2. ДЕМОДУЛЯТОР ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Демодулятор предназначен для использования в цифро-аналоговых системах автоматического управления, функциональных преобразователях и других устройствах, в которых применяется преобразование широтно-импульсных колебаний в аналоговый сигнал.

Принципиальная электрическая схема демодулятора показана на рис. 22, а. Демодулятор состоит из мостового симметричного триггера, выполненного на транзисторах различного типа проводимости, сглаживающего двухзвенного -фильтра и выходного усилителя А.

Мостовой симметричный триггер используется в качестве буферного каскада. Он обеспечивает симметричное двух-полярное напрчжение на входе сглаживающего фильтра и равенство постоянных времени заряда и разряда емкостей фильтра. Это позволяет повысить точность и линейность преобразования ШИМ сигнала.

При питании мостового триггера от двух разнополярных стабилизированных источников на выходах получается чередование потенциалов Это объясняется тем, что падение напряжения на замкнутом ключе (насыщенном транзисторе) мало. При одновременном

Рис. 22. (см. скан) Принципиальная схема (а) и эпюры напряжений установившегося процесса (б, в, г, д) демодулятора

замыкании ключей и ( разомкнуты) на получается потенциал , а на потенциал При переключении триггера замыкаются ключи и размыкаются) и выходные потенциалы становятся соответственно . При на каждом из выходов триггера получается двух-полярное напряжение с чередующимися одинаковыми по величине высокостабильными уровнями. Эпюры напряжений на одном из выходов триггера для коэффициента заполнения показаны на рис. на рис. на рис. 22, г. На всех трех эпюрах щтрихпунктирной линией показано приблизительное значение выходного напряжения фильтра

К обоим выходам мостового триггера подключены одинаковые -фильтры — основной и компенсирующий. При периодическом переключении триггера первые конденсаторы этих фильтров периодически заряжаются и разряжаются через входные сопротивления фильтров и соответствующие насыщенные транзисторы триггера. Поскольку сопротивления насыщенных транзисторов малы по сравнению с сопротивлениями резисторов можно утверждать, что заряд и разряд происходят с одинаковой постоянной времени .

При одинаковых постоянных емен и заряда

и разряда на первом конденсаторе фильтра выделяется постоянная составляющая выходного напряжения триггера . Условием установившегося процесса является равенство количеств электричества, полученного при заряде и отдаваемого при разряде емкости, . Это условие геометрически выражается через равенство площадей заштрихованных на рис. 22, д.

Рис. 23. График зависимости от

При идеально прямоугольной форме напряжения на выходе триггера . Приравнивая эти выражения при получаем . При значительной длительности фронтов ШИМ напряжения линейность функции нарушается вследствие того, что при малом и большом значениях коэффициента заполнения форма одной из фигур изменяется, поэтому приведенное выше выражение теряет силу.

Применяя мостовой триггер, получаем необходимые условия линейной зависимости так как при этом .

С увеличением числа звеньев сглаживающего фильтра его эффективность возрастает. Пусть передаточная функция фильтра равна где i = 1, 2, 3. На рис. 23 показаны графики зависимости характеризующей эффективность фильтрации, от для , где Т — период ШИМ сигнала; — относительная амплитуда пульсаций напряжения на выходе фильтра. По этим кривым, задаваясь величиной можно определять постоянную времени фильтра и выбирать такое число звеньев фильтра, чтобы эквивалентная постоянная не превышала бы допустимую

по условиям устойчивости и качества САУ. Пусть допустимая величина Для однозвенного фильтра для двухзвенного ; для трехзвенного . При уменьшении Адоп эффективность многозвенных фильтров возрастает.

На рис. 22, а показаны двухзвенные фильтры: основной и компенсирующий: На компенсирующем фильтре фаза колебаний составляет 180° по отношению к колебаниям напряжения на основном фильтре, а конденсатор выделяет переменную составляющую, которая вычитается из напряжения на выходе основного фильтра, при этом существенно снижается амплитуда колебаний на выходе усилителя А. Переменным резистором осуществляется настройка параметров компенсирующего фильтра по минимуму пульсаций выходного напряжения. Среднее напряжение на выходе А пропорционально коэффициенту заполнения ШИМ колебаний.