 因此，實際積分器的信號工作角頻率應(yīng)盡可能落在 附近，以便使誤差最小。 BWGB ??? ? 0)( ?? ?ΦBWGB ??? ? 0)( ?? ?ΦBWGB ??? ? 0)( ?? ?ΦBWGB ??? ? 因此，為減小頻域誤差，輸入信號的角頻率應(yīng)滿足： 結(jié)論：擴(kuò)大積分器的正常工作頻段和減小頻域誤差的主要措施是 提高運算放大器的開環(huán)增益帶寬積和開環(huán)增益。 BWGBBWooGB ,/ ?????? ????? AA ③ 時域誤差 設(shè)輸入階躍信號為 積分器輸出的拉氏變換為 ???????)0(0)0(inin ttEV? ? sEAssAAsV inoBWFoo39。o11)(?????????????拉氏反變換后得 考慮到積分放大器的額定工作范圍有限，積分時間有限，所以有實際意義的瞬態(tài)時間并不長，故當(dāng) t AoτF時，有 ????????????????? tAt AeAeAAAAEAtV BWoFooBWFooBWFoBWF2oin2o39。o )(?? ????????????????????FoFooBWFoFin ?????AteAAAE 對比可知理想積分放大器和實際積分放大器的階躍響應(yīng)差別發(fā)生在響應(yīng)的初期和響應(yīng)的后期。 ????????????????????????????????????????? ?3Fo2FoFoFooBWFoFin39。o 61211)(??????? AtAtAtAAAEtV???????? ????? ?2F2o3Fo2oBWFin62 ???? AtAtAtE 在響應(yīng)初期， t很小 表明與理想情況相比，實際響應(yīng)有一時間滯后 該滯后決定于運算放大器的增益帶寬積 AoωBW，顯然加大運放的增益帶寬積，可降低該時間滯后。 ???????? ?????????? ??oBWFinoBWFin39。o1)(AtEAtEtV????oBW1A? 在響應(yīng)后期， t1 與理想情況相比，隨著積分時間的加長，積分誤差加大，響應(yīng)特性的斜率在數(shù)值上越來越小。為了減少此項誤差，應(yīng)加大運算放大器的開環(huán)增益 Ao。 ???????? ???? ?2F2o3Fo2Fin39。o 62)( ??? AtAttEtV ④ 最大積分速度 由于運放的輸出電流受額定輸出電流Iomax的限制，故積分電容的充電電流也受到 Iomax的限制，從而限制了積分器的最大積分速度，即 故積分器的最大積分速度為 o m a xm a xoF dd ItVC ???????Fo m a xm a xoddCItV ? ⑤ 電容器的介質(zhì)吸附效應(yīng)引起的動態(tài)誤差 實際電容器不能簡單地看成一個理想電容，從實際效果看，它相當(dāng)于一個復(fù)雜的阻容網(wǎng)絡(luò)。 圖 實際電容的仿真電路 圖中 C為理想電容值， Ro為電容器的泄漏電阻，其余的阻容網(wǎng)絡(luò)則為介質(zhì)吸附效應(yīng)的仿真。 這些阻容電路的時間常數(shù)相差很大，因而在充電過程中如果停止充電，則各個電容之間需要有一個電荷平衡的過程，之后才會穩(wěn)定于某個數(shù)值上，產(chǎn)生誤差。 由此可見， 實際電容器兩端的電壓不僅與現(xiàn)在的外界條件有關(guān)，還與它過去的狀態(tài)有關(guān)。 它將引起運算誤差并使起始條件不準(zhǔn)。 圖 考慮了電容器吸附效應(yīng)的積分器 圖 的基本積分運算放大器，它的閉環(huán)增益為 可見，積分電容器的介質(zhì)吸附效應(yīng)也會產(chǎn)生誤差，其包括頻域誤差和時域誤差。 ???????51FF39。Fj1/11)j()j(n nnnCRCCARZA??? 結(jié)論： 在選擇積分電容時，除了要考慮容量因素，還要考慮電容的非理想性（包括泄漏電阻和介質(zhì)吸附效應(yīng)），總體來說要選擇高泄漏電阻及低介質(zhì)吸附效應(yīng)的電容器，以降低積分器的運算誤差。 目前的電容產(chǎn)品中， 聚苯乙烯 ， 聚四氟乙烯 電容， 鉭電容 和 聚碳酸脂 電容有較高的泄漏電阻和較弱的介質(zhì)吸附效應(yīng)。 4. 微分放大器 微分放大器用來對輸入信號實現(xiàn)微分運算，將基本放大器中的輸入回路電阻與反饋回路電容的位置相互對換，就組成了簡單的微分放大器。如圖 示。 圖 微分放大器原理圖 電路輸出為 令 稱為微分放大器的時間常數(shù)， 則 tVCRVdd inffo ??FFF CR??tVVdd inFo ???1）基本微分放大器存在的問題 設(shè)運算放大器具有單極點頻率特性，當(dāng) Ao1時，微分放大器的實際閉環(huán)增益為