Биполярные формирователи ШИМ-сигналов из синусоиды

Texas Instruments CD40106B

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2019

Михаил Шустов, г. Томск

Приведено описание устройств, преобразующих входной сигнал синусоидальной формы в биполярные цифровые сигналы той же частоты, причем ширину импульсов положительной и/или отрицательной полярности можно раздельно или одновременно регулировать в пределах от 0 до 100% относительно полупериодов входного синусоидального сигнала

Формирователи широтно-импульсно модулированных (ШИМ) сигналов зачастую используют для плавного регулирования мощности, выделяемой в активной нагрузке. Для коммутации нагрузки обычно используют тиристоры и симисторы, а также силовые полевые транзисторы. Используемые ранее формирователи управляющих ШИМ-сигналов не позволяли раздельно регулировать мощность, выделяемую в нагрузке по положительным и отрицательным полупериодам питающего нагрузку напряжения.

Ниже приведены варианты схем биполярных формирователей ШИМ-сигналов из синусоиды, позволяющие как одновременно, так и раздельно перераспределять мощность в нагрузке по положительным и отрицательным полупериодам. Отличительной особенностью формирователей является то, что они способны работать в широком частотном диапазоне.

На Рисунке 1 показан простейший вариант биполярного формирователя ШИМ-сигналов из синусоиды. Формирователь выполнен на комплементарной n-p-n/p-n-p паре биполярных транзисторов BC817DPN. Рабочая точка устройства задается регулировкой потенциометра R4, напряжение на который подается от двух разнополярных источников постоянного напряжения Е1 и Е2. На базы транзисторов одновременно через резистор R2 подается сигнал синусоидальной или треугольной формы, пиковое значение полупериодов которого примерно на 20% ниже напряжения Е. Частота входного сигнала не критична и может достигать единиц МГц (для устройств силовой электроники обычно 50/60/400 и т.д. Гц).

 Формирователь ШИМ-сигналов из синусоиды с взаимозависимой регулировкой ширины выходных импульсов положительной и отрицательной полярности.
Рисунок 1. Формирователь ШИМ-сигналов из синусоиды с взаимозависимой
регулировкой ширины выходных импульсов положительной
и отрицательной полярности.

На выходах А и В устройства формируются противофазные управляющие сигналы с частотой входного сигнала. Форма этих сигналов близка к прямоугольной, а ширина в пределах от 0 до 100% относительно полупериода входного синусоидального сигнала зависит от положения движка потенциометра R4. Особенностью формирователя ШИМ-сигналов (Рисунок 1) является то, что если длительность сигнала на выходе А возрастает, то длительность сигнала на выходе B уменьшается. Недостатком простейшего формирователя, обусловленным неидентичностью свойств транзисторов комплементарной пары, является заметное различие ширины сформированных импульсов положительной и отрицательной полярности при равных пределах регулировки движка потенциометра R4 в ту или иную сторону.

Более совершенным представляется формирователь ШИМ-сигналов с независимой регулировкой ширины выходных импульсов положительной и отрицательной полярности (Рисунок 2). Формирователь также выполнен на комплементарной паре транзисторов BC817DPN и отличается от предыдущего возможностью индивидуальной регулировки ширины выходных сигналов по каждому из полупериодов той или иной полярности. Диоды VD1, VD2 предназначены для защиты переходов транзисторов VT1.1 и VT1.2. В формирователе (Рисунок 1) такая защита не требуется, поскольку переходы эмиттер-база комплементарной n-p-n/p-n-p пары транзисторов VT1.1 и VT1.2 включены встречно.

Формирователь ШИМ-сигналов из синусоиды с независимой регулировкой ширины выходных импульсов положительной и отрицательной полярности.
Рисунок 2. Формирователь ШИМ-сигналов из синусоиды с независимой
регулировкой ширины выходных импульсов положительной
и отрицательной полярности.

Для улучшения формы сигналов на выходах устройства можно использовать выходные каскады на основе двух MOSFET 2N7000 или, что предпочтительней, двух КМОП-микросхем (Рисунок 3а и 3б). Каждая из микросхем DD1 и DD2 получает питание от «своего» источника питания, что позволяет получить на выходах А и В биполярные сигналы регулируемой от 0 до 100% ширины относительно полупериода входного синусоидального сигнала.

Варианты выполнения выходных каскадов биполярных формирователей ШИМ-сигналов и схемы их питания.
Рисунок 3. Варианты выполнения выходных каскадов биполярных формирователей
ШИМ-сигналов и схемы их питания.

На Рисунке 4 показана динамика электрических процессов на входе и выходах А и В биполярного формирователя ШИМ-сигналов, выполненного на основе схем, представленных на Рисунках 2 и 3б.

Динамика входных и выходных сигналов биполярного формирователя ШИМ-сигналов при сочетании схем, Рисунок 2 и 3б.
Рисунок 4. Динамика входных и выходных сигналов биполярного формирователя
ШИМ-сигналов при сочетании схем, Рисунок 2 и 3б.

Ширину выходных импульсов положительной и отрицательной полярности можно раздельно регулировать потенциометрами R4 и R7, соответственно. Преимуществом подобного способа регулировки является то, что она позволяет более гибко управлять электрическими процессами в нагрузке, например, раздельно управлять энерговыделением в двух активных нагрузках или свечением двух светодиодов, используя двухпроводную линию.

Материалы по теме

  1. Datasheet Nexperia BC817DPN
  2. Datasheet Texas Instruments CD40106B
  3. Datasheet ON Semiconductor 2N7000
CD40106B Купить ЦенаКупить CD40106B на РадиоЛоцман.Цены — от 11,70 до 72,43
CMOS HEX SCHMITT TRIGGERS
Триема
Россия
CD40106B, (HCF40106M013TR) SO14
STMicroelectronics
11,70 ₽
AliExpress
Весь мир
10 шт. CD40106BE CD40106B CD40106 4016 DIP-14
72,43 ₽
ЭлектроПласт- Екатеринбург
Россия
CD40106B----CALLREP
Texas Instruments
по запросу
ЭлектроПласт
Россия
CD40106B6A
Texas Instruments
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Может глупый вопрос задам, но почему не использовать компараторы вместо транзисторов? Ладно, пусть транзисторы, но такие огромные номиналы в базе и коллекторе для импульсной схемы это просто провал! "Частота входного сигнала не критична и может достигать единиц МГц", ага хотел бы я посмотреть на форму сигнала если на вход подать "единицы МГц")))
  • двуполярное шимкование синусоиди на все 102% ... [url]https://www.rlocman.ru/forum/album.php?albumid=108&pictureid=690[/url]