Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1990 года по МПК H03K7/08 

ч ч

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в стабилизированных источниках электропитания. Широтно-импульсный модулятор содержит задающий генератор 1, триггер 2, пороговый элемент 3, элемент обнуления 4, интегрирующее звено 5. Введение пропорционального звена 6 и новых функциональных связей позволяет повысить линейность модуляционной характеристики и увеличить диапазон изменения коэффициента заполнения выходного сигнала. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Фиг.1

Os

о ю

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в стабилизированных источниках электропитания.

Цель изобретения - повышение линейности модуляционной характеристики и увеличение диапазона изменения коэффициента заполнения выходного сигнала,

На фиг.1 приведена функциональная схема широтно-импульсного модулятора; на фиг,2 - временные диаграммы его работы; на фиг,3 - пример конкретной реализации широтно-импульсного модулятора.

Широтно-импульсный модулятор содержит задающий генератор 1, триггер 2, пороговый элемент 3, элемент 4 обнуления, интегрирующее звено 5, пропорциональное звено 6, при этом входы пропорционального 6 и интегрирующего 5 звеньев соединены с входной шиной, их выходы - с суммирующими входами порогового элемента 3, вход обнуления интегрирующего звена 5 - с выходом элемента 4 обнуления, вход которого соединен с одним из выходов триггера 2, другой выход которого соединен с выходной шиной устройства, первый вход-с выходом задающего генератора 1, второй вход - с выходом порогового элемента 3.

Пропорциональное 6 и интегрирующее 5 звенья могут быть выполнены из соединенных последовательно управляемого источника 7 тока, резистора 8 и конденсатора 9, которые включены между шиной источника питания и общей шиной, при этом управляющий вход упраляемого источника 7 тока соединен с входной шиной, а триггер 2 и пороговый элемент 3 могут быть выполнены в виде D-триггера на МОП-структуре, D-вход которого соединен с шиной источника питания, С-вход - с выходом задающего генератора 1, R-вход-с объединенными выводами управляемого источника 7 тока и резистора

8,один из выходов - с выходной шиной, другой выход - с входом элемента 4 обнуления, выход которого соединен с объединенными выводами резистора 8 и конденсатора

Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом.

Импульсы задающего генератора 1 (ui), поступают на первый вход триггера 2 (С- вход D-триггера) и устанавливают его в единичное состояние при условии отсутствия сигнала на втором входе, т.е. разряженном конденсаторе интегрирующего звена 5 и напряжении на R-входе D-триггера 2, меньшем порогового напряжения, при котором триггер 2 устанавливается в нулевое состояние по R-входу, либо находящемся в начальном состоянии отдельно выполненном

пороговом элементе 3. На втором входе триггера 2 сигнал появляется в те моменты времени, когда напряжение на входе порогового элемента 3 (ивх.з), возрастая, сравнивается со значением порога (unop). Напряжение unop

является внутренним параметром порогового элемента 3 или задается извне. Сигнал на втором входе триггера 2 переводит его в состояние ивых О, Таким образом, длительность выходного импульса триггера 2

определяется разницей во времени появления сигналов на его входах. Начало определяется началом импульса задающего генератора 1 (ui), конец-моментом переключения порогового элемента 3 (фиг.2). На вход

порогового элемента 3 поступает суммарное напряжение интегрирующего 5 и пропорционального 6 звеньев (ивх.з), т.е, линейно нарастающее напряжение (интеграл от управляющего воздействия) на выходе интегрируюидего звена 5 накладывается на напряжение, пропорциональное управляющему uy на выходе пропорционального звена 6. Таким образом, изменяется как наклон, так и уровень сигнала на входе порогового элемента 3, и

длительность выходных импульсов модулятора, близкая или равная нулю, может быть получена уже не при бесконечном по величине воздействии управляющего напряжения (uy- со ), а в пределах конечного рабочего

диапазона. При этом модуляционная характеристика, т,е, зависимость коэффициента заполнения у (uy), становится более линейной, а коэффициент передачи при уменьшении у до нуля остается в заданных пределах. По

окончании выхрдного импульса, т.е. при , элемент 4 обнуления осуществляет сброс интегрирующего звена 5.

Поскольку вход S не используется, то роль триггера 2 может выполнять тактируемый D-триггер с установкой нуля (DR-триг- гер) или другое аналогичное устройство.

По переднему фронту импульса задающего генератора 1 на выходе Q триггера 2 устанавливается сигнал 1, так как О-вход

соединен с шиной питания, если напряжение на входе порогового элемента 3 не превышает напряжения внутреннего порога (unop), в данном случае равного половине напряжения питания. На выходе триггера 2

устанавливается сигнал О в момент сравнения входного сигнала порогового элемента 3 со значением unop.

Выполнение триггера 2 на МОП-структурах позволяет повысить уровень порогевЬго напряжения, расширив диапазон входных напряжений, и устранить влияние входного сопротивления R-входа на интегрирующее и пропорциональное звенья. Модуляционную характеристику модулятора у и коэффициент передачи К y(ig угла наклона касательной модуляционной характеристики) можно записать в следующем виде:

..-rCUo-Kiuy).

uy .

1ч2

Ку

(y + Ki±)T

rUo

где KI - коэффициент передачи пропорционального звена;

г - г остоянная времени интегрирующего звена;

Т- период повторения импульсов задающего генератора,

Uo - напряжение порога.

Из этих выражений.следует, что при из- менении у от О до 1 Ку. меняется в узких пределах, что и обеспечивает большую линейность модуляционной характеристики. В модуляторе у мин О при uy Uo/Ki,

У макс 1 при Uy

UoT

Таким обраТ + Ki тзом, полный диапазон у- получается в пределах конечного диапазона Uy, величина которого определяется соот-ветствующим выбором параметров Ki, г и др.

Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет повысить линей- но.сть модуляционной характеристики и увеличить диапазон изменения коэффициента заполнения выходного сигнала.

10

15

20

5

0

5

0

Формула изобретения 1. Широтно-импульсный модулятор, содержащий триггер, первый выход которого соединен с выходной шиной, первый вход - с выходом задающего генератора, а второй вход - с выходом порогового элемента, интегрирующее звено, вход обнуления которого соединен с выходом элемента обнуления, вход которого соединен с вторым выходом триггера, отличающийся тем. что, с целью повышения линейности модуляционной характеристики и увеличения диапазона изменения коэффициента заполнения выходного сигнала, в него введено пропорциональное звено, вход которого соединен с входной шиной и входом интегрирующего звена, а выход - с суммирующим входом порогового элемента, при этом выход интегрирующего звена также соединен с суммирующим входом порогового элемента.

Фиг. 2

Фиг.З