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(huì)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(xiàng)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(hào)。

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(diǎn)的電流必須等于流出該節(jié)點(diǎn)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(xiàng)，因此該電路通常不會(huì)在直接信號(hào)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(qǐng)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(dòng)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(hào)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(dòng)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(gè)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(shí)，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(hào)會(huì)盡力將輸出驅(qū)動(dòng)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(shí)將維持零輸入的電壓。