專利名稱：三種pwm脈沖信號發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及三種PWM脈沖信號發(fā)生器，屬自動控制與電子設(shè)備領(lǐng)域。
技術(shù)背景PWM脈沖信號發(fā)生器主要有數(shù)字與模擬二種形式。數(shù)字形式的PWM脈沖信號發(fā)生器通常采用單片機實現(xiàn)，比較復(fù)雜，占用CPU 資源也較多。模擬形式的PWM脈沖信號發(fā)生器通常由電壓比較器與三角波發(fā)生器組成，通過 將控制信號與三角波比較得到PWM脈沖信號，結(jié)構(gòu)相對比較簡單，但臨界時會出現(xiàn) 過窄的脈沖，應(yīng)用于功率驅(qū)動時將增加驅(qū)動電路無益的開關(guān)損耗。另一種模擬形式的PWM脈沖信號發(fā)生器(如專利200380103747.X)僅采用電壓 比較器與積分電路組成，結(jié)構(gòu)簡單，但其振蕩頻率等指標依賴于不易確定的比較器的 分布參數(shù)，致使PWM脈沖信號發(fā)生器的頻率等指標出現(xiàn)較大的離散性，抗干擾能力 較差，且輸出波形躍變時的陡度也相對較差。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供三種PWM脈沖信號發(fā)生器。 本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種PWM脈沖信號發(fā)生器，為接地型PWM脈沖信號發(fā)生器，采用雙電源供電， 有二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端即負電源端-Pv與正電源 端+Pv、 一個接地端GND、 一個信號輸出端；其特征在于PWM脈沖信號發(fā)生器由 電壓比較器A1、電壓跟隨器A2和A3、電容C1禾卩C2、電阻R0、 Rl、 R2、 R3組成， 比較器Al的負電源端與電壓跟隨器A2和A3的負電源端相連接并接為PWM脈沖信 號發(fā)生器的負電源端-Pv，比較器Al的正電源端與電壓跟隨器A2和A3的正電源端 相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生器的正電源端+Pv;電壓跟隨器A2的輸入端接為 PWM脈沖信號發(fā)生器的反相輸入端，電壓跟隨器A3的輸入端接為PWM脈沖信號 發(fā)生器的同相輸入端，比較器Al的輸出端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的信號輸出端； 電阻R0跨接在比較器A1的輸出端與負輸入端之間，電容C1與電阻R1串聯(lián)并跨接 在比較器A1的輸出端與正輸入端之間，電壓跟隨器A3的輸出端通過電阻R3接比較器A1的正輸入端，電壓跟隨器A2的輸出端通過電阻R2接比較器A1的負輸入端， 電容C2跨接在電壓比較器Al的負輸入端與PWM脈沖信號發(fā)生器的接地端GND之 間。接地型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路原理圖如圖l所示。一種PWM脈沖信號發(fā)生器，為可調(diào)型PWM脈沖信號發(fā)生器，采用單電源供電， 有二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端即負電源端-Pv與正電源 端+Pv、 一個調(diào)整端ADJ、 一個信號輸出端；其特征在于PWM脈沖信號發(fā)生器由 電壓比較器A1、電壓跟隨器A2和A3、電容C1禾卩C2及C3、電阻R0、 Rl、 R2、 R3組成，比較器Al的負電源端與電壓跟隨器A2和A3的負電源端相連接并接為 PWM脈沖信號發(fā)生器的負電源端-Pv，比較器Al的正電源端與電壓跟隨器A2和A3 的正電源端相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生器的正電源端+Pv;電壓跟隨器A2的 輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的反相輸入端，電壓跟隨器A3的輸入端接為PWM 脈沖信號發(fā)生器的同相輸入端，比較器Al的輸出端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的信 號輸出端；電阻R0跨接在比較器Al的輸出端與負輸入端之間，電容Cl與電阻Rl 串聯(lián)并跨接在比較器A1的輸出端與正輸入端之間，電壓跟隨器A3的輸出端通過電 阻R3接比較器Al的正輸入端，電壓跟隨器A2的輸出端通過電阻R2接比較器Al 的負輸入端，電容C2接在電壓比較器Al的負輸入端與PWM脈沖信號發(fā)生器的負 電源端-Pv之間，電容C3接在電壓比較器Al的負輸入端與PWM脈沖信號發(fā)生器的 正電源端+Pv之間，電壓比較器Al的負輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的調(diào)節(jié)端 ADJ?？烧{(diào)型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路原理圖如圖2所示。一種PWM脈沖信號發(fā)生器，為外掛電容型PWM脈沖信號發(fā)生器，采用雙電源 或單電源供電，有二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端即負電源 端-Pv與正電源端+Pv、 一個外掛電容端CH、 一個信號輸出端；其特征在于PWM 脈沖信號發(fā)生器由電壓比較器A1、電壓跟隨器A2和A3、電容C1、電阻R0、 Rl、 R2、 R3組成，比較器Al的負電源端與電壓跟隨器A2和A3的負電源端相連接并接 為PWM脈沖信號發(fā)生器的負電源端-Pv，比較器A1的正電源端與電壓跟隨器A2和 A3的正電源端相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生器的正電源端+Pv;電壓跟隨器A2 的輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的反相輸入端，電壓跟隨器A3的輸入端接為 PWM脈沖信號發(fā)生器的同相輸入端，比較器Al的輸出端接為PWM脈沖信號發(fā)生 器的信號輸出端；電阻R0跨接在比較器A1的輸出端與負輸入端之間，電容C1與電 阻R1串聯(lián)并跨接在比較器Al的輸出端與正輸入端之間，電壓跟隨器A3的輸出端通過電阻R3接比較器A1的正輸入端，電壓跟隨器A2的輸出端通過電阻R2接比較器 Al的負輸入端，電壓比較器A1的負輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的外掛電容端 CH。外掛電容型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路原理圖如圖3所示。所述的接地型PWM脈沖信號發(fā)生器集成在一個單片上作為一個單片PWM發(fā)生 器器件使用，單片PWM發(fā)生器共有六個引腳二個信號輸入端即反相輸入端和同相 輸入端、二個電源端即負電源端-Pv與正電源端+Pv、 一個接地端GND、 一個信號輸 出端。接地型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路圖形符號如圖4所示。所述的可調(diào)型PWM脈沖信號發(fā)生器集成在一個單片上作為一個單片PWM發(fā)生 器器件使用，單片PWM發(fā)生器共有六個引腳二個信號輸入端即反相輸入端和同相 輸入端、二個電源端即負電源端-Pv與正電源端+Pv、 一個調(diào)節(jié)端ADJ、 一個信號輸 出端?？烧{(diào)型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路圖形符號如圖5所示。所述的外掛電容型PWM脈沖信號發(fā)生器集成在一個單片上作為一個單片PWM 發(fā)生器器件使用，單片PWM發(fā)生器共有六個引腳二個信號輸入端即反相輸入端和 同相輸入端、二個電源端即負電源端-Pv與正電源端+Pv、 一個外掛電容端CH、 一個 信號輸出端。外掛電容型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路圖形符號如圖6所示。PWM脈沖信號發(fā)生器的電阻Rl和R3、電容Cl (微分電容)構(gòu)成微分電路， 其輸入為比較器A1的輸出，其輸出接比較器Al的正輸入端；PWM脈沖信號發(fā)生器 的電阻R1和R3、電容C2 (及C3)與(或)外接電容(組成積分電容)構(gòu)成積分電 路，其輸入為比較器A1的輸出，其輸出接比較器A1的負輸入端。由于微分電路中電容的隔直作用，比較器A1正輸入端電壓(即微分電路的輸出 電壓)的平均值取決于PWM脈沖信號發(fā)生器的同相輸入端的電壓即同相輸入電壓。 當比較器A1的狀態(tài)剛剛翻轉(zhuǎn)時，積分電容的電壓即比較器Al的負輸入端電壓從相 反極性電壓逐漸逼近由比較器A1的輸出電壓與反相輸入電壓通過電阻RO、 R2分配 得到的第一穩(wěn)態(tài)電壓，而通過微分電路得到的比較器A1的正輸入端電壓躍變到最高 電壓，但隨即從反向趨向于同相輸入電壓，當比較器A1的負輸入端電壓在逼近第一 穩(wěn)態(tài)電壓的過程中穿越同相輸入電壓并超過比較器Al的正輸入端電壓時比較器Al 的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，積分電容的電壓即比較器Al的負輸入端電壓反向逐漸逼近由比較器 Al的輸出電壓與反相輸入電壓通過電阻RO、 R2分配得到的第二穩(wěn)態(tài)電壓，比較器 Al的正輸入端電壓躍變到反向最高電壓并迅速趨向于同相輸入電壓，當比較器Al 的負輸入端電壓超越比較器Al的正輸入端電壓時比較器Al的狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)，如此PWM脈沖信號發(fā)生器形成振蕩。工作波形如圖7所示。PWM脈沖信號發(fā)生器積分電路的輸出電壓(即比較器A1的負輸入端電壓)的 平均值取決于PWM脈沖信號發(fā)生器的反相輸入端的電壓即反相輸入電壓與比較器 Al的輸出電壓。通常(但不限于)PWM脈沖信號發(fā)生器微分電路的時間常數(shù)較小， 而積分電路的時間常數(shù)相對較大。在PWM脈沖信號發(fā)生器振蕩過程中比較器A1的 負輸入端電壓圍著同相輸入電壓上下波動，但波動幅度較小，其平均值與同相輸入電 壓基本一致，故有wl. =~——"2, +P~^——wp其中，0為脈寬差合比，簡稱差合比，Mp為比較器Al輸出的峰值電壓。 g定義為正脈寬T2與負脈寬Tl的差(T2-Ti)與整周期(T2+Tl)之比。g在正負脈沖寬度相同時為0，僅有正脈沖時為l，僅有負脈沖時為-l。貝J: A —g，^+^"1, W。"2,72 + i 2w尸7 2 w尸可見改變同相輸入電壓或反相輸入電壓即可改變輸出脈沖波形的差合比。 PWM脈沖信號發(fā)生器脈寬、頻率等指標取決于微分電路與積分電路的電阻值與 電容值，并可根據(jù)需要對電阻值與電容值進行調(diào)整，以得到希望脈寬、頻率等指標值。 由于采用微分電路的正反饋，PWM脈沖信號發(fā)生器的輸出波形在躍變時具有良好的 陡度。同時，由于PWM脈沖信號發(fā)生器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)后微分電路的輸出電壓逐漸恢復(fù)至 穩(wěn)態(tài)電壓，積分電路輸出電壓超越微分電路輸出電壓需要一定時間，致使PWM脈沖 信號發(fā)生器狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)至少需要一個最小的脈寬時間，因此PWM脈沖信號發(fā)生器 可以避免輸出過窄的脈沖，應(yīng)用于功率驅(qū)動時對減少驅(qū)動電路的開關(guān)損耗是非常有益 的，也提高了電路的抗干擾能力。組成PWM脈沖信號發(fā)生器的電壓比較器可以采用運算放大器或具有類似功能 的電路代替，電壓跟隨器通常采用將運算放大器的負輸入端與輸出端直接相連的方式 實現(xiàn)。PWM脈沖信號發(fā)生器的電阻R0、R1、R2、R3的取值通常(但不限于)取5KQ 50KQ，通常(但不限于)電容C2-C3， Cl、 C2、 C3及外掛電容的容量取決于所需 振蕩頻率的大小。本實用新型PWM脈沖信號發(fā)生器僅采用半導(dǎo)體器件與阻容元件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單 可靠、體積小、成本低廉、抗干擾能力強、輸出波形在躍變時陡度好、易于集成化， 在信號處理電路、開關(guān)電源、功率放大、自控系統(tǒng)及電子儀器設(shè)備等方面有著廣泛的 應(yīng)用價值。

圖l接地型PWM脈沖信號發(fā)生器電路原理圖。圖2可調(diào)型PWM脈沖信號發(fā)生器電路原理圖。圖3外掛電容型PWM脈沖信號發(fā)生器電路原理圖。圖4接地型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路圖形符號圖。圖5可調(diào)型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路圖形符號圖。圖6外掛電容型PWM脈沖信號發(fā)生器的電路圖形符號圖。圖7 PWM脈沖信號發(fā)生器的工作波形。圖8報警信號發(fā)生器電路原理圖。圖9報警信號發(fā)生器的工作波形。圖10 D類音頻功率放大器電路原理圖。圖11 D類音頻功率放大器的工作波形。圖12簡易PWM直流電機調(diào)速裝置原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細描述。 實施例1報警信號發(fā)生器報警信號發(fā)生器由PWM脈沖信號發(fā)生器、555定時集成電路、功率驅(qū)動器等組 成，報警信號發(fā)生器原理圖如圖8所示。報警信號發(fā)生器采用外掛電容型PWM脈沖信號發(fā)生器，外接積分電容C0，并 通過可調(diào)電阻R0改變同相輸入電壓，改變輸出PWM脈沖信號的正負脈寬比。PWM脈沖信號發(fā)生器輸出的PWM脈沖信號分別經(jīng)過反相緩沖器與同相緩沖器 控制二個由555定時集成電路組成的振蕩頻率不同的方波振蕩器，二個方波振蕩器輸 出的方波經(jīng)可變電阻R3的合成為一個音頻信號，再通過功率驅(qū)動器的功率放大推動 揚聲器發(fā)音。報警信號發(fā)生器的工作波形如圖9所示。報警信號發(fā)生器工作時二個方波振蕩器在PWM脈沖信號發(fā)生器的控制下交替工作，方波振蕩器的工作周期通過可變電阻RO來調(diào)節(jié)，報警揚聲器交替發(fā)出頻率不 同的音頻信號，不同頻率音頻信號的幅度由可調(diào)電阻R3控制。報警信號發(fā)生器輸出 高低頻信號控制周期比與高低頻信號幅度比可調(diào)的報警音頻信號。 實施例2D類音頻功率放大器D類音頻功率放大器由PWM脈沖信號發(fā)生器與功率驅(qū)動器等組成，D類音頻功 率放大器原理圖如圖IO所示。D類音頻功率放大器采用可調(diào)型PWM脈沖信號發(fā)生器，二個音頻信號同時輸入， 音頻信號在PWM脈沖信號發(fā)生器中完成信號疊加。PWM脈沖信號發(fā)生器的同相輸入端與反相輸入端分別輸入音頻信號，輸出一個 PWM脈沖信號，這個PWM脈沖信號經(jīng)功率驅(qū)動器的功率放大與LC濾波器的濾波 推動揚聲器發(fā)音。D類音頻功率放大器的工作波形如圖ll所示。該D類音頻功率放大器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高，PWM脈沖信號發(fā)生器與功 率驅(qū)動器可集成在一個單片上成為一個小體積單片型D類音頻功率放大器。 實施例3簡易PWM直流電機調(diào)速裝置簡易PWM直流電機調(diào)速裝置由PWM脈沖信號發(fā)生器與功率驅(qū)動器等組成，簡 易PWM直流電機調(diào)速裝置原理圖如圖12所示。簡易PWM直流電機調(diào)速裝置采用接地型PWM脈沖信號發(fā)生器，PWM脈沖信 號發(fā)生器的接地端與同相輸入端相連并接地，反相輸入端接可變電阻以調(diào)節(jié)反相輸入 電壓的大小，PWM脈沖信號發(fā)生器輸出一個等效直流分量可調(diào)的PWM脈沖信號， PWM脈沖信號經(jīng)功率驅(qū)動器的功率放大驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。直流電機調(diào)速裝置可輸出正負二種極性的驅(qū)動電壓，直流電機相應(yīng)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。 該直流電機調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)簡單、效率高，是組成高性能PWM閉環(huán)直流電機調(diào)速裝置 或PWM電源系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。
權(quán)利要求1.一種PWM脈沖信號發(fā)生器，為接地型PWM脈沖信號發(fā)生器，采用雙電源供電，有二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端即負電源端(-Pv)與正電源端(+Pv)、一個接地端(GND)、一個信號輸出端；其特征在于PWM脈沖信號發(fā)生器由電壓比較器A1、電壓跟隨器A2和A3、電容C1和C2、電阻R0、R1、R2、R3組成，比較器A1的負電源端與電壓跟隨器A2和A3的負電源端相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生器的負電源端(-Pv)，比較器A1的正電源端與電壓跟隨器A2和A3的正電源端相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生器的正電源端(+Pv)；電壓跟隨器A2的輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的反相輸入端，電壓跟隨器A3的輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的同相輸入端，比較器A1的輸出端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的信號輸出端；電阻R0跨接在比較器A1的輸出端與負輸入端之間，電容C1與電阻R1串聯(lián)并跨接在比較器A1的輸出端與正輸入端之間，電壓跟隨器A3的輸出端通過電阻R3接比較器A1的正輸入端，電壓跟隨器A2的輸出端通過電阻R2接比較器A1的負輸入端，電容C2跨接在電壓比較器A1的負輸入端與PWM脈沖信號發(fā)生器的接地端(GND)之間。
2. —種PWM脈沖信號發(fā)生器，為可調(diào)型PWM脈沖信號發(fā)生器，采用單電源供電， 有二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端即負電源端(-Pv)與 正電源端(+Pv)、 一個調(diào)整端(ADJ)、 一個信號輸出端；其特征在于PWM脈 沖信號發(fā)生器由電壓比較器A1、電壓跟隨器A2和A3、電容C1和C2及C3、電 阻R0、 Rl、 R2、 R3組成，比較器A1的負電源端與電壓跟隨器A2和A3的負電 源端相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生器的負電源端(-Pv)，比較器Al的正電 源端與電壓跟隨器A2和A3的正電源端相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生器的正 電源端(+Pv);電壓跟隨器A2的輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的反相輸入 端，電壓跟隨器A3的輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的同相輸入端，比較器 Al的輸出端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的信號輸出端；電阻R0跨接在比較器A1 的輸出端與負輸入端之間，電容C1與電阻R1串聯(lián)并跨接在比較器A1的輸出端 與正輸入端之間，電壓跟隨器A3的輸出端通過電阻R3接比較器A1的正輸入端， 電壓跟隨器A2的輸出端通過電阻R2接比較器Al的負輸入端，電容C2接在電 壓比較器A1的負輸入端與PWM脈沖信號發(fā)生器的負電源端(-Pv)之間，電容C3接在電壓比較器Al的負輸入端與PWM脈沖信號發(fā)生器的正電源端(+Pv)之 間，電壓比較器A1的負輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的調(diào)節(jié)端(ADJ)。
3. —種PWM脈沖信號發(fā)生器，為外掛電容型PWM脈沖信號發(fā)生器，采用雙電源 或單電源供電，有二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端即負 電源端(-Pv)與正電源端(+Pv)、 一個外掛電容端(CH)、 一個信號輸出端；其 特征在于PWM脈沖信號發(fā)生器由電壓比較器A1、電壓跟隨器A2和A3、電容 Cl、電阻R0、 Rl、 R2、 R3組成，比較器Al的負電源端與電壓跟隨器A2和A3 的負電源端相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生器的負電源端(-Pv)，比較器Al 的正電源端與電壓跟隨器A2和A3的正電源端相連接并接為PWM脈沖信號發(fā)生 器的正電源端(+Pv);電壓跟隨器A2的輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的反 相輸入端，電壓跟隨器A3的輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的同相輸入端，比 較器A1的輸出端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的信號輸出端；電阻RO跨接在比較 器A1的輸出端與負輸入端之間，電容C1與電阻R1串聯(lián)并跨接在比較器A1的輸 出端與正輸入端之間，電壓跟隨器A3的輸出端通過電阻R3接比較器A1的正輸 入端，電壓跟隨器A2的輸出端通過電阻R2接比較器A1的負輸入端，電壓比較 器A1的負輸入端接為PWM脈沖信號發(fā)生器的外掛電容端(CH)。
4. 按權(quán)利要求1所述的PWM脈沖信號發(fā)生器，其特征在于接地型PWM脈沖信 號發(fā)生器集成在一個單片上作為一個單片PWM發(fā)生器器件使用，單片PWM發(fā) 生器共有六個引腳二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端即 負電源端(-Pv)與正電源端(+Pv)、 一個接地端(GND)、 一個信號輸出端。
5. 按權(quán)利要求2所述的PWM脈沖信號發(fā)生器，其特征在于可調(diào)型PWM脈沖信 號發(fā)生器集成在一個單片上作為一個單片PWM發(fā)生器器件使用，單片PWM發(fā) 生器共有六個引腳二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端即 負電源端(-Pv)與正電源端(+Pv)、 一個調(diào)節(jié)端(ADJ)、 一個信號輸出端。
6. 按權(quán)利要求3所述的PWM脈沖信號發(fā)生器，其特征在于外掛電容型PWM脈 沖信號發(fā)生器集成在一個單片上作為一個單片PWM發(fā)生器器件使用，單片PWM 發(fā)生器共有六個引腳二個信號輸入端即反相輸入端和同相輸入端、二個電源端 即負電源端(-Pv)與正電源端(+Pv)、 一個外掛電容端(CH)、 一個信號輸出端。
專利摘要本實用新型涉及三種PWM脈沖信號發(fā)生器，屬自動控制與電子設(shè)備領(lǐng)域。PWM脈沖信號發(fā)生器由電壓比較器、電壓跟隨器、電容和電阻等組成，PWM脈沖信號發(fā)生器的電阻R1和R3、電容C1(微分電容)構(gòu)成微分電路，其輸入為比較器A1的輸出，其輸出接比較器A1的正輸入端；PWM脈沖信號發(fā)生器的電阻R1和R3、電容C2(及C3)與(或)外接電容(組成積分電容)構(gòu)成積分電路，其輸入為比較器A1的輸出，其輸出接比較器A1的負輸入端。PWM脈沖信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單可靠、抗干擾能力強、輸出波形在躍變時陡度好，并可避免輸出過窄的脈沖，在信號處理電路、自控系統(tǒng)及電子儀器設(shè)備等方面有著廣泛的應(yīng)用價值。
文檔編號H03K7/00GK201219252SQ20082005754
公開日2009年4月8日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者霞 司, 張金龍, 明 朱, 怡 陳, 陳覺曉 申請人:上海大學(xué)