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如何用RC振蕩器產生線性三角波?

本設計實例可以避免產生標準張馳振蕩器的RC充電波形,代之以線性的上升/下降三角波。實例中使用正反饋來增加每半個周期的充電速率,并使曲線變直。該振蕩器由施密特觸發比較器U1和同相加法器U2組成。振蕩是由與驅動張馳振蕩器相同的驅動原理實現的,當電容電壓達到滯后閾值時翻轉比較器輸出。這個滯后電壓HsV取決于比較器的正反饋環路中的R1和R2值。

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滯環設定了C1上三角波的幅度。

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比較器輸出是一種三角波,其幅度取決于U1的輸出級信號。這個信號被加法器之前的R3和R4所衰減,否則三角波將恢復為RC曲線。


由于V(D)必須穩定,因此R3與R4的值低至周邊電阻的幾分之一;R3+R4是比較器的主要負載。建議采用小阻值(這里是1kΩ),與可接受的U1輸出負載相當,不過所有值都可以按比例擴大。


U2加法器將V(D)和電容電壓V(C)累加在一起,并乘以R7與R8定義的增益2。它的輸出通過R9給C1充電。當V(D)為±? V(U1Out),電容電壓將表現為線性斜率的直線,進而形成三角波。


加法器的輸入電阻R5與R6將兩個電壓除以2。巴克豪森穩定性準則要求單位增益以完成振蕩,因此加法器增益必須恢復這個損耗:


如果R5=R6和R7=R8,那么Vout = V(C) + V(D)。


累加過程可以描述為兩個時間函數:一個從T0到T1,其中因V(D)是正值,故V(C)T0 = -HsV,V(C)T1 = +HsV;另一個從T1到T2,過程與之相反:因V(D)是負值,故V(C)T2 = -HsV。每個整數部分必須為零,因為不存在直流偏移。


求解該方程通式,其中V(C)初始值為0,V(D)在正負之間翻轉:V(C)的最優解是V(D)和時間的線性函數。當V(C)達到±HsV時,V(D)將在正和負之間翻轉。如果V(D)增加,頻率也隨之增加。


運放的擺率限制了這種應用的頻率。比較器輸出必須保持方波形狀,因此最小周期可以用總偏移和因子10進行定義:


在這個最大頻率點,經過R9和C1的加法器輸出電流必須可以由運放來驅動。如果必要的話,可以計算RC阻抗和C1的值——在這個例子中,為了滿足2kΩ的總要求:R9= 1kΩ, XC = 1kΩ。


輸出頻率等于:

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通過R4在V(D)中增加直流分量可以對占空比進行調整。可用的調整范圍大約是10%-90%。

圖片加載中...

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