Существует множество схем генераторов треугольных/пилообразных импульсов, и многие из них основаны на легендарном КМОП аналоговом таймере LMC555. Но относительно немногие могут управляться напряжением, что затрудняет их программирование с помощью ЦАП, и большинство из них имеют небуферизованные выходы, для которых требуются дополнительные компоненты, если необходим ток нагрузки, превышающий несколько микроампер.
Амплитуда и форма импульсов генератора на Рисунке 1, напротив, управляется выходным напряжением ЦАП (например, ШИМ), а выходы имеют активную rail-to-rail буферизацию. Вот как это работает.
 |
|
| Рисунок 1. | Управляемый ЦАП генератор треугольных/пилообразных импульсов с необычной обратной связью. |
В генераторах на основе таймера 555 (почти) повсеместно обратная связь подается с выхода (выводы OUT или DISC) через RC-интегратор (пассивный или активный) на входы THR и TRG. Но схема на Рисунке 1 марширует под другой барабан, управляя колебаниями путем подачи сигнала обратной связи на вход CV (Control Voltage, управляющее напряжение). Это своеобразная уловка, но у нее есть два существенных преимущества.
Использование вывода CV для обратной связи освобождает входы THR и TRG для подачи напряжений, управляющих амплитудой, которые задают положения точек излома пилообразного напряжения для циклов интегрирования усилителя A1. В полупериоде спада напряжения направление его изменения меняется на противоположное, когда VCV снижается до уровня VTHR (VNHC), в то время как в полупериоде нарастания напряжения изменение направления происходит, когда VCV повышается до 2VTRG (VPHC). Это позволяет легко программировать пиковую амплитуду колебаний VPP с помощью входа, управляемого сигналом ШИМ (VPMW1), инвертора (U2) и резисторной цепи (R4 – R7):
Результат иллюстрируется Рисунком 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Зависимость амплитуды выходных треугольных импульсов от напряжения VPMW1. |
Обратите внимание, что максимальное значение VPP в конечном счете может быть ограничено предельно допустимым синфазным напряжением входа THR компаратора микросхемы 555. Этот параметр не указывается в технических описаниях LMC555, но для некоторых образцов устройства может достигать 1 В. Для таких компонентов это уменьшит максимальное значение VPMW1 и, следовательно, VPP до 3 В. Но это все равно почти в два раза больше амплитуды колебаний обычного таймера 555, составляющей V+/3 = 1.67 В, и поэтому все еще довольно неплохо. Частота колебаний обратно пропорциональна программируемому значению VPP. В качестве U2 может использоваться логический элемент микросхемы 74HC04 или аналогичной.
Еще одна приятная особенность такого использования входа CV заключается в том, что полярность сигнала обратной связи меняется на противоположную. Это аккуратно компенсирует инверсию сигнала, вносимую интегратором A1, устраняя необходимость в отдельном инверторе. Также удобно, что токи смещения входов TRG и THR составляют лишь десятки пикоампер. Это позволяет без потери точности использовать в цепях фильтрации пульсаций ШИМ многомегаомные сопротивления и малые емкости и снизить энергопотребление, благодаря чему общая мощность, потребляемая генератором, обычно не превышает 4 мВт.
Полезной особенностью генератора является программируемое получение как симметричных, так и асимметричных (пилообразных) импульсов. В этой схеме форма импульсов управляется напряжением VPMW2, как показано на Рисунке 3. Установка напряжения VPMW2 на значении 2.5 В дает симметричные треугольные импульсы, в то время как при настройках, смещенных к 0 или 5 В, получаются импульсы пилообразной формы. На rail-to-rail вход усилителя A1 можно подавать напряжения VPMW2 настолько близкие к земле или V+, насколько это необходимо для получения желаемой формы импульсов.
 |
|
| Рисунок 3. | Зависимость формы импульсов от напряжения VPMW2. |
Коэффициент заполнения на линии «Выход импульсов» отслеживает напряжение VPMW2, изменяясь почти от 0% при значениях VPMW2, близких к 0 В, до 50% при 2.5 В, и приближаясь к 100% при значениях VPMW2, близких к 5 В.
Незадействованный выход стока DSC (при добавлении подтягивающего резистора) удобен для получения выходных импульсов с амплитудой, отличной от V+, или в тех случаях, когда управляемая нагрузка настолько велика, что подключение ее к линии «Выход импульсов» может снизить точность генератора.
Показанные на схеме номиналы элементов R1 и C1 подходят для работы в диапазоне частот от 100 Гц до 1 кГц, но, конечно, могут быть изменены, чтобы обеспечить работу в любом желаемом частотном диапазоне, вплоть до практического предела около 10-20 кГц.
Напряжение V+ можно уменьшать до 3 В, что позволяет использовать различные напряжения питания логики. Работа схемы от этого не изменится, за исключением, конечно, максимальных выходных амплитуд.
Купить LMC555 на РадиоЛоцман.Цены
