9.3.4 Схема дифференцирования

Поменяв местами резистор и конденсатов в схеме интегратора

( рис.9.8) получим дифференциатор (рис.9.9).

Рис.9.9. Схема дифференциатора

Выходное напряжение такой схемы

V_OUT = - RC(dV_IN/dt)

Практическая реализация дифференцирующей схемы, показанной на рис.9.9 сопряжена со значительными трудностями по следующим причинам:

• схема имеет чисто ёмкостное входное сопротивление, поскольку один из выводов входного конденсатора привязан к виртуальной земле. В случае, если источником входного сигнала является другой операционный усилитель, это может вызвать его неустойчивость,

• дифференцирование в области высоких частот приводит к значительному усилению высокочастотных составляющих, что, как правило, ухудшает отношение сигнал/шум,

• в петле обратной связи ОУ оказывается включённым инерционное звено первого порядка, создающее в области высоких частот запаздывание по фазе до 90°, оно суммируется с фазовым запаздыванием ОУ, которое может составлять или даже превышать 90°, в результате чего схема становится неустойчивой.

Устранить эти недостатки позволяет включение последовательно с конденсатором дополнительного резистора R₁ ( на рис.9.9 показан пунктиром). Следует отметить, что введение такой коррекции практически не уменьшает диапазона рабочих частот схемы дифференцирования, так как на высоких частотах из-за снижения коэффициента усиления ОУ она всё равно работает неудовлетворительно.

9.3.5 Источники напряжения, управляемые током

Для точных измерений слабых токов в ряде устройств требуется получение напряжения, пропорционального току. При этом во многих случаях необходимо, чтобы источник напряжения, управляемого током, называемый также преобразователем ток-напряжение, имел по возможности минимальное входное и выходное сопротивления. Схема источника напряжения, управляемого током, приведена на рис.9.10.

Рис.9.10. Источник напряжения, управляемый током

Если усилитель идеальный, то V_Д=0 и V_OUT = - RI_IN . Если коэффициент усиления ОУ K_V конечен, то входное и выходное сопротивления схемы :

R_IN = V_V/I_IN = R/(1+K_V) ≈ R/K_V,

R_OUT = r_OUT (R + R_S)/(R_SK_V),

где R_S – сопротивление источника входного сигнала.

9.3.6 Источники тока, управляемые напряжением

Источники тока, управляемые напряжением ( преобразователи напряжение-ток), предназначены для обеспечения нагрузки током, который не зависит от выходного напряжения ОУ и регулируется только входным напряжением схемы. Такие источники применяются в измерительных схемах, например, при измерении сопротивления, в электроприводе, если требуется стабилизировать вращающий момент электродвигателя и др.

Идеальный преобразователь напряжение-ток имеет бесконечно большие входное и выходное сопротивления.

Схема источника тока с заземлённой нагрузкой приведена на рис.9.11.

Рис.9.11. Источник тока, управляемый напряжением, для заземлённой нагрузки

Если выбрать R₁ = R₃ и R₂ = R₄, то выражение для выходного тока источника будет иметь вид: