Tricky Circuit

Дифференциатор линейного наклона

Измерь скорость изменения сигнала

Дифференциатор реагирует на скорость изменения сигнала, а не его конечную величину. Op amp — Operational Amplifier, операционный усилитель, питаемая схема. Линейный наклон — равномерное изменение напряжения за конечное время. Скорость нарастания — максимальное изменение выходного напряжения реального усилителя за единицу времени; здесь этот предел не моделируется. R обозначает сопротивление, C — ёмкость; RC — их произведение, временной масштаб, называемый постоянной времени.

Открыть интерактивный опыт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТОЛ

Меняй настройки схемы, предсказывай показания и проверяй решение задания. Это учебные модели; допущения объяснены в каждом уроке.

Войди, чтобы сохранять прогресс. Прогресс гостя хранится на этом устройстве.

Открыть лабораторию в полном окне

Как это работает

Идеальный линейный наклон, R = 100 kΩ, C = 1 µF, RC = 0.1 s. Показан выход во время наклона, пределы ±10 V. Мгновенный скачок, начало и конец наклона, шум и частотные пределы не моделируются.

ΔV — полное изменение напряжения, T — длительность в секундах. Скорость входа ΔV/T, требуемый выход −RC × ΔV/T. Падающий наклон даёт положительный выход.

Сложность

  1. Собери · Наблюдай

    Включи изменение +1 V за 100 ms. Получи −1 V во время наклона.

    Нужна подсказка?

    ΔV=+1 V; T=100 ms → −1 V

  2. Исследуй · Исследуй

    Оставь +1 V, сократи время до 50 ms. Получи −2 V.

    Нужна подсказка?

    ΔV=+1 V; T=50 ms → −2 V

  3. Реши сам · Реши

    Задай изменение −2 V за 100 ms. Получи +2 V.

    Нужна подсказка?

    ΔV=−2 V; T=100 ms → +2 V

Дополнительные материалы и карточки схем

Дифференциатор линейного наклона

Растущая температура и неизменно высокая температура — разные ситуации. Дифференциатор замечает рост: одинаковое изменение за меньшее время даёт больший ответ.

Vout = −RC × ΔV/T; RC = 0.1 s

При линейном наклоне скорость постоянна, поэтому выбранный выход постоянен. Поведение реального усилителя на углах наклона здесь не предсказывается.

Полезная связь

Сокращение длительности вдвое удваивает идеальный ответ при том же изменении.

За пределами модели

У постоянного входа скорость нулевая. Мгновенный идеальный скачок выходит за пределы модели наклона.

Ошибка, которой стоит избежать

Дифференциатор измеряет изменение во времени. Это не разностный усилитель, вычитающий два одновременных входа.

Наклон +1 V длится 50 ms вместо 100 ms. Выход…

  1. −0.5 V
  2. −2 V
  3. +2 V
Читать дальше

Скорость удвоилась; инверсия делает двойной ответ отрицательным.

Плавный рост

Изменение +1 V за 100 ms.

Во время наклона выход −1 V.

Падающий наклон

Изменение −2 V за 100 ms.

Во время наклона выход +2 V.

Попробуй другое изменение

Сравни +1 V/100 ms и +2 V/200 ms: скорости равны, оба выхода −1 V.

ti.com