Дифференциатор. Дифференциатор, показанный на рис

Дифференциатор, показанный на рис. 29, создает выход­ное напряжение, пропорциональное скорости изменения вход­ного. При дифференцировании усилитель должен пропускать только переменную составляю­щую входного напряжения и коэффициент усиления диффе­ренцирующей схемы должен возрастать при увеличении ско­рости изменения входного сиг­нала. Выполнить эти требова­ния позволяет использование в качестве входного элемента операционного усилителя конденсатора С. Чтобы получить выражение для выходного на­пряжения, вспомним, что ток через конденсатор имеет вид i_C = C (dU_С /dt).

Рис. 29. Дифференциатор

Напряжение на конденсаторе, естественно, равно входному напряжению U ₁. Если предположить, что операционный усилитель идеален, то ток через сопротивление обратной связи можно считать рав­ным току через конденсатор, т. е. i_R = – i_С. Но U _вых= R i_R = – i_C R,поэтому

U _вых=– RC (dU ₁ / dt). (11)

Уменьшение реактивного сопротивления Х_C с увеличением частоты приводит к тому, что схема дифференциатора имеет высокий коэффициент усиления по отношению к высокочастот­ным составляющим на входе, даже если их частоты лежат выше полосы частот полезного сигнала. Поэтому наряду с вы­сокочастотными составляющими спектра полезного входного сигнала схема усиливает собственные шумы сопротивлений и полупроводниковых элементов.

В качестве примера приведена реакция дифференциатора на треугольный сигнал (Рис.30) и на прямоугольную волну (Рис.31).

а б

Рис. 30. Реакция дифференциатора на треугольный сигнал:

а – входной сигнал; б – выходной сигнал

а б

Рис. 31. Выходной сигнал дифференциатора при прямоугольной волне на входе:

а – входной сигнал; б – выходной сигнал.