Тема 2.4 Устройства аналоговой обработки сигналов

2.4.1 Инвертирующий сумматор

К суммирующим схемам относятся:

• сумматоры

• схемы вычитания.

Сумматор – устройство, на выходе которого сигналы, подаваемые на его входы, суммируются. Они строятся с использованием инвертирующих и неинвертирующих усилителей.

Рисунок 2.29 Схема инвертирующего сумматора с тремя

Входными сигналами

Поскольку для идеального операционного усилителя (ОУ): , а ток смещения мал по сравнению с током , то согласно закону Кирхгофа:

Вследствие того, что и инвертирующий имеет практически нулевой потенциал, в нём отсутствует влияние входных сигналов (т.е. источники входных сигналов развязаны, ).

Cледовательно, на выходе получатся инвертированная сумма входных напряжений. Если , то на выходе получится сумма с различными масштабными коэффициентами. Инвертирующий сумматор объединяет в себе функции сумматора и усилителя при сохранении простаты схемы. Резистор R компенсирует сдвиг нуля на выходе операционного усилителя (ОУ). Его выбирают такой величины, чтобы .

2. Неинвертирующий сумматор

Рисунок 2.30 Схема неинвертирующего сумматора на базе

Неинвертирующего усилителя.

Так как при напряжение на инвертирующем и неинвертирующем входах равны, то:

Учитываем, что для идеального операционного усилителя (ОУ): , согласно закону Кирхгофа можно записать:

;

;

,

где n– число входов.

Суммирование осуществляется в пассивной цепи неинвертирующего входа, после чего результирующее напряжение усиливается в раз:

,

где – коэффициент передачи соответствующего на неинвертирующий вход операционного усилителя (ОУ). Полное сопротивлении точки неинвертирующего входа ОУ:

=> в этой схеме источники сигналов не развязаны - каждое R1, R2, R3 влияет на коэффициенты передачи всех сигналов. Поэтому простое увеличение числа входов приводит к изменению коэффициентов суммирования. Если в схеме подаются сигналы на инвертирующий вход, то схема выполняет операцию сложения-вычитания.

Для правильной работы схемы необходимо обеспечить равенство сумм коэффициентов усиления инвертирующих и неинвертирующих частей схемы.

2. Интегрирующий усилитель

Простейший интегратор, выполненный на основе инвертирующего усилителя.

В схеме вместо резистора включён конденсатор С.

а) б)

Рисунок 2.31 Схема интегрирующего усилителя

Используя всё те же свойства ОУ ( ): делаем вывод, что весь входной ток интегратора течёт через конденсатор. Учитывая:

Произведение RC называется постоянной времени интегратора τ, они имеют разность времени, что соизмеримо с размерностью сигнала, действующего на входе интегратора. При подаче на вход скачка постоянного напряжения; не зависит от коэффициента усиления операционного усилителя (ОУ).

У реального интегрирующего усилителя ЛАЧX имеет главный полюс на частоте . Эквивалентная постоянная времени реального интегрирующего усилителя: .

Следовательно, наличие операционного усилителя (ОУ) эквивалентно увеличивает ёмкость в раз, что во столько же раз и уменьшает ёмкость конденсатора. Это обусловлено эффектом Миллера – поэтому такой интегратор называется интегратором Миллера.

Погрешности выходного напряжения обусловлены:

• сдвигом нуля (для компенсации в неинвертирующий вывод необходим резистор )

• из-за нагрузки выхода ёмкостью и недостаточно малого на ВЧ может измениться фаза выходного напряжения. Для уменьшения ёмкостного характера нагрузки подключают выход ОУ к этому конденсатору через неинвертитрующий повторитель напряжения (рис. 2.31б)

Выходное сопротивление повторителя мало и нагрузка его на ёмкости не вызывает фазового сдвига. Если в инвертирующем интеграторе сделать несколько входов с резисторами R1, R2, R3, то получим интегрирующий сумматор.

Интеграторы широко применяются для осуществления алгебраических операций, при создании ГЛИН и синусоидального напряжения, точных фазовых сдвигов, установившихся в качестве фильтров НЧ.