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如何应用于传感器连接、信号生成和滤波

发布时间:2021-01-30 09:43:35 人气: 来源:霍尔开关

在电子世界走向数字化之前,基于微分方程求解的控制系统使用模拟计算来解方程。因此,模拟计算机相当普遍,因为几乎所有微分方程的求解都需要对信号进行积分运算的能力。虽然控制系统大多都已实现数字化,并且数值积分也已取代模拟积分,但在传感器、信号生成和滤波的运算方面,仍然需要模拟积分器电路。这些应用使用基于运算放大器的积分器,并在反馈回路中带有电容元件,以便为低功耗应用提供必要的信号处理。如果可以了解这些理论,对于我们设计霍尔元件的电路会大大有好处。
 
尽管实用性仍然很重要,但许多设计人员可能会轻易忽略。本文概述了积分器电路,并以 Texas Instruments 的几个产品为例,就正确设计、元器件选择和最佳实践提供指导,以实现卓越性能。
 
 
基本反相积分器
 
基本反相积分器的增益系数是 -1/RC,该系数可应用到输入电压积分。实际上,积分器所用的电容器应具有小于 5% 的容差和低温度漂移。聚酯电容器是一个不错的选择。在关键路径位置应使用公差为 ±0.1% 的电阻器。
 
该电路存在局限性,因为在直流下,电容器代表开路,增益会无穷大。在工作电路中,根据非零直流输入的极性,输出将传输到正电源轨或负电源轨。这可以通过限制积分器的直流增益来纠正。
 
在反馈电容器上并联一个高阻值电阻器 (RF),可将基本积分器的直流增益限制为 -RF/R 值,从而得到一个实用的器件。这种添加法解决了直流增益问题,但却限制了积分器的工作频率范围。观察真实电路有助于理解此限制。
 
该电路使用 Texas Instruments 的 LM324 运算放大器。LM324 是一款优异的通用运算放大器,具有低输入偏置电流(典型值 45 nA)、低失调电压(典型值 2 mV)和 1.2 MHz 的增益带宽积。电路输入由仿真器的函数发生器以 500 Hz 的方波驱动。这在仿真器示波器上显示为上方迹线。电路会对方波进行积分,并输出一个 500 Hz 的三角函数,如示波器的下方迹线所示。
 
直流增益为 -270 kΩ/75 kΩ 或 -3.6 或 11 dB;这从电路的传递函数可以看出。从约 100 Hz 至约 250 kHz,频率响应按 -20 dB/十倍频程滚降。这是积分器工作的有用频率范围,并且与运算放大器增益带宽积有关。
 
Texas Instruments 的 TLV9002 是新近推出的运算放大器。这款 1MHz 增益带宽放大器具有 ±0.4 mV 的输入失调电压和 5 pA 的极低偏置电流。作为一款 CMOS 放大器,它适用于各种低成本便携式应用。
 
对于设计人员来说,务必要记住,积分器是一种累积器件。因此,如果没有适当的补偿,输入偏置电流和输入失调电压会导致电容器电压随着时间的推移而增加或减少。在此应用中,输入偏置电流和失调电压相对较低,并且输入电压会迫使反馈电容器定期放电。
 
在使用累积功能的应用中,例如在测量电荷时,在积分器中必须有一种机制来重置电压并建立初始条件。Texas Instruments 的 ACF2101BU就具有这种机制。它是一款双开关积分器,集成了一个内置开关以对反馈电容器放电。由于该器件适用于需要电荷累积的应用,因此具有 100 fA 的极低偏置电流,典型偏置电压为 ±0.5 mV。
 
Texas Instruments 的 IVC102U 是一款类似的开关积分器/跨阻放大器。该器件与 ACF2101BU 的应用范围相同,但不同的是,每个封装包含单个器件。此外,还具有三个内部反馈电容器。其中包含对电容器组放电和连接输入源的开关,因此设计人员能够控制积分周期并包括保持操作,以及对电容器上的电压放电。
 
TMR磁阻感应开关DT801
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