Дифференциатор

Преобразованный сигнал Х2, в напряжение, нам необходимо продифференцировать. Дифференцирование осуществим при помощи схемы основанной на ОУ (рис 2.9). На его вход мы подаем сигнал 0 .-1 В.

Дифференциатор создает на выходе напряжение пропорциональное скорости изменения входного напряжения. При дифференцировании усилитель должен пропускать только переменную составляющую входного напряжения и коэффициент усиления сигнала должен возрастать при увеличении скорости изменения входного сигнала. Выполнить эти требования позволяет использование в качестве входного элемента ОУ конденсатор С1. что бы получить напряжение выходного сигнала вспомним, что ток через конденсатор имеет вид iC=C(DuC/dt). Напряжение на конденсаторе равно входному напряжению Uвх. Примем что ОУ идеальный, то ток через сопротивление обратной связи можно считать равным току через конденсатор, т.е. iR=-iC. Но Uвых=RiR=-iCR, поэтому

(1.6)

Уменьшение реактивного сопротивления ХС с увеличением частоты приводит к тому, что схема дифференциатора имеет высокий коэффициент усиления по отношению к высокочастотным составляющим на входе, даже если их частоты лежат выше полосы частот полезного сигнала. Поэтому наряду с высокочастотными составляющими спектра полезного сигнала схема усиливает собственные шумы сопротивлений и полупроводниковых элементов. Кроме того, возможна тенденция к потере устойчивости в области частот, где частотная характеристика дифференциатора (имеющая подъем 6 Дб/октава), откуда возможно само возбуждение.

Во избежание этих нежелательных свойств, используют меры по его стабилизации. На рисунке 2.9 изображена схема скорректированного дифференциатора.

Рисунок 2.9 - схема скорректированного дифференциатора

Конденсатор С2 выбирается таким образом, что бы участок характеристики со спадом 6 Дб/октава начинался на частоте более высокой, чем максимальная частота полезного дифференцируемого сигнала; при этом уменьшается доля высоко частотных шумов в выходном сигнале.

Сопротивление R1 ограничивает коэффициент усиления на высоких частотах, обеспечивает динамическую устойчивость и снижает входной емкостной ток схемы, отбираемый от источника сигнала.и С2 выбирают так, что бы R1С1= R1С2 и fB=fcp.

Информационная частота сигнала составляет одну декаду и простирается от 30 Гц до 300 Гц и именно этот диапазон должен пропускать дифференциатор.

Частота среза примем максимальную частоту сигнала - 300 Гц. Граничные частоты рабочего диапазона дифференциатора связаны с элементами схемы f н =1/( 2p R2 C1) , f в = 1/( 2p R1 C1). Зададимся емкостью С1=0,5 мкФ, после чего найдем сопротивления резисторов R1 и R2.

R1= 1/ (2p ×f в ×C1) = 1/ (2p × 300 × 0,5 × 10 -6 ) = 1,1 кОм

R2 = 1/ (2p× f н ×C1) = 1/ (2p × 30 × 0,5 × 10 -6 ) = 11 кОм

Ёмкость конденсатора С2 определяем из вырания f ср = 1/ (2p R2×C2).

C2=1/( 2p R2× f ср ) = 1/ (2p× 300× 11×10) = 50 нФ

Сопротивление R3 служит для симметрирования входной цепи ОУ и должно быть равным активному сопротивлению, соединённому с инверсным входом ОУ, номинал R3 тоже принимаем равным 11 кОм. Ближайший заводской номинал (по стандарту Е24) для емкости C2 будет равен 51 нФ.

Таким образом, получаем

С1=0,5 мкФ; C2=51 нФ; R1=1,1 кОм; R2 = R3=11 кОм

На выходе дифференциатора мы получим сигнал 0 .10 В.

Испытания схемы приведены в приложении .

Еще статьи по теме

Проектирование учебного демонстрационного стенда Цифроаналоговый преобразователь с подключением к компьютеру через порт USB
стенд цифроаналоговый преобразователь Под информацией в широком смысле принято понимать различные сведения о событиях в общественной жизни, явлениях природы, о процессах в технических устройствах. Она содержатся в нашей речи, ...

Проектирование систем автоматического регулирования на персональном компьютере
Целенаправленные процессы, выполняемые человеком, для удовлетворения различных потребностей, представляют собой организационную совокупность действий - операций, которые делят на два класса: рабочие операции и операции управл ...

Главное меню

© 2020 / www.techsolid.ru