Схема на Рисунке 1 не такая быстрая, как некоторые другие, но после входного скачка размахом в полную шкалу ее выходная частота 2.5 МГц устанавливается всего за 3 мкс. Это делает схему хорошим кандидатом для ЧМ-приложений или любых других областей, где требуется быстрая реакция на изменение входного сигнала. Линейность составляет 0.05% при температурном коэффициенте усиления 50 ppm/°C. Цепь коррекции, стабилизированная прерыванием, удерживает ошибку нулевой точки на уровне 0.025 Гц/°C. В этой схеме высокоскоростного распределения заряда также используется обратная связь по заряду. Схема обратной связи по заряду представляет собой сильно измененный, высокоскоростной вариант решения, первоначально описанного Р. А. Пизом [1]. Сервоусилитель здесь не используется, что обеспечивает быструю реакцию на скачки входного напряжения. Вместо этого заряд подается обратно непосредственно в генератор, который может реагировать немедленно. Хотя такой подход обеспечивает быстрый отклик, для достижения высокой линейности и низкого дрейфа он также требует внимания к паразитным параметрам.
 |
|
| Рисунок 1. | ПНЧ с выходной частотой от 1 Гц до 2.5 МГц и высокой скоростью отклика. |
При подаче входного напряжения оно интегрируется усилителем A1, выходное напряжение которого имеет отрицательный наклон (осциллограмма A, Рисунок 2). При пересечении этим напряжением нуля выход компаратора A2 переключается, и на выходе параллельной группы инверторов устанавливается низкий уровень (осциллограмма B). Быстрому срабатыванию способствует цепь прямой связи на инвертирующем входе A2. В результате напряжение на диодном мосте с источником опорного напряжения (ИОН) LT1004 ограничивается на уровне –2.4 В (–1.2 В на ИОН LT1004 плюс два падения напряжения –0.6 В на диодах). Местная положительная обратная связь на неинвертирующем входе A2 (осциллограмма C) ускоряет этот процесс. В течение этого интервала из суммирующего узла усилителя A1 через параллельную комбинацию элементов 50 пФ-50 кОм забирается заряд, в результате чего напряжение на выходе A1 быстро становится положительным (осциллограмма D). В результате на выходе параллельной группы инверторов устанавливается высокий уровень (осциллограмма B), а на диодном мосте с ИОН – +2.4 В. Теперь конденсатор 50 пФ получает заряд, а А1 снова интегрирует входное напряжение, и весь цикл повторяется. Частота этого процесса является линейной функцией входного напряжения.
 |
|
| Рисунок 2. | Осциллограммы сигналов в схеме ПНЧ. |
Диоды D1 и D2 предназначены для компенсации диодов моста. Включенный диодом транзистор Q1 компенсирует управляющий диод Q2. (Диодное включение транзисторов обеспечивают меньшую утечку из суммирующего узла, чем обычные диоды). Стабилизированный прерыванием операционный усилитель A3 стабилизирует смещение интегратора A1, устраняя необходимость в подстройке нуля.
Компаратор A4 защищает схему от защелкивания, которое может произойти из-за связанной по переменному току цепи обратной связи. Если схема защелкивается, на выходе A1 устанавливается напряжение отрицательной шины и остается таким. Это приводит к тому, что выходной уровень A4 (выход A4 используется в режиме эмиттерного повторителя) становится высоким. Выходное напряжение A1 теперь становится положительным, инициируя нормальное поведение схемы. Диод на инвертирующем входе усилителя A1 гарантирует, что этот цикл перезапуска будет доминировать над любым входным состоянием.
Резистор 50 кОм, параллельный конденсатору распределения заряда 50 пФ, улучшает линейность, обеспечивая полный разряд в каждом цикле, несмотря на эффекты «хвоста», обусловленные транзистором Q2. Указанный на схеме входной резистор имеет температурный коэффициент, противоположный температурному коэффициенту конденсатора.
На Рисунке 3 показана реакция схемы на скачок напряжения. Осциллограмма A – это вход, а осциллограмма B – выход. Скачок частоты происходит быстро и чисто, без видимых признаков плохой динамики или постоянных времени.
 |
|
| Рисунок 3. | Отклик ПНЧ на ступенчатое изменение напряжения. |
Для настройки схемы подайте на вход напряжение 5.000 В и потенциометром 5 кОм установите выходную частоту 2.500 МГц. Низкое смещение усилителя A3 делает ненужной подстройку нуля. Схема поддерживает линейность 0.05% с дрейфом 50 ppm/°C при частоте выходных импульсов от 1 Гц до 2.5 МГц. Совместимый с ТТЛ выходной сигнал доступен на коллекторе транзистора Q3 (осциллограмма E).
Ссылка
- Pease R. A., “A New Ultra-Linear Voltage-to-Frequency Converter,” 1973 NEREM Record, Vol. I, page 167.
Купить LT1004 на РадиоЛоцман.Цены
