一种基于恒流源电路的线性锯齿波发生器

1.本实用新型涉及一种锯齿波发生器设计的技术，尤其一种基于恒流源电路的线性锯齿波发生器，利用恒流源控制电容的充放电过程，从而产生线性锯齿波，如果去掉恒流源，则可以产生指数型锯齿波。


背景技术：

2.锯齿波可以认为是一种特殊的三角波，三角波或者锯齿波，最主要用在crt作显示器的扫描电路中，比如像示波器、显像管、显示器等应用，锯齿波的波形特点是电压逐渐增大突然降到零，所以正好适合用于扫描电路中。
3.传统的锯齿波发生器一般是这样，将滞回电压比较器的输出信号通过阻容rc定时电路反馈到输入端，可组成一个矩形波发生器，然后经过积分电路将方波整形为锯齿波，如图1所示。
4.这种设计的优点是制作成本低、电路简单、使用方便，是一种比较常用的锯齿波产生电路，但该设计电路由于依靠电容将某一个方波信号进行充放电，故只能产生指数型的锯齿波，即锯齿波形比较“曲折”，而不能产生线性锯齿波，即波形比较“直”的锯齿波。
5.设计一种基于恒流源的线性锯齿波发生器，利用恒流源控制电容的充放电过程，从而产生线性锯齿波，如果去掉恒流源，则可以产生指数型锯齿波。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的锯齿波发生器的技术。
7.为实现上述目的，本实用新型提供一种基于恒流源电路的线性锯齿波发生器，其包括场效应管t1、晶体管t2、晶体管t3、稳压二极管d2、开关二极管d1、电容c1、电解电容c2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电位器p1、 9v电源，所述 9v电源通过正向所述电解电容c2连接工作地，所述 9v电源同时依次通过所述电阻r3、反向所述稳压二极管d2连接工作地，所述 9v电源同时依次通过所述场效应管t1的d-s极、所述电阻r1、所述电位器p1的电阻体、正向所述开关二极管d1、所述电容c1连接工作地，所述场效应管t1的栅极g同时连接所述电位器p1的滑动端以及所述开关二极管d1的正极，所述稳压二极管d2的负极同时连接所述晶体管t3的集电极、所述晶体管t2的基极，所述晶体管t3的发射极通过所述电阻r2连接工作地，所述晶体管t3的基极连接所述晶体管t2的集电极，所述晶体管t2的发射极连接所述开关二极管d1的负极，所述开关二极管d1的负极输出线性锯齿波。
附图说明
8.附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1 是传统锯齿波发生器方框图；附图2是基于恒流源的线性锯齿波发生器原理图；附图3是由场效应管组成的恒流源电路；附图4是恒流源电
路的恒流实现过程；附图5是由纯两端网络场效应管组成的恒流源电路；附图6是“可控硅整流器”等效图；附图7是线性锯齿波示意图；附图8是非线性锯齿波示意图。
具体实施方式
9.该锯齿波发生器设计的电气原理图如图2所示，从图中可以看到，这套基于恒流源电路的线性锯齿波发生器包括恒流源电路、稳压二极管电路、由晶体管t2、t3组成的“可控硅整流器电路”、由电容c1组成的充放电电路组成。
10.恒流源是模拟电路中经常使用的，基本的恒流源电路，依据主要组成器件的不同，可分为三类：晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源等。由场效应晶体管作为主要组成器件的恒流电路如图3、图5所示，下面简述其原理。
11.在图3中，电阻r1、r2分压稳定b点电位，，而，根据半导体物理中对场效应管内部载流子的分析可以得到恒流区中的近似表达式为：
12.（）
13.式中i
dss
是u
gs
=0的情况下产生预夹断时的id，称为饱和漏极电流；u
gs(off)
称为夹断电压。
14.恒流过程可以这样描述：漏极电流id由于某种原因升高，那么源极电阻rs上的压降增大，由于b点电位不变，因此| u
gs
|增大，结型场效应管的耗尽层加宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大，漏极电流id变小，形成以下负反馈过程：如图4所示
15.当然，也可以去掉由电源u
gg
、电阻r1、r2组成的电源辅助回路，变成一个纯两端网络，电路如图5所示，由图可得u
gs
=
ꢀ‑id*rs
，仍然符合上述的恒流过程，不再赘述。
16.但要注意，这种由场效应管构成恒流源电路所用的场效应管应为jfet型（结型场效应管），这种场效应管具有超低噪声的特点，输出电流由jfet决定，夹断电压与jfet有关。
17.图2所示的电路图用了一个9v电源作为整个电路的供电，电路本身比较容易理解。
18.晶体管t2和t3组成的电路可以看作一个“可控硅整流器”（scr）,如图6所示。
19.但是，图6中的“可控硅整流器”等效电路与真正的可控硅还是有所区别的，等效可控硅电路并不按照可控硅通常的用脉冲来触发，而是用电阻r3、稳压二极管d2组成的稳压电源v
d2
来偏置它的触发电路。
20.电源v
cc
通过由晶体管t1、电阻r1、电位器p1组成的恒流源为充放电电容c1充电，形成电容电压u
c1
作为“可控整流器”的阳极a电压ua。
21.当“可控整流器”的阳极电压ua大于稳压电源v
d2
时，“可控整流器”导通，这时电容c1通过“可控整流器”和限流电阻r2迅速地放电。
22.当c1电容器两端的电压降到1.4v左右时，通过“可控整流器”的电流变得很小，这样可控硅关断。
23.电容c1又再次通过恒流源充电，循环重复以上过程。
24.这样在电容器c1两端得到线性锯齿波电压，如图7所示。
25.输出锯齿波信号的频率可在1000hz 范围内进行调整，按照图2中所示元件数值，
频率范围为5~500 hz，如果充电电容c1电容量越小，充电越快，锯齿波信号频率也越高。
26.在实验室里，本电路的工作频率已做到高达100khz，当然比此更高的频率也是可能达到的。
27.锯齿波信号的幅度，由稳压二极管d2两端的偏置触发极电压u
d2
决定，因而改变稳压二极管d2的稳压值就可改变锯齿波信号的幅度。
28.但要记住：该稳压管d2的稳定电压不能超过电源电压的一半，以保证锯齿波发生器的正常工作。
29.如果需要的锯齿波是指数型而不是线性的话，恒流管t1则可以省掉，将电阻r1与供电电源v
cc
直接相连，充电电容c1则直接由电源v
cc
充电，电容c1两端就能自动地输出一串指数型锯齿波脉冲波形，如图8所示。
30.该设计利用恒定电流对电容进行充电，由两个晶体三极管组成的对管对电容放电，巧妙生成一串线性锯齿波，去掉恒流源又可生成指数型锯齿波，故对于不同的应用，该电路可灵活改变电路结构生成所需的锯齿波信号。


技术特征：
1.一种基于恒流源电路的线性锯齿波发生器，其特征在于：所述锯齿波发生器包括场效应管t1、晶体管t2、晶体管t3、稳压二极管d2、开关二极管d1、电容c1、电解电容c2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电位器p1、 9v电源，所述 9v电源通过正向所述电解电容c2连接工作地，所述 9v电源同时依次通过所述电阻r3、反向所述稳压二极管d2连接工作地，所述 9v电源同时依次通过所述场效应管t1的d-s极、所述电阻r1、所述电位器p1的电阻体、正向所述开关二极管d1、所述电容c1连接工作地，所述场效应管t1的栅极g同时连接所述电位器p1的滑动端以及所述开关二极管d1的正极，所述稳压二极管d2的负极同时连接所述晶体管t3的集电极、所述晶体管t2的基极，所述晶体管t3的发射极通过所述电阻r2连接工作地，所述晶体管t3的基极连接所述晶体管t2的集电极，所述晶体管t2的发射极连接所述开关二极管d1的负极，所述开关二极管d1的负极输出线性锯齿波。

技术总结
本实用新型公开了一种基于恒流源电路的线性锯齿波发生器， 9V电源通过正向电解电容C2连接地， 9V电源同时依次通过电阻R3、反向稳压二极管D2连接地， 9V电源同时依次通过场效应管T1的D-S极、电阻R1、电位器P1的电阻体、正向开关二极管D1、电容C1连接地，场效应管T1的栅极G同时连接电位器P1的滑动端以及开关二极管D1的正极，稳压二极管D2的负极同时连接晶体管T3的集电极、晶体管T2的基极，晶体管T3的发射极通过电阻R2连接工作地，晶体管T3的基极连接晶体管T2的集电极，晶体管T2的发射极连接开关二极管D1的负极，开关二极管D1的负极输出线性锯齿波。性锯齿波。性锯齿波。


技术研发人员：崔建国 宁永香 崔燚
受保护的技术使用者：山西工程技术学院
技术研发日：2021.12.20
技术公布日：2022/7/5