Op-amp grunderna (del 2) (4 / 9 steg)

Steg 4: Differentiator

Om du är alls insatt i calculus, vet du hur att skilja en ekvation. Om du behöver lite mer instruktion, kolla in denna webbplats från Storbritannien. I grund och botten vill vi veta graden av förändring eller lutning, en funktion på en någon enda tanke punkt. Om vi tittar på grafen för funktionen y = x, ser vi att det är en rak linje på en 45 grader vinkel, stiger upp från vänster till höger. Det faktum att det är raka berättar att lutningen är konstant med värdet 1, vid varje punkt på den linjen. Alltså grafen av y = 1 är derivatan av y = x.

Elektroniska signaler kan mappas på en graf som funktioner. Det är alla oscilloskop gör. Genom att använda en differentiator krets (bild 1), kan vi hitta lutningen på en elektronisk signal i en viss punkt i tid. Detta är hur FM signaler konverteras till AM signaler i din radio så att transportören frekvensmodulering kan filtreras bort och data (musik) kan hämtas. Se detta Instructable för mer om detta.

Den frekvens som vi in i av differentiator är faktiskt inte super kritisk. Det kommer att finnas vissa dämpning på både höga och låga frekvenser, men jag har fått det bästa svaret från kretsen när jag matcha frekvensen indata till R/C combo enligt ekvation vi har sett förut, nämligen f = 1 / (2π * R * C) där f är frekvensen. Det är dock enklare att göra åtskillnad mellan först och sedan kompensera för förluster med en förstärkare senare. För detta exempel låt oss använda ett 10kΩ motstånd och en kondensator 1nF keramisk tätning. Har en 47KΩ resistor händig.

Bygga: Ansluta ström som innan. Placera 10kΩ motståndet över stift 2 och 6. Anslut en sida av kondensatorn till stift 2 och den andra till ingången. Stift 3 ansluter till GND. Pin 6 är din produktion. (Bild 2)

Bild 3 visar en sinusvåg ingång vid 16kHz (röd) och en perfekt cosinus wave-utgång (blå), som är bara en sinusvåg fas skiftade 90 grader. Om du är bekant med kalkyl, vet du att derivatan av funktionen sinus är cosinusfunktion. (Ja, jag vet att bilden visar en sinus i och inverterad cosinus ut. Kom ihåg att vi Invertera sinusvåg på ingång och att derivatan av en inverterad sinuskurva... är en inverterad cosinus)

Bild 4 visar en triangel wave input. Eftersom lutningen är konstant, är utdata konstant, bara ändrar polaritet som sluttar förändringar polaritet. Jag bytte R1 med 47KΩ och flyttade 10kΩ motståndet till mellan indata och 1nF kondensatorn. Jag använde sedan en 5kHz triangel vågform.

Bild 5 visar hur av differentiator ändras en FM-signal till AM signaler. När ingången har en högre frekvens, utgången har en hög amplitud, och när den ingående frekvensen är låg, så är produktionen amplituden. Också, märke hur produktionen är fas skiftat från ingången av 90 grader igen. Det här är en 2kHz bärvågsfrekvens med 200Hz moduleringsfrekvens, amplitud på 2V och index 50%. Kretsen är samma som för triangel wave input.

En nackdel till differentiators är att de har en tendens att passera buller från ingången genom produktionen, och är också instabil vid höga frekvenser, så vissa filter är alltid trevligt att ha på hand i din krets efter den särskiljande att förstärka signalen. Bara ställa in filter för att filtrera frekvensen av buller.