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斜坡线性控制

2019-03-12 John Dunn 阅读:
斜坡线性控制
产生斜波波形最直接的方法是从恒流源驱动一个电容。如果恒流源是理想的,即其源阻抗无穷大,那么电容两端的电压将随时间线性上升。我们可以设计一个线性斜波发生器,通过调整电阻来调节其线性度,用于系统设计中其它部分的非线性补偿。

产生斜坡波形最直接的方法是从恒流源驱动一个电容。如果恒流源是理想的,即源阻抗无穷大,那么电容两端的电压将随时间线性上升。有各种方法可以产生电流源,这个话题先前已经探讨过(请参阅长岛IEEE顾问网络的文章《Current Pumps》)。V5Fednc

使用那篇文章中介绍的一个电流源,我们可以制作一个线性斜坡发生器,如图2的理想示意图所示。V5Fednc

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图1:线性斜坡发生器,其中R1=R2=R3=R4。V5Fednc

对线性度的要求是,由两个理想运算放大器和电阻R1至R5组成的电流源,从电容C1的角度看,呈现无限大的源阻抗。理论上,这可通过平衡R1至R4,即使R2/R1=R4/R3来实现。为简单起见,我们让R1~R4这四个电阻相等,而R5则随电流变化而改变。如图所示,变化比例因子是,通过R5流入C1的10mA电流可得到1V的V1电压。V5Fednc

接下来,我们故意打破这4个电阻的平衡。我们将讨论调整R3和R4的情况,调整R1和R2的情况也一样。V5Fednc

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图2:R4>R3时的非线性斜坡发生器。V5Fednc

我们如果增大R4,使R4>R3,电流源的源阻抗将从无穷大下降到某个正的欧姆数。斜坡波形经过一个时间常数后呈现出下凹的形状。电压上升期间的二阶导数是负值。V5Fednc

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图3:当R3<R4时的非线性斜坡发生器。V5Fednc

相反,如果我们减小R3,使之小于R4,但保持与上面相同的电阻比,那么它对斜坡波形的影响跟前面的完全相同。斜坡波形经过一个时间常数后呈现出下凹的形状。V5Fednc

然而,如果我们在另一个方向上移动R3/R4的比率,事情会变得有趣!V5Fednc

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图4:当R4<R3时的非线性斜坡发生器。V5Fednc

当降低R4使电阻在这个方向上失去平衡时,电流源的源阻抗从无穷大下降,但现在是负值。其影响是使斜坡波形呈现上凹形状。电压上升期间的二阶导数是正值。V5Fednc

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图5:当R3>R4时的非线性斜坡发生器。V5Fednc

与以前一样,通过R3而不是R4来调整电阻比具有完全相同的效果,即上凹形状。V5Fednc

将所有这三个波形放在一起可能有助于我们更直观地理解。V5Fednc

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图6:波形对比。V5Fednc

如果使R3和/或R4可变,则可以使用这一排列作为线性度调整。如果您需要在系统设计的其它部分补偿非线性度,该功能可能会有所帮助。V5Fednc

(原文刊登在ASPENCORE旗下EDN美国网站,参考链接:Ramp linearity control。)V5Fednc

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John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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