ใครก็ตามที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะต้องเจอวงจรกำเนิดรูปคลื่นเช่นเครื่องกำเนิดรูปคลื่นสี่เหลี่ยมเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมเครื่องกำเนิดคลื่นพัลส์ ฯลฯ ในทำนองเดียวกัน Bootstrap Sweep Circuit เป็นเครื่องกำเนิดรูปคลื่นฟันเลื่อย โดยทั่วไปวงจร Bootstrap Sweep เรียกอีกอย่างว่าBootstrap Time Based generator หรือ Bootstrap Sweep Generator
ตามความหมายวงจรเรียกว่า 'เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามเวลา' หากวงจรนั้นสร้างแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าที่แปรผันเชิงเส้นตามเวลาที่เอาต์พุต เนื่องจากผลผลิตแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจากเงินทุนกวาดวงจรยังมีการเปลี่ยนแปลงเป็นเส้นตรงกับเวลาวงจรจะเรียกว่าBootstrap วยเวลาที่ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ในแง่ที่ง่ายกว่านั้น'Bootstrap Sweep Circuit' เป็นเครื่องกำเนิดฟังก์ชันที่สร้างรูปคลื่นฟันเลื่อยที่มีความถี่สูง ก่อนหน้านี้เราสร้างวงจรกำเนิดรูปคลื่นฟันเลื่อยโดยใช้ 555 Timer IC และ op-amp ตอนนี้เราจะอธิบายเกี่ยวกับทฤษฎีวงจรกวาด bootstrap
การใช้งาน Bootstrap Sweep Generator
โดยทั่วไปเครื่องกำเนิดตามเวลามีสองประเภท ได้แก่
- เครื่องกำเนิดฐานเวลาปัจจุบัน:วงจรเรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าฐานเวลาปัจจุบันหากสร้างสัญญาณปัจจุบันที่เอาต์พุตซึ่งแตกต่างกันเชิงเส้นตามเวลา เราพบแอปพลิเคชั่นสำหรับวงจรประเภทนี้ในด้าน 'Electromagnetic Deflection' เนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของขดลวดและตัวเหนี่ยวนำเกี่ยวข้องโดยตรงกับกระแสที่เปลี่ยนไป
- เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าฐานเวลา: วงจรเรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าฐานเวลาแรงดันไฟฟ้าถ้ามันสร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่เอาท์พุทซึ่งแตกต่างกันเชิงเส้นตามเวลา เราพบการใช้งานสำหรับวงจรประเภทนี้ในด้าน 'Electrostatic Deflection' เนื่องจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตเกี่ยวข้องโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง
เนื่องจาก Bootstrap Sweep Circuit เป็นเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าตามเวลาจึงจะมีแอพพลิเคชั่นใน Electrostatic Deflection เช่น CRO (Cathode Ray Oscilloscope) จอภาพหน้าจอระบบเรดาร์ตัวแปลง ADC (ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล) เป็นต้น
การทำงานของ Bootstrap Sweep Circuit
รูปด้านล่างแสดงแผนภาพวงจรของวงจร Bootstrap Sweep:
วงจรมีส่วนประกอบหลักสองส่วนคือทรานซิสเตอร์ NPN ได้แก่ Q1 และ Q2 ทรานซิสเตอร์ Q1 ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ในวงจรนี้และทรานซิสเตอร์ Q2 ถูกติดตั้งเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวติดตามตัวปล่อย ไดโอด D1 อยู่ที่นี่เพื่อป้องกันการคายประจุของตัวเก็บประจุ C1 ในทางที่ผิด ตัวต้านทาน R1 และ R2 มีอยู่ที่นี่เพื่อให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์ Q1 และเปิดไว้ตามค่าเริ่มต้น
ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นทรานซิสเตอร์ Q2 ทำหน้าที่ในการกำหนดค่าตัวปล่อยสัญญาณดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจะปรากฏที่ฐานของทรานซิสเตอร์ค่าเดียวกันจะปรากฏที่ตัวปล่อย ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุต 'Vo' จึงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ฐานของทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุ C2 มีตัวต้านทาน R4 และ R3 อยู่ที่นี่เพื่อปกป้องทรานซิสเตอร์ Q1 และ Q2 จากกระแสไฟฟ้าสูง
ตั้งแต่เริ่มต้นทรานซิสเตอร์ Q1 จะถูกเปิดเนื่องจากการให้น้ำหนักและด้วยเหตุนี้ตัวเก็บประจุ C2 จะถูกปล่อยออกมาอย่างสมบูรณ์ผ่าน Q1 ซึ่งจะส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตกลายเป็นศูนย์ ดังนั้นเมื่อ Q1 ไม่ถูกกระตุ้นแรงดันไฟฟ้าขาออก Vo จะเท่ากับศูนย์
ในเวลาเดียวกันเมื่อ Q1 ไม่ถูกกระตุ้นตัวเก็บประจุ C1 จะถูกชาร์จอย่างสมบูรณ์เป็นแรงดันไฟฟ้า + Vcc ผ่านไดโอด D1 ในช่วงเวลาเดียวกันเมื่อ Q1 อยู่บนฐานของ Q2 จะถูกขับเคลื่อนไปที่พื้นเพื่อให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะ Q2 OFF
เนื่องจากทรานซิสเตอร์ Q1 เปิดอยู่โดยค่าเริ่มต้นหากต้องการปิดทริกเกอร์เชิงลบของระยะเวลา 'Ts' จะถูกกำหนดให้กับประตูของทรานซิสเตอร์ Q1 ดังแสดงในกราฟ เมื่อทรานซิสเตอร์ Q1 เข้าสู่สถานะอิมพีแดนซ์สูงตัวเก็บประจุ C1 ซึ่งถูกชาร์จเป็นแรงดันไฟฟ้า + Vcc จะพยายามระบายออกเอง
ดังนั้นกระแส 'I' จึงไหลผ่านตัวต้านทานและไปยังตัวเก็บประจุ C2 ดังแสดงในรูป และเนื่องจากการไหลของกระแสนี้ตัวเก็บประจุ C2 จึงเริ่มชาร์จและแรงดันไฟฟ้า 'Vc2' จะปรากฏขึ้น
ในวงจร bootstrap ความจุของ C1 จะสูงกว่า C2 มากดังนั้นประจุไฟฟ้าที่เก็บโดยตัวเก็บประจุ C1 เมื่อชาร์จเต็มจะสูงมาก ตอนนี้แม้ว่าตัวเก็บประจุ C1 จะคายประจุเอง แต่แรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก และเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรในตัวเก็บประจุ C1 ค่า 'I' ในปัจจุบันจะคงที่ผ่านการปล่อยตัวเก็บประจุ C1
เมื่อกระแส 'I' คงที่ตลอดทั้งกระบวนการอัตราประจุที่ได้รับจากตัวเก็บประจุ C2 ก็จะคงที่ตลอด ด้วยการสะสมประจุที่คงที่นี้แรงดันไฟฟ้าขั้ว C2 ของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆและเป็นเส้นตรง
ขณะนี้ด้วยแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ C2 ที่เพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามเวลาแรงดันขาออกจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามเวลา คุณสามารถเห็นในกราฟในช่วงเวลาทริกเกอร์ 'Ts' แรงดันเทอร์มินัลข้ามตัวเก็บประจุ C2 เพิ่มขึ้นในเชิงเส้นตามเวลา
หลังจากสิ้นสุดเวลาทริกเกอร์หากทริกเกอร์เชิงลบที่กำหนดให้กับทรานซิสเตอร์ Q1 ถูกลบออกทรานซิสเตอร์ Q1 จะเข้าสู่สถานะความใกล้ชิดต่ำตามค่าเริ่มต้นและทำหน้าที่เป็นไฟฟ้าลัดวงจร เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นตัวเก็บประจุ C2 ซึ่งอยู่คู่ขนานกับทรานซิสเตอร์ Q1 จะคายประจุออกมาอย่างสมบูรณ์เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าของเทอร์มินัลลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นในช่วงเวลาฟื้นฟู 'Tr' แรงดันเทอร์มินัลของตัวเก็บประจุ C2 จะลดลงอย่างรวดเร็วถึงศูนย์และสามารถเห็นได้ในกราฟ
เมื่อรอบการชาร์จและการคายประจุเสร็จสิ้นรอบที่สองจะเริ่มต้นด้วยทริกเกอร์เกตของทรานซิสเตอร์ Q1 และเนื่องจากการกระตุ้นอย่างต่อเนื่องนี้รูปคลื่นฟันเลื่อยจึงเกิดขึ้นที่เอาต์พุตซึ่งเป็นผลลัพธ์สุดท้ายของวงจร Bootstrap Sweep
ที่นี่ตัวเก็บประจุ C2 ซึ่งช่วยในการให้กระแสคงที่เนื่องจากข้อเสนอแนะไปยังตัวเก็บประจุ C1 เรียกว่า 'Bootstrapping capacitor'