Простой ШИМ-модулятор
(Владимир Алексеевич Горбатых, г. Улан-Удэ.
(301-2) 33-60-66, FIDO 2:5008/7.111
Прискорбно видеть, как отечественный рынок заполняется преимущест-венно заморской аппаратурой, что топчет нашего родного производителя электронной техники. Однако нисколько не сомневаюсь в том, что есть в нашей стране немало талантов, которые не уступят зарубежным светилам, только нет условий, чтобы эти таланты себя проявили. Поэтому с удовольствием представляю нашим радиолюбителям одну из своих разработок.
Простой ШИМ-модулятор
Для начала немного теории. Рассмотрим схему (Рис. 1) генератора импульсов на микросхеме МОП-логики К176ЛА7 и двух диодах. Генератор выполнен на двойном RS - триггере.
Рис. 1
Генератор работает следующим образом:
При включении питания C1 и C2 - входные паразитные емкости каждого элемента - разряжены. Соответственно на входах 1 и 5 состояние логического нуля, а на выходах 3 и 6 - логической единицы. Второй триггер случайным образом устанавливается в какое-то устойчивое состояние. Предположим, на выходе 10 - логическая единица, на выходе 13 - логический ноль. При этом VD1 - закрыт, VD2 - открывается и достаточно быстро заряжает C2. На входе 5 устанавливается логическая единица, а на выходе 6 - логический 0, что переключает второй триггер в другое состояние (вых.10 - логический 0, вых.13 - логическая 1), соответственно открывая VD1 и закрывая VD2. Через VD1 заряжается C1 и на входе 1 появляется логическая 1.
В таком состоянии двойной триггер будет находится до тех пор, пока на входе 1 не появится уровень логического 0. Это время определяется входной емкостью C2, током утечки входа и разностью между напря-жением логической 1 (примерно Uпит) и пороговым напряжением микросхемы (примерно Uпит/2).
t=C2*(Uпит-Uпор)/Iут После разряда C2 до порогового напряжения вновь переключится второй триггер, зарядится C2 и начнется разряд C1. По достижении на нем порогового напряжения второй триггер переключается и в дальнейшем процесс повторяется.
Как видно из приведенной выше формулы, при практически неизменных токе утечки и порогового напряжения, время разряда паразитной емкости зависит от ее величины. У макетного образца такого генератора наблюдалось измене-ние частоты и скважности импульсов, когда к генератору приближали руку. Для уменьшения влияния обра-тного тока диодов, их выбирают с возможно меньшим током утечки (типа КД102).
Модулятор на основе двухтриггерного генератора.
Модулировать длительность импульсов в таком генераторе можно изменением включенной параллельно входу емкости или управлением током разряда входных емкостей. Рассмотрим вариант с управлением тока разряда входных емкостей. На входе 1 и 6 включим два источника тока, управляемых модулируемым сигналом (Рис. 2).
Рис. 2
Причем, при изменении входного сигнала ток одного источника увеличивается на ?I, другого - уменьшается на ?I.
Соответственно один период будет составлять:
T=t1+t2=C1*Uпор/(I+??I)+C2*Uпор/(I-??I);
откуда видно, что чем больше ток разряда входных емкостей, тем меньше период и, соответственно, выше частота модулятора. Восстановление исходного сигнала производится с помощью интегрирующей цепи, на выходе которой при постоянной амплитуде выходных импульсов (Uам) напряжение составит :
Uвых=Uам*t1/(t1+t2)
нетрудно вывести, что при одинаковых входных емкостях, пороговых напряжениях, и ?I=0, Uвых=Uам/2.
А изменение выходного напряжения и коэффициент передачи:
?U=??I*Uам/2I;
K= Uам/2I
Таким образом, уменьшая ток разряда входных емкостей и увеличивая амплитуду выходных импульсов модулятора, можно получить помимо модуляции усиление входного сигнала. И еще одно замечание: так как при изменении входного сигнала изменяется как длительность импульса, так и длительность его отсутствия, частота модуляции изменяется, при увеличении входного сигнала она уменьшается. Это также определяет достаточно большой динамический диапазон модулятора.
Практическая схема модулятора приведена на Рис. 3. Детали модулятора выбирались из соображений доступности и легкой повторяемости схемы.
Входной дифференциальный каскад выполнен на биполярных транзисторах КТ315 с любой буквой, желательно с близкими коэффициентами усиления по току. В качестве диодов выбраны КД102 с малым обратным током.
Рис. 3
Для увеличения стабильности работы модулятора в схему введена отрицательная обратная связь с выхода 4 через низкочастотный фильтр резистор 12 к, конденсатор 1.0 мкФ и резистор 24 к, имеющий частоту среза около 16 Гц.
Настройка модулятора производится подбором резистора 110 к на необходимую частоту модуляции.