Integrador

Un integrador en aplicaciones de medición y control es un elemento cuya señal de salida es la integral de tiempo de su señal de entrada. Acumula la cantidad de insumos durante un tiempo definido para producir una producción representativa.

La integración es una parte importante de muchas aplicaciones científicas y de ingeniería. Los integradores mecánicos son el tipo más antiguo y todavía se utilizan para medir el flujo de agua o la energía eléctrica. Los integradores electrónicos analógicos son la base de los ordenadores analógicos y de los amplificadores de carga. La integración también se puede realizar mediante algoritmos en computadoras digitales.

En circuitos de procesamiento de señales

Un integrador electrónico es una forma de filtro de paso bajo de primer orden, que puede realizarse en el dominio de tiempo continuo (analógico) o aproximarse (simularse) en el dominio de tiempo discreto (digital). Un integrador tendrá un efecto de filtrado de paso bajo, pero cuando se le dé una compensación, acumulará un valor hasta que alcance un límite del sistema o se desborde.

Un integrador de corriente es un dispositivo electrónico que realiza una integración temporal de una corriente eléctrica, midiendo así una carga eléctrica total. La relación corriente-voltaje de un capacitor lo convierte en un integrador de corriente muy simple:

$${displaystyle V(t)=V(t_{0})+{frac {1}{C}int} ¿Por qué?$$

Los circuitos integradores de corriente más sofisticados se basan en esta relación, como el amplificador de carga. También se utiliza un integrador de corriente para medir la carga eléctrica en una copa de Faraday en un analizador de gases residuales para medir presiones parciales de gases en el vacío. Otra aplicación de la integración de corriente es la deposición de haces de iones, donde la carga medida corresponde directamente al número de iones depositados sobre un sustrato, suponiendo que se conozca el estado de carga de los iones. Los dos cables eléctricos portadores de corriente deben conectarse a la fuente de iones y al sustrato, cerrando el circuito eléctrico que en parte está dado por el haz de iones.

Un integrador de voltaje es un dispositivo electrónico que realiza una integración temporal de un voltaje eléctrico, midiendo así el producto total voltio-segundo. Un circuito simple de resistencia y condensador actúa como un integrador a frecuencias altas por encima de su frecuencia de corte.

Integrador de amplificador operacional

Vea también Integrador en aplicaciones de op amp e integrador de op amp

Un integrador de amplificador operacional ideal (por ejemplo, Figura 1) es un integrador de voltaje que funciona en todas las frecuencias (limitado por el producto ganancia-ancho de banda del amplificador operacional) y proporciona ganancia.

Inconvenientes del integrador de amplificador operacional ideal

• Para la entrada DC (f = 0), la reacción capacitiva X_c es infinito. Debido a esto, el amplificador op se pone efectivamente en una configuración de bucle abierto, que tiene una ganancia infinita de apertura (para una op amp ideal, o simplemente muy grande para los amplificadores reales). Por lo tanto, cualquier pequeño voltaje offset de entrada también se amplifica y aparece en la salida como un gran error. Esto se conoce como falso desencadenante y debe ser evitado.

Por lo tanto, un integrador ideal debe modificarse con componentes adicionales para reducir el efecto de un voltaje de error en la práctica. Este integrador modificado se denomina integrador práctico.

Integrador de operaciones prácticas

Descripción principal en: Integrador de amplificador operacional § Circuito práctico

La ganancia de un integrador a baja frecuencia se puede limitar para evitar el problema de saturación, derivando el condensador de retroalimentación con una resistencia de retroalimentación. Este práctico integrador actúa como un filtro de paso bajo con ganancia constante en su banda de paso de baja frecuencia. Sólo realiza integración en altas frecuencias, no en bajas frecuencias, por lo que el ancho de banda para la integración es limitado.

Aplicaciones

• La integración de circuitos se utiliza más comúnmente en convertidores analógicos a dígitos, generadores de rampa, y también en aplicaciones de moldeo por onda.
• Los amplificadores integradores Op-amp se utilizan para realizar operaciones de cálculo en computadoras analógicas.
• Un totalizador en el comercio de instrumentación industrial integra una señal que representa el flujo de agua, produciendo una señal que representa la cantidad total de agua que ha pasado por el medidor de flujo.

En software

• Los integradores también pueden ser componentes de software.
• En algunas simulaciones computacionales de la computadora física, como la predicción numérica del tiempo, dinámica molecular, simuladores de vuelo, simulación de embalses, diseño de barrera de ruido, acústica arquitectónica y simulación de circuito electrónico, un integrador es un método numérico para integrar trayectorias de fuerzas (y por lo tanto aceleraciones) que sólo se calculan en pasos discretos de tiempo.

Integradores mecánicos

Los integradores mecánicos fueron elementos clave en el analizador diferencial mecánico, utilizados para resolver problemas físicos prácticos. Los mecanismos de integración mecánica también se utilizaron en sistemas de control como la regulación de flujos o temperatura en procesos industriales. Mecanismos como el integrador de bola y disco se utilizaron tanto para el cálculo en analizadores diferenciales como como componentes de instrumentos como directores de armas navales, totalizadores de flujo y otros. Un planímetro es un dispositivo mecánico que se utiliza para calcular la integral definida de una curva dada en forma gráfica o, más generalmente, para encontrar el área de una curva cerrada. Una integraph se utiliza para trazar la integral indefinida de una función dada en forma gráfica.