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工作在高频率的简单锯齿波发生器

工作在高频率的简单锯齿波发生器
来源:电子设计技术 时间:2012-06-07

脉冲宽度调制信号发生器电路通常会使用一个 模拟 锯齿波振荡器 功能,但它也可以用于其它应用。图1中是一只廉价的 锯齿波发生器 ,它用于频率可高达10MHz甚至更高的小功率应用,以及那些对斜坡线性度和频率精度要求不高的应用。

电路使用了一只 施密特触发器 作为反相器,接成一个经改进的非稳态多谐振荡器。输出波形是时序电容CT上的电压,它在反相器的上、下阈值电压之间作斜升变化。以恒压为RTCT网络 充电 的结果就产生了斜坡,因此其响应是指数型的,只有在指数上升的初期才接近于线性。


图1,可以使用CT斜坡的充电与快速 放电 来产生一个锯齿波。施密特触发器的上、下触发点电压限制了锯齿波。VCC、CT和RT值见正文。

提高线性度的一个简单技巧是:用较大的电压源为RTCT网络充电。电容C1的值至少是CT的10倍以上,它用作一个电荷泵。在锯齿波下降沿上,栅极输出为低时,电容C1通过二极管D1快速充电至VCC减去D1的正向电压。同时,CT则快速地通过D2放电。(拓展阅读: 电子元件采购

当CT电压的下降达到施密特触发器的下触发点时,栅极输出VT-返回为高。C1上的电荷使D1的负极电压等于电容C1电压与栅极高 输出电压 之和。D1成为反偏,而随着栅极的高输出电压,RTCT网络开始充电到C1上的电压。当CT达到施密特触发器的上触发点时,栅极的输出VT+回到低,如此循环重复。

斜坡线性度与VCC与V DD电源电压之和成正比。因为VDD固定为5V,如果VCC可以确定一个高于反相器的值,则可以提高斜坡的线性度。用下式可以估计斜坡的非线性误差:


分比,MI是斜坡的初始斜率,而MF则是斜坡的终斜率,且


用CT=100pF和RT=2.2kΩ做电路的模拟,并认可上式理论计算的值,就可以得到当VCC和VDD均为5V时,斜坡的非线性误差为28%;而当VCC为1 0 V , V D D为5 V时,误差为18%;VCC为15V,VDD为5V时,误差为14%。

面包板电路有VDD=V C C=5 V ,CT=100pF,以及RT=2.2kΩ。IC1是一个标准的双列8 脚74HC14 , 其传输延迟为15ns,而VDD为5V的SN74LVC1G14反相器的延迟则为4.4ns。频率约为12.7MHz。

CT应为低泄漏薄膜电容,要选择较小的值,以减少大能量的 充放电 。选择的CT值要足够大,高于栅极输入电容与多余的杂散电容,这样才不会带来明显的误差。选择RT时要选足够小的值,这样负载阻抗、栅极输入以及杂散电容就不会带来明显的误差。可以采用任何CMOS施密特触发器反相器来测试电路。但为了提高频率精度,应采用有低传播延迟和大输出电流的高速逻辑系列,如德州仪器公司的单栅极SN74LVC1G14。

在使用前述公式时,应从待测电路直接测量触发阈值电压,尤其是VT-。CT通过一个有限传播延迟反相器对地快速放电,会使斜坡的低限复位到低于下阈值VT-。如果使用VT-的测量值,它考虑了这种效应,就可以补偿所产生的误差。

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