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如何用比较器实现VF转换(三角波发生电路)

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发表于 2021-10-29 15:09 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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电路设计在很大程度上,其实是对波形的一种转换。比如说三极管开关电路,它所实现的就是PWM电压幅值的转换;比如说恒流源电路,它实现的就是电压→电流的转换;BUCK、LDO实现的是直流电压源幅值的转换,等等。同样的,在电路设计中也经常会需要对电压→ 频率的转换,或者简称VF转换。  k- {5 L4 [# _% H& w
# H* s  [' z/ U  J6 D/ @
下面介绍一种比较实用且相对简单的VF三角波发生电路。

7 i8 b6 _( s6 ~) p9 \8 S

8 A* ~+ N: P2 }! z

  Z2 `  s3 s8 h我们看上面这个电路,由1个比较器+5个电阻+1个电容构成了一个VF转换电路,C点输出的是三角波。它的大致工作原理是:2 ?8 F& T! d; c; d/ N
- O' K: X+ L) _( z6 I6 M
当比较器输出高电平时,此时电路可以等效为下面左边这个电路;2、当比较器输出低电平时,电路可以等效为下面右边这个电路。

% J# _* A2 q6 h0 F! q
8 l( P! P7 b) ~6 t

+ Q% O/ h! q! M( V那么,对于A点来说,它就会有2个不同节点电压,这2个节点电压对应的就是比较器正输入端的2个不同的电位V1、v2。其实从上面2个电路图中可以看出来,左边的B点电位高,所以对应的A点电位就是高电位V1;右边的B电电位低,所以对应的A电电位就是低电平V2。

; g: A7 W1 _4 q: k) _' T0 z: r# E

3 q. ~$ V( j" ]* k( i8 Y! V7 T  Q/ x. s  Q
假设当比较器输出高电平时,此时对应了A点电位是V1,那么,5V电源通过上拉电阻和R4对电容C1进行充电。

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* F6 b* s, Q% J" D3 V: M5 B/ C2 M. Z
这里可以假设5V电源刚刚上电时刻,A点作为比较器的正输入端对应了一个分压值,而负输入端由于在刚刚上电时刻,电容压降为0V,所以V+>V-,此时比较器输出的就是高电平。那么刚刚对应的A点分压值就是V1高电位(或者称之为高阈值)。当比较器输出高电平的同时,5V电源给C1进行充电,从0V开始不断上升,当上升到V1时,V- > V+(也就是V1),比较器输出低电平。
8 t/ a' D* v% g( P
3 l, D* G; X+ S% [5 p
4 [8 z. A& E  B/ `+ d  ?

* p% n$ j) ^3 Z$ a6 T$ ], l4 P当比较器输出低电平时,此时A点电位对应的就是V2低电压(或者称之为低阈值),同时电容通过R4电阻对地进行放电。当电容上的电压从V1放到了V2时,V+ > V-,比较器又会输出高电平。如此往复,电容C就不断的通过充放电来实现三角波输出。3 d, \; J- }) ]9 l* V: }2 B

7 j2 A1 l6 [$ m# W, D( l三角波如何产生的:( V, V# K& R6 G, O4 H0 g$ ?- {1 Y1 ]

. Q/ q0 u7 \! l, P+ Y% w接下拉再来一起看一个电路模型,来研究一下电容充放电波形,看看它和三角波是什么关系?
% E  @& ^, F0 F( x

, U6 }: k& a% V$ E$ }% r3 c$ a" k上面这个电路是电容充放电的一个等效模型图。当开关拨到左边时,此时5V电源通过Rc电阻对电容进行充电。假设电容初始电压为0V,那么它的充电曲线就是图中所示,整体是一个非线性模型,如果用公式表示的话,应该是这样的:

( ~0 t+ i$ P8 L. ^7 S如果电容从0V充到电源电压的话,其实就是一个非线性的指数函数关系。( w0 d  C" t( T' Z' G; ~9 x

) b) K8 R, M* r; ]2 w4 z1 v0 e' J9 V当电容充满电开关拨到右边时,此时电容上的电压就会通过RF 电阻进行放电。
% n/ z% B' w& H7 N

( z3 d5 x& F/ t! S% M/ @# j5 e

' T( R8 d- E. w* Q* J' q; r$ B
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+ q1 d$ t" Z1 P  I' M
4 H4 S* O1 e7 `

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2#
发表于 2021-10-29 15:15 | 只看该作者
电路设计在很大程度上,其实是对波形的一种转换

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3#
发表于 2021-10-29 16:13 | 只看该作者
三极管开关电路,它所实现的就是PWM电压幅值的转换
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