1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Аналогова широтно-імпульсна модуляція

Аналогова широтно-імпульсна модуляція

Як уже згадувалося вище, частота сигналу і його амплітуда при ШІМ завжди постійні. Один з найважливіших параметрів сигналу ШІМ – це коефіцієнт заповнення, рівний відношенню тривалості імпульсу t до періоду імпульсу

T. D = t / T.

Так, якщо маємо сигнал ШІМ з тривалістю імпульсу 300 мкс і періодом імпульсу 1000 мкс, коефіцієнт заповнення складе 300/1000 = 0,3. Коефіцієнт заповнення також виражається у відсотках, для чого коефіцієнт заповнення множиться на 100%. За прикладом вище процентний коефіцієнт заповнення становить 0,3 х 100% = 30%.

Широтно-імпульсна модуляція. Аналогова і цифрова ШІМ

Шпаруватість імпульсу – це відношення періоду імпульсів до їх тривалості, тобто величина, зворотна коефіцієнту заповнення. S = T / t.

Частота сигналу визначається як величина, зворотна періоду імпульсу, і являє собою кількість повних імпульсів за 1 секунду. Для прикладу вище при періоді 1000 мкс = 0,001 с, частота становить F = 1 / 0,001 – 1000 (Гц).

Сенс ШІМ полягає в регулюванні середнього значення напруги шляхом зміни коефіцієнта заповнення. Середнє значення напруги дорівнює добутку коефіцієнта заповнення і амплітуди напруги. Так, при коефіцієнті заповнення 0,3 і амплітуді напруги 12 В середнє значення напруги складе 0,3 х 12 = 3,6 (В). При зміні коефіцієнта заповнення в теоретично можливих межах від 0% до 100% напруга буде змінюватися від 0 до 12 В, тобто Широтно-імпульсна модуляція дозволяє регулювати напругу в межах від 0 до амплітуди сигналу. Що і використовується для регулювання швидкості обертання електродвигуна постійного струму або яскравості світіння світильника.

Сигнал ШІМ формується мікро контролером або аналогової схемою. Цей сигнал зазвичай керує потужної навантаженням, яка підключається до джерела живлення через ключову схему на біполярному або польовому транзисторі. У ключовому режимі напівпровідниковий прилад або розімкнути, або замкнутий, проміжний стан виключається. В обох випадках на ключі розсіюється незначна теплова потужність. Оскільки ця потужність дорівнює добутку струму через ключ на падіння напруги на ньому, а в першому випадку до нуля близький ток через ключ, а в другому напруга.
У перехідних станах на ключі присутня значна напруга з проходженням значного струму, тобто значна і розсіюється теплова потужність. Тому в якості ключа необхідно застосування малоінерційних напівпровідникових приладів з швидким часом перемикання, порядку десятків наносекунд.

Якщо ключова схема управляє світлодіодом, то при малій частоті сигналу світлодіод буде блимати в такт зі зміною напруги сигналу ШІМ. При частоті сигналу вище 50 Гц миготіння зливаються внаслідок інерції людського зору. Загальна яскравість світіння світлодіода починає залежати від коефіцієнта заповнення – чим нижче коефіцієнт заповнення, тим слабкіше світиться світлодіод.

При управлінні за допомогою ШІМ швидкості обертання двигуна постійного струму частота ШІМ повинна бути дуже високою, і лежати за межами чутних звукових частот, тобто перевищувати 15-20 кГц, в іншому випадку двигун буде «звучати», видаючи дратівливий слух писк з частотою ШІМ. Від частоти залежить і стабільність роботи двигуна. Низькочастотний сигнал ШІМ з невисоким коефіцієнтом заповнення призведе до нестабільної роботи двигуна і навіть можливої ​​його зупинці.

Тим самим, при управлінні двигуном бажано підвищувати частоту сигналу ШІМ, але і тут існує межа, який визначається інерційними властивостями напівпровідникового ключа. Якщо ключ буде переключатися з запізнюваннями, схема управління почне працювати з помилками. Щоб уникнути втрат енергії і домогтися високого коефіцієнта корисної дії імпульсного перетворювача, напівпровідниковий ключ повинен володіти високою швидкодією і низьким опором провідності.

Сигнал з виходу ШІМ можна також усереднювати за допомогою найпростішого фільтра низьких частот. Іноді можна обійтися і без цього, оскільки електродвигун має певну електричної індуктивністю і механічною інерцією. Згладжування сигналів ШІМ відбувається природним шляхом в тому випадку, коли частота ШІМ перевершує час реакції регульованого пристрою.
Реалізувати ШІМ можна за допомогою компаратора з двома входами, на один з яких подається періодичний пилкоподібний або трикутний сигнал від допоміжного генератора, а на інший сигнал, що модулює управління. Тривалість позитивної частини імпульсу ШІМ визначається часом, протягом якого рівень сигналу, що управляє, подається на один вхід компаратора, перевищує рівень сигналу допоміжного генератора, що подається на другий вхід компаратора.

При напрузі допоміжного генератора вище напруги керуючого сигналу на виході компаратора буде негативна частина імпульсу.

Коефіцієнт заповнення періодичних прямокутних сигналів на виході компаратора, а тим самим і середня напруга регулятора, залежить від рівня сигналу, що модулює, а частота визначається частотою сигналу допоміжного генератора.

ПОДІЛИТИСЯ: