6.10 Широтно-импульсный и частотно-импульсный модулятор

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) осуществляет преобразование аналогового сигнала в длительность импульса. ШИМ используются в системах управления с импульсным информационным сигналом, когда информационным параметром является длительность импульса. Функциональная схема простейшего ШИМ приведена на рисунке 6.23а. Модулятор состоит из компаратора и генератора развертывающего напряжения.

Диаграммы работы модулятора при линейном развертывающем напряжении приведена на рисунке 6.23б. Переключение компаратора в единичное состояние происходит при равенстве входного сигнала и развертывающего. До этого момента компаратор находится в нулевом состоянии. Длительность импульса на выходе компаратора определяется входным напряжением и законом изменения развертывающего напряжения. В данном случае _U = КU, т.е. зависимость линейная. Иногда используются развертывающие напряжения другого вида, например косинусоидальное напряжение. При этом длительность импульса определяется соотношением

_U = K₁cos(K₂U_вх) .

а

в

б

а – функциональная схема; б – диаграммы работы; в – упрощенная принципиальная схема

Рисунок 6.23 – Широтно-импульсный модулятор

Упрощенная принципиальная схема ШИМ приведена на рисун- ке 6.23в. На VT1, С1, DA1 собран генератор пилообразного напряжения, на DA2 компаратор.

Частотно-импульсный модулятор (ЧИМ) осуществляет преобразование аналогового сигнала в частоту следования импульсов. В простейшем случае в качестве ЧИМ может быть использован мультивибратор, управляемый напряжением, или ГЛИН (см. раздел 4) с формирователем прямоугольных импульсов. Схема ЧИМ с использованием ГЛИН приведена на рисунке 6.24.

На R₁, VS, C₁, DA1 собран генератор пилообразного напряжения. Частота колебаний генератора кроме постоянных элементов (R₁, C₁, VS), будет зависеть от входного напряжения. На R₂, R₃, DA2 собран компаратор, на один из входов которого подано фиксированное напряжение. Диаграммы, поясняющие принцип работы, приведены на рисунке 6.24б и особых пояснений не требуют. Из рисунка 6.24б следует, что в данной схеме наряду с ЧИМ возникает дополнительная (паразитная) ШИМ. Для устранения этого явления на выходе компаратора необходимо поставить формирователь с заданной длительностью импульса, например одновибратор.

а б

а – упрощенная принципиальная схема; б – диаграммы работы

Рисунок 6.24 – Частотно-импульсный модулятор

Контрольные вопросы к разделам 6.9 - 6.10

1. ЦАП: назначение, принцип работы.

2. АЦП: назначение, принцип работы АЦП интегрирующего типа и с динамической компенсацией.

3. Широтно-импульсный модулятор: схема, назначение, принцип работы.

4. Частотно-импульсный модулятор: схема, назначение, принцип работы.