Выходные импульсы изображенного на Рисунке 1 классического генератора Колпитца имеют фиксированный коэффициент заполнения. Заменив первый КМОП инвертор IC1A компаратором (Рисунок 2), генератор можно сделать более универсальным и полезным. В таком генераторе можно устанавливать не только частоту, но и коэффициент заполнения.
 |
|
| Рисунок 1. | У типичного генератора Колпитца на основе инвертора коэффициент заполнения импульсов фиксирован. |
Компаратор нужно использовать в инвертирующей конфигурации, обеспечивающей фазовый сдвиг 180°. В совокупности со сдвигом 180°, вносимым входной емкостной цепью, это создает условия для самовозбуждения генератора. Схема сравнивает синусоидальное напряжение на выходе емкостного фильтра с опорным напряжением, и в моменты совпадения уровней напряжений выход компаратора переходит из одного состояния в другое.
 |
|
| Рисунок 2. | Компаратор позволяет изменять коэффициент заполнения с помощью резисторов R1 и R2. |
Частота генерации определяется выражением:
где fO – частота генерации. При правильном выборе значений индуктивностей и конденсаторов, схема может генерировать на частотах до 10 МГц.
Скважность выходных импульсов зависит от величины опорного напряжения, которое легко устанавливается делителем R1 и R2. К сожалению, зависимость коэффициента заполнения от опорного напряжения имеет нелинейный характер из-за нелинейности синусоидального напряжения на выходе емкостного фильтра. К тому же, и амплитуда импульсов на выходе фильтра не постоянна, и зависит от скважности. Характер зависимости коэффициента заполнения от опорного напряжения можно легко определить экспериментально, при индуктивности фильтра 10 мкГн и емкостях 10 нФ.
Таблица 1. Зависимость коэффициента заполнения импульсов генератора от опорного напряжения
|
Опорное напряжение
(В) |
Коэффициент заполнения
(%) |
|
0.5
|
15.2
|
|
1
|
28.3
|
|
1.5
|
37
|
|
2
|
43.5
|
|
2.5
|
50
|
|
3
|
56
|
|
3.5
|
62.6
|
|
4
|
71.5
|
|
4.5
|
85.4
|
В схеме можно использовать любой быстродействующий компаратор, но обязательно, с rail-to-rail входами и выходами, чтобы расширить диапазон допустимых опорных напряжений, например, MAX987 фирмы Maxim. Это обеспечит более глубокую регулировку коэффициента заполнения, хотя минимальное значение никогда не достигнет 0%, а максимальное – 100%.
Задержка распространения компаратора TPD вносит фазовый сдвиг Δφ=2πfOTPD. Входная емкостная цепь компенсирует фазовый сдвиг, немного уменьшая частоту колебаний. Надежная работа генератора обеспечивается в диапазоне опорных напряжений от 0.5 до 4.5 В. При этом коэффициент заполнения изменяется примерно от 15 до 85% (Таблица 1). Используя двуполярное питание, можно получить биполярный выходной сигнал.
