Дифференциаторы

Схема инвертирующего дифференциатора получается из схемы соответствующего интегратора (см. рис. 3.5, а) при перестановке резистора и конденсатора , как показано на рис. 3.7, а. В этом случае выражения выходного напряжения будут иметь вид

.

Как и интегратор, дифференциатор описывается функцией передачи и частотными характеристиками

,

записанными здесь для случая идеального ОУ. Конечность коэффициента усиления операционного усилителя и его частотные свойства сказываются у дифференциатора в области верхних частот (на рис. 3.8 показано пунктиром). Однако основная погрешность дифференцирования возникает из-за высокочастотных электрических шумов операционного усилителя, поскольку в области достаточно высоких частот отрицательная обратная связь практически не действует (малое сопротивление конденсатора ) и напряжение шума на выходе ОУ оказывается значительным. Поэтому реально схема на рис. 3.7, а может работать только в составе более сложной схемы, имеющей достаточно глубокую общую отрицательную обратную связь в области высоких частот.

С целью уменьшения выходного напряжения шума последовательно с конденсатором включают резистор (рис. 3.7, б), что увеличивает глубину отрицательной обратной связи на высоких частотах. В этом случае выражения функции передачи и частотных характеристик принимают следующий вид:

,

где ошибка дифференцирования зависит от частоты. Путем рационального выбора величины сопротивления ее можно сделать приемлемой в диапазоне рабочих частот, обеспечив в то же время достаточно низкий уровень выходного напряжения высокочастотного шума. Отклонение частотных характеристик реального дифференциатора (рис. 3.7, б) от характеристик идеального (рис. 3.7, а) показано на рис. 3.8 пунктиром. Вид искажений характеристик в схеме рис. 3.7, б такой же, как и при неидеальном ОУ в схеме рис. 3.7, а, но диапазон рабочих частот в схеме реального интегратора значительно меньше (при этом, напомним, меньше и уровень высокочастотного шума).

Неинвертирующий, дифференциальный или многовходовый дифференциатор можно построить на основе одной из рассмотренных схем за счет подключения к ее входу инвертора, дифференциального усилителя или сумматора.

Дата добавления: 2014-01-03