完美微分電路之我見(jiàn)

　　在之前的文章里，談?wù)摰搅朔e分電路如何設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)(http://www.ex-cimer.com/article/269312.htm)。既然談?wù)摰搅朔e分電路，那么，對(duì)應(yīng)的微分電路就不能不來(lái)說(shuō)道說(shuō)道。

　　微分電路—顧名思義—可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行微分操即：使輸出電壓與輸入電壓的時(shí)間變化率成比例的電路。

　　微分電路主要用于脈沖電路、模擬計(jì)算機(jī)和測(cè)量?jī)x器中。最簡(jiǎn)單的微分電路由電容器C和電阻器R組成。在我們的課本中會(huì)經(jīng)常用微分電路可以將方波變?yōu)槿遣?不太嚴(yán)謹(jǐn)，但是比較)。利用我們的數(shù)學(xué)知識(shí)(微分的特性)，可以進(jìn)行更加深入的認(rèn)識(shí)：微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對(duì)恒定部分則沒(méi)有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(guān)(即電路的時(shí)間常數(shù))，R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。此電路的R*C必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于輸入波形的寬度，否則就失去了波形變換的作用，變?yōu)橐话愕腞C耦合電路了，一般R*C少于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了。

　　想想當(dāng)年你學(xué)習(xí)模擬電子的時(shí)候，是不是瞬間感覺(jué)到你能對(duì)波形進(jìn)行變換?現(xiàn)在回憶下微分線路的基本形式

　　利用電流定理和虛短虛斷的原理，不難得出輸入輸出關(guān)系

　　基于以上原理，利用仿真軟件可以更形象的看出輸入和輸出之間的關(guān)系(藍(lán)色為輸入，紅色為輸出)

　　該類型的微分電路，特別是仿真軟件中，各信號(hào)都是純凈的，不含有噪聲。但是在現(xiàn)實(shí)的世界中，沒(méi)有噪聲的信號(hào)是不存在的;同時(shí)，該電路中的運(yùn)放對(duì)交流信號(hào)有放大效果，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)為一高通濾波器，信號(hào)的相位滯后90°，基于以上三個(gè)原因，該系統(tǒng)可能不穩(wěn)定，從而進(jìn)入自激振蕩的情況。因此，該電路還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

　　我們常見(jiàn)的微分電路會(huì)是這個(gè)類型

　　在改進(jìn)后的微分電路中，增加了輸入電阻和反饋電容，相信這種電路在實(shí)際的模擬信號(hào)處理中會(huì)經(jīng)常見(jiàn)到，正是由于這兩個(gè)元件的引入，使信號(hào)產(chǎn)生了90°的相移，這樣，就能是該系統(tǒng)保持穩(wěn)定(這部分內(nèi)容可參考模擬電子系統(tǒng)穩(wěn)定性的內(nèi)容)。

　　但是該電路也并不是完美，它受輸入信號(hào)的頻率影響，當(dāng)頻率過(guò)高的時(shí)候，會(huì)變?yōu)榉e分電路。如果感興趣的可以在仿真軟件中進(jìn)行測(cè)試。

　　運(yùn)放有一個(gè)明顯的特征就是容易受到偏置電流的影響，為了讓微分電路受其影響最小，通常我們會(huì)在正負(fù)輸入端添加一個(gè)電阻，進(jìn)行偏置電流的限制，典型電路如下

　　有的時(shí)候還有在正向輸入端增加一個(gè)偏置電阻，大小等于反饋電阻的大小。

　　這樣的電路是不是和書本的微分電路差距甚大?但是，究其原因，就是在基礎(chǔ)電路的基礎(chǔ)上解決各種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題所添加的元件。這種思路，相信對(duì)我們電子工程師來(lái)說(shuō)，也是一種不錯(cuò)的思路。