Интегратор - Integrator

Для бизнес-функции см. Системный интегратор .

Интегратора в измерительных и управляющих приложениях представляет собой элемент , чей выходной сигнал времени интеграл от его входного сигнала. Он накапливает входное количество в течение определенного времени для получения репрезентативного выхода.

Интеграция - важная часть многих инженерных и научных приложений. Механические интеграторы - это самое старое приложение, которое до сих пор используется, например, для измерения расхода воды или электроэнергии. Электронные аналоговые интеграторы являются основой аналоговых компьютеров и усилителей заряда. Интеграция также выполняется с помощью цифровых вычислительных алгоритмов.

В схемах обработки сигналов

Принципиальная схема интегрирующего усилителя, выполненного с использованием операционного усилителя.
См. Также Интегратор в приложениях ОУ.

Электронный интегратор , является одной из форм первого порядка фильтра низких частот , которые могут быть выполнены в непрерывном времени (аналоговый) домена или аппроксимирована (смоделированы) в дискретном времени (цифровой) домена. Интегратор будет иметь эффект фильтрации нижних частот, но при задании смещения он будет накапливать значение, выстраивая его, пока не достигнет предела системы или не переполнится.

Интегратора напряжения представляет собой электронное устройство , выполняющее время интеграцию электрического напряжения, таким образом , измерение полного вольта-второго продукта.

Тока интегратора представляет собой электронное устройство , выполняющее время интеграцию в электрическом токе , таким образом , измерение общего электрический заряда . Усилитель заряда является примером интегратора тока. Интегратор тока также используется для измерения электрического заряда чашки Фарадея в анализаторе остаточных газов для измерения парциальных давлений газов в вакууме. Другое применение интегрирования тока - это осаждение ионным пучком , где измеренный заряд напрямую соответствует количеству ионов, нанесенных на подложку, при условии, что зарядовое состояние ионов известно. Два токопроводящих электрических вывода должны быть подключены к источнику ионов и подложке, замыкая электрическую цепь, которая частично создается ионным пучком.

В программном обеспечении

Основная статья: Численное интегрирование

Механические интеграторы

Основная статья: Дифференциальный анализатор

Механические интеграторы были ключевыми элементами в механическом дифференциальном анализаторе , используемом для решения практических физических задач. Механические механизмы интеграции также использовались в системах управления, таких как регулирование потоков или температуры в промышленных процессах. Такие механизмы, как интегратор с шаром и диском, использовались как для вычислений в дифференциальных анализаторах, так и в качестве компонентов таких инструментов, как директора морских орудий , счетчики расхода и другие. Планиметр представляет собой механическое устройство , используемое для вычисления определенного интеграла кривой , приведенной в графической форме, или в более общем случае нахождения площади замкнутой кривой. Integraph используются для построения неопределенного интеграла от функции , заданной в графическом виде.

Недостатки идеального интегратора

  • Полоса пропускания очень мала и используется только для небольшого диапазона входных частот.
  • Для входа постоянного тока ( f = 0) реактивное сопротивление емкости X c бесконечно. Из-за этого операционный усилитель переходит в конфигурацию разомкнутого контура. В конфигурации с разомкнутым контуром коэффициент усиления бесконечен, и, следовательно, небольшие входные напряжения смещения также усиливаются и появляются на выходе как ошибка. Это называется ложным срабатыванием, и его следует избегать. Из-за всех этих ограничений необходимо модифицировать идеальный интегратор. Некоторые дополнительные компоненты используются вместе с идеальной схемой интегратора, чтобы на практике снизить влияние напряжения ошибки. Этот модифицированный интегратор называется практическим интегратором.

Практический интегратор (интегратор с потерями)

Амплитудно-частотная характеристика идеального и практичного интегратора

Коэффициент усиления интегратора на низкой частоте может быть ограничен, чтобы избежать проблемы насыщения, поэтому, чтобы избежать насыщения операционного усилителя, конденсатор обратной связи шунтируется резистором Rf. Параллельная комбинация Rf и C ведет себя как практичный конденсатор, который рассеивает мощность, в отличие от идеального конденсатора. По этой причине эту схему также называют интегратором с потерями. Резистор Rf ограничивает низкочастотное усиление до (-Rf / R), обычно [Rf = 10 * R1], и, таким образом, обеспечивает стабилизацию по постоянному току.

Приложения

  • Интегрирующие усилители на операционных усилителях используются для выполнения расчетных операций в аналоговых компьютерах.
  • Интегрирующие схемы чаще всего используются в аналого-цифровых преобразователях, генераторах пилообразных сигналов, а также в приложениях для формирования сигналов.
  • Другое приложение могло бы интегрировать сигнал, представляющий поток воды, создавая сигнал, представляющий общее количество воды, которое прошло через расходомер. Это приложение интегратора иногда называют сумматором в торговле промышленными приборами.

Смотрите также

Рекомендации


Внешние ссылки

дальнейшее чтение

  • Кенг К. Ву (2002). Транзисторные схемы для системы питания космических аппаратов . Springer. С. 85–87. ISBN   978-1-4020-7261-1 .