Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1986 года по МПК H03K7/08 

D

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты, управляемых преобразователях напряжения.

Целью изобретения является повышение линейности и расширение частоного диапазона широтно-импульсного модулятора путем формирования выходного сигнала двухсторонней симметричной модуляцией и стабилизацией периода его повторения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема широтно-импульсного модулятора; на фиг. 2 - временны:

диаграммы работы широтно-импульс, )г модулятора:2.1-напряжения на шине мдулирующего сигнала и выходе интегрирующей цепи 4, 2.2 - выходное напряжение интегратора 1, 2.3 - выходное напряжение компаратора 3, 2.4 - выходное напряжение компаратора 2, 2.5 - выходное напряжение фазового дискриминатора 7, 2.6 - выходное напряжение на выходной ши. не,

Устройство содержит интегратор 1 компараторы 2 и 3, интегрирующую цепь 4, фиксаторы 5 и 6 уровня, фазовый дискриминатор 7, выходной бло 8, при этом щина модулирующего сигнала соединена с первым входом компаратора 3 и первым входом интегратора 1, второй вход которого соединен с выходом- выходного блока 8, входом интегрирующей цепи 4 и .выходной шиной, а выход - с входом компадатора 2, выход которого соединен с первым входом фазового дискриминатора 7, второй вход которого соединен с входом выходного блока 8 и выходом компаратора 3, а выход - с управляющими входами фиксаторов 5 и 6 уровня, выходы которых соединены с вторым входом компаратора 3 и выходом интегрирующей цепи 4.

Фиксаторы 5 и 6 уровня обеспечивают фиксацию выходного напряжения интегрирующей цепи 4 на определенно уровне. Фиксаторы 5 и 6 уровня могут быть выполнены на управляемых 1: лючах, подключенных к шинам фиксированного потенциала (+Е для фиксатора 6 уровня и -Е для фикса-тора 5 уровня) . Управляемые клю-чи

о

замыкаются в фиксаторе 6 уровня при отрицательном управляющем напряжении , а в фиксаторе 5 уровня - при положительно

5

10

5,

20

03694 2

когда управляющее; 1апряжение равно О, ключи фиксаторов 5 и 6 уровня находятся в разомкнутом состоянии и выходное напряжение интегрирующей цепи 4 линейно изменяется под воз - действием выходного импульсного напряжения.

Фазовый дискриминатор 7 предназначен для формирования управляющих т пульсов для фиксаторов 5 и 6 уровня, полярность и длительность которых определяется фазовым сдвигом вьжодных импульсных последовательностей компараторов 2 и 3. Фазовый дискриминатор 7, в частности, может быть выполнен на резистивном cyr-i- маторе.

Щиротно -импульсный модулятор работает следующим образом.

Последовательность выходных рм- пульсов E(t) (фиг. 2.6) поступает на вход интегратора 1, где вычитается из входного сигнала U.(t) и интегрит руется. На выходе интегратора форми25 руется напряжение (фиг,2.2) Uu

f -| (Е (t| -Uj (t) I dt,. поступающее

на вход компаратора 2, где оно сравнивается с нулевым уровнем, на выходе компаратора 2 формируется разно- полярное напряжение (фиг, 2.4), При наличии на входах фазового дискр,ими- натора 7 разнополярных сигналов его выходное напряжение равно О, при этом управляемые ключи фиксаторов 5 и 6 уровня разомкнуты, и выходное напряжение интегрирующей цепи 4 линейно изменяется под воздействием выходного импульсного сигнала, поступающего на ее вход с выхода выходного блока 8. Когда вькодное напряжение и,, И нтегрируюп1ей цепи 4 достигает уровня модулируюп егю сиг- нала, срабатывает компаратор 3 и изменение полярности его выходно;-о напряжения приводит к формированию на выходе фазового дисв;римина-тора 7 им п ул ь с н о г о н а пр я ж е к и я U (фк г , 2 , 5) соответствующей полярности, которое приводит к срасатыЕ анию фиксглсраЗ уровня при и 0,1:ибо фиксатора 6 yjjiDBHH при и О, Срабатьщание. фкк30

35

40

саторов 5 к 6 уровня ответственно по фронту и спапу выходных импульсов кс Мпаратора 3 (фиг. 2,3). Выходное напряжение интегрирующей цепи 4 при этом фиксируется соответственно на уровне -F или +Е.

- Импульсы с выхода компаратора 3 усиливаются по мощности выходным блоком 8 и подаются на выход ши- ротно-импульсного модулятора и на вход интегратора 1 таким образом, что с момента переключения компаратора 3 абсолютная величина (Uj) выходного напряжения интегратора 1 уменьшается.

Когда (Uj,) уменьшается до нуля, срабатывает компаратор 2, напряжение на выходе фазового дискриминатора 7 становится равнь м нулю, и управляемые ключи фиксаторов 5 и 6 уровня снова размыкаются.

Далее процессы в широтно-импульс- ном модуляторе повторяются. Длительность импульсных процессов в широт- но-импульсном-модуляторе складывается из двух полупериодов Т, и Т (фиг. 2.2).

При этом

где

.ного напряжения5 ОС - скорость на- , растания выходного напряжения Up, интегрирующей цепи 4, U - скорость изменения модулирующего сигнала Ui,, ,а

То .. . UH

(1 +

и;

АО

4T14JJ7

Определяя период переключений Т как сумму полупериодов Т и Т,, , получим

Т т Cl TO

Анализируя выражение (1), можно З бедиться, что при гармоническом сигнале Vf, m.sinszt, зависимость Т f(U(t)) имеет одинаковый характер как для положительных, так и для отрицательных значений входного сигнала ). Это обуславливает наличие в выходном импульсном сигнале только нечетных гармоник модулирующего сигнала. Однако амплитуда третьей гармоники не превышает 2%, при

П V.

0,1 для m 1 ,ас уменьшением

03694

амплитуды и частоты модулирующего сигнала ее амплитуда падает пропорционально квадрату от отношения Q m

5 NV7

Таким образом, искажения выходного сигнала, обусловленные наличием гармонических составляющих в спектре при высоких частотах модулирую10 щего сигнала, в 6 - 8 раз меньше, чем в известных устройствах. Кроме того, высокочастотные составляющего спектра так же как при симметричной двухсторонней широтно-им15 пульсной модуляции содержат комбинационные составляющие с частотами К QgtnO, где п 2,Д, 6 ..., что облегчает фильтрацию этих составляющих и, в конечном счете, также приводит

2Q к уменьшению искажений вьгходного сигнала.

Введение фазового дискриминатора и второго фиксатора уровня позволяет в широтно-импульсном модуляторе

25 существенно уменьшить искажения выходного сигнала, особенно на верхних его частотах.

,а

30

40

Формула изобретения

Широтно-импульсный модулятор, содержащий первый компаратор, один вход которого соединен с шиной модулирующего сигнала, а другой - с выходами интегрирующей цепи и первого фиксатора уровня, соединенные последовательно интегратор и второй

компаратор и выходной блок, выход которого соединен с выходной шиной и первым входом интегратора, второй -ВХОД которого соединен с шиной моду- лирующего сигнала, отличающийся тем. что, с целью повьшае- ния линейности и расширения частотного диапазона, в него дополнительно введены второй фиксатор уровня и фазовый дискриминатор, входы которо-. го соединены с вьЕчодами обоих компараторов, а выход - с управляющими входами обоих фиксаторов уровня,причем выход второго фиксатора уровня соединен с выходом интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом выходного блока,вход которого соединен с выходом первого компаратора.

45

50

Фиг.2

фиг.2.г

/

У

(и

/

Изобретение относится к области импульсной-техники и может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты, управляемых преобразователях. Целью изобретения является повышение линейности и расширение частотного диапазона широтно-импульс- ного модулятора (ШИМ) путем формиро- вания выходного сигнала с двухсторонней симметричной модуляцией и стабилизацией периода его повторения. ШИМ содержит интегратор 1, компараторы (К) 2 и 3, интегрирующую цепь 4, фиксаторы уровня 5 и 6, фазовый дискриминатор (ФД) 7, выходной блок 8. Шина модулирующего сигнала соединена с первыми входами К 3 и интегратора 1, второй вход которого соединен с выходом блока 8, а тдкже с входом интегрирующей цепи 4 и выходной шиной, а. выход - с входом К 2, выход которого соединен с первым входом ФД 7. Второй вход ФД 7 соединен с входом блока 8 и выходом КЗ, а выход - с управляющими входами фиксаторов уровня 5 и 6. Выходы этих фиксаторов соединены с вторым входом К 3 и выходом интегрирующей цепи 4. Введение ФД и второго фиксатора уровня позволило в данном ШИМ существенно уменьщить искажения выходного сигнала, особенно на его верхних частотах. Рабата ШИМ поясняется временными диаграммами приведенными в описан1 и изобретения.2 ил. а k с к &д ;о М

О

Фиг.и

E(t)

tut

UK

tuK

фиг.г

Редактор Н.Пушненкова

Составитель Е.Борэов Техред 3.Палий,

Заказ 8429/60

Тираж 871Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

I-1-

izr

Л.

Корректор Л. Пилипенко