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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。
( u+ f, c. x' f/ p. g2 o4 ^7 g3 F& 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。
. J. ?; s+ _( o; o' S# O% p
7 i$ H8 g6 d( o8 j7 h5 x

$ N$ a& S2 s4 l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:
8 ?4 a% Q% D9 o2 J! m2 D6 }8 Y9 K( C. [) T5 e2 B
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。

7 Z4 @3 x5 L0 Y/ A$ w
1 \3 R: I* y- ]4 z6 K  ]

* k3 E1 n% e% q* z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。

  w% _8 @& j" |6 i, f# j. ^
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, U$ h4 K! J: }  d7 O3 S5 ?  a
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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( a1 A9 `# R' K8 x
* [1 B: J9 I* F* M) X2 |: M
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。
" T7 y8 F1 r0 m1 t; J/ Y9 I
( V7 {9 i: I0 W* R
4 \6 R0 {+ z) ~% [* ^) J8 ]8 @' R

7 x/ u4 `0 e! p# v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。2 z" ]3 J( J$ v0 y' O

, v7 l4 e0 s+ w# F3 }三角波如何产生的:, f* \; `# r. j  c+ K! l  t- J

# L: {( h# {( [/ {" q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?" X6 o  N  b1 V( n
2 W5 _& o( C7 ?% Y+ Q, _; [; Q1 T
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:

9 [: M+ J, J. q! x$ j9 x, ?: ^8 e7 [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。" A4 R2 S( K6 |' w  W! @2 y

) x% I* w2 H! X* e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。
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8 p- M4 D8 \& ^$ `2 R: u3 d

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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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