Дифференциатор напряжения.

Дифференцирующая схема на основе ОУ напоминает схему интегра­тора, у которого поменяли местами резистор входной цепи и конденсатор цепи обратной связи. Простейшая схема дифференциатора показана на рис. 41.

Рис. 41. Простейшая дифференцирующая схема на основе ОУ.

Резистор R, так же как и в других схемах на ОУ, служит для уменьшения погрешности выходного напряжения, возникающей из-за входных токов реального операционного усилителя. В соответствии с вы­ражением сопротивление R = R_о.с., т.к. постоянный входной ток поступает на ин­вертирующий вход ОУ только через резистор R_о.с..

Для идеального ОУ легко получить передаточную функцию диффе­ренцирующего устройства. Входное напряжение схемы U_вх.практически полностью приложено к конденсатору С. В результате через конденсатор протекает ток, равный:

.

Так как входное сопротивление ОУ достаточно велико и входной ток идеального ОУ можно считать равным нулю, весь ток конденсатора протекает через резистор R_о.с.. Поэтому:

.

Выходной сигнал в схеме 41 определяется падением напряжения на сопротивлении обратной связи R_о.с.:

.

Таким образом, выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.

На работу простейшего дифференциатора существенное влияние оказывают высокочастотные входные шумы, т.к. коэффициент передачи схемы растет пропорционально частоте входного сигнала. Кроме того, цепь обратной связи вносит фазовый сдвиг, снижающий устойчивость пре­образователя. В результате оказывается высокой вероятность возникнове­ния высокочастотных автоколебаний.

Для устранения этих недостатков типовая схема инвертирующего дифференциатора (рис. 42) содержит резистор R₁, который, во-первых, уменьшает уровень высокочастотных шумов на выходе схемы, во-вторых, предотвращает ее самовозбуждение, и, в-третьих, ограничивает входной ток и напряжение инвертирующего входа ОУ при быстрых изменениях входного напряжения, когда выходное напряжение не успевает соответст­вующим образом изменится из-за ограниченного действия ОУ.

Рис. 42. Практическая схема дифференциального

устройства на основе ОУ.

Резистор R₁ ограничивает диапазон рабочих частот дифференциатора. Такой преобразователь дифференцирует входные сигналы только до тех частот, для которых сопротивление конденсатора С гораздо больше сопро­тивления R₁. т.е. при

f << 1/(2πR₁C).

При высоких частотах входного сигнала f >> 1/(2πR₁C). устройство работает как инвертирующий усили­тель с коэффициентом передачи K = -R_о.с./R₁.