Способ многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, регулируемых источниках питания, ключевых усилителях низкой . Целью изобретения является расширение полосы частот преобразуемого аналогового сигнала и увеличение КПД преобразования. Дпя достихсения поставленной цели в устройство , реализующее способ, дополнительно введены дроссели 6, сумматоры 9 и 8 и кольцевые счетчики 10 и 11. Кроме того, устройство содержит вычитающий блок 1, широтно-им- . пульсный модулятор 2, генератор 3 тактовых импульсов, дискриминатор 4, формирователи 5 импульсов, блок 7 укорочения. При этом введенное число дросселей на единицу меньше числа формирователей 5. Способ, реализуемый устройством, позволяет уменьшить в 1,5-2 раза потери на переключение и повысить КПД устройства. Уменьшение потерь и упрощение конструкции выходных каскадов позволило значительно увеличить надежность данного устройства и расширить область его использования. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. 2 & (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (59 4 Н 03 К 7 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(21) 3912171/24-21 (22) 10,06,85 (46) 15.11.87. Бюл. 1Ф 42 (72) А.А.Алексанян, В.А.Александров, В.А.Галахов и В.А.Майоров (53) 621.374 (088.8) (56) Время-импульсные вычислительные устройства./Под ред. В.Б.Смолова.

M.: Радио и связь, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 847461, кл. H 02 M 3/335, 1979. (54) СПОСОБ МНОГОКАНАЛЬНОГО ШИРОТНОИИПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, регулируемых источниках питания, ключевых усилителях низкой частоты. Целью изобретения является расширение полосы частот преобразуемого аналогового сигнала и увеличение КПД преобразования. Для достих ения поставленной цели в устройство, реализующее способ, дополнительно введены дроссели 6, сумматоры 9 и 8 и кольцевые счетчики 10 и 11. Кроме того, устройство содержит вычитающий блок 1, широтно-им.пульсный модулятор 2, генератор 3 тактовых импульсов, дискриминатор 4, формирователи 5 импульсов, блок 7 укорочения. При этом введенное число дросселей на единицу меньше числа формирователей 5. Способ, реализуемый устройством, позволяет уменьшить в 1,5-2 раза потери на переключение и повысить КПД устройства. Уменьшение потерь и упрощение конструкции выходных каскадов позволило значительно увеличить надежность данного устройства и расширить область его использования. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

1 135

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, регулируемых источниках питания, ключевых усилителях низкой частоты.

Целью изобретения является расширение полосы частот преобразуемого аналогового сигнала и увеличение КПД преобразования.

Способ многоканального широтноимпульсного преобразования аналогового сигнала включает формирование

N выходных широтно-модулированных импульсных напряжений, сложение этих напряжений для образования сигнала обратной связи, формирование разностного сигнала обратной связи,формирование разностного сигнала из входного сигнала и сигнала обратной связи,формирование широтно-импульсного сигнала по результату сравнения разностного сигнала и опорного пилообразного напряжения, формирование импульсного сигнала при превышении разностным сигналом верхней границы опорного пилообразного напряжения, формирование второго импульсного сигнала при снижении разностного сигнала ниже нижней границы опорного пилообразного напря.жения, при этом передние и задние фронты каждого из N выходных широтно-модулированных импульсных напряжений формируют поочередно по передним и задним фронтам широтно-импульсного сигнала, причем очередность формирования передних фронтов определяется последовательностью импульсов широтно-импульсного сигнала и первого импульсного сигнала, а очередность формирователь задних фронтов определяется последовательностью импульсов широтно-импульсного сигнала и второго импульсного сигнала.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для многоканального широтно-импульсного преобразования сигнала.

Устройство содержит вычитающий блок 1, широтно-импульсный модулятор

2, генератор 3 тактовых импульсов, дискриминатор 4 перемодуляции, формирователи 5 импульсов, дроссели 6, блок 7 укорочения импульсов, сумматоры 8 и 9, кольцевые счетчики 10 и

11, при этом выход вычитающего блока

1 соединен с первым входом широтноимпульсного модулятора 2, второй

2635

5

40 вход которого соединен с выходом генератора 3 тактовых импульсов, а выход — с первым входом дискриминатора

4 перемодуляции и блоком 7 укорочения импульсов, выходы которого соединены с первыми входами сумматоров

8 и 9, вторые входы которых соединены с выходами дискриминатора 4 перемодуляции, а выходы — соответственно с входами кольцевых счетчиков 10 и t1 выходы кольцевого счетчика 10 соединены с первыми входами формирователей 5 импульсов, вторые входы которых соединены с выходами кольцевого счетчика 11, а выходы через дроссели 6 — с первым входом вычитающего блока 1, второй вход которого соединен с входнои шиной, а второй вход дискриминатора 4 перемодуляции соединен с выходом генератора 3 тактовых импульсов. Вычитающий блок 1 формирует выходной сигнал U> величина которого пропорциональна раз-> ности входного сигнала U „ и сигнала с выходов дросселей 6 и может быть выполнен на дифференциальном усилителе, Генератор 3 тактовых импульсов формирует последовательность импульсов типа меандр с периодом повторения Т и может быть выполнен на соединенных последовательно генераторе импульсов и триггере.

Широтно-импульсный модулятор 2 может быть выполнен на компараторе и интеграторе, на вход которого поступает выходной сигнала генератора

3 тактовых импульсов, а на выходе формируется пилообразное напряжение Ц„, поступающее на один вход компаратора, на второй вход которого поступает сигнал с выхода вычитающего блока 1.

Блок 7 укорочения импульсов служит для выделения двух последовательностей коротких импульсов, временное положение которых определяется фронтом и спадом широтно-модулируемых импульсов с выхода широтно-импульсного модулятора 9. Блок 7 укорочения импульсов может быть выполнен на инвертирующем элементе зажержки и логических элементах И либо ИЛИ-НЕ. Выходной сигнал широтно-импульсного модулятора 2 поступает на вход элемента задержки, где задерживается на время ь и инвертируется. При этом на выходах элементов И, ИЛИ-НЕ выде1352635 ляются импульсы длительностью,которые соответствуют фронту U и спаду

U широтно-модулированных импульсов.

Длительность выбирается порядка

0,01 от Т вЂ” периода следования импульсов.

Дискриминатор 4 перемодуляции выполнен на элементе задержки и элементах И, ИЛИ, которые служат для выде- 10 ления коротких импульсов, соответствующих фронту или спаду тактовых импульсов, и, следовательно, максимальному либо минимальному значению пи- лообразного напряжения. Если эти им- l5 пульсы формируются во время импульса либо во время паузы широтно-модулируемых импульсов, то на выходах дополнительных логических. элементов

И, ИЛИ-НЕ соответственно формируются 20 первый U либо второй Б импульсные сигналы. Первый и второй импульсные сигналы дискриминатора 4 перемодуляции характеризуют собственно перемодуляцию широтно-модулированных им- 25 пульсов. Сумматоры 8 и 9 выполнены на элементах ИЛИ.

Кольцевые счетчики 10 и 11 выполнены N-разрядными и предназначены для последовательной коммутации вход" 30 ных импульсов на входы соответствующих формирователей 5 импульсов. Причем счетчик 10 коммутирует импульсы

1 на включение формирователей 5 импульсов, а счетчик 11 — на их выключение. Кольцевые счетчики могут быть выполнены на двоичном счетчике с коэффициентом деления N и на N-разрядном дешифраторе, выходные сигналы которого формируются последовательно, разрешая поочередное прохождение коротких входных импульсов через эле.менты И на выходы кольцевых счетчиков.

Формирователи 5 импульсов предназ- 4 начены для формирования N-выходных импульсных напряжений, равномерно сдвинутых по фазе. Формиррватели 5 импульсов включаются поочередно выходными импульсами счетчика 10, а выключаются импульсами кольцевого счетчика 11. Поскольку на включение и выключение формирователей 5 импульсов поступают короткие импульсы, то они могут быть выполнены на соединенных последовательно RS-триггерах и .усилителях мощности.

Устройство работает следующим образом.

Разностный сигнал U, формируемый вычитающим блоком 1, поступает на вход широтно-импульсного модулятора

2, где преобразуется в широтно-модулированный импульсный сигнал. Фронт и спад широтно-модулированных импульI сов в виде коротких импульсов U u

U, формируемых блоком 7 укорочения импульсов, поступает на управление соответственно счетчиками 10 и 11, которые обеспечивают их поочередное выделение на входах сигналом вычитающего блока 1 верхней либо нижней границы изменения опорного пилообразного напряжения. Дискриминатор 4 перемодуляции формирует. на первом либо втором выходе сигналы Ut или Б<, которые поступают на входы счетчиков

10 либо 11 через сумматоры 8,9 и увеличивают на единицу код на выходных шинах счетчиков, что приводит к изменению очередности включения формирователей 5 импульсов, которые поочередно включаются и выключаются импульсами счетчиков 10 и 11 формируя на выходных шинах последовательности импульсов, равномерно сдвинутых по фазе. Длительность выходных импульсов формирователей 5 импульсов определяется длительностью широтно-модулированных импульсов и зоной модуляции, определяемой дискриминатором 4 перемодуляции, а период их следования в N раз превышает период тактовых импульсов Т.

Рассмотрим работу устройства на примере четырехканальной системы при работе в первой зоне модуляции. В этом случае на входы формирователей

5 импульсов с выходов счетчиков 10 и 11 поступают импульсы, обеспечива-.. ющие их поочередное срабатывание.

При этом, если на выходах счетчика

10 выделяются поочередно 1,2,3,4-импульсы U, то на выходах счетчика 11 выделяются, соответственно, 1 2 3 4импульсы U " .

Таким образом, формирователи 5. 1, 5.2, 5.3 и 5.4 формируют поочередно

1,2,3,4-импульсы широтно-модулироваиного импульсного сигнала.

При превышении разностным сигналом верхней границы изменения пилообразного напряжения на первом выходе дискриминатора 4 перемодуляции выделяется иьатульс П,, который приводит к дополнительному срабатыванию счетчика 10. При этом устройство пере1352635

50 ключается во вторую зону модуляции.

В этом случае, если на выходах счетчика 10 выделяются поочередно 1 2,3, 4-импульсы U, то на выходах счетчи< и ка 11 импульсы U выделяются в следующей последовательности: 2,3,4,1.

При этом длительность импульсов на выходах преобразователей 5 импульсов равна сумме длительностей двух соседних импульсов, например 1 и 2, и паузе между ними.

При дальнейшем нарастании разностного сигнала до верхней границы изменения пилообразного напряжения номер зоны модуляции возрастает и увеличивается длительность импульсов на выходе формирователей 5 импульсов.

При уменьшении разностного сигнала до нижней границы изменения пилообразного напряжения на втором выходе дискриминатора 4 перемодуляции формируется импульс U, который приводит к дополнительному срабатыванию счетчика 1 1 и, следовательно, к уменьшению номера зоны модуляции.

Следует отметить, что в первой и последней зонах модуляции -формирование дискриминатором 4 перемодуляции соответственно сигналов U u U не приводит к изменению работы устройст-. ва, так как в этом случае все формирователи либо включены, либо выключены.

Таким образом, s устройстве обеспечивается способ преобразования, когда из одного широтно-модулированного импульсного сигнала формируется ряд модулированных импульсных напряжений, равномерно сдвинутых по фазе, низкочастотные составляющие которых равны. Это позволяет сложить их носле усиления по мощности через дроссели 6 на общей нагрузке. При этом можно считать, в смысле выделения суммарного низкочастотного сигнала, что к нагрузке через результирующий . ь дроссель Ь = — приложена сумма имN пульсных напряжений, в М раз уменьшенных по амплитуде. Это позволяет выравнять мощность каждого из каналов и выполнить формирователи 5 импульсов на бестрансформаторных ключевых усилителях, что дает возможность использовать устройство для преобразования низкочастотных сигналов в широком частотном диапазоне, причем в этом случае формирование знакопе15

ЗО ременного напряжения сложной формы не связано с техническими трудностями, Изобретение позволяет существенно (1,5-2 раза). уменьшить потери на переключение и повысить КПД устройства.

Уменьшение потерь и упрощение конструкции выходных каскадов позволяет значительно увеличить надежность предлагаемого устройства и расширить область его использования.

Формула и з обретения !

1. Способ многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала, включающий формирование М выходных широтно-модулированных импульсных напряжений, сложение этих напряжений для образования сигнала обратной связи, формирование разностного сигнала из входного и сигнала обратной связи, формирование широтно-импульсного сигнала по результату сравнения разностного сигнала и опорного пилообразного напряжения, формирование первого импульсного сигнала при превышении разностным сигналом верхней границы опорного пилообразного напряжения, формирование второго импульсного сигнала при снижении разностного сигнала ниже нижней границы опорного пилообразного напряжения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения полосы частот и увеличения

КПД преобразования, передние и задние фронты каждого из И выходных широтно-модулированных импульсных напряжений формируют поочередно по передним и задним фронтам широтноимпульсного сигнала., причем очередность формирования передних фронтов определяется последовательностью импульсов широтно-импульсного сигнала и первого импульсного сигнала, а очередность формирования задних фронтов определяется последовательностью импульсов широтно-импульсного сигнала и второго импульсного сигнала.

2. Устройство для многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала, содержащее широтно-импульсный модулятор, первый вход которого соединен с выходом вычитающего блока, второй вход — с выходом генератора тактовых импульсов, а выход — с первым входом дискриминатора перемодуляции, второй

Составитель Е.Борзов

Техред Л.Сердюкова Корректор В. Гирняк

Редактор И.Рыбченко

Заказ 5576/56

Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,. r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4

8 вход которого соединен с выходом re- пульсного модулятора, а выходы — сонератора тактовых импульсов, и N фор- ответственно с первыми входами обоих мирователей выходных импульсов, вы- сумматоров, вторые входы которых соход первого из которых соединен че5 единены соответственно с выходами рез дроссель с первым входом вычита- дискриминатора перемодуляции, а выющего блока, второй вход которого ходы — соответственно с входами кольсоединен с входной шиной, о т л и— цевых счетчиков, выходы первого из ч а ю щ е е с я тем, что, с целью которых соединены соответственно с расширения полосы частот и увеличе- 10 первыми входами М формирователей выния КПД преобразования, в него допол- ходных импульсов, вторые входы котонительно введены N-1 дросселей, два рых соединены соответственно с выхокольцевых счетчика, два сумматора и дами второго кольцевого счетчика, а блок укорочения импульсов, вход кото- выходы через дросселя соединены с рого соединен с выходом широтно-им- 1Б первым входом вычитающего блока.