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频率、波形和振幅可调的555三角波发生器

2023-03-31 17:51:54 Stephen Woodward 阅读:
本设计实例基于555模拟定时器,它可以产生任意三角波/锯齿波,其波形和频率由电位器控制。

本设计实例基于555模拟定时器,它可以产生任意三角波/锯齿波,其波形和频率由电位器控制。hjDednc

如果我们能整理出围绕555模拟定时器所设计的所有振荡器,那这将令人难以置信。这个“电路聚宝盆”当中涵盖了可变占空比、线性斜坡、三角波和锯齿波等各种波形。本文所描述的拓扑探索了一些新的可能,它不仅新颖而且有用,因此希望它不只是纸上谈兵。hjDednc

1给出了这种新的振荡器,它基于CMOS 555 U1所构成的反馈回路,并带有RRIO(轨到轨输入输出)运算放大器积分器A2,用于生成具有可调频率(通过R1)、波形(通过R2)和振幅(通过R3)的线性三角波输出信号(Tout)。下面来介绍它的工作原理。hjDednc

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图1:三角波/锯齿波等波形振荡器。hjDednc

A2的积分器本质上是反相的,因此信号链中的某处就需要产生互补信号反相以取消反转并使A2能为U1提供正反馈。这就是A1的工作——尽管把高大上的运算放大器用作基本的反相器对它来说可能有点贬低。hjDednc

A1的轨到轨输出(–Pout=Vss到Vdd)和波形设置电压VR2(同样是Vss到Vdd)之差是A2积分的输入,从而产生线性斜坡电压dV/dT=-(–Pout–VR2)/R1C2。这种关系使得振荡器频率与R1成反比,理论上随着R1接近完全顺时针即零电阻而无限增加。hjDednc

(–Pout–VR2)微分关系使Tout波形可通过R2调节。2显示了旋转R2(从0.05到0.95顺时针)对Tout的影响。A2的RR输入使其得以运作,即使将R2移动到任意接近Vdd(完全顺时针)或Vss(完全逆时针)。hjDednc

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图2:随着R2变化的三角波输出(Tout)波形。hjDednc

根据2,将R2设置为中位值(0.5)会产生对称的三角波,而将其设置为接近0或1.0则会产生锯齿波。脉冲输出Pout的占空比也跟随R2变化,其范围从R2接近零时接近0%,到R2在中位值时为50%,到R2接近完全顺时针时接近100%,而反函数–Pout则用于提供补充。hjDednc

3显示了R3、R4和R5反馈回路如何控制Tout振幅,从接近零(R3完全逆时针)到2Vdd/3(完全顺时针)可变,后者是通常555 Vdd/3振荡跨度的两倍。这是通过在将复合信号输入到U1的Th(阈值)和Tr(触发)引脚之前将Pout和–Pout脉冲的可调比率与A2的斜坡相加来实现的。该总和抵消了A2斜坡的开关点。Tout以Vdd/2为中心保持对称。hjDednc

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图3:Tout振幅与R3的关系,0=完全逆时针,1=顺时针。hjDednc

请注意,R3对Pout或–Pout幅度没有影响,它们始终具有完整的Vss到Vdd偏移。hjDednc

振荡频率受波形和振幅变化的影响,但波形和振幅与频率无关,且相互独立。因此最简单的设置方法是先调整波形(R2)和幅度(R3),再设置频率(R1)。这将最大限度地减少重复交互“追尾”调整的需要。hjDednc

为C2给出的0.01µF电容值适用于kHz范围内的工作频率,但也可以针对几乎任何首选范围进行更改,增加C2可降低频率,降低C2则可提高频率。hjDednc

所有输出都经过有源缓冲并且为低阻抗,而使其对负载不敏感,并且很少需要额外的缓冲。hjDednc

温度稳定性主要取决于电阻器和电容器的温度系数,因为555和2372在这方面非常出色。hjDednc

总Vdd电流消耗将取决于Vdd、工作频率和输出负载,但通常小于3mA。该振荡器在低至3V的电源电压下工作的能力,低于大多数其他基于555的线性斜坡发生器。hjDednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:555 triangle generator with adjustable frequency, waveshape, and amplitude; and more!,由Franklin Zhao编译。)hjDednc

本文为《电子技术设计》2023年4月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里hjDednc

责编:Franklin
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Stephen Woodward
W .Stephen Woodward是仪表、传感器和计量学自由顾问,是EDN设计实例栏目最高产且最富创意的作者之一。
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