lab6 / циф6

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра электронных приборов и устройств

отчет по лабораторной работе №6 по дисциплине «Цифровая схемотехника» Тема: «ЦИФРОВОЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР»

Студент гр. ____________________ Преподаватель __________________________ Герасимов В.А.

Санкт-Петербург 2024 г.

Цели работы: собрать и исследовать схему 4-разрядного широтно-импульсного модулятора на основе двух синхронных счетчиков и компаратора.

Обработка результатов

Вариант №20

Рисунок 1 – Исследованная схема цифрового 4-разрядного широтно-импульсного модулятора

Схема была собрана корректно: удержание кнопки SA1 приводило к уменьшению числа на индикаторе, SA2 – увеличению, коэффициент заполнения сигнала при этом изменялся в пределах 0… , яркость свечения светодиода изменялась так-то и так-то. Перепробовав различные подключения сигнала CKE, я пришел к выводу, что наиболее удобно регулировать коэффициент заполнения, когда цепь CKE подключена к выходу F128 делителя частоты DD2. При выбранном подключении изменение числа B происходит при удержании кнопок с частотой

Напряжения U⁽¹⁾ и U⁽⁰⁾ в цепи PWM составляют:

U⁽¹⁾ = 3.18 В,

U⁽⁰⁾ = 0.14 В.

Зависимости коэффициента заполнения сигнала в цепи PWM и напряжения в цепи VOUT от числа B приведены в табл. 1.

Число	τи, мс	D, % (эксп).	D, % (теор).	Up, В (эксп).	Up, В (теор).
0	-	-	0	-	0.14
1	0.938	6.21	6.67	0.2	0.34
2	1.88	12.45	13.33	0.392	0.55
3	2.18	14.44	20.00	0.592	0.75
4	3.75	24.83	26.67	0.792	0.95
5	4.69	31.06	33.33	0.992	1.15
6	5.63	37.28	40.00	1.19	1.36
7	6.56	43.44	46.67	1.39	1.56
8	7.5	49.67	53.33	1.59	1.76
9	8.43	55.83	60.00	1.79	1.96
10	9.37	62.05	66.67	1.99	2.17
11	10.3	68.21	73.33	2.19	2.37
12	11.23	74.37	80.00	2.38	2.57
13	12.16	80.53	86.67	2.58	2.77
14	13.1	86.75	93.33	2.78	2.98
15	14.04	92.98	93.75	2.98	2.99

Пример теоретического расчета коэффициента заполнения и напряжения в цепи VOUT для В = 3

Рисунок 2 – Зависимости теоретического и экспериментального значений коэффициента заполнения D от числа B[3..0]

Рисунок 3 – Зависимости теоретического и экспериментального значений напряжения в цепи VOUT от числа B[3..0]

Рисунок 4 – Осциллограмма пульсаций в цепи VOUT

Измеренный двойной размах пульсаций U_PP составляет 172 мВ, а амплитуда, соответственно, U_{m ЭКСП} = U_PP / 2 = 86 мВ. Теоретически, значение амплитуды пульсаций должно составлять

где:

;

.

Экспериментальное значение амплитуды не соответствует расчетному, что связано с неточностью измерений с помощью осциллографа, так как размах определялся визуально с помощью встроенных меток.

Цифровой ШИМ позволяет изменять субъективно воспринимаемую яркость свечения светодиода благодаря управлению длительностью импульсов, что изменяет среднюю мощность, подаваемую на светодиод: больше длительность - больше мощность. Это связано с особенностями восприятия света человеческим глазом, который интегрирует быстрые изменения яркости и воспринимает их как уровень средней яркости.

При уменьшении тактовой частоты применение ШИМ на низких частотах нивелирует преимущества усовершенствованных стабилизирующих цепей в подсветке, так как источник почти непрерывного света в этом случае снова начинает мерцать, потому что глаз начинает воспринимать отдельные импульсы.

Рисунок 5 - Осциллограмма процесса изменения V_OUT при удержании кнопок SA1,2

ВЫВОД

В ходе выполнения лабораторной работы была исследована схема 4-разрядного широтно-импульсного модулятора на основе двух синхронных счетчиков и компаратора. В качестве нагрузки модулятора использованы индикаторные светодиоды, для исследования обратного преобразования (ШИМ-сигнала в напряжение) на выход модулятора подключается RC-цепь. Анализируя схему ШИМ, делаем следующие выводы - число B[3..0] по каждому импульсу CKE увеличивается при нажатии кнопки SA2 и уменьшается – по нажатию SA1. Это происходит, если nMIN и nMAX = 1. Когда число в счетчике DD4 достигает значения 0, в активный уровень лог. «0» устанавливается его выходе. С помощью цепи nMIN и логической элемента DD6 блокируется работа кнопки SA1, что предотвращает переполнение счетчика через ноль. Аналогично, цепь nMAX, кнопка SA2 и логический элемент DD7 не позволяют счетчику переполниться при достижении значения 15. Логический элемент DD8 разрешает работу счетчика по любому из сигналов на выходах DD6 и DD7, а направление счета на инкремент контролируется только кнопкой SA2. То есть удерживая кнопки SA1 или SA2, можно автоматически уменьшать или увеличивать значение B[3..0] в диапазоне от 0 до 15. Компаратор DD5 сравнивает 4-разрядные числа A и B. На его выходе сигнал A<B будет активен, пока число B превышает возрастающее значение A, которое изменяется от 0 до 15. Очевидно, что чем больше значение B, тем дольше продолжается этот интервал времени. Таким образом, ширина импульсов в цепи PWM оказывается прямо пропорциональной значению B.