1. PŘEVODNÍKY napětí–kmitočet


Vlastnosti převodníků


Převodníky napětí-kmitočet U/f a kmitočet napětí f/u se užívají při digitalizaci přenosu signálů s vysokou rozlišitelností.

Statické vlastnosti převodníků jsou určeny převodní konstantou, nelinearitou a rozsahem vstupních veličin.

Převodní konstanta se definuje poměrem

[V/Hz]

kde určuje rozsah napětí a

určuje rozsah kmitočtu


Nelinearita převodníků U/f se definuje odchylkou kmitočtu f od lineární závislosti kmitočtu na napětí k rozsahu kmitočtu


Dynamické vlastnosti převodníků U/f jsou definovány mezním kmitočtem změn vstupního napětí, které je převodník schopen zpracovávat a dobou ustálení kmitočtu výstupního signálu při skokové změně vstupního napětí.


Obdobné parametry mají také převodníky typu f/U


Pro vytvoření převodníku napětí–frekvence lze využít vhodné spojení komparátoru s hysterezí a integrátoru. Někdy je pro takovéto spojení užíváno označení „napětím řízené oscilátory“ nebo „obvody VCO“ (Voltage controlled oscillator). Jednoduchý obvod splňující požadovanou funkci přináší obr.14.

obr.14: Převodník u-f s neinvetujícím komparátorem s hysterezí


Jestliže na výstupu komparátoru A bude saturační napětí UAS(+), dioda D bude polarizována závěrně a rychlost integrace bude určena vstupním napětím ui a prvky R, C. Napětí na výstupu integrátoru lineárně klesá až k zápornému prahovému napětí. Při dosažení tohoto napětí se komparátor překlopí do stavu záporné saturace. Rychlost integrace je vysoká, neboť odpor diody v propustném stavu je velmi malý. Na výstupu se na konci periody vždy objeví krátký záporný impuls, jehož konstanty K1 a K2 jsou určeny vztahy

Za předpokladu, že


bude doba integrace T dána vztahem:

Délka periody a frekvence převodníku je dána vztahy:

Tato rovnice jednoznačně dokazuje lineární závislost výstupní frekvence na vstupním napětí.

Vzhledem k tomu, že při analýze obvodu byla pro jednoduchost zanedbána doba, při které bylo na výstupu komparátoru záporné napětí, zpřesníme výraz pro délku periody T takto:

Pokud budeme chtít zachovat přesnost tohoto vztahu na 1%, bude třeba volit minimální délku hlavní části periody tak, aby při maximální frekvenci převodníku platilo

Pro dobu pak platí

kde je odpor diody v propustném stavu.


7. Převodník napětí-šířka impulsu (pulsně šířkový modulátor)


Pulsně šířková modulace (PWM – pulse width modulation) je základním principem používaným pro řízení výkonů ve většině průmyslových aplikacích. Měronosnou veličinou je zde šířka impulsu při konstantní opakovací frekvenci.

Základem převodníku je generátor trojúhelníkového napětí s přesnou amplitudou kmitů a komparátor v zapojení podle obr.15.



obr.15: Princip pulsně šířkového modulátoru


    1. Přesný pulsní šířkový modulátor


Přesný PWM převodní je nakreslen na obr.16.

obr.16: Přesný pulsní šířkový modulátor pro vstupní napětí


Vlastní modulátor je tvořen komparátorem D, který je bez hystereze a přesnost komparace je dána velikostí zesílení zesilovače. Zesilovače A, B, C tvoří generátor trojúhelníkového napětí s konstantní frekvencí a přesnou amplitudou, určující rozsah vstupních napětí převodníku. Přesná amplituda se zaručí vyloučením saturačního napětí jako opěrného napětí pro komparaci tak, jak tomu bylo ve všech předchozích zapojeních. V tomto zapojení je na vstupu napětí UN, které je dokonale stabilizováno. Přes logicky řízený zesilovač A se UN přivádí na vstup integrátoru s kladným nebo záporným znaménkem podle tranzistoru T1. Komparátor s hysterezí C porovnává napětí na výstupu integrátoru B a jeho vstupem. Výstup komparátoru bezprostředně ovládá snímač T1. Kladná zpětná vazba komparátoru C (společný vodič rezistorů R1 a R2) je zapojena do invertujícího vstupu. Důvodem je invertující integrátor, který je součástí zpětné vazby.



Pro trojúhelníkové napětí platí

z této rovnice pak pro opakovací periodu a vlastní frekvenci dostaneme

dlabos.wz.cz