Широтно-импульсный модулятор

 

Изобретение относится к области импульсной-техники и может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты, управляемых преобразователях . Целью изобретения является повышение линейности и расширение частотного диапазона широтно-импульсного модулятора (ШИМ) путем формирования выходного сигнала с двухсторонней симметричной модуляцией и стабилизацией периода его повторения. ШИМ содержит интегратор 1, компараторы (К) 2 и 3, интегрирующую цепь 4, фиксаторы уровня 5 и 6, фазовый дискриминатор (ФД) 7, выходной блок 8. Шина модулирующего сигнала соединена с первыми входами К 3 и интегратора 1, второй вход которого соединен с выходом блока 8, а тдкже с входом интегрирующей цепи 4 и выходной шиной, а. выход - с входом К 2, выход которого соединен с первым входом ФД 7. Второй вход ФД 7 соединен с входом блока 8 и выходом КЗ, а выход - с управляющими входами фиксаторов уровня 5 и 6. Выходы этих фиксаторов соединены с вторым входом К 3 и выходом интегрирующей цепи 4. Введение ФД и второго фиксатора уровня позволило в данном ШИМ существенно уменьщить искажения выходного сигнала, особенно на его верхних частотах. Рабата ШИМ поясняется временными диаграммами приведенными в описан1 и изобретения.2 ил. а k с к &д ;о М

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Н 03 К 7/08

/"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3722873/24-21 (22) 05.04.84 (46) 07.01.86. Бюл. 1(1 (72) А.А.Алексанян, В.А.Александров, В.А.Галахов и В.А.Майоров (53) 621.375.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 65 1472, кл. Н 03 К 7/08, 18 . 10. 77 .

Патент США Ф 4015213, кл. Н 03 К 7/08, 26.03.77. (54) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты, управляемых преобразователях. Целью изобретения является повышение линейности и расширение частотного диапазона широтно-импульсного модулятора (ШИМ) путем формиро- вания выходного сигнала с двухсторонней симметричной модуляцией и стабилизацией периода его повторения.

ШИМ содержит интегратор 1, компараторы (К) 2 и 3, интегрирующую цепь 4, фиксаторы уровня 5 и 6, фазовый дискриминатор (ФД) 7, выходной блок 8.

Шина модулирующего сигнала соединена с первыми входами К 3 и интегратора 1, второй вход которого соединен с выходом блока 8, а также с входом интегрирующей цепи 4 и выходной шиной, а.выход — с входом К

2, выход которого соединен с первым г входом ФД 7. Второй вход ФД 7 соединен с входом блока 8 и выходом К 3, а выход — с управляющими входами фиксаторов уровня 5 и 6. Выходы этих фиксаторов сбединены с вторым входом К 3 и выходом интегрирующей цепи 4. Введение ФД и второго фиксатора уровня позволило в данном

ШИМ существенно уменьшить искажения выходного сигнала, особенно на его верхних частотах. Работа ШИМ поясняется временными диаграммами приве) денными в описании изобретения.2 ил.

1 203 >594

"O

ЗО

3„,>

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты, управляемых преобразователях напряжения.

Целью изобретения является повышение линейности и расширение частотного диапазона широтно-импульсного модулятора путем формирования выходного сигнала двухсторонней симметричной модуляцией и стабилизацией периода его повторения.

На фиг. 1 представлена функпиональная схема широтно-импульсного модулятора на фиг. 2 — временнь:

1 диаграммы работы широтно-импульс. )Го модулятора:2.1-напряжения на шине модулирующего сигнала и выходе интегрирующей цепи 4, 2.2 — выходное напряжение интегратора 1, 2.3 — выходное напряжение компаратора 3, 2.4 — выходное напряжение компаратора 2, 2.5 — выходное напряжение фазового дискриминатора 7, 2.6 выходное напряжение на выходной шине,, Устройство содержит интегратор 1, компараторы 2 и 3, интегрирующую цепь 4, фиксаторы 5 и 6 уровня, фазовый дискриминатор 7, выходной блок

8, при этом шина модулирующего сигнала соединена с первым входом компаратора 3 и первым входом интегратора 1, второй вход каторогс соединен с выходом. выходного блока 8, входом интегрирующей цепи 4 и выходной шиной, а выход — с входом компапатора 2, выход которого соединен с первым входом фазового дискриминатора 7, второй вход которого соединен с входом выходного блока 8 и выходом компаратора 3, а выход— с управляющими входами фиксаторов

5 и 6 уровня, выходы которых соединены с вторым входом компаратара 3 и выходом интегрирующей цепи 4.

Фиксаторы 5 и 6 уровня обеспечивают фиксацию выходного напряжения интегрирующей цепи 4 на определенном уровне. Фиксаторы 5 и 6 уровня ма— .Гут быть выполнены на управляемых ключах, подключенных к шинам фикированнога потенциала (+Е для фиксатора 6 уровня и -Е для фиксатора 5 уровня). Управляемые ключи о замыкаются в фиксаторе 6 уровня при отрицательном управляющем напряжении, а

I3 фиксаторе 5 уровня — при положительном

Когца УПРаВЛЯЮ>ЩЕЕ НаПРЯжЕНИЕ РаВ IO

О, ключи фиксаторов 5 и 6 уровня находятся в разомкнутом состоянии и выходное напряжение интегрирующей цепи 4 линейно изменяется под воздействием выходного импульсного напряжения.

Фазовый дискриминатор 7 предназначеп для формирования управляющих им-;ульсав для фиксаторов 5 и 6 уровня, полярность и длительность которых агтределяется фазавым сдвигом выходных импульсных последовательностей компаратаров 2 и 3. Фазовый дискриминатор 7, в,.астнасти, »o,-..Iåò быть выпслпен на резистивнам сумматаре,.

Ииратнс-.импульсный модулятор работает следующим образам.

11аследовательн-:ость выходных иыпульсав Е() (фиг. 2.6) поступает на вход интегратора 1, где. вычитается из входного сигнала U.„(t) и интегри-, руется. На выхаде интегратора формируется напряжение (фиг,2.2) U

Г

= — (Е (I:I -.U I t) J с1», пс>ступающее т тт на вход кампаратара 2 „Где ана сравниве ется с нулевым уровнем, на выходе кампаратора 2 формируется разнополярное напряжение (фиг. 2.4). При наличии на входах фазового дискрими- натора 7 разнаполярных сигналов его выходное напряжение равно О, при этом управляемые ключи фиксаторов

5 и 6 уровня разомкнуты,, и выходное напряжение интегрирующей цепи 4 линейно изменяется под воздействием выхаднОГО импульснаГО сиГнала „паступающего на ее вход с выхода вы— хаднога блок". 8. Когдг вьгхсднсе напряжение U интеГритз«лОшей >тели достигает уровня мацулирующе; а сигнала, срабатывает кампаратар 3 и изменение полярности ега выхацнс а

НалряжЕНИя >ПОИВОДИ "> К фс>рМ>т.—: С.:аim:O

»а ВЫХОД ф>аЗОВО» O Д>И>С I. РИМ>И=; Z OPa

И ;:;уЛЬСНОГО Нал>ряжЕНИя 1 (>Ьттг, 2. 5) сс ответствующей полярности, кстарсе приводит к с рабать!е>апис фиксе сря 5 уровня пои U > О;.иба фикcатсаа 6

«ровня при Ь О, Срабатываниr.. Il>êт-ат>ар>св 5 I;. 6 уровня пр>ol.тс. Дт.:, ОГВЕтС BPHHO Па фРОНт И С»таi>У БЫ-хадньтх импульсов к с мпар а тора Э (фиг. 2. 3) . Бьгхаднсе папряжеии:= ин— тегрирующей:.Ical.: 4 lip»I этом риксируе OR cooT âåòñòâeêêo .-,"а уров:-е или +Е.

120369ч

Пн То Пн

Т = — (1+

4е где Т о

4411 г-11г г

Š— амплитуда выходИмпульсы с выхода компаратора 3 усиливаются по мощности выходным блоком 8 и подаются на выход широтно-импульсного модулятора и на вход интегратора 1 таким образом, что с момента переключения компаратора 3 абсолютная величина (U„) выходного напряжения интегратора 1 уменьшается.

Когда (U„) уменьшается до нуля, срабатывает компаратор 2, напряжение на выходе фазового дискриминатора 7 становится равным нулю, и управляемые ключи фиксаторов 5 и 6 уровня снова размыкаются.

Далее процессы в широтно-импульсном модуляторе повторяются. Длительность импульсных процессов в широтно-импульсном. модуляторе складывается из двух полупериодов Т, и Т (фиг. 2.2).

При этом,ного напряжения; сС вЂ” скорость на-, растания выходного напряжения Uä интегрирующей цепи ч, U — скорость изменения модулирующего сигнала U>,а

Uff U5 То г " 2 4тl -U,г

11

Определяя период переключений Т как сумму полупериодов Т, и Т, получим

„1 (1)

Qf

Анализируя выражение (1), можно убедиться, что при гармоническом сигнале U = m sinQt, зависимость

Т = f (Ugt)) имеет одинаковый характер как для положительных, так и для отрицательных значений входного сигнала Б,4(). Это обуславливает наличие в выходном импульсном сигнале только нечетных гармоник модулирующего сигнала. Однако амплитуда третьей гармоники не превышает 2%, при

Л вЂ” 0,1 для m = 1,а с уменьшением

Ф амплитуды и частоты модулирующего сигнала ее амплитуда падает пропорционально квадрату от отношения

Q m 1 4 г

Таки:-: образом, искажения выходного сигнала, обусловленные наличием гармонических составляющих в спектре при высоких частотах модулирующего сигнала, в 6 — 8 раз меньше, чем в известных устройствах. Кроме того, высокочастотные составляющего спектра так же как при симметрйчной двухсторонней широтно-импульсной модуляции содержат комбинационные составляющие с частотами

КЛ +пй, где n = 2,4, 6 ..., что облегчает фильтрацию этих составляющих и, в конечном счете, также приводит к уменьшению искажений выходного сигнала.

Введение фазового дискриминатора и второго фиксатора уровня позволяет в широтно-импульсном модуляторе существенно уменьшить искажения выходного сигнала, особенно на верхних его частотах.

Формула изобретения

Широтно-импульсный модулятор, содержащий первый компаратор, один вход которого соединен с шиной модулирующего сигнала, а другой — с выходами интегрирующей цепи и первого фиксатора уровня, соединенные последовательно интегратор и второй компаратор и выходной блок, выход которого соединен с выходной шиной и первым входом интегратора, второй

-вход которого соединен с шиной моду40 1 лирующего сигнала, о т л и ч а ю— шийся тем. что, с целью повышения линейности и расширения частотного диапазона, в него дополнительно введен" второй фиксатор уровня и

45 фазовый дискриминатор, входы которо-. го соединены с выходами обоих компараторов, а выход — с управляющими входами обоих фиксаторов уровня,причем выход второго фиксатора уровня соединен с выходом интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом выходного блока, вход которого соединен с выходом первого компаратора.

1203694

Составитель Е.Борзов

Техред З.Палий, 1 орректор,Л. Пилипенко

Редактор Н.Пушненкова

Заказ 8429/60

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5