一种参数可调的高线性度锯齿波产生电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型提出一种频率、占空比、峰峰值和直流偏压可自动调节的锯齿波产生 电路，属于测量仪器仪表领域，具体为一种参数可调的高线性度锯齿波产生电路。
【背景技术】
[0002] 锯齿波被广泛应用于通信电子、自动控制、测量仪器等诸多领域，很多仪器设备的 运行都依赖特定参数的锯齿波。例如，在激光光谱测量设备中经常采用的波长可调谐激光 器，正是借助线性度较好的锯齿波进行波长扫描，从而获得高分辨率的吸收光谱，使得该技 术近年来被广泛应用于各种气体检测。可调谐激光器利用线性变化的锯齿波上升沿来控 制激光器的注入电流，对输出激光波长进行一定范围内的线性扫描，在一个扫描周期内能 够获得包含被测气体信息的吸收谱线和不包含被测气体信息的背景谱线，从而对气体进行 定性和定量分析。现有的锯齿波生成电路种类繁多、性能参差不齐，很多锯齿波发生电路 结构复杂、功能简单，且难以获得高线性度的锯齿波形。有的锯齿波产生电路用单片机控制 DAC的方式来构成，这样输出的锯齿波形式多样、参数可控，但是往往残留较大的量化噪声； 有的锯齿波产生电路主要由分立元件和模拟电路构成，这样输出的锯齿波可以做到平滑自 然，但是很难实现锯齿波参数稳定可调、很难保证较高的线性度。很多测量仪器设备都要求 锯齿调制信号频率、占空比、峰峰值和直流偏压等参数在一定范围内方便可调，以适应不同 的测量需求。因此，各种参数是否可调，直接制约了锯齿波的应用范围。而锯齿波的线性度 通常制约测量设备的性能，例如，用于激光器调制的锯齿波直接影响激光器的调谐特性和 气体测量精度。而目前锯齿波产生装置的线性度还不能达到相关要求。因此非常需要一种 结构简单、线性度高且控制方便的锯齿波产生电路。
【发明内容】
[0003] 本实用新型为解决目前锯齿波产生装置结构复杂、线性度低且控制繁复的技术问 题，提供一种参数可调的高线性度锯齿波产生电路。
[0004] 本实用新型是采用如下技术方案实现的：一种参数可调的高线性度锯齿波产生电 路，包括恒流源、电容充放电电路、信号叠加和交流放大电路以及单片机；所述恒流源包括 稳压二极管D1、电阻R2和PNP三极管T1 ;稳压二极管D1的负极通过电阻R2与PNP三极 管T1的发射极相连接，稳压二极管D1的正极与PNP三极管T1的基极相连接；电容充放电 电路包括数字电位器R1、NPN三极管T2、电容C1和稳压二极管D2 ;PNP三极管T1的集电极 通过数字电位器R1与NPN三极管T2的集电极相连接，数字电位器R1的总线接口与单片机 的信号输出端相连接；NPN三极管T2的发射极与稳压二极管D2的正极相连接，PNP三极管 T1的集电极还分别与电容C1以及稳压二极管D2的负极相连接，电容C1的另一端接地；信 号叠加和交流放大电路包括运放、数字电位器R3、电阻R4、R5、R6、电压参考和电容C3 ;电容 C3 -端通过电阻R4与数字电位器R3相连接，数字电位器R3的另一端与运放的信号输出 端相连接，电容C3的另一端接地；数字电位器R3的总线接口也与单片机的信号输出端相连 接；单片机的信号输出端顺次通过电压参考以及电阻R6与运放的同相输入端相连接，稳压 二极管D2的负极通过电阻R5与运放的同相输入端相连接；电阻R4与数字电位器R3相连 接的一端还与运放的反向输入端相连接；单片机可输出频率和占空比可控的PWM脉冲的信 号输出端通过电容C2以及电阻R7与稳压二极管D1的正极相连接，电阻R7与电容C2相连 接的一端与NPN三极管T2的基极相连接；电阻R2与外部电源DC连接。
[0005] 本实用新型的目的是用结构简单、控制方便的电路产生高线性度、各种参数可调 的锯齿波。所提出的电路方案由模拟数字混合构成，主要包括四个部分：稳压二极管D1、高 精度电阻R2和PNP三极管T1组成的恒流源，数字电位器R1、NPN三极管、电容C1和稳压二 极管D2组成的电容充放电电路，运放、数字电位器R3、高精度电阻1?4、1?5、1?6、高精度电压参 考和电容C3组成的信号叠加和交流放大电路，用于产生频率和占空比可控的PWM脉冲、同 时可对Rl、R3和电压参考进行自动控制的单片机控制电路。
[0006] 方案中几个主要部分的功能描述如下。
[0007] 1，恒流源电路中，D1用于限定R2加上T1的基极射极间压降，直流供电电压必须 大于D1稳压值，R2是高精度低温飘电阻，用于确定恒流源的电流值，电流值和电阻二者成 严格的线性关系，电阻越大、电流越小。
[0008] 2,电容充放电电路中，当T2基极电压低于三极管导通压降时，T2截止，C1通过恒 流源进行充电，两端电压随时间线性升高；当T2基极电压高于三极管导通压降时，T2导通， C1通过T2集射极进行放电，C1两端电压降低。这部分电路中，D2是稳压二极管，用于限制 C1两端电压、保护后级电路；数字电位器R1用于控制C2放电时间，R1阻值越大、放电越慢、 电压下降斜率越小。经过滤波的PWM脉冲为三极管T2基极提供控制电平，使三极管导通或 者截止。R1的阻值大小由单片机控制。
[0009] 3,电压参考采用有良好的热稳定性能的可调精密稳压源，如TL431，就是一种低温 飘三端可调分流基准源，-40~85°C范围内温飘小于16mV。它的输出电压用两个电阻就可 以任意地设置到从0V到Vref(2. 5V)范围内的任何值（如图1)。数字电位器R8由单片机 控制，用于输出〇~2. 5V电压参考，R9是限流电阻。该电压参考的特征是，用三端分流基 准源结合数字电位器实现自动可调低电压参考，可以为待输出的锯齿波提供稳定的直流偏 压。根据三端分流基准源的工作原理和如图所示的电路连接方式，直流偏压值可以按照下 式计算：
[0010]
【主权项】
1. 一种参数可调的高线性度锯齿波产生电路，其特征在于，包括恒流源、电容充放电电 路、信号叠加和交流放大电路以及单片机（1);所述恒流源包括稳压二极管D1、电阻R2和 PNP三极管Tl ;稳压二极管Dl的负极通过电阻R2与PNP三极管Tl的发射极相连接，稳压二 极管Dl的正极与PNP三极管Tl的基极相连接；电容充放电电路包括数字电位器RUNPN三 极管T2、电容Cl和稳压二极管D2 ;PNP三极管Tl的集电极通过数字电位器Rl与NPN三极 管T2的集电极相连接，数字电位器Rl的总线接口与单片机（1)的信号输出端相连接；NPN 三极管T2的发射极与稳压二极管D2的正极相连接，PNP三极管Tl的集电极还分别与电容 Cl以及稳压二极管D2的负极相连接，电容Cl的另一端接地；信号叠加和交流放大电路包 括运放（2)、数字电位器R3、电阻R4、R5、R6、电压参考（3)和电容C3 ;电容C3 -端通过电阻 R4与数字电位器R3相连接，数字电位器R3的另一端与运放（2)的信号输出端相连接，电容 C3的另一端接地；数字电位器R3的总线接口也与单片机（1)的信号输出端相连接；单片机 (1)的信号输出端顺次通过电压参考（3)以及电阻R6与运放（2)的同相输入端相连接，稳 压二极管D2的负极通过电阻R5与运放（2)的同相输入端相连接；电阻R4与数字电位器R3 相连接的一端还与运放（2)的反向输入端相连接；单片机（1)可输出频率和占空比可控的 PWM脉冲的信号输出端通过电容C2以及电阻R7与稳压二极管Dl的正极相连接，电阻R7与 电容C2相连接的一端与NPN三极管T2的基极相连接；电阻R2与外部电源DC连接。
2. 如权利要求1所述的一种参数可调的高线性度锯齿波产生电路，其特征在于，所述 电阻R2、R4、R5、R6均采用高精度电阻；电压参考采用高精度电压参考。
【专利摘要】本实用新型提出一种频率、占空比、峰峰值和直流偏压可自动调节的锯齿波产生电路，属于测量仪器仪表领域，具体为一种参数可调的高线性度锯齿波产生电路，包括：由三极管、稳压二极管和高精度数字电位器组成的恒流源，由三极管和高精度电容组成的电容充放电电路、由单片机构成的PWM脉冲产生和锯齿调节电路，由一级运放构成的滤波、直流偏置和峰峰值调节电路。本实用新型提出的锯齿波产生电路具有高线性度，高精度，结构简单，频率、占空比、直流偏置和峰峰值可调等特点，适合用于测量仪器设备的线性调制，典型应用就是可以作为各种半导体可调激光器的波长扫描信号源。
【IPC分类】H03K4-50
【公开号】CN204442311
【申请号】CN201520245804
【发明人】袁松
【申请人】山西中科华仪科技有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月21日