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【业话】完美微分电路之我见

来源:2019-10-22 20:01:24

【业话】完美微分电路之我见

作者:Machinnneee

  在之前的文章里,谈论到了积分电路如何设计,详见(http://www.eepw.com.cn/article/269312.htm)。既然谈论到了积分电路,那么,对应的微分电路就不能不来说道说道。

  微分电路—顾名思义—可以对信号进行微分操即:使输出电压与输入电压的时间变化率成比例的电路。

  微分电路主要用于脉冲电路、模拟计算机和测量仪器中。最简单的微分电路由电容器C和电阻器R组成。在我们的课本中会经常用微分电路可以将方波变为三角波(不太严谨,但是比较)。利用我们的数学知识(微分的特性),可以进行更加深入的认识:微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波,输出波形只反映输入波形的突变部分,即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输出。输出的尖脉冲波形的宽度与R*C有关(即电路的时间常数),R*C越小,尖脉冲波形越尖,反之则宽。此电路的R*C必须远远少于输入波形的宽度,否则就失去了波形变换的作用,变为一般的RC耦合电路了,一般R*C少于或等于输入波形宽度的1/10就可以了。

  想想当年你学习模拟电子的时候,是不是瞬间感觉到你能对波形进行变换?现在回忆下微分线路的基本形式:

【业话】完美微分电路之我见

  利用电流定理和虚短虚断的原理,不难得出输入输出关系:

【业话】完美微分电路之我见

  基于以上原理,利用仿真软件可以更形象的看出输入和输出之间的关系(蓝色为输入,红色为输出)

【业话】完美微分电路之我见

  该类型的微分电路,特别是仿真软件中,各信号都是纯净的,不含有噪声。但是在现实的世界中,没有噪声的信号是不存在的;同时,该电路中的运放对交流信号有放大效果,同时网络为一高通滤波器,信号的相位滞后90°,基于以上三个原因,该系统可能不稳定,从而进入自激振荡的情况。因此,该电路还需要进一步改进。

  我们常见的微分电路会是这个类型

【业话】完美微分电路之我见

  在改进后的微分电路中,增加了输入电阻和反馈电容,相信这种电路在实际的模拟信号处理中会经常见到,正是由于这两个元件的引入,使信号产生了90°的相移,这样,就能是该系统保持稳定(这部分内容可参考模拟电子系统稳定性的内容)。

  但是该电路也并不是完美,它受输入信号的频率影响,当频率过高的时候,会变为积分电路。如果感兴趣的可以在仿真软件中进行测试。

  运放有一个明显的特征就是容易受到偏置电流的影响,为了让微分电路受其影响最小,通常我们会在正负输入端添加一个电阻,进行偏置电流的限制,典型电路如下

【业话】完美微分电路之我见

  有的时候还有在正向输入端增加一个偏置电阻,大小等于反馈电阻的大小。

【业话】完美微分电路之我见

  这样的电路是不是和书本的微分电路差距甚大?但是,究其原因,就是在基础电路的基础上解决各种现实问题所添加的元件。这种思路,相信对我们电子工程师来说,也是一种不错的思路。


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