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採用TL431基準的壓控振盪器

2014年01月01日  | R O Ocaya

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壓控振盪器的運行

要想瞭解振盪器的運行原理,我們要從兩個方面來考量電路:第一是TL431電壓基準的底層操作。看一下圖2所示的振盪器等效電路。電流I1(見圖3)是壓敏(voltage-dependent)恆流,其大小約為:(VCTRL-VKA)/R(VKA為齊納電壓)。我們假定開始的時候電容器不帶電(此時VKA = 0V),然後由來自I1處的電流為電容器逐漸充電,直到使電壓達到TL431的均衡值,即:VKA=2.49V。只要充電電流存在,電容器就會繼續充電。圖2中對電路的瞬態模擬顯示了電容器電壓僅需超過VKA均衡值若干微伏,以啟動均衡恢復回饋,具體細節如下:


由於Q1的基極直接連接到電容器,因此VKA值的增加會使Q1的發射極電壓(也就是Q11的基極電壓)值變大,迫使Q11進行更多動作。電晶體Q9和R8構成Q11的集電極負載。Q11中不斷增加的集電極電流會使Q9的集電極電壓降低。Q9和Q10同為電流鏡(current mirror)的組成部分,因此它們的集電極電流和Q11的相同,但Q10的動態集電極負載由Q6構成,其通過R5從第二電流鏡(由電晶體Q2、Q4和Q12構成)處獲得基極電流。因為該電流鏡的配置,Q1射極電壓的最初增長同樣促使VBE電壓值升高。這就使Q6的集電極電流增加,進而增強Q10不斷增長的集電極電流。因此,產生的整體影響是其集電極電壓值升高,該電壓也就是達靈頓對(Darlington pair)Q7和Q8中第一電晶體的基極電壓,迫使Q8進行更多動作,導致其集電極-發射極電壓(VCE,實際上就是VKA)驟降。在這一特殊應用中,連接至電容器的基準終端(R)使用硬線連接至陰極端子(K)。因此,迄今為止,當電容器電壓超過均衡值時,器件可促使陰極-陽極電壓迅速降低,以恢復至均衡值。


圖3  TL431弛緩振盪器(relaxation oscillator)電流通路的簡單圖解

 

圖3以結構示意圖的形式顯示了當TL431器件的內部均衡值受到干擾後,持續性振盪是如何開始和增強的。電容器以一小且幾乎是恆流的電流充電,此一電流源於供應電流I1。在圖1中,該充電電流為I3。當電容器的值超過VREF的均衡值時,電流I2(圖2所示的Q7和Q8的聯合集電極電流)快速流動並有效地吸收電容器中儲存的充電電流。I2存在的時間較短暫,但卻足以使電容器電壓再次降低至均衡值。接下來,I1會再次為電容器充電,在這一週期中會保持穩態振盪。由於電容器的放電時間極為短暫,通過計算公式I=ΔQ/Δt(其中ΔQ是充電階段電容器所獲得的充電電流),可以得知放電期間的電流要遠大於源電流I1


(未完,請參閱下頁更多內文及附圖)


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