Derivační článek - Derivační RC článek

Derivační článek

Obr.1: Derivační RC článek

Obvodové zapojení dle obr.1 známe již jako zapojení horní propusti, a uvedli jsme si její specifický kapacitně vazební charakter. Za určitých provozních podmínek a při určitém charakteru signálu může toto obvodové zapojení způsobovat tzv. derivační efekt. Derivační efekt se projevuje změnou tvaru průběhu výstupního signálu. Jako u integračního článku i zde budeme předpokládat takový charakter signálu, u kterého se derivační efekt projevuje nejvíce. Vstupní signál bude mít obdélníkový průběh. Jak se projeví integrační efekt na změně výstupního signálu nám přiblíží průběh osciloskopu .

Obr.2: Tvar obdélníku na výstupu RC derivačního členu

Opticky z grafu je patrné, že nám kolem superponačního napětí vznikají symetricky dva exponenciální průběhy. Z obvodového zapojení RC článku vidíme sériový kondenzátor, kterým protéká nabíjecí proud. Nabíjecí proud vzniká díky hlavě impulsu (např. +Ucc) a uzavírá se přes kondenzátor C a odpor R na zem. Tento nabíjecí proud způsobí úbytek napětí na odporu R a začne s časem exponenciálně klesat (kondenzátor se nabíjí). Exponenciální pokles napětí na odporu R je paralelně připojený na Rz a prezentuje výstupní půlperiodu tvarového zkreslení derivačního členu.

Obr.3: Nabíjecí a vybíjecí proudy

Objeví-li se na vstupu derivačního členu doba meziimpulsová (např. 0V), je kladně nabitá strana kondenzátoru spojena vodivě se zemí. Kondenzátor má tendenci se vybíjet a uzavírá vybíjecí proud přes odpor R. Vybíjecí proud je opačně orientován a způsobí úbytek napětí na

odporu R opačné polarity. Kdyby bylo nulové superponační napětí, nebo-li doba meziimpulsová rovna 0V, bude derivační výstupní napětí záporné. Této skutečnosti se v praxi velmi často používá.

Obr.4: Rozdílné vlivy derivačního článku na změnu tvaru

Na obr. 4 jsou osciloskopem pozorovatelné tvary derivovaných obdélníků při různých hodnotách RC součástek. Na obr. 4a je efekt derivace malý, nebo-li kapacita kondenzátoru je velká. Dle velikosti kapacity a časové délky impulsu se nemusí kondenzátor plně nabít. Budou-li hodnoty zvoleny tak, aby se kondenzátor stihl nabít, může být derivace obdélníku dle obr. 4b. Za stejných podmínek by měl kondenzátor nižší kapacitu než v případě 4a. Kdybychom ještě snížili kapacitu kondenzátoru, jak je to v případě 4c, stihne se kondenzátor plně nabít ještě před změnou stavu obdélníku. Čím bude hodnota kapacity menší, tím budou vznikat kratší impulsy. Tvar derivovaného obdélníku, respektive nabíjení, vybíjení kondenzátoru ovlivňuje i hodnota odporu R a vnitřní impedance předcházejícího a následného funkčního bloku. Hodnota odporu R určuje rychlost vybíjení kondenzátoru. Reálná hodnota odporu R se výrazně projevuje na výstupní impedanci derivačního členu. V případě nekapacitní vazby je nutné akceptovat hodnotu R v statických bodech navazujících obvodů.