Ein einfacher PWM-Modulator. Schema, Beschreibung

Einfacher PWM-Modulator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

Es ist bedauerlich, dass der Inlandsmarkt hauptsächlich mit Geräten aus dem Ausland gefüllt ist, was unseren einheimischen Hersteller elektronischer Geräte in den Hintergrund drängt. Ich habe jedoch keinen Zweifel daran, dass es in unserem Land viele Talente gibt, die ausländischen Koryphäen in nichts nachstehen, aber es gibt keine Bedingungen dafür, dass diese Talente sich entfalten können. Deshalb freue ich mich, unseren Funkamateuren eine meiner Entwicklungen vorstellen zu können.

Einfacher PWM-Modulator

Beginnen wir mit ein wenig Theorie. Betrachten Sie die Schaltung (Abb. 1) eines Impulsgenerators, der auf einem K176LA7-MOS-Logikchip und zwei Dioden basiert. Der Generator ist auf einem doppelten RS-Abzug aufgebaut.

Einfacher PWM-Modulator
Fig. 1

Der Generator funktioniert wie folgt:

Wenn der Strom eingeschaltet wird, werden C1 und C2 – die parasitären Eingangskapazitäten jedes Elements – entladen. Dementsprechend ist an den Eingängen 1 und 5 der Zustand logisch Null und an den Ausgängen 3 und 6 - eine logische Einheit. Der zweite Trigger wird zufällig auf einen stabilen Zustand gesetzt. Angenommen, Ausgang 10 ist eine logische Eins, Ausgang 13 ist eine logische Null. Gleichzeitig wird VD1 geschlossen, VD2 öffnet und lädt C2 ziemlich schnell auf. Am Eingang 5 wird eine logische Einheit und am Ausgang 6 eine logische 0 gesetzt, die den zweiten Trigger in einen anderen Zustand schaltet (Ausgang 10 - logisch 0, Ausgang 13 - logisch 1), wodurch VD1 geöffnet bzw. VD2 geschlossen wird. C1 wird über VD1 geladen und am Eingang 1 erscheint eine logische 1.

In diesem Zustand bleibt der Doppeltrigger, bis am Eingang 1 der logische 0-Pegel erscheint. Diese Zeit wird durch die Eingangskapazität C2, den Eingangsleckstrom und die Differenz zwischen der logischen 1-Spannung (ungefähr Upit) und der Schwellenspannung von bestimmt die Mikroschaltung (ungefähr Upit / 2 ).

t=C2*(Upit-Upor)/Iout Nach dem Entladen von C2 auf die Schwellenspannung schaltet der zweite Trigger erneut, das Laden von C2 und das Entladen von C1 beginnen. Bei Erreichen der Schwellenspannung schaltet der zweite Auslöser und der Vorgang wiederholt sich.

Wie aus der obigen Formel ersichtlich ist, hängt die Entladezeit der parasitären Kapazität bei nahezu konstantem Leckstrom und Schwellenspannung von ihrem Wert ab. Ein Prototyp eines solchen Generators zeigte eine Veränderung der Frequenz und des Tastverhältnisses der Impulse, wenn eine Hand näher an den Generator herangeführt wurde. Um den Einfluss des Sperrstroms von Dioden zu reduzieren, werden diese mit möglichst geringem Leckstrom ausgewählt (Typ KD102).

Modulator basierend auf einem Zwei-Trigger-Oszillator

Die Pulsdauer in einem solchen Generator kann durch Veränderung der parallel zum Eingang geschalteten Kapazität oder durch Steuerung des Entladestroms der Eingangskondensatoren moduliert werden. Betrachten wir die Möglichkeit, den Entladestrom der Eingangskondensatoren zu steuern. An den Eingängen 1 und 6 schalten wir zwei Stromquellen ein, die durch ein moduliertes Signal gesteuert werden (Abb. 2).

Modulator basierend auf einem Zwei-Trigger-Oszillator
Fig. 2

Wenn sich außerdem das Eingangssignal ändert, erhöht sich der Strom einer Quelle um ?I, während der Strom der anderen Quelle um ?I abnimmt.

Dementsprechend wird eine Periode sein:

T=t1+t2=C1*Uthr/(I+??I)+C2*Uthr/(I-??I);

Daraus ist ersichtlich, dass die Periode umso kürzer und dementsprechend die Frequenz des Modulators umso höher ist, je größer der Entladestrom der Eingangskondensatoren ist. Die Wiederherstellung des ursprünglichen Signals erfolgt über eine Integrierschaltung, an deren Ausgang bei konstanter Amplitude der Ausgangsimpulse (Uam) die Spannung beträgt:

Uout=Uam*t1/(t1+t2)

es ist leicht abzuleiten, dass für dieselben Eingangskapazitäten, Schwellenspannungen und ΔI=0, Uout=Uam/2.

Und die Änderung der Ausgangsspannung und des Übertragungskoeffizienten:

?U=??I*Uam/2I;

K= Uam/2I

Durch die Reduzierung des Entladestroms der Eingangskondensatoren und die Erhöhung der Amplitude der Modulatorausgangsimpulse kann zusätzlich zur Modulation eine Verstärkung des Eingangssignals erreicht werden. Und noch ein Hinweis: Da sich bei einer Änderung des Eingangssignals sowohl die Impulsdauer als auch die Dauer seiner Abwesenheit ändert, ändert sich die Modulationsfrequenz; mit zunehmendem Eingangssignal nimmt sie ab. Dies bestimmt auch den recht großen Dynamikbereich des Modulators.

Das praktische Schema des Modulators ist in Abb. 3. Die Details des Modulators wurden aus Gründen der Zugänglichkeit und leichten Wiederholbarkeit der Schaltung gewählt.

Die Eingangsdifferenzstufe besteht aus KT315-Bipolartransistoren mit beliebigem Buchstaben, vorzugsweise mit ähnlichen Stromverstärkungen. Als Dioden wurden KD102 mit geringem Sperrstrom gewählt.

Modulator basierend auf einem Zwei-Trigger-Oszillator
Fig. 3

Um die Stabilität des Modulators zu erhöhen, wurde von Ausgang 4 über ein Niederfrequenzfilter, einen 12-kΩ-Widerstand, einen 1.0-μF-Kondensator und einen 24-kΩ-Widerstand mit einer Grenzfrequenz von etwa 16 Hz eine Gegenkopplung in die Schaltung eingeführt.

Der Modulator wird abgestimmt, indem ein 110-kΩ-Widerstand für die erforderliche Modulationsfrequenz ausgewählt wird.

Autor: Vladimir Alekseevich Gorbatykh, Ulan-Ude; Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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