Широтно-импульсный модулятор

(51) 4 Н 03 К 7/08 ГОСУД ПО ДЕ ВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О РС МОМУ ЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМф 651472, кл, Н 03 К 7/08,18.10.77.Патент США У 4015213,кл. Н 03 К 7/08, 26.03,77.(57) Изобретение относится к областиимпульсной техники и может быть использовано в ключевых усилителяхнизкой частоты, управляемых преобразователях. Целью изобретения является повышение линейности и расширениечастотного 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 также с входом интегрирующей цепи 4 и выходной шиной, а.выход - с входом К 2, выход которого соединен с первымфвходом 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 соединены 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 привет денными в описании изобретения,2 ил.гб ЗО Зз Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты, управляемых преобразователяхнапряжения.Целью изобретения является повышение линейности и расширение частотного диапазона широтно-импульсногомодулятора путем формирования выходного сигнала двухсторонней симметричной модуляцией и стабилизациейпериода его повторения,На фиг. 1 представлена функпиональная схема широтно-импульсногомодулятора на фиг, 2 - временныдиаграммы работы широтно-импульс, гомодулятора:2.1-напряжения на шине модулирующего сигнала и выходе интегрирующей цепи 4, 2,2 - выходноенапряжение интегратора 1, 2.3 - выходное напряжение компаратора 3,2.4 - выходное напряжение компаратора 2, 2.5 - выходное напряжениефазового дискриминатора 7, 2.6выходное напряжение на выходной шинеУстройство содержит интегратор 1,компараторы 2 и 3, интегрирующуюцепь 4, фиксаторы 5 и 6 уровня, фазовый дискриминатор 7, выходной блок8, при этом шина модулирующего сигнала соединена с первым входом компаратора 3 и первым входом интегратора 1, второй вход которогс соединен с выходом выходного блока 8,входом интегрирующей цепи 4 и выходной шиной, а выход - с входомкомпаратора 2, выход которого соединен с первым входом фазового дискриминатора 7, второй вход которогосоединен с входом выходного блока 8и выходом компаратора 3, а выход -с управляющими входами фиксаторов5 и 6 уровня, выходы которых соединены с вторым входом компаратора 3и выходом интегрирующей цепи 4. Фиксаторы 5 и 6 уровня обеспечивают фиксацию выходного напряжения интегрирующей цепи 4 на определенном уровне. Фиксаторы 5 и 6 уровня мо - гут быть выполнены на управляемых ключах, подключенных к шинам фиксированного потенциала (+Е для фиксатора 6 уровня и -Е для фиксатора 5 уровня), Управляемые ключиозамыкаются в фиксаторе 6 уровня при отрицательном управляющем напряжении,а в фиксаторе 5 уровня в п положительном когда управляющее напряжение равноО, ключи фиксаторов 5 и 6 уровня находятся в разомкнутом состоянии ивыходное напряжение интегрирующейцепи 4 линейно изменяется под воа -действием выходного импульсного напряжения,Фазовый дискриминатор 7 предназначен для формирования управляющих им: ульсов для фиксаторов 5 и 6 уровня, полярность и длительность которых определяется фазовым сдвигом выходных импульсных последовательностей компараторов 2 и 3. Фазовый дис. криминатор 7, в еастности, может быть выполпен на резистивном сумматоре,.Ииротнс-импульсный модулятор работает следующим образок.11 оследовательность выходных епчпульсов Е(е:) (фиг, 2.6) поступаетна вход интегратора 1, где. вычитаетсяиз входного сигнала Б.(с) и интегри-,руется. На выходе интегратора формируется напряжение (фиг,2,2) Ы,= - , - ,-(е (1:1 -ц,с 1, поступающееина вход компаратора 2 где оно срав-,нивается с нулевым уровнем, на выходе компаратора 2 формируется разнополярное напряжение (фиг. 2.4), Приналичии на входах фазового дискрими-натора 7 разнополярных сигналов еговыходное напряжение равно О, приэтом управляемые ключи фиксаторов5 и 6 уровня разомкнуты и выходноенапряжение интегрирующей цепи 4 линейно изменяется под воздействием выходного импуьсоо сиаа. ступающего на ее вход с выхода вы - ходного блока 8. Когда вьгсодное напряжение Ц, интегрируюшей цепи достигает уровня моцулирующе; О сигнала, срабатывает компаратор 3 и изменение полярности его выходного напряжения приводит к формированиюна выходе фазовое О дтлсеримие,",тор".импульсного напряжения 1 (1 л г,",5)ссответствующей полярности, котороеприводит к ( рабатыванин Йиксяоряуровня прн ЛО;.ибо д.иксатсра 6У,УОьня при Ь с О, Срабатывякие )икр аторов 5 и 6 уровня проис есдт.:.Ответс.:Бенно по фрон у и стяпу Быходнь 1 х импульсов ксмпяратора Э(фиг, 2.3). Бьглоднсе напряжение лнтегрирующей цепи 1 при этом фиксируется соответственно на уровнеили +Е.1203694 51 О 15 20 25 Пн То Пн Т = - (1+ 2 4 Е где Т оИмпульсы с выхода компаратора 3усиливаются по мощности выходнымблоком 8 и подаются на выход широтно-импульсного модулятора и навход интегратора 1 таким образом,что с момента переключения компаратора 3 абсолютная величина (Б)выходного напряжения интегратора 1уменьшается,Когда (Бн) уменьшается до нуля,срабатывает компаратор 2, напряжение на выходе фазового дискриминатора 7 становится равным нулю, иуправляемые ключи фиксаторов 5 и 6уровня 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 Е - амплитуда выход,ного напряжения; 0 С - скорость на-, растания выходного напряжения Бп интегрирующей цепи 4, Ун - скорость изменения модулирующего сигнала 01 аТо (1+ Пн 06 Тот, Я (1 - - р-ф -Определяя период переключений Т как сумму полупериодов Т, и Т, по- лучим(1)ь 9Анализируя выражение (1), можно убедиться, что при гармоническом сигнале Б = ш япЮ, зависимость Т = Г(Б 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- 0,1 для ш = 1,а с уменьшением амплитуды и частоты модулирующего сигнала ее амплитуда падает пропорционально квадрату от отношения Д шфбТаки: 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 К Л пй, где и = 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, одинвход которого соединен с шиной модулирующего сигнала, а другой - свыходами интегрирующей цепи и первого фиксатора уровня, соединенныепоследовательно интегратор и второйкомпаратор и выходной блок, выходкоторого соединен с выходной шинойи первым входом интегратора, второй-вход которого соединен с шиной моду елирующего сигнала, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения линейности и расширения частотного диапазона, в него дополнительно введены второй Фиксатор уровня и 45фазовый дискриминатор, входы которого соединены с выходами обоих компараторов, а выход - с управляющимивходами обоих Фиксаторов уровня,причем выход второго Фиксатора уровнясоединен с выходом интегрирующейцепи, вход которой соединен с выходом выходного блока, вход которого соединен с выходом первого компаратора.1203694 иг Борэ оставител 3. Палий е ПодписноеСР ькаэ 8429/6 4 тная, 4 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. едактор Н.Пушненков 871твенного комитета ретений и открыти5, Раушская наб.,ВНИИПИ Государ по делам иэо035, Москва, Жорректор,Л. Пилипенк