тегрирование или, если быть более строгим, суммирование интегралов. В этом случае результат первого интегрирования можно рассматривать как величину Ei для второго интеграла; при этом появляется возможность сэкономить - использовать для решения поставленной задачи всего один интегратор.

Теоретически интегратор должен запомнить напряжение, представляющее результат интегрирования в момент времени 2-На практике, однако, выходное напряжение уменьшается не иначе как под влиянием «таинственной силы», потому что видимых причин для этого нет. Причиной «таинственного» уменьшения выходного напряжения, т. е. уменьшения выходного напряжения, не связанного с соответствующим изменением сигнала на входе, является утечка конденсатора, а также входной импеданс операционного усилителя (главным образом его входные токи смещения).

Переключатель Hi используется для сброса интегратора в нуль. Сброс следует делать перед началом интегрирования с тем, чтобы исключить возможность появления случайной постоянной интегрирования Ei. Интервал интегрирования устанавливают с помощью входного переключателя Пг. Он включается таким образом, чтобы вход схемы был заземлен перед началом этого интервала и после него, а в течение интервала интегрирования был связан с самим интегратором.

В качестве усилителя Yi теоретически можно использовать любой операционный усилитель, особенно если можно примириться с небольшим наклоном его характеристики. Примером может служить система, где интегратор используется прежде всего как фильтр нижних частот, или некоторые другие применения. Однако в большинстве случаев в качестве У; нужно использовать высококачественный операционный усилитель. При этом можно избавить себя от некоторых проблем, которые мы обсудим в гл. 22 в разделе, посвященном практическим примерам интеграторов. Высококачественный усилитель особенно желательно иметь в тех случаях, когда схема используется для обработки медленно изменяющегося сигнала, или когда выходной уровень должен сохраняться в течение длительного периода после завершения процесса интегрирования, или же когда интегрирование ведется на большом временном интервале (длительность которого измеряется в секундах). Мы сталкиваемся опять с тем, что ток смещения операционного усилителя стремится зарядить конденсатор Си И снова в некоторых случаях начинают явно проявляться другие ошибки, если недостаточно высок коэффициент усиления усилителя при разомкнутой петле обратной связи.

Еще одна проблема в схемах этого типа связана с падением выходного напряжения из-за токов утечки через конденсатор. Это явление обусловлено тем, что параллельно каждому конденсатору подключено некоторое сопротивление. К счастью, существует простой прием, с помощью которого можно почти пол-

ностью устранить присущие электронным интеграторам проблемы падения напрял<ения, - нужно применять только высококачественные компоненты. Например, никогда не используйте в качестве Cj электролитический конденсатор. Всем электролитам свойственны большие утечки, и они годятся только для самых грубых систем, в которых самое существенное значение имеют небольшие габариты конденсатора при сравнительно большом значении емкости. Во всех остальных случаях электролитические конденсаторы должны довольствоваться своим скромным положением в «обществе» электронных компонентов - «каждый сверчок, знай свой шесток!»

В системах, где требования не слишком жестки, могут выручить миларовые, слюдяные, керамические конденсаторы, металлические конденсаторы с пленкой окисла или пленочные конденсаторы. В критических случаях, т. е. там, где требуется иметь большую постоянную времени, большое время хранения заряда и где допускается малое падение напряжения, следует использовать высококачественные конденсаторы, в которых диэлектриком служит стекло, поликарбонат или полистирол.

Кроме того, операционный усилитель должен обладать очень большим импедансом. Схема типа 741 подходит только для таких систем, где допустимы большие искажения входных импульсов, но даже и там необходимо предусматривать меры противодействия входным токам смещения. Лучше всего выбрать операционный усилитель с очень большим входным импедансом, например, из числа входных каскадов на полевых транзисторах или на транзисторах со сверхвысоким значением коэффициента р (транзистор Дарлингтона) или из недавно появившейся серии БиМОП-устройств с диодной защитой типа СА3130, СА3140 и СА3160 фирмы RCA.

Учтите, что все ваши усилия пропадут даром, если вы неправильно выберете значения Pi и Ci Вернитесь к уравнению (9 3) и обратите внимание, что произведение PiCi стоит в знаменателе. Реальные значения Pi имеют порядок 10 Ом или ниже, а реальные значения емкостей - от 10 Ф до примерно 10~ Ф для тех типов конденсаторов, которые можно использовать в интегрирующих схемах. Если значения выбраны неправильно, то интегратор будет иметь слишком большой коэффициент усиления и большую часть времени будет находиться в насыщении. Рассмотрим пример, в котором используется резистор сопротивлением 100 кОм и конденсатор емкостью 1 мкФ. Константа, не входящая под знак интеграла в уравнении (9.3), равна

(106) (10-6) =10.

Такая РС-цепь умножает выходную величину на коэффициент, равный 10; в связи с этим для большинства операционных усилителей диапазон входных сигналов должен быть значительно

меньше 1 В. Еще хуже будет, если взять конденсатор с меньшим значением емкости. Если, например, мы бы взяли конденсатор емкостью 1000 пФ, то множитель был бы равен

WW = 10*= 10000. (9.4)

При этом интеграл входного напряжения умножался бы на коэффициент 10 000! Это значит, что, как только входной ток станет равным нескольким микроамперам, выходное напряжение достигнет предельного значения - станет равным напряжению питания и каскад перейдет в режим насыщения. Едва ли это нужно. Кроме того, в этом случае входные токи смещения вызовут возрастание выходного напряжения - оно начнет изменяться как пилообразное напряжение с малым периодом.

Электромеханический способ интегрирования

Наше знакомство с интеграторами мы завершим рассмотрением нетребовательной, но эффективной интегрирующей схемы, находящей широкое применение в недорогой аппаратуре. Схема, показанная на рис. 9.3, представляет собой сочетание RC-ин-тегратора с механическим интегратором. Работа системы определяется собственной инерцией подвижной части измерительного прибора в подшипниках и эффектом электронного интегрирования в ЯС-цеш. Постоянная времени определяется конденсато-

Рис. 9.3. Электромеханический интегратор.

Вход

Выход

Рис. 9 4 ;?С-фильтр верхних частот/дифференцирующая схема. 10* 147