运算放大器作为差异化器

在本教程中，我们将学习运算放大器作为微分器或微分器放大器的工作和实现。根据设计中使用的元件，微分器放大器可以是无源的，也可以是有源的。

微分器放大器基本上是一个高通滤波器，用于整形电路、频率调制器等。

有关高无源滤波器的其他信息，请阅读“无源高通RC滤波器”和“有效高通滤波器”。你可以在"运算放大器的基本知识”。

介绍

运算放大器微分器或微分放大器是一种电路结构，它产生的输出电压幅值与所施加的输入电压的变化率成正比。

仅具有RC网络的差分器称为被动差分器，而具有晶体管和运算放大器的有源电路组件的差分器称为有源差分。

主动差管具有更高的输出电压和低于简单的RC差异的输出电阻。

OP-AMP差分器是反相放大器，其使用与输入电压串联的电容器。差分电路通常设计用于响应三角形和矩形输入波形。

对于正弦波输入，差异化器的输出也是正弦波，其超出了180^O.关于输入（余弦波）。

在正弦波输入上运行时，差分差具有频率限制;该电路衰减所有低频信号分量，并仅允许在输出处的高频分量。换句话说，电路的行为类似于高通滤波器。

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理想的OP-AMP差异化电路

OP-AMP差分放大器使用与输入电压源串联的电容器，如下图所示。

直流输入时，输入电容C₁保持不带电，表现得像开路。运算放大器的非反相输入端通过电阻R接地_{电脑及相关知识}，提供输入偏置补偿，反相输入端通过反馈电阻R连接到输出端_F。

因此，电路的表现类似于电压跟随器。

当输入是正电压时，电流一世流入电容C₁，如图所示。由于流入运放内部电路的电流为零，有效地使所有的电流都为零一世流过电阻器_F。输出电压是，

V._出= - （i x r_F）

这里输出电压与输入电压的变化率成正比。

从图中可以看出，节点X实际上是接地的，节点Y也是接地电位。

例如V_X= V_y= 0.

从输入侧，电流I可以给出，

我= C.₁[D（v_在- v_X）/ dt] = c₁[D（v_在/ dt]

从输出侧，电流I为，

我= - {（v_出- v_X) / R_F} = - {v_出/ R._F}

等同于我们获得的上述两个方程

C₁{D（v_在) / dt} = - v_出/ R._F

V._出= -C.₁。R_F{D（v_在) / dt}

上方等式表示输出是C.₁。R_F输入电压的差异。产品C.₁。R_F称为微分器电路的RC时间常数。负号表示输出相位失调180度^O.关于输入。

这种有源微分放大器电路的主要优点是微分所需的时间常数小。

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输入和输出波形

当振幅为V的阶跃输入_m应用于运算放大器微分器，其输出可以用数学形式表示为:

V._出= - C.₁。R_F{D（v_m) / dt}

为简单起见，假设产品（C₁。R_F)是统一的。

因此，V._出= 0，因为振幅V是常数。

但实际上，输出不是零，因为输入阶跃波需要一定的时间从0伏上升到V_m伏特。因此，输出在时间t = 0时出现在峰值上，如下图所示。

如果将微分器的输入变为方波，则输出为正负尖峰的波形，对应于电容器的充放电，如下图所示。

对于正弦波输入，其在数学上表示为v（t）= v_msin ωt，其中V_m为输入信号的振幅，t为周期，微分器的输出为，

V._出= -C.₁。R_F{D（v_mSINωt）/ dt}

为简单起见，我们假设乘积(C₁。R_F)是统一的。

V._出= - V._m。ω。因为ωt

因此，用于正弦波输入的差分器的输出是余弦波，并且输入输出波形如下图所示。

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理想微分器的频率响应

OP-AMP差分器的增益直接取决于输入信号的频率。因此，对于F = 0的DC输入，输出也为零。随着输入信号的频率增加，输出也增加。理想微分器的频率响应如下图所示。

频率f₁是使微分器的增益统一的频率。从图中可以看出，对于小于f的频率₁，增益小于团结。对于F.₁，增益为单位(0 dB)，超过f₁，增益在每十年中增加20dB。

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实用运算放大器微分器电路

对于理想微分器，增益随频率的增加而增加。因此，在一些较高的频率，微分器可能变得不稳定，并引起振荡，从而导致噪声。

在实际的鉴别器电路中可以避免或校正这些问题，该电路在与输入电容器和电容器Cf串联使用与反馈电阻的电容器CF串联使用电阻器R1，如下图所示。

实用的运算放大器差分放大器电路的输出电压给出，

V._出= -R._F。C₁{D（v_在) / dt}

即输出电压是r_F。C₁输入电压的差异。

电阻R的加法₁和电容器C._F在较高的频率上稳定电路，并降低噪声对电路的影响。

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实用区分器的频率响应

实用微分器的增益随频率的增加而增加，在一个特定的频率f₁，增益成为单位（0 dB）。由于输入频率达到频率，因此，增益以20dB的速度持续增加，直到输入频率达到频率f₂。

除了输入信号的这种频率之外，差异化器的增益开始以每十年20dB的速率降低。这种效果是由于电阻器r的添加₁和电容器C._F。实际区分器的频率响应曲线如下图所示。

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运放微分器的应用

• 差分放大器最常用于在三角形和矩形信号上运行。
• 微分器也被用作整形电路，用于检测输入信号中的高频成分。

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运算放大器的区别总结

• OP-AMP差分放大器是反相放大器电路配置，其使用反应部件（通常是电容器而不是电感器）。
• 微分器对输入信号相对于时间进行数学微分运算，即输出电压与输入信号的变化率成正比。
• 差分电路通常用于在三角形和矩形信号上运行。在正弦波输入上运行时，差分电路具有频率限制。

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