Opamp作为微分器(有源微分器)

微分器运放是一种运放配置，它产生应用于其输入端信号的差分版本。这个过程与集成完全相反。通过交换积分器电路中元件的位置，我们可以得到一个微分器电路。

这里我们将讨论两种类型的微分器电路:

• 理想的区别
• 实际的区别

作为微分器电路的理想运放:

理想微分器电路如图所示:

• 该电路可以对输入信号进行数学微分运算。输出是输入信号的微分。
• 微分器电路可以通过互换积分放大器的输入电阻R1和反馈电容Cf来构造。
• 电阻Rcom从非反相端子连接到地提供偏置补偿。

输出电压表达式:

• 通过考虑一个理想的运算放大器，我们得到V2 = 0, IB = 0
• 根据基尔霍夫定律，我们可以写出，

Ic = Ib + If

• 由于Ib = 0，上式变为，Ic = If
• 我们知道，

Ic = C [dVc/dt]

• C1上的电压为，

Vc = Vin - V2

• 把这个代入上面的方程，

If = C1[d/dt (Vin - V2)]

• 现在让我们得到当前If的表达式。

If = [V2 - Vo] / Rf

• 但是Ic和If相等，因为Ib = 0，从上面的方程我们可以得到，

C1 [d/dt(Vin - V2) = [V2 - Vo] / Rf

• 通过使用虚拟地的概念，我们可以说V1 = V2 = 0。
• 将V2和V1代入上式，

C1[d/dt(Vin)] = - Vo/ Rf

• 重新排列我们得到，

Vo = - Rc C1 [d/dt (Vin)]..............(a)

• 因此输出是- Rf C1乘以输入信号的导数。
• -Ve符号表示输入和输出信号之间180°的平移。

输入、输出电压波形:

• 从表达式中假设Rf * Cf = 1，我们得到，

Vo = - [d/dt] Vin

• 上面的方程表示输入电压随时间的变化率。
• 当输入电压恒定，即输入电压变化率为零时，输出电压为零。
• 但是一旦输入电压从零变为恒定电压，在那个时刻电压就会有很大的变化率。
• 因此，在t = 0时产生一个大的输出电压，该电压为负，因为微分器是反向微分器。如图所示，输出电压为负尖峰。

方波输入输出电压:

• 方波实际上是由许多阶跃信号组成的。
• 因此输出电压以尖峰的形式对应方波的上升沿和下降沿。
• 当输入恒定时，输出电压为零。

正弦波输入输出电压:

• 设输入信号为

Vin = A sin (ωt)

• 假设Rf * Cf = 1对上面的方程求导，

Vo = - A/ω cos (ωt)

• 因此输出电压是相对于输入电压的反余弦波。

下面是基本微分器电路的一些问题:

• 微分器电路的增益为(Rf /Xc)。当Xc1随频率增加而减小时，增益随频率增加而增大。
• 这种高频增益的增加将使电路不稳定。输入阻抗为Xc1，随着频率的增加而减小。
• 这使得电路非常容易受到高频噪声的影响。输出端的放大噪声可以完全覆盖输出信号。

实用Opamp作为微分器:

实际的微分器电路与理想的电路略有不同。它有一个输入电阻和反馈电容。

有源微分器的优点:

1. 锋利的输出。
2. 增益可以控制。
3. 灵敏的频率响应。

有源微分器的缺点:

1. 这个电路受噪声的影响很大。
2. 它不太稳定，因此有振荡的可能性。
3. 增益随频率的增加而增加。
4. 输出受运放参数的影响。

微分器的应用:

1. 在PID控制器．
2. 作为高通滤波器。
3. 在整形波电路中产生窄脉冲，以对应于输入信号的任何急剧变化。

运放积分器与微分器的区别:

老,不。	参数	opamp积分器	opamp区别
1	输出电压	Vo = - 1/R1*Cf∫[Vin dt] + c	Vo = - Rf*C1 d/dt Vin
2	反馈元素	电容器	电阻器
3.	获得	随着频率的增加而减少	随着频率的增加而增加
4	作为	低通滤波器	高通滤波器
5	噪音的影响	少	更多的
6	稳定	更多的	少
7	应用程序	A/D转换器，PID控制器，滤波器，波形发生器。	逻辑电路，脉冲整形滤波器。

运放教程:

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