Дифференциаторы

Практическая дифференциацияПростая RC-цепь, такая как фильтр верхних частот, показанный на картинке ниже, при использовании с несинусоидальными волнами приводит к изменению формы волны на выходе. При синусоидальном входе изменяются только амплитуда и фаза волны. Однако, если входная волна представляет собой сложную волну, такую ​​как прямоугольная или треугольная волна, эффект этих простых схем оказывается совершенно другим.

Серия статей по фильтрам
  1. Введение
  2. Пассивные фильтры
  3. Работа фильтров
  4. Графики Боде
  5. Дифференциаторы
  6. Интеграторы
  7. Тест по изученному материалу

Цепь дифференциатора

Дифференциация

Схема называется дифференциатором, потому что ее действие очень похоже на математическую функцию дифференцирования, что означает (математически) нахождение значения, зависящего от скорости изменения некоторой величины. Выходная волна схемы дифференциатора идеально представляет собой график скорости изменения напряжения на его входе. На картинке ниже показано, как выходной сигнал дифференциатора соотносится со скоростью изменения его входного сигнала, и что на самом деле действия фильтра верхних частот и дифференциатора одинаковы.

Дифференциация

Поскольку выходной сигнал дифференциатора фактически представляет собой график, показывающий скорость изменения входного сигнала, всякий раз, когда входной сигнал изменяется, на выходе создается большое напряжение. Полярность выходного напряжения зависит от того, изменяется ли входное напряжение в положительном или отрицательном направлении.

Читать также:  Что такое фишинг?

Синусоидальные волны

График скорости изменения синусоидальной волны представляет собой другую синусоиду, которая претерпела фазовый сдвиг на 90° (при этом выходная волна опережает входную волну).

Квадратные волны

Вход и выход прямоугольной формы на картинке выше показывают идеальное дифференцирующее действие фильтра верхних частот. Выходная волна теперь не похожа на входную волну, а состоит из узких положительных и отрицательных пиков. Положительный всплеск совпадает по времени с нарастающим фронтом входной прямоугольной волны. Отрицательный всплеск выходной волны совпадает с падающим или отрицательным идущим (к нулю вольт) фронтом прямоугольной волны.

Обратите внимание, что уровень постоянного тока волны также изменяется дифференциатором. Выходная волна теперь имеет как положительные, так и отрицательные полупериоды выше и ниже центральной линии нуля вольт из-за эффекта блокировки постоянного тока конденсатора.

Треугольные волны

Треугольная волна имеет устойчивую положительную скорость изменения при повышении входного напряжения, поэтому на выходе создается устойчивое положительное напряжение. Поскольку входное напряжение падает с постоянной скоростью изменения, на выходе появляется постоянное отрицательное напряжение. Таким образом, график скорости изменения треугольной волны представляет собой прямоугольную волну. Формирование волны с помощью простого фильтра верхних частот или дифференциатора является очень широко используемой техникой, используемой во многих различных электронных схемах.

Читать также:  Как собрать простой генератор с ручным приводом?

Дифференциация на практике

Хотя идеальная ситуация показана на картинке выше, но насколько выходной сигнал будет похож на идеальное дифференцирование, зависит от частоты (и, следовательно, периодического времени) входной волны и постоянной времени используемых компонентов, как показано на картинке ниже. Фильтр верхних частот работает как дифференциатор, когда на входе:

  1. несинусоидальная волна.
  2. постоянная времени (T) входной волны намного больше (более длительная), чем постоянная времени (CR) контура (T>>CR), т.е. на относительно низких частотах.

Практическая дифференциация

Когда T меньше или равно CR (T<=CR), форма выходного сигнала будет меньше, чем идеально дифференцированная форма волны, более или менее похожая на формы сигналов, показанные в нижней строке на картинке выше.

Хотя пассивные (без усиления) дифференциаторы дешевы и эффективны там, где необходимо контролировать амплитуду выходного сигнала, часто используются активные дифференциаторы, использующие операционные усилители.

В следующей статье мы поговорим об интеграторах.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий