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扫描控制频率的三晶体管调制器-放大器电路

供稿:nielin001 2013/10/18 13:43:55

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  • 关键词: 控制频率
  • 摘要:很多应用都需要一种完成脉冲调制和电压放大工作的电路,用一串脉冲来驱动一个负载。一个典型应用就是驱动机器人中的一个压电发电机。其它应用包括驱动小型电机或LED。回声定位法和超声可视要采用一种扫频(或线性调频)信号。在这些应用中,非线性失真并不重要。当驱动一个压电负载时,其自然谐振可去掉除基频以外的任何频率成分。本电路在一级中包含了一个调制器和一个放大器。电路的紧凑性使之适用于便携系统应用。

  很多应用都需要一种完成脉冲调制和电压放大工作的电路,用一串脉冲来驱动一个负载。一个典型应用就是驱动机器人中的一个压电发电机。其它应用包括驱动小型电机或LED。回声定位法和超声可视要采用一种扫频(或线性调频)信号。在这些应用中,非线性失真并不重要。当驱动一个压电负载时,其自然谐振可去掉除基频以外的任何频率成分。本电路在一级中包含了一个调制器和一个放大器。电路的紧凑性使之适用于便携系统应用。

  负载与两个开关串联(图1)。输入信号控制S2,S3控制S1,而调制信号控制S3。本电路的调制运算类似于一个与门。开关有内阻,以耗散谐振负载反射的谐波。本电路将晶体管Q1与Q2用作开关,不过它们均运行在工作区(图2)。它们的工作就像受控的电阻,完成电压与电流的放大。驱动Q2的是一个与负载谐振相匹配的42 kHz信号。调制晶体管Q3的是一个周期性的低频脉冲信号。这些脉冲打开Q3,从而驱动Q1和Q2进入饱和状态。当Q3打开时,拉低了Q1基极的电压,阻塞了Q2的状态。Q1和Q2相连地运行;只有当Q2导通时,Q1才导通。可以将这种方式看作一个差分放大器,其中一个分支中的信号控制着另外一个分支的负载。

这个简单的调制器使用了三个开关

  图1,这个简单的调制器使用了三个开关。

有一个谐振负载的三晶体管调制器可工作在大的输入电压范围内

  图2,有一个谐振负载的三晶体管调制器可工作在大的输入电压范围内。

  Q2和Q3工作在大信号范围,但大多数时间仍能保持在工作区。Q1基极与集电极的电阻值很关键。当信号频率高于负载的谐振频率时,D1保护Q1不受L1以及LC电路上谐波的影响。由于晶体管的非线性特性,集电极电压含有丰富的谐波频谱。这种特性并非一个严重的缺点,因为谐振负载会消除这些谐波。

  R1的值对Q1/Q2级的电流与电压放大很关键。Q1集电极上的电压摆幅对R1的值很敏感(图3)。Q1工作在活动模式,因为其集电极电压会缓慢增加至最大值。小集电极电压上的明显尖刺表明,阻塞过程部分出现在Q2和Q3的工作区内。如果负载阻抗有变化,则电路也不会使脉冲形态降级。即使在两倍的负载谐振频率时,这种情况也不会变。电路在输入电压为4.5V和11V时可正常工作。这个电压范围可以让你用一只5V微控制器来驱动电路(参考文献1)。

改变R1的值可获得不同的谐振波形

  图3,改变R1的值可获得不同的谐振波形。

  参考文献

  1. Teodorescu, Horia-Nicolai L,“Algorithm for Adaptive Distance Estimators for Echolocation in Air,” International Solid-State Circuits Conference, 2009.

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