Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.4 Prvky elektronických obvodů Kapitola 24 Impulsní modulace Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 IMPULSNÍ MODULACE... 2 1.1 PULZNĚ ŠÍŘKOVÁ MODULACE PWM... 3 1.2 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál popisuje impulsní modulace. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními elektronickými prvky jako dioda, tranzistor, tyristor, rezistor, kondenzátor, cívka a další, které jsou základem pro složitější elektronické obvody. Po prostudování všech kapitol bude student znát úpravu elektrických signálů a základní elektronické obvody. 1
1 Impulsní modulace U impulsní modulace je vstupní analogový signál při modulaci převeden na sled impulsů, u kterých kde se mění jejich amplituda, šířka a poloha. Obrázek 1 - modulovaný signál amplitudově impulsní modulace AIM mění se výška impulsu a tento druh modulace je citlivý na působení rušivých signálu, podobně jako u AM Obrázek 2 - amplitudově impulsová modulace frekvenčně impulsní modulace FIM v závislosti na modulačním signálu se mění frekvence impulsů a ostatní veličiny zůstávají neměnné Obrázek 3 - frekvenčně impulsová modulace pulzně šířková modulace PWM okamžitou hodnotou modulačního signálu je ovlivňována šířka impulsu (jednostranně popřípadě oboustranně) Obrázek 4 - šířkově impulsová modulace 2
1.1 Pulzně šířková modulace PWM Pulzně šířková modulace (dále jen PWM, angl. Pulse Width Modulation) je způsob kódování dat, která se přenášejí z vysílajícího zařízení k přijímacímu zařízení zvolenou přenosovou cestou. Přenosovou cestou může být pevné drátové spojení nebo bezdrátové spojení. Jedná se o signál s konstantní periodou T, kde se mění střída napětí (tj. poměr délky impulzu k délce mezery v jedné periodě). Základem této modulace je pevná nosná frekvence a veličinou šířka impulzu, neboli čím je napětí v dané části impulzu modulačního signálu vyšší, tím je širší impulz Střída se uvádí někdy jako poměr (1:1, 2:1, 1:5 atd.), kdy je nutné uvést, které číslo představuje impulz a které mezeru. Někdy se střída vyjadřuje procentuálně (100%, 50%, 1% atd.), kde 100% představuje ideální poměr 1:0, 50% poměr 1:1 atd. (v zahraniční literatuře nazýván Duty Cycle). Obrázek 5 - změna šířky střídy u PWM modulace Používá se i k regulaci otáček stejnosměrných motorů nebo například intenzity svitu žárovek. Při pulzní regulaci zůstává proud i napětí stejné, ale mění se aktivní doba, kdy prochází proud motorem. Motor takto regulovaný má pak stejnou sílu v celém rozsahu otáček. Je to tzv. bezeztrátová regulace např. oproti potenciometru. 1.2 Kontrolní otázky 1. Co je to impulsní modulace? 2. Jak se dělí impulsní modulace? 3. Popište a nakreslete průběh amplitudově impulsní modulace. 4. Popište a nakreslete průběh frekvenčně impulsní modulace. 5. Popište pulzně šířkovou modulaci PWM. 6. Nakreslete změnu šířky střídy u PWM modulace. 7. Kde se využívá PWM? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - MODULOVANÝ SIGNÁL... 2 OBRÁZEK 2 - AMPLITUDOVĚ IMPULSOVÁ MODULACE... 2 OBRÁZEK 3 - FREKVENČNĚ IMPULSOVÁ MODULACE... 2 OBRÁZEK 4 - ŠÍŘKOVĚ IMPULSOVÁ MODULACE... 2 OBRÁZEK 5 - ZMĚNA ŠÍŘKY STŘÍDY U PWM MODULACE... 3 6