ШИМ схема на популярном операционном усилителе


ШИМ схема-01

Простейшая ШИМ схема с использованием распространенных операционных усилителей


ШИМ схема — представленный здесь вариант построения электронных регуляторов напоминает ранее описанную схему, но отличается от нее большей простотой. Схема формирует прямоугольные импульсы, коэффициент заполнения которых изменяется между 0 и 100% в соответствии с входным сигналом постоянного напряжения, изменяющимся от 0 до 5 В (Рисунок 1).

ШИМ схема-1

Как и в вышеупомянутой ШИМ схеме, частота не постоянна (Рисунок 2), но схема настолько проста, что в определенных приложениях может быть полезна.

ШИМ схема-2

Благодаря гистерезису, создаваемому резистором R2, и RC-цепочке с постоянной времени R3C1 компаратор превращается в генератор прямоугольных импульсов (Рисунок 3).

ШИМ схема-3

Напряжение V- на инвертирующем входе колеблется между двумя пороговыми уровнями VTH и VTL. Если предположить, что R2 >> R1, то напряжение V+ всегда будет очень близким к VIN. Цепь R3C1 усредняет выходной сигнал VOUT, a постоянное напряжение на входе V- пропорционально коэффициенту заполнения VOUT. Замкнутая петля обратной связи стремится сделать напряжение V- равным V+, поэтому коэффициент заполнения импульсов на выходе VOUT пропорционален VIN.

Напряжение VOH определяет как высокий уровень выходного сигнала, так и диапазон полной шкалы управляющего напряжения VIN. Оно может иметь любое значение, не выходящее из диапазона допустимых синфазных входных напряжений компаратора. Математический анализ ШИМ схемы будет прост, если, учитывая, что разность VTH — VTL мала, экспоненциальную характеристику заряда и разряда C1 аппроксимировать линейной зависимостью. Во время фазы заряда ток приблизительно равен (VOH-VIN)/3, поэтому:

ШИМ схема-4

Аналогично, во время фазы разряда можно считать, что ток равен VIN/3, и

Формула-5

Сопоставление двух уравнений дает

Формула-6

и коэффициент заполнения D равен

Формула-7

Можно видеть, что коэффициент заполнения прямо пропорционален VIN. При VIN = 0 В он равен 0%, а при VIN = VOH равен 100%. Более того, коэффициент заполнения по существу не зависит от номиналов компонентов, при соблюдении ограничения R2 >> R1( необходимого для того, чтобы гистерезис оставался небольшим. Обратная зависимость между коэффициентом заполнения и VOH может быть полезна в некоторых приложениях, поэтому VOH можно рассматривать как дополнительный вход. Выходная частота соответствует соотношению

Читайте также:  Схема стереоусилителя на популярной микросхеме TDA2822

Формула-8

достигая своего максимума при VIN = VOH/2.

Сравнительные испытания ШИМ схемы с КМОП компаратором TLC393 и биполярным LM393 показали, что с TLC393 схема лучше работает при низких входных напряжениях V,N благодаря более низкому уровню нуля на выходе. Не допускайте перегрузки выхода компаратора; используйте при необходимости буфер, поскольку нагрузка может ухудшать уровни выходных сигналов.