真实积分电路设计指南

真实积分电路设计指南

1 理论积分电路

这个课本上的用于推导积分电路,在实际工程中无法使用,原因如下:

偏置电流一直给电容C1充电;输入失调电压被放大∞倍,因为C1相对直流电压来说短路,阻抗无穷大,导致噪声增益 = 1 + 1/CS / R1 无穷大,运放输出直接饱和。

2 解决办法

通过并联电阻R2,改变VOS直流信号噪声增益无穷大的情况,这种情况下,噪声增益为1 + R2/R1 = 1 +100K/1K = 101,因此R2也不能取得太大。

3 并联R2的影响

与理想积分电路相比,增加R2后,导致低频段VF2偏移VF3,不是一个真实的积分器了。但增大R2后,电路就越像积分器了。同时,噪声增益也变大了。这似乎就相互矛盾了。

4 设计真实可用积分器

当电阻并联R2取得足够大时,特征频率f0 * 100 < 信号输入频率fin时,并联R2后的系统传递函数与理想积分器传递函数相等。

5 实际设计实例

首先必须知道待测信号关键量

感兴趣频率范围f1-f2;待测信号幅度;设计R2 信号输入频率 fin > 100 * f0(特征频率),是实用积分器像积分器的关键;

低通特征频率 f0 = 1 / (2 * π * R2 * C1) < fin / 100

R2 > 100 / ( 2 * π * fin * C1),但是R2不能太大,否则噪声增益会过大,导致失调电压输出偏置过大

实例设计要求

输入信号频率大于100Hz100Hz时积分器增益为6.02dB输出失调电压小于100mv使用AD8622为核心运放

详细推导过程

6 真实积分器的问题

6.1 高频积分异常

运放带宽不够,积分器最高关心的频率为fH,选择运放的GBW > (50 ~ 100)* fH

6.2 方波输入时的输出毛刺

运放输出电阻越小,阶跃分压越小,毛刺越小运放反应越快,越能快速回归,毛刺越小一般选择高速运放解决上述现象,因为输出电阻一般不好选择

实际验证:

OPA187增益带宽积为550K

LMP7701增益带宽积为2.5MHz

6.3 较大直流量输入

当积分器输入信号含直流量,由于积分器的直流增益很大,容易造成输出憋死,此情况下,一般考虑增加隔直电路。

方法一:该方法最大优点是直流噪声增益 = 1

方法二:可选用大电阻R3,以避免选用大电容,但是这种方法的直流噪声增益仍然很大。

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