Rantai pembeda. - Perangkat yang ditujukan untuk diferensiasi dengan waktu listrik. Sinyal. Reaksi output D. c. u. keluar ( t.) dikaitkan dengan pengaruh input u. Vh ( t.) Dengan rasio di mana - posting. Nilai memiliki dimensi waktu. Membedakan D. c pasif dan aktif. Pasif D. C. Berlaku dalam pulsa dan perangkat digital untuk mempersingkat pulsa. Aktif D. Digunakan sebagai diferensial dalam hitung analog. perangkat. Pasif yang paling sederhana D. c. Ditunjukkan pada Gambar. satu, tapi. Arus melalui wadah sebanding dengan turunan dari tegangan yang diterapkan padanya. Jika parameter D. c. Dipilih t. Oh,
apa u c \u003d u WH, T. 
, Sebuah. Kondisi u c \u003d u VX dilakukan jika pada frekuensi tertinggi dari versi spektrum input Pasif D. c. ditunjukkan pada Gambar. satu, dgn B.. Asalkan Anda miliki dan
Ara. 1. Skema rantai pembeda pasif: tapi - CUCICTION. Rc; dgn B. - Induktif Rl..
Akibatnya, dengan parameter D. c. Diferensiasi lebih akurat daripada frekuensi yang lebih rendah, sinyal input terkonsentrasi pada to-ryh. Namun, semakin akurat diferensiasi, semakin sedikit koeff. Transfer rantai dan, oleh karena itu, tingkat output. Kontradiksi ini dihilangkan dalam Active D. c., Di mana proses diferensiasi dikombinasikan dengan proses penguatan. Dalam Aktif D. C. Bekas amplifier yang beroperasi (OU), ditutupi oleh umpan balik negatif (Gbr. 2). Input tegangan u. Vh ( t.) Membedakan rantai yang dibentuk oleh hal-hal berikut. Kapasitas koneksi DARI dan R. EQ - Resistensi setara dengan sirkuit antara klip 2-2 ", dan kemudian diperkuat oleh OU. Jika Anda mengirimkan tegangan ke input pembalik OU, maka asalkan keuntungannya adalah, kami memperoleh
Ara. 2. Skema rantai pembeda aktif.
Ara. 3. Bagian denyut nadi melalui rantai pembeda RC: tapi - Input impuls, u. Vh \u003d. E. kapan; dgn B. - Tegangan pada tangki u c (t); di- Tegangan output.
Untuk membandingkan. Estimasi D. C. C. Hal-hal lain yang sama dengan kondisi yang sama dapat digunakan. Saat melewati D. C. Pulse menandakan penurunan durasi mereka, maka konsep D. C. Sejujurnya. Diagram sementara menggambarkan bagian dari pulsa persegi panjang melalui D. c., Ditunjukkan pada Gambar. 3. Diasumsikan bahwa sumber tegangan input ditandai dengan nol. Resistensi, dan D. C.- Tidak adanya kapasitas parasit. Kehadirannya internal. Perlawanan mengarah pada penurunan amplitudo tegangan pada terminal input dan, akibatnya, untuk penurunan amplitude pulsa output; Kehadiran wadah parasit adalah untuk memperketat proses peningkatan dan resesi pulsa output. Juga aktif D. C juga dimiliki oleh efek korsleting.
Sirkuit pembeda disebut, sinyal pada output yang sebanding dengan turunan dari sinyal input.
Sinyal ini disebut nilai fisik yang membawa informasi. Kami akan mempertimbangkan sinyal tegangan impulsif - pulsa tegangan.
Skema sirkuit yang membedakan nyata ditunjukkan pada Gambar 13-33 A dan 13-33 b.
Koefisien proporsionalitas m adalah rantai konstan waktu 
.
Untuk rantai rc. 
\u003d RC, untuk Chainrl 
\u003d L / R.
Gambar 13-33. Diagram sirkuit yang membedakan.
Membedakan rantai RC. (Filter filter bawah)
Rantai ini juga merupakan empat kutub. Dalam sirkuit RC yang membedakan, sinyal dihapus dari resistor, yaitu 
(cm beras 13-33 a). Sinyal pembeda (input) memiliki bentuk persegi panjang (lihat di bawah. 13-33 a).
Pertimbangkan tindakan sinyal seperti itu (pulsa tegangan) pada sirkuit RC yang berbeda.
Gambar 13-34. Sinyal diferensial (a) dan sinyal pada output dari rantai RC yang membedakan (B), 
Pada saat itu 
Tegangan output (inklusi sirkuit) 
. Ini mengikuti dari kenyataan bahwa pada saat dimasukkan dalam sirkuit pada undang-undang peralihan kedua, tegangan pada kondensor mempertahankan nilainya bahwa itu untuk beralih, yaitu sama dengan 0, oleh karena itu, semua tegangan akan diterapkan ke resistor ( 
).
Kemudian 
akan berkurang oleh hukum eksponensial
(13.29)
Jika sebuah 
, pada saat input impuls ( 
) Kondensor hampir terisi penuh pada saat itu 
Ketika efek pulsa akan berakhir 
0, tegangan pada kondensor 
akan sama 
(Gambar 13-34 b 
ditunjukkan ke garis putus-putus), dan dalam tegangan pada resistor 
jatuh ke 0. Karena rantai sekarang dinonaktifkan dari tegangan input ( 
=0,
), kondensor akan mulai habis dan sepanjang waktu 
tegangan pada itu akan menjadi sama dengan 0. arus dalam rantai dari saat ini 
mengubah arah, dan tegangan ke resistor 
lompatan akan sama dengan lompatan 
dan mulai berlangganan dengan eksponensial 
, dan melalui waktu 
ini akan menjadi 0.
Dengan demikian, dua pulsa runcing polaritas positif dan negatif dibentuk di outlet rantai, dan amplitudo sama dengan amplitudo 
.
Jika sebuah 
bentuk impuls keluaran 
akan memiliki tampilan yang berbeda dari beras
Pertimbangkan dua kasus ekstrim: 
dan 
(Lihat Gambar 13-35 B dan 13-35 V)
Gambar 13-35. Mengubah bentuk denyut nadi pada output dari sirkuit pembeda, tergantung pada hubungan antara 
dan 
.
TAPI. 
(CM Rice 13-35 b)
Dalam hal ini, selama durasi pulsa, kapasitor memiliki waktu untuk mengisi ulang sepenuhnya sebelum efek dorongan hati selesai. Pada resistor pada saat inklusi, lonjakan tegangan diperoleh, sama dengan amplitudo dorongan persegi panjang 
Dan kemudian tegangan berkurang di sepanjang eksponen yang curam dan ketika kapasitor menagihnya turun ke nol hingga akhir pulsa. Di ujung dorongan (pada saat itu 
) Kapasitor akan mulai habis, dan dengan melewati arus melalui resistor input, impuls dari polaritas negatif amplitudo terbentuk - 
. Area dorongan impuls ini akan sama dengan area impuls positif. Rantai tersebut disebut membedakan hubungan pendek.
Dgn B. 
(Lihat beras 13-35).
Ketika waktu pengisian kapasitor kira-kira sama 
, kondensor akan punya waktu untuk mengisi ulang tidak lebih awal daripada melalui 
. Karena itu, dan tegangan pada resistor 
sama 
akan berkurang menurut peserta pameran, itu akan menjadi nol 
. Karena itu, selama ini 
nadi 
tidak berbeda pada resistance dan mengulangi pulsa pada formulir input.
Rantai seperti itu digunakan sebagai transisi antara amplifying cascades dan dimaksudkan untuk menghilangkan efek komponen konstan tegangan dari pengumpul transistor dari kaskade sebelumnya pada saat itu.
Dari formula dan Gambar 13-34 dan 13-35, dapat disimpulkan bahwa amplitudo dari pulsa output pada berbagai rasio antara 
dan 
tetap tidak berubah dan sama 
, dan durasi mereka dengan penurunan 
berkurang. Keakuratan diferensiasi akan semakin tinggi semakin sedikit 
dibandingkan dengan 
.
Diferensiasi yang paling akurat dapat diperoleh dengan menggunakan amplifier operasi.
Pertimbangkan respons sirkuit RC yang berbeda yang digambarkan pada Gambar. 13-35A.
Ara. 13-35 a. Sirkuit Bantuan Rantai RC SCH.
Koefisien frekuensi transmisi dari rangkaian RC yang berbeda adalah:
Jika setara 
k 1 / 
Kemudian dapatkan batas bawah bandwidth dari sirkuit defrastrasi 
.
Dari jadwal 2-35A, dapat dilihat bahwa bandwidth dari rangkaian RC yang berbeda hanya terbatas pada sisi frekuensi yang lebih rendah.
Membedakan rantai
- Ini adalah rantai di mana tegangan output sebanding dengan turunan tegangan input. Rantai ini memecahkan dua tugas konversi sinyal utama: Memperoleh pulsa durasi yang sangat kecil (pemendekan pulsa), yang digunakan untuk mulai mengendalikan transduser energi listrik, pemicu, baik produsen dan perangkat lain; Implementasi operasi matematika diferensiasi (memperoleh turunan waktu) dari fungsi kompleks yang ditentukan dalam bentuk sinyal listrik, yang sering ditemukan dalam teknologi komputer, peralatan autoremorning, dll.
Sirkuit dari sirkuit pembeda kapasitif ditunjukkan pada Gambar. 1. Tegangan input diterapkan pada seluruh rantai, dan output dihapus dari resistor R. Arus yang mengalir melalui kapasitor dikaitkan dengan tegangannya dengan rasio yang diketahui I \u003d C (du c / dt). Mempertimbangkan bahwa arus yang sama mengalir melalui resistor R, kami menulis tegangan output
Jika kamu keluar.<< U ВХ, что справедливо, когда падение напряжения на резисторе много меньше напряжения U С, то уравнение можно записать в приближенном виде U ВЫХ . Соотношение U ВЫХ << U ВХ » U C выполняется, если величина сопротивления R много меньше величины реактивного сопротивления конденсатора, т.е. R << 1/wC (для сигнала синусоидальной формы) и R << 1/w в C, где w в – частоты высшей гармоники импульсного сигнала.
Nilai T \u003d RC disebut konstanta waktu rantai. Dari jalan listrik diketahui bahwa kondensor dibebankan (habis) melalui resistor di bawah hukum eksponensial. Setelah periode waktu t \u003d t \u003d rc, kapasitor dibebankan sebesar 63% dari tegangan input yang diajukan, melalui t \u003d 2,3 t - hingga 90% dari U vx dan setelah 4,6 T - hingga 99% dari U W. .
Misalkan inlet dari sirkuit pembeda (Gbr. 1) menyajikan denyut persegi panjang dengan durasi T dan (Gbr. 2, a). Biarkan t dan \u003d 10 t. Kemudian sinyal output akan dalam bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 2, G. Memang, pada saat awal waktu, tegangan pada kondensor adalah nol, dan itu tidak dapat berubah secara instan. Oleh karena itu, semua tegangan input diterapkan pada resistor. Di masa depan, kapasitor didakwa dengan arus berkurang secara eksponensial. Dalam hal ini, tegangan pada kondensor meningkat, dan tegangan pada resistor menurun sehingga pada setiap saat kesetaraan u bx \u003d u c + u sedang dilakukan. Setelah periode waktu t ³ 3 t, kapasitor dibebankan ke hampir ke tegangan input, arus pengisian akan berhenti dan tegangan output akan nol.
Ketika input pulsa selesai (u bx \u003d 0), kapasitor akan mulai dibuang melalui resistor R dan sirkuit input. Arah arus pembuangan berlawanan dengan arah arus pengisian, oleh karena itu polaritas tegangan pada perubahan resistor. Sebagai pembuangan kapasitor, tegangan pada itu berkurang, dan bersama-sama dengannya mengurangi tegangan pada resistor R. Akibatnya, pulsa pendek diperoleh (pada T dan\u003e 4¸5 RC). Mengubah bentuk denyut nadi dengan rasio lain dari durasi pulsa dan konstanta waktu ditunjukkan pada Gambar. 2, b, c.
Mengintegrasikan rantai - Ini adalah rantai, di mana tegangan output sebanding dengan integral dalam waktu dari tegangan input. Rantai pengintegrasian (Gbr. 3) berbeda dari membedakan (Gbr. 1) dengan fakta bahwa tegangan output dihapus dari kondensor. Ketika tegangan pada kondensor dengan sedikit dibandingkan dengan tegangan pada resistor R, I.E. U out \u003d u c<< U R , то ток i в цепи пропорционален входному напряжению, которое прикладывается ко всей цепи. Поэтому
Dalam rantai yang berbeda (Gbr. 11.2, a), waktu konstanta harus kecil dibandingkan dengan durasi pulsa. Rantai ini digunakan dalam kasus-kasus di mana pulsa durasi yang relatif besar perlu dikonversi menjadi pulsa pemicu pendek dengan tepi curam. Rantai mempertahankan front pulse curam dalam polaritas yang sama dan pada dasarnya berperilaku sebagai filter frekuensi teratas, melemahkan frekuensi rendah dan mentransmisikan komponen frekuensi tinggi dari pulsa.
Ketika tegangan diterapkan pada kapasitor, arus yang mengalirinya sebanding dengan turunan dari diterapkan ke kondensor tegangan e dengan:
(11.4)
Dengan konstanta waktu rendah, resistansi resistor secara signifikan lebih besar daripada resistansi reaktan kondensor. Oleh karena itu, tegangan output sama dengan penurunan resistor kira-kira diungkapkan oleh rumus
(11.5)
Pada Gambar. 11.2,6 I. dibentuk denyut nadi di saluran masuk dan outlet dari rangkaian pembeda ditampilkan sesuai. Dari saat awal efek dorongan impuls dan selama seluruh durasinya ke input sirkuit, tegangan konstan diterapkan. Jika ketika pulsa input diterapkan, kapasitor CI tidak dibebankan, maka pada saat pertama melalui kapasitor, serta melalui pemotongan penyimpanan R1 akan membocorkan arus tinggi. Dengan demikian, penurunan tegangan besar muncul pada resistor, karena front pulsa tumbuh sangat cepat (Gbr. 11.2, b). Sebagai biaya kapasitor, arus yang mengalir melalui itu berkurang pada tingkat tergantung pada rantai konstan waktu. Dengan konstanta waktu rendah, kapasitor dengan cepat dibebankan dan arus berhenti mengalir melalui rantai. Dengan demikian, ketika kondensor terisi penuh, tegangan pada resistor R. 1 jatuh ke nol. Di ujung pulsa, tegangan input berkurang ke nol, dan kondensor mulai keluar. Arus pembuangan kapasitor memiliki kebalikannya tetapi dibandingkan dengan arah arus muatan, oleh karena itu, arah saat ini melalui resistor juga berlawanan dengan arus muatan. Oleh karena itu, splash tegangan negatif sekarang akan muncul pada output.
Ara. 11.2. Rantai pembeda (a) dan bentuk pulsa di pintu masuk (b)dan keluar (c) rantai.
Dalam praktiknya, pulsa biasanya diterapkan pada inlet dari sirkuit pembeda. Jika ada osilasi sinusoidal pada inleting sirkuit inlet, maka bentuknya tidak akan berubah, tetapi fase fase osilasi output akan terjadi dan pengurangan amplitudo osilasi ini dengan nilai-nilai tergantung pada frekuensi sinyal input. Jenis lain dari rangkaian pembeda dapat diperoleh jika C 1 diganti dengan resistor, dan R 1 induktansi. Dalam rantai seperti itu, faktor penentuan kualitas diferensiasi juga konstanta waktu. Seperti dalam rantai pengintegrasian, ketahanan ohmic dari koil induktansi merusak karakteristik skema. Oleh karena itu, rantai seperti itu cukup jarang.
Pertimbangkan rantai listrik dari resistensi resistor R. dan kapasitas kapasitor C.disajikan pada gambar.
Elemen. R. dan C. Terhubung secara konsisten, itu berarti bahwa arus dalam rantai mereka dapat diekspresikan, berdasarkan turunan tegangan muatan kapasitor dQ / DT \u003d C (du / dt) dan Hukum Ohm U / R.. Tegangan pada kesimpulan resistor akan menunjukkan U R..
Maka kesetaraan akan menjadi tempat:
Kami mengintegrasikan ekspresi terakhir 
. Bagian integral dari bagian kiri persamaan akan sama U out + const. Beli komponen konstan Const. Di sisi kanan dengan tanda yang sama.
Di sisi kanan konstan waktu Rc. Saya akan membawa tanda integral:
Akibatnya, ternyata tegangan output Kamu keluar. Berbanding lurus dengan integral tegangan pada output resistor, oleh karena itu, dan arus input Saya in..
Komponen permanen Const. Itu tidak tergantung pada denominasi elemen rantai.
Untuk memastikan ketergantungan proporsional langsung dari tegangan output Kamu keluar. dari input integral Kamu masukIni membutuhkan proporsionalitas tegangan input dari arus input.
Rasio nonlinear U in / i di Di sirkuit input yang disebabkan oleh fakta bahwa muatan dan pelepasan kapasitor terjadi pada peserta pameran e. -t / τ, yang paling nonlinear saat t / τ. ≥ 1, yaitu, ketika nilainya t. sepadan atau lebih τ
.
Sini t. - Biaya waktu atau pembuangan kapasitor dalam periode tersebut.
τ
= Rc. - Waktu konstan - produk jumlah R. dan C..
Jika Anda mengambil nominal Rc. Rantai, kapan τ
Itu akan jauh lebih besar t., kemudian bagian awal pameran untuk waktu yang singkat (relatif τ
) Ini bisa sangat linier, yang akan memberikan proporsionalitas yang diperlukan antara tegangan input dan arus.
Untuk rantai sederhana Rc. Waktu konstanta biasanya diambil oleh 1-2 dari urutan lebih dari periode sinyal input variabel, maka bagian utama dan signifikan dari tegangan input akan jatuh pada kesimpulan resistor, memastikan ketergantungan linier yang cukup U in / i di ≈ r.
Dalam hal ini, tegangan output Kamu keluar. akan dengan kesalahan yang diizinkan secara proporsional dengan integral dari input Kamu masuk.
Semakin besar nilai-nilai denominasi Rc.Semakin kecil komponen variabel pada output, semakin akurat akan ada fungsi kurva.
Dalam kebanyakan kasus, komponen variabel integral tidak diperlukan saat menggunakan rantai tersebut, hanya permanen Const., kemudian nominal. Rc. Anda dapat memilih sebesar mungkin, tetapi dengan mempertimbangkan resistansi input dari kaskade berikutnya.
Sebagai contoh, sinyal dari generator adalah periode yang positif 1V 2 MS akan memberikan rantai pengintegrasian sederhana untuk dimasukkan Rc. Nominal:
R. \u003d 10 Kohm, DARI \u003d 1 uf. Kemudian τ
= Rc. \u003d 10 ms.
Dalam hal ini, konstanta waktu hanya lima kali periode periode, tetapi integrasi secara visual cukup akurat.
Grafik menunjukkan bahwa tegangan output pada komponen konstan 0,5V akan menjadi bentuk segitiga, karena area yang tidak berubah seiring waktu, karena integral akan menjadi konstanta (kami menunjukkannya sEBUAH.), Dan integral konstanta akan menjadi fungsi linear. ∫adx \u003d Ax + Const. Besarnya konstanta sEBUAH. Tentukan sudut singgung kecenderungan fungsi linier.
Kami mengintegrasikan sinusoid, kami mendapatkan cosinus dengan tanda terbalik ∫sinxdx \u003d -cosx + Const.
Dalam hal ini, komponen konstan Const. = 0.
Jika Anda mengirimkan sinyal bentuk segitiga ke input, output akan menjadi tegangan sinusoidal.
Integral dari bagian linear fungsi adalah parabola. Dalam versi paling sederhana ∫xdx \u003d x 2/2 + const.
Tanda pengganda akan menentukan arah parabola.
Kurangnya rantai paling sederhana adalah bahwa komponen variabel pada output diperoleh relatif sangat kecil terhadap tegangan input.
Pertimbangkan sebagai penguat operasional integrator (OU) sesuai dengan diagram yang ditunjukkan pada gambar.
Mempertimbangkan resistensi OU dan aturan Kirchhoff yang jauh lebih besar di sini adalah kesetaraan:
I in \u003d i r \u003d u in / r \u003d - i c.
Tegangan di pintu masuk OU Ideal Berikut adalah nol, kemudian pada arahan kondensor U c \u003d u out \u003d - u in .
Karenanya, Kamu keluar. Tentukan, berdasarkan pada arus rantai total.
Pada elemen nominal Rc.kapan τ
\u003d 1 detik, tegangan output akan sama dengan nilai integral input. Tapi, sebaliknya. Inverter integrator sempurna dengan elemen-elemen ideal dari skema.
Rc membedakan RC.
Pertimbangkan pembeda menggunakan amplifier operasional.
OU yang ideal akan memastikan kesetaraan arus I r \u003d - i c Menurut aturan Kirchhoff.
Tegangan pada input OU adalah nol, oleh karena itu, tegangan output U out \u003d u r \u003d - u in \u003d - u c .
Berdasarkan turunan prosedur kapasitor, hukum OMA dan kesetaraan arus arus di kondensor dan resistor, kami menulis ekspresi:
U out \u003d ri r \u003d - ri c \u003d - rc (du c / dt) \u003d - rc (du in / dt)
Dari sini kita melihat bahwa tegangan output Kamu keluar. Muatan kondensor proporsional du in / dt sebagai kecepatan perubahan tegangan input.
Pada waktu yang permanen Rc.sama dengan satu, tegangan output akan sama dengan nilai turunan tegangan input, tetapi yang berlawanan dengan tanda. Oleh karena itu, diagram yang dianggap membedakan dan membalikkan sinyal input.
Derivatif konstan adalah nol, oleh karena itu komponen konstan diferensiasi pada output akan absen.
Sebagai contoh, kami akan memberikan sinyal segitiga ke input pembeda. Pada output kita mendapatkan sinyal persegi panjang.
Turunan dari bagian linear dari fungsi akan menjadi konstan, tanda dan besarnya yang ditentukan oleh kemiringan fungsi linier.
Untuk rantai RC dua elemen yang paling sederhana membedakan, kami menggunakan ketergantungan proporsional dari tegangan output dari turunan tegangan pada terminal kondensor.
U out \u003d ri r \u003d ri c \u003d rc (du c / dt)
Jika Anda mengambil tarif elemen RC sehingga konstanta waktu adalah 1-2 dari urutan kurang dari panjang periode, maka rasio kenaikan tegangan input ke kenaikan waktu dalam periode dapat menentukan tingkat perubahan dalam tegangan input sampai batas tertentu. Idealnya, kenaikan ini harus berjuang untuk nol. Dalam hal ini, bagian utama dari tegangan input akan jatuh pada output kondensor, dan output akan menjadi bagian kecil dari input, oleh karena itu, skema tersebut praktis tidak digunakan untuk menghitung turunannya.
Sirkuit RC yang paling sering membedakan dan mengintegrasikan digunakan untuk mengubah panjang pulsa di perangkat logis dan digital.
Dalam kasus seperti itu, peringkat RC dihitung dengan eksponensial e. -T / rc berdasarkan panjang pulsa pada periode dan perubahan yang diperlukan.
Misalnya, di bawah ini pada gambar menunjukkan bahwa panjang impuls T i. Pada output rantai integrasi akan meningkat tepat waktu 3 τ
. Ini adalah waktu pembuangan kapasitor hingga amplitudo 5%.
Pada output dari sirkuit pembeda, tegangan amplitudo setelah pulsa diterapkan instan, karena nol pada output kondensor yang dibuang.
Selanjutnya mengikuti proses pengisian dan tegangan pada kesimpulan resistor menurun. Selama 3. τ
Ini akan berkurang dengan nilai amplitudo 5%.
Berikut ini 5% - nilainya indikatif. Dalam perhitungan praktis, ambang batas ini ditentukan oleh parameter input dari elemen logis yang berlaku.
Komentar dan saran diterima dan diterima!
