Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1988 года по МПК H03K7/08 

l//i/y

МюПретепне. относится к импу.чьс- iicui технике и может быть испо.чьтова- И(1 в нзмсфHTe.TibFibix преобразователях аналогового сит-нала.

Целью H- foripei еиия является повышение точности преобра: ования путем стабилизации частоты выходного сигналя при итмертениях входног о сигнала,

На чертеже представлена функциональная схема широтно-имнульсного модулятора.

Широтно-импульсньй модулятор (ШИМ) содержит интегратор 1, компара тор 2, управляемый резистор 3, резистор 4, блок 5 преобразования входного сигнала. При этом интегратор 1 и компаратор 2 соединены последовательно, выход компаратора 2 соеди- ней с выходного iiiHiioft устройства и первым входом интегратора 1, второй вход которого соединен с входной шиной и входом блока 5 преобразования входного сигнала, выход которого соеди- ней с управляющим входом управляемого резистора 3 включенного между общей шиной и вторым входом компаратора 2, который через резистор 4 соединен с выходной шиной,причем управляемый резистор 3 может быть выполнен в виде полевого транзистора Интегратор 1 может быть выполнен на операционном усилителе, инвертирующи вход которого через резисторы соеди- иен с входной и вьпсодной шинами, а через конденсатор со своим выходом. Компаратор 2 может быть выполнен на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен через пер вый резистор с выходом интегратора, через второй резистор со своим выходом, а инвертирующий вход - через управляемый резистор 3 - с общий шиной и через резистор 4 - с выходной 111иной. Блок 5 преобразования входного сигнала может быть выполнен в виде выпрямителя, масштабирующего узла, квадратора, сумматора. Выполнение блока 5 преобразования входного сигнала в виде выпрямителя, а управляемого резистора 3 в виде полевого транзистора обеспечивает возможность преобразования двухполярного входного сигнала.

11IHM работает следующим образом. Выходное напряжение интегратора 1 под воздействием суммы входного напряжения и чнакопеременного выход

ног о напряжения кс мпарат чра 2 сонер-- тает колебания по линеГпюму закону ме.жду двумя уровнями напряжения -1 п и +и, задаваемыми резистпвиым делителем и выходными напряжениями компаратора 2.

Алгоритм работы модулятора описать следующими- математическими выражениями

и ВЫ BV т 9,, . --- . 1 - и„ ,

(1)

и ВЫХ + UBX „, J.-:

-т,- Un ,

- постоянная времени интегратора;

- длительности положительного и отрицательного полупериодов выходных импульсов QIHM; - напряжение на выходе и

входе устройства. ений (1) находим период импульсов:

т - т + т - 2Уп Л 1ш -.

(2)

2 Un-f

в их

I -

-и Dtl. для определения напряжений е и е на инвертирующем и неинвертирующем входах компаратора 2 запишем

е

.ii . R2

-е -е Увь1х R3 R4

где R1, R2,

R3, R4 - величина сопротивления резисторов компаратора 2 и резисторов 3, 4. Тогда для е можно записать

4 Bl - Ur, R2 , . Rr+ R2

Напряжение на инвертирующем входе компаратора 2 при R3 .; R4 составляет

R

I ,x

RV

/-J -.,Г„.. КЗ

Приравнял (П и , что СООГВРТ- с ствует момент у ггере. П; пярно- сти выход юг() напряжения кпмпаратора 2, получаем выраженир пч моду/1я Ор,

т.е.

Ueb.x-RI - Un- R2 ивьгх R3

,-.

В связи с тем, 4141 полевой транзистор, на котором выполнен управляемый резистор, обладает естественной квадратичностью своей характеристики и управляющий вход управляемого резистора 3 соединен с входной шиной устройства, справедливо следующее равенство

R3 К-и ,(6)

где К - коэффициент гтропорциональности транзистора.

Подставив выражения (3) и (6) в (2), имеем:

-cBL и Ь 1к11Б2)

2 Г R4 J

- I - fc l

При условии

R1 - R4

к

L

с

фо11мула (7) сгзодится к глелуюшп

(9)

T 2C.-|f

с

10

15

20

т.е. как видно из формулы (9) при соблюдении равенства (8) перио;1, а значит и частота работы , fie зависят от ветичины входного сиг нала. Независимость частоты UIKM от величины входного сигнала обуславливают вы- сокуго точность и быстродействие ШЫ.

Формула изобретения

1. Широтно-импульсный модулятор, содержащий соединенные последовательно интегратор и компаратор, выход которого соединен с выходной шиной и первым входом интегратора, второй вход которого соединен с входной шиной,

отличающий, СИ

тем.

25

7)

35

что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены блок преобразования входного сигнала и два дополнительных резистора, один из которьпх выполнен управляемым, причем входная шина соединена с управляющим входом управляемого резистора через блок преобразования входного сигнала, выход компаратора соединен через второй дополнительный резистор со своим вторым входом, который через управляемый резистор соединен с общей шиной.

2, Модулятор по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что в нем управляемый резистор выполнен в виде полевого транзистора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях аналогового сигнала. Изобретение позволяет повысить точность преобразования путем стабилизации частоты вы- ходного сигнала при изменениях входного сигнала. Для этого в широтно-им- пульсный модулятор (ШИ1-1) дополнительно введены блок преобразования входного сигнала и два дополнительных резистора, один из которых выполнен управляемым. ШИМ содержит интег.ратор 1, компаратор 2, управляемый резистор 3, резистор 4, блок 5 преобразования входного сигнала. Компаратор 2 может быть вьшолнен на операционном усилителе, а управляемый резистор 3- в виде полевого транзистора. Блок преобразования входного сигнала выполнен в виде выпрямителя, что обеспечивает возможность преобразования двухполярного входного сигнала. В устройстве обеспечивается независимость частоты от величины входного сигнала, что обуславливает высокую точность и быстродействие предложенного модулятора. 1 з.п. ф-лы, t ил. § (Л