บทบาทของไดโอด D1 ในวงจรตัวสร้างทางลาดนี้คืออะไร?

วงจรด้านล่างเป็นตัวสร้างทางลาดที่ใช้ในแหล่งจ่ายไฟแบบสลับเพื่อสร้างสัญญาณฟันเลื่อยเพื่อชดเชย แต่ฉันไม่เข้าใจจริงๆว่าบทบาทของไดโอด D1 ในวงจรคืออะไร?

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ไดโอดเป็นผู้รับผิดชอบในการลดลงอย่างรวดเร็วของฟันเลื่อย

เมื่อแรงดันไฟฟ้าเข้าสูงตัวเก็บประจุ (C1) จะทำการประจุผ่านตัวต้านทานและไดโอดจะปิด เมื่อแรงดันอินพุตต่ำลงอีกครั้งไดโอดจะเปิดและประจุจะไหลจากตัวเก็บประจุไปยังอินพุต ไดโอดจะทำงานได้ดีกว่าตัวต้านทานดังนั้นแรงดันของตัวเก็บประจุจะลดลงเร็วกว่า ถ้าคุณนำไดโอดออกมาคุณจะได้คลื่นรูปสามเหลี่ยม คุณอาจบอกได้ว่าไดโอดตัดครึ่งหลังของสามเหลี่ยมออก

ดังที่คนอื่น ๆ พูดถึงสิ่งนี้จะไม่ทำให้คุณมีฟันเลื่อยมาก แต่บางครั้งมันก็ใกล้พอ

หมายเหตุขั้นสูงเพิ่มเติม: วงจร RC สร้างเทคนิคการสลายตัวแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลไม่ใช่ความชันเชิงเส้น แต่คลื่นสแควร์นั้นสูงเพียง ~ 8.3us และค่าคงที่เวลาของวงจร RC คือ ~ 15.2us การเพิ่มขึ้นในช่วงครึ่งแรกของค่าคงที่หนึ่งครั้งนั้นเป็นเส้นตรง:

คลื่นสี่เหลี่ยมไม่ใช่แหล่งที่ดีที่สุดสำหรับสิ่งนี้ สิ่งที่คุณต้องการคือชีพจรรอบหน้าที่สูง คลื่นสี่เหลี่ยมจะให้ส่วนที่แบนยาวกับคุณหลังจากขอบตก:

ฉันสันนิษฐานว่าอินพุตไปยังวงจรเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมและรูปร่างคลื่นเอาท์พุทนั้นเป็นฟันเลื่อยโดยธรรมชาติ

สัญญาณฟันเลื่อยมีลักษณะดังนี้: -

และคุณไม่สามารถสร้างสัญญาณฟันเลื่อยที่สมเหตุสมผลจากตัวต้านทานและตัวเก็บประจุได้เพราะอัตราการชาร์จและอัตราการคายประจุของตัวเก็บประจุมีค่าเท่ากันและคุณได้รับคลื่นสามเหลี่ยม "ใกล้" เช่นนี้: -

โปรดสังเกตว่าอัตราการชาร์จและอัตราการคายประจุเหมือนกัน ดังนั้นเพื่อให้ได้คลื่นแบบฟันเลื่อยคุณต้องคายประจุตัวเก็บประจุเร็วกว่าที่คุณคิดดังนั้นเมื่อคลื่นอินพุทลดลงตัวเก็บประจุจะคายประจุอย่างรวดเร็วผ่านไดโอดมากขึ้น

ลองและวิเคราะห์วงจรนี้

คุณไม่ได้พูดว่าแอมพลิจูดหรืออคติของคลื่นสี่เหลี่ยมของคุณคืออะไร สมมติว่าคุณมีคลื่นสี่เหลี่ยมสองขั้วระหว่าง 0 ถึง 10 โวลต์ ให้สมมติว่าแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเป็นอุดมคติ

สมมติว่าตอนนี้ก่อนหน้า t = 0 ทุกอย่างอยู่ที่ 0 และที่ t = 0 คลื่นสี่เหลี่ยมจะไปที่ 10 โวลต์

$\frac{1}{120\times10^3}$

$\frac{10}{39*10^3}$

$\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$

$10 \times (1 - e^{-\frac{\frac{1}{120\times10^3}}{39 * 10^3 \times 0.39 \times 10^-9 }}) \approx 4.22$

ตอนนี้แหล่งที่มาจะเปลี่ยนกลับเป็นศูนย์ ไดโอดจะถูกส่งต่อไปที่ 4.22 โวลต์ สิ่งนี้จะส่งผลให้กระแสไปข้างหน้าขนาดใหญ่

$V=0.67I+0.95$

ดังนั้นเราจึงมีกระแสขนาดใหญ่มากในไดโอดนี่จะปล่อยประจุอย่างรวดเร็ว กฎง่ายๆคือตัวเก็บประจุเกือบจะปล่อยออกมาอย่างสมบูรณ์หลังจากค่าคงที่ 5 ครั้ง ด้วยความต้านทานที่มีประสิทธิภาพประมาณ 0.67 โอห์มเวลาคงที่ของเราคือ 0.26 นาโนวินาทีดังนั้นภายในสองสามวินาทีตัวเก็บประจุจะถูกปล่อยออกมาเป็นส่วนใหญ่

อย่างไรก็ตามไดโอดไม่สามารถคายประจุตัวเก็บประจุเป็นศูนย์ได้เนื่องจากกระแสจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงถึง 0.7 โวลต์หรือมากกว่านั้น ณ จุดนี้เราจะมีการปลดปล่อยช้าจากตัวต้านทาน

ดังนั้นเราจึงมีอัพโลปที่ไม่เป็นเส้นตรงเล็กน้อยตามด้วยความชันที่รวดเร็วมากถึง 0.7 โวลต์หรือเกิดจากไดโอดแล้วค่อย ๆ ย่อหย่อนจนกระทั่งชีพจรถัดไป กล่าวอีกนัยหนึ่งเรามีการประมาณคร่าวๆของคลื่นฟันเลื่อย