Журнал РАДІОЛОЦМАН, березень 2012

Luca Bruno, Італія

EDN

У широтно-імпульсних модуляторах часто використовуються аналогові генератори пилкоподібної напруги. Показана на рисунку 1 недорога схема такого генератора може використовуватися в малопотужних додатках на частотах до 10 МГц. Схема відрізняється хорошою лінійністю робочого ходу і стабільністю частоти.

Малюнок 1.

Для генерації пилкоподібної напруги використовується заряд і швидкий розряд конденсатора CT.Розмах «пили» обмежується верхнім і нижнім граничними напруженнями тригера Шмітта.

Схема зроблена на одному инвертор з вхідним тригером Шмітта, що працює як модифікований мультивібратор. Вихідна напруга знімається з времязадающего конденсатора CT, напруга на якому змінюється від нижнього до верхнього порогів інвертора. RTCT заряджається постійною напругою, тому напруга на конденсаторі наростає по експоненціальному закону і апроксимувати його прямою лінією можна лише на початковій ділянці експоненти.

Найпростіший спосіб поліпшити лінійність пилкоподібної напруги - збільшити напругу живлення ланцюжка RTCT. Для цього в схему доданий виконує функцію генератора підкачки заряду конденсатор C1 з ємністю, принаймні, на порядок більшою, ніж CT. Під час спадаючого фронту «пили», при низькому рівні на виході інвертора, цей конденсатор швидко заряджається через діод D1 до напруги VCC мінус пряме падіння напруги на діоді. В цей же час конденсатор CT розряджається через діод D2.

Коли спадаючий фронт напруги на CT досягне нижнього порога VT- тригера Шмітта, на виході інвертора встановиться високий логічний рівень. Розпочнеться заряд конденсатора C1, і на катоді діода D1 встановиться сума напруг на C1 і на виході інвертора. D1 закриється, і ланцюг RTCT почне заряджатися, прагнучи зрівнятися з напругою на конденсаторі C1. У момент, коли напруга на CT підніметься до верхнього порогу VT + тригера Шмітта, вихід інвертора повернеться в «лог. 0 »і цикл почне повторюватися.

Лінійність «пили» пропорційна сумі напруг харчування VCC і VDD. Оскільки VDD одно +5 В, і фіксоване, покращувати лінійність залишається тільки за рахунок VCC. Оцінити ступінь нелінійності робочої області пилкоподібної напруги можна за допомогою наступного виразу:

де

ENL% - помилка нелінійності в процентах,
MI - кут нахилу робочої області «пили» на початковій ділянці,
MF - кут нахилу робочої області на кінцевій ділянці,

і

де

VF - пряме падіння напруги на діоді D1.

Постійна часу RTCT визначає частоту пилкоподібної напруги FO. Оцінити цю частоту, нехтуючи часом розряду CT і будь-яким розрядом C1, можна за допомогою формули:

де

K - константа, яка визначається з наступного виразу:

Моделювання схеми зі значеннями CT = 100 пФ і RT = 2.2 кОм показує, що нелінійність пилкоподібної напруги дорівнює

• 28% при VCC = VDD = 5 В,
• 18% при VCC = 10 В і VDD = 5 В,
• 14% при VCC = 15 В і VDD = 5 В.

Був зібраний макет схеми, в якій VDD = VCC = 5 В, CT = 100 пФ і RT = 2.2 кОм. Як інвертора використовувалася мікросхема 74HC14 в стандартному корпусі DIP, що має затримку поширення 15 нс (проти 4.4. нс у SN74LVC1G14 при напрузі живлення 5 В). Виміряна частота дорівнювала приблизно 12.7 МГц.

Частотозадающіх конденсатор CT повинен бути плівковим, з низьким струмом витоку, а його ємність не повинна бути великою, щоб скоротити витрати енергії при перезаряді. У той же час, для зменшення внесених помилок, ємність CT повинна значно перевершувати ємність входів мікросхеми і паразитні ємності.

Опір RT вибирайте досить невеликим, щоб знизити вплив паразитних ємностей.

Як IC1 можна використовувати будь-який КМОП інвертор з тригером Шмітта на вході. Однак для підвищення стабільності частоти слід вибирати мікросхеми з найбільш швидкодіючих сімейств, з малим часом затримки поширення і великим вихідним струмом. Цілком підійде випускається Texas Instruments одновентільний інвертор SN74LVC1G14.

Щоб скористатися наведеними вище виразами, потрібно прямо в схемі виміряти порогові напруги тригера Шмітта, особливо VT-. Необхідно брати до уваги, що через кінцевої затримки поширення інвертора розряд CT переривається не в момент досягнення порогу VT-, а дещо пізніше. Цей факт слід враховувати, щоб компенсувати помилку розрахунків, виконуваних на основі виміряних значень VT-.