PWM转换为模拟量电压的电路介绍

PWM原理 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。下图所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。 通过图b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻tk时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs《《的情况，均匀采样和非均匀采样差异非常小。如果假定采样为均匀采样，第k个矩形脉冲可以表示为： 其中，x{t}是离散化的语音信号;Ts是采样周期;是未调制宽度;m是调制指数。 然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t=kTs处，在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波xp（t）可以表示为： 其中，。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号x（t）加上一个直流成分以及相位调制波构成。当时，相位调制部分引起的信号交迭可 PWM，即脉冲宽度调制，是一种常用的数字信号处理技术，用于将数字信号转换为模拟信号，常应用于电源管理、电机控制、音频信号处理等领域。PWM的核心思想是通过改变矩形脉冲的宽度来表征模拟信号的幅度，其占空比（脉冲宽度与周期的比值）与模拟信号的瞬时值成比例。 在PWM系统中，一个基本的实现包括一个比较器和一个周期性锯齿波发生器。比较器将输入的模拟信号（如语音信号）与锯齿波进行比较，当输入信号大于锯齿波时，输出高电平（通常为A），反之则输出低电平。由此，比较器生成的是一列占空比变化的脉冲序列，脉冲的宽度与输入信号的幅度直接相关。 考虑到实际应用中的采样问题，如果假设采样为均匀的，第k个矩形脉冲可以近似表示为一个简单的函数，其中包含了离散化的输入信号、采样周期和调制指数。如果脉冲幅度恒定，且在相邻脉冲之间变化缓慢，那么可以通过低通滤波器对PWM波形进行解调，恢复出原始的模拟信号。 PWM有两种主要的调制模式：单极性和双极性。单极性PWM模式产生的是单一极性的脉冲，通过与倒相信号相乘可得到正负半波对称的脉冲。双极性PWM控制模式则是利用正负交变的双极性三角载波与调制波比较，直接生成双极性脉冲，无需额外的倒相电路。 在实际的PWM信号产生电路中，通常会包含一个误差放大器和比较器，误差放大器将反馈电压与参考电压比较，产生的误差电压控制比较器的输出，即PWM信号的占空比。此PWM信号可以作为控制开关元件的驱动信号，例如在开关电源中，通过调节PWM信号的占空比来调整输出电压。 转换PWM为模拟量电压的电路通常涉及一个解调过程，这可能包括低通滤波器来去除高频成分，只保留平均电压，从而得到与原模拟信号对应的连续电压。在某些特定的应用中，例如运动控制器和信号放大器之间的接口，可能需要一对PWM信号来指示方向，另一对PWM信号来调整振幅，通过适当的电路设计，这些PWM信号可以被解调并合并为单个的模拟电压输出。 总结来说，PWM技术是通过改变脉冲宽度来编码模拟信号，其转换为模拟量电压的过程涉及到采样、比较、调制和解调等多个步骤。理解这些基本概念和工作原理对于设计和优化基于PWM的系统至关重要。