Pwm сигнал: Страница не найдена

Содержание

Анализируйте ШИМ-сигналы | Rohde & Schwarz

Анализируйте ШИМ-сигналы | Rohde & Schwarz

Login or register to gain full access to the Knowledge+ platform!

I want to create an account

Register

or

I already have an account

Login

С помощью осциллографа Rohde & Schwarz

Измерительная задача

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) традиционно используется для эффективного управления импульсными источниками питания на фиксированной частоте. Она применяется во многих типах источников питания в промышленных системах управления, силовой электронике и цифровой связи. Таким образом, ШИМ является широко распространенной технологией, используемой при проектировании цифро-аналоговых преобразователей, например, аудиоусилителей класса D, источников питания и инверторов постоянного тока, например, частотно-регулируемых приводов (ЧРП) двигателей постоянного тока и трехфазных электроприводов. В частности, разностные сигналы в мостах или многофазных электроприводах содержат биполярные сдвоенные импульсы, которые создают серьезные трудности для инженеров при разработке и тестировании.

Биполярный сигнал ШИМ, захваченный с помощью функции запуска по длительности по отрицательному импульсу (отображается в виде радужной осциллограммы; красный цвет указывает на частое возникновение)

/

Биполярный сигнал ШИМ, захваченный с помощью функции запуска по длительности по отрицательному импульсу (отображается в виде радужной осциллограммы; красный цвет указывает на частое возникновение)

Решение компании Rohde & Schwarz

Быстрый и простой способ получить общую картину ШИМ-сигнала — использовать функцию послесвечения осциллографа. Использование послесвечения может дать представление о типе присутствующих в сигнале импульсов. Кроме того, цветовая градация показывает области наибольшей активности сигнала.
Тем не менее, послесвечение и цветовая градация не обеспечивают детального анализа.

Модулируется ли помимо длительности период? С какой частотой повторяется цикл модуляции? Сколько длительностей каждого значения встречается? Эти сведения необходимы при разработке различных электронных модулей, таких, например, как понижающие преобразователи, которые используются в источниках питания, схемах питания процессоров или зарядных устройствах.
Чтобы получить эту информацию, необходимо использовать методы более глубокого анализа.
Функция отслеживания осциллографов R&S®RTM3000 и R&S®RTA4000 способна демодулировать ШИМ-сигнал и извлекать основной сигнал модуляции в виде осциллограммы трека. Осциллограмма трека формируется из измеренных значений, расположенных в порядке времени их регистрации при захвате данных. Данный инструмент анализа отображает результаты любого заданного значения в зависимости от времени, обеспечивая четкое представление о том, как изменяются параметры ШИМ при измерении в течение относительно длительного периода времени. В результате появляется возможность оценить правильность отслеживания и степень линейности в ШИМ-регуляторах/контроллерах.

Образец в функции отслеживания осциллографов R&S®RTM3000 и R&S®RTA4000, интегрированный в блок матопераций, позволяет задавать верхний (однополярный сигнал) и нижний (биполярный сигнал) пороговые уровни для демодулируемого сигнала.

Блок матопераций содержит следующие стандартные функции анализа трека:

  • Трек: период (одно- и биполярный)
  • Трек: частота (одно- и биполярный)
  • Трек: длительность импульса (одно- и биполярный)
  • Трек: коэффициент заполнения (одно- и биполярный)

Доступные типы демодуляции выбираются под нужное применение

/

Доступные типы демодуляции выбираются под нужное применение

Измерительная установка

Точность ШИМ-измерений зависит от качества снятия сигнала. Большинство осциллографов обычно поставляется с пассивными пробниками с коэффициентом деления 10:1. С их помощью нельзя однозначно найти реальную опорную точку заземления, например, при измерении разницы между двумя сигналами, которые могут не иметь соединения с землей. Для данных измерений рекомендуется использовать дифференциальные пробники, такие как R&S®RT-ZD10. В зависимости от области применения и окружающих условий, напряжения могут значительно варьироваться, достигая киловольтного диапазона. Для таких условий лучше всего подходят пробники R&S®RT-ZHD, рассчитанные на напряжения до 6 кВ.

Меню для работы с функциями отслеживания (треками)

/

Меню для работы с функциями отслеживания (треками)

Настройка прибора

После подключения осциллографа к испытуемой цепи используйте диалоговое окно приложения осциллографа для доступа к вкладке функций отслеживания, содержащей различные типы демодуляции.

  • Разные методы ШИМ требуют разных формул демодуляции
    • Выберите между PWM (ШИМ, одно- и биполярный сигнал), PDM (ИПМ, одно- и биполярный сигнал), инвертором, двигателем постоянного тока, 3-фазным двигателем и PWM – RGB LED (ШИМ для светодиодной RGB подсветки) (см. снимок экрана в левом нижнем углу)
  • В зависимости от выбранного типа демодуляции осциллограф установит условие запуска с нужной полярностью; дополнительные пользовательские настройки могут быть сделаны в меню матопераций
  • Пользовательские настройки включают функции анализа модуляции, такие как отслеживание периода, частоты, длительности импульса или коэффициента заполнения
  • Установите верхний порог (UL) для однополярного и нижний порог (LL) для биполярных кривых
  • Каждый порог состоит из уровня и параметров гистерезиса; отрегулируйте их в соответствии со своими требованиями
    • Нарастающий и спадающий фронты можно выбрать и установить параметрами «On edge» и «Off edge», а также использовать параметры «On» и «Off, Double Pulse» для частоты и периода

Демодуляция однополярного ШИМ-сигнала понижающего преобразователя с измерениями в режиме коммутации C1, выход C2

/

Демодуляция однополярного ШИМ-сигнала понижающего преобразователя с измерениями в режиме коммутации C1, выход C2

Результаты измерений

Использование функции отслеживания (трека) в меню матопераций позволяет демодулировать сигнал ШИМ и дополнительно отображать сигнал в виде расчетной кривой. Имеется возможность отображать до пяти треков одновременно.
На основе извлеченной осциллограммы трека может быть выполнен дальнейший анализ. Функции отслеживания в осциллографах R&S®RTM3000 и R&S®RTA4000 позволяют помещать набор курсоров на осциллограмму трека и применять к ней все доступные математические операции. Также для осциллограммы трека можно использовать все доступные виды измерений, такие как измерение СКЗ или частоты (для получения информации о частоте вращения), и просматривать статистические оценки каждого измерения.

После выполнения этапов измерения и анализа можно получить более глубокое представление, например, о том, как часто повторяется цикл модуляции или сколько встречается длительностей каждого значения. Используйте результаты анализа для поиска ошибок в алгоритме управления, исследования состояний контроллера или наблюдения за процессом запуска и завершения работы. Это даст глубокое понимание того, что на самом деле происходит в исследуемом сигнале ШИМ.
Для создания отчетов можно легко и быстро сохранить снимки экрана, осциллограммы, статистику или всю схему настроек на USB-устройство или через локальную сеть на ПК.

Демодуляция биполярного ШИМ-сигнала с измерением параметров, статистикой и курсорами

/

Демодуляция биполярного ШИМ-сигнала с измерением параметров, статистикой и курсорами

Заключение

Функции отслеживания осциллографов R&S®RTM3000 и R&S®RTA4000 являются отличной возможностью для отображения любого изменяющегося во времени сигнала ШИМ в различных прикладных задачах.

Они обеспечат получение подробной информации о сигнале ШИМ для каждого отдельного цикла и выявят любые неожиданные аномалии. В сочетании с дополнительными измерительными возможностями, 10-разрядным АЦП, глубокой и сегментированной памятью осциллографы R&S®RTM3000 и R&S®RTA4000 предлагают экономичное решение, позволяющее сэкономить время на разработку. Оба прибора обеспечивают необходимую гибкость при проектировании цифро-аналоговых преобразователей, источников питания постоянного тока и инверторов, например ЧРП двигателей постоянного тока и трехфазных электроприводов.

    {{{login}}}

{{{flyout}}}

{{! ]]> }}

Сигналы в транспортном средстве · Technipedia · Motorservice

Установки

Назад к поиску

Информация о диагностике

Увеличивается важность осциллоскопа

Аналоговые сигналы измеряются любым стандартным и принятым в торговле мультиметром. Для отображения тактирующих сигналов требуются осциллоскоп или соответствующая функция стенда для проверки работы двигателя.

В автомобильной технике всё чаще используются сигналы в виде периодически тактирующего напряжения. С помощью мультиметра измеряют только среднее значение напряжения в течение одного периода.

Широтно-импульсная модуляция (PWM)

  • Частота является постоянной.
  • Импульсно-модулированный сигнал, т. е. ширина импульса, меняется.

Широтно-импульсная модуляция может использоваться в качестве величины входа сигналов или для регулирования мощности, например, в клапанах системы EGR, дроссельных заслонках, электропневматических клапанах, исполнительных элементах холостого хода или топливных насосах, управляемых с учетом потребностей.

Частотно-импульсная модуляция (PFM)

  • Частота меняется, т. е. кривая сигнала сплющивается или растягивается.
  • Импульсно-модулированный сигнал является постоянным.

У некоторых сенсоров воздушных масс от Pierburg, например, выходная величина выдается в виде PFM-сигнала.

Тактирующие сигналы на снимке осциллоскопа

Параметры:

  1. Напряжение U, в вольтах
  2. Продолжительность импульса или включения
  3. Продолжительность выключения
  4. Продолжительность периода T
  5. Ось времени, в секундах
  6. Частота обратно пропорциональна продолжительности периода: f = 1/T
  7. «Импульсно-модулированный сигнал»

Понятие «импульсно-модулированный сигнал» не имеет единого определения. В целом под ним подразумевается отношение продолжительности включения (2) к продолжительности периода (4). Импульсно-модулированный сигнал указывается в виде числа от 0 до 1 или процентного значения от 0% до 100%. Некоторые осциллоскопы, как в приведенном здесь примере, отображают импульсно-модулированный сигнал «в перевёрнутом положении», т. е. продолжительность выключения (3) в отношении к продолжительности периода (4).

Пример: PWM-сигнал с импульсно-модулированным сигналом 74%

 

Тактирующие сигналы относительно нечувствительны к помехам. Под действием помех в потоке сигналов, например, из-за коррозии или влаги на штекерных соединениях, может меняться уровень напряжения (8).
Однако это не влияет на информацию, предоставляемую такими величинами, как «импульсномодулированный сигнал» или «частота».

Растет число продуктов, в которых входные или выходные сигналы являются тактирующим

В автомобильной технике значение частоты составляет обычно 100 Гц. Это соответствует 100 периодам в секунду. Формы сигналов с такими высокими значениями частоты могут быть отображены только на снимке осциллоскопа.

Ключевые слова :
клапан системы EGR, клапан EGR , сенсор воздушных масс, датчик масового расхода воздуха, расходомер воздуха , широтно-импульсная модуляция (PWM) , частотно-импульсная модуляция (PFM)
Группы продуктов :
Снабжение топливом , Снабжение воздухом , Управляющий / регулирующий элемент , Уменьшение содержания вредных веществ

Только для специалистов. Мы сохраняем за собой право на изменения и несоответствие рисунков. Информацию об идентификации и замене см. в соответствующих каталогах или в системах, основанных на TecAlliance.

Использование куки и защита данных

Группа Motorservice использует на Вашем устройстве файлы куки с целью оптимального оформления и постоянного улучшения своих веб-страниц, а также в статистических целях. Здесь Вы найдете дополнительную информацию об использовании куки, наши Выходные данные и Указания по защите персональных данных.

Нажатием кнопки «OK» Вы подтверждаете, что Вы приняли к сведению информацию о файлах куки, заявление о защите данных и выходные данные. Ваши настройки в отношении файлов куки для данного веб-сайта Вы можете изменитьв любое время [ссылка]

Установки приватности

Мы придаем большое значение прозрачности в вопросе защиты персональных данных. На наших страницах Вы получите точную информацию о том, какие настройки Вы можете выбрать и какие функции они выполняют. Выбранную Вами настройку Вы можете изменить в любое время. Независимо от выбранной Вами настройки, мы не будем определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах). Информацию об удалении файлов куки Вы найдете в справке Вашего браузера. Дополнительная информация приводится вЗаявлении о защите данных.

Измените свои настройки приватности путем нажатия на соответствующие кнопки

  • Необходимость
  • Комфорт
  • Статистика
Необходимость

Файлы куки, необходимые для работы веб-сайта, обеспечивают его надлежащее функционирование. При отсутствии файлов куки возможно появление ошибок и сообщенийоб ошибках.

Данный веб-сайт будет выполнять следующее:
  • сохранять файлы куки, необходимые для работы веб-сайта.
  • сохранять настройки, выполненные Вами на данном сайте.

При этой настройке данный веб-сайт ни в коем случае не будет выполнять следующее:
  • сохранять Ваши настройки, например, выбор языка или баннер куки, чтобы Вы не выполняли их заново.
  • анонимно анализировать посещаемость нашего веб-сайта и использовать эту информацию для его оптимизации.
  • определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах).
Комфорт

Файлы куки делают посещение Вами веб-сайта более удобным и комфортным, сохраняя, например, определенные настройки, чтобы Вам не приходилось заново выполнятьих каждый раз при посещении сайта.

Данный веб-сайт будет выполнять следующее:
  • сохранять файлы куки, необходимые для работы веб-сайта.
  • сохранять Ваши настройки, например, выбор языка или баннер куки, чтобы Вы не выполняли их заново.

При этой настройке данный веб-сайт ни в коем случае не будет выполнять следующее:
  • анонимно анализировать посещаемость нашего веб-сайта и использовать эту информацию для его оптимизации.
  • определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах).

Разумеется, что мы всегда согласны с настройкой Do Not Track (DNT) Вашего браузера. В этом случае не устанавливаются отслеживающие файлы куки и не загружаются функции отслеживания.

Полное руководство по основам

Что такое ШИМ? Как правило, существует несколько способов регулирования мощности. Например, у нас есть аналоговые потенциометры, которые практически блокируют электрический путь для ограничения выходной мощности. Хотя это эффективный метод, он часто приводит к потерям энергии в виде тепла. Наш второй пример — широтно-импульсная модуляция, которая также является темой нашего сегодняшнего обсуждения. Помимо превосходного предотвращения рассеивания мощности, он также служит для различных цепей и систем. Оставайтесь с нами, пока мы расскажем вам об основах ШИМ.

Что такое широтно-импульсная модуляция (ШИМ)?

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это цифровой сигнал, часто используемый в приложениях со сложной схемой управления. Другие области применения включают измерение, преобразование, управление мощностью и связь.

Что такое ШИМ-выход?

Пример ШИМ в катушке индуктивности

Источник; Википедия   ШИМ использует свой цифровой выход для управления аналоговыми устройствами (аналоговый входной сигнал). Другими словами, вы можете управлять аналоговым устройством, используя модулирующий выходной сигнал цифрового устройства. Аналоговые схемные устройства включают приводы, регулируемые лампы, динамики и двигатели переменного тока с регулируемой скоростью.

Рабочий цикл

Рабочий цикл описывает количество времени включения или уровень сигнала и измеряется в процентах. Он также определяет уровень выходного напряжения. Процент рабочего цикла дает процент времени, в течение которого цифровой сигнал включен в течение некоторого времени (полный цикл).

Иллюстрация рабочего цикла

Источник; Википедия   Поэтому вы будете использовать приведенные ниже пункты для интерпретации рабочего цикла.

  • Рабочий цикл 50 % показывает, что цифровой выходной сигнал больше находится в состоянии низкого уровня, чем в состоянии высокого уровня. Обратное жизненно важно для рабочего цикла более 50%.
  • Однако, сигналы, проводящие половину времени в выключенном состоянии, а другую половину во включенном состоянии, приводят к 50% рабочему циклу. Он также становится идентичным идеальной прямоугольной пульсовой волне.
  • Наконец, рабочий цикл 0 % описывает сигнал заземления/выключения, тогда как рабочий цикл 100 % описывает полную шкалу сигнала.

Период времени пропорционален тому, когда цифровой сигнал завершает один цикл включения и выключения. И наоборот, частота обратно пропорциональна периоду. Это относится к тому, сколько раз сигнал может совершить периодическое изменение на единицу. Он определяет скорость переключения сигнала между низким и высоким состояниями. Следовательно, постоянное включение и выключение цифрового сигнала на высоких частотах приводит к тому, что выходной сигнал действует как аналоговый сигнал.

Приложение ШИМ

Некоторые из массивов приложений PWM включают следующее;

  • Генерация звукового сигнала,
  • Регулировка яркости света, излучаемого источником света,
  • Нагревательные элементы,
  • Коммутационные устройства,
  • Подходящие неэффективные регуляторы напряжения,

(регулируемый регулятор напряжения и ШИМ-регулятор скорости)

  • Системы связи путем кодирования сообщений,
  • Управление сервоприводом (инерционные нагрузки),
  • Электрическая плита,
  • Включение зуммера с разной громкостью и
  • Обеспечение аналогового выхода.

Методы широтно-импульсной модуляции

Как мы уже знаем, модуляция означает регулирование системы или устройства. Таким образом, вы обязательно найдете процесс ШИМ в большинстве приложений в области электроники. ШИМ имеет очень адаптивную природу. Поэтому он широко используется инженерами. Метод ШИМ уменьшает мощность, подаваемую на конкретный электрический сигнал. Цифровой метод управления часто работает путем разделения сигнала на отдельные части. Затем ШИМ выполняет свою операцию управления, регулируя среднее напряжение питания и электрический ток, получаемый нагрузкой. Этот метод работает путем многократного включения и выключения переключателя между источником и грузом. В периоды выключения и включения увеличение времени выключения по сравнению со временем включения снижает общую мощность нагрузки и наоборот. С точки зрения применения, вы можете, например, соединить отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) с ШИМ. Объединение в пары снижает выходную мощность солнечной панели, тем самым облегчая использование ее батареи.

Функция ШИМ

ШИМ кодирует амплитуду сигнала в длительность или ширину импульса другого сигнала (сигнала несущей) перед передачей. Неудивительно, что заводы оснащают основные материнские платы 4- или 6-контактными разъемами ШИМ, поскольку система ШИМ находчива.

Как использовать технологию ШИМ?

ШИМ-транзистор

Наш первый проект включает в себя использование транзисторов для создания ШИМ-контроллера двигателя.

Необходимые материалы
  • Резисторы 22k,
  • Горшок 10k,
  • Транзистор BC338 и BC557,
  • Резистор 220 Ом,
  • резистор 47 Ом и
  • Конденсатор 100 мкФ 60В.

Принципиальная схема

Принципиальная схема ШИМ-транзистора

Разработка принципиальной схемы контроллера скорости двигателя проста и часто выполняется на макетной плате. Наша цифровая схема подходит для трех двигателей. Кроме того, он подает на контроллер двигателя серию импульсов, ширина которых регулирует скорость вращения двигателя.

Контроль скорости

Вам нужно будет изменить переменный резистор 10k, чтобы контролировать скорость двигателя для последнего бита. Изменение также влияет на размеры ширины импульса. Таким образом, результатом будет уменьшение или увеличение скорости двигателя в зависимости от направления, в котором вы повернули резистор.

Примечание;

На этом этапе вы можете реализовать свою схему на макетной плате, а затем добавить компоненты или датчики для будущих проектов.

Плата драйвера ШИМ i2c

Плата драйвера ШИМ, управляемая i2c, помогает увеличить количество выходов ШИМ, которыми вы управляете. Например, у вас может быть двухконтактный драйвер i2c, управляющий до 16 автономных выходов ШИМ.

(чип логического уровня i2c с четырьмя коммуникационными каналами)

Некоторые из его особенностей включают следующее.

  • Он имеет встроенный тактовый сигнал, что означает, что он работает автономно и не требует непрерывного ввода сигнала через микроконтроллер.
  • Во-вторых, он имеет настраиваемый выход с открытым стоком или двухтактный.
  • Затем вы можете настроить частоту PWN примерно до 1,6 кГц в i2c.
  • Кроме того, он совместим с напряжением 5 В. Другими словами, вы можете использовать микроконтроллер на 3,3 В для его регулирования, осторожно повышая выходное напряжение до 6 В.
  • В-пятых, его выход гарантирует, что пин деактивирует все выходы.
  • Кроме того, он соответствует требованиям RoHS.
  • Имеет шесть адресных контактов. Таким образом, вы можете подключить примерно 62 выхода на одну шину i2c.
  • Наконец, каждый выходной сигнал имеет 12-битное разрешение. Например, при использовании сервоприводов это будет означать частоту обновления с разрешением 4 мкс при частоте 60 Гц.

Плата драйвера i2c находится на разделительной плате и включает следующие компоненты.

  • Выходная мощность светодиода (зеленый),

(зеленый светодиод на плате ШИМ)

  • Цепная конструкция,
  • Клеммная колодка для ввода питания,
  • Припаяйте перемычки для адресных контактов,
  • На случай необходимости есть место для большого конденсатора, расположенного на линии V+,
  • Резисторы серии 220 Ом на всех выходных линиях,
  • Вход клеммной колодки имеет защиту от обратной полярности,
  • 3-контактные разъемы в группах по 4 для подключения шестнадцати сервоприводов одновременно.

К счастью, производители собрали и протестировали прорыв и четыре прямых разъема (3×4). Тестируемые элементы также включают в себя кусок 6-контактного разъема 0,1 дюйма и 2-контактную клеммную колодку для блока питания. Все, что вам нужно сделать, это припаять, чтобы собрать и настроить плату, правильно расположив разъемы.

ШИМ-контроллер заряда Arduino

Последний проект — PWM-контроллер заряда солнечной батареи. Контроллер заряда выполняет регулирование тока и напряжения от солнечных батарей. Любое повышение входного напряжения солнечной панели заставляет контроллер регулировать заряд батареи, что позволяет избежать перезарядки.

Необходимые компоненты
  • МОП-транзисторы, такие как IRF540,
  • Резисторы 10, 4,7 кОм, 1 кОм и 330 Ом, 9 шт.0062
  • 100 мкФ, конденсатор 35 В,
  • Транзисторы — 2N3904 или эквивалентный NPN-транзистор,
  • Макет,
  • 16×2-символьный ЖК-дисплей,
  • Красный и зеленый светодиоды,
  • Стабилитрон 11В – 1N4741A,
  • Диод – IN4007,
  • Ардуино УНО,
  • Штыревой винтовой зажим,
  • Проволочные перемычки,
  • Перфорированная доска,
  • 5A Предохранители и держатель предохранителей, 9 шт. 0062
  • Коробка для проектов,
  • Скотч монтажный квадратный.

Принципиальная схема

Принципиальная схема ШИМ-контроллера заряда Arduino

Как работает электронная схема

  • Питание поступает в цепь через D1 от солнечной батареи.
  • Затем стабилитрон D2 подключается к входной клемме для ограничения любых перенапряжений.
  • Конденсатор
  • C1 устраняет нежелательные выбросы или шум, а делители напряжения R2 и R1 измеряют напряжение в солнечных панелях.
  • Затем аналоговый контакт Arduino AO (выходной контакт) получает выходной сигнал от делителей напряжения.
  • Затем
  • Arduino Pin-6 выдает сигнал ШИМ, который включает полевой МОП-транзистор (Q1). Затем сопротивление R4 и транзистор T1 приводят в действие включенный полевой МОП-транзистор Q1.
  • R3 работает как подтягивающий резистор затвора схемы.
  • Теперь, когда МОП-транзистор включен, начинается процесс зарядки, так как питание подается на аккумулятор.
  • R5 и R6 во второй цепи делителя напряжения измеряют напряжение батареи. Позже аналоговый вывод A1 Arduino получает выход делителя напряжения.
  • T2 Транзистор Q2 MOSFET, а Q2 управляет нагрузкой. Вы также можете использовать реле вместо Q2.
  • Предохранители F2 и F1 имеют механизм защиты от перегрузки по току.
  • Светодиод 2 (зеленый)
  • и красный светодиод 1 действуют как индикаторы, и вы подключите их к контактам 8 и 7 платы Arduino.

Заключение

Вкратце, ШИМ управляет амплитудой цифровых сигналов, тем самым помогая регулировать приложения и электронные устройства, требующие электричества или мощности. Это достигается за счет быстрого циклического включения и выключения фаз цифровых сигналов с минимальными потерями мощности. Для получения дополнительной информации, не стесняйтесь обращаться к нам.

Что такое широтно-импульсная модуляция (ШИМ)? Определение, основы, схема генерации и обнаружения и применение широтно-импульсной модуляции

Определение : Метод модуляции, при котором ширина импульсов несущей волны изменяется в соответствии с модулирующим сигналом, известен как Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) . Он также известен как , широтно-импульсная модуляция (PDM) .

Основы широтно-импульсной модуляции

Это тип метода импульсно-временной модуляции (PTM) , в котором синхронизация несущего импульса изменяется в соответствии с модулирующим сигналом.

При широтно-импульсной модуляции (PDM) амплитуда импульса сохраняется постоянной, и замечается только изменение ширины. В качестве информационной составляющей присутствует ширина импульсов. Таким образом, во время передачи сигнал подвергается широтно-импульсной модуляции. Благодаря свойству постоянной амплитуды на него меньше влияет шум. Однако шум в канале передачи вносит некоторые изменения в амплитуду, поскольку он носит аддитивный характер. Но это легко устраняется на ресивере с помощью схемы лимитера.

Поскольку ширина импульсов содержит информацию. Таким образом, фактор шума не вызывает больших искажений сигнала. Следовательно, помехоустойчивость системы ШИМ лучше, чем системы PAM.

Генерация ШИМ-сигнала Представление формы волны

На рисунке ниже показан процесс широтно-импульсной модуляции. Он широко известен как непрямой метод генерации ШИМ.

Сигнал сообщения и несущая волна подаются на модулятор, который генерирует сигнал PAM. Этот амплитудно-модулированный сигнал подается на неинвертирующий вывод компаратора.

Линейный сигнал, генерируемый генератором пилообразной формы, подается на инвертирующий вывод компаратора.

Эти два сигнала складываются и сравниваются с опорным напряжением схемы компаратора. Уровень компаратора настраивается таким образом, чтобы опорное значение пересекалось с наклоном сигнала.

Импульс ШИМ начинается с переднего фронта пилообразного сигнала, а ширина импульса определяется схемой компаратора.

Ширина ШИМ-сигнала пропорциональна пропущенной части пилообразного сигнала по уровню компаратора.

Рисунок ниже поможет вам лучше понять, как компаратор генерирует ШИМ-сигнал:

Здесь первое изображение, т.е. (а), показывает форму синусоидального модулирующего сигнала, а второе ( б) показывает импульсную несущую. После модуляции генерируется сигнал PAM, показанный на (c). Этот сигнал PAM при добавлении к линейному сигналу, показанному на (d), сравнивается с опорным напряжением компаратора, показанным на рисунке (e).

Наконец, на рисунке (f) показан ШИМ-сигнал.

Мы уже упоминали, что ширина импульса напрямую зависит от части сигнала, которая находится выше уровня компаратора.

Так генерируется сигнал с широтно-импульсной модуляцией.

Обнаружение сигнала ШИМ

На рисунке ниже показана схема обнаружения ШИМ, которая обеспечивает исходный сигнал сообщения из модулированного.

Как мы знаем, во время передачи сигнала к сигналу ШИМ добавляется некоторый шум. Поэтому, во-первых, чтобы удалить шум, вносимый в передаваемый сигнал, входящий сигнал подается на генератор импульсов. Это восстанавливает сигнал ШИМ.

Этот регенерированный импульс ШИМ затем подается на генератор эталонных импульсов, который генерирует импульсы постоянной амплитуды и постоянной ширины.

Регенерированные импульсы также подаются на генератор пилообразного сигнала, который генерирует линейно изменяющийся сигнал с постоянным наклоном, длительность которого аналогична длительности импульса. Таким образом, мы имеем высоту линейного сигнала, пропорциональную ширине импульса ШИМ.

Затем импульсы постоянной амплитуды передаются в блок суммирования для добавления к линейно изменяющемуся сигналу. Затем добавленный выходной сигнал подается на ограничитель, который обрезает сигнал до его порогового значения, тем самым генерируя сигнал PAM на своем выходе.

Затем этот сигнал PAM передается LPF для генерации исходного сигнала сообщения из модулированного.

На приведенном ниже рисунке представлена ​​форма сигнала процесса обнаружения ШИМ.

Первое изображение (i) показывает искаженную волну ШИМ, а следующее (ii) показывает регенерированный импульс ШИМ.

Работа генератора рампы показана на (iii), а (iv) показывает выходной сигнал генератора опорных импульсов. Операция суммирования и отсечения сигнала показаны на (v).

Окончательное изображение на приведенном выше рисунке (vi) представляет импульсы PAM, из которых восстанавливается исходный сигнал сообщения.

Частотный спектр сигнала ШИМ

Спектр сигнала ШИМ показан ниже. Таким образом, представленный спектр показывает частоту модуляции fm вместе с несколькими боковыми полосами.

Шумовой эффект при двухимпульсной модуляции

Как мы уже говорили, информационное содержание присутствует в ширине импульсов, а не в амплитуде.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *