Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1987 года по МПК H03K7/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах передачи информации и системах автоматического управления.

Целью изобретения является повышение быстродействия широтно-импульсного модулятора за счет введения положительной импульсной дифференцирующей обратной связи.

На чертеже приведена функциональная схема широтно-импульсного модулятора.

Широтно-импульсный модулятор содержит генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 пилообразного напряжения, компаратор 3, триггер 4, элементы 5 и 6 выборки-хранения, аналоговые ключи 7-10, вычитающий элемент 11, сумматор 12, триг- гер 13, элементы 14 и 15 совпадений и формирователь 16 импульсов, при этом выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с первым входом триггера 4 и входом формирователя 2 пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора 3 и входами элементов 5 и 6 выборки-хранения, выход элемента 5 соединен с входами аналоговых ключей 7 и 8, выходы которых соединены с входами вычита- юшего элемента 11, а управляющие входы - с выходами триггера 13 и первыми входами элементов 14 и 15 совпадений, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами элементов 5 и 6 выборки- хранения, выход элемента 6 соединен с входами аналоговых ключей 9 и 10, выходы которых соединены соответственно с выходами аналоговых ключей 8 и 7, а управляющие входы соединены соответственно с первыми входами элементов 14 и 15 совпадений, вторые входы которых соединены с выходом формирователя 16 импульсов, вход которого соединен с выходной шиной, счетным входом триггера 13 и выходом триггера 4, второй вход которого соединен с выходом компаратора 3, второй вход которого соединен с выходом сумматора 12, входы которого соединены соответственно с входной шиной и выходом вычитающего элемента 11.

Сумматор 12 может быть выполнен на операционном усилителе, вычитающий элемент 11 может быть выполнен на диффе- ренциальном операционном усилителе, формирователь 16 импульсов может быть выполнен по схеме формирователя коротких импульсов по заднему фронту входного сигнала, триггер 4 может быть выполнен на основе RS-триггера, а триггер 13 - на базе любого триггера, имеющего счетный вход, остальные элементы выполнены по стандартным схемам.

Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом.

На вход формирователя 2 пилообразного напряжения поступает п-й тактовый импульс с генератора 1 тактовых импульсов. При

этом на его выходе формируется пилообразное опорное напряжение. Одновременно тактовый импульс поступает на вход RS-триггера 4, на выходе которого формируется передний фронт выходного импульса модулятора. Задний фронт выходного импульса модулятора формируется при срабатывании компаратора 3, на один вход которого поступает пилообразное опорное напряжение, а на другой - сигнал с сумматора 12. Сумматор 12 осуществляет сложение входного сигнала модулятора с сигналом, поступающи.м от вычитающего элемента 11, на выходе которого формируется сигнал импульсной дифференцирующей обратной связи, пропорциональный разности длительностей выходных импульсов модулятора на (п-1)-м и (п-2)-м периодах работы модулятора. Значения этих длительностей пропорциональны величинам опорных напряжений модулятора в моменты срабатывания компаратора 3. Величины опорных напряжений, соответствующие моментам срабатывания компаратора 3 на («-1)-ми (л-2)-м периодах дискретизации, запоминаются в элементах 5 и 6 выборки- хранения, выходы которых подключаются к входам вычитающего элемента 11 аналоговыми ключами 7 и 9 или 10 и В. При этом на выходе вычитающего элемента 1 1 формируется сигнал разности со знаком, соответствующим положительной обратной связи. Этот сигнал поступает на сумматор 12, определяющий коэффициент обратной связи. Управление аналоговыми ключами 7-10 осуществляется от парафазных выходов счетного триггера 13, который переключается задним фронтом сигнала на выходе RS-триггера 4. Управление записью сигналов в элементы 5 и 6 выборки-хранения осуществляется от формирователя 16 импульсов по заднему фронту в 1ходного импульса модулятора на выходе RS-триггера 4. В зависимости от состояния счетного триггера 13 сигнал с формирователя 16 импульсов поступает через элемент 15 или 14 совпадений на элемент 6 или 5 выборки-хранения.

Пусть сигнал модулятора V изменяется по линейному закону. В соответствии с алгоритмом работы длительность выходных импульсов определяется моментами совпадения опорного пилообразного напряжения .Vw с выходным сигналом Уу сумматора 12, описываемым на л-ом периоде дискретизации разностным уравнением Vy(t)Vent)-fO,, (n-i)(n-2)T.(l

В установившемся режиме А («-1) Г -Цг(--2)T --consf. При этом из уравнения (1) получим для двух последующих периодов дискретизации Л(Ь7 , где b -- приращение входного сигнала в единицу времени; Т - период дискретизации.

Отсюда находим вид сигнала на выходе сумматора

Vy(t) Vo+bt+0,5bT.

Таким образом, этот сигнал опережает входной на половину периода дискретизации, что позволяет полностью компенсировать запаздывание усредненного выходного сигнала модулятора и исключить динамическую скоростную ошибку. Так как при условии применимости ШИМ скорость изменения входного сигнала должна быть намного меньше скорости нарастания опорного, то входной сигнал можно представить как некоторуюломануюлинию. Введение в широт- но-импульсный модулятор новых элементов и связей позволило повысить его быстродействие.

Формула изобретения

Широтно-импульсный модулятор, содер- жаш,ий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого триггера и входом формирователя пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого соединен с вторым входом первого триггера, выход которого соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены два элемента выбор

10

15

,0 25 ки-хранения, четыре аналоговых ключа, вычитающий элемент, сумматор, второй триггер, два элемента совпадений и формирователь импульсов, причем выход первого триггера соединен со счетным входом второго триггера и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первыми входами элементов совпадений, выхо.вд которых соединены соответственно с управляющими входами первого и второго элементов выборки-хранения, входы которых соединены с выходом формирователя пилообразного напряжения, выход первого - с входами первого и второго аналоговых ключей, а выход второго - с входами третьего и четвертого аналоговых ключей, управляющие входы первого и третьего аналоговых ключей соединены с вторым «ходом первого элемента совпадений и первым выходом второго триггера, управляющие входы второго и четвертого аналоговых ключей сое- .динены со вторым входом второго э. юмен- та совпадений и вторым выходом второ о триггера, выходы первого и четвертого аналоговых ключей соединены с первым входом вычитающего элемента, второй вход которого соединен с выходами второго и третьего аналоговых ключей, а выход вычитающего элемента соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с входной шиной, а выход с вторым входом компаратора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах передачи информации и системах автоматического управления. Цель изобретения - - повышение быстродействия широтно- импу.чьспого модулятора - достигается за счет введения положительной импульсной дифференцируюпдей обратной связи. Для этого в него дополнительно введены два элемента 5 и 6 выборки-хранения, четыре аналоговых ключа 7, 8, 9 и 10, вычитающий элемент 11, сумматор I2, второй триггер 13, два элемента 14 и 15 совпадений и формирователь 16 импульсов. Кроме того, модулятор содержит генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 пилообразного напряжения, компаратор 3, триггер 4. Введение указанных выше дополнительных элементов и связей между ними позволило су- niecTBeHHO повысить быстродействие широт- но-импульсного модулятора. 1 ил. СО о ел о