Ein einfacher PWM-Generator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Es wird ein einfacher modulierter Generator vorgeschlagen, mit dem in Amateurfunkgeräten verschiedene Signale geformt und verarbeitet werden können.

Betrachten Sie zunächst die Schaltung eines Rechteckimpulsgenerators (Abb. 1), der auf zwei RS-Flip-Flops aus den Logikelementen einer MOS- oder CMOS-Mikroschaltung aufgebaut ist.

Der Generator funktioniert wie folgt. Wenn der Strom eingeschaltet wird, werden die parasitären Eingangskapazitäten jedes Elements – im Diagramm üblicherweise als C1 und C2 dargestellt – entladen. Der Ausgangszustand der Eingänge 1 und 5 des ersten Triggers entspricht dem Protokoll. 0 und an seinen Ausgängen 3 und 6 - log. 1. Der zweite Trigger wird zufällig in einen von zwei Zuständen gesetzt: Angenommen, die Ausgabe ist 10 – log. 1, Ausgang 13 - log. 0. In diesem Fall ist die Diode VD1 geschlossen und VD2 öffnet und lädt C2 schnell genug auf. Am Eingang 5 wird das Protokoll eingestellt. 1 und am Ausgang 6 - log. 0, und das zweite Flip-Flop wechselt in einen anderen Zustand, indem es die Diode VD1 öffnet und VD2 schließt. Die Kapazität C1 wird über die Diode VD1 aufgeladen und am Eingang 1 erscheint ein Protokoll. 1.

Die Trigger bleiben in diesem Zustand, bis die Protokollebene am Eingang 1 erscheint. 0. Diese Zeit wird durch die Eingangskapazität C2, den Eingangsleckstrom * und die Differenz zwischen der Spannung log. 1 (ungefähr gleich Upit) und die Schwellenspannung des Mikroschaltkreises (ungefähr die Hälfte von Upit): t = C2-(Upit·Uthr)·Iut.

Nachdem die Kapazität C2 auf die Schwellenspannung entladen ist, schaltet der zweite Trigger erneut, C2 wird erneut aufgeladen und die Entladung von C1 beginnt. Bei Erreichen der Schwellenspannung schaltet der zweite Auslöser erneut; weitere Prozesse werden wiederholt.

Wie aus der obigen Formel ersichtlich ist, hängt die Entladezeit der parasitären Kapazität bei praktisch unverändertem Leckstrom und Schwellenspannung von ihrem Wert ab. Als eine Hand näher an die Modellprobe des Generators herangeführt wurde, wurde eine Änderung der Frequenz und des Tastverhältnisses der Impulse beobachtet. Um den Einfluss des Sperrstroms der Dioden zu reduzieren, werden diese mit möglichst geringem Leckstrom gewählt (Typ KD102A).

Die Dauer der Impulse in einem solchen Generator kann durch Veränderung des Entladestroms der Eingangskapazitäten der Logikelemente gesteuert werden. Basierend auf diesem Prinzip kann ein pulsweitenmodulierter Oszillator gebaut werden.

Betrachten wir diese Modulationsmöglichkeit genauer. An die Eingänge 1 und 6 der DD1-Elemente schließen wir zwei Stromquellen an, die durch ein moduliertes Signal gesteuert werden (Abb. 2). Wenn sich das Eingangssignal ändert, erhöht sich der Strom einer Quelle um ∆I, während der Strom der anderen Quelle um ∆I abnimmt.

Dementsprechend ist eine Periode: T \u1d t2 + t1 \u2d CXNUMX X Upor / (I + ΔI) + CXNUMX x X Upor / (I - ΔI).

Wie aus der Formel hervorgeht, ist die Periode umso kürzer und dementsprechend die Modulatorfrequenz umso höher, je größer der Entladestrom der Eingangskapazitäten ist.

Die Wiederherstellung des ursprünglichen (modulierenden) Signals ist mit einer einfachen Integrationsschaltung möglich, an deren Ausgang bei konstanter Impulsamplitude (Uamp) die Ausgangsspannung Uout = Uamp x t1(t1+t2) beträgt. Daraus lässt sich leicht schließen, dass bei ΔI = 0, den gleichen Eingangskapazitäten und Schwellenspannungen der Eingänge der Logikelemente eine Spannung nahe der Hälfte der Versorgungsspannung am Ausgang der Integrierschaltung wirkt. Die Änderung der Ausgangsspannung und des Übertragungskoeffizienten für das Modulationssignal entsprechen den Ausdrücken: ΔUout = Uamp X ΔI/2I; K = ΔUout / ΔUin = (Uamp / 2I) ∙ (2I / Ut) = Uamp / Ut, wobei Ut die Temperaturspannung von 26 mV bei einer Temperatur von 300 K ist.

Noch eine Anmerkung. Unter Einwirkung des Eingangssignals ändern sich sowohl die Impulsdauer als auch die Pausendauer. Auch die Pulsfrequenz ändert sich etwas: Je größer das Eingangssignal, desto kleiner wird es. Dies bestimmt einen ausreichend großen Dynamikbereich des Geräts. Das praktische Schema des Generators ist in Abb. dargestellt. 3. Seine Elemente werden aufgrund ihrer Verfügbarkeit und Wiederholbarkeit der Parameter ausgewählt.

Die Eingangsdifferenzstufe (VT1, VT2) besteht aus Bipolartransistoren KT315 (mit beliebigem Buchstabenindex), vorzugsweise mit ähnlichen Basisstromübertragungskoeffizienten. Als Dioden wurden KD102 mit geringem Sperrstrom verwendet. Um die Stabilität des Generators zu erhöhen, wurde vom Ausgang 4 über einen Niederfrequenzfilter aus Widerstand R5, Kondensator C2 und Widerstand R4 mit einer Grenzfrequenz von etwa 16 Hz eine Gegenkopplung in den Stromkreis eingeführt.

Der Generator wird durch Auswahl des Widerstands R3 auf die erforderliche Modulationsfrequenz abgestimmt.

Autor: V. Gorbatykh, Ulan-Ude

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