Принцип перемножения с помощью ШИМ – АИМ

Узел ШИМ представляет собой (рис. 2) интегратор DА1 и формирова­тель DА2 на триггере Шмитта; в нем осуществляется формирование тактовых импульсов и широтно-импульсная модуляция напряжения U_x следующим обра­зом. Триггер Шмитта (ТШ) DА2 в совокупности с интегратором DА1 функцио­нирует как мультивибратор. Независимо от входного сигнала U_x на выходе интегратора (гнездо ХS3) создаются симметричные двухполярные треугольные им­пульсы напряжения (более подробное пояснение о формировании треугольных импульсов на основе интегратора и триггера Шмитта на ОУ приведены
в [8]).

Благодаря компаратору DАЗ в зависимости от величины контролируемого сигнала U_x(t) изменяется скважность сформированных прямоугольных импуль­сов на выходе ХS5 компаратора. Так осуществляется ШИМ. Из диаграмм (рис. 3) видно, что при U_x < 0 длительность t₊ < t_{_} , а скважность

при U_x > 0 t₊ > t_{_} , а скважность Q > 2; при U_x = 0 на выходе XS5 компаратора DA3 симметричные прямоугольные импульсы со скважностью Q = 2, t₊ = t_{_.}

 

Рис. 3. Временные диаграммы, поясняющие работу узла ШИМ

 

Полученный сигнал (гнездо ХS5) поступает на устройство АИМ. Ампли­тудно-импульсная модуляция этого сигнала вторым сигналом U_y (t) осуществля­ется с помощью электронного ключа DD1 и инвертирующего усилителя DА4 следующим образом: при замкнутом S2 и разомкнутом S1 контактах напряжение от источника сигнала U_y непосредственно поступает на выход электронного

ключа DD1 и на его выходном гнезде ХS6 устанавливается напряжение с амплитудой +U_y. В противоположном случае (S2 – разомкнут, S1 – замкнут) на выходе ключа окажется инвертированное напряжение с амплитудой -U_y . Таким обра­зом, на выходе электронного ключа DD1 имеют место разнополярные сигналы с одинаковой амплитудой ±U_y , скважность которых определяется ранее сформи­рованным сигналом ШИМ (гнездо ХS5'), так как ключ управляется этим сигна­лом.

Очевидно, что в общем случае среднее значение напряжения на выходе ключа DD1 будет прямо пропорционально мгновенной мощности, то есть

где U_y = k₂ (t_{_} – t₊₁) – задающий скважность моделирующий сигнал ШИМ от первого контролируемого источника; t₊ и t_{_} – продолжительности замкнутого состояния ключей S1 и S2 соответственно; k₁ и k₂ – масштабные коэффициенты для сигналов U_x и U_y , k – коэффициент пропорциональности; Р – мгновенная мощность.

Примечание: на рис. 3 длительность t₁ соответствует положительной по­лярности, а t₂ – отрицательной полярности импульсов, то есть t₁ = t₊; t₂ = t_{_}.

Полученное импульсное напряжение (гнездо ХS6 рис. 2) интегрируется на выходе перемножителя (гнездо ХS6') с помощью интегрирующей R-С цепи с по­стоянной времени τ = R·С ≥ 5 R·С1, большей постоянной времени цепи R-С ин­тегратора ШИМ (R – сопротивление на входе; С – емкость в цепи обратной связи интегратора на ОУ).

Диаграммы, поясняющие работу ИПУ при различных амплитудах U_x и U_y, представлены на рис. 4 и 5.

 

 

Рис. 4. Временные диаграммы, поясняющие работу ИПУ при U_x < 0

 

Рис. 5. Временные диаграммы, поясняющие работу ИПУ при U_x > 0

Импульсный интегратор (ИИ)

Импульсный интегратор служит для преобразования полученного в ИПУ аналогового сигнала U_cp = kP в пропорциональное число импульсов.

В состав ИИ входят повторитель DА5.1, инвертор DА5.2, электронный ключ DD2, инвертирующий интегратор DА5.3, неинвертирующий триггер Шмитта DА5.4.

Сигнал U_cp = kP, пропорциональный контролируемой мгновенной мощно­сти p(t), через повторитель DА5.1 поступает на вход 1 аналогового ключа DD2, на вход 2 которого поступает этот же сигнал с инвертора DА5.2, но противополож­ной фазы.

Аналоговый ключ DD2 управляется триггером Шмитта, и в зависимости от полярности импульса на его выходе ключ подключает сигнал к входу интеграто­ра DА5.3 либо с повторителя, либо с инвертора. В соответствии с этим конденса­тор в цепи обратной связи интегратора либо заряжается, либо разряжается, за­ставляя в конце своего цикла триггер Шмитта переключаться либо в «положи­тельный», либо в «отрицательный» уровень, то есть на выходе ПНЧ формируют­ся импульсы с частотой следования (переключений), пропорциональной мгно­венной мощности p(t) .

Временные диаграммы, поясняющие принцип действия импульсного инте­гратора (фактически преобразователя «напряжение – частота» – ПНЧ), иллюстри­руются на рис. 6.

Рис. 6. Временные диаграммы, поясняющие работу ИИ

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: