將PWM變身模擬信號(hào)的原理及實(shí)例講解

2014-11-13 10:16 來源:電子信息網(wǎng) 作者:兔子

PWM變?yōu)槟M信號(hào)?其實(shí)很簡(jiǎn)單,本文提出的簡(jiǎn)單方法就是積分電路的使用。如PWM是5V的電平,轉(zhuǎn)換后的直流電壓就是2.5V和1.5V。信號(hào)轉(zhuǎn)變后頻率不變,積分后的電平相當(dāng)于把高電平的電壓和對(duì)應(yīng)的時(shí)間的面積,平均到一個(gè)周期里。基本上占空比是50%,轉(zhuǎn)換的電壓,就是最高電壓的50%,占空比30%,模擬電壓就是30%。

其結(jié)構(gòu)和電阻分壓電路也很相似,并且與微分電路更相似,只是把微分電路中的電阻和電容交換位置而已。這也是一個(gè)用電容器和電阻器組成的另一種分壓電路。但積分電路輸入也不是正弦信號(hào),而是脈沖信號(hào),這也是積分電路與其它分壓電路的不同之處。積分電路常見用于黑白和彩色電視機(jī)的掃描電路中。

在電路設(shè)計(jì)過程中,積分電路與微分電路在功能方面表現(xiàn)也是相反的:能夠提取輸入信號(hào)的平均值大小,即低頻成份。這中電路功能與電容濾波電路是有點(diǎn)相似,從電路中提取高頻成份去填補(bǔ)低頻成份,以至達(dá)到電路頻率大小變化平均。在積分電路中,要求RC時(shí)間常數(shù)(電阻值乘以電容值)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于脈沖寬度,這一點(diǎn)是積分電路中電阻和電容必須滿足的要求,這是微分電路和積分電路的又一個(gè)不同之處。

以元器件分布的位置來看,積分電路和微分電路在結(jié)構(gòu)上只是電阻和電容交換位置,從微分電路圖中可以想象出積分電路圖。積分電路中電路輸入矩形脈沖信號(hào)U1加在電阻器上,經(jīng)過電阻器后再在電容器上輸出三角脈沖信號(hào)U2。這個(gè)電路也可以這樣理解:在電阻器和電容器串聯(lián)電路上輸入矩形脈沖信號(hào),用示波器查看電路波形,在電阻器前面會(huì)是矩形脈沖信號(hào),在電容器前面會(huì)是三角脈沖信號(hào)。這主要利用電容器儲(chǔ)能充電的特性將電路中矩形脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成三角脈沖信號(hào)輸送到下一級(jí)電路中。三角脈沖波比矩形脈沖波相對(duì)來說比較平穩(wěn),矩形波是明顯一起一落,三角波雖然有起伏,但起伏變化沒有矩形那么快,這樣看來積分電路就和濾波電容的性質(zhì)差不多了。

針對(duì)其原理分析過程要根據(jù)輸入脈沖信號(hào)在前沿階段、平頂階段和后沿階段等幾種情況來進(jìn)行:當(dāng)輸入信號(hào)矩形脈沖還沒有出現(xiàn)時(shí),輸入信號(hào)電壓為零,所以輸出信號(hào)電壓也為零;當(dāng)輸入信號(hào)矩形脈沖出現(xiàn)時(shí),輸入信號(hào)通過電阻對(duì)電容進(jìn)行充電。由于電容內(nèi)部剛開始沒有電荷,所以電容會(huì)呈短路狀態(tài),也就是剛開始電容所承受的電壓為零,輸出信號(hào)電壓也為零;當(dāng)輸入信號(hào)矩形脈沖出現(xiàn)后,隨著電容充電電荷不斷地增加,電容所承受電壓也在不斷升高,輸出信號(hào)電壓也會(huì)隨之升高。流過電容的電流近似與輸入脈沖信號(hào)電壓大小成正比,所以輸出信號(hào)電壓大小近似與輸入信號(hào)電壓的積分正比,積分電路由此而得名;當(dāng)輸入信號(hào)矩形脈沖消失時(shí),電阻器的電壓會(huì)突變?yōu)榱?,電容器就?huì)對(duì)電阻器放電。輸出電路的電壓就是電容放電電壓,隨著放電的進(jìn)行,電容的電壓越來越低,輸出電路的電壓也隨之越來越低;當(dāng)輸入信號(hào)矩形脈沖消失后,由于積分電路要求時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于脈沖寬度,所以放電速度比較慢,在電容還沒有放完電時(shí)下一個(gè)脈沖信號(hào)就又到來。電容因?yàn)閯倓偡帕穗姸妷旱陀谳斎胄盘?hào)電壓,這時(shí)電容又開始充電,隨著充電的進(jìn)行電容的電壓越來越大,輸出電壓也就越來大。如此反復(fù),一個(gè)脈沖又一個(gè)脈沖地循環(huán)。

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