Welche Rolle spielt die Diode D1 in dieser Rampengeneratorschaltung?

Die folgende Schaltung ist ein Rampengenerator, der in geschalteten Stromversorgungen verwendet wird, um ein Sägezahnsignal zur Kompensation zu erzeugen, aber ich verstehe nicht wirklich, welche Rolle die Diode D1 in der Schaltung spielt?

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Die Diode ist für den schnellen Fall des Sägezahns verantwortlich.

Wenn die Eingangsspannung hoch ist, lädt sich der Kondensator (C1) über den Widerstand auf und die Diode ist ausgeschaltet. Wenn die Eingangsspannung wieder niedrig wird, schaltet sich die Diode ein und die Ladung fließt vom Kondensator zum Eingang. Die Diode leitet viel besser als der Widerstand, daher muss die Spannung des Kondensators schneller abfallen. Wenn Sie die Diode herausnehmen, erhalten Sie eine Dreieckswelle. Man könnte also sagen, dass die Diode die zweite Hälfte des Dreiecks abschneidet.

Wie andere bereits erwähnt haben, gibt Ihnen dies keine große Sägezahnwelle, aber manchmal ist es nah genug.

Weiterführende Hinweise: Die RC-Schaltung erzeugt technisch gesehen einen exponentiellen Abfall, keine lineare Steigung. Die Rechteckwelle ist jedoch nur für ~ 8,3 us hoch, und die Zeitkonstante der RC-Schaltung beträgt ~ 15,2 us. Der Anstieg in der ersten Hälfte einer Zeitkonstante ist ziemlich linear:

Eine Rechteckwelle ist dafür nicht die beste Quelle. Was Sie wollen, ist ein Hochleistungszyklusimpuls. Eine Rechteckwelle gibt Ihnen nach der fallenden Flanke einen langen flachen Teil:

Ich gehe davon aus, dass der Eingang der Schaltung eine rechteckige Welle ist und dass die Formen der Ausgangswellenform ungefähr sägezahnförmig sind.

Ein Sägezahnsignal sieht ungefähr so ​​aus:

Und Sie können kein vernünftiges Sägezahnsignal nur von einem Widerstand und einem Kondensator erzeugen, da die Laderate und die Entladerate des Kondensators gleich sind und Sie eine "nahe" Dreieckswelle wie diese erhalten: -

Beachten Sie, dass Laderate und Entladerate identisch sind. Um eine Sägezahnwelle zu erhalten, müssen Sie den Kondensator viel schneller entladen als laden. Wenn die Eingangswelle niedrig wird, entlädt sich der Kondensator viel schneller über die Diode.

Versuchen wir, diese Schaltung zu analysieren.

Sie sagen nicht, wie groß die Amplitude oder Vorspannung Ihrer Rechteckwelle ist. Nehmen wir an, Sie haben eine unipolare Rechteckwelle zwischen 0 und 10 Volt. Nehmen wir auch an, dass die Spannungsquelle ideal ist.

Nehmen wir vorerst an, dass unmittelbar vor t = 0 alles bei 0 war und dass bei t = 0 die Rechteckwelle auf 10 Volt geht.

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

Die Diode ist in Sperrrichtung vorgespannt, so dass der Stromfluss in der Diode vernachlässigbar ist. Der Kondensator beginnt sich mit einem Strom von durch den Widerstand zu laden$\frac{10}{39*10^3}$

$\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$

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

Jetzt schaltet die Quelle wieder auf Null. Die Diode unterliegt jetzt einer Durchlassspannung von 4,22 Volt. Dies führt zu einem großen Durchlassstrom.

$V=0.67I+0.95$

Wir haben also einen sehr großen Strom in der Diode, wodurch der Kondensator schnell entladen wird. Als Faustregel gilt, dass ein Kondensator nach 5 Zeitkonstanten fast vollständig entladen ist. Bei einem effektiven Widerstand von etwa 0,67 Ohm beträgt unsere Zeitkonstante 0,26 Nanosekunden, sodass der Kondensator innerhalb weniger Nanosekunden größtenteils entladen würde.

Die Diode kann den Kondensator jedoch nicht auf Null entladen, da der Strom schnell abfällt, wenn die Spannung um etwa 0,7 Volt abfällt. An diesem Punkt haben wir nur die langsame Entladung vom Widerstand.

Wir haben also einen leicht nichtlinearen Anstieg, gefolgt von einem sehr schnellen Abfall auf etwa 0,7 Volt, der durch die Diode verursacht wird, und einem allmählichen Abfall bis zum nächsten Impuls. Mit anderen Worten, wir haben eine grobe Annäherung an eine Sägezahnwelle.