Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1992 года по МПК H03K7/08 

W

Ё

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в коллекторных модуляторах радиопередающих устройств систем связи и радиовещания, а также в устройствах формирования импульсных сигналов для усилителей низкой частоты, работающих в ключевом режиме. Цель изобретения - повышение достоверности модуляции за счет уменьшения искажений выходного сигнала достигается введением амплитудного моду

г

Фиг. 1

vi

го

00

ел

лятора 5, вычитающего блока 6, шины 7 фиксированного потенциала, формирователя 8 импульсов и соединенных последовательно временного компаратора 9, фильтра 10 ниж

них частот и пикового детектора 11. Широт-

Изобретение относится к области импульсной техники и предназначено для использования в коллекторных модуляторах радиопередающих устройств систем связи и радиовещания, а также в устройствах формирования импульсных сигналов для усилителей низкой частоты, работающих в ключевом режиме.

Известны широтно-импульсные модуляторы, содержащие соединенные последовательно генератор тактовых импульсов (ГТИ), интегратор, компаратор напряжений и ключевой усилитель мощности (КУМ), причем второй вход компаратора напряжений является входом устройства. Эти модуляторы отличаются только схемами выполнения выходных каскадов. Принцип работы модуляторов такого типа следующий. Прямоугольные импульсы с выхода ГТИ преобразуются интегратором в пилообразное напряжение, которое поступает на один из входов компаратора напряжений, на другой вход которого подается- входной низко- частотный сигнал, В результате их сравнения на выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна величине сигнала, т.е. осуществляется широтно-импуль- сная модуляция (ШИМ). Затем этот импульсный сигнал усиливается высокоэффективным КУМ до требуемого уровня мощности и фильтр нижних частот, входящий в состав КУМ, выделяет из сигнала с ШИМ усиленную по мощности низкочастотную составляющую.

Недостатком известных технических решений является то, что при превышении амплитудой входного сигнала амплитуды пилообразного напряжения происходит перемодуляция длительности импульсов на выходе компаратора, которая приводит к искажениям на выходе устройства.

Наиболее близким к предлагаемому устройству я в ляется широтно-импульсный модулятор, содержащий (фиг.1) соединенные последовательно генератор 1 тактовых импульсов (ГТИ), интегратор 2, компаратор 3 напряжений и ключевой усилитель 4 мощности (КУМ), выход которого является выходом устройства.

но-импульсный модулятор содержит также генератор тактовых импульсов 1, соединенные последовательно интегратор 2, компаратор 3 напряжений и ключевой усилитель 4

Известный модулятор работает следующим образом. На выходе ГТИ 1 формируется последовательность прямоугольных импульсов типа меандр без постоянной со- ставляющей(ит, фиг. 3.1). Этот сигнал интегрируется интегратором 2, на выходе которого формируется симметричное пилообразное напряжение (Un, фиг.3.2), амплитуда которого

(1)

где DT - амплитуда тактовых импульсов; Т - период их следования; т- постоянная интегрирования интегратора 2.

В результате сравнения этого напряжения с входным сигналом (UBx, фиг.3.2) на выходе компаратора 3 формируется последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна величине входного сигнала (фиг.3.3). При отсутствии входного НЧ-сигнала, пилообразное напряжение сравнивается с уровнем, близким к нулевому, и на выходе-компаратора 3 напряжений формируется напряжение, близкое к меандру, которое определяет уровень постоянной составляющей на выходе модулятора, т.е. уровень несущей в радиопередающем устройстве. Далее импульсный сигнал компаратора 3 напряжений усиливается по мощности КУМ 4, а фильтр нижних частот, входящий в состав КУМ, выделяет из импульсного сигнала усиленную по мощности

полезную низкочастотную составляющую.

Недостатком известного широтно-им- пульсного модулятора является то, что амплитуда входного НЧ сигнала не должна

превышать амплитуды пилообразного напряжения, так как в противном случае возникает перемодуляция длительности импульсов, которая приводит к искажениям сигнала на выходе модулятора. Поэтому

применение известного широтно-импульс- ного модулятора в вещательных или связных радиопередающих устройствах требует дополнительной ручной или автоматической регулировки усиления на входе модулятора при изменении максимального уровня входного сигнала.

Целью изобретения является повышение достоверности модуляции путем уменьшения искажений выходного сигнала.

Поставленная цель достигается в устройстве, содержащем ГТИ и соединенные последовательно интегратор, компаратор напряжений и КУМ, причем второй вход компаратора напряжений является входом, а выход КУМ - выходом устройства, дополнительно введены амплитудный модулятор, вычитающий блок, формирователь импульсов и соединенные последовательно временной компаратор, фильтр нижних частот и пиковый детектор. При этом выход амплитудного модулятора соединен с входом интегратора, его управляющий вход - с выходом вычитающего блока, а сигнальный вход - с выходом ГТИ и входом формирова-. теля импульсов, выход которого соединен с первым входом временного компаратора, второй вход которого соединен с выходом компаратора напряжений. Первый и второй входы вычитающего блока соединены с шиной фиксированного потенциала и выходом пикового детектора соответственно.

Введение перечисленных блоков и связей позволяет регулировать амплитуду пилообразного напряжения при изменении амплитуды входного сигнала путем использования информации о длительности импульсов на выходе компаратора напряжений. Это позволяет исключить перемодуляцию и устранить искажения выходного сигнала модулятора при больших входных сигналах.

На фиг.1 и 2 приведены структурные схемы известного и предлагаемого устройств, соответственно; на фиг.З - эпюры, поясняющие работу устройств.

Предлагаемый широтно-импульсный модулятор (фиг.2) содержит ГТИ 1, соединенные последовательно интегратор 2, компаратор 3 напряжений, второй вход которого является входом устройства, и КУМ 4, а также амплитудный модулятор 5 (AM), вычитающий блок 6 (ВБ) и шину 7 фиксированного потенциала. Выход AM 5 соединен с входом интегратора 2, а сигнальный вход AM 5 - с выходом ГТИ 1 и входом формирователя 8 импульсов. Управляющий входАМ 5 соединен с выходом В Б б, первый вход которого соединен с шиной 7 фиксированного потенциала. Предлагаемое устройство содержит также соединенные последовательно временной компаратор 9, фильтр 10 нижних частот и пиковый детектор 11, выход которого соединен с вторым входом - ВБ 6, при этом выход формирователя 8 импульсов соединен с первым входом временного компаратора 9, второй вход которого соединен с выходом компаратора 3 напряжений.

ГТИ 1 генерирует импульсный сигнал 5 типа меандр и может быть собран на основе автогенератора удвоенной тактовой частоты и счетного триггера.

КУМ 4 выполняется по стандартной схеме с LC-фильтром нижних частот на выходе. КУМ служит для усиления по мощности сигнала с ШИМ и выделения из него полезной Н Ч-соста в л я ю щей.

AM 5 регулирует (в соответствии с величиной напряжения Uy на его управляющем входе) амплитуду прямоугольных импульсов, поступающих через него с выхода ГТИ 1 на вход интегратора 2 и может быть выполнен на основе транзисторного ключа, напряжение питания которого изменяется в 0 соответствии с напряжением, поступающим с выхода ВБ 6 на управляющий -вход AM 5. В результате че.го амплитуда напряжения UT на выходе , АМ5и-г иу/2,где Uy- выходное напряжение ВБ 6.

5 Последний может быть реализован на основе операционного усилителя. При отсутствии напряжения ид на входе ВБ 6 его выходное напряжение Uy ERr/R2. Соответствующее напряжение на выходе интегра- 0 тора 2

,, 1 Т , , Т . Е R.1

Uno

1 Т, , Т 2

R2

где т- постоянная интегрирования интегратора 2.

При появлении на входе 2 ВБ 6 управляющего сигнала 1)д положительной полярности с выхода пикового детектора 11 амплитуда импульсов на выходе ВБ 6 становится

иу ид() + Е,

а амплитуда импульсов на выходе AM 5

UT - 0,5 UA (1+Ri/R2)+ERi/R2. В этом случае, в соответствии с (1), амплиту- да пилообразного напряжения Un на выходе интегратора 2

Un Y ZTS ERl + Ufl(Rl + R2)- P) Таким образом с помощью AM 5 и ВБ 6 осуществляется увеличение амплитуды пилообразного напряжения на выходе интегратора 2 по закону (3) от фиксированного уровня Uno (см. формулу (2)).

Формирователь 8 импульсов служит для формирования коротких импульсов длительности At, фронт которых соответствует спаду импульсов на выходе ГТИ 1 (фиг.З и 4), может быть выполнен на логических элементах ИЛИ-НЕ по стандартной схеме.

Длительность импульсов At определяется постоянной времени RC-цепочки.

Временной компаратор 9 может быть выполнен на основе D-триггера, на D-вход которого поступает импульсный сигнал Uk с ШИМ с выхода компаратора 3 напряжений (фиг.3,3), а на счетный вход - короткие импульсы 11ф длительности At с выхода формирователя 8 импульсов (фиг.3.4). Если длительность импульсов на выходе компаратора 3 напряжений больше 2At, то напряжение на выходе триггера равно нулю. Если tw становится меньше 2At, то на выходе триггера появляется сигнал логической единицы.

Пиковый детектор 11 фиксирует напряжение, снимаемое с выхода фильтра 10 (фиг.3.6), на время определяемое постоянной разряда емкости детектора. Это время определяет время восстановления исходной амплитуды пилообразного напряжения.

Предлагаемый модулятор работает следующим образом.

При малом входном сигнале, когда глу4 At бина модуляции m тмакс , т.е.

когда длительность импульсов на выходе компаратора 3 напряжений больше 2At,. сигнал на выходе временного компаратора 9 равен логическому нулю (фиг.3.5), так как в момент прихода на счетный вход триггера 9 спада короткого импульса с выхода формирователя 8 импульсов (фиг.3.4), на D-вход триггера приходит сигнал логической единицы (фиг.3.3). Вследствии этого отсутствуют сигналы на выходе фильтра 10 и пикового детектора 11 и, как следует из(3), амплитуда пилообразного напряжения на выходе интегратора 2 минимальна и не изменяется. Следовательно, при малых сигналах (т тмакс) предлагаемое устройство работает аналогично известному устройству.

При увеличении амплитуды входного сигнала UBx выше номинальной (т тмакс) (фиг.3.3), на второй вход(0-вход) временного компаратора 9 поступает сигнал логического нуля и на инверсном выходе D-триггера появляется сигнал логической единицы (фиг.3.5), который вызывает рост напряжения на выходе фильтра 10 и на выходе пикового детектора 11 (фиг.3.6). Это приводит, как следует из (3), к увеличению Un пилообразного напряжения (фиг.3.2), которое продолжается до тех пор, пока на выходе

компаратора 3 напряжений не появляются импульсы с т.и 2А t, т.е. перемодуляция устранена, и, следовательно, на выходе временного компаратора 9 сигнал становится

нулевым (фиг.3.5). После этого сигнал на выходе пикового детектора 11 начинает медленно спадать, а амплитуда пилообразного напряжения - медленно восстанавливать свое начальное минимальное значение. Если

превышение амплитуды входного сигнала номинального значения носит длительный характер, то устанавливается значение амплитуды пилообразного напряжения, соответствующее отсутствию перемодуляции

на выходе устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным устройством обладает инвариантностью порога ограничения при любых дестабилизирующих факторах и не имеет элементов настройки, так как информация о перемодуляции в предлагаемом устройстве снимается с выхода компаратора 3 напряжений, т.е. по реальной глубине ШИМ, а не по величине .входного

НЧ-сигнала.

Формула изобретения Широтно-импульсный модулятор, содержащий генератор тактовых импульсов и

соединенные последовательно интегратор, компаратор напряжения и ключевой усилитель мощности, причем второй вход компаратора напряжений соединен с входной шиной, а выход ключевого усилителя мощности соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности модуляции за счет умейьше- ния искажений выходного сигнала, введены амплитудный модулятор, вычитающий блок,

шина фиксированного потенциала, формирователь импульсов и соединенные последовательно временной компаратор, фильтр нижних частот и пиковый детектор, при этом первый вход вычитающего блока соединен

с шиной фиксированного потенциала, а его второй вход - с выходом пикового детектора, выход амплитудного модулятора соединен с входом интегратора, его управляющий вход - с выходом вычитающего блока, а сигнальный вход-с выходом генератора тактовых импульсов и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом временного компаратора, второй вход которого соединен с выходом

компаратора напряжений.

з.ч