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具有独立频率和占空比调整功能的矩形脉冲发生器

2021-07-05 15:56:01 Michael A. Shustov 阅读:
之前已知的具有调节占空比的RC矩形脉冲发生器方案都有一个无法根除的缺点:改变脉冲填充因子(D)会不可避免地改变所生成的频率。本文针对RC发生器中独立频率和填充因子调整问题提出两种新解决方案。

之前已知的具有调节占空比的RC矩形脉冲发生器方案都有一个无法根除的缺点:改变脉冲填充因子(D)会不可避免地改变所生成的频率。我在别处描述了具有单独频率和填充因子控制的发生器方案(参考文献1~3)。以下是针对RC发生器中独立频率和填充因子调整问题的两种新解决方案。vuTednc

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图1:此逻辑门矩形脉冲发生器具有可调频率和占空比。vuTednc

1中的发生器工作原理如下:当将设备开启时,电容器C1放电,因此U1A(U1)的输出为高电平。这个高电平输出通过D1-R4链路对电容器C1快速充电,直到C1达到逻辑元件从低变高的开关电压阈值,此时U1A的输出变低。当U1A的输出变低时,电容器开始通过R1和R2+R3的并联组合遵循指数曲线放电(图2)。当C1达到从高变低的开关阈值时,U1A的输出变为高电平,然后循环往复。vuTednc

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图2:发生器所产生的脉冲序列与输出占空比无关。vuTednc

U1A开关阈值的滞回特性有助于决定所产生的脉冲序列的频率。使用15V的电源电压(Vdd)以及CD4093数据手册(第4页)中所给出的公式,开关频率大致为:vuTednc

f (单位:kHz) = 1,152/(Rs × C1)vuTednc

其中,Rs = ((R1 × R2) + (R1 × R3))/(R1 + R2 + R3)vuTednc

由于电位器的连接方式,电路所看到的电阻R3是可变的,因此电位器可用于设置频率。发生器会在200Hz至1100Hz的频率范围内可靠运行,并在向上至少500kHz的频率下保持运行。vuTednc

逻辑元件U1B的输入引脚也连接到电容器C1以及电位器R1的中间引脚。调整这个充当分压器的电位器,就可以调整U1B输入引脚6上所看到的C1电压的比例。这个比例越大说明输入会越快达到开关阈值,而其越小则会越慢达到阈值。然后,调整R1就可以平滑地更改逻辑元件U1B开关周期中的时刻,从而调整其输出脉冲的宽度(Uout)。该电路可实现从接近0%到100%的占空比。此外,这种占空比调整不会影响所生成的频率。vuTednc

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图3:此锯齿波脉冲发生器也具有可调节的占空比。vuTednc

3中所示的另一种矩形脉冲发生器可在27Hz到1000Hz的频率范围内运行,并且还可以单独调整频率和填充因子。该电路由锯齿波脉冲发生器(U1 CD40106)和具有可调开关阈值的比较器(U2 LM339)所组成。vuTednc

锯齿波脉冲发生器使用Q1为U1A CD40106元件所创建的RC发生器提供稳定的电流源。这种组合可在电容器C1上产生一个锯齿形电压,当频率改变时,它的形状不会改变(图4)。电位器R2用来控制电流源,从而控制C1的充电速率,进而决定脉冲频率。电位器R6用来控制比较器(U2A LM339)的开关阈值,并相应地控制输出(Uout)波形的填充因子。电阻器R5和R7用来为调整脉冲填充因子D设置限值。vuTednc

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图4:锯齿波的线性上升时间确保了占空比也是电位器设置的线性函数。vuTednc

由于电容C1上的电压随时间线性变化,调节电位器R6时输出信号的宽度也呈线性变化。这就与第一个发生器形成对比,第一个发生器是对填充因子进行非线性调整。vuTednc

参考文献

  1. The pulse generator with separate adjustment of frequency and duty cycle, M.A. Shustov, Radioamateur (Belarus), No 9, p. 21, 2018.
  2. Rectangular Pulse Generator with Independent Frequency and Duty Cycle Control, M.A. Shustov, Radiolotsman (Russia), No 5, pp. 52–53, 2018.
  3. Independent Width and Frequency Adjustment Bipolar Impulser, M.A. Shustov, Radiolotsman (Russia), No 5, pp. 54–55, 2018.

本文授权编译自EDN姐妹网站Planet Analog,原文参考链接:Rectangular pulse generators feature independent frequency and duty-cycle adjustment。由赵明灿编译。)vuTednc

本文为《电子技术设计》2021年7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vuTednc

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