Pwm что это такое

Хорошо, что ты попросил, дружище Бибот. Так как именно импульсы являются главными носителями информации в цифровой электронике, поэтому очень важно знать разные характеристики импульсов. Начнём, пожалуй, с одиночного импульса.

Импульс всегда имеет начало (передний фронт) и конец (спад).
Ты уже наверняка знаешь, что в цифровой электронике все сигналы могут быть представлены всего двумя уровнями напряжения: «логической единицей» и «логическим нулём». Это всего лишь условные величины напряжения. «Логической единице» приписывается высокий уровень напряжения, обычно около 2-3 вольт, «логическим нулём» считается близкое к нулю напряжение. Цифровые импульсы графически изображаются прямоугольными или трапециевидными по форме:

За одну наносекунду я даже пикнуть не успею!
Скажи, Бобот, а что произойдёт, если импульсов будет много?

Дорогой Бобот, так много разного и интересного у простых импульсов! Но потихоньку я уже начинаю путаться.

Если ты меня внимательно слушал, то ты мог заметить, что если увеличивать или уменьшать длину импульса и при этом на столько же уменьшать или увеличивать паузу между импульсами, то период следования импульсов и частота останется неизменной! Это очень важный факт, который нам ещё не раз понадобится в будущем.

Но сейчас ещё хочется добавить другие способы передачи информации с помощью импульсов.
Например, можно несколько импульсов объединить в группы. Такие группы с паузами определённой длины между ними называют пачками или пакетами. Генерируя разное число импульсов в группе и варьируя его, можно также передавать какую-либо информацию.

Для передачи информации в цифровой электронике (ещё её называют дискретной электроникой) можно использовать два и более проводников или каналов с разными импульсными сигналами. При этом информация передаётся с учётом определённых правил. Такой метод позволяет заметно увеличить скорость передачи информации или добавляет возможность управлением потоком информации между различными схемами.

Перечисленные возможности передачи информации с помощью импульсов могут быть использованы как сами по себе раздельно, так и в комбинации между собой.
Существуют также множество стандартов передачи информации с помощью импульсов, например I2C, SPI, CAN, USB, LPT.

На Рис. 1 синим цветом представлены типичные графики ШИМ сигнала. Так как при ШИМ частота импульсов, а значит, и период (T), остаются неизменными, то при уменьшении ширины импульса (t) увеличивается пауза между импульсами (эпюра «Б» на Рис. 1.) и наоборот: при расширении импульса пауза сужается (эпюра «В» на Рис. 1.).

Часто в схемах с ШИМ применяют обратную связь для управления длительностью импульса по той или иной закономерности, например, в схемах PID-регуляторов.

Данная схема способна работать в широких пределах питающего напряжения от 5 до 15 вольт, можно использовать любые широко распространенные транзисторы и любой выпрямительный диод, номиналы сопротивлений могут отличаться на 10%. В качестве нагрузки можно использовать любой мотор, насчитанный на то напряжение питания, которым питается вся схема. Можно также подключить лампу накаливания и наблюдать изменение её яркости свечения, если подключить малогабаритный «динамик», то при вращении движка потенциометра можно услышать изменение характера звука.

Практически во всех современных микроконтроллерах имеются встроенные средства формирования одного или более независимых каналов ШИМ. Очень гибкие возможности конфигурации ШИМ-формирователя микроконтроллера позволяют использовать их в разнообразных схемах электронного управления и автоматики.
Пожалуй, наиболее часто ШИМ применяется для управления различными типами моторов. Тут основным достоинством ШИМ-управления является то, что электронный ключ (обычно транзистор) работает в ключевом режиме, что заметно повышает экономичность схемы, так как потери на активных элементах сводятся к минимуму.
Кроме того, широтно-импульсная модуляция применяется для формирования аналоговых сигналов сложной формы, в импульсных стабилизаторах, для кодирования и помехозащищённой передачи аналоговой информации.

Источник

Что такое ШИМ – Широтно-Импульсная Модуляция?

Рассмотрим, что такое ШИМ или PWM. А также, чем отличается ШИМ от ШИР. Алгоритм широтно-импульсной модуляции применяется для плавного изменения мощности на нагрузке, поступающей от источника питания. Например, с целью регулирования скорости вращения вала двигателя; плавности изменения яркости освещения или подсветки. Отдельной широкой областью применения ШИМ являются импульсные источники питания и автономные инверторы.

Для питания нагрузки часто необходимо изменять величину напряжения, подводимого от источника питания. Принципиально можно выделить два способа регулирования напряжения – линейный и импульсный.

Примером линейного способа может послужить переменный резистор. При этом значительная часть мощности теряется на резисторе. Чем больше разница напряжений источника питания и потребителя, тем ощутимей потери мощности, которая попросту «сгорает» на резисторе, превращаясь в тепло. Поэтому линейный способ регулирования рационально применять только при небольшой разнице входного и выходного напряжений. В противном случае коэффициент полезного действия источника питания в целом будет очень низкий.

В современной преобразовательной технике преимущественно используются импульсное регулирование мощности на нагрузке. Одним из способов реализации импульсного регулирования является широтно-импульсная модуляция ШИМ. В англоязычной литературе PWM – pulse-width modulation.

Принцип импульсного регулирования

Основными элементами любого типа импульсного регулятора мощности являются полупроводниковые ключи – транзисторы или тиристоры. В простейшем виде схема импульсного источника питания имеет следующий вид. Источника постоянного напряжения Uип ключом K подсоединяется к нагрузке Н. Ключ К переключается с определенной частотой и остается во включенном состоянии определенную длительность времени. С целью упрощения схемы я на ней не изображаю другие обязательные элементы. В данном контексте нас интересует только работа ключа К.

Чтобы понять принцип ШИМ воспользуемся следующим графиком. Разобьем ось времени на равные промежутки, называемые периодом T. Теперь, например половину периода мы будем замыкать ключ K. Когда ключ замкнут, к нагрузке Н подается напряжение от источника питания Uип. Вторую часть полупериода ключа находится в закрытом состоянии. А потребитель останется без питания.

Время, в течение которого ключ замкнут, называется временем импульса tи. А время длительности разомкнутого ключа называют временем паузы tп. Если измерить напряжение на нагрузке, то оно будет равно половине Uип.

Среднее значение напряжения на нагрузке можно выразить следующей зависимостью:

Отношение времени импульса tи к периоду T называют коэффициентом заполнения D. А величина, обратная ему называется скважностью:

На практике удобнее пользоваться коэффициентом заполнения, который зачастую выражают в процентах. Когда транзистор полностью открыт на протяжении всего времени, то коэффициент заполнения D равен единице или 100 %.

Если D = 50 %, то это означает, что половину времени за период транзистор находится в открытом состоянии, а половину в закрытом. В таком случае форма сигнала называется меандр.
Следовательно, изменяя коэффициент D от 0 до единицы или до 100 % можно изменять величину Uср.н от 0 до Uип:

А соответственно регулировать и величину подводимой мощности:

Широтно-импульсное регулирование ШИР

В западной литературе практически не различают понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и широтно-импульсной модуляции ШИМ. Однако у нас различие между ними все же существует.

Сейчас во многих микросхемах, особенно применяемых в DC-DC преобразователях, реализован принцип ШИР. Но при этом их называют ШИМ контроллерами. Поэтому теперь различие в названии между этими двумя способами практически отсутствует.

В любом случае для формирования определенной длительности импульса, подаваемого на базу транзистора и открывающего последний, применяют источники опорного и задающего напряжения, а также компаратор.
Рассмотрим упрощенную схему, в которой аккумуляторная батарея GB питает потребитель Rн импульсным способом посредством транзистора VT. Сразу скажу, что в данной схеме я специально не использовал такие элементы, необходимые для работы схемы: конденсатор, дроссель и диод. Это сделано с целью упрощения понимания работы ШИМ, а не всего преобразователя.

Упрощенно, компаратор имеет три вывода: два входа и один выход. Компаратор работает следующим образом. Если величина напряжения на входном выводе «+» (неинвертирующий вход) выше, чем на входе «-» (инвертирующий вход), то на выходе компаратора будет сигнал высокого уровня. В противном случае – низкого уровня.

В нашем случае, именно сигнал высокого уровня открывает транзистор VT. Рассмотрим, как формируется необходимая длительность времени импульса tи. Для этого воспользуемся следующим графиком.

При ШИР на одни вход компаратора подается сигнал пилообразной формы заданной частоты. Его еще называют опорным. На второй вход подается задающее напряжение, которое сравнивается с опорным. В результате сравнения на выходе компаратора формируется импульс соответствующей длительности.

Если на неинверитирующем входе компаратора опорный сигнал, то сначала будет идти пауза, а затем импульс. Если на неинвертирующий вход подать задающий сигнал, то сначала будет импульс, затем пауза.

Таким образом, изменяя значение задаваемого сигнала, можно изменять коэффициент заполнения, а соответственно и среднее напряжение на нагрузке.

Частоту опорного сигнала стремятся сделать максимальной, чтобы снизить параметры дросселей и конденсаторов (на схеме не показаны). Последнее приводит к снижению массы и габаритов импульсного блока питания.

ШИМ – широтно-импульсная модуляция

ШИМ в преобладающем большинстве применяется для формирования сигнала синусоидальной формы. Часто ШИМ применяется для управления работой инверторного преобразователя. Инвертор предназначен для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока.

Рассмотрим простейшую схему инвертора напряжения.

В один момент времени открывается пара транзисторов VT1 и VT3. Создается путь для протекания тока от аккумулятора GB через активно-индуктивную нагрузку RнLн. В следующий момент VT1 и VT3 заперты, а открыты диагонально противоположные транзисторы VT2 и VT4. Теперь тока протекает от аккумулятора через RнLн в противоположном направлении. Таким образом, ток на нагрузке изменяет свое направление, поэтому является переменным. Как видно, ток на нагрузке не является синусоидальным. Поэтому применяют ШИМ для получения синусоидально формы тока.

Существует несколько типов ШИМ: однополярная, двухполярная, одностороння, двухсторонняя. Здесь мы не будем останавливаться на каждом конкретном типе, а рассмотрим общий подход.

В качестве модулирующего сигнала применяется синусоида, а опорным является сигнал треугольной формы. В результате сравнивания этих сигналов формируются длительности импульсов и пауз (нижний график), которые управляют работой транзисторов VT1…VT4.

Обратите внимание, что амплитуда напряжения на нагрузке всегда равна амплитуде источника питания. Также остается неизменным период следования импульсов. Изменяется лишь ширина открывающего импульса. Поэтому при подключении нагрузки ток, протекающий через нее, будет иметь синусоидальную форму (показано пунктиром на нижнем графике).

Так вот, основное отличие между ШИР и ШИМ заключается в том, что при широтно-импульсном регулировании время импульса и паузы сохраняют постоянное значение. А при широтно-импульсной модуляции изменяются длительности импульсов и пауз, что позволяет реализовать выходной сигнал заданной формы.

Еще статьи по данной теме

Спасибо вам за вашу работу. Хотел бы предложить вам идею. Можно сделать такие видео, там например как очистить старые платы(разные способы) +как сделать из этих же плат новые(травление) и на них схемы собрать. Если вам идея понравилась скажите, если нет то тоже скажите.

Здравствуйте. Идея хорошая, только я ее не до конца понимаю. Точнее, не понимаю саму реализацию.

Дмитрий, ваши ролики стали для меня спасением в моем изучении радиотехники!
Решил обратиться к вам, может что подскажите или снимите ролик. По вашим видео начал разрабатывать схему ивентора с синусом изменяемой частоты от 0 до 20 кГц. С генератором треугольной формы разобрался, а с синусом (задаюший сигнал) оказалось сложней. Микрасхемы либо не способны выдавать нужную частоту, либо слабый сигнал, либо сильно искаженный сигнал. Есть ли какое-то решение этой проблемы?
Благодарю!

Здравствуйте вопрос
как называется величина, позволяющая качественно характеризовать ШИМ

Источник

Что собой представляет ШИМ

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — технология, которая применяется в телефонах для регулировки яркости дисплея. Любой экран состоит из светодиодов, позволяющих видеть изображение и текст. Казалось бы, для уменьшения яркости достаточно понизить мощность светодиодов, но такая манипуляция чаще всего не срабатывает на АМОЛЕД. Поэтому была придумана широтно-импульсная модуляция. Светодиоды не меняют свою мощность, а начинают быстро включаться и выключаться.

ШИМ есть, только если яркость уменьшена. Чем ниже яркость, тем больше времени проходит между включением и выключением светодиодов. При максимальной яркости экрана мерцание отсутствует, поскольку пиксели ярко горят и не выключаются. ШИМ точно появится, если понизить яркость на 40–50%.

Наверно, вы задаетесь вопросом: как же человек не видит этого мерцания? Ведь вроде бы можно определить, когда лампочки на экране загораются, а когда гаснут. Сразу скажем, что человеческий глаз не распознает мерцание, даже если сильно присмотреться. Дело в том, что мозг перестает воспринимать мерцание уже на частоте 60 Гц. Поэтому человеку кажется, что светодиоды горят беспрерывно. Увы, на самочувствии это все же сказывается, но об этом поговорим чуть позже.

Как вы уже поняли, широтно-импульсная модуляция уменьшает яркость экрана, но делает это не стандартным способом. Ток через определенный промежуток времени поступает в светодиод, и пиксель ярко вспыхивает, а потом тухнет. Вспышки очень быстрые и частые — именно за счет этого самой пульсации мы не видим, но создается впечатление, что дисплей не такой яркий.

Влияние на здоровье

Представьте, что вы смотрите на лампочку, которая постоянно мерцает. Разумеется, возникнет дискомфорт и даже боль в глазах. То же самое происходит при использовании экранов с ШИМом. Вы не видите мерцания уже на частоте 60 Гц, но мозг все равно получает значительную долю раздражения.

Одни люди меньше подвержены влиянию световых импульсов, другие — больше. Например, пилоты и геймеры сильнее улавливают мерцание. Если вы восприимчивы к такой частоте, появится определенный дискомфорт, а именно:

Ученые не выявили значительного вреда от ШИМа. То есть, человек будет испытывать только кратковременные неприятные симптомы. Портится ли зрение? К сожалению, да. Вы не заметите мгновенного ухудшения, но, если несколько лет пользоваться смартфонами с ШИМом, еще и уменьшая яркость — зрение точно ухудшится.

В каких смартфонах используется ШИМ

Мы выяснили, что такое ШИМ, но во всех ли мобильных устройствах он используется? Нет. Технология задействована только на матрицах AMOLED (OLED, Super AMOLED). Главная особенность таких дисплеев — наличие органических светодиодов. Пиксели работают отдельно, они не связаны друг с другом. Кстати, именно самостоятельное функционирование пикселей позволяет разработчикам реализовать режим Always-on-Display.

В IPS экранах строение другое: матрица состоит из двух слоев. Это жидкие кристаллы и подсветка. При уменьшении яркости на IPS светодиоды просто изменяют мощность, но не мерцают. AMOLED-матрицы не имеют слоя из подсветки, поэтому регулировка яркости возможно только с помощью широтно-импульсной модуляции.

Некоторые люди ощущают огромный дискомфорт от ШИМа. Не помогают даже технологии, которые якобы должны уменьшить вред, например, DC Dimming. Если пользователю некомфортно пользоваться Амоледом, выход один — переходить на IPS. Да, качество изображения и цветопередача будут значительно хуже, зато глаза перестанут страдать.

Рейтинг популярных Android-смартфонов по уровню мерцания

Количество световых импульсов отличается в зависимости от модели смартфона. Чем выше уровень мерцания, тем меньше влияния на глаза. Абсолютно безопасным показателем считается 300 Гц и выше.

Мы перестаем замечать пульсацию невооруженным глазом уже на частоте 60 Гц. Но до 300 Гц мозг еще улавливает импульсы и постоянно находится в возбужденном состоянии, что чревато плохим самочувствием. Если частота превышает 300 Гц, мозг уже не распознает мерцания, и никаких пагубных сигналов не поступает.

Но производители экономят при выпуске телефонов, поэтому уровень пульсации обычно составляет 200–250 Гц. Около 60% пользователей восприимчивы к такому уровню мерцания, поэтому они будут испытывать неприятные симптомы.

Ниже указаны таблицы с уровнями ШИМа в известных Андроид-смартфонах.

Как видим, некоторые современные модели имеют уровень световых импульсов выше 300 Гц. Но все равно большинство смартфонов, представленных на технологическом рынке, все еще мерцают с частотой 200–280 Гц.

DC Dimming — спасение от ШИМа?

DC Dimming — это относительно новая функция, которую впервые использовала компания Xiaomi. Технология позволяет уменьшить яркость экрана, просто снизив мощность подаваемого тока. То есть, из-за понижения напряжения дисплей светит не так интенсивно. Мерцание все равно остается, особенно при яркости ниже 40%, но импульсы уже не такие активные.

Недостаток тоже есть, и это искажение цветов. DC Dimming заметно ухудшает цветопередачу. Цвета приобретают красноватый оттенок.

Технология встречается только в некоторых моделях. Производители не спешат добавлять ее в свои смартфоны, особенно это касается недорогих девайсов. Но если вы очень чувствительны к ШИМу, перед приобретением нового мобильного устройства обязательно уточняйте наличие DC Dimming. Пока это единственный рабочий метод спастись от пагубного мерцания.

Как не ощущать влияния ШИМа

Как уже отмечалось выше, некоторые люди больше страдают из-за мерцания, некоторые — меньше. Повлиять на это нельзя, а вот уменьшить влияние ШИМа вполне возможно. Для этого:

Мы выяснили, что такое ШИМ в смартфоне и влияет ли он на человека. Существенного вреда от мерцания нет, но неприятные симптомы могут появляться. Напишите в комментарии, знали ли вы, что представляет собой ШИМ, и испытываете ли дискомфорт от AMOLED-матриц.

Источник

• ← Как импортировать игру в epic games
• To learn top club что это →