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2022-01-26 22:07:07
完美微分電路之我見
2022-01-26 22:07:07 來源: 電子產品世界
在之前的文章里，談論到了積分電路如何設計，詳見(http://www.eepw.com.cn/article/269312.htm)。既然談論到了積分電路，那么，對應的微分電路就不能不來說道說道。
微分電路—顧名思義—可以對信號進行微分操即：使輸出電壓與輸入電壓的時間變化率成比例的電路。
微分電路主要用于脈沖電路、模擬計算機和測量儀器中。最簡單的微分電路由電容器C和電阻器R組成。在我們的課本中會經常用微分電路可以將方波變為三角波(不太嚴謹，但是比較)。利用我們的數學知識(微分的特性)，可以進行更加深入的認識：微分電路可把矩形波轉換為尖脈沖波，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。而對恒定部分則沒有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(即電路的時間常數)，R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。此電路的R*C必須遠遠少于輸入波形的寬度，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R*C少于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了。
想想當年你學習模擬電子的時候，是不是瞬間感覺到你能對波形進行變換?現在回憶下微分線路的基本形式
利用電流定理和虛短虛斷的原理，不難得出輸入輸出關系
基于以上原理，利用仿真軟件可以更形象的看出輸入和輸出之間的關系(藍色為輸入，紅色為輸出)
該類型的微分電路，特別是仿真軟件中，各信號都是純凈的，不含有噪聲。但是在現實的世界中，沒有噪聲的信號是不存在的;同時，該電路中的運放對交流信號有放大效果，同時網絡為一高通濾波器，信號的相位滯后90°，基于以上三個原因，該系統可能不穩定，從而進入自激振蕩的情況。因此，該電路還需要進一步改進。
我們常見的微分電路會是這個類型
在改進后的微分電路中，增加了輸入電阻和反饋電容，相信這種電路在實際的模擬信號處理中會經常見到，正是由于這兩個元件的引入，使信號產生了90°的相移，這樣，就能是該系統保持穩定(這部分內容可參考模擬電子系統穩定性的內容)。
但是該電路也并不是完美，它受輸入信號的頻率影響，當頻率過高的時候，會變為積分電路。如果感興趣的可以在仿真軟件中進行測試。
運放有一個明顯的特征就是容易受到偏置電流的影響，為了讓微分電路受其影響最小，通常我們會在正負輸入端添加一個電阻，進行偏置電流的限制，典型電路如下
有的時候還有在正向輸入端增加一個偏置電阻，大小等于反饋電阻的大小。
這樣的電路是不是和書本的微分電路差距甚大?但是，究其原因，就是在基礎電路的基礎上解決各種現實問題所添加的元件。這種思路，相信對我們電子工程師來說，也是一種不錯的思路。
關鍵詞： 微分電路
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