Дифференциатор на основе ОУ

В результате перемены места­ми резистора R и конденсатора С в интеграторе получается дифференциатор (рис. 2.8). Ток, текущий по входу ОУ, пренебрежимо мал, и поэтому i1 = i2 .

Точка Е является мнимой землей, так что

и

,

поэтому

(2.4)

Рис. 2.8. Дифференциатор на основе ОУ

Таким образом, выходное напряжение прямо пропорционально произ­водной входного напряжения по времени. Другими словами, чем больше скорость изменения сигнала на входе, тем больше выходное напряжение.

Поскольку коэффициент усиления по постоянному току в этой схеме равен единице, обычно нет необходимости в подключении схемы балансировки.

Дифференциатор на основе ОУ можно рассматривать как предельный случай дифференцирующей RC-цепи. Точно так же, как в интеграторе ОУ увеличивает эффективное значение емкости в число раз, равное коэффициенту усиления усилителя без обратной связи, ОУ в диф­ференциаторе уменьшает эффективное сопротивление резистора R1 в цепи обратной связи в такое же число раз. Этим обеспечивается почти идеальное дифференцирование. В частности, при подаче на вход прямоугольного ко­лебания на выходе возникают очень короткие импульсы, соответствующие скачкам входного сигнала (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Входной сигнал прямоугольной формы и соответствующее ему выходное напряжение дифференциатора на основе ОУ

На практике работать с дифференциаторами на основе ОУ трудно из-за их большой восприимчивости ко всевозможным шумам во входной цепи, в частности, по отношению к импульсам помех, которые могут наводиться от электрических переключений и т.п. Действующее напряжение шума может быть совсем небольшим, но часто скорость его изменения весьма велика и это приводит к большим по величине паразитным сигналам на выходе диф­ференциатора. По этой причине избегают применения дифференциаторов в практических схемах везде, где это только возможно. Если нельзя обойтись без дифференциатора, то можно понизить чувствительность к помехам, ос­лабляя эффективное усиление в усилителе на высоких частотах. Для этого последовательно с конденсатором С включают резистор (типичное сопро­тивление 1 кОм), а параллельно резистору R1 -конденсатор небольшой емкости (типичное значение 100 пФ), и экспериментально подбирают зна­чения этих параметров так, чтобы достичь приемлемого компромисса меж­ду чувствительностью к помехам и точностью дифференцирования.