一種參數(shù)可調(diào)的高線性度鋸齒波產(chǎn)生電路的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型提出一種頻率、占空比、峰峰值和直流偏壓可自動調(diào)節(jié)的鋸齒波產(chǎn)生 電路，屬于測量儀器儀表領域，具體為一種參數(shù)可調(diào)的高線性度鋸齒波產(chǎn)生電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋸齒波被廣泛應用于通信電子、自動控制、測量儀器等諸多領域，很多儀器設備的 運行都依賴特定參數(shù)的鋸齒波。例如，在激光光譜測量設備中經(jīng)常采用的波長可調(diào)諧激光 器，正是借助線性度較好的鋸齒波進行波長掃描，從而獲得高分辨率的吸收光譜，使得該技 術(shù)近年來被廣泛應用于各種氣體檢測?？烧{(diào)諧激光器利用線性變化的鋸齒波上升沿來控 制激光器的注入電流，對輸出激光波長進行一定范圍內(nèi)的線性掃描，在一個掃描周期內(nèi)能 夠獲得包含被測氣體信息的吸收譜線和不包含被測氣體信息的背景譜線，從而對氣體進行 定性和定量分析。現(xiàn)有的鋸齒波生成電路種類繁多、性能參差不齊，很多鋸齒波發(fā)生電路 結(jié)構(gòu)復雜、功能簡單，且難以獲得高線性度的鋸齒波形。有的鋸齒波產(chǎn)生電路用單片機控制 DAC的方式來構(gòu)成，這樣輸出的鋸齒波形式多樣、參數(shù)可控，但是往往殘留較大的量化噪聲； 有的鋸齒波產(chǎn)生電路主要由分立元件和模擬電路構(gòu)成，這樣輸出的鋸齒波可以做到平滑自 然，但是很難實現(xiàn)鋸齒波參數(shù)穩(wěn)定可調(diào)、很難保證較高的線性度。很多測量儀器設備都要求 鋸齒調(diào)制信號頻率、占空比、峰峰值和直流偏壓等參數(shù)在一定范圍內(nèi)方便可調(diào)，以適應不同 的測量需求。因此，各種參數(shù)是否可調(diào)，直接制約了鋸齒波的應用范圍。而鋸齒波的線性度 通常制約測量設備的性能，例如，用于激光器調(diào)制的鋸齒波直接影響激光器的調(diào)諧特性和 氣體測量精度。而目前鋸齒波產(chǎn)生裝置的線性度還不能達到相關要求。因此非常需要一種 結(jié)構(gòu)簡單、線性度高且控制方便的鋸齒波產(chǎn)生電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型為解決目前鋸齒波產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)復雜、線性度低且控制繁復的技術(shù)問 題，提供一種參數(shù)可調(diào)的高線性度鋸齒波產(chǎn)生電路。
[0004] 本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種參數(shù)可調(diào)的高線性度鋸齒波產(chǎn)生電 路，包括恒流源、電容充放電電路、信號疊加和交流放大電路以及單片機；所述恒流源包括 穩(wěn)壓二極管D1、電阻R2和PNP三極管T1 ;穩(wěn)壓二極管D1的負極通過電阻R2與PNP三極 管T1的發(fā)射極相連接，穩(wěn)壓二極管D1的正極與PNP三極管T1的基極相連接；電容充放電 電路包括數(shù)字電位器R1、NPN三極管T2、電容C1和穩(wěn)壓二極管D2 ;PNP三極管T1的集電極 通過數(shù)字電位器R1與NPN三極管T2的集電極相連接，數(shù)字電位器R1的總線接口與單片機 的信號輸出端相連接；NPN三極管T2的發(fā)射極與穩(wěn)壓二極管D2的正極相連接，PNP三極管 T1的集電極還分別與電容C1以及穩(wěn)壓二極管D2的負極相連接，電容C1的另一端接地；信 號疊加和交流放大電路包括運放、數(shù)字電位器R3、電阻R4、R5、R6、電壓參考和電容C3 ;電容 C3 -端通過電阻R4與數(shù)字電位器R3相連接，數(shù)字電位器R3的另一端與運放的信號輸出 端相連接，電容C3的另一端接地；數(shù)字電位器R3的總線接口也與單片機的信號輸出端相連 接；單片機的信號輸出端順次通過電壓參考以及電阻R6與運放的同相輸入端相連接，穩(wěn)壓 二極管D2的負極通過電阻R5與運放的同相輸入端相連接；電阻R4與數(shù)字電位器R3相連 接的一端還與運放的反向輸入端相連接；單片機可輸出頻率和占空比可控的PWM脈沖的信 號輸出端通過電容C2以及電阻R7與穩(wěn)壓二極管D1的正極相連接，電阻R7與電容C2相連 接的一端與NPN三極管T2的基極相連接；電阻R2與外部電源DC連接。
[0005] 本實用新型的目的是用結(jié)構(gòu)簡單、控制方便的電路產(chǎn)生高線性度、各種參數(shù)可調(diào) 的鋸齒波。所提出的電路方案由模擬數(shù)字混合構(gòu)成，主要包括四個部分：穩(wěn)壓二極管D1、高 精度電阻R2和PNP三極管T1組成的恒流源，數(shù)字電位器R1、NPN三極管、電容C1和穩(wěn)壓二 極管D2組成的電容充放電電路，運放、數(shù)字電位器R3、高精度電阻1?4、1?5、1?6、高精度電壓參 考和電容C3組成的信號疊加和交流放大電路，用于產(chǎn)生頻率和占空比可控的PWM脈沖、同 時可對Rl、R3和電壓參考進行自動控制的單片機控制電路。
[0006] 方案中幾個主要部分的功能描述如下。
[0007] 1，恒流源電路中，D1用于限定R2加上T1的基極射極間壓降，直流供電電壓必須 大于D1穩(wěn)壓值，R2是高精度低溫飄電阻，用于確定恒流源的電流值，電流值和電阻二者成 嚴格的線性關系，電阻越大、電流越小。
[0008] 2,電容充放電電路中，當T2基極電壓低于三極管導通壓降時，T2截止，C1通過恒 流源進行充電，兩端電壓隨時間線性升高；當T2基極電壓高于三極管導通壓降時，T2導通， C1通過T2集射極進行放電，C1兩端電壓降低。這部分電路中，D2是穩(wěn)壓二極管，用于限制 C1兩端電壓、保護后級電路；數(shù)字電位器R1用于控制C2放電時間，R1阻值越大、放電越慢、 電壓下降斜率越小。經(jīng)過濾波的PWM脈沖為三極管T2基極提供控制電平，使三極管導通或 者截止。R1的阻值大小由單片機控制。
[0009] 3,電壓參考采用有良好的熱穩(wěn)定性能的可調(diào)精密穩(wěn)壓源，如TL431，就是一種低溫 飄三端可調(diào)分流基準源，-40~85°C范圍內(nèi)溫飄小于16mV。它的輸出電壓用兩個電阻就可 以任意地設置到從0V到Vref(2. 5V)范圍內(nèi)的任何值（如圖1)。數(shù)字電位器R8由單片機 控制，用于輸出〇~2. 5V電壓參考，R9是限流電阻。該電壓參考的特征是，用三端分流基 準源結(jié)合數(shù)字電位器實現(xiàn)自動可調(diào)低電壓參考，可以為待輸出的鋸齒波提供穩(wěn)定的直流偏 壓。根據(jù)三端分流基準源的工作原理和如圖所示的電路連接方式，直流偏壓值可以按照下 式計算：
[0010]
【主權(quán)項】
1. 一種參數(shù)可調(diào)的高線性度鋸齒波產(chǎn)生電路，其特征在于，包括恒流源、電容充放電電 路、信號疊加和交流放大電路以及單片機（1);所述恒流源包括穩(wěn)壓二極管D1、電阻R2和 PNP三極管Tl ;穩(wěn)壓二極管Dl的負極通過電阻R2與PNP三極管Tl的發(fā)射極相連接，穩(wěn)壓二 極管Dl的正極與PNP三極管Tl的基極相連接；電容充放電電路包括數(shù)字電位器RUNPN三 極管T2、電容Cl和穩(wěn)壓二極管D2 ;PNP三極管Tl的集電極通過數(shù)字電位器Rl與NPN三極 管T2的集電極相連接，數(shù)字電位器Rl的總線接口與單片機（1)的信號輸出端相連接；NPN 三極管T2的發(fā)射極與穩(wěn)壓二極管D2的正極相連接，PNP三極管Tl的集電極還分別與電容 Cl以及穩(wěn)壓二極管D2的負極相連接，電容Cl的另一端接地；信號疊加和交流放大電路包 括運放（2)、數(shù)字電位器R3、電阻R4、R5、R6、電壓參考（3)和電容C3 ;電容C3 -端通過電阻 R4與數(shù)字電位器R3相連接，數(shù)字電位器R3的另一端與運放（2)的信號輸出端相連接，電容 C3的另一端接地；數(shù)字電位器R3的總線接口也與單片機（1)的信號輸出端相連接；單片機 (1)的信號輸出端順次通過電壓參考（3)以及電阻R6與運放（2)的同相輸入端相連接，穩(wěn) 壓二極管D2的負極通過電阻R5與運放（2)的同相輸入端相連接；電阻R4與數(shù)字電位器R3 相連接的一端還與運放（2)的反向輸入端相連接；單片機（1)可輸出頻率和占空比可控的 PWM脈沖的信號輸出端通過電容C2以及電阻R7與穩(wěn)壓二極管Dl的正極相連接，電阻R7與 電容C2相連接的一端與NPN三極管T2的基極相連接；電阻R2與外部電源DC連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)可調(diào)的高線性度鋸齒波產(chǎn)生電路，其特征在于，所述 電阻R2、R4、R5、R6均采用高精度電阻；電壓參考采用高精度電壓參考。
【專利摘要】本實用新型提出一種頻率、占空比、峰峰值和直流偏壓可自動調(diào)節(jié)的鋸齒波產(chǎn)生電路，屬于測量儀器儀表領域，具體為一種參數(shù)可調(diào)的高線性度鋸齒波產(chǎn)生電路，包括：由三極管、穩(wěn)壓二極管和高精度數(shù)字電位器組成的恒流源，由三極管和高精度電容組成的電容充放電電路、由單片機構(gòu)成的PWM脈沖產(chǎn)生和鋸齒調(diào)節(jié)電路，由一級運放構(gòu)成的濾波、直流偏置和峰峰值調(diào)節(jié)電路。本實用新型提出的鋸齒波產(chǎn)生電路具有高線性度，高精度，結(jié)構(gòu)簡單，頻率、占空比、直流偏置和峰峰值可調(diào)等特點，適合用于測量儀器設備的線性調(diào)制，典型應用就是可以作為各種半導體可調(diào)激光器的波長掃描信號源。
【IPC分類】H03K4-50
【公開號】CN204442311
【申請?zhí)枴緾N201520245804
【發(fā)明人】袁松
【申請人】山西中科華儀科技有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月21日