微分電路

微分電路

微分電路可把矩形波轉換為尖脈衝波,此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分,即只有輸入波形發生突變的瞬間才有輸出。而對恆定部分則沒有輸出。輸出的尖脈衝波形的寬度與RC有關(即電路的時間常數),RC越小,尖脈衝波形越尖,反之則寬。此電路的RC必須少於輸入波形的寬度,否則就失去了波形變換的作用,變為一般的RC耦合電路了,一般RC少於或等於輸入波形寬度的1/10就可以了。使輸出電壓與輸入電壓的時間變化率成比例的電路。微分電路主要用於脈衝電路、模擬計算機和測量儀器中。

基本信息

定義

最簡單的微分電路由電容器C和電阻器R組成(圖1a)。若輸入ui(t)是一個理想的方波(圖1b),則理想的微分電路輸出u0(t)是圖1c的δ函式波:在t=0和t=T時(相當於方波的前沿和後沿時刻),ui(t)的導數分別為正無窮大和負無窮大;在0<t<T時間內,其導數等於零。

工作過程

微分電路微分電路

微分電路的工作過程是:如RC的乘積,即時間常數很小,在t=0+即方波跳變時,電容器C被迅速充電,其端電壓,這時電阻器R兩端的輸出電壓為
微分電路

即輸出電壓與輸入電壓的時間導數成比例關係。

實用微分電路的輸出波形和理想微分電路的不同。即使輸入是理想的方波,在方波正跳變時,其輸出電壓幅度不可能是無窮大,也不會超過輸入方波電壓幅度E。在0<t<T 的時間內,也不完全等於零,而是如圖1d的窄脈衝波形那樣,其幅度隨時間t的增加逐漸減到零。同理,在輸入方波的後沿附近,輸出u0(t)是一個負的窄脈衝。這種RC微分電路的輸出電壓近似地反映輸入方波前後沿的時間變化率,常用來提取蘊含在脈衝前沿和後沿中的信息。

實際的微分電路也可用電阻器R和電感器L來構成(圖2)。有時也可用 RC和運算放大器構成較複雜的微分電路,但實際套用很少。

套用實例:

微分電路微分電路

1、一個方波只經過一個微分電路處理是什麼波形?

2、一個方波只經過一個積分電路處理是什麼波形?

3、一個方波先經過一個微分電路;後經過一個積分電路處理又是什麼波形?

答:1、其上、下沿處為正負尖波。(由於RC時間常數較小,只對突變部份波形放行,否則,不通)

2、鋸齒波。(由於RC時間常數較大,對突變部份波形反應遲鈍,有平滑方波棱廓的作用)

3、類似於“草垛波”。(其波形為左高右低,要根據方波持續的時間和積分電路的RC時間常數而論)

套用

微分電路主要用於脈衝電路、模擬計算機和測量儀器中,以獲取蘊含在脈衝前沿和後沿中的信息,例如提取時基標準信號等。

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