采用运算放大器的积分器电路分析

通过将电阻器用作增益调整设置元件，建立起了在 DC 情况下运算放大器 (op amp) 的传输函数。在一般情况下，这些元件均为阻抗，而阻抗中可能会包含一些电抗元件。下面来看一下图 1 所示的这种一般情况。

图 1

运算放大器反馈的一般情况使用这些项重写本系列第一篇文章所得的结果后，传输函数为：增益 = V(out)/V(in)= - Zf/Zi在图 2 所示电路的稳定状态下，该结果减小至：V(out) = -V(in)/2πfRiCf其适用于稳定状态下正弦波信号。

图 2

配置为积分器的运算放大器正如最初所做的分析那样，流入求和节点的电流必须等于流出该节点的电流。换句话说，流经 Ri 的电流必须等于流经 Cf 的电流。这种情况可以表述为下列传输函数：利用该传输函数，我们便可以得到一款普通积分器。由于积分中包含了该运算放大器的 DC 误差项，因此该电路通常不会在直接信号链中使用。但是，在控制环路中，其作为一种功能强大的电路得到了广泛使用。请回顾本系列第 5 部分“仪表放大器介绍”(下方有链接)所述的仪表放大器。在许多高增益应用中，虽然与 DC 值没有丝毫关系，但 INA 的电压偏移还是缩小了有效动态范围。

图 3

使用积分器归零偏移图 3 显示了积分器的一种理想应用。来自 INA 和信号源的输入 DC 偏移电压均出现在输入端，并被 INA 增益倍乘。该电压出现在积分器输入端。运算放大器积分器进行驱动以使反相输入与非反相输入相等(这种情况下，非反相输入为接地 (GND))，这样一来 INA 的电压偏移被消除了。这种应用让电路看起来像是一个单极高通滤波器。截止频率的情况如下：当 Ri = 1 MΩ 且 Cf = 0.1 μF 时，截止频率为 1.59 Hz。电路的 DC 偏移被降至运算放大器的 Vos。在一些单电源应用中，将运算放大器的非反相输入偏置为 GND 以上是必需的。积分器是一种反相电路，因此正输入信号会尽力将输出驱动至负电源轨 GND 以下。出现在运算放大器非反相输入端的偏置电压为 INA 输出时将维持零输入的电压。