Iedereen die met elektronica te maken heeft, is wel eens golfvormgeneratorcircuits tegengekomen, zoals rechthoekige golfvormgenerator, blokgolfgenerator, pulsgolfgenerator, etc. Evenzo is Bootstrap Sweep Circuit een zaagtandgolfvormgenerator. Over het algemeen wordt het Bootstrap Sweep-circuit ook wel Bootstrap Time Based-generator of Bootstrap Sweep Generator genoemd.
In definitie wordt een circuit 'Time-Based generator' genoemd als dat circuit een lineair variërende spanning of stroom produceert met betrekking tot de tijd aan de uitgang. Omdat de uitgangsspanning van Bootstrap Sweep Circuit ook lineair verandert met de tijd, wordt het circuit ook wel Bootstrap Time-Based generator genoemd.
In eenvoudigere bewoordingen is het 'Bootstrap Sweep Circuit' in feite een functiegenerator die een zaagtandgolfvorm met een hoge frequentie genereert. We hebben eerder een zaagtandgolfvormgeneratorcircuit gebouwd met behulp van 555 Timer IC en op-amp. Nu leggen we hier uit over de bootstrap sweep-circuittheorie.
Toepassingen van Bootstrap Sweep Generator
Er zijn in principe twee soorten op tijd gebaseerde generator, namelijk
- Huidige tijdbasisgenerator : Een circuit wordt de huidige tijdbasisgenerator genoemd als het een stroomsignaal genereert aan de uitgang dat lineair varieert in de tijd. Toepassingen voor dit soort schakelingen vinden we op het gebied van 'elektromagnetische afbuiging' aangezien de elektromagnetische velden van spoelen en inductoren direct gerelateerd zijn aan veranderende stromen.
- Voltage Time-Base generator: Een circuit wordt Voltage Time-Base generator genoemd als het aan de uitgang een spanningssignaal genereert dat lineair in de tijd varieert. Toepassingen voor dit soort schakelingen vinden we op het gebied van 'Electrostatic Deflection' omdat elektrostatische interacties direct gerelateerd zijn aan veranderende spanningen.
Aangezien Bootstrap Sweep Circuit ook een Voltage Time-Base-generator is, zal het zijn toepassingen hebben in elektrostatische afbuiging zoals CRO (Cathode Ray Oscilloscope), monitoren, schermen, radarsystemen, ADC-converters (analoog naar digitaal converter), enz.
Werking van Bootstrap Sweep Circuit
De onderstaande afbeelding toont het schakelschema van het Bootstrap-sweepcircuit:
Het circuit heeft twee hoofdcomponenten die NPN-transistors zijn, namelijk Q1 en Q2. De transistor Q1 werkt als een schakelaar in deze schakeling en transistor Q2 is aangebracht om als een emittervolger te werken. Hier is de diode D1 aanwezig om een verkeerde ontlading van condensator C1 te voorkomen. De weerstanden R1 en R2 zijn hier aanwezig om de transistor Q1 voor te spannen en standaard ingeschakeld te houden.
Zoals hierboven vermeld, werkt de transistor Q2 in de emittervolgerconfiguratie, dus ongeacht de spanning aan de basis van de transistor, zal dezelfde waarde op de emitter verschijnen. De spanning aan de uitgang 'Vo' is dus gelijk aan de spanning aan de basis van de transistor, dat is de spanning over condensator C2. De weerstanden R4 en R3 zijn hier aanwezig om de transistoren Q1 en Q2 te beschermen tegen hoge stromen.
Vanaf het begin wordt de transistor Q1 ingeschakeld vanwege voorspanning en hierdoor zal de condensator C2 volledig worden ontladen via Q1, wat op zijn beurt resulteert in een uitgangsspanning die nul wordt. Dus als Q1 niet wordt geactiveerd, is de uitgangsspanning Vo gelijk aan nul.
Tegelijkertijd, wanneer Q1 niet wordt geactiveerd, wordt de condensator C1 volledig opgeladen tot spanning + Vcc via diode D1. Gedurende dezelfde tijd, wanneer Q1 AAN is, zal de basis van Q2 naar de aarde worden gestuurd om de toestand van transistor Q2 UIT te houden.
Omdat de transistor Q1 standaard AAN is, wordt om deze UIT te schakelen een negatieve trigger van duur 'Ts' gegeven aan de poort van transistor Q1, zoals weergegeven in de grafiek. Zodra de transistor Q1 in een hoge impedantietoestand komt, zal de condensator C1 die is opgeladen tot spanning + Vcc proberen zichzelf te ontladen.
Dus een stroom 'I' vloeit door de weerstand en naar de condensator C2 zoals weergegeven in de figuur. En door deze stroom gaat de condensator C2 opladen en verschijnt er een spanning 'Vc2' overheen.
In het bootstrap-circuit is de capaciteit van C1 veel hoger dan die van C2, dus de elektrische lading die wordt opgeslagen door condensator C1 wanneer deze volledig is opgeladen, is erg hoog. Zelfs als de condensator C1 zichzelf ontlaadt, zal de spanning over zijn aansluitingen niet veel veranderen. En vanwege deze stabiele spanning over condensator C1 zal de stroom 'I' waarde stabiel zijn door de ontlading van de condensator C1.
Omdat de stroom 'I' gedurende het hele proces stabiel is, zal de ladingssnelheid die door de condensator C2 wordt ontvangen ook overal stabiel zijn. Met deze stabiele accumulatie van lading zal de klemspanning van de condensator C2 ook langzaam en lineair stijgen.
Nu met de condensator C2 de spanning lineair stijgt met de tijd, stijgt de uitgangsspanning ook lineair met de tijd. U kunt in de grafiek tijdens de triggertijd 'Ts' zien dat de klemspanning over condensator C2 lineair toeneemt met de tijd.
Als na het einde van de triggertijd de negatieve trigger die aan transistor Q1 is gegeven, wordt verwijderd, zal de transistor Q1 standaard in de toestand van lage afhankelijkheid komen en als kortsluiting werken. Zodra dit gebeurt, zal de condensator C2, die parallel staat met transistor Q1, zichzelf volledig ontladen, zodat de klemspanning sterk daalt. Dus tijdens de restauratietijd 'Tr' zal de klemspanning van condensator C2 scherp dalen naar nul en hetzelfde was te zien in de grafiek.
Zodra deze cyclus van laden en ontladen is voltooid, begint de tweede cyclus met de poorttrekker van transistor Q1. En vanwege deze continue triggering wordt een zaagtandgolfvorm gevormd aan de uitgang, wat het eindresultaat is van het Bootstrap Sweep-circuit.
Hier wordt de condensator C2 die helpt bij het leveren van constante stroom als terugkoppeling naar de condensator C1 'Bootstrapping-condensator' genoemd.