微分运算电路在线视频

有积分运算电路就有它的逆运算

微分电路

所以下面我们讲微分运算电路

这就是微分运算电路

微分运算电路和积分运算电路

相比较我们就看到了

它是C和R互换

好 下面我们就来看一看

这个电路

输出电压和输入电压

它们之间的关系

那在这里我们还看到了

这个是虚地

于是我们就知道

说C上流过的电流

就是R上流过的电流

而R上流过电流产生的那个电压

就是负的输出电压

那么既然C的右端是虚地

左端是u_I

我们又知道说电容上头的电流

是它电压的微分

因此 输出的电压

就是这个电流乘上那个电阻

前边加上负号

于是我们就得到了这个电路

它的运算关系式

所以它的分析是简单的

但是在这里有许多问题要解决

首先就是为了克服集成运放

它的阻塞现象和自激振荡

在实用电路里边要采取措施

也就是说 实用的电路

不像这个电路这么简单

那首先我要解释一下

什么是阻塞现象

所谓阻塞现象

就是集成运放由于某种原因

脱离了线性区域而进入了

非线性区域

那这时候集成运放内部的

比如说晶体管

它是晶体管构成的集成运放

那么那些晶体管有的处在

截止状态

有的处在饱和状态

而且可能饱和的深度比较深

那这时候即使外部的条件去掉了

里边的管子不能够回到

正常的工作的状态

也就是不能从饱和区

回到放大区

也不能从截止区回到放大区

这时候我们称集成运放

出现了阻塞现象

那么在这个电路里边

为什么会出现阻塞现象

这是由于它的结构决定的

我们知道电容上电压是不越变的

假如在这个电路的工作环境下

有一个冲床

我们知道冲床它工作是脉冲式的

然后它冲一下

这时候就会对外边的

周围的电器产生了干扰

也就对这样一个微分电路

产生了一个干扰

这样的一个干扰是作用的

时间比较长

赋值比较大的脉冲式的

这样的干扰

这个干扰的结果假如是加在了

这个u_I这个端

那么它的电压又不能越变

因此 就是加在了这集成运放的

反相输入端

这时候

集成运放 它的工作状态就由

线性区工作到了非线性区

冲床 冲完了之后它没事了

但是这个电路由于里边的管子

进入了深度的饱和

或者截止的这样状态

即使冲床不再工作了

它也不能够迅速地回到

正常的工作区域里边去

再有就是微分电路

容易产生自激振荡

那么这个原因是什么呢

由于微分电路这里头

这两个器件我们看

这是电容

这是电阻

我们来看输出电压

对这个网络的作用

那我们令输入这是0

那么输出电压对它的作用

就是输出在这个回路上

会产生电流

从而在这个C上产生电压

而这C上的电压

是一个滞后于u_O的

那么集成运放里边是一个

直接耦合的放大电路

它里边有很多个结电容都是

滞后环节

你外边所加RC 这部分电路

仍然是一个滞后环节

这就使得它很容易满足

自激振荡的条件

我们再负反馈

放大电路一章里边曾经讲到

什么样情况容易产生自激振荡呢

就是你那个滞后的环节越多

或者超前的环节越多

那么它产生自激振荡的可能性

就越大

在这里它是滞后的环节被增加了

所以产生自激振荡的

可能性加强了

因此在实用电路里边

必须考虑到这两个因素

才能够使得微分电路

成为一个实用的电路

那么怎么去做呢

首先是在这

加一个电阻限制这个输入电流

也可以说这时候 限制

当冲床压下的时候 来限制

这一点的电位别和输入信号

受的干扰的那个幅值是相同的

使得它弱一些

这加一个电阻

是起这样一个作用

再加一个电容

这个电容大家见到过

在我们消除自激振荡的时候

消除高频的自激振荡的时候

我们曾经讲到过滞后补偿

改变它的频率响应

那么这样一种补偿

是一种密勒补偿

大家如果忘记了

可以回去再看一看书

这样一种补偿就可以使得

这个电路

如果产生自激振荡

就会使得电路消除自激振荡

还可以这么做

这样的做法叫做限幅

用两个背靠背的这样的稳压管

来限制这个输出电压的幅值

如果这一点是虚地

那么它就限制了这个

输出电压的幅值

正方向 正的时候就是

D_z2的正向电压

加上D_z1的稳定电压U_z1

反方向的时候就是D_z1的正向电压

加上它的击穿电压U_z2

从而使得这个u_O 限制它

要小于±U_M

在这个区间

这种限制意味着什么呢

意味着让A不要进入非线性区去

从而使得这个电路

能够正常的工作

但是这样我们看

这个电路看起来就复杂了

分不出它到底是什么了

因为你看积分电路这也有电容啊

你这儿又加了一个电阻

首先我们说它肯定不是一个

那么纯洁的一个微分电路了

因为加的因素很多了

但是它是可以近似的

还是一个微分电路

比如说我们在这儿加电阻

你让这里头的电流基本上

还决定于C的容抗

这儿加的这个电容

一定是一个小电容

比如几个pF

因此你是可以通过这个电路

实际的参数的它的数值来判断

它还是微分电路吗

所以我们在读这样的一个图的时候

要特别注意

里边它参数的取值

但是甭管怎么说

微分电路挺麻烦

它容易产生一些问题

于是就产生了一种方法

来解决这个问题

这个方法就是利用逆运算的方法

实现微分电路

什么叫逆运算

微分电路的逆运算是积分

我能不能想办法用积分电路

来实现微分

而这样的一种方法

是在运算电路里边

在后边我们所讲的电路里边

会看到的一种方法

那么首先怎么实现逆运算呢

就是把运算电路放到了

负反馈通路中

就可以实现通路里边这个

运算电路的逆运算

但是有一点切记

既然是运算电路了

电路必须引入负反馈

那么在这里我们可以看到

这个a和b

我不敢画它哪个是正哪个是负

原因是什么呢

这时候你反馈网络

反馈通路里边搁的是运算电路

而这个运算电路

它不是无源电路了

而是一个有源电路了

所以大家可以想象到

说当这个回路是一个

无源电路的时候

它回到了反相输入端

这一定是一个负反馈

我肯定判断

它就是个运算电路

但是如果这个反馈通路里边

是一个有源电路

那么你要想让它实现运算电路

必须使得整个电路引入的是

是负反馈

否则这个电路的输出

它有不会是在线性区域里边的电压

那下面我们来看一看

它是怎么组成

为了说明必须引负反馈

我们首先来说一件事情

就是A₁ 和A₂

它们输入端的极性到底是什么

首先我们用瞬时极性法

假设这个地方给正

那么对于这样一个电路

它怎么就引的是负反馈呢

一定是这样的

这儿正 这个电流就往里边流

如果是负反馈

那么这一点就应该是虚地

流进集成运放的电流是零

那么上边这个电流

只有是这个方向它才是一个

负反馈

所以当我们无论是组成这个电路

还是去分析电路

我们一定要看这两个电流

它的电流的方向

这两个方向实际上代表了

这个电路引入的是正反馈

还是负反馈

如果这个电流是自虚地往上流

那么就不难判断出来说这

一定得是负才行

这是我给定的方向

这是你必须在我给定方向下

一定得是这个极性

否则这个电路就不是运算电路

这一点请大家特别注意

那这个地方是负

我们就可以得到了下边的结论

说这儿是正

那么对于上边这积分电路

它是从反相输入端输入

引入负反馈

所以这个地方是正

这个地方是负

这是积分电路

它的输入和输出之间的极性

也就是说整个电路的输出

是作为积分电路的输入的

好 这时候我们就可以判断了

说底下这个集成运放

它的两个输入端的极性

到底是什么呢

这个地方是正

输入我给的也是正

那么作为集成运放的输入和输出

它们之间就是同相的了

于是 底下的这个集成运放

它上边是它的同相输入端

下边是它的反相输入端

在这个电路里边

只有像我现在所画的这样的极性

它才是一个运算电路

否则它就不是运算电路

那好 是运算电路了

那它就有虚短和虚断

这样的基本的特点了

我们就可以通过它去运算

求解运算关系

u_O2等于负的1/R₃C

是对u_O的积分

u₂还等于什么呢

就在这儿的这个电流的关系

我们可以得到u₂是负的R₂/R₁的u_I

这描述的都是u_O2

也就是说这两个式子是相等的

令它们相等

就可以得到u_O和u_I之间的关系

那么令它相等我们可以看到

这是u_I是u_O的积分

所以u_O就是u_I的微分

于是我们得到了

这样的一个表达式

那么当我们用积分电路

去实现微分的时候

这个电路就没有刚才我们所说的

那个简单的微分电路所带来的

诸多的毛病