產生斜坡波形最直接的方法是從恆流源驅動一個電容。如果恆流源是理想的,即源阻抗無窮大,那麼電容兩端的電壓將隨時間線性上升。有各種方法可以產生電流源,這個話題先前已經探討過(請參閱Long Island的IEEE顧問網路文章《電流泵(Current Pumps)》)。

使用那篇文章中介紹的一個電流源,可以製作一個線性斜坡發生器,如圖1的理想示意圖所示。

20190306TA31P1 圖1 線性斜坡產生器,其中R1=R2=R3=R4。

對線性度的要求是,由兩個理想運算放大器和電阻R1至R5組成的電流源,從電容C1的角度看,呈現無限大的源阻抗。理論上,這可透過平衡R1~R4,即使R2/R1= R4/R3來實現。為簡化起見,讓R1~R4這四個電阻相等,而R5則隨電流變化而改變。如圖1所示,變化比例因數是,通過R5流入C1的10mA電流可得到1V的V1電壓。

接下來,可故意打破這4個電阻的平衡。接下來將討論調整R3和R4的情況,調整R1和R2也一樣。

20190306TA31P2 圖2 R4>R3時的非線性斜坡產生器。

如果增大R4,使R4>R3,電流源的源阻抗將從無窮大下降到某個正的歐姆數。斜坡波形經過一個時間常數後呈現出下凹的形狀,電壓上升期間的二階導數是負值。

20190306TA31P3 圖3 當R3< R4時的非線性斜坡發生器。

相反,如果減小R3,使之小於R4,但保持與上面相同的電阻比,那麼它對斜坡波形的影響跟前面的完全相同,斜坡波形經過一個時間常數後呈現出下凹的形狀。

然而,如果在另一個方向上移動R3/R4的比率,事情會變得有趣!

20190306TA31P4 圖4 當R4< R3時的非線性斜坡發生器。

當降低R4使電阻在這個方向上失去平衡時,電流源的源阻抗從無窮大下降,但現在是負值。其影響是使斜坡波形呈現上凹形狀,電壓上升期間的二階導數是正值。

20190306TA31P5 圖5 當R3>R4時的非線性斜坡產生器。

與先前一樣,透過R3而不是R4來調整電阻比具有完全相同的效果,即上凹形狀。

將所有這三個波形放在一起可能有助於更直觀地理解。

20190306TA31P6 圖6 波形對比。

如果使R3和/或R4可變,則可以使用這一排列作為線性度調整。如果需要在系統設計的其他部分補償非線性度,該功能可能會有所幫助。

(參考原文: Ramp linearity control,by John Dunn)