深度剖析自舉掃描電路的工作原理

任何與電子打交道的人都會遇到波形發(fā)生器電路，如矩形波發(fā)生器、方波發(fā)生器、脈沖波發(fā)生器等。同樣，自舉掃描電路是一個(gè)鋸齒波發(fā)生器。通常，Bootstrap Sweep 電路也稱為Bootstrap Time Based generator 或 Bootstrap Sweep Generator。

在定義上，如果該電路在輸出端產(chǎn)生相對于時(shí)間線性變化的電壓或電流，則該電路稱為“基于時(shí)間的發(fā)生器”。由于自舉掃描電路提供的電壓輸出也隨時(shí)間線性變化，因此該電路也稱為自舉時(shí) 基發(fā)生器。

更簡單地說，“自舉掃描電路”基本上是一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，可生成高頻鋸齒波形。我們之前使用 555 定時(shí)器 IC 和運(yùn)算放大器構(gòu)建了鋸齒波發(fā)生器電路?，F(xiàn)在在這里我們解釋一下自舉掃描電路理論。

自舉掃描發(fā)生器的應(yīng)用

基于時(shí)間的生成器基本上有兩種類型，即電流時(shí)基發(fā)生器：如果電路在輸出端產(chǎn)生隨時(shí)間線性變化的電流信號，則稱為電流時(shí)基發(fā)生器。我們在“電磁偏轉(zhuǎn)”領(lǐng)域找到了這類電路的應(yīng)用，因?yàn)榫€圈和電感器的電磁場與電流變化直接相關(guān)。

電壓時(shí)基發(fā)生器：如果電路在輸出端產(chǎn)生隨時(shí)間線性變化的電壓信號，則稱為電壓時(shí)基發(fā)生器。我們發(fā)現(xiàn)這類電路在“靜電偏轉(zhuǎn)”領(lǐng)域的應(yīng)用，因?yàn)殪o電相互作用與電壓變化直接相關(guān)。

由于自舉掃描電路也是電壓時(shí)基發(fā)生器，因此它將在靜電偏轉(zhuǎn)中得到應(yīng)用，如 CRO（陰極射線示波器）、監(jiān)視器、屏幕、雷達(dá)系統(tǒng)、ADC 轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）等。

自舉掃描電路的工作

下圖為自舉掃描電路的電路圖：

該電路主要有兩個(gè)組件，即NPN 晶體管，即 Q1 和 Q2。晶體管 Q1 在此電路中用作開關(guān)，晶體管 Q2 用作射極跟隨器。二極管 D1 的存在是為了防止電容器 C1 以錯(cuò)誤的方式放電。此處存在電阻器 R1 和 R2，用于偏置晶體管 Q1 并使其默認(rèn)打開。

如上所述，晶體管 Q2 在射極跟隨器配置中起作用，因此無論晶體管基極出現(xiàn)什么電壓，其發(fā)射極都會出現(xiàn)相同的值。因此，輸出“Vo”的電壓等于晶體管基極的電壓，即電容 C2 兩端的電壓。此處存在電阻器 R4 和 R3 以保護(hù)晶體管 Q1 和 Q2 免受高電流的影響。

從一開始，晶體管Q1由于偏置而導(dǎo)通，因此，電容器C2將通過Q1完全放電，從而導(dǎo)致輸出電壓變?yōu)榱?。所以?dāng)Q1沒有被觸發(fā)時(shí)，輸出電壓Vo等于0。

同時(shí)，當(dāng)Q1未觸發(fā)時(shí)，電容C1將通過二極管D1完全充電至電壓+Vcc。同時(shí)，當(dāng) Q1 導(dǎo)通時(shí)，Q2 的基極將被驅(qū)動至地，以保持晶體管 Q2 的截止?fàn)顟B(tài)。

由于晶體管 Q1 默認(rèn)開啟，為了將其關(guān)閉，如圖所示，晶體管 Q1 的柵極需要一個(gè)持續(xù)時(shí)間為“Ts”的負(fù)觸發(fā)。一旦晶體管 Q1 進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，被充電至電壓 +Vcc 的電容器 C1 將嘗試自行放電。

因此，如圖所示，電流“I”流過電阻器并流向電容器 C2。由于該電流，電容器 C2 開始充電，其兩端將出現(xiàn)電壓“Vc2”。

在自舉電路中，C1的電容比C2高很多，所以C1充滿電時(shí)所儲存的電荷非常高。現(xiàn)在，即使電容器 C1 自身放電，其端子上的電壓也不會發(fā)生太大變化。并且由于電容器 C1 兩端的電壓穩(wěn)定，電流“I”值將通過電容器 C1 的放電而穩(wěn)定。

由于電流“I”在整個(gè)過程中保持穩(wěn)定，電容器 C2 接收的電荷率也將始終保持穩(wěn)定。隨著電荷的這種穩(wěn)定積累，電容C2端電壓也將緩慢線性上升。

現(xiàn)在隨著電容器C2的電壓隨時(shí)間線性上升，輸出電壓也隨時(shí)間線性上升。在觸發(fā)時(shí)間“Ts”期間，您可以在圖表中看到電容器 C2 兩端的端電壓隨時(shí)間線性上升。

觸發(fā)時(shí)間結(jié)束后，如果取消給三極管Q1的負(fù)觸發(fā)，則三極管Q1默認(rèn)進(jìn)入低阻狀態(tài)，起到短路作用。一旦發(fā)生這種情況，與晶體管Q1并聯(lián)的電容器C2將完全放電，使其端電壓急劇下降。因此，在恢復(fù)時(shí)間“Tr”期間，電容器 C2 的端電壓將急劇下降至零，并且在圖中可以看到相同的情況。

一旦這個(gè)充電和放電周期完成，第二個(gè)周期將從晶體管 Q1 的柵極觸發(fā)開始。并且由于這種連續(xù)觸發(fā)，在輸出端形成鋸齒波形，這是自舉掃描電路的最終結(jié)果。

在這里，有助于向電容器 C1 提供恒定電流作為反饋的電容器 C2 稱為“自舉電容器”。