在单极非反相设计中采用“Deboo”积分器

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:589

在可以采用双极电源的场合，标准反相积分器的设计是比较简单的。然而在采用单极电源时就较为麻烦了。为了给输出留有适当的峰值储备空间，电路必须加有对地的偏压(通常为电源电压的一半)。由于输入和输出均不以地为基准电位，使得设计变得别扭且不实用。

解决方案之一是采用电容性负载的howland电流源，亦称“deboo”积分器(图1)。这种采用双极或单极电源的非反相积分器具有以地为基准电位的输入和输出。将此电路分为三个部分来考虑即可获得一个直观的理解：即输入电阻r、集成电容c和电路的右侧部分(它等效于一个与地相连的负电阻)。

该电路的右侧部分(图2a)很容易简化，其定义公式为：

vout=vc(r2\r1+1)

且

iin=vcvout\r3

结果是:

iin=r2vc\r1r3

请注意输入电流等于输入电压与负电阻相除所得的商。负电阻仅仅改变了电流的方向。相应的等效电路通过检验推出(图2b)。

该电路经简化后呈现出“t”型结构(图3)。其中，vin通过正电阻r激励电容，地通过负电阻-r1r3/r2激励电容。输入电容的总电流为：

ic=ir+l-r=vin-vc\r+r2vc\r1r3

若

r=r1r3\r2

则

ic=vin\r

这一重要结果表明：如果r=(r1r3)/r2，则输入电容的电流只取决于输入电压vin和r，而非电容电压。换句话说，电容由一个数值为vin/r的电流源所激励。如果vin是时间的函数，则电容两端的电压是：

vc随后被放大(1+r2/r1)倍，vout于是为：

图4所示的电路是一个采用两个输入端和一个复位端的实用deboo积分器。输入r为两个20k 电阻的并联电阻。该电路能够把任何数量的输入进行相加，只要输入电阻的并联阻值与所需的r相等(其本身等于r1r3/r2)。

选择单刀双掷模拟开关来执行复位功能。该配置(对比在电容两端采用一个开关的方法)消除了由输入r和开关接通电阻间的分压所产生的任何偏离误差。为了防止开关在复位过程中进入其短路保护模式(这会使复位过程拉长)，通过串接10 电阻的方法使max4624两端的电压被限制在0.6v以下(对于0.1uf或更小的电容，则不需要该限压电阻)。

在设计积分器时应考虑许多参数。快速积分器需要具有低偏流的宽带运算放大器，而慢速积分器则需要精确匹配的电阻、具有极低偏流的运算放大器、具有低漏电流的电容和整齐规则的电路板布局。对于具有低泄漏和低介质吸收特性的电容而言，可选择聚丙烯、聚苯乙烯或聚四氟乙烯作为电介质。

为了实现单输入积分器，4个电阻的阻值可以相同。caddockelectronic公司可供应最小比例容差(ratiotolerance)为 0.01%的由四个等值电阻组成的单元。

稍微宽松一些的要求允许使用4个分立的比例容差为 0.1%的电阻。复位开关应仔细挑选，因其非正常泄漏(off-leakage)将被电容集成。开关的接通电阻必须足够低，以使电容能够按照需要尽快地复位。最后，由开关在断开时注入的电荷必须足够少，以避免在电容上产生有害的较大偏差。

deboo积分器是一种易于实现且很有用处的电路，对单电源应用尤为如此。