長時間積分器課件

長時間積分器導(dǎo)師季振山高工報告人王勇2004年12月8日長時間積分器導(dǎo)師季振山高工1報告內(nèi)容長時間積分器研制的意義及目標(biāo)長時間積分器的若干關(guān)鍵問題長時間積分器基本實現(xiàn)方案閱讀文獻論文進展的大致安排目前存在困難報告內(nèi)容長時間積分器研制的意義及目標(biāo)2長時間積分器研制的意義及目標(biāo)在托卡馬克放電實驗中，許多電磁測量診斷信號的輸出額均為該信號的微分量，需要使用積分器，如等離子體電流和位移的測量。等離子體的放電時間越來越長，所以積分時間也要求越來越長，未來建成的HT-7U超導(dǎo)托卡馬克其放電時間將達到千秒量級，因此研制長時間無零漂積分器已勢在必行。長時間積分器研制的意義及目標(biāo)在托卡馬克放電實驗中，許多電磁測3傳統(tǒng)模擬積分器式中RC為積分常數(shù)，Vc(t1)是t1時刻電容C兩端的電壓值，即初始值。左圖中C為積分電容，C1為濾波電容，在A為理想運放時：傳統(tǒng)模擬積分器式中RC為積分常數(shù)，左圖中C為積分電容，C14實際積分器等效電路VIO:輸入失調(diào)電壓IIO:輸入失調(diào)電流IIB:輸入偏置電流V＋/CMRR:共模誤差信號近似值A(chǔ)vd:開環(huán)放大倍數(shù)R1:積分電阻C：積分電容Rd:積分電容C的泄漏電阻E:電容C上初始值ri、ro：運放的輸入輸出電阻實際積分器等效電路VIO:輸入失調(diào)電壓5長時間積分器的若干關(guān)鍵問題積分漂移非線性誤差泄露現(xiàn)象長時間積分器的若干關(guān)鍵問題積分漂移6積分漂移當(dāng)輸入電壓為零時，理想積分電路輸出電壓應(yīng)保持不變，但實際積分電路輸出電壓仍會隨時間不斷向一個方向變化（增大或減小）。這是由于運放存在著輸入失調(diào)電壓VIO、失調(diào)電流IIO、偏置電流引起的IIB和溫漂等，即使輸入電壓VI=0，VIO、IIO、IIB都將作為等效輸入信號被積分，使輸出電壓隨時間不斷向一個方向變化。積分漂移當(dāng)輸入電壓為零時，理想積分電路輸出電壓應(yīng)保持不變，但7非線性誤差理想的反向輸入積分電路在負的單位階躍輸入電壓作用下，輸出電壓應(yīng)隨時間呈線性上升。但由于元器件性能不理想，實際積分電路的輸出與線性產(chǎn)生了偏離。這主要是由電容存在的介質(zhì)損耗和泄漏電阻引起的。非線性誤差理想的反向輸入積分電路在負的單位階躍輸入電壓作用下8泄露現(xiàn)象積分電路在一定輸入電壓下輸出電壓已達到一定值，再將Vin變?yōu)榱?，理想積分器Vout應(yīng)保持不變。實際上由于電容的介質(zhì)損耗和泄漏電阻，給積分電容上的電荷提供了放電通路，使Vout隨時間不斷下降。泄露現(xiàn)象積分電路在一定輸入電壓下輸出電壓已達到一定值，再將V9解決上述問題的一般措施在條件允許的情況下，積分時間應(yīng)盡量取短，以減小積分漂移。在積分起始，使積分電容短路，輸出初值為零。選擇優(yōu)質(zhì)運放，以減少輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流等。選擇優(yōu)質(zhì)電容以減少介質(zhì)損耗和漏電，且電容的容量應(yīng)適當(dāng)取大。用作積分的集成運放應(yīng)仔細調(diào)零。

解決上述問題的一般措施在條件允許的情況下，積分時間應(yīng)盡量取短10小節(jié)積分漂移主要是由運放的失調(diào)電壓和失調(diào)電流所引起，而非線性誤差和泄漏的根源在于積分電容的非理想。設(shè)計長時間積分器必須克服模擬器件產(chǎn)生的影響，如失調(diào)電壓和失調(diào)電流，電容的介質(zhì)損耗和泄漏電阻等。失調(diào)可通過斬波的辦法加以克服，即將積分時間分割為短時間段，分段積分。要克服電容的非理想可采用數(shù)字積分。小節(jié)積分漂移主要是由運放的失調(diào)電壓和失調(diào)電流所引起，而非線性11積分器的基本實現(xiàn)方案數(shù)字式積分器以模擬積分器為基礎(chǔ)，與數(shù)字信號處理相結(jié)合實現(xiàn)邏輯控制。積分器的基本實現(xiàn)方案數(shù)字式積分器12數(shù)字積分器理論基礎(chǔ)數(shù)字積分器理論基礎(chǔ)13數(shù)字積分運算原理設(shè)積分初始為零時刻，此時電容兩端電壓為零，則經(jīng)采樣后，化為數(shù)字積分的形式其中，T為對信號的采樣時間，t=nT為積分時間。得數(shù)字積分是將輸入信號每次采樣值除以N后累加數(shù)字積分運算原理設(shè)積分初始為零時刻，此時電容兩端電壓為零，則14數(shù)字積分器實現(xiàn)框圖數(shù)字積分器實現(xiàn)框圖15模擬積分器與數(shù)字控制結(jié)合積分：1關(guān)、2開、3關(guān)、4開清零：1開、2關(guān)、3開、4開重置：1開、2開、3開、4關(guān)模擬積分器與數(shù)字控制結(jié)合積分：1關(guān)、2開、3關(guān)、4開16小節(jié)模擬積分器與數(shù)字控制結(jié)合通過斬波來分段積分，減小了漂移。且其可采用一般的元器件完成，性價比較高。數(shù)字積分器精度較高，但相對成本也較高，且信號輸入部分（A/D前端）一般是模擬電路，也不可避免的存在漂移現(xiàn)象。小節(jié)模擬積分器與數(shù)字控制結(jié)合通過斬波來分段積分，減小了漂移。17閱讀文獻國內(nèi)：基于DSP技術(shù)的長時間積分器及光電隔離器陳曦長時間積分器楊輝混合式積分器李承權(quán)國外：LongPulseAnalogueIntegrationSAli-Arshad,LdeKockAdigitalLongPulseIntegratorJ.D.Broesch,E.j.Strait,R.T.Snider,M.L.WalkerDevelopmentofanIntelligentDigitalIntegratorforLong-PulseOperationinaTokamakY.Kawamata,I.Yonekawa,K.KuriharaLongPulseAnalogueIntegratorKSTAR閱讀文獻國內(nèi)：18論文進展的大致安排2004.7----2004.12文獻調(diào)研；2005.1----2005.10模擬電路的設(shè)計；2005.10---2005.12PLD控制設(shè)計；2006.1----2006.4總體調(diào)試；2006.5----2004.6撰寫畢業(yè)論文。論文進展的大致安排2004.7----2004.12文19目前存在困難對模擬電路設(shè)計還不是很熟悉，還需要進一步的學(xué)習(xí)。積分器工作時序的實現(xiàn)——ＰＬＤ部分還不太熟悉。積分器的漂移、非線性、泄漏與長時間工作的固有矛盾，都增加了論文的難度。目前存在困難對模擬電路設(shè)計還不是很熟悉，還需要進一步的學(xué)習(xí)。20Thankyouverymuch!Thankyouverymuch!21長時間積分器導(dǎo)師季振山高工報告人王勇2004年12月8日長時間積分器導(dǎo)師季振山高工22報告內(nèi)容長時間積分器研制的意義及目標(biāo)長時間積分器的若干關(guān)鍵問題長時間積分器基本實現(xiàn)方案閱讀文獻論文進展的大致安排目前存在困難報告內(nèi)容長時間積分器研制的意義及目標(biāo)23長時間積分器研制的意義及目標(biāo)在托卡馬克放電實驗中，許多電磁測量診斷信號的輸出額均為該信號的微分量，需要使用積分器，如等離子體電流和位移的測量。等離子體的放電時間越來越長，所以積分時間也要求越來越長，未來建成的HT-7U超導(dǎo)托卡馬克其放電時間將達到千秒量級，因此研制長時間無零漂積分器已勢在必行。長時間積分器研制的意義及目標(biāo)在托卡馬克放電實驗中，許多電磁測24傳統(tǒng)模擬積分器式中RC為積分常數(shù)，Vc(t1)是t1時刻電容C兩端的電壓值，即初始值。左圖中C為積分電容，C1為濾波電容，在A為理想運放時：傳統(tǒng)模擬積分器式中RC為積分常數(shù)，左圖中C為積分電容，C125實際積分器等效電路VIO:輸入失調(diào)電壓IIO:輸入失調(diào)電流IIB:輸入偏置電流V＋/CMRR:共模誤差信號近似值A(chǔ)vd:開環(huán)放大倍數(shù)R1:積分電阻C：積分電容Rd:積分電容C的泄漏電阻E:電容C上初始值ri、ro：運放的輸入輸出電阻實際積分器等效電路VIO:輸入失調(diào)電壓26長時間積分器的若干關(guān)鍵問題積分漂移非線性誤差泄露現(xiàn)象長時間積分器的若干關(guān)鍵問題積分漂移27積分漂移當(dāng)輸入電壓為零時，理想積分電路輸出電壓應(yīng)保持不變，但實際積分電路輸出電壓仍會隨時間不斷向一個方向變化（增大或減?。＿@是由于運放存在著輸入失調(diào)電壓VIO、失調(diào)電流IIO、偏置電流引起的IIB和溫漂等，即使輸入電壓VI=0，VIO、IIO、IIB都將作為等效輸入信號被積分，使輸出電壓隨時間不斷向一個方向變化。積分漂移當(dāng)輸入電壓為零時，理想積分電路輸出電壓應(yīng)保持不變，但28非線性誤差理想的反向輸入積分電路在負的單位階躍輸入電壓作用下，輸出電壓應(yīng)隨時間呈線性上升。但由于元器件性能不理想，實際積分電路的輸出與線性產(chǎn)生了偏離。這主要是由電容存在的介質(zhì)損耗和泄漏電阻引起的。非線性誤差理想的反向輸入積分電路在負的單位階躍輸入電壓作用下29泄露現(xiàn)象積分電路在一定輸入電壓下輸出電壓已達到一定值，再將Vin變?yōu)榱?，理想積分器Vout應(yīng)保持不變。實際上由于電容的介質(zhì)損耗和泄漏電阻，給積分電容上的電荷提供了放電通路，使Vout隨時間不斷下降。泄露現(xiàn)象積分電路在一定輸入電壓下輸出電壓已達到一定值，再將V30解決上述問題的一般措施在條件允許的情況下，積分時間應(yīng)盡量取短，以減小積分漂移。在積分起始，使積分電容短路，輸出初值為零。選擇優(yōu)質(zhì)運放，以減少輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流等。選擇優(yōu)質(zhì)電容以減少介質(zhì)損耗和漏電，且電容的容量應(yīng)適當(dāng)取大。用作積分的集成運放應(yīng)仔細調(diào)零。

解決上述問題的一般措施在條件允許的情況下，積分時間應(yīng)盡量取短31小節(jié)積分漂移主要是由運放的失調(diào)電壓和失調(diào)電流所引起，而非線性誤差和泄漏的根源在于積分電容的非理想。設(shè)計長時間積分器必須克服模擬器件產(chǎn)生的影響，如失調(diào)電壓和失調(diào)電流，電容的介質(zhì)損耗和泄漏電阻等。失調(diào)可通過斬波的辦法加以克服，即將積分時間分割為短時間段，分段積分。要克服電容的非理想可采用數(shù)字積分。小節(jié)積分漂移主要是由運放的失調(diào)電壓和失調(diào)電流所引起，而非線性32積分器的基本實現(xiàn)方案數(shù)字式積分器以模擬積分器為基礎(chǔ)，與數(shù)字信號處理相結(jié)合實現(xiàn)邏輯控制。積分器的基本實現(xiàn)方案數(shù)字式積分器33數(shù)字積分器理論基礎(chǔ)數(shù)字積分器理論基礎(chǔ)34數(shù)字積分運算原理設(shè)積分初始為零時刻，此時電容兩端電壓為零，則經(jīng)采樣后，化為數(shù)字積分的形式其中，T為對信號的采樣時間，t=nT為積分時間。得數(shù)字積分是將輸入信號每次采樣值除以N后累加數(shù)字積分運算原理設(shè)積分初始為零時刻，此時電容兩端電壓為零，則35數(shù)字積分器實現(xiàn)框圖數(shù)字積分器實現(xiàn)框圖36模擬積分器與數(shù)字控制結(jié)合積分：1關(guān)、2開、3關(guān)、4開清零：1開、2關(guān)、3開、4開重置：1開、2開、3開、4關(guān)模擬積分器與數(shù)字控制結(jié)合積分：1關(guān)、2開、3關(guān)、4開37小節(jié)模擬積分器與數(shù)字控制結(jié)合通過斬波來分段積分，減小了漂移。且其可采用一般的元器件完成，性價比較高。數(shù)字積分器精度較高，但相對成本也較高，且信號輸入部分（A/D前端）一般是模擬電路，也不可避免的存在漂移現(xiàn)象。小節(jié)模擬積分器與數(shù)字控制結(jié)合通過斬波來分段積分，減小了漂移。38閱讀文獻國內(nèi)：基于DSP技術(shù)的長時間積分器及光電隔離器陳曦長時間積分器楊輝混合式積分器李承權(quán)國外：LongPulseAnalogueIntegrationSAli-Arshad,LdeKockAdigitalLongPulseIntegratorJ.D.Broesch,E.j.Strait,R.T.Snider,M.L.WalkerDevelopmentofanIntelligentDigitalIntegratorforLong-PulseOperationinaTokamakY.Kawamata,I.Yonekawa,K.KuriharaLongPulseAnalogueIntegratorKSTAR閱讀文獻國內(nèi)：39論文進展的大致安排2004.7----2004.12文獻調(diào)研；2005.1----2005.10模擬電路的設(shè)計；2005.10---