Integrační článek - Integrační RC článek

Integrační článek

Obr.1: Integrační RC článek

Na obr.1 je obvodové zapojení RC součástek, pracující jako horní zádrž. Tato obvodová kombinace může za určitých provozních podmínek a při určitém charakteru signálu způso-bovat tzv. integrační efekt. Co je to integrační efekt nám přiblíží graf osciloskopu .

Obr.2: Tvar obdélníku na výstupů RC integračního článku

Považujeme-li integrační článek za funkční blok, můžeme opět aplikovat vstupně výstupní parametry. Uvažujme na vstupu signál neharmonický, periodický a s nulovým superponačním napětím, například obdélník a sledujme jeho tvarové zkreslení na výstupu. Opticky se dá výstupní tvar přirovnat k pilovitému průběhu napětí. Obdélník jsme zvolili proto, že u tohoto charakteru signálu se integrační efekt projevuje nejvýrazněji.

Obr.3: Nabíjecí a vybíjecí proudy

Probereme-li si obvodové zapojení kondenzátoru, zjistíme z jeho paralelního připojení průchody nabíjecích a vybíjecích proudů. Obdélník svou hlavou impulsu dosahuje napětí (např. +Ucc), které spadá (bez úbytku na odporu) na kondenzátoru. Ten jako vybitý se začne nabíjet a v důsledku toho začne exponenciálně na něm růst napětí až do doby jeho nabití. Tento exponenciální nárůst napětí je již náběžná hrana pily, která se objeví na výstupním tvaru signálu. V případě změny hlavy obdélníku na dobu meziimpulsní (uvažujme 0V) se začne nabitý kondenzátor vybíjet přes odpor R a vnitřní impedance funkčních bloků. Jeho

vybíjení způsobí exponenciální sestup napětí výstupního signálu. Dle časových poměrů obdélníku a doby meziimpulsní, lze za pomocí hodnot R (odporu) a C (kapacity) určit efekt integrace. Přirozeně je nutno uvážit i vnitřní vstupně výstupní impedance předcházejících a následně připojených.

Obr.4: Rozdílné vlivy integračního článku na změnu tvaru obdélníku

Na obr.4 jsou znázorněny grafy dvou integračních článků s rozdílnými hodnotami RC součástek. Vzhledem k paralelnímu připojení kondenzátoru lze uvažovat i nulovou kapacitu. V takovém případě kapacita neovlivňuje tvar signálu a na výstupu by se objevil opět obdélník. Se zvyšující se kapacitou se začne obdélník na výstupu deformovat dle obr. 4a. Deformace způsobuje zaoblení náběžných a sestupných hran obdélníku. Při zvyšování hodnoty kapacity se tvar deformovaného obdélníku přiblíží k pile a následně k trojúhelníkovému tvaru napětí. Další zvyšování kapacity způsobí to, že kondenzátor se nestačí vybíjet a sníží se diference bodů maxima a minima trojúhelníků.

V elektronice se občas integračního efektu RC článku používá úmyslně. Výhodou integračního článku je harmonická změna výstupního signálu po dobu trvání hlavy impulsu. Matematické vyjádření harmonické změny je dle exponenciální funkce. Při určitém poměru RC součástek a frekvence se harmonická změna může jevit téměř jako lineární. V takovémto případě je tvar výstupního signálu trojúhelníkový a lze jej považovat za generátor trojúhelníkového napětí.