Широтно-імпульсний модулятор

1. Широтно-імпульсний модулятор з двома виходами протифазних сигналів, який відрізняється тим, що сума тривалостей двох суміжних за часом імпульсів обох протифазних сигналів не дорівнює періоду їх слідкування. 2. Широтно-імпульсний модулятор за п. 1, який відрізняється тим, що між двома суміжними за часом імпульсами обох протифазних сигналів є інтервал. 3. Широтно-імпульсний модулятор за п. 1, який відрізняється тим, що на стику двох суміжних за часом імпульсів обох протифазних сигналів є накладка кінця одного та початку другого вказаних імпульсів. U 1 3 [2] Гаалаас Э. Аудиоусилители класса D: особенности и преимущества. Ч.1 // "Электронные компоненты - Украина", 2008, №3/4, с.35-39. В підсилювачі [2] відбувається скорочення імпульсів модулятора, яке призводить до уникнення наскрізних імпульсів струму. Але це скорочення є штучним та незалежним від модулятора й призводить до нелінійних спотворень сигналу. Останнє є недоліком другого аналога. Третім аналогом є комутаційний підсилювач з широтно-імпульсним модулятором, що показаний в: [3] "ThunderBall Class D Amplifier" (www.morgoelektronika.extra.hu/ elemek/thunderball.pdf). В підсилювачі [3] теж використовується модулятор з двома виходами (але на компараторі з однофазним виходом та додатковим аналоговим інвертором) та мостовий комутаційний каскад з чотирма комутаційними елементами та чотирма фільтрами, кожний з яких містить дросель та діод. Коли комутаційний елемент закривається, відповідний діод шунтує "свій" дросель через загальне навантаження та джерело живлення. Таке включення дроселів та діодів зменшує наскрізні імпульси струму, але шунтування через джерело живлення теж призводить до нелінійних спотворень сигналу, що є недоліком третього аналога. Четвертий аналог описаний в: [4] Голуб В. Усилители мощности класса D: сигналы управления // Электроника: НТБ, 2008, №3, с.90-96. Описаний аналог, що є модулятором фірми Analog Devices, - цифровий. Його властивістю є більш точна, цифрова, обробка сигналу. Четвертий аналог показаний як приклад, що буде використаний в одному з залежних пунктів корисної моделі. Результатом аналізу аналогів є таке. їх недоліком є наскрізні імпульси струму, які знижують ККД підсилювача, для якого призначений модулятор, та розігрівають транзистори. Але ж коли наскрізні імпульси усувають, це призводить до нелінійних спотворень сигналу. В зв'язку з цим поставлено задачу - уникнути недоліків аналогів та забезпечити підсилювання сигналів без зниження ККД та без вказаних спотворень. За прототип береться третій аналог, що є найближчим до корисної моделі. В зв'язку зі сказаним пропонується: 1. Широтно-імпульсний модулятор з двома виходами протифазних сигналів, який відрізняється тим, що сума тривалостей двох суміжних за часом імпульсів обох протифазних сигналів не дорівнює періоду їх слідкування. 2. Широтно-імпульсний модулятор за п. 1, який відрізняється тим, що між двома суміжними за часом імпульсами обох протифазних сигналів є інтервал. 3. Широтно-імпульсний модулятор за п. 1, який відрізняється тим, що на стику двох суміжних за часом імпульсів обох протифазних сигналів є накладка кінця одного та початку другого вказаних імпульсів. 4. Широтно-імпульсний модулятор за п. 2 або 3, який відрізняється тим, що містить два компара 44741 4 тори з інвертуючим та неінвертуючим входами, виходи компараторів є виходами модулятора, одні з однойменних входів компараторів є двома протифазними входами модулятора для аналогового сигналу, другі з однойменних входів - двома протифазними входами для трикутного коливання, що додатково підключені до джерела напруги зміщення. 5. Широтно-імпульсний модулятор за п.4, який відрізняється тим, що трикутне коливання є симетричним за часом. 6. Широтно-імпульсний модулятор за п.4, який відрізняється тим, що трикутне коливання є пилкоподібним. 7. Широтно-імпульсний модулятор за п.1, 2, 3, 4, 5 або 6, який відрізняється тим, що є цифровим. 8. Широтно-імпульсний модулятор за п.1, 2, 3, 4, 5, 6 або 7, який відрізняється тим, що є складовою частиною комутаційного підсилювача. Широтно-імпульсний модулятор за п. 2 або 3 є конкретизацією модулятора за п.1, а модулятор за п.4 - однією з конкретизацій модулятора за п. 2 або 3. Якщо для підключення до джерела аналогового сигналу використати інвертуючі входи компараторів, а напруга зміщення буде позитивною, це буде відповідати п.2. Якщо використати неінвертуючі входи (для аналогового сигналу) при тому ж позитивному зміщенні, це буде відповідати п.3. Якщо змінити полярність зміщення, це також приведе до зміни відповідності до п.2 або 3. Можливі також інші конкретизації, обумовлені, наприклад, підключенням не тільки до однойменних, а й до різнойменних входів компараторів, причому з напругами зміщення різної полярності. Щодо пп.5 та 6: в модуляторі з симетричним трикутним коливанням формується сигнал двосторонньої широтно-імпульсної модуляції (ДШІМ), а з пилкоподібним трикутним - односторонньої широтно-імпульсної модуляції (ОШІМ). Щодо п.7: модулятор, що пропонується, може бути цифровим, подібно до четвертого аналога, відповідаючи при цьому пп. 1, ... 5 або 6. Щодо п.8: модулятор може бути складовою частиною комутаційного підсилювача, а також інших пристроїв. Перелік фігур (з їх описом): Фіг.1. Показана схема широтно-імпульсного модулятора, що містить два компаратори (1) та (2), виходи яких є протифазними виходами модулятора. Неінвертуючі входи обох компараторів підключені до протифазних виходів джерела сигналу (4), а інвертуючі - до протифазних виходів джерела трикутного коливання (3), яке додатково підключене до джерела напруги зміщення Езм. Показаний модулятор відповідає пп.1, 2 та 4 приведеного вище опису. Фіг.2. Показана схема широтно-імпульсного модулятора, що відповідає пп.1, 3 та 5 опису та відрізняється від схеми на Фіг.1 тим, що неінвертуючі та інвертуючі входи компараторів змінені місцями. Фіг.3. На фігурі показані епюри сигналів, що діють в модуляторі згідно з пп.2, 4 та Фіг.1, коли вхідний сигнал дорівнює Uc=0. На Фіг.3,а та 3,б показані епюри протифазного трикутного коливання, що є симетричним, зі зміщенням Езм, а вихідні 5 сигнали модулятора - на Фіг.3,в та 3,г. Між імпульсами цих сигналів є інтервал ∆τ, що забезпечується зміщенням Езм. На Фіг.3,д показаний сигнал, що є на виході підсилювача, який керується сигналами модулятора. Це - несуче коливання, коли модуляція відсутня. Його середнє (відфільтроване) значення дорівнює нулю, що відповідає вхідному сигналу Uс=0. Інтервал між імпульсами є пропорційним Езм, тому може бути виставлений цією напругою. Інтервал забезпечує відсутність імпульсів наскрізного струму в комутаційному підсилювачі. Фіг.4. На фігурі показані такі ж самі сигнали, що й на Фіг.3, але при наявності модуляції, що обумовлена сигналом Uc. Інтервал ∆τ залишається незмінним, він не залежить від сигналу, а рівень модуляції є пропорційним до Uc. Фіг.5. На фігурі показані епюри сигналів, що діють в модуляторі згідно з п.3 або 4 та Фіг.2. Вони показані для Uc=0 та відрізняються від відповідних епюр на Фіг.3 тим, замість інтервалу мають накладку імпульсів, що за часом дорівнює ∆τ, яка теж пропорційна Езм. Ця накладка обумовлена схемою на Фіг.2, що відрізняється від схеми на Фіг.1 (при одному й тому позитивному зміщенні). 44741 6 Фіг.6. На фігурі показані сигнали, що відрізняються від сигналів на Фіг.5 тим, що діють за наявністю сигналу Uc (подібно сигналам на Фіг.4 в порівнянні з сигналами на Фіг.3). Фіг.7. На фігурі, як приклад, показана схема комутаційного каскаду, для якого може бути використаний модулятор за п.3 або 4. Він є напівмостовим варіантом мостового каскаду третього аналога. Він містить комутаційні елементи (5), (6), діоди (7), (8), дроселі (9), (10), конденсатор (11). Навантаженням є (12). Наявність двох дроселів (замість одного, загального для напівмоста) дає можливість використати накладку імпульсів для зменшення нелінійних спотворень. Керуючими сигналами є в), г), які показані на Фіг.5, 6. За результатом, модулятор, що пропонується, забезпечує відсутність наскрізних імпульсів струму та зменшує нелінійні спотворення в різних, за схемами, комутаційних підсилювачах. Можливість здійснення корисної моделі підтверджується аналізом, а також тим, що її реалізація не потребує нових елементів. Крім того, модулятор був змодельований на комп'ютері за допомогою програми "NIl Multisim 10.1". 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 44741 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601