Введение
АТекущая цепь интегратораявляется фундаментальной аналоговой электронной схемой, которая преобразует входной ток в пропорциональное выходное напряжение с течением времени. Эта схема широко используется в таких приложениях, как обработка сигнала датчика, преобразование аналога в цифру и генерацию формы волны. Интегрируя входной ток, он предоставляет средства для измерения общего заряда или накопления сигналов в течение определенной продолжительности.
Рабочий принцип
Наиболее распространенная реализация текущего интегратора использует оперативный усилитель (OP-AMP) с конденсатором в цикле обратной связи. Входной ток впадает в инвертирующий терминал OP-AMP, в то время как не инвертирующий терминал заземлен. Конденсатор хранит заряд, а выходное напряжение (v <sub> out </sub>) определяется как:
\ [
V_ {out} = -\ frac {1} {c} \ int i_ {in} \, dt
\]
Здесь C - емкость обратной связи, а отрицательный знак указывает на фазовую инверсию. Выходное напряжение увеличивается линейно, когда конденсатор накапливает заряд, что делает его идеальным для точного измерения тока.
Приложения
1. Интерфейсы датчиков - используются в усилителях фотодиода и пьезоэлектрических датчиках для преобразования небольших токов в измеримые напряжения.
2. Аналог-цифровые преобразователи (ADC)-интеграторы являются ключевыми компонентами в ADC с двойным склоном и Sigma-Delta для точного преобразования сигнала.
3. Генерация формы волны - используется в генераторах функций для производства треугольных и пилообразных волн из входов постоянного тока.
4. Измерение заряда - необходимо для детекторов частиц и медицинских инструментов, где накопление заряда должно быть точно измерено.
Проблемы и решения
-Токи утечки: реальные конденсаторы и Op-AMPS имеют утечку, что приводит к дрейфу. Использование компонентов с низкой утечкой (например, полипропиленовые конденсаторы, Op-AMPS FET), смягчает это.
- Насыщение: выходное напряжение может насыщаться, если время интеграции слишком длинное. Переключатель сброса (например, MOSFET по всему конденсатору) периодически разряжает конденсатор.
- Чувствительность шума: интеграция цепей усиливает низкочастотный шум. Правильное экранирование и стабилизированные вертолетными операциями помогают уменьшить шум.
Заключение
АТекущая цепь интегратораявляется универсальным и важным строительным блоком в аналоговой электронике. Его способность точно преобразовать ток в напряжение делает его незаменимым в приложениях точности и обработки сигналов. Достижения в компонентах с низкой утечкой и методами шумоподавления продолжают повышать свои характеристики в современных электронных системах.