Deriva de DC del integrador

0

Tengo que integrar las señales con mucha precisión, y estoy frente a la deriva de CC en los integradores de inversión que utilizan opamps. La solución habitual es agregar una resistencia en paralelo con el condensador, sin embargo, esto produce una salida diferente a la del integrador sin la resistencia, lo que significa que la compensación de CC inicial del integrador sin una resistencia se ha ido.

Para ilustrar esto considera el siguiente circuito

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Suponga que la forma de onda de entrada al circuito es de + -1V 1KHz. señal cuadrada, la siguiente captura de pantalla muestra las señales de entrada y salida del circuito:

Enazulhaylaseñaldeentradaalintegrador,un-1a1V1KHz.señalcuadrada,yenamarillolasalidadelintegrador,unaformadeondatriangularde3.125Vpicoapicoqueabarcadesde0hasta-3.125V.Estopuedecomprobarsemediantelassiguientesintegrales(paraelperíododelaseñaldeentrada):

$$V_o(t)=-\frac{1}{RC}\left(\int^{0.5ms}_{0}{dt}-\int^{1ms}_{0.5ms}dt\derecha)$$

Laevaluacióndelaprimeraintegralproduceunalíneaconpendientenegativade0a-3.125Venelintervalo[0,0.5ms]ylasegundaintegralproduceunalíneaconpendientepositivade-3.124Va0Venla[0.5ms,1ms]intervalo.

Ahorasupongaqueinsertounaresistenciade10Menparaleloconelcondensador

simular este circuito

Supongamos de nuevo que la entrada es de + -1V 1KHz. señal cuadrada, la siguiente captura de pantalla muestra la entrada en azul y la salida en amarillo. Es obvio que la forma de onda de la salida es la misma, una señal de triángulo; sin embargo, el desplazamiento negativo de CC se pierde, por lo que la señal resultante no es la integral porque carece del desplazamiento de CC.

Mi línea de pensamiento es que si agrego el offset de CC faltante, obtendré la integral. Sin embargo, y esta es mi pregunta: ¿esto no parece ser válido para ninguna forma de onda o señal de entrada, incluso si no es periódica? ¿Lo que significa que solo agregar una compensación de CC en la salida del integrador dará la integral? Esto parece contra intuitivo, por ejemplo, si la entrada es una onda sinusoidal, la salida será una onda de coseno sin un desplazamiento, agregando que el desplazamiento no producirá la integral real.

PS Estoy consciente de que este es un amplificador inversor y la integral real tiene un signo opuesto.

    
pregunta S.s.

1 respuesta

1

Te estás perdiendo una parte clásica de la integración. Parece que piensas que $$ \ int {dt} = t $$ Pero no es así. En su lugar, $$ \ int {dt} = t + C $$ Para la integración, siempre hay una condición inicial que debe especificarse. En su caso, la adición de una resistencia de realimentación hace que la señal integrada sea simétrica alrededor de cero si la entrada es. Es decir, si la entrada promedio es cero, también lo hará la salida.

Para obtener la forma de onda que está buscando, necesita una función de restablecimiento para poner a cero el integrador. Puede hacer esto con un interruptor analógico como un CD4066 como tal

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Al aplicar un pulso de restablecimiento al interruptor y soltarlo en el momento deseado (el borde ascendente de su entrada en este caso) obtendrá la forma de onda deseada. Por supuesto, es posible que encuentre que la sincronización del restablecimiento es un gran problema por detrás, pero no hay ayuda para ello.

Además, al agregar la resistencia de realimentación, limitará la deriva a largo plazo de su integrador. Si observa su primer circuito durante un largo período de tiempo, verá la desviación de voltaje de una manera u otra, y continuará derivando hasta que la salida del integrador limite ya sea positiva o negativa. Esto se debe a que las corrientes de polarización de entrada se integran a largo plazo. Para un amplificador operacional de bajo sesgo, como el TL081 (100 pA), la desviación será bastante lenta. Para algo realmente desagradable como un 741 (100 nA, típicamente), la deriva será 1000 veces más rápida.

    
respondido por el WhatRoughBeast

Lea otras preguntas en las etiquetas