Широтно-импульсный модулятор

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) представляет собой главный блок системы управления широтно-импульсного преобразователя.

ШИМ предназначен для преобразования аналогового сигнала в последовательность импульсов с изменяемой скважностью γ и постоянной частотой f. Скважность γ определяется как отношение длительности импульса выходного напряжения t_и к периоду выходного напряжения Т=t_и+t_п, где t_п – длительность паузы выходного напряжения ШИМ: γ= t_и /Т, (1)

где Т=1/ f.

Анализ выражения (1) показывает, что скважность γ прямо пропорциональна длительности импульса выходного напряжения t_и и может изменяться в пределах от 0 до 1.

На рис.1 показана функциональная схема ШИМ, где И – интегратор, РЭ - релейный элемент, К – компаратор.

На рис.2 показана электросхема, а на рис.3 - диаграммы работы ШИМ.

Компаратор К сравнивает напряжение генератора треугольного напряжения U_гтн с напряжением управления U_у и формирует на выходе разнополярные импульсы со скважностью, зависящей от напряжения управления. Между скважностью γ и напряжением управления ШИМ U_у существует пропорциональная зависимость γ=К U_у , где К – коэффициент пропорциональности, зависящий от амплитуды ГТН.

Лекция 4. ДИОДЫ

Диод – это двухслойная полупроводниковая структура, состоящая из полупроводников двух типов: n -типа, обладающих электронной проводимостью (полупроводниковая пластина с примесью атомов фосфора), и р -типа, обладающих дырочной проводимостью (полупроводниковая пластина с примесью атомов алюминия). Переход (стык) этих двух видов полупроводников обладает переменным сопротивлением, величина которого зависит от полярности и амплитуды приложенного к выводам полупроводниковых слоев напряжения. Вывод от проводника n -типа называют катодом, а вывод от проводника р -типа – анодом. Структура полупроводникового диода и его условное графическое обозначение показаны на рис.1.

Под действием приложенного внешнего напряжения полупроводниковый диод может находиться в двух состояниях: открытом (проводящем), когда напряжение приложено в прямом направлении (плюс на аноде, минус на катоде); и закрытом (непроводящем), когда напряжение приложено в обратном направлении (плюс на катоде, минус на аноде).

Вольтамперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода показана на рис.2. В настоящее время в качестве основы для полупроводников обычно выступают германий и кремний. ВАХ имеет прямую ветвь с линеаризованной характеристикой U= U₀ + I R_д (диод находится в проводящем состоянии, где его сопротивление R_д=ctg β и составляет порядка 0,3…0,5 Ом для германиевых диодов и 1,0…1,5 Ом для кремниевых диодов) и обратную ветвь (диод находится в непроводящем состоянии, где его сопротивление составляет десятки и сотни кОм).

Классификация диодов:

- по материалу: германиевые, кремниевые и арсенид-галлиевые;

- по типу (области применения): выпрямительные, высокочастотные, импульсные, стабилитроны, светодиоды, фотодиоды.

Маркировка диодов:

- разработанных до 1964 г.: состоит из трех элементов: первый – буква Д (диод); второй – число, определяющее материал и тип (1-100, 301-400 – германиевые, 101-300, 800-1000 – кремниевые), третий – разновидность данного диода.

- разработанных после 1964 г.: состоит из четырех элементов: первый – буква или цифра, обозначающая материал (Г или 1 – германий, К или 2 – кремний, А или 3 – арсенид галлия); второй – буква, определяющее область применения (Д – выпрямительные и импульсные диоды, А – высокочастотные (СВЧ) диоды, С – стабилитроны, Л – светодиоды, Ф – фотодиоды, И – туннельные диоды, Н – динисторы, У - тиристоры), третий – группу мощности, четвертый - разновидность данного диода.

Выпрямительные диоды используются в различных выпрямительных схемах, работающих на низких частотах.

Основные данные некоторых маломощных выпрямительных диодов указаны в табл.1, марки мощных выпрямительных диодов – в табл.2.

Таблица 1