Широтно-импульсный модулятор

(50 4 Н 03 К 7/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в телеметрических информационноизмерительных системах и системахавтоматического регулирования, Цельюизобретения является повышение точности. Указанная цель достигается,801274141 А 1 введением ключей 13 и 14. иротноимпульсный модулятор содержит такжеинтегрирующий сумматор 1, компаратор5, ключ 6, резисторы 8, 9, О, 11,12, конденсатор 7, Интегрирующий сумматор 1 содержит операционный усилитель 2, ключ 4, конденсатор 3. Входной сигнал, пропорциональный текущему значению аргумента, поступает нашины 15, 16, 8, опорный сигнал нашину 17, на шину 19 поступает пилообразное напряжение. Данный широтноимпульсный модулятор позволяет повысить скорость работы ключевых элементов и обеспечить реализацию нелинейного закона преобразования полиномом второй степени, позволяющей сократить диапазон номиналов проводимостей резисторов и уменьшить зависимость точности аппроксимации от точности задания номиналов резисторов,1 ил.. автоматического регулирования, 5 тЦелью изобретения является иовы- сшение точности. рНа чертеже представлена функцио- пнальная схема устройства, нУстройство содержит интегрирующий 10 гсумматор 1, выполненный на операционном усилителе 2, конденсаторе 3 и включе 4, компаратор 5, первый ключ6, конденсатор 7, резисторы с первого но пятый соответственно 8-12,вто" 15 нрой 13 и третий 14 ключи, входныеишины устройства с первого по пятый мсоответственно 15-18 и шина 19 пило- эобразного напряжения и выходная ши- рна 20. 20Интегрирующий сумматор 1 выполнен лв виде операционного усилителя 2 с 1конденсатором 3 в цепи отрицательной иобратной связи, Вход операционного пусилителя соединен с выходом ключа 25 в4, а также через первый 8 и третий т10 резисторы соответственно с первой т15 и третьей 17 шинами устройства.иВыход операционного усилителя 2 под- иключен к первому входу компаратора ЗО в5, второй вход которого соединен сишиной 19 пилообразного напряжения,с1Выход компаратора 5 соединен с входа- Уми управления ключей 4 и 6, с инвер- нсными входами управления второго 13 с35и третьего 14 ключей, а также с вы- нходной шиной 20 устройства. Входнаятшина 16 соединена через резистор 9ес входом ключа 4, выходом ключа 14и выводом резистора 12, другой вывод скоторого подключен к первому выводу тконденсатора 7 и через резистор 11чсоединен с выходом ключей 6 и 13. 2Второй вывод конденсатора 7, а тактже входы ключей 1,3 и 14 соединены с п45общей шиной устройства, а входнаяшина 18 соединена с входом ключа 6.Устройство работает следующим об- гразом,п Входной сигнал 11, пропорциональИхфный текущему значению аргумента,поступает на шины 15, 16 и 18 устройства, опорный сигнал соответствующей полярности подается на шины 17, а на шину 19 поступает пилообразное напряжение с периодом Т.Допустим, что входное напряжение отрицательно, а опорные напряжения на шинах 16-18 положительной поярности. Пусть в исходном состояии ключи 4 и 6 разомкнуты, а ключи3 и 14 замкнуты, Входной ток усилиеля 2 определяется разностью потоянньж токов, протекающих в неупавляемых цепях по шинам 15 и 17,ричем иэ условия динамического равовесия схемы ток по шине 17 опорноо напряжения превосходит ток в шине5 модулирующего напряжения, При этомыходное напряжение усилителя 2 уменьшится.В начале периода Т пилообразногоапряжения компаратор 5 срабатываетсостояние ключей 4, 6, 13 и 14 изеняется на противоположное. В реультате входной ток усилителя 2, опеделенный токами по неуправляемымепям резисторов 8 и 10 и по управяемым цепям ключ 6, резисторы 11 и2, ключ 4 и резистор 9, ключ 14,зменит свое направление на противооложное, что приводит к увеличениюыходного напряжения усилителя 2 доех пор 1 пока оно не станет равнымекущему значению пилообразного наряжения, Срабатывает компаратор 5,ключи 4, 6, 13 и 14 возвращаютсяисходное состояние, формированиемпульса на выходной шине 20 устройтва заканчивается. Ток на входесилителя 2 изменяет свое направле-.ие на противоположное до началаледующего периода и вновь задаетсяеуправляемыми цепями через резисоры 8 и 10. Далее процесс повторятся,В установившемся режиме при дотаточно больших емкостях конденсаоров 3 и 7 среднее за период Т энаение напряжения на выходе усилителяопределяется функциональной харакеристикой устройства. При этом выолняется равенство=1, +1,+1 о,Гф) Р Оех фде 1 =БС - постоянный ток, проорциональный текущему значению аргумента; С, - проводимость первогой)резистора 8;=0 С 0 - среднееф о о Ззначение тока, поступающего по шине16 через резистор 9 с проводимостьюС и ключ 4; О - относительная длительность выходного сигнала модуля(%1тора; 1 =11 Л - постоянный ток, поступакщий на вход сумматора 2 по шине 17 через резистор 10 с проводимостью С; 1 - среднее за период Тр)означение тока, поступающего на вход усилителя 1 по цепи: шина 18, ключ 6, резисторы 11 и 12, ключ 4, Знасичение 1 найдем из условия динамиьческого равновесия процесса разряда и заряда второго конденсатора 7; а 9 =вРз, где ьй - приращениеР 0 Руровя электрического заряда конденсатора 7 в процессе его разряда (ключи 13 и 14 замкнуты, ключ 6 ра- О зомкнут); д р- приращение уровня электрического заряда конденсатора 7 в процессе заряда (ключи 13 и 4 разомкнуты, ключ 6 замкнут). Токи заряда и разряДа равны: 1 =(У -Ц )С - 5м3 аР О с 4 Цс С; 1 =У (С +С ), где 13 - среднее значейие напряжения на конденсаторе 7; С , С - проводимости резисторов 1 и 12. При условии динамичес" кого равенства заряда 20 У С -13 (С +С ) =Т.У, (С +С )(1-9),ь) С Сотсюда 1 =0С 9=11С С4Из равенства токов на входе усили 25 теля после преобразований получаем окончательно Широтно-импульсный модулятор, содержащий интегрирующий сумматор,вы,полненный в виде операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи и ключа, соединенного выходом с входом операционного усилителя, выход которого является выходом интегрирующего сумматора и соединен с первым входом компаратора, управляющий вход ключа является управляющим входом интегрирующего сумматора и соединен с выходом компаратора, информационный вход ключа является вторым входом интегрирующего сумматора, первый и третий входы которого соединены с входом операционного усилителя, первый, второй и третий входы интегрирующего суммато 50 что соответствует полиному второго порядка (в общем случае со знакопеременными коэффициентами) видаР ( а О ) =а +а,9+а, 9В качестве примера нелинейного широтно-импульсного модулятора в таблице коэффициентов аппроксимациидля функций, реализованных данныммодулятором, приведены значения коэффициентов полинома второго порядкадля некоторых элементарных функцийи их суперпозиций, полученные авторами с помощью алгоритма чебышевского приближения непрерывных функцийрациональными. Приведенная погрешность аппроксимации в диапазоне10,13 определяется Г(9)-Р,(а В)максгде Г(О) - функция преобразования; Р - максимальное значение функицксции Г(О), В случае, когда коэффициенты аппроксимации одного знака, можно изменить порядок подключения входного и опорного напряжений и получить функциональную характеристику в виде дробнорационалъной функции второго порядка с комплексно-сопряженными полюсами, Например, еслиУ (отрицательной полярности) подается на шины 17-18, а опорное напряжение (положительное) поступает нашину 15 устройства, то после преобразований аналогичных приведеннымполучаем П=П(1+ 2 Ю+ - Л Й.ЯС, С, С С+С1В соответствии с таблицей данное включение У и У, реализует аппрок-в 1 симацию функций е и- , Функциональная характеристика устройства определяется как обратная функ" ция по отношению найденным, т,е. Ы-Г (П ),Повышение точности нелинейной широтно-импульсной модуляции достигается путем снижения методической погрешности (погрешности аппроксимации нелинейного закона преобразования) при воспроизведении комплексно-. сопряженных полюсов функциональной характеристики, а также за счет снижения инструментальной погрешности, связанной с меньшим разбросом номиналов проводимостей резисторов и снижением чувствительности цепей к отклонениям параметров отдельных элементов, а также эа счет реализации управления коммутирующими элементами. Формула изобретенияЗаказ 6489/57 Тираж 816 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 5 12741 ра соответственно через первый, второй и третий резисторы соединены с первой, второй и третьей входнымишинами, второй вход компаратора подсоединен к шине пилообразного напряжения, а выход - к управляющему входу первого ключа, информационный вход которого подключен к четвертой входной шине, а выход - к первому выводу четвертого резистора, второй 1 О вывод которого соединен с первым выводом.пятого резистора непосредственно, а с общей шиной через конденсатор, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, внего введены второй и третий ключи,информационные входы которых соединены с общей шиной, а выходы подключены соответственно к выходу первогоключа ик объединеннымвторому выводупятого резистора и второму входу интег"рирующего сумматора,при этом инверсныеуправляющие входывторого итретьегоключей соединены с выходом компаратора.