このランプ発生器回路におけるダイオードD1の役割は何ですか？

下の回路は、補償用ののこぎり波信号を生成するためにスイッチ電源で使用されるランプジェネレーターですが、回路内のダイオードD1の役割は本当にわかりませんか？

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ダイオードは、ノコギリ波の急激な低下の原因です。

入力電圧が高い場合、コンデンサ（C1）は抵抗を介して充電され、ダイオードはオフになります。入力電圧が再び低くなると、ダイオードがオンになり、コンデンサから入力に電荷が流れます。ダイオードは抵抗よりもはるかに良好に伝導するため、コンデンサの電圧降下はより速くなければなりません。ダイオードを取り出すと、三角波が発生します。したがって、ダイオードは三角形の後半を切断すると言うことができます。

他の人が述べたように、これはあなたに素晴らしいのこぎり波を与えませんが、時にはそれは十分に近いです。

より高度な注意：RC回路は、技術的には、直線的な勾配ではなく指数関数的な減衰を生成します。しかし、方形波は〜8.3usの間だけ高く、RC回路の時定数は〜15.2usです。1つの時定数の前半の上昇は非常に線形です。

方形波はこれに最適なソースではありません。必要なのは、高デューティサイクルパルスです。方形波は、立ち下がりエッジの後に長く平らな部分を与えます。

回路への入力は矩形波であり、出力波形の形状はほぼ鋸歯状であると想定しています。

のこぎり波信号は次のようになります。-

そして、コンデンサの充電率と放電率が等しく、次のような「近くの」三角波が得られるため、抵抗とコンデンサだけから適切な鋸歯状信号を生成することはできません。

充電率と放電率は同じであることに注意してください。したがって、のこぎり波を得るには、充電よりもはるかに速くコンデンサを放電する必要があります。したがって、入力波が低くなると、コンデンサはダイオードを介してはるかに急速に放電します。

この回路を試してみましょう。

方形波の振幅またはバイアスが何であるかを言うことはありません。0〜10ボルトのユニポーラ方形波があると仮定します。また、電圧源が理想的であると仮定しましょう。

今のところ、t = 0の直前にすべてが0であり、t = 0で方形波が10ボルトになると仮定しましょう。

各半サイクルは続きます$\frac{1}{120\times10^3}$

ダイオードには逆バイアスがかかっているため、ダイオードを流れる電流は無視できます。コンデンサは、抵抗器を介して電流で充電を開始します$\frac{10}{39*10^3}$

$\frac{10}{39*10^3}\times\frac{1}{120*10^3} = \frac{V_\mathrm{peakin}}{4.68\times10^9}$$\frac{\frac{10}{4.68\times10^9}}{0.39\times10^{-9}} = \frac{10}{1.8252} \approx 5.47$

$10 \times (1 - e^{-\frac{\frac{1}{120\times10^3}}{39 * 10^3 \times 0.39 \times 10^-9 }}) \approx 4.22$

これで、ソースはゼロに戻ります。ダイオードには、4.22ボルトの順方向電圧がかかります。これにより、大きな順方向電流が発生します。

強い順方向にバイアスされたダイオードを、抵抗と直列の電圧源としてモデル化できます。https://www.mouser.co.uk/datasheet/2/308/1N4148-1118184.pdfの図6から、200mAの電流は約1.05Vの電圧になり、800mAの電流は約1.45Vの電圧。これらの点を通る線を引くと、式が得られます$V=0.67I+0.95$

そのため、ダイオードに非常に大きな電流が流れるため、コンデンサが急速に放電されます。経験則では、コンデンサは5つの時定数でほぼ完全に放電します。約0.67オームの実効抵抗では、時定数は0.26ナノ秒であるため、数ナノ秒以内にコンデンサはほとんど放電されます。

ただし、電圧が0.7ボルト程度低下すると電流が急速に低下するため、ダイオードはコンデンサをゼロに放電できません。この時点で、抵抗器からゆっくりと放電します。

そのため、わずかに非線形のアップスロープがあり、その後ダイオードによって0.7ボルト程度まで非常に急速なダウンスロープが発生し、次のパルスまで徐々に低下します。つまり、ノコギリ波の大まかな近似があります。