Elektronika

Edukativni tekstovi iz sveta elektronike

Komponente

Opisi komponenata koje se koriste u elektronici

Novosti

Najnovije vesti iz elektronike i ostalih srodnih oblasti

Projekat

Projekti iz elektronike za samogradnju

Rečnik

Rečnik pojmova iz elektronike i računarstva

Početna » Motori, Programiranje

Osnovno o Impulsno Širinskoj Modulaciji

Autor | Subota, 27. Jun 2009.Nema komentara

Impulsno širinska modulacija (skraćeno IŠM) je vrsta upravljanja koja predstavlja način da se od digitalnog signala napravi signal analogne vrednosti. Korišćenjem brojača sa visokom rezolucijom, odnos impuls/pauza se moduliše da odgovara specificiranom nivou analognog signala. U literature se često naziva i PWM, po skraćenici od engleskog naziva: Pulse Wide Modulation.

Opis impulsno širinske modulacije

IŠM kontrola je moćna tehnika za upravljanje analognim kolima pomoću digitalnih izlaza. IŠM je primenjena u širokom spektru aplikacija, od primene u merenjima i komunikacijama, sve do primene u kontroli snage i konverzijama električne energije u druge oblike (zvuk, mehaničku energiju .). Često se u literature IŠM može pronaći pod imenom PWM (eng. Pulse Wide Modulation) Šta su to analogni signali i zašto se odlučuje za digitalno upravljanje pomoću IŠM?

Analogni signal ima kontinualno promenljivu vrednost amplitude, kao i beskonačnu rezoluciju i po vremenskoj osi i po amplitudi. Jedan od primera analognog uređaja je baterija od 9V, pri čemu njen izlaz nije tačno 9V nego se menja u vremenu i može da uzme vrednost bilo kog realnog broja u blizini 9V. Slično i struja koja teče iz baterije nije ograničena brojem mogućih vrednosti. Analogni signali se razlikuju od digitalnog jer se kod digitalnog signala uvek uzima vrednost iz konačnog skupa predefinisanih mogućih vrednosti, kao što je npr. skup {0V,5V}.

Analogni napon i struja se mogu koristiti za direktnu kontrolu, kao što je jačina zvuka na radiju. Okretanjem potenciometra se povećava i smanjuje otpornost na krajevima potenciometra i time se proporcionalno menja i struja koja teče kroz njega. Ova promena utiče i na promenu struje koja teče kroz zvučnik pa time utiče i na jačinu zvuka.

Glavna prednost analognih kola je uglavnom jednostavnost kako to na prvi pogled izgleda. Ali izbor analognog rešenja često nije praktičan, ekonomičan i dovoljno atraktivan. Analogna kola takođe vremenom menjaju svoje osobine. Precizna analogna kola u kojima je taj problem rešen mogu biti velika i skupa. Takođe postoji problem disipacije jer je ona srazmerna naponu na krajevima kola i struji koja kroz kolo teče, pa je potrebno njegovo hlađenje. Analogna kola su takođe osetljiva na šum.

Digitalnom kontrolom analognih kola, cena i potrošnja se drastično mogu smanjiti. Šta više, mnogi mikrokontroleri i DSP (eng. Digital Signal Processors) već imaju implementiran generator IŠM signala čime se olakšava realizacija uređaja.

Ukratko, IŠM je način da se od digitalnog signala napravi signal analogne vrednosti. Korišćenjem brojača sa visokom rezolucijom, odnos impuls/pauza se moduliše da odgovara specificiranom nivou analognog signala. IŠM signal je i dalje digitalni zato što je u datom vremenskom periodu napajanje potpuno uključeno ili potpuno isključeno. Naponski ili strujni izvor se dovodi na analogno kolo putem povorke impulsa sa odgovarajućim odnosom impuls/pauza. Koristeći dovoljno usku periodu, bilo koja analogna vrednost koja upada u opseg mogućnosti izvora može se postići putem IŠM signala.

Na slici 1 su prikazani IŠM signali sa tri različita odnosa impuls/pauza , odnosno sa tri različita faktora ispune. Na sl. 1.a je prikazan signal sa faktorom ispune 0,1, na sl. 1.b je prikazan signal sa faktorom ispune 0,5 i na sl. 1.c je prikazan signal sa faktorom ispune 0,9. Ova tri signala reprezentuju tri vrednosti analognog signala. Ako je npr. napon napajanja 9V tada navedeni signali na svom izlazu daju vrednosti od 0.9V, 4.5V i 8.1V respektivno.

Slika 1. IŠM signali sa različitim faktorima ispune

f.1.
f.2.

Jedan od načina primene IŠM signala je prikazan na sl. 2. Prikazano je jednostavno kolo u kom se putem IŠM signala upravlja prekidačem za paljenje i gašenje sijalice. U periodu kada je prekidač uključen sijalica gori, a u periodu kada je prekidač isključen sijalica je ugašena. Promenom faktora ispune IŠM signala menja se period u kom sijalica gori. Ako je perioda IŠM signala dovoljno mala tada se ne primeti treperenje sijalice a ako je rezolucija velika fino se može upravljati jačinom svetlosti sijalice.

Slika 2. Jednostavno kolo za upravljanje jačinom svetlosti sijalice

Primena impulsno širinske modulacije

IŠM signal je našao široku primenu u mnogim oblastima. Pored prethodno navedenih tu su i primena u regulaciji napona napajanja. U regulaciji napona napajanja postižu se rezultati sa visokim koeficijentom korisnog dejstva. IŠM se ponekad koristi za sintezu zvuka jer mogu da se postignu lepi efekti. Primena u audio tehnici je nova klasa audio pojačavača koja postaje sve popularnija. Zove se “klasa-D” audio pojačavača. Ovi pojačavači proizvode IŠM ekvivalent analognog ulaznog signala, koji se vodi na zvučnike putem odgovarajuće mreže filtara. Time se signal vraća na originalni audio signal. Ovi pojačavači se karakterišu visokim faktorom korisnog dejstva koji je čak i preko 90%, kao i malim prostorom i težinom u odnosu na izlaznu snagu. IŠM signal se široko koristi za kontrolu brzine DC i AC motora, za upravljanje invertorima i mnogim drugim oblastima u elektronici i elektroenergetici.


Izvor:

Živorad Mihajlović, Evgenije Adžić, Mirko Raković

Elaborat tima BREBRE za robotsko takmičenje Eurobot 2004 god.

Leave your response!

You must be logged in to post a comment.