微分電路

電路結構如圖W-1，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。

基本介紹

• 中文名：微分電路
• 外文名：differentiator
• 含義：矩形波轉換為尖脈衝波
• 學科：電子學科
• 套用：脈衝電路、模擬計算機和測量儀器

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。

前提系件

形成微分電路需要電路本身時間常數T《《輸入信號的頻率周期，即工作當中C1（因其容量特小），充、放電速度極快，輸出信號由此會出現雙向尖峰（接近輸入信號幅度）。電路僅對信號的突變數（矩形脈衝的上、下沿）感興趣，而忽略掉緩慢變化部分（矩形脈衝的平頂階段）。微分電路則能將輸入矩形波（或近似其它波形）轉變為尖波（或其它相近波形）。

工作過程

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，輸出電壓與輸入電壓的時間導數成比例關係。

微分電路

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。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：

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）

工作原理

a、在輸入信號上升沿到來瞬間，因C1兩端電壓不能實變（此時充電電流最大，電壓降落在電阻R1兩端），輸出電壓接近輸入信號峰值（在輸出端由耦合現象產生了高電平跳變）；

b、因電路時間常數較小，在輸入信號平頂信號的前段，C1已經充滿電，R1因無充電電流流過，電壓降為0V，輸出信號快速衰減至0電位，直至輸入信號下降沿時刻的到來；

c、下降沿時刻到來時，C1所充電荷經R1泄放。此時C1左端相當於接地（構成放電通路），則因電容兩端電壓能突變之故，其右端瞬間出現負向最大電平（其絕對值接近輸入信號峰值）；

d、C1所充電荷經R1很快泄放完畢，R1因無充電電流流過，電壓降為0V，輸出負向電壓信號快速升至0電位，直到下一個脈衝的上升沿再度到來在此過程中，微分電路取出了輸入信號的突變（上升沿與下降沿）部分，對其漸變部分視若無膳。

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。