ЛР12

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №12

по дисциплине «Аналоговая схемотехника»

Тема: аналоговый и широтно-импульсный модулятор

Студент гр. 9201		Рауан М.С.
Преподаватель		Симон В.А.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы – исследование схемы широтно-импульсного модулятора (ШИМ). В качестве ШИМ-модулируемого сигнала используется пилообразное напряжение, поступающее с переменного резистора и с лабораторного генератора. В качестве нагрузки для ШИМ-модулятора выступает линейка из трех светодиодов и ФНЧ.

Основные теоретические положения:

Широтно-импульсная модуляция – способ обратимого преобразования сигналов, где уровень исходного сигнала кодируется в виде коэффициента заполнения меандра (сигнала, представляющего собой прямоугольные импульсы), то есть в виде отношения длительности импульса к периоду. Чем выше уровень исходного сигнала (тока или напряжения), тем больше длительности импульса.

Базовый способ подвергнуть некоторый сигнал широтно-импульсной модуляции – сравнить его с пилообразно изменяющимся опорным сигналом при помощи устройства сравнения. Для напряжений таким устройством является аналоговый компаратор. Принцип действия ШИМ-модулятора иллюстрируется на Рис.1.

Рис. 1. – Принцип действия ШИМ-модулятора

Для построения аналогового ШИМ-модулятора осталось дополнить генератор линейно изменяющегося напряжения схемой сравнения напряжений на аналоговом компараторе. В реальных схемах для повышения надежности рекомендуется установить для этого компаратора небольшой гистерезис, например, порядка 1% на рис. 2. Рекомендуется иметь суммарное сопротивление резисторов на уровне сотен кОм, чтобы иметь высокое входное сопротивление модулятора.

Рис. 2. – Аналоговый широтно-импульсный модулятор.

Ход работы:

Амплитуда выходного напряжения генератора опорного напряжения:

Таблица 1 – Параметры ШИМ.

Входное напряжение	4,2	3,4	2,8	1	0	-1	-2,8	-3,4	-4,2
Период	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Ширина импульса	0,812	0,763	0,722	0,593	0,508	0,438	0,308	0,25	0,19
Коэффициент заполнения	81,2	76,3	72,2	59,3	50,8	43,8	30,8	25	19
Коэффициент заполнения	70	56,6	46,6	16,6	0	-16,6	-46,6	-56,6	-70

Пример расчета:

Рис. 3. – Зависимость коэффициента заполнения выходного сигнала ШИМ модулятора от входного напряжения (теоретическая и экспериментальная).

Рис. 4. – Осциллограмма работы модулятора при .

Рис. 5. - Осциллограмма работы модулятора при .

Таблица 2 – Выходной сигнал с ФНЧ.

Ширина импульса	0,767	0,691	0,66	0,58	0,567	0,509	0,47	0,42	0,375	0,315
Период	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Коэффициент заполнения	76,7	69,1	66	58	56,7	5,09	47	42	37,5	31,5
	5	4	3	2	1	0	-1	-2	-3	-4
	-5,7	-5,85	-5,865	-5,7	-5,7	-6,6	-6,75	-6,9	-7,05	-5,7

Вывод: в данной лабораторной работе были исследованы схемы широтно-импульсного модулятора (ШИМ). В качестве ШИМ-модулируемого сигнала используется пилообразное напряжение, поступающее с переменного резистора и с лабораторного генератора. В качестве нагрузки для ШИМ-модулятора выступает линейка из трех светодиодов и ФНЧ.

Был рассчитан теоретический коэффициент заполнения, который сильно не сходится с экспериментальными значениями, это можно объяснить не совсем правильным снятием или погрешностью самой установки. По полученным данным были построены зависимости коэффициентов заполнения (теоретической и экспериментальной) от входного напряжения.

Далее был произведен расчет выходного напряжения ФНЧ, и далее по полученным данным построен график зависимостей выходных напряжений ФНЧ (теоретической и экспериментальной) от коэффициента заполнения. Смотря на график, можно сделать вывод, что кривая теоретических значений повторяет форму кривой экспериментальных, поэтому можно сделать вывод, что снятие было правильным. Также приведены осциллограммы работы модулятора.