本设计实例可以避免产生标准张驰振荡器的RC充电波形,代之以线性的上升/下降三角波。实例中使用正反馈来增加每半个周期的充电速率,并使曲线变直。

该振荡器由施密特触发比较器U1和同相加法器U2组成。振荡是由与驱动张驰振荡器相同的驱动原理实现的,当电容电压达到滞后阈值时翻转比较器输出。这个滞后电压HsV取决于比较器的正反馈环路中的R1和R2值。

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滞环设定了C1上三角波的幅度。

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比较器输出是一种三角波,其幅度取决于U1的输出级信号。这个信号被加法器之前的R3和R4所衰减,否则三角波将恢复为RC曲线。

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由于V(D)必须稳定,因此R3与R4的值低至周边电阻的几分之一;R3+R4是比较器的主要负载。建议采用小阻值(这里是1kΩ),与可接受的U1输出负载相当,不过所有值都可以按比例扩大。

U2加法器将V(D)和电容电压V(C)累加在一起,并乘以R7与R8定义的增益2。它的输出通过R9给C1充电。当V(D)为±½ V(U1Out),电容电压将表现为线性斜率的直线,进而形成三角波。

加法器的输入电阻R5与R6将两个电压除以2。巴克豪森稳定性准则要求单位增益以完成振荡,因此加法器增益必须恢复这个损耗:

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如果R5=R6和R7=R8,那么Vout = V(C) + V(D)。

累加过程可以描述为两个时间函数:一个从T0到T1,其中因V(D)是正值,故V(C)T0 = -HsV,V(C)T1 = +HsV;另一个从T1到T2,过程与之相反:因V(D)是负值,故V(C)T2 = -HsV。每个整数部分必须为零,因为不存在直流偏移。

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求解该方程通式,其中V(C)初始值为0,V(D)在正负之间翻转:V(C)的最优解是V(D)和时间的线性函数。当V(C)达到±HsV时,V(D)将在正和负之间翻转。如果V(D)增加,频率也随之增加。

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运放的摆率限制了这种应用的频率。比较器输出必须保持方波形状,因此最小周期可以用总偏移和因子10进行定义:

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在这个最大频率点,经过R9和C1的加法器输出电流必须可以由运放来驱动。如果必要的话,可以计算RC阻抗和C1的值——在这个例子中,为了满足2kΩ的总要求:R9= 1kΩ, XC = 1kΩ。

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输出频率等于:

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通过R4在V(D)中增加直流分量可以对占空比进行调整。可用的调整范围大约是10%-90%。

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《电子技术设计》2016年12月刊版权所有,谢绝转载。

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