Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1981 года по МПК H03K7/08 

(54) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР

I

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в системах автоматики, импульсных и цифровых устройствах для преобразования напряжения во временной интервал.

Известен шарнирно-импульсный модулятор, содержащий суммирующий интегратор, выполненный на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательно обратной связи, источник входного аналогового напряжения, два эталонных источника напряжений положительной к отрицательной полярности к элементы цепи положительной обратной связи с выхода компаратора на неинвертирующий вход операционного усилителя .

Недостаток известного широтнО мпульсного модулятора - заключается в низкой точности преобразования входного сигнала в длительность импульсов из-за нестабильности периода следования импульсов, а также относительно высокой сложности устройства.

Известен также щарнирно-импульсный модулятор, содержаший вьшолненные на рперационных усилителях два компарато. ра, выходы которых подключены к двум входам триггера, усилитель, инвертирующий вход которого подключен к выходу источника входного сигнала, а выход - к неинвертирующему входу первого компаратора, гфичем одна из обкладок конденсатора, включенного между Входами второго компаратора и щунтированного транзистором, база которого подсоединена . к , выходу второго, компаратора, подключена к источнику постоянного тока, дополнительный ключевой элемент, включенный между выходом источника постоянного тока и неинвертирующим входом усилителя, причем вход управления дополнительного ключевого элемента подсоединен к выходу триггера, а инверт1фующие входы обоих компараторов объединены 2.

Недостатком данного щиротно-импульсного модулятора является низкая точность преобразования входного сигнала в длительность импульсов из-за наличия шунтирующего влияния второго ком паратора при изменении напряжения и температуры, а также относительно высокая сложность в результате использова1шя в схеме модулятора трех операционных усилителей. Цель изобретения - повышение точнос ти преобразования и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в широтно-импульсный модулятор, содержащий источник питания, опера-. ционнЫй усилитель, инвертирующий вход которого через конденсатор соединен с общей шиной и через резис:еор - с источником питания, первый ключ, подключенный параллельно конденсатору, по следовательно соединенные второй ключ и резистор, подключенные „между исто ником питания и неинвертирующим входо операционного усилителя, триггер, инвер тор, вход которого соединен с выходом операциошюго усилителя и со счетным входом триггера и делитель напряжения, введены третий и четвертый ключи и элемент И, причем один вывод делителя напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и через третий ключ - с общей щшюй, четвертый ключ подключен между средним вы водом делителя напрял ения и общей щиной, нулевой выход триггера соединен с управляюишми входами второго и четвертого ключей, а единичный - с первым .входом элемента И, со вторым входом которого соединен выход инвертора, а выход элемента И соединен с управляющими входами первого и третье го ключей. На чертеже представлена структурная схема широтпо-импульсного .модулято ра. Широтно-импульсный модулятор содержит операционный усипитель 1, инвертирующий вход которого через парал лельно включенные конденсатор 2 и пер вый ключ 3 соединен с общей щиной 4, а через резистор 5 с источником 6 питания. Источник 6 питания подключен через последовательно соединенньш второй ключ 7 и резистор 8 к неинвертиру щему входу операционного усилителя 1, выход которого соединен со входом инве тора 9 и со счетным входом триггера 1 Неинвертирующий вход операционного усилителя 1 подключен к общей шине 4 через третий КЛЕОЧ 11, а ко входу 12 64 устройства - через включенные последовательно два резистора 13 и 14, которые общей точкой соединены через четвертый ключ 15 с общей щиной 4. Кроме того, щиротно-импульсный модулятор содержит схему И 16 выход которого подключен к управляющим входам первого 3 И третьего 11 ключей. Первый вход схемы И соединен с выходом инвертора 9, а второй - с единичным выходом 17 триггера 10. Нулевой выход 18 триггера 10 подключен к управляющим входам второго 7 и Четвертого 15 ключей. Выходом устройства является выход 17 триггера 10. Названия выходов нулевой и единичный триггера со счетным входом принять условно. Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом. В исходном- состоянии конденсатор 2 разряжен. .Момент начала заряда конденсатора 2 вляется началом формирования длительности выходного импульса и периода следования импульсов. Предположим, что в начальный момент на выходе 18 триггера 10 установлен нулевой потенциал, а на выходе 17 - единичный В этом случае ключи 7 и 15 выключены. На вход 12 устройства подается напряжение положительной полярности, поэтому на выходе операционного усилителя 1 установлен высокий положительный потенциал, который подан на вход инвертора 9. С выхода инвертора 9 нулевой потенциал через схему И подается на управляющие входы ключей 3 и 11, в результате, чего они выключены. Таким образом, на неинвертирующий вход операциош-юго усилителя подается положительное напряжение входного сигнала, а к инвертирующему входу приложено возрастающее по экспоненциальному закону напряжение на . конденсаторе 2, которое тоже имеет положительную полярность. После сравнения этих напряжений на входах опер.ациогшого усилителя 1 напряжение на его выходе скачком изменяется до уровня, при котором переключается триггер 10. В ; результате этого на выходе 17 устанавливается нулевойпотенциал, на выходе 18 единичный. Таким образом, на выходе 17 модулятора сформирован импульс, длительность которого проПоршюнальна входному преобразуемому сигналу. Нулевой потенциал с выхода 17 проходит через схему И 16 и подается на

управляющий вход ключа 3, в результате чего последний поддерживается в выключенном состоянии. Единичный потециал с выхода 18 включает ключи 7 и 15 и напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 скачком устанавливается на более высоком уровне, определяемом соотношением сопротивлений резисторов 8 и 14 и напряжением источника 6 питания. В результате этого напряжение на выходе операционного усилителя 1 скачком возвращается к исходному высокому потенциал а напряжение на конденсаторе 2 продолжает возрастать до нового уровня, который установлен на неинвертирующем входе операционного усилителя.

После сравнения указанных напряжени на входах операционного усилителя 1 напряжение на его выходе снова изменяется скачком до уровня, при котором переключается триггер Ю. В результате этого на выходе 17 триггера 10 устанавливается единичный потенциал, а на выходе 18 - нулевой. Таким образо устройство сформировало период следования импульсов. Единичный потенциал с выхода 17 поступает на i . вход схемы И 16. Нулевым потенциалом с выход 18 триггера 10 размыкаются ключи 7 и 15. На выходе инвертора 9 устанавливается единичный потенциал после достижения напряжением на выходе операционного усилителя 1 нулевого потенциала. Таким образом, на оба входа схемы И 16 поданы единичные потенциалы, на выходе схем И 16 формируется единичный потенциал, который подается па ключи 3 и 11. В результате этого ключ 3 открывается и разряжает конденсатор 2 до нулевого уровня, так как ключ 11 в это время замыкает неинверТирующий вход операционного усилителя 1 на общую щину 4.

После разряда кондаенсатора 2 напряжение на выходе операционного усилителя 1 вновь устанавливается на высоком положительном потенциале. При этом нулевое напряжение с выхода инвертора 9 через схему И 16 поступает на вход ключей 3 и 11 и выключает их. Цикл преобразования закончился, устройство возвратилось в исходное состояние.

ЕСЛИ в начальный момент в исходном состоянии на выходе .18 триггера 1О

установлен был единичный потенциал, а на выходе 17 нулевой, то первым сфер- мируется период, а далее устройство

работает описанным способом.

Использование новых элементов - триггера со счетным входом, схемы И и ключей с указанными связями, позволяет упростить модулятор, так как в нем применяется не три операционных усилителя,

как в известном, а один.

Формула изобретения .

Широтно.41мпульюный модулятор, содержацшй источник питания, операционный усилитель, инверт1фующий вход которого через ко1аденсатор соединен с общей шиной и через резистор - с источником

питания, первый ключ, подключенный параллельно кО1Зденсатору, последовательно соединенные второй ключ и резистор, подключенные между источником питания и неинвертирующим входом операционного усилителя, триггер, инвертор, вход которого соединен с выходом операциошюго усилителя и со счетным входом триггера и делитель напряжения, отличающийся тем, что,, с

целью повышения точности преобразования входного сигнала в длительность импульсов и упрощения устройства, в него введены третий и четвертый ключи и элемент И, причем один „вывод

делителя напряжения . соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и через третий ключ - с общей шшюй, четвертый ключ подключён между средним выводом делителя напряжения и

общей шиной, нулевой вывод триггера соединен с управляющими входами второго и четвертого ключей, а единичный с первым входом элемента И, со вторым входом которого соединен выход ра, а выход элемента И соединен с управляющлми входами первого и третьего

ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР № 488338, кл. Н 03 К 7/08, 16.О1.76 (прототип).