Analogowe układy całkujące

Niektóre popularne zastosowania układów całkujących

Wcześniej do rozwiązywania równań różniczkowych wykorzystywano układy całkujące. Na przykład, przyspieszenie mechaniczne jest to szybkość zmiany lub pochodna jego prędkości. Prędkość jest pochodną przemieszczenia. Układ całkujący można wykorzystać do pobrania danych wyjściowych z przyspieszeniomierza i jednokrotnego scałkowania w celu odczytania prędkości. Jeżeli sygnał prędkości zostanie scałkowany, to wyjście jest przemieszczeniem. Oznacza to, że przy użyciu układu całkującego, wyjście pojedynczego przetwornika może generować trzy różne sygnały: przyspieszenia, prędkości i przemieszczenia (ilustracja 5).

Ilustracja 5: korzystając z podwójnych układów całkujących, projektant może z przyspieszeniomierza odczytać przyspieszenie, prędkość i przemieszczenie. (Źródło ilustracji: Digi-Key Electronics)

Wejście z przyspieszeniomierza jest całkowane i filtrowane w celu uzyskania prędkości. Prędkość jest całkowana i filtrowana w celu uzyskania przemieszczenia. Należy pamiętać, że wszystkie wyjścia są sprzężone prądem zmiennym. Eliminuje to konieczność zajmowania się warunkami początkowymi każdego układu całkującego.

Generator funkcyjny Generatory funkcyjne, które wytwarzają wiele rodzajów przebiegów, mogą być zbudowane z użyciem wielu układów całkujących (ilustracja 6).

Ilustracja 6: generator funkcyjny zaprojektowany z wykorzystaniem trzech stopni LM324. OP1 jest oscylatorem relaksacyjnym generującym falę prostokątną; OP2 jest układem całkującym, który przekształca falę prostokątną w falę trójkątną; a OP3 jest kolejnym układem całkującym, który działa jako filtr dolnoprzepustowy, usuwając harmoniczne fali trójkątnej, generując falę sinusoidalną. (Źródło ilustracji: Digi-Key Electronics)

Generator funkcyjny został zaprojektowany na podstawie układu LM324, który został omówiony wcześniej jako praktyczny układ całkujący. W omawianej konstrukcji, przedstawionej jako symulacja w programie TINA-TI, zastosowano trzy wzmacniacze operacyjne LM324. Pierwszy z nich, OP1, jest używany jako oscylator relaksacyjny i wytwarza prostokątną falę wyjściową o częstotliwości określonej przez C1 i potencjometr P1. Drugi stopień, OP2, jest podłączony jako układ całkujący i konwertuje falę prostokątną na falę trójkątną. Ostatni stopień, OP3, jest podłączony jako układ całkujący, ale funkcjonalnie jest to filtr dolnoprzepustowy. Filtr ten usuwa wszystkie składowe harmoniczne z fali trójkątnej i wytwarza sinusoidę o częstotliwości podstawowej. Wyjścia każdego ze stopni widoczne są na oscyloskopie symulatora w prawej dolnej części ilustracji 6.