Jaka jest rola diody D1 w tym obwodzie generatora rampy?

Poniższy obwód to generator rampy używany w przełączanych zasilaczach do generowania sygnału piły zębatej w celu kompensacji, ale tak naprawdę nie rozumiem, jaka jest rola diody D1 w obwodzie?

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Dioda odpowiada za szybki upadek piłokształtnego.

Gdy napięcie wejściowe jest wysokie, kondensator (C1) ładuje się przez rezystor, a dioda jest wyłączona. Kiedy napięcie wejściowe znów spadnie, dioda zapala się i ładunek przepływa od kondensatora do wejścia. Dioda przewodzi znacznie lepiej niż rezystor, więc napięcie kondensatora musi spadać szybciej. Jeśli wyjmiesz diodę, otrzymasz falę trójkąta. Można więc powiedzieć, że dioda odcina drugą połowę trójkąta.

Jak wspomnieli inni, nie da ci to wielkiej fali piłokształtnej, ale czasem jest wystarczająco blisko.

Bardziej zaawansowane uwagi: Obwód RC technicznie wytwarza rozkład wykładniczy, a nie nachylenie liniowe. Ale fala prostokątna jest wysoka tylko dla ~ 8,3us, a stała czasowa obwodu RC wynosi ~ 15,2us. Wzrost w pierwszej połowie stałej czasowej jest dość liniowy:

Kwadratowa fala nie jest najlepszym źródłem tego. To, czego chcesz, to impuls o wysokiej obciążalności. Kwadratowa fala da ci długą płaską część po opadającej krawędzi:

Zakładam, że wejście do obwodu jest falą prostokątną i że kształty kształtu fali wyjściowej są w przybliżeniu piłokształtne.

Sygnał piłokształtny wygląda mniej więcej tak:

I nie można uzyskać rozsądnego sygnału piłokształtnego z samego rezystora i kondensatora, ponieważ szybkość ładowania i szybkość rozładowania kondensatora są równe i otrzymujesz falę trójkąta „bliskiego”:

Zauważ, że szybkość ładowania i szybkość rozładowania są identyczne. Tak więc, aby uzyskać falę piły, musisz rozładować kondensator znacznie szybciej niż go ładujesz, dlatego gdy fala wejściowa obniży się, kondensator rozładowuje się znacznie szybciej przez diodę.

Spróbujmy przeanalizować ten obwód.

Nie mówisz, jaka jest amplituda lub odchylenie twojej fali prostokątnej. Załóżmy, że masz jednobiegunową falę kwadratową między 0 a 10 woltów. Załóżmy również, że źródło napięcia jest idealne.

Załóżmy na razie, że tuż przed t = 0 wszystko było w 0, a w t = 0 fala prostokątna dochodzi do 10 woltów.

każdy trwa sekund lub około 8 mikrosekund.$\frac{1}{120\times10^3}$

Dioda jest odchylona w kierunku przeciwnym, więc przepływ prądu w diodzie jest znikomy. Kondensator zaczyna ładować się przez rezystor prądem o wartości amperów.$\frac{10}{39*10^3}$

Jeśli ten prąd byłby stały, to pod koniec pierwszego pół cyklu byłby kolomb ładunku w kondensatorze. Spowodowałoby to napięcie wolta.$\frac{10}{39*10^3}\times\frac{1}{120*10^3} = \frac{V_\mathrm{peakin}}{4.68\times10^9}$$\frac{\frac{10}{4.68\times10^9}}{0.39\times10^{-9}} = \frac{10}{1.8252} \approx 5.47$

W praktyce napięcie będzie niższe niż to, a wzrost nie będzie liniowy, ponieważ wraz ze wzrostem napięcia na kondensatorze prąd ładowania będzie się zmniejszał. Biorąc to pod uwagę, napięcie na naszym kondensatorze jest w rzeczywistości wolta.$10 \times (1 - e^{-\frac{\frac{1}{120\times10^3}}{39 * 10^3 \times 0.39 \times 10^-9 }}) \approx 4.22$

Teraz źródło przełącza się z powrotem na zero. Dioda jest teraz pod napięciem 4,22 wolta. Spowoduje to duży prąd przewodzenia.

Możemy modelować diodę o dużym napięciu do przodu jako źródło napięcia szeregowo z rezystorem. z rysunku 6 na https://www.mouser.co.uk/datasheet/2/308/1N4148-1118184.pdf widzimy, że prąd 200mA powoduje napięcie około 1,05V, a prąd 800mA daje napięcie około 1,45 V. linii przez te punkty daje nam równanie$V=0.67I+0.95$

Mamy więc bardzo duży prąd w diodzie, co spowoduje szybkie rozładowanie kondensatora. Zasadą jest, że kondensator jest prawie całkowicie rozładowany po 5 stałych czasowych. Przy efektywnej rezystancji około 0,67 oma nasza stała czasowa wynosi 0,26 nanosekundy, więc w ciągu kilku nanosekund kondensator byłby w większości rozładowany.

Jednak dioda nie może rozładować kondensatora do zera, ponieważ prąd gwałtownie spadnie, gdy napięcie spadnie o około 0,7 wolta. W tym momencie będziemy mieli tylko powolne rozładowanie z rezystora.

Mamy więc nieco nieliniowy wzrost, a następnie bardzo szybki spadek do około 0,7 wolta spowodowany przez diodę, a następnie stopniowy spadek do następnego impulsu. Innymi słowy, mamy przybliżone przybliżenie fali piłokształtnej.