СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2012

образования и позволяют снизить тре бования к точности и стабильности элементов схемы. Аппаратная реализация предла гаемой схемы ФИМ не является слож ной. В настоящее время выпускаются различные ИС ФАПЧ. Например, мик росхема CD4046 (К561ГГ1) содержит три варианта ФД, ГУН, источник опор ного напряжения (ИОН) и дополни тельные цепи управления ГУН. На ри сунке 7 показана аппаратная реализа ция ФНЧ. Фильтр НЧ выполнен по схеме пропорционально интегриующего (ПИ) фильтра на ОУ, который срав нивает средние значения сигнала U x и преобразованного в напряжение длительности импульса T x за период частоты F 0 . Резисторы R 1 и R 2 опре деляют масштабный коэффициент сравнения. Произведение R 1 C 1 опре деляет постоянную времени интег ратора фильтра, R 3 обеспечивает устойчивость схемы ФИМ, а отноше ние R 3 / R 1 определяет коэффициент передачи фильтра на переменном токе. Если ФД имеет выходную ха рактеристику в области положитель ных напряжений, то входной сигнал должен иметь отрицательную поляр ность. Если входной сигнал поло жительный – следует использовать дифференциальную схему включе ния ОУ, приведённую на рисунке 8. Элементы схемы ФНЧ должны удов летворять условию R 3 / R 1 = R 4 / R 2 и R 1 C 1 = R 2 C 2 . Выходной сигнал ФНЧ управляет ге нератором (ГУН) таким образом, что бы частоты сигналов F 0 и F 1 были рав ными, а фазовый сдвиг между ними был таким, чтобы выполнялось ра венство: , (1) где U p – амплитуда импульса (напря жение питания ФД). ПрименениеПИ фильтра делает сис тему ФАПЧ астатической по фазе. Это означает, что если R 1 = R 2 , то установив шееся значение относительной дли тельности выходных импульсов ФИМ ( Т x / Т 1 ) определяется только отношени ем U x / U p и не зависит от параметров других элементов схемыФИМ, т.е. U x / U p = Т x / Т 1 . (2) П РЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С ФИМ На рисунке 9 показана электричес кая схемаШИМ, в котором реализован принцип ФИМ. В схеме используются два элемента 2И НЕ с триггеромШмит та на входе (1/2 корпуса CD4093) ОУ (1/2 корпуса AD822AR) и микросхема ФАПЧ CD4046. Генератор сигнала час тотой F 1 = 10 кГц выполнен на инверто ре D1D и времязадающей цепочке R6C4; ФНЧ выполнен по схеме диффе ренциального ПИ фильтра на микро схеме D3A; постоянная времени инте гратора фильтра Т и = R 1 C 1 = 100 мкс; коэффициент пропорциональности фильтра К п = R 3 / R 1 = 1. ФД и ГУН входят в состав микросхемыФАПЧ D2. В мик росхеме D2 выход ФД «р» (вывод 1) имеет инверсный уровень; чтобы из менить логику работыФД, в схему вве дён инвертор на элементе D1A. Харак теристики ФД и ГУН показаны на ри сунках 10 и 11 соответственно. Для расчёта динамических характе ристик систем регулирования исполь зуется круговая частота (угловая часто та) ω = 2 π F , рад/с. ГУН настроен таким образом, чтобы при напряжении U гун = = 0 В выходная частота F 0 = F 1 = 10 кГц, а при U гун = 10 В выходная частота удва ивалась F 0 = 20 кГц. Это сделано, чтобы оптимально использовать линейный диапазон выходногонапряженияФНЧ, который ограничен напряжением пи танияОУиравен±15В. Кратные 10 зна чения частот, периода и амплитуды выходных импульсов ФД выбраны для упрощения вычислений. Для демонстрации работы преобра зователя с ФИМ, с помощью програм мыEleсtronicsWorkbench 5.12 была соз дана электронная модель (Ux Tx.ewb), которую можно загрузить с интернет ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2012 & D1A 4093 3 1 2 "Tx" & D1D CD4093 11 14 7 12 13 + C7 10u 25B + C8 R6* 30 к C4 1 н 0...+10B 0–100 мкс X2 1 2 3 4 D2 CD4046 Cin 3 Fo 4 F1 14 Cx 6 Cy 7 off 5 R1 11 R2 12 P 1 P1 2 P2 13 Vco 9 dm 10 7,2v 15 Vdd 16 Vss 8 GND –15 В C5 1 н R5 820 к R3 100 к "Fo" "F1" R7 100 к "Uгун" "Ux" "Up=10v" R4 100 к C2 1 н "0v" X1 1 2 3 4 +15 В GND Ux Tx Вход Выход 15В/5мА 10В/10мА GND –15В/5мА C6 0,1 R1 100 к R2 100 к C1 1 н – + D3A AD822AR 3 2 1 8 4 C4 0,1 C3 0,1 +15 В –15v Рис. 9. Схема преобразователя напряжения в длительность импульса ФД F0 F1 + G _ ГУН Tx Ux (ФНЧ) C1 R2 + – R3 R1 C2 R4 Рис. 8. Схема ФНЧ для положительных входных сигналов ФД F0 + _ ФНЧ F1 + G _ ГУН Tx Ux Uгун Ky Рис. 6. Функциональная схема ШИМ с ФАПЧ ФД F0 F1 + G _ ГУН Tx Ux (ФНЧ) C1 R2 + – R3 R1 Рис. 7. Схема ФНЧ для отрицательных входных сигналов © СТА-ПРЕСС