Модуляторы импульсных последовательностей

В преобразовательной технике широко применяют модуляторы: частотно-импуль­сные (ЧИМ); широтно-импульсные (ШИМ); фазоимпульсные (ФИМ). В них входные напряжения, являющиеся аналогами контролируемых величин, преобразуются в час­тоту, длительность или фазу импульсной периодической последовательности.

Широтно-импульсная и фазоимпульсная модуляции близки по физической приро­де и их в основном осуществляют с помощью одной и той же типовой схемы (рис.2.55, а). Модулирующее напряжение U_x(t) на входе нуль-индикатора НИ сравнивается с на­пряжением U_nv[(t) пилообразной формы, которое поступает на НИ с выхода I генера­тора пилообразных импульсов ГПИ. На заднем фронте пилообразного импульса с выхо­да 2 ГПИ на выходной триггер Т поступает импульс (рис. 2.55, б), переключающий его в состояние 1. В этот момент напряжение на выходе 1 ГПИ начинает возрастать по прямой U_пи(t) до пересечения с кривой входного напряжения U_x(t) при напряжениях U₁, U₂, U₃. При этом срабатывает НИ, с которого на вход R триггера Т поступает импульс, переключающий его в состояние 0. Длительность импульса на выходе триггера Т пропорциональна величине напряжения в момент времени, когда U_nи(t) = U_x(t), и равняется: при U₁ - t_и1; при U₂ — t_и2; при U₃ — t_и3.

Фазоимпульсная последовательность импульсов поступает на ФИМ-выход с нуль-ин- дикатора НИ, если последний имеет импульсный выход. Детектирование ФИМ-последова- тельности может быть осуществлено после преобразования ее в ШИМ -последовател ьность.

ШИМ- и ФИМ-последовательность может быть получена с помощью схемы рис. 2.55, в.

Времяимпульсный преобразователь ВИП запускается генератором импульсов ГИ, который определяет интер­вал квантования Т моду­лирующего напряжения U_x(t). Выход ВИП являет­ся выходом ШИМ, а вы­ход одновибратора S — выходом ФИМ.

Времяимпульсный преобразователь ВИИ Схе­ма такого преобразовате­ля (рис. 2.56) имеет гене­ратор тока ГТ на основе «токового зеркала» на транзисторах VT1 и VT2, конденсатор С, разрядный транзистор VT3, нуль-ин­дикатор НИ, триггер Т, формирователь коротких импульсов ФИ. При по­ступлении на вход пускового импульса триггер Т переключается в состояние 1, открывается тран­зистор VT4 и закрывается транзистор VT3. Кон­денсатор С заряжается током / с генератора ГТ до порогового напряжения, при котором срабатыва­ет нуль-индикатор НИ, возвращающий триггер Т в исходное состояние 0. С выхода триггера Т посту­пает запирающий потенциал на транзистор VT4, что в свою очередь приводит к открытию транзис­тора VT3 и разряду конденсатора С. Таким обра­зом, схема возвращается в первоначальное состо­яние и готова к действию.

Частотно-импульсный модулятор на основе мультивибратора Роера. Такой преобразователь напряжения в частоту (рис. 2.57) используется в технике низких частот. Сердечник трансфор­матора Т выполняется из магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 2.57, а). Начала обмоток трансформатора обозначены точками.

Транзисторы VT1 и VT2 при подаче на вход напряжения U_x(t) попеременно открываются и закрываются как в мультивибраторе с емкостной связью. Пусть в на­чальный момент времени начинает открываться транзистор VT1. Через него протекает ток в обмотке w2, сердечник трансформатора Т перемагничивается. При этом в об­мотке wl наводится ЭДС, под действием которой протекает ток эмиттер-база транзи­стора VT1, и последний полностью открывается. В то же время ЭДС, наводимая в обмотке w3 запирает транзистор VT2. Процесс запирания Т2 и отпирания VT1 разви­вается лавинообразно и заканчивается полным открытием VT1 и закрытием VT2.

По мере перемагничивания сердечника ЭДС, удерживающая транзистор VT1 в открытом состоянии, будет уменьшаться и транзистор VT1 начнет закрываться. Ток в обмотке w2 уменьшается, в обмотке w3 наводится ЭДС, отпирающая транзистор VT2. Теперь ток транзистора VT2 будет протекать через обмотку w4 (от конца к началу), перемагничивая сердечник трансформатора. Вновь развивается лавинообразный про­цесс, приводящий к закрытию транзистора VT1 и открытию транзистора VT2.

На выходной обмотке трансформатора при перемагничивании сердечника возникает временная последовательность импульсов, близкая по форме к прямоугольным (рис. 2.57, б). Частота колебаний имеет линейную зависимость от входного напряжения U_x(t), т.е. муль­тивибратор Роера является частотно-импульсным модулятором колебаний.

Рассмотренная схе­ма обеспечивает гальва­ническую развязку меж­ду входной и выходной цепями, что позволяет использовать ее в каче­стве датчика в высоко­вольтных цепях уст­ройств автоматики. Частотно-импульс­ный модулятор на интег­ральных схемах (ЧИМ). Такой модулятор широ­ко применяется для пре­образования напряже­ния в частоту импульсов. Существуют различные способы выполнения ЧИМ на мик­росхемах, обеспечивающие высокое качество измерения.

 

Схема простейшего двухпорогового преобразователя напряжения в частоту приве­дена на рис. 2.58, а. Преобразователь содержит интегратор ИН, два пороговых устрой­ства ПУ1 и ПУ2, выходной триггер Т и коммутирующий элемент на транзисторе VT. Интегратор выполнен в соответствии со схемой рис. 2.39, б. Если на вход интегратора подать постоянное напряжение U_x, то на выходе напряжение будет возрастать линейно:

(2, 9)

Чем больше входное напряжение U_x, тем круче прямая и тем быстрее напряжение на выходе интегратора ИН достигнет порогового значения £ /_п1, при котором на выходе порогового устройства ПУ1 появляется импульс, устанавливающий триггер Т в состоя­ние 1 (рис. 2.58, б). Транзистор VT при этом закрывается. Так как в интеграторе ИН использован операционный усилитель с инверсным входом, то напряжение на выходе интегратора снижается. Скорость его изменения определяется напряжением U_x или то­ком /|. В момент, когда напряжение на выходе ИН уменьшается до U_u2, при котором на выходе порогового устройства ПУ2 появится импульс, устанавливающий триггер Т в состояние 0. Транзистор VT открывается, конденсатор С заряжается в обратном направ­лении током I₂. Крутизна изменения напряжения при этом должна быть намного боль­ше, чем в рабочем полупериоде, т.е. 1 ₂ » I₁. Время снижения напряжения значитель­но меньше минимального периода импульсов Г|, Т₂ и т.д. на выходе триггера Т, при этом частота импульсов про­порциональна входному _{п б} напряжению U_x.

При возрастании U_x (участок А—Б) увеличи­вается частота импульсов на выходе триггера, сни­жается их период, поэто­му Т ₂ < Ту

Схема однопорогово­го преобразователя напря­жения в частоту приведена на рис. 2.59, а. Частотно-им­пульсный модулятор ЧИМ содержит интегратор ИН на операционном усилители, пороговое устройство ПУ, одно- вибратор S, формирующий опорный импульс t_оп и коммутирующее устройство на транзисторе VT. При подаче на вход постоянного напряжения U_х протекает ток I₁ заря­да конденсатора С. При достижении на входе интегратора напряжения U_п (рис. 2.59, б) происходит срабатывание порогового устройства ПУ. Импульс с ПУ запускает одно- вибратор S, с выхода которого опорный импульс t_оп поступает на коммутирующий транзистор VT. При этом транзистор VT открывается, конденсатор С разряжается через него током I₂. Длительность импульса t_оп выбирается такой, чтобы конденсатор С, заря­женный током I­₁ до максимального напряжения, успевал полностью разрядиться. Вы­ходной сигнал снимается с выхода одновибратора S. Частота импульсов на выходе /_и пропорциональна входному напряжению U_x и зависит от емкости конденсатора С и порога срабатывания ПУ. Однако требуется иметь в схеме стабильный одновибратор для того, чтобы обеспечить t_оп = const.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Анализ Качества импульсных и цифровых САР.
2. Демодуляторы AM- и ЧМ-сианалов
3. Моделирование стохастических систем. Метод статистических испытаний. Моделирование последовательностей независимых и зависимых случайных испытаний. Общий алгоритм моделирования ДСВ.
4. Химическая организация гена. Классификация генов и генных мутаций (замена азотистых оснований, сдвиг рамки считывания, инверсия нуклеотидных последовательностей)