用单片IC产生精密三角波

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                    ???? 摘要：本应用笔记介绍如何用MAX9000配合几个无源器件实现单电源供电的三角波发生器。实现这一电路所需的有源器件包括：一个运放、一个比较器和一个电压基准，MAX9000刚好集成了这三个器件。
　　引言
　　三角波较好的线性指标使得三角波发生器在许多“扫描”电路和测试设备中非常有用。例如，开关电源和感应马达控制电路就需要用三角波发生器实现脉宽调制(PWM)。本文介绍如何使用单片MAX9000 IC，配合几个无源器件实现简单的三角波发生器。MAX9000集成了一路高速运放、一路高速比较器和一个精密带隙基准。
　　电路说明




图1. 三角波发生器基本电路




图2. 用MAX9000实现三角波发生器
　　图1所示为三角波发生器的基本电路?，包括两部分功能：积分器用于产生三角波输出；带有外部滞回的比较器(施密特触发器)用于控制三角波幅度。
　　运放被配置成产生三角波的积分器，其基本原理为对恒压积分产生一个线性斜坡电压，积分器输出通过施密特触发器反馈到其反相输入端。施密特触发器的输入阈值电压根据三角波峰值电压设定。
　　但图1所示电路有一个缺点，三角波峰值电压必须与比较器反相输入端的基准电压对称。如要产生从0.5V至4.5V的三角波，则需要(0.5V + 4.5V)/2 = 2.5V的基准电压，由于标准带隙基准的输出电压是1.23V，所以最好能够不依赖基准电压独立设置三角波输出电压。图2中加在滞回网络上的电阻R3即可帮助实现这一功能，使用R3后，MAX9000输出的三角波峰值便不再受基准电压的影响。
　　设计步骤
　　第一步. 构建“触发灵活”的比较器(施密特触发器设计)
　　a) 选择R2
　　比较器的CIN+引脚的输入偏置电流小于80nA。为了降低输入偏置电流带来的误差，流过R2的电流至少也应该有8μA。由于R2电流等于(VREF - VOUT)/R2，考虑到输出有两个状态，分别计算R2：
　　R2 = VREF/IR2
DD - VREF)/IR2]
　　在两个结果中选择较小的一个，例如，如果VDD = 5V、VREF = 1.23V、IR2 =8μA，计算得到的两个R2的结果分别为471.25kΩ和153.75kΩ，因此R2选用154kΩ。
　　b) 选择R1和R3
　　在三角波上升沿，比较器输出低电平(VSS)，同样，在三角波下降沿，比较器输出高电平(VDD)。因此，比较器必须要在三角波峰值和谷值处反转。对比较器同相输入端进行节点分析，解方程即得出这两个阈值：




　　本例中，取f = 25kHz、VOUT, P-P = 4V (对应0.5V至4.5V的三角波)、VREF = 1.23V。则时间常数为R4 × C = 9.27?s，选C = 220pF，得到R4 = 42.2kΩ。
　　第三步. 实验验证
　　如果运放没有摆率限制，实验结果应该与计算结果吻合。由于反馈电容以恒定电流充(放)电，输出信号的最大变化率为：




图3?? 图2中三角波发生器的输出波形