Qual è il ruolo del diodo D1 in questo circuito generatore di rampa?

Il circuito sottostante è un generatore di rampa utilizzato negli alimentatori a commutazione per generare un segnale a dente di sega per la compensazione, ma non capisco davvero quale sia il ruolo del diodo D1 nel circuito ??

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Il diodo è responsabile della rapida caduta del dente di sega.

Quando la tensione di ingresso è alta, il condensatore (C1) si carica attraverso il resistore e il diodo è spento. Quando la tensione di ingresso si abbassa di nuovo, il diodo si accende e la carica scorre dal condensatore all'ingresso. Il diodo conduce molto meglio del resistore, quindi le cadute di tensione del condensatore devono essere più veloci. Se si estrae il diodo, si ottiene un'onda triangolare. Quindi si potrebbe dire che il diodo interrompe la seconda metà del triangolo.

Come altri hanno già detto, questo non ti darà una grande onda a dente di sega, ma a volte è abbastanza vicino.

Note più avanzate: il circuito RC produce tecnicamente un decadimento esponenziale, non una pendenza lineare. Ma l'onda quadra è alta solo per ~ 8.3us, e la costante di tempo del circuito RC è ~ 15.2us. L'aumento durante la prima metà di una costante temporale è piuttosto lineare:

Un'onda quadra non è la migliore fonte per questo. Quello che vuoi è un impulso del ciclo ad alto rendimento. Un'onda quadrata ti darà una lunga parte piatta dopo il bordo di discesa:

Presumo che l'ingresso al circuito sia un'onda rettangolare e che le forme delle forme d'onda di uscita siano approssimativamente a dente di sega in natura.

Un segnale a dente di sega è simile al seguente: -

E non puoi emettere un ragionevole segnale a dente di sega solo da un resistore e un condensatore perché la velocità di carica e la velocità di scarica del condensatore sono uguali e ottieni un'onda triangolare "vicina" come questa: -

Si noti che il tasso di addebito e il tasso di scarico sono identici. Quindi, per ottenere un'onda a dente di sega è necessario scaricare il condensatore molto più velocemente di quanto lo si carica, quindi, quando l'onda in ingresso si abbassa, il condensatore si scarica molto più rapidamente tramite il diodo.

Proviamo ad analizzare questo circuito.

Non dici quale sia l'ampiezza o la distorsione della tua onda quadra. Supponiamo che tu abbia un'onda quadra unipolare tra 0 e 10 volt. Supponiamo anche che la fonte di tensione sia l'ideale.

Supponiamo per ora che immediatamente prima di t = 0 tutto fosse a 0 e che a t = 0 l'onda quadra vada a 10 volt.

ogni semiciclo dura secondi o circa 8 microsecondi.$\frac{1}{120\times10^3}$

Il diodo è polarizzato al contrario, quindi il flusso di corrente nel diodo è trascurabile. Il condensatore inizia a caricarsi attraverso il resistore con una corrente di amp.$\frac{10}{39*10^3}$

Se questa corrente fosse costante, alla fine del primo mezzo ciclo ci sarebbe colombe di carica nel condensatore. Ciò comporterebbe una tensione di volt.$\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$

In pratica la tensione sarà inferiore a questa e la pendenza non sarà lineare, poiché all'aumentare della tensione sul condensatore la corrente di carica diminuirà. Tenendo conto di ciò, la tensione sul nostro condensatore è in realtà volt.$10 \times (1 - e^{-\frac{\frac{1}{120\times10^3}}{39 * 10^3 \times 0.39 \times 10^-9 }}) \approx 4.22$

Ora la sorgente torna a zero. Il diodo è ora soggetto a un anticipo di 4,22 volt. Ciò comporterà una grande corrente diretta.

Possiamo modellare un diodo fortemente polarizzato in avanti come sorgente di tensione in serie con un resistore. dalla figura 6 in https://www.mouser.co.uk/datasheet/2/308/1N4148-1118184.pdf vediamo che una corrente di 200 mA produce una tensione di circa 1,05 V e una corrente di 800 mA produce un tensione di circa 1,45 V. Tracciare una linea attraverso questi punti ci dà un'equazione di$V=0.67I+0.95$

Quindi abbiamo una corrente molto grande nel diodo, questo scaricherà rapidamente il condensatore. Una regola empirica è che un condensatore viene quasi completamente scaricato dopo 5 costanti di tempo. Con una resistenza effettiva di circa 0,67 ohm la nostra costante di tempo è di 0,26 nanosecondi, quindi entro un paio di nanosecondi il condensatore verrebbe per lo più scaricato.

Tuttavia, il diodo non può scaricare il condensatore a zero poiché la corrente diminuirà rapidamente quando la tensione scende di circa 0,7 volt. A questo punto avremo solo la scarica lenta dal resistore.

Quindi abbiamo una pendenza leggermente non lineare, seguita da una discesa molto rapida a 0,7 volt circa causata dal diodo e quindi un graduale abbassamento fino all'impulso successivo. In altre parole, abbiamo un'approssimazione grezza di un'onda a dente di sega.