微分電路

微分電路

電路結構如圖W-1,微分電路可把矩形波轉換為尖脈衝波,此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分,即只有輸入波形發生突變的瞬間才有輸出。而對恆定部分則沒有輸出。輸出的尖脈衝波形的寬度與RC有關(即電路的時間常數),RC越小,尖脈衝波形越尖,反之則寬。此電路的RC必須少於輸入波形的寬度,否則就失去了波形變換的作用,變為一般的RC耦合電路了,一般RC少於或等於輸入波形寬度的1/10就可以了。使輸出電壓與輸入電壓的時間變化率成比例的電路。微分電路主要用於脈衝電路、模擬計算機和測量儀器中。

基本介紹

  • 中文名:微分電路
  • 外文名:differentiator
  • 含義:矩形波轉換為尖脈衝波
  • 學科:電子學科
  • 套用:脈衝電路、模擬計算機和測量儀器
定義,前提系件,工作過程,工作原理,套用,

定義

最簡單的微分電路由電容器C和電阻器R組成(圖1a)。若輸入ui(t)是一個理想的方波(圖1b),則理想的微分電路輸出u0(t)是圖1c的δ函式波:在t=0和t=T時(相當於方波的前沿和後沿時刻),ui(t)的導數分別為正無窮大和負無窮大;在0<t<T時間內,其導數等於零。

前提系件

形成微分電路需要電路本身時間常數T《《輸入信號的頻率周期,即工作當中C1(因其容量特小),充、放電速度極快,輸出信號由此會出現雙向尖峰(接近輸入信號幅度)。電路僅對信號的突變數(矩形脈衝的上、下沿)感興趣,而忽略掉緩慢變化部分(矩形脈衝的平頂階段)。微分電路則能將輸入矩形波(或近似其它波形)轉變為尖波(或其它相近波形)。

工作過程

微分電路的工作過程是:如RC的乘積,即時間常數很小,在t=0+即方波跳變時,電容器C 被迅速充電,其端電壓,輸出電壓與輸入電壓的時間導數成比例關係。
微分電路微分電路
實用微分電路的輸出波形和理想微分電路的不同。即使輸入是理想的方波,在方波正跳變時,其輸出電壓幅度不可能是無窮大,也不會超過輸入方波電壓幅度E。在0<t<T 的時間內,也不完全等於零,而是如圖1d的窄脈衝波形那樣,其幅度隨時間t的增加逐漸減到零。同理,在輸入方波的後沿附近,輸出u0(t)是一個負的窄脈衝。這種RC微分電路的輸出電壓近似地反映輸入方波前後沿的時間變化率,常用來提取蘊含在脈衝前沿和後沿中的信息。
實際的微分電路也可用電阻器R和電感器L來構成。有時也可用 RC和運算放大器構成較複雜的微分電路,但實際套用很少。
套用實例:
1、一個方波只經過一個微分電路處理是什麼波形?
2、一個方波只經過一個積分電路處理是什麼波形?
3、一個方波先經過一個微分電路;後經過一個積分電路處理又是什麼波形?
答:1、其上、下沿處為正負尖波。(由於RC時間常數較小,只對突變部份波形放行,否則,不通)
2、鋸齒波。(由於RC時間常數較大,對突變部份波形反應遲鈍,有平滑方波棱廓的作用)
3、類似於“草垛波”。(其波形為左高右低,要根據方波持續的時間和積分電路的RC時間常數而論)

工作原理

a、在輸入信號上升沿到來瞬間,因C1兩端電壓不能實變(此時充電電流最大,電壓降落在電阻R1兩端),輸出電壓接近輸入信號峰值(在輸出端由耦合現象產生了高電平跳變);
b、因電路時間常數較小,在輸入信號平頂信號的前段,C1已經充滿電,R1因無充電電流流過,電壓降為0V,輸出信號快速衰減至0電位,直至輸入信號下降沿時刻的到來;
c、下降沿時刻到來時,C1所充電荷經R1泄放。此時C1左端相當於接地(構成放電通路),則因電容兩端電壓能突變之故,其右端瞬間出現負向最大電平(其絕對值接近輸入信號峰值);
d、C1所充電荷經R1很快泄放完畢,R1因無充電電流流過,電壓降為0V,輸出負向電壓信號快速升至0電位,直到下一個脈衝的上升沿再度到來在此過程中,微分電路取出了輸入信號的突變(上升沿與下降沿)部分,對其漸變部分視若無膳。

套用

微分電路主要用於脈衝電路、模擬計算機和測量儀器中,以獲取蘊含在脈衝前沿和後沿中的信息,例如提取時基標準信號等。

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