ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР Советский патент 1971 года по МПК H03K7/08 

Изобретений Относится к аналоговой вычислительной технике и технике систем автоматического управления.

Известные широтно-импульсные модуляторы и кодирующие преобразователи с пилообразной разверткой основаны на том, что прохождение пилообразного напряжения через нуль отмечает начало вырабатываемого временного интервала, а момент равенства пилообразного и входного напряжений отмечает его окончание. В соответствии с этим известные преобразователи в качестве основных блоков содержат генератор пилообразного Напряжения, сравнивающее устройство, триггер, вентили и цепи синхронизации.

Предлагаемое устройство реализует совершенно другой алгоритм преобразования. На один из его входов, как и в известных устройствах, поступает входное напряжения U(t), но на другой вход поступает не пилообразное напряжение, а разность пилообразного напряжения и напряжения емкости Ud, равного ве/личине t/o + 26(4), что придает иреобразок 1

вателю иную функциональную характеристику и делает выходной интервал пропорциональным не входному напряжению, а интегралу от него.

Схема предлагаемого щиротно-импульсного модулятора, вырабатывающего на выходе временные интервалы, относительная длительность которых пропорциональна интегралу от входного напряжения, показана на чертеже, где 1 - генератор пилообразного напряжения (ГПН); 2 - сравнивающее устройство (СУ); 3 - триггер (Тг); 4 - блок синхронизации (БС); 5 - вентиль; К-ключ; С-конденсатор постоянной емкости.

Генератор 1 пилообразного напряжения через емкость С связан с одним из входов сравнивающего устройства 2, на второй вход СУ подано входное напряжение U(t). Блок синхронизации 4 связан с генератором и триггером 3 и одновременно с одной из двух выходных шин устройства. Вентиль 5 управляется со сравнивающего устройства и триггера. Выход вентиля связан с ключом К. и второй выходной шиной устройства.

Схема работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает напряжение, которое в течение периода Т изменяется по закону

U(t) 2t;™(,5),

Из этого выражения видно, что в каждом периоде напряжение Un(t) начинается со значения - Um и в конце периода достигает величины + Um проходя через нуль в середине

Т периода, т. е. при / -. В момент времени

Zt

t - блок синхронизации 4 посылает коротfi

кий импульс t/1 на одну из выходных шин устройства.

Напряжение f/n(0 и напряжение на емкости включены последовательно так, что их значения вычитаются и образуют напряжение L(), подаваемое на один из входов сравнивающего устройства 2. На другой вход сравнивающего устройства 2 поступает входное напряжение lJ(t).

В момент равенства напряжений L/i и t/(/) сравнивающее, устройство вырабатывает импульс t/p, поступающий на вторую выходную щину устройства.

Временной интервал между импульсами Ll и /-ГДает абсолютную величину интеграла по времени от L(), а порядок следования импульсов У и /2 определяет знак интеграла.

При необходимости временной интервал с помощью дополнительного триггера быть преобразован в длительность прямоугольного импульса, а порядок следования импульсов с помощью логических схем может быть преобразован в признак знака импульса.

Импульс СУ2 на короткое время замыкает ключ К, что присоединяет емкость С к выходным клеммам генератора / и создает на емкости напряжение

(i) 2У„(,5)

где ti - момент срабатывания сравнивающего устройства 2 в i-ом периоде.

Напряжение остается неизменным до момента следующего замыкания ключа в (i -f 1)-ом периоде.

Триггер 3 и вентиль 5 предотвращают повторное срабатывание устройства 2 после возвращения ключа в разомкнутое состояние.

Рассматривая описанные процессы, начиная с первого периода, можно записать следующие соотношения.

В первом периоде на емкости записано начальное значение интеграла в виде начального напряжения (/о, и момент срабатывания сравнивающего устройства i определится из условия

U,2U(,, U(i,},

откуда

Q 5 - ° + (l)

Т2U

Аналогично этому во втором периоде замыкание ключа произойдет при условии

2U(,5j-U,, U(Q,

откуда

А о 5 () + 0 + (i) + (2) г 2У„2U

10 и

. Un(Q U, + U(t,) + U(t,).

Для произвольного периода номера i аналогично предыдущему будут справедливы выражения

t + 2()I()

т

U,,U, + U(t,)

Выражение (а) показывает, что отсчитываемая от середины периода величина временного интервала ii пропорциональна сумме ординат входной функции U(t), т. е. представляет собою приближенное значение интеграла

llj(t}dt

тем более точное, чем меньще период 7 и чем медленнее изменяется входная величина U(i).

1аким образом, предлагаемая схема, в которой выходной временной интервал Твых как

раз и является отсчитываемым от середины периода временем ti, позволяет моделировать зависимость

вь,(ОЛ + о, о

где /с-масштабный коэффициент, методом приближенного интегрирования.

Предмет изобретения

Широтно-импульсный модулятор, содержащий генератор пилообразного напряжения, запускаемый от блока синхронизации, триггер, вентиль и сравнивающее устройство, один

вход которого подключен к выходу генератора, а другой - к источнику входного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расщирения функциональных возможностей, выход генератора через конденсатор подключен к одному из входов сравнивающего устройства непосредственно, а через ключ - к общей щине, причем выход сравнивающего устройства подключен к одному из входов вентиля, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход - с управляющим входом ключа и с одним из входов триггера, второй вход которого подключен к выходу блока синхронизации.

U(t)

ыл