¿Cuál es el papel del diodo D1 en este circuito generador de rampa?

El siguiente circuito es un generador de rampa utilizado en fuentes de alimentación conmutadas para generar una señal de diente de sierra para compensación, pero realmente no entiendo cuál es el papel del diodo D1 en el circuito.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El diodo es responsable de la rápida caída del diente de sierra.

Cuando el voltaje de entrada es alto, el condensador (C1) se carga a través de la resistencia y el diodo está apagado. Cuando el voltaje de entrada baja nuevamente, el diodo se enciende y la carga fluye desde el capacitor a la entrada. El diodo conduce mucho mejor que la resistencia, por lo que la caída del voltaje del condensador debe ser más rápida. Si sacas el diodo, obtienes una onda triangular. Entonces se podría decir que el diodo corta la segunda mitad del triángulo.

Como otros han mencionado, esto no le dará una gran onda de diente de sierra, pero a veces está lo suficientemente cerca.

Notas más avanzadas: El circuito RC técnicamente produce una disminución exponencial, no una pendiente lineal. Pero la onda cuadrada solo es alta durante ~ 8.3us, y la constante de tiempo del circuito RC es ~ 15.2us. El aumento durante la primera mitad de una constante de tiempo es bastante lineal:

Una onda cuadrada no es la mejor fuente para esto. Lo que quieres es un pulso de ciclo de alto rendimiento. Una onda cuadrada te dará una parte larga y plana después del borde descendente:

Supongo que la entrada al circuito es una onda rectangular y que las formas de onda de salida son de naturaleza aproximadamente de diente de sierra.

Una señal de diente de sierra se parece a esto:

Y no puede hacer una señal de diente de sierra razonable con solo una resistencia y un condensador porque la velocidad de carga y la velocidad de descarga del condensador son iguales y se obtiene una onda triangular "cercana" como esta:

Tenga en cuenta que la tasa de carga y la tasa de descarga son idénticas. Entonces, para obtener una onda de diente de sierra, debe descargar el condensador mucho más rápido de lo que lo carga, por lo tanto, cuando la onda de entrada baja, el condensador se descarga mucho más rápidamente a través del diodo.

Probemos y analicemos este circuito.

No dices cuál es la amplitud o sesgo de tu onda cuadrada. Supongamos que tiene una onda cuadrada unipolar entre 0 y 10 voltios. Supongamos también que la fuente de voltaje es ideal.

Supongamos por ahora que inmediatamente antes de t = 0 todo estaba en 0 y que en t = 0 la onda cuadrada va a 10 voltios.

cada medio ciclo dura segundos o aproximadamente 8 microsegundos.$\frac{1}{120\times10^3}$

El diodo tiene polarización inversa, por lo que el flujo de corriente en el diodo es insignificante. El condensador comienza a cargar a través de la resistencia con una corriente de amperios.$\frac{10}{39*10^3}$

Si esta corriente fuera constante, al final del primer medio ciclo habría colombs de carga en el condensador. Esto daría como resultado un voltaje de voltios.$\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$

En la práctica, el voltaje será más bajo que esto y la pendiente ascendente no será lineal, porque a medida que el voltaje en el condensador aumenta, la corriente de carga disminuirá. Teniendo en cuenta esto, el voltaje en nuestro condensador es en realidad voltios.$10 \times (1 - e^{-\frac{\frac{1}{120\times10^3}}{39 * 10^3 \times 0.39 \times 10^-9 }}) \approx 4.22$

Ahora la fuente vuelve a cero. El diodo ahora está sujeto a un avance de 4.22 voltios. Esto dará como resultado una gran corriente directa.

Podemos modelar un diodo fuertemente polarizado hacia adelante como fuente de voltaje en serie con una resistencia. de la figura 6 en https://www.mouser.co.uk/datasheet/2/308/1N4148-1118184.pdf vemos que una corriente de 200 mA da como resultado un voltaje de aproximadamente 1.05 V y una corriente de 800 mA da como resultado un voltaje de aproximadamente 1.45V. Dibujar una línea a través de estos puntos nos da una ecuación de$V=0.67I+0.95$

Entonces, tenemos una corriente muy grande en el diodo, esto descargará rápidamente el condensador. Una regla general es que un condensador se descarga casi por completo después de 5 constantes de tiempo. Con una resistencia efectiva de aproximadamente 0,67 ohmios, nuestra constante de tiempo es de 0,26 nanosegundos, por lo que en un par de nanosegundos el condensador se descargaría en su mayor parte.

Sin embargo, el diodo no puede descargar el condensador a cero ya que la corriente caerá rápidamente a medida que el voltaje caiga a través de 0.7 voltios más o menos. En este punto, solo tendremos una descarga lenta de la resistencia.

Entonces, tenemos una pendiente ascendente ligeramente no lineal, seguida de una pendiente descendente muy rápida a 0.7 voltios más o menos causada por el diodo y luego una caída gradual hasta el siguiente pulso. En otras palabras, tenemos una aproximación cruda de una onda de diente de sierra.