Инженеры уже давно используют схемы генераторов колебаний специальной формы, основанные на аналоговых интеграторах и компараторах с большим гистерезисом. Выходные сигналы этих схем часто зависят от изменений температуры, напряжения источника питания, тока нагрузки и разброса параметров компонентов. Однако, используя схему на Рисунке 1, в классический генератор треугольных/прямоугольных импульсов можно вдохнуть новую жизнь. В этой схеме используются прецизионный источник опорного напряжения и диодная цепь (элементы IC1, IC2 и IC6), сдвоенный однополюсный двухпозиционный аналоговый коммутатор IC3, интегратор IC4, и компаратор IC5. В результате получается генератор пилообразных и прямоугольных импульсов, сохраняющий стабильность амплитуды выходного сигнала, независимо от воздействия всех перечисленных негативных факторов. Для достижения стабильного большого гистерезиса в схеме используется метод коммутации опорных напряжений на входе компаратора IC5. В статьях [1] и [2] содержится более подробная информация, в частности о том, как диоды с барьером Шоттки в IC6 подавляют инжекцию заряда.
 |
|
| Рисунок 1. | Создание гистерезиса путем переключения прецизионных опорных напряжений в генераторе сигналов обеспечивает высокую нечувствительность амплитуды треугольных импульсов к изменениям напряжения питания. |
Изначально напряжение на выходе компаратора IC5 имеет низкий уровень, поэтому к его инвертирующему входу через аналоговый коммутатор ADG736 (IC3) подключено положительное опорное напряжение, VREF+. Одновременно переключатель S2 подключает отрицательное опорное напряжение VREF– к резистору RI интегратора. При низком напряжении на выходе компаратора выходное напряжение интегратора VINT линейно нарастает, пока не достигнет положительного порога компаратора VREF+. Выходной уровень компаратора меняется на высокий, вследствие чего включаются каналы B обоих мультиплексоров, а каналы A размыкаются.
Когда положения переключателей меняются, интегратор начинает интегрировать положительное опорное напряжение VREF+, и VINT линейно уменьшается, пока не достигнет уровня отрицательного порога компаратора VREF–. Затем цикл повторяется. Напряжения VREF+ и VREF– создаются биполярным опорным источником, содержащим микросхемы IC1 и IC2. Эта часть схемы представляет собой небольшую модификацию схемы из более ранней статьи [3].
По мере повторения циклов нарастания/спада на выходе интегратора формируются симметричные треугольные импульсы VINT, а на выходе компаратора – прямоугольные импульсы VCOMP. Амплитуда VINT примерно равна
Коэффициент заполнения прямоугольных импульсов близок к 50%. Пороги компаратора не зависят от выходной нагрузки, так как они получены от прецизионного источника опорных напряжений. Поэтому схема имеет низкую чувствительность частоты повторения выходных импульсов к изменениям напряжения питания и нагрузки. В упрощенной модели генератора амплитуда треугольных импульсов на выходе интегратора больше не зависит от изменений напряжения питания.
Эксперимент показал, что увеличение напряжения питания VS с 5.0365 до 5.437 В увеличивает амплитуду треугольных импульсов на 2.85 мВ, что составляет 0.285% от полной шкалы. При тех же условиях в классическом генераторе треугольных/прямоугольных импульсов увеличение амплитуды обычно составляет 8%. Таким образом, эта схема снижает зависимость амплитуды от изменения напряжения питания примерно в 28 раз.
При тестировании этой схемы можно ожидать, что при напряжении питания 5.0365 В выходная частота будет равна 1.366 МГц. При напряжении питания 5.437 В выходная частота составит 1.368 МГц. Частота повторения задается постоянной времени. В данном случае – для идеального компаратора и идеальных переключателей – частота повторения равна единице, деленной на четыре постоянных времени. Задержка распространения компаратора и время включения/выключения переключателей уменьшают частоту повторения ниже идеального значения.
Ссылки
- Marián Štofka. Два опорных напряжения повышают точность гистерезиса
- Marián Štofka. Диоды Шоттки улучшают реакцию компаратора на переходные процессы
- Marián Štofka. Точный биполярный источник опорного напряжения
Купить AD8475 на РадиоЛоцман.Цены
