Схема ШИМ на операционном усилителе

Texas Instruments TLC393 LM393

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2019

Ferran Bayes

EDN

Эта схема напоминает схему, описанную в [1], но отличается от нее большей простотой. Схема формирует прямоугольные импульсы, коэффициент заполнения которых изменяется между 0 и 100% в соответствии с входным сигналом постоянного напряжения, изменяющимся от 0 до 5 В (Рисунок 1). Как и в вышеупомянутой схеме, частота не постоянна (Рисунок 2), но схема настолько проста, что в определенных приложениях может быть полезна. Благодаря гистерезису, создаваемому резистором R2, и RC-цепочке с постоянной времени R3C1, компаратор превращается в генератор прямоугольных импульсов (Рисунок 3). Напряжение V– на инвертирующем входе колеблется между двумя пороговыми уровнями VTH и VTL. Если предположить, что R2 >> R1, то напряжение V+ всегда будет очень близким к VIN. Цепь R3C1 усредняет выходной сигнал VOUT, а постоянное напряжение на входе V– пропорционально коэффициенту заполнения VOUT. Замкнутая петля обратной связи стремится сделать напряжение V– равным V+, поэтому коэффициент заполнения импульсов на выходе VOUT пропорционален VIN.

Эта управляемая напряжением схема ШИМ является воплощением простоты.
Рисунок 1. Эта управляемая напряжением схема ШИМ
является воплощением простоты.
 
Зависимость частоты выходного сигнала от входного напряжения имеет нелинейный характер.
Рисунок 2. Зависимость частоты выходного сигнала от входного
напряжения имеет нелинейный характер.
 
Зависимость частоты выходного сигнала от входного напряжения имеет нелинейный характер.
Рисунок 3. Напряжение на инвертирующем входе изменяется линейно.

Напряжение VOH определяет как высокий уровень выходного сигнала, так и диапазон полной шкалы управляющего напряжения VIN. Оно может иметь любое значение, не выходящее из диапазона допустимых синфазных входных напряжений компаратора. Математический анализ схемы будет прост, если, учитывая, что разность VTH – VTL мала, экспоненциальную характеристику заряда и разряда C1 аппроксимировать линейной зависимостью. Во время фазы заряда ток приблизительно равен (VOH – VIN)/3, поэтому:

Аналогично, во время фазы разряда можно считать, что ток равен VIN/3, и

Сопоставление двух уравнений дает

и коэффициент заполнения D равен

Можно видеть, что коэффициент заполнения прямо пропорционален VIN. При VIN = 0 В он равен 0%, а при VIN = VOH равен 100%. Более того, коэффициент заполнения по существу не зависит от номиналов компонентов, при соблюдении ограничения R2 >> R1, необходимого для того, чтобы гистерезис оставался небольшим. Обратная зависимость между коэффициентом заполнения и VOH может быть полезна в некоторых приложениях, поэтому VOH можно рассматривать как дополнительный вход. Выходная частота соответствует соотношению

достигая своего максимума при VIN = VOH/2.

Сравнительные испытания схемы с КМОП компаратором TLC393 и биполярным LM393 показали, что с TLC393 схема лучше работает при низких входных напряжениях VIN благодаря более низкому уровню нуля на выходе. Не допускайте перегрузки выхода компаратора; используйте при необходимости буфер, поскольку нагрузка может ухудшать уровни выходных сигналов.

Ссылки

  1. Low-power PWM circuit is simple, inexpensive

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments TLC393
  2. Datasheet Texas Instruments LM393

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: PWM circuit uses one op amp

Цена TLC393TLC393 на РадиоЛоцман.Цены — от 0,84 до 170 руб.
39 предложений от 27 поставщиков
Исполнение: SO8-150-1.27. Компаратор Число компараторов в корпусе : 2 Тип выхода : Open-Drain Логика : MOS Напряжение питания В: 3…16 Ток...
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ТриемаTexas InstrumentsTLC393IDR1 руб.
Стандарт СИЗTexas InstrumentsTLC393CDR8 руб.
КимTexas InstrumentsTLC393IDR78 руб.
Океан ЭлектроникиTexas InstrumentsTLC393CDRSMпо запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя