信號鏈基礎(chǔ)知識之用作積分器的運算放大器

　　本章主要是對用作積分器的運算放大器的介紹。

　　圖 1 運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。運算放大器積分器進行驅(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 偏移被降至運算放大器的 Vos。 在一些單電源應(yīng)用中，將運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)動至負電源軌 GND 以下。出現(xiàn)在運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。