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VF轉(zhuǎn)換電路的雙閾值公式法計算

2021-10-11 09:11 作者:張飛實戰(zhàn)電子  | 我要投稿



上一篇文章我們計算出上面的阻容取值,讓它的三角波頻率在16KHz,但是采用的是一般工程應用中的估算法。那么本文根據(jù)以上的參數(shù),通過詳細的公式建立數(shù)學模型的方法來重新計算出它的實際工作頻率,并看看三角波的高低閾值分別是多少,和估算法有多少差距。


根據(jù)上面的電路圖,我們知道,當比較器輸出高電平時,由于比較器的兩個輸入端是高阻抗,以及輸出端是OC輸出,三極管是斷開的,所以上面的電路可以等效為:


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根據(jù)KCL定律可得:

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由于

(其中Vcc=5V)。把I1、I2、I5帶進(1)式中得:

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根據(jù)KCL定律可得:

????????????????????????????????????????????

由于

(其中Vcc=5V)。把I3、I4、I5帶進(3)式中得:?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?

(2)(4)聯(lián)立方程組


可得:


當比較器輸出低電平時,由于比較器內(nèi)部是三極管。

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這里以LM329為例,輸出低電平的典型值按照0.25V計算的話,那么電路可以等效為:

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根據(jù)KCL定律可得:

????????????????????????????????????????????

由于


(其中Vcc=5V)。把I1、I2、I5帶進(6)式中得:

???????????????????????????????????

又由于Vb=0.25V,帶入(7)式可得:

???

也就是說,對應的三角波低閾值:

??????????????????????????????????????????????

那么,當比較器輸出高電平時,實際電容上的電壓VcL是從1.333V開始充電,那么根據(jù)(5)式得:

?????????????????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???

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此時,可以把電路看作B節(jié)點通過R4電阻對電容進行充電,那么對應的最大充電電流Ic_max為:


當VbL=2.91V時,對應的A點電位是:

此時由于V+=Va=2.86V,V-=Vc = 1.333V,所以V+ > V-,比較器輸出高,電容充電。當電容上的電壓VcH=3.008V時,此時VbH:

?


?

當VbH=3.16V時,對應的A點電位是:

此時由于V+=Va=3.008V,V-=Vc = 3.008V,所以V+ = V-,比較器就認為下一時刻V+ < V-,比較器輸出低。而此時對應了電容的最小充電電流Ic_min:

所以,在比較器輸出高電平時,電容的電壓Vc 從1.333V充到3.008V,它的平均充電電流Ic:


由以上求出來的結果可知,三角波的低閾值VL=1.333V,高閾值VH=3.008V。

?

這也是電容Vc分別對應的高低閾值。所以,根據(jù)下面的等效電路,可以求出電容的最大放電電流If_max:

?


根據(jù)下面的等效電路,可以求出電容的最小放電電流If_min:

?


所以,在比較器輸出低電平時,電容的電壓Vc 從3.008V放到1.333V,它的平均放電電流If:

所以,toff時間:

ton時間:

所以,

而所以根據(jù)Qc = C*ΔV得:

由此可知,我們得到的容值和之前的估算法是一致的,也就是說三角波的工作頻率就是16KHz。但是,不同的是三角波的高低閾值是有差異的,估算法:1.2V~2.8V,公式法:1.333V~3.008V。所以,最終我們可以得出結論:用更精確的公式法來計算三角波電路的阻容的話,最終得到的工作頻率是能滿足設計需求的,只不過三角波的高低閾值是有差異的。


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最后,如果我們用上面的參數(shù)進行仿真的話,來驗證看看是否一致。


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通過上面的仿真波形來看,三角波的低閾值是1.317V,和我們計算的1.333V是非常接近的;三角波的高閾值是3.007V,和我們計算的3.008V也是非常接近的。


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然而頻率還會存在差異,這是由于平均充電電流采用的線性近似算法,如果建立數(shù)學模型,則需要更復雜的數(shù)學工具進行推導。而實際是需要匹配合適的電容,通過測量波形來選擇合適的容值。

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如果我們修改一下容值,就能得到想要的工作頻率。當然,考慮到各種溫漂的因素,實際波形還是會存在差異,這里我們需選用1%精度的電阻和C0G的I類陶瓷電容讓工作頻率更穩(wěn)定。然而,在工程應用中,采用估算法是最效率的。

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