Способ широтно-импульсного преобразования напряжения и широтно-импульсный модулятор

(19) ( 13 1 а) 4 Н 03 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ альные опе Мир, 1978,ся к импульсбыт использоваОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(71) Ворошиловградский филиал Государственного проектно-конструкторского и научно-исследовательского института по автоматизации угольной промышленности(56) Мартяшин А.И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М.; Э 1976, с. 56-57.Рудковски Дж, Интегр рационные усилители. М.:с.296, фиг,2.(57) Изобретение относитной технике и может ь но в системах автоматического управления, в стабилизаторах и преобразователях напряжения. Цель изобретения - расширение динамического диапазона преобразователя достигается путем уменьшения минимальной длительности выходного импульса. Способ предусматривает использование в качестве опорного сигнала ограниченной повеличине суммы сигналов, пропорциональных инвертированному инвертирующему входному и этапонным напряжениям, и дополнительное введение в широтно-импульсный модулятор двухполярного ограничителя напряжения, подключенного к входу операционного усилителя, и инвертирующего усилителя,Этопозволяет уменьшить минимальную длительность импульса выходного напряжения и обеспечивает расширение динамического диапазона преобразованиявходного напряжения. 2 с.п. ф-лы, 113617092Изобретение относится к импульс- вым входом сумматора 12, выход котоной технике и может быть использо- рого через блок 13 ограничения напрявано в системах автоматического уп- жения соединен с вторым выходом блоравления, в стабилизаторах и преобра- ка 10 изменения полярности вход ко 5Узователях напряжения. торого соединен через (делитель умЦель изобретения - расширение ножитель) 9 напряжения с выходомдинамического диапазона преобразова- задатчика 1 входного напряжения,ния за счет уменьшения минимальной Широтно-импульсный модулятор со длительности выходного импульса. держит операционный усилитель 14,реНа фиг. 1 приведена блок-схема зисторы 15 - 19, двухполярный ограустройства, иллюстрирующего способ ничитель 20, конденсатор 21, входнуюширотно-импульсного преобразования; 22 и выходную 23 шины, двухполярныйна фиг.2 в диаграмма, поясняющая ограничитель 24, инвертирующий усипринцип действия устройства, на 15 литель 25, причем к инвертирующемуфиг 3 - принципиальная схема ши входу операционного усилителя 14 подротно-импульсного модулятора, ключены первые выводы резисторов 15Способ широтно-импульсного преоб- и 17 и через конденсатор 21 общаяразования включает суммирование сиг- шина, к неинвертирующему входу - перналов, пропорциональных входному и 20 вые выводы резисторов 16 и 18 иэталонному напряжениям, интегрирова- через двухполярный ограничитель 24ние суммарного сигнала, сравнение напряжения общая шина, а к выходупроинтегрированного напРЯжениЯ с выходная шина 23 и первый вывод реопорным, изменение полярности эталон- зистора 19, второй вывод которогоного сигнала в моменты изменения зна соединен с вторыми выводами резистока результата сравнения, формирова- ров 17 и 18 и через двухполярныйние в эти же моменты переднего или ограничитель 20 напряжения с общейзаднего фронта выходного импульса и шиной, при этом входная шина 22 соеформирование опорного сигнала, для динена с вторым выводом резистора. 15чего дополнительно суммируют сигналы 1 ЗО и входом инвертирующего усилителяпропорциональные эталонному и прони, выход которого соединея с вторымвертированному входному напряжениям, .выводом резистора 16.и ограничивают суммарный сигнал,при- устройство, иллюстрирующее способчем уровень ограничения выбирают меж- широтно-импульсного преобразованияду максимальным и минимальным резуль З напряжения работает следующим обра 35 1татами суммирования при однополярном эталонном напряжении,Устройство, иллюстрирующее способши отно-имп льсного преобразованияпорциональный входному сигналу,сумминапряжения, содержит задатчик 1 вход О руется с сигналом К Е (с делитеного напряжения, делители (умножите 2ля 3), пропорциональным по величинеф " ф изменяющемуся по знаку эталонномули 2 и 3 напряжения сумматор 4 интегратор 5 элемент 6 сравнения,реФ ю сигналулейный элемент 7, задатчик 8 эталонК 11 КЬ,ех -ного напряжения, делитель (умножитель) 9, блок 10 изменения полярнос- Суммарный сигнал интегрируетсяти сигнала, делитель (умножитель) (в блоке 5) по времени, причем время11, сумматор 12, блок 13 ограничения интегрирования определяется моментомнапряжения, при этом соединены после- совпадения результата интегрированиядовательно задатчик 1 входного нап с опорным сигналомряжения, делитель (умножитель) 2Ьнапряжения, сумматор 4, интегратор и, = ц,+ к,(к,ц,+ к,к)ас,5, элемент 6 сравнения и релейныйС С 1111 Спри -( ) опь Фэлемент 7, второй вход которого соединен с выходом эадатчика 8 эталонно где Б - сигнал с выхода блока 5го напряжения, а выход - с входами интегрирования;делителей (умножителей) 3 и 11, вы ,11- соответственно нижний иходы которых соединены соответствен- верхний уровни опорного.но с вторым входом сумматора 4 и пер- напряжения;3 13617К - коэффициент передачи блока 5 интегрирования;- время прямого интегриро 1вания от 11 апч до 11 опв5или длительность выходного импульса,Для фиксации момента совпадениярезультата интегрирования с опорнымсигналом два сигнала сравниваются 10в элементе 6 сравнения и при изменении знака рассогласования между ними релейный элемент 7 изменяет полярность эталонного сигнала, задаваемого задатчиком 8, 15После перемены знака одного изслагаемых, поступающих на входы сумматора 4, сигнал с выхода блока 5интегрирования будет уменьшаться,так как в этом случае интегрированию будет подвергаться отрицательныйсигналгпри С = 1Б 5 опн х 25 Ггде 13 - сигнал с выхода блока 5х5интегрирования;время обратного интегрироваания от 1 О, до 1 опц идлительность паузы. 30Для формирования опорного сигналасигнал К 1.1 (с выхода делителя 9),вхпропорциональный выходному сигналу,инвертируют по знаку (в блоке 10 изменения полярности. сигнала) и суммируют его (в сумматоре 12) с сигналомК Е (с выхода делителя 11), пропорциональным эталонному сигналу,Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом,Операционный усилитель 14 совместно с резисторами 17 и 18 образуетдвухуровневый компаратор, которыйпри совпадении величин напряжений,подаваемых на его инвертирующий и неинвертирующий входы, переключаетсяиз одного устойчивого состояния вдругое. Таким образом, компаратор на операционйом усилителе 14 выполняет одновременно функции элемента сравнения двух напряжений и релейного элеЪ - -К в, + К 4 ЕЕг Ъ ВХ 4Таким образом, без ограничения верхний и нижний уровни опорного нап ряжения (уровни переключения релейного элемента 7) соответственно рав 45 Следовательно, при преобразовании50 входного сигнала осуществляется прямая отрицательная связь по входному сигналу, действие которой приводит к повороту вокруг центра осей координат на угол М = агс 1 дК уровней пез55 реключения (фиг, 2 ) . Для обеспечения минимальной дли-. тельности импульса напряжения (при + У) результат второго суммирова 09ния (с выхода сумматора 12) ограничивают сверху н снизу по величине, Уровни (верхний и нижний) ограниченияпринимаются в общем случае произвольно, но каждый из них должен находиться в диапазоне между максимальным иминимальным результатами суммированияуказанных сигналов при однополярномэталонном напряжении, т,е. между гра-,ничными значениями верхнего и соответственно нижнего уровней переключений, Для верхнего уровня ограничений У-. = (К + К 4)Е - (К - К )Е, для нижнего 1,р= (К -К )Е - -(К + + К )Е.Для исключения генерации на краях диапазона изменения входного напряжения (и с условием его полного использования) необходимо выполнить условие (К 4 - К)Е = (К - К,)Е, т.е. выполнить условие .совпадения результатов первого и второго суммирования сигналов, при граничных значениях входного напряжения. Приведенное равенство может являться условием для выбора коэффициентов передачи К, К, К и К 4 делителей 2,3,9 и 11 напряжения.Хаким образом, пределы изменения опорного напряжения определяются параллелограммом АВСДА (фиг.2), причем на краях диапазона изменения входного напряжения разность между верхним и нижним уровнями опорного напряже-ния, определяющая минимальные длительности импульсов и паузы, уменьшается вплоть до нуля. Это обстоятельство и позволяет существенно расширить диапазон регулирования длительности импульса выходного напряжения за счет уменьшения его минимальной длительности.Сминин 0063 (025г 1У 1са при (16 - Ь) = ЦС, = О, т.е.начальная длительносСть импульса может задаваться с нуля.Форму передаточной характеристики широтно-импульсного модулятораможно существенно изменять, если10ввести не симметричные, а разные повеличине уровни верхнего и нижнегоограничения и обеспечить тем самымоптимальную регулировочную характеристику широтно-импульсного модуля 15тора для управления объектом,Таким образом, использование вспособе широтно."импульсного преобразования напряжения-в качестве опорного сигнала ограниченной по величи 20не суммы сигналов, пропорциональныхинвертирующему входному и эталонномунапряжениям, а также дополнительноевведение в широтно-импульсный модултор двухполярного ограничителя напряжения, подключенного к инвертирующему входу операционного усилителя,и инвертирующего усилителя, включенного между входной шиной и неинвертирующим входом операционного усилителя, позволяют уменьшить минимальную длительность импульса выходногонапряжения и тем самым обеспечиваютрасширение динамического диапазонапреобразования входного напряжения.35Формула изобретения1. Способ широтно-импульсного преобразования напряжения, включающий суммирование сигналов, пропорциональных входному и эталонному напряжени ям, интегрирование суммарного сигнала, сравнение проинтегрированного напряжения с опорным сигналом, изме.нение полярности эталонного сигналав моменты изменения знака результата сравнения и формирование в эти жемоменты переднего или заднего фронтавыходного импульса, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона эа счетуменьшения минимальной длительностивыходного импульса, опорный сигналформируют путем суммирования сигналов, пропорциональных эталонному ,.нпроинвертированному входному напряжениям, и ограничения суммарного сигнала, причем уровень ограничения выбирают Между максимальным и минимальнымрезультатами суммирования при однополярном эталонном напряжении. 2. Широтно-импульсный модулятор, содержащий операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключены первые выводы первого и второго резисторов и через конденсатор общая шина, к неинвертирующему входу - первые выводы третьего и четверотого резисторов, к выходу - выходная шина и первый вывод пятого резистора, второй вывод которого соединен с вторыми выводами второго.и четвертого резисторов и через двухполярный ограничитель напряжения с общей шиной, а второй вывод первого резистора соединен с входной шиной, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона за счет уменьшения минимальной длительности выходного импульса, в него дополнительно введены второй двухполярный ограничитель напряжения и инвертирующий усилитель, включенный между входной шиной и вторым выводом третьего резистора, первый вывод которого через второй двухполярный ограничитель напряжения соединен с общей шиной, 13 Ь 1709Тираж 900 Государственного ко елам изобретений и о Москва, Ж, Рауш