2.7.2. Широтно-импульсный модулятор

Как видно из рис. 2.28, в, для построения широтноимпульсного модулятора необходимы детектор уровня и генератор пилообразного напряжения с фиксированной частотой (периодом

Т) повторения импульсов. Упрощенная схема такого модулятора представлена на рис. 2.29.

Рис. 2.29

Генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе 1 генерирует прямоугольные импульсы с постоянным перио-

дом следования Т, определяемым постоянной времениτ = R1C1 – точка А схемы. Конденсатор C2 дифференцирует прямоугольные импульсы, преобразуя их в положительные и отрицательные пиковые напряжения. Отрицательные пики напряжения поглощаются диодом 2,ив точке B схемы наблюдаются короткие положительные импульсы напряжения очень малой длительности с периодом

следования Т=const. Они поступают на затвор полевого транзистора 3, кратковременно вводя его в режим проводимости. Это проис-

ходит по той причине, что исток транзистора присоединен к инвертирующему входу усилителя 4, имеющему потенциал земли. Таким образом, транзистор 3 работает в режиме ключа, закорачивающегоконденсатор C3 с частотойf=1/T.

Усилитель 4 вместе с резистором R4 и конденсатором C3 обра-

зуют интегратор напряжения. Напряжение на его выходе меняется линейно по законуUвых = Ut/RС3 соскоростью v = U/RC.

79

Линейный закон изменения выходного напряжения наблюдается лишь в периоды разомкнутых состояний транзисторного ключа. В моменты его замкнутого состояния конденсатор закорачивается, и выходное напряжение интегратора обнуляется. Таким образом, с момента размыкания ключа начинается линейное нараста-

ние напряжения на выходе усилителя, которое обнуляется в момент его замыкания. Так формируется пилообразное напряже-

ние с Т=const на выходе усилителя 4 (рис. 2.29). Детектор уровня 5 преобразует пилообразное напряжение в прямоугольные импульсы с длительностью, прямо пропорциональной управляющему напряжению Uу.

Этот же принцип построения можно использовать идля ш и- ротно-импульсной модуляции, например, синусоидальных сигна-

лов. Для этого источник синусоидального напряжения включается в качестве Uу. Естественно, что для модуляции синусоидальных

сигналов переменной частоты приходится согласовывать частоту колебаний генератора прямоугольных импульсов, а также скорости нарастания напряжения в интеграторе с максимальной частотой модулирующего сигнала. Коммерчески доступны различные схемы широтно-импульсных модуляторов в интегральном испол-

нении. Они широко используются в различных системах автоматики.

2.7.3. Генераторынапряженийразличнойформы

Таймер положен в основу многих микросхем. Одной из них является микросхема, генерирующая прямоугольные и треугольные

импульсы, а также напряжения синусоидальной формы. Частота генерируемыхнапряженийздесьможет меняться ирегулироваться

в широком диапазоне под действием внешнего управляющего сигнала.

Напряжения треугольной формы можно снимать с точкиА (рис. 2.26). Для этого достаточно организовать заряд и разряд конденса-

тора С постоянным током. В этом случае Uc = I t/C = K t. Если I=const, напряжение на конденсаторе изменяется не экспоненциально, а линейно. Схемотехнически эта задача решается включе-

нием в схемутаймера источников тока вместорезисторов R1 и R2. Поскольку скорость заряда иразряда конденсатора зависит от тока

I, то, управляя током I, представляется возможным при неизмен-

80

ных порогах переключения менять частоту переключений таймера.

Для управления током двух источников тока требуются два внешних резистора. Регулируя величины этих резисторов, можно обеспечить одинаковые скорости заряда и разряда конденсатора,

т.е. откорректировать треугольную форму напряжения на конденсаторе.

Другойспособ управления частотойгенерации таймера – изменение абсолютных значений порогов переключения. Это просто показать на примере рис. 2.26. Если напряжение зарядноразрядной цепи конденсатора поддерживать постоянным, а напряжение на зажиме 5 менять, то будут меняться пороговые напряжения, т.е. разность напряжения между ними при неизменной посто-

янной времени заряда и разряда и фиксированном установившемся напряжениина конденсаторе.

Рис. 2.30

Как следует из рис. 2.30, уменьшение управляющего напряжения на зажиме 5 приводит к увеличению частоты выходного напряжения. То есть такая схема является преобразователем напряжения в частоту или частотно-импульсным модулятором. Дополнительно в такие микросхемы встраивается цепь преобразования прямоугольных напряжений в синусоидальные.

К таким электронным устройствам относится микросхема 8038

(рис. 2.31).

Резисторы R1 иR2 устанавливают токи источников тока. Резистор R4 балансирует этитоки. Резистор R3 – коллекторная нагруз-

81

ка выходного транзистора в канале генерации прямоугольных импульсов. Параметры С, R1, R2 определяют частоту переключения, еслине подано управляющее напряжение на вывод 8. Схемаможет работать как от двухполярного, так и от однополярного источника напряжения. В последнем случае при подаче питания на схему в

ней автоматическивыставляетсярабочая точка на уровне Uп/2. При равенстве сопротивлений между Uп и выводами 4, 5

(Ru4=Ru5=R) частотагенерации f = 0,3/RC.

Несимметричность ветвей генерируемых напряжений регулируется потенциометром R4, причем R4<<R1 и R4<<R2. Сопротивления резисторов R1 и R2, выбирают такими, чтобы ток через них составлял от 10мкА до 1мА.

Uп

Рис. 2.31

Управлять частотой генерации можно напряжением, поставляемым на вывод 8. Перемычка 7-8 при этом размыкается. На рис. 2.31 пунктиром показана возможность управления частотой смещения движка потенциометраR7. Вэтом случаечастота

приэтом ⅔Uп≤U8<Uп.

f = 3(Uп–U8)/2RCUп,

2.7.4. Генераторыдлительных интерваловвремени

82