Όποιος ασχολείται με ηλεκτρονικά είδη θα έχει συναντήσει κυκλώματα γεννήτριας κυματομορφής όπως γεννήτρια ορθογώνιας κυματομορφής, γεννήτρια τετραγωνικών κυμάτων, γεννήτρια παλμών κυμάτων κ.λπ. Γενικά, το κύκλωμα σάρωσης Bootstrap καλείται επίσης ως γεννήτρια Bootstrap Time Based ή Bootstrap Sweep Generator.
Εξ ορισμού, ένα κύκλωμα ονομάζεται «γεννήτρια βάσει χρόνου» εάν αυτό το κύκλωμα παράγει γραμμικά μεταβαλλόμενη τάση ή ρεύμα σε σχέση με το χρόνο στην έξοδο. Δεδομένου ότι η έξοδος τάσης που παρέχεται από το Bootstrap Sweep Circuit αλλάζει επίσης γραμμικά με τον χρόνο, το κύκλωμα ονομάζεται επίσης Bootstrap Time-Based generator.
Με πιο απλούς όρους, το «Bootstrap Sweep Circuit» είναι βασικά μια γεννήτρια λειτουργιών που παράγει μια πριονωτή κυματομορφή υψηλής συχνότητας. Προηγουμένως κατασκευάσαμε ένα κύκλωμα γεννήτριας κυματομορφής Sawtooth χρησιμοποιώντας 555 Timer IC και op-amp. Τώρα εδώ εξηγούμε για τη θεωρία κύκλου σάρωσης εκκίνησης.
Εφαρμογές του Bootstrap Sweep Generator
Υπάρχουν βασικά δύο τύποι γεννήτρια βάσει χρόνου, δηλαδή
- Τρέχουσα γεννήτρια βάσης χρόνου : Ένα κύκλωμα ονομάζεται γεννήτρια τρέχουσας βάσης χρόνου εάν παράγει ένα τρέχον σήμα στην έξοδο που μεταβάλλεται γραμμικά σε σχέση με το χρόνο. Βρίσκουμε εφαρμογές για τέτοια είδη κυκλωμάτων στο πεδίο «Ηλεκτρομαγνητική απόκλιση», καθώς τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία των πηνίων και των επαγωγών σχετίζονται άμεσα με την αλλαγή ρεύματος.
- Γεννήτρια τάσης βάσης χρόνου: Ένα κύκλωμα ονομάζεται γεννήτρια τάσης βάσης χρόνου εάν παράγει σήμα τάσης στην έξοδο που κυμαίνεται γραμμικά σε σχέση με το χρόνο. Βρίσκουμε εφαρμογές για τέτοια είδη κυκλωμάτων στο πεδίο «Ηλεκτροστατική απόκλιση», επειδή οι ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις σχετίζονται άμεσα με την αλλαγή τάσεων.
Δεδομένου ότι το Bootstrap Sweep Circuit είναι επίσης γεννήτρια τάσης βάσης χρόνου, θα έχει τις εφαρμογές του σε ηλεκτροστατική εκτροπή όπως CRO (Cathode Ray Oscilloscope), οθόνες, οθόνες, συστήματα ραντάρ, μετατροπείς ADC (μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό) κ.λπ.
Εργασία του κυκλώματος σάρωσης Bootstrap
Το παρακάτω σχήμα δείχνει το διάγραμμα κυκλώματος του κυκλώματος σάρωσης Bootstrap:
Το κύκλωμα έχει δύο κύρια συστατικά που είναι τρανζίστορ NPN, δηλαδή Q1 και Q2. Το τρανζίστορ Q1 λειτουργεί ως διακόπτης σε αυτό το κύκλωμα και το τρανζίστορ Q2 είναι εξοπλισμένο για να λειτουργεί ως ακόλουθος εκπομπής. Η δίοδος D1 υπάρχει εδώ για την αποτροπή της εκφόρτισης του πυκνωτή C1 με λάθος τρόπο. Οι αντιστάσεις R1 και R2 υπάρχουν εδώ για πόλωση του τρανζίστορ Q1 και διατήρησή του ενεργοποιημένη από προεπιλογή.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το τρανζίστορ Q2 ενεργεί σε διαμόρφωση ακολουθίας πομπού, οπότε όποια κι αν είναι η τάση που εμφανίζεται στη βάση του τρανζίστορ, η ίδια τιμή θα εμφανίζεται στον πομπό του. Έτσι, η τάση στην έξοδο «Vo» είναι ίση με την τάση στη βάση του τρανζίστορ, η οποία είναι η τάση στον πυκνωτή C2. Η αντίσταση R4 και R3 υπάρχουν εδώ για την προστασία των τρανζίστορ Q1 και Q2 από υψηλά ρεύματα.
Από την αρχή, το τρανζίστορ Q1 είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ λόγω πόλωσης και εξαιτίας αυτού, ο πυκνωτής C2 θα αποφορτιστεί πλήρως μέσω του Q1 που με τη σειρά του οδηγεί σε τάση εξόδου μηδενική. Έτσι, όταν το Q1 δεν ενεργοποιείται, η τάση εξόδου Vo είναι ίση με το μηδέν.
Ταυτόχρονα, όταν το Q1 δεν ενεργοποιείται, ο πυκνωτής C1 θα φορτιστεί πλήρως στην τάση + Vcc μέσω της δίοδος D1. Την ίδια στιγμή, όταν το Q1 είναι ON, η βάση του Q2 θα οδηγηθεί στο έδαφος για να διατηρήσει το τρανζίστορ Q2 OFF.
Δεδομένου ότι το τρανζίστορ Q1 είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ από προεπιλογή, για να το απενεργοποιήσετε ένα αρνητικό σκανδάλη διάρκειας 'Ts' δίνεται στην πύλη του τρανζίστορ Q1 όπως φαίνεται στο γράφημα. Μόλις το τρανζίστορ Q1 εισέλθει σε κατάσταση υψηλής αντίστασης, ο πυκνωτής C1 που φορτίζεται σε τάση + Vcc θα προσπαθήσει να εκφορτιστεί.
Έτσι, ένα ρεύμα «I» ρέει μέσω της αντίστασης και του πυκνωτή C2 όπως φαίνεται στο σχήμα. Και λόγω αυτής της τρέχουσας ροής, ο πυκνωτής C2 ξεκινά τη φόρτιση και θα εμφανιστεί μια τάση «Vc2» απέναντί του.
Στο κύκλωμα εκκίνησης, η χωρητικότητα του C1 είναι πολύ υψηλότερη από το C2, οπότε το ηλεκτρικό φορτίο που αποθηκεύεται από τον πυκνωτή C1 όταν είναι πλήρως φορτισμένο είναι πολύ υψηλό. Τώρα ακόμα και αν ο πυκνωτής C1 αποφορτίζεται, η τάση στους ακροδέκτες του δεν θα αλλάξει πολύ. Και λόγω αυτής της σταθερής τάσης στον πυκνωτή C1, η τρέχουσα τιμή «I» θα είναι σταθερή μέσω της εκφόρτισης του πυκνωτή C1.
Με το τρέχον "I" να είναι σταθερό καθ 'όλη τη διάρκεια της διαδικασίας, το ποσοστό φόρτισης που λαμβάνεται από τον πυκνωτή C2 θα είναι επίσης σταθερό καθ' όλη τη διάρκεια. Με αυτήν τη σταθερή συσσώρευση φόρτισης, η τάση του τερματικού πυκνωτή C2 θα αυξηθεί επίσης αργά και γραμμικά.
Τώρα με την τάση πυκνωτή C2 αυξάνεται γραμμικά με το χρόνο, η τάση εξόδου αυξάνεται επίσης γραμμικά με το χρόνο. Μπορείτε να δείτε στο γράφημα κατά τη διάρκεια του χρόνου ενεργοποίησης «Ts» η τάση του τερματικού σε όλο τον πυκνωτή C2 να αυξάνεται γραμμικά σε σχέση με το χρόνο.
Μετά το τέλος του χρόνου ενεργοποίησης, εάν αφαιρεθεί η αρνητική σκανδάλη που έχει δοθεί στο τρανζίστορ Q1, τότε το τρανζίστορ Q1 θα εισέλθει στην κατάσταση χαμηλής αντίστασης από προεπιλογή και θα λειτουργήσει ως βραχυκύκλωμα. Μόλις συμβεί αυτό, ο πυκνωτής C2 που είναι παράλληλα με το τρανζίστορ Q1 θα εκφορτιστεί εντελώς για να μειωθεί η τάση του τερματικού του. Έτσι, κατά τη διάρκεια της αποκατάστασης «Tr», η τερματική τάση του πυκνωτή C2 θα μειωθεί απότομα στο μηδέν και το ίδιο θα μπορούσε να φανεί και στο γράφημα.
Μόλις ολοκληρωθεί αυτός ο κύκλος φόρτισης και εκφόρτισης, ο δεύτερος κύκλος θα ξεκινήσει με τη σκανδάλη πύλης του τρανζίστορ Q1. Και εξαιτίας αυτής της συνεχούς ενεργοποίησης, σχηματίζεται μια κυματομορφή πριονιδιού στην έξοδο, η οποία είναι το τελικό αποτέλεσμα του κυκλώματος σάρωσης Bootstrap.
Εδώ ο πυκνωτής C2 που βοηθά στην παροχή σταθερού ρεύματος ως ανατροφοδότηση στον πυκνωτή C1 ονομάζεται «πυκνωτής εκκίνησης».