Дифференциатор сигналов на основе ОУ и его АЧХ

В дифференциаторе (рис. 5) с ростом частоты напряжение ООС уменьшается и  возрастает и с учетом емкостного сопротивления источника сигнала запишется как

                                            .

Рис. 5

Отсюда следует, что ЛАЧХ дифференциатора (рис. 6) в определенных пределах является прямой, возрастающей с крутизной 6 дБ/окт (20 дБ/дек).

Рис. 6.

Следовательно, дифференциатор является простейшим фильтром ВЧ. На его выходе напряжение

                                             .                                    (5)

Ограничения, связанные с высокочастотным спадом АЧХ ОУ и неустойчивостью усилителя

Практическая реализация дифференцирующей схемы, показанной на рис. 5, сопряжена со значительными трудностями по следующим причинам:

• схема имеет чисто емкостное входное сопротивление, поскольку один из выводов входного конденсатора привязан к виртуальной земле. В случае, если источником входного сигнала является другой операционный усилитель, это может вызвать его неустойчивость;

• дифференцирование в области высоких частот приводит к значительному усилению высокочастотных составляющих, что, как правило, ухудшает отношение сигнал/шум;

• в этой схеме в петле обратной связи ОУ оказывается включенным инерционное звено первого порядка, создающее в области высоких частот запаздывание по фазе до 90⁰, оно суммируется с фазовым запаздыванием операционного усилителя, которое может составлять или даже превышать 90⁰, в результате чего схема становится неустойчивой.

Устранить эти недостатки позволяет включение последовательно с конденсатором дополнительного резистора R_к (рис. 7). Следует отметить, что введение такой коррекции практически не уменьшает диапазона рабочих частот схемы дифференцирования, т. к. на высоких частотах из-за снижения коэффициента усиления ОУ она все равно работает неудовлетворительно. Величину  целесообразно выбирать так, чтобы на частоте ω_ср (рис. 6) усиление петли обратной связи было бы единичным.

Рис. 7