МИНОБРНАУКИ России
«Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет «ЛЭТИ»
им. В.И. Ульянова (Ленина)»
кафедра ЭПУ
Лабораторная работа №12
по дисциплине «Аналоговая схемотехника»
«АНАЛОГОВЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР»
Выполнил: __________ _
Преподаватель: __________ Симон В. А.
Санкт-Петербург
2026
Цель: получить навыки сборки и исследовать схему аналогового широтно-импульсного модулятора (ШИМ). Для упрощения сборки в качестве источника линейно изменяющегося напряжения используется лабораторный генератор.
Схема, исследуемая в работе:
Рисунок 1 – Широтно-импульсный модулятор для проведения исследований
Обработка результатов
Амплитуда напряжения генератора опорного напряжения Uг = 13 В
Таблица 1 – Параметры ШИМ
Uвх, В |
-10.4 |
-9.6 |
-7.6 |
-6 |
-5.2 |
-4.8 |
-3.6 |
Tэксп, мс |
- |
- |
- |
1 |
0.9997 |
0.9993 |
1 |
τэксп ,мкс |
- |
- |
- |
80 |
140 |
160 |
268 |
Dэксп, % |
- |
- |
- |
8 |
14 |
16 |
26.8 |
Dтеор% |
6.8 |
8.8 |
18.1 |
25.6 |
28.8 |
30.8 |
35.3 |
Таблица 2 – Продолжение таблицы 1
Uвх, В |
-0.8 |
0.8 |
2.8 |
4.4 |
6 |
7.6 |
9.6 |
10 |
Tэксп, мкс |
0.9992 |
1 |
1 |
1 |
1 |
- |
- |
- |
τэксп ,мкс |
460 |
576 |
716 |
832 |
964 |
- |
- |
- |
Dэксп, % |
46 |
57.6 |
71.6 |
83.2 |
96.4 |
- |
- |
- |
Dтеор% |
46.7 |
52.9 |
61.2 |
67.2 |
73.2 |
-1100 |
-600 |
-333 |
Пример расчёта:
Рисунок 2 – Зависимость коэффициента заполнения выходного сигнала ШИМ модулятора от входного напряжения (подпиши теор и эксп)
Рисунок 3 – Осциллограмма работы модулятора при Uвх = +2 В
Рисунок 4 – Осциллограмма работы модулятора при Uвх = -2 В
Таблица 3 – Выходной сигнал с ФНЧ
Tэксп, мс |
- |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
τэксп ,мкс |
- |
54.08 |
116.4 |
188 |
237.6 |
300.4 |
370.8 |
Dэксп, % |
- |
5.4 |
11.6 |
18.8 |
23.8 |
30 |
37 |
UФНЧ эксп, В |
-11.6 |
-10.4 |
-9 |
-7.4 |
-6.2 |
-4.8 |
-3.2 |
UФНЧ теор, В |
- |
- |
- |
-6 |
-5.2 |
-4.8 |
-3.6 |
Таблица 4 – Продолжение таблицы 3
Tэксп, мс |
0.9999 |
1 |
1 |
0.9995 |
0.9998 |
1 |
1 |
1 |
τэксп ,мкс |
463 |
578.1 |
614 |
681.2 |
769.1 |
858 |
941.8 |
987 |
Dэксп, % |
46.3 |
57.8 |
61.4 |
68.2 |
76.9 |
85.8 |
94.2 |
98.7 |
UФНЧ эксп, В |
-1.2 |
1.6 |
2.6 |
4 |
6.2 |
8.2 |
10.4 |
11.8 |
UФНЧ теор, В |
-0.8 |
0.8 |
2.8 |
4.4 |
6 |
- |
- |
- |
Пример расчёта:
Рисунок 5 – Зависимость выходного напряжения ФНЧ от коэффициента заполнения ШИМ (теоретическая и экспериментальная)
Вывод
В ходе лабораторной работы была исследована схема аналогового широтно-импульсного модулятора и изучена зависимость параметров выходного сигнала от входного управляющего напряжения.
Экспериментально установлено, что изменение входного напряжения приводит к изменению длительности импульсов при практически постоянном периоде сигнала. В результате коэффициент заполнения выходного ШИМ-сигнала изменяется в широком диапазоне, что соответствует принципу широтно-импульсной модуляции. Полученные экспериментальные значения коэффициента заполнения в целом согласуются с теоретическими расчетами.
После прохождения ШИМ-сигнала через фильтр нижних частот было получено постоянное напряжение, величина которого зависит от коэффициента заполнения. Экспериментальные результаты подтвердили, что ФНЧ выполняет усреднение импульсного сигнала и позволяет преобразовать ШИМ в аналоговый сигнал. Небольшие расхождения между расчетными и измеренными значениями объясняются неидеальностью элементов схемы и влиянием переходных процессов.
Таким образом, в работе были изучены принципы формирования широтно-импульсного сигнала и его последующего преобразования в аналоговое напряжение с помощью фильтра нижних частот. Полученные результаты подтверждают эффективность ШИМ как способа передачи и регулирования аналоговой информации в электронных устройствах