運算放大器:理想運放

微分器

把反相放大器的輸入電阻換成電容,就得到積分器的鏡像:輸出反應的是輸入變化的快慢,而非它的數值大小。維持輸入不變,輸出為零;快速改變輸入,輸出就跳動。它對斜率反應,對常數視而不見。

機制是:電容通過的電流等於 C 乘以其兩端電壓的變化率,也就是 C 乘以 dVin 除以 dt。這道電流流進虛接地、再流過回授電阻 R,所以 Vout 等於負 RC 乘以 dVin 除以 dt。一道每秒上升 2 V、RC 為 0.1 秒的斜坡給出穩定的負 0.2 V;一個突然的階躍則給出尖銳的脈衝。

微分器用於邊緣或斜率偵測,以及控制器中的速率回授,但它帶著真實的危險:增益隨頻率上升,所以會放大高頻雜訊、且很容易變得不穩定而振盪。實務設計會在輸入電容串一顆小電阻、並在回授電阻上並一顆小電容,把高頻增益滾降下來。正因如此,微分器的使用頻率遠低於積分器。

把脈衝串送進微分器。每個上升邊產生尖銳的脈衝,每個下降邊產生相反的脈衝,恰好標出輸入變化最快的位置。

微分器挑出邊緣,也就是變化最快的瞬間。

純微分器的增益隨頻率上升,所以會放大雜訊並可能振盪。真實設計會加一顆串聯電阻與一顆並聯電容來限制高頻增益。

又称
op-amp differentiator微分放大器微分電路