运算放大器的微分器：电路及其工作原理

　　一个运算放大器（Op-Amp）是一种线性器件，可用于理想的DC放大、信号调理、滤波以及数学运算（例如加法，减法，积分和微分）。运算放大器是一种电压放大设备，在输出和输入端子之间具有外部反馈组件，例如电容器和电阻器。运放中提供的反馈组件可用于有效地进行操作。运算放大器是一种三端设备，由两个高阻抗输入（即反相输入和同相输入）和一个输出端口组成，它可以是电流或电压。该运算放大器主要用于增强低信号电平。运放微分器可以根据设计中使用的组件是有源或无源。

　　一、什么是运算放大器的区别器？

　　定义：一个运算放大器的区别是一个电路配置，其产生的输出电压振幅成比例的输入电压的变化率。这意味着当输入电压信号发生变化时，输出电压将立即变化。

　　如果微分器仅具有RC网络，则称为无源微分器，但如果微分器具有诸如运算放大器和晶体管的有源电路组件，则称为有源微分器。与无源微分器或简单RC微分器相比，该有源微分器具有较低的输出电阻和较高的输出电压。

　　通常，这些运算放大器被设计为响应矩形和三角形输入波形。如果给定的输入是正弦波，则输出将是具有90度相移的余弦波。如果给定的输入是三角波，则将生成的输出是方波一、运算放大器微分电路

　　在这里，我们可以看到运算放大器微分器电路图。该电路使用与输入电压串联的电容器。电容器“ C”保持不充电，当输入为直流输入时，电容器C充当开路。同相端子接地。输出通过反馈电阻R1连接到反相输入端子。

　　该运算放大器微分电路执行许多数学运算，例如加法，减法，微分和积分。运算放大器电路产生的输出电压与时间导数输入电压成比例。因此，它被称为微分器，运算放大器电路也可以充当电压跟随器。

　　在上面的电路图中，运算放大器反相端的节点电压为零，则流过电容器C的电流为：

　　Iin =If

　　[If = Vout/Rf]

　　电容器电荷等于电容和输入电压：

　　Q = CVin

　　因此，dQ/dt = CdVin/dt，但是流过电容器的电流等于dQ/dt。

　　Iin = CdVin/dt =If

　　-Vout/Rf = CdVin/dt

　　运算放大器微分器的理想输出可写为：

　　Vout = RfCdVin/dt

　　由于幅度V恒定，所以Vout = 0

　　为了简化，假设C1Rf = 1

　　但在实际情况中，输出不是零，因为步进波需要时间从0升至Vm伏。

　　在t = o时，输出看起来像一个尖峰。

　　当输入为方波时，输出波形将包含正负尖峰，这暗示着电容器的充电和放电。

二、理想微分器的频率响应

　　运算放大器微分器的增益取决于输入信号的频率。当f = 0时，在直流输入中，输出将变为零。当输入信号频率增加时，输出也增加。

　　在频率f，微分器增益变为1。

　　当频率小于“ f”时，增益小于1。

　　当频率超过“ f”时，增益以每十倍20dB的速度增加。

　　三、实用运算放大器微分电路

　　在理想的微分器中，当增益与频率成正比时。因此，任何频率的上升都会导致增益的上升，这会导致微分器在高频下不稳定，因此会产生噪声。在这里，我们可以看到实用的运算放大器微分器的电路图。

　　通过该实用电路可以纠正引起的问题，该实用电路使用与C1串联的R1以及与Rf并联的Cf。实际电路输出电压可写为Vout = RfC1 {d（VIN）/ dt}。

　　在这里我们可以看到输出电压和输入电压的差是RfC1倍，在这条电路中发生的是：在高频下，电容器Cf和电阻R1使电路稳定，这对于降低电路的噪声很有用。

　　四、频率响应

　　众所周知，运算放大器微分器的频率响应与频率成正比，增益随频率的升高而增加，增益达到单位，即在特定频率f1时为0dB。增益以每10倍20dB的速度增加，直到输入频率达到f2。除f2频率外，微分器增益开始以每10倍20dB的速度下降。

　　这是由于在电路中增加了电容器Cf和电阻R1，该图表示实际的运算放大器微分器的频率响应曲线。

        ymf