Integratoropbouw

Integratoropbouw verwijst naar de opbouw van systemen die een signaal in de tijd integreren. In de elektronica wordt doorgaans onderscheid gemaakt tussen passieve en actieve integratoren, en tussen analoge en digitale implementaties. Het begrip kan ook voorkomen in andere disciplines waar een accumulatie van waarden over tijd belangrijk is.

Passieve integrator: een RC-netwerk waarin een resistorseries en een condensator naar aarde aanwezig is, en waarbij het uitgangssignaal over de condensator wordt genomen. In het frequentiedomein gedraagt dit zich als een integrator voor hoge frequenties, met Vout/Vin ≈ 1/(sRC) wanneer |sRC| groot is. Nadeel is verlies, drift bij lage frequenties en afhankelijkheid van componenttoleranties; de DC-response is beperkt.

Actieve integrator: meestal een operationele versterker (op-amp) met een condensator in de feedback en een resistor aan de ingang. Bij ideale uitvoering geldt Vout(t) = -(1/RC) ∫ Vin(t) dt + Vout(0). In de praktijk wordt vaak een weerstand parallel aan de condensator geplaatst om een leaky integrator te vormen en zo saturatie en offsetproblemen bij DC te beperken. Een op-amp vereist voldoende voedingsspanning en bandbreedte om stabiel te werken.

Discretie en digitale integrator: in digitale systemen wordt y[k] = y[k-1] + K·x[k] toegepast, waarbij K een schaalfactor is en de samplingperiode T bepalend is voor de integratiewaarde. Digitale integratoren zijn gevoelig voor afrondingsfouten en drift, maar bieden flexibiliteit en precisie.

Ontwerpkeuzes en toepassingen: de tijdconstante τ = RC bepaalt de mate van integratie. Integratoren worden gebruikt voor signaalconditioning, filtratie met integratiedrag, rampgeneratie en in PI-/PID-regelaars (I-term). Praktische aandachtspunten zijn drift, offset, temperatuurcoëfficiënten en stabiliteit.

Zie ook: integrator in de wiskunde, Laplace-transformatie.