Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2014
Dev Gualtieri
Electronic Design
С помощью стандартного дешевого микроконтроллера PIC и небольшой программы эта схема эмулирует простой генератор пилообразного напряжения на старом добром однопереходном транзисторе. Вы сможете получить бесступенчатое выходное напряжение, эквивалентное бесконечному разрешению, избавив себя от проблем поиска генератора, его использования и управления.
Однопереходные транзисторы были очень популярными элементами схем несколько десятилетий назад. На таком приборе, дополнив его небольшим количеством других компонентов, можно было построить генератор пилообразного напряжения (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Простой генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе. Конденсатор линейно заряжается от источника тока. Имеется дополнительный выход пилообразных импульсов. |
Принцип его работы прост. В исходном состоянии сопротивление перехода база-эмитттер очень велико, и источник тока линейно заряжает конденсатор до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет напряжения пробоя. С этого момента начинается разряд конденсатора через базу однопереходного транзистора. Заряд прекратится, когда напряжение конденсатора сравняется с напряжением порога выключения. Далее сопротивление перехода база-эмитттер опять становится очень высоким, и конденсатор начинает заряжаться вновь.
Такой подход имеет определенные преимущества над цифровой схемой, поскольку для формирования пилообразного напряжения не требуется ЦАП. В недорогие микроконтроллеры часто встраиваются АЦП высокого разрешения, однако многоразрядные ЦАП считаются весьма дорогой периферией. В то время как из-за ограниченного разрешения таких ЦАП сформированный ими сигнал является лишь ступенчатой аппроксимацией пилообразного напряжения, разрешение однопереходного транзистора является, фактически, бесконечным.
Для эмуляции работы однопереходного транзистора достаточно всего трех входов/выходов микроконтроллера и нескольких дополнительных компонентов. Большинство микроконтроллеров допускает динамическую реконфигурацию выводов, которые в разное время могут выполнять функции входа, выхода, или находиться в высокоимпедансном состоянии. На этой возможности и основана работа схемы, имитирующей простой генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе.
На rail-to-rail операционном усилителе IC1b и транзисторе Q1 сделан источник тока, в то время как IC1a используется для буферизации пилообразного напряжения конденсатора (Рисунок 2). Конденсатор подключен к входу АЦП AN0 микроконтроллера (IC2) и к сконфигурированному на ввод выводу GP1. 22-омный токоограничительный резистор позволяет использовать конденсаторы большой емкости без риска повреждения микроконтроллера.
 |
|
| Рисунок 2. | Схема, эмулирующая генератор на однопереходном транзисторе с помощью микроконтроллера, динамически реконфигурирует вывод GP1 микроконтроллера. |
Микроконтроллер, псевдокод алгоритма работы которого приведен в Листинге 1, постоянно контролирует напряжение на конденсаторе.
Листинг 1. Псевдокод для эмуляции генератора пилообразного напряжения на микроконтроллере.
main()
{
//конфигурирование аналоговых входов и остальных выводов
инициализация_микроконтроллера();
вывод_разряда = цифровой_вход_с_высоким_импедансом;
вывод_импульса = 0; //дополнительный выход импульса
while(l) //бесконечный цикл
{
v = аналоговое_напряжение(аналоговый_вывод);
if (v > v_верхн.)
{
вывод_импульса = 1;
вывод_разряда = цифровой_выход_с_низким_импедансом;
while (v > v_нижн.)
{
//цикл, пока не разрядится конденсатор
v = аналоговое_напряжение(аналоговый_вывод);
}
вывод_импульса = 0;
вывод_разряда = цифровой_вход_с_высоким_импедансом;
}
}
}
 |
|
| Рисунок 3. | При указанных на схеме номиналах компонентов частота повторения пилообразных импульсов равна примерно 85 Гц. Частоту можно изменить с помощью задающего ток резистора R или конденсатора C. |
Когда напряжение достигает порогового уровня, GP1 из высокоимпедансного состояния переключается на вывод, и в него записывается «0». Начинается разряд конденсатора, и как только напряжение на нем опускается ниже уровня нижнего порога, GP1 вновь переводится в высокоимпедансное состояние, и цикл повторяется (Рисунок 3). Схема имеет также выход прямоугольных импульсов, синхронизированных с частотой пилообразных импульсов, которые могут использоваться для тактирования и запуска внешних схем.
