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第十三篇 微分器和微分运算电路

一、微分器:输出电压与输入电压波形变化率成正比。

电路图:

电容C两端的电压是Vi-V

所以 I=C\frac{\mathrm{d}\left ( Vi-V \right ) }{\mathrm{d} t}=\frac{V}{R}

如果选取足够小的R和C,以至于dV/dt<<dVi/dt

则 C\frac{dVi}{dt}=\frac{V}{R}

关于V的方程就是 V=RC\frac{dVi}{dt}

此方程就是微分器的数学表达式;

另一种理解,R足够小,可以理解为V=GND,那么微分电路可以看成是电容C的充电电路。

I=Q/t=CU/t=Cdu/dt;可以推导出V=RCdVi/dt;

二、微分运算电路

微分运算电路 反相输入 

由虚短可知 V+=V-=0;

所以 i_{R}=i_{C}=C\frac{dVi}{dt}

V_{O}=-i_{R}R=-RC\frac{dVi}{dt}

三、方波激励微分电路的输入和输出关系

产生尖脉冲信号

通过multisim仿真

 仿真结果:

不用运放也可以仿真

 

在生成脉冲信号的时候要计算输入的信号周期和脉冲宽度,默认10:1是最低要求

比如输入t=10ms(f=100Hz),脉冲宽度要求小于1ms(τ=RC小于1ms);

如果τ大于1ms,取值5ms

τ取值10ms

τ取值100ms,输出波形变成输入波形跟随。

保证τ=1ms,C去值100nf,电阻取值10kΩ ,仿真结果相似

保证τ=1ms,C取值100pf,电容取值10MΩ,仿真结果类似

 保证τ=1us不变,Vin输入频率取值100kHz,对应周期T=10us,仿真类似

更换LM324D

单电源供电,输出脉冲只有正脉冲

四、不需要的容性耦合案例

1、 方波容性耦合进信号电路:

图中的正弦波是一个有用信号,方波通过电容耦合进信号造成毛刺,说明信号通路上缺少电阻负载。或者减小信号通路的源电阻;

2、示波器探头断开:

这种情况是一个方波输入,但是在电路中某点断开,通常是示波器探头断开,在中断处很小的电容C与示波器的输入电阻结合,构成微分电路 。

 

 

 

 

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