微分电路即输出电压与输入电压的变化率成正比的电路,简单的RC微分电路就是串一个电容后面再并一个电阻。在放大电路中,把一个标准负反馈放大器的输入电阻换成电容,就是标准的微分放大电路。

1.微分电路作用


微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波,主要用于脉冲电路、模拟计算机和测量仪器中,以获取蕴含在脉冲前沿和后沿中的信息,例如提取时基标准信号等。

 

微分电路作用

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微分电路的作用是:消减不变量,突出变化量。微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波,电路的输出波形只反映输入波形的突变部微分电路分,即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输出。输出的尖脉冲波形的宽度与 R*C 有关(即电路的时间常数),R*C 越小,尖脉冲波形越尖,反之则宽。此电路的 R*C 必须远远少于输入波形的宽度,否则就失去了波形变换的作用,变为一般的 RC 耦合电路了,一般 R*C 少于或等于输入波形宽度的微分电路 1/10 就可以了。

 

2.微分电路图


微分电路的工作过程是:如 RC 的乘积,即时间常数很小,在 t=0+即方波跳变时,电容器 C 被迅速充电,其端电压,输出电压与输入电压的时间导数成比例关系。

 

微分电路图

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实用微分电路的输出波形和理想微分电路的不同。即使输入是理想的方波,在方波正跳变时,其输出电压幅度不可能是无穷大,也不会超过输入方波电压幅度 E。在 0<t<T 的时间内,也不完全等于零,而是如图 1d 的窄脉冲波形那样,其幅度随时间 t 的增加逐渐减到零。同理,在输入方波的后沿附近,输出 u0(t)是一个负的窄脉冲。这种 RC 微分电路的输出电压近似地反映输入方波前后沿的时间变化率,常用来提取蕴含在脉冲前沿和后沿中的信息。
实际的微分电路也可用电阻器 R 和电感器 L 来构成。有时也可用 RC 和运算放大器构成较复杂的微分电路,但实际应用很少。

 

3.微分电路原理

 

 

微分电路原理

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a、在输入信号上升沿到来瞬间,因 C1 两端电压不能突变(此时充电电流最大,电压降落在电阻 R1 两端),输出电压接近输入信号峰值(在输出端由耦合现象产生了高电平跳变);
b、因电路时间常数较小,在输入信号平顶信号的前段,C1 已经充满电,R1 因无充电电流流过,电压降为 0V,输出信号快速衰减至 0 电位,直至输入信号下降沿时刻的到来;
c、下降沿时刻到来时,C1 所充电荷经 R1 泄放。此时 C1 左端相当于接地(构成放电通路),则因电容两端电压能突变之故,其右端瞬间出现负向最大电平(其绝对值接近输入信号峰值);
d、C1 所充电荷经 R1 很快泄放完毕,R1 因无充电电流流过,电压降为 0V,输出负向电压信号快速升至 0 电位,直到下一个脉冲的上升沿再度到来在此过程中,微分电路取出了输入信号的突变(上升沿与下降沿)部分,对其渐变部分视若无睹。