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MAX9000及無源器件實現(xiàn)三角波發(fā)生器

     能夠產(chǎn)生三角波的波形發(fā)生器在許多“掃描”電路和測試設(shè)備中非常有用。例如，開關(guān)電源和感應(yīng)馬達控制電路就需要用三角波發(fā)生器實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)制(PWM)。本文介紹如何使用單片MAX9000，配合幾個無源器件實現(xiàn)簡單的三角波發(fā)生器。MAX9000集成了一路高速運放、一路高速比較器和一個精密帶隙基準。

　　電路描述

　　圖1所示為三角波發(fā)生器的基本電路，包括兩部分功能：積分器用于產(chǎn)生三角波輸出;帶有外部滯回的比較器(施密特觸發(fā)器)用于控制三角波幅度。

圖1 三角波發(fā)生器的基本電路

　　運放被配置成產(chǎn)生三角波的積分器，其基本原理為對恒壓積分產(chǎn)生一個線性斜坡電壓，積分器輸出反饋到施密特觸發(fā)器反相輸入端。施密特觸發(fā)器的反轉(zhuǎn)閾值根據(jù)三角波峰值電壓設(shè)定。

　　但圖1所示電路有一個缺點，三角波峰值電壓必須與比較器反相輸入端的基準電壓對稱。如要產(chǎn)生從0.5V到4.5V的波形，則需要(0.5V + 4.5V)/2 = 2.5V的基準電壓，由于標準帶隙基準的電壓是1.23V，所以最好能夠不依賴基準電壓獨立設(shè)置三角波輸出電壓。圖2中加在滯回網(wǎng)絡(luò)上的電阻R3即可幫助實現(xiàn)這一功能，使用R3后，MAX9000輸出的三角波峰值便不再受到基準電壓的影響。

圖2 MAX9000實現(xiàn)三角波發(fā)生器

　　設(shè)計步驟

　　第一步：設(shè)計施密特觸發(fā)器

　　a) 選擇R2

　　比較器的CIN+引腳的輸入偏置電流小于80nA。為了降低輸入偏置電流帶來的誤差，流過R2的電流至少也應(yīng)該有 8μA。由于R2電流等于(VREF - VOUT)/R2，考慮到輸出有兩個狀態(tài)，分別計算R2：

　　R2 = VREF/IR2

　　以及:

　　R2 = [(VDD - VREF)/IR2]

　　在兩個結(jié)果中選擇較小的一個，例如，如果VDD = 5V, VREF = 1.23V, IR2 = 8μA，計算得到的兩個R2的結(jié)果分別為471.25kΩ和153.75kΩ。因此R2選用154kΩ。

　　b) 選擇 R1和 R3

　　在三角波上升沿，比較器輸出低電平(VSS);同樣，在三角波下降沿，比較器輸出高電平(VDD)。因此，比較器必須要在三角波峰值和谷值處反轉(zhuǎn),對比較器同相輸入端進行節(jié)點分析，解方程即得出這兩個閾值。

　　第二步：產(chǎn)生精確三角波(積分器設(shè)計)

　　根據(jù)比較器的兩種輸出值，可計算出流經(jīng)R4的電流：

　　IR4 = (VDD - VREF)/R4 和：IR4 = VREF/R4

　　由于運放最大輸入偏置電流為2nA，因此，為了降低誤差，流經(jīng)R4的電流應(yīng)總是大于0.2μA。由此可得出:

　　R4 < 6.12MΩ

　　三角波頻率計算公式如下：

　　本例中，取f = 25kHz，VOUT，P-P = 4V (對應(yīng)0.5V 至4.5V的三角波)，VREF = 1.23V。則時間常數(shù)R4 × C = 9.27μs，選C = 220pF得到R4 = 42.2kΩ。

　　第三步：實驗驗證

　　如果運放沒有擺率限制，實驗結(jié)果應(yīng)該與計算結(jié)果吻合。由于反饋電容以恒定電流充/放電，輸出信號的最大變化率為：

　　考慮到工藝偏差，運放的典型擺率應(yīng)該比輸出信號擺率高40%以上，在本例中為0.56V/μs。根據(jù)MAX9000的數(shù)據(jù)手冊，其運放的擺率為0.85V/μs，所以能夠產(chǎn)生25kHz的三角波。

　　結(jié)論

　　圖3所示即為圖2中電路的輸出波形。

圖3 圖2中電路的輸出波形