脉冲宽度调制器PWM

（2012-2013学年第二学期）

模拟电子技术课程

项目四脉冲宽度调制器PWM

专业班级：

学号：姓名：

完成日期： 2013年 6 月 8 日

项目四脉冲宽度调制器PWM

PWM：在电路输出频率不变的条件下，通过电压来改变脉冲的占空比。

采用模拟电路实现脉冲宽度调制器的组成框图：

任务1 正弦波振荡电路

任务2 方波-三角波发生电路

任务3 比较器

任务1 正弦波振荡电路；

（1）正弦波振荡电路起振条件？它由哪些部分组成，及各部分的功能作用？

要想产生正弦波，一要反馈信号取代输入信号，即需要有正反馈；二要有外加的选频网络，确定振荡频率。电路由反馈网络和放大电路组成，前者在产生各种频率波的基础上选择需要波形，通过后者放大电路的放大，最终产生特定的正弦波。

（2）电路仿真分析以及电路中各元器件的作用。分析计算正弦波的频率为多少？

R4，R5和C1，C2构成桥式RC振荡器，通过R1，R3及R2实现放大，而当达到要求的幅值时则通过二极管的导通特性实现稳定的信号输出。

f=1/(2*3.14*R*C)=1/(2*3.14*16K)*100000000=955Hz,理论上会得到955Hz的正弦波。

（3）实际电路测量是否与计算值吻合。

实际测量频率在1KHz,而仿真也是接近1KHz,理论计算与实际相符

任务2 方波-三角波发生电路

（1）方波-三角波发生电路由哪两部分组成，各部分起什么作用，概述工作原理。

方波-三角波发生电路由矩形波发生电路和方波-三角波发生电路组成；前者产生矩形波，而后者则在矩形波基础上产生三角波。矩形波发生电路在迟滞比较器作用下能够产生矩形波，而后者则在迟滞比较器的后面连接一个积分器，再把输出的三角波信号反馈回迟滞比较器，则能持续产生三角波和矩形波。

（2）三角波和方波的峰峰值计算公式，和哪些参数有关，其频率计算公式，和那些参数有关？

三角波峰峰值

方波峰峰值

可见峰值与供电电压和反馈电阻有关 CCppoURRU2122CCppoUU21

由此可见，频率和各电阻比及方波占空比有关

（3）实际电路测量，并与计算值所得的峰峰值和频率比较。

由示波器实际测量可知，波形峰值及频率与理论接近，但不完全相同。

任务3 电压比较器

运放非线性区的特性是什么？

当正向输入端电压大于反向输入端时，输出正向最大电压，反之则输出反向最大电压。

比较器的分类，什么是门限电压？如何计算

比较器分为单限比较器，滞回比较器和窗口比较器。门限电压是指发生电压跳变的临界电压。

当时所对应的ui值是阈值，即

因此上下阀值分别为，

总结：脉冲宽度调制器的工作原理，及实际制作过程。

通过对输入的正弦波和三角波的比较，使比较器输出一定占空比的波形。对于实际电路，正弦波经过振荡电路及放大电路可产生正弦波，而三角波则需要在正弦电路的基础上进行微分电路才能生成三角波，在设置放大倍数可调的情况下可实现产生不同频率的三角波，进而控制输出波形的占空比。

uuoiuRRu21CCTHURRU21CCTLURRU21

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pwm同步调制和异步调制

第 1 页共 2 页 pwm同步调制和异步调制

【原创版】

1.PWM 同步调制和异步调制的定义

2.PWM 同步调制和异步调制的区别

3.PWM 同步调制和异步调制的应用

正文

脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）是一种在数字领域中广泛应用的调制技术。根据调制方式的不同，PWM 可以分为同步调制和异步调制两种类型。本文将对这两种调制方式进行详细介绍，并分析它们之间的区别以及各自的应用场景。

首先，我们来了解一下 PWM 同步调制和异步调制的定义。

PWM 同步调制是指在脉冲宽度调制过程中，调制信号和载波信号在时间上是同步的。也就是说，调制信号的脉冲宽度变化与载波信号的脉冲周期保持同步。这种调制方式适用于那些需要与外部信号同步的应用场景。

PWM 异步调制则是指在脉冲宽度调制过程中，调制信号和载波信号在时间上不相关。也就是说，调制信号的脉冲宽度变化并不受载波信号的脉冲周期限制。这种调制方式适用于那些不需要与外部信号同步的应用场景。

接下来，我们来分析一下 PWM 同步调制和异步调制的区别。

从调制过程来看，PWM 同步调制和异步调制的主要区别在于调制信号和载波信号的时间关系。同步调制中，调制信号和载波信号在时间上是同步的，而异步调制中，两者在时间上则没有固定的关系。这种区别使得这两种调制方式在实际应用中具有不同的特性和优缺点。

最后，我们来看一下 PWM 同步调制和异步调制的应用。

PWM 同步调制广泛应用于那些需要与外部信号同步的场景，例如电机第 2 页共 2 页控制、通信系统等。通过同步调制，可以实现对电机速度、通信信号的精确控制，从而满足实际应用的需求。

PWM 异步调制则主要应用于那些不需要与外部信号同步的场景，例如电源管理、亮度调节等。通过异步调制，可以实现对电源电压、显示器亮度的连续调节，从而满足实际应用的需求。

总之，PWM 同步调制和异步调制作为脉冲宽度调制的两种方式，它们在定义、区别和应用上都有所不同。

脉冲宽度调制(PWM)技术

在电力电子变流器控制系统中，对于控制电路的要求往往是除能够控制负载的加电与断电外，还应该能够控制加载到负载上的电压高低及功率大小。在大功率电力电子电路中，控制加载至负载上电压及功率的实用方法就是脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)。

1. 面积等效原理

在控制理论中，有一个重要的原理，即冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量(冲量)作用在具有惯性的环节上时，只要这些变量对时间的积分相等，其作用的效果将基本相同。这里所说的效果基本相同是指惯性环节的输出响应波形基本相同。例如，下图1示出的三个窄脉冲电压波形分别为矩形波、三角波和正弦波，但这二个窄脉冲电压对时间的积分相等，或者说它们的面积相等。当这三个窄脉冲分别作用在只有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。因此，冲量等效原理也可以称为面积等效原理。

从数学角度进行分析，对上图1所示的三个窄脉冲电压波形进行傅里叶变换，则其低频段的特性非常相近，仅在高频段有所不同，而高频段对于具有惯性负载的电路影响非常小。由此进一步证明了面积等效原理的正确性。

2. 脉冲宽度调制技术依据面积等效原理，在电路中可以利用低端电源开关或高端电源开关，以一定频率的导通和截止连续切换，使电源电压Ui以一系列等幅脉冲(或称为矩形波)的形式加载到负载上，加载在负载上的电源电压Uo波形如图2所示。

图2所示的矩形波的电压平均值：

此式表明在一个脉冲周期内，电压的平均值与脉冲的占空比是成正比的，于是，可以通过改变脉冲的占空比来调整加载到负载上的电压大小。当占空比小时，加载到负载上的平均电压就低，即加载到负载上的功率小；而占空比大时，加载到负载上的平均电压就高，加载到负载上的功率大。这种通过等幅脉冲调节负载平均电压及功率的方法称为脉冲宽度调制，也称为斩波控制。

采用脉冲宽度调制方式为负载供电，由于供电电压是脉动的，势必会产生出各种谐波。为了明确脉冲宽度调制技术对负载产生的影响，且考虑此分析结果便于以后章节引用，可将图2所示的等幅脉冲序列描述为

pwm调制系数

PWM（脉宽调制）调制系数是指脉冲宽度与周期的比值。具体来说，如果一个脉冲的宽度是T，周期是T0，那么PWM调制系数就是T/T0。这个系数在0到1之间变化，其中0表示没有脉冲（占空比为0），1表示脉冲占据整个周期（占空比为100%）。

PWM调制系数可以用来控制功率转换器的输出。例如，在直流电机控制中，PWM调制系数可以控制电机的转速。通过改变PWM调制系数，可以改变电机两端的平均电压，从而改变电机的转速。类似地，在LED亮度控制等应用中，PWM调制系数也可以用来控制电流，从而改变LED的亮度。

需要注意的是，不同的应用可能需要不同的PWM调制策略。例如，有些应用可能需要使用对称的PWM脉冲（即脉冲宽度与周期的比值为常数），而有些应用可能需要使用非对称的PWM脉冲（即脉冲宽度与周期的比值不是常数）。具体应用中，需要根据实际需求选择合适的PWM调制策略。

PWM波的原理和应用

1. 原理概述

脉冲宽度调制（PWM）是一种调制技术，通过调整脉冲信号的宽度来控制输出信号的平均功率。PWM波的形式类似于脉冲信号，但它的周期固定，只有脉冲宽度发生变化。PWM波能够利用数字信号来模拟连续的模拟信号，被广泛应用在电力电子领域、自动化控制系统等领域。

2. PWM波的生成方式

在数字电路中，PWM波通常通过计数器和比较器来生成。生成PWM波的基本步骤如下： 1. 设置计数器的初始值。 2. 计数器不断递增，当计数器的值小于比较器的值时，输出逻辑高电平；当计数器的值大于或等于比较器的值时，输出逻辑低电平。 3. 当计数器的值达到设定的周期时，重新设置计数器的初始值。

3. PWM波的应用

3.1 电力电子领域

PWM波在电力电子领域发挥着重要的作用，常见应用有： - 变频调速控制：将PWM波直接应用在交流电动机上，可以通过改变PWM波的占空比控制电机转速，实现变频调速。 - 逆变器：逆变器中利用PWM波控制电路的开关状态，将直流电源输出转换为交流电源输出。 - 电力转换器：PWM波可以应用在各种电力转换器中，如交流电压调节器、直流电源和电焊机等。

3.2 自动化控制系统

PWM波在自动化控制系统中也有广泛的应用，例如： - 数字-模拟转换器（DAC）：PWM波可以通过滤波电路转换为模拟信号，用于输出到模拟设备。 -

舵机控制：舵机通常使用PWM波进行控制，通过改变PWM波的占空比控制舵机转角。 - LED调光：PWM波可以用于控制LED的亮度，通过改变PWM波的占空比来实现亮度调节。

3.3 在音频和视频领域的应用

• 音频信号处理：PWM波可以模拟模拟音频信号，通过改变PWM波的占空比来实现音频信号的调节，例如音量控制。

• 音频放大器：PWM波可以应用在音频放大器中，将输入音频信号转换为PWM波，再通过滤波电路得到模拟音频信号输出。

• 数字电视和显示器：PWM波可以用于控制LED背光的亮度，通过改变PWM波的占空比来实现灰度调制。 4. 总结

pwm电机调速原理

PWM电机调速原理

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种通过改变信号的脉冲宽度来控制电机转速的调速方法。在PWM调速原理中，控制器向电机输出一段固定频率的方波信号，通过改变方波信号的脉冲宽度来调节占空比，从而达到调速的目的。

具体而言，PWM电机调速原理可以分为以下几个步骤：

1. 设定目标转速：通过设定控制器中的目标转速值，确定电机需要达到的转速。

2. 信号发生器：控制器中的信号发生器会生成一段固定频率的方波信号，频率一般是几十kHz至几百kHz。

3. 脉宽调制：通过调节方波信号的脉冲宽度，即调节方波中高电平的时间长度，来改变方波信号的占空比。一般来说，脉冲宽度越长，占空比越高，电机转速也就越快。

4. 电机驱动：根据脉宽调制生成的方波信号，控制器会控制电机驱动电路，将相应的电流传递给电机。

5. 反馈控制：为了保持电机转速的稳定，通常会加入反馈控制系统。通过测量电机转速并与设定的目标转速进行比较，控制器可以对脉宽调制的占空比进行自动调整，以使电机转速保持在设定范围内。

通过不断调整脉宽调制的占空比，控制器可以实现对电机转速的精确调节。PWM调速原理广泛应用于许多领域，如机械传动、风扇调速、电动车辆等。

详解PWM原理、频率与占空比

什么是PWM

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

pwm的频率：

是指1秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数(一个周期)；

也就是说一秒钟PWM有多少个周期

单位： Hz

表示方式： 50Hz 100Hz

pwm的周期：

T=1/f

周期=1/频率

50Hz = 20ms 一个周期

如果频率为50Hz ，也就是说一个周期是20ms 那么一秒钟就有 50次PWM周期

占空比：

是一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例

单位： % (0%-100%)

表示方式：20%

周期：一个脉冲信号的时间 1s内测周期次数等于频率

脉宽时间：高电平时间

上图中脉宽时间占总周期时间的比例，就是占空比。

比方说周期的时间是10ms，脉宽时间是8ms 那么低电平时间就是2ms

总的占空比 8/8+2= 80%。

这就是占空比为80%的脉冲信号。而我们知道PWM就是脉冲宽度调制通过调节占空比，就可以调节脉冲宽度(脉宽时间) 而频率就是单位时间内脉冲信号的次数，频率越大。

以20Hz 占空比为80% 举例就是1秒钟之内输出了20次脉冲信号每次的高电平时间为40ms

我们换更详细点的图上图中，周期为T

T1为高电平时间

T2 为低电平时间

假设周期T为 1s 那么频率就是 1Hz 那么高电平时间0.5s ，低电平时间0.5s 总的占空比就是 0.5 /1 =50%

PWM原理

以单片机为例，我们知道，单片机的IO口输出的是数字信号，IO口只能输出高电平和低电平。

假设高电平为5V 低电平则为0V 那么我们要输出不同的模拟电压，就要用到PWM，通过改变IO口输出的方波的占空比从而获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号。

谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)

做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念

开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)．PWM：（pulse width modulation）脉冲宽度调制

脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

PFM：（Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制

一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FM

PWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出.

其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842／2842／3842、TDAl6846、TL494、SGl525／2525／3525等；PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等；PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点。

DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压。PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压。PWM控制也是与频率同步进行开关，但是它会在达到升压设定值时，尽量减少流入线圈的电流，调整升压使其与设定电压保持一致。

pwm占空比

PWM占空比

1. 介绍

脉冲宽度调制（PWM）是一种常用的信号调制技术，广泛应用于电子设备和嵌入式系统中。PWM信号的关键参数之一就是占空比，它决定了信号的高电平和低电平的时间比例。本文将详细介绍PWM占空比的概念、计算方法和应用。

2. PWM占空比的定义

PWM占空比是指PWM信号中，高电平时间与总周期时间的比例。通常用百分比表示。例如，50%的占空比表示高电平时间占总周期时间的一半。

3. PWM占空比的计算方法

PWM占空比的计算方法基于以下两个参数：

• 高电平时间（Ton）：信号的高电平持续时间。

• 总周期时间（T）：信号的完整周期。

根据上述参数，PWM占空比的计算公式如下：

PWM占空比 = (Ton / T) * 100%

4. PWM占空比的应用

PWM占空比在各种电子设备和嵌入式系统中有着广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景：

4.1 电机控制

PWM占空比被广泛用于电机控制中，特别是直流电机和步进电机。通过调整PWM占空比，可以控制电机的转速和转向。较高的PWM占空比将产生较高的平均电压，从而使电机转速增加。

4.2 LED亮度调节

PWM占空比也常用于LED亮度调节。调整PWM占空比可以改变LED的亮度，通过快速的开关控制，人眼会感知到平滑的亮度变化。较高的PWM占空比将导致更亮的LED光输出。

4.3 电源管理

在一些应用中，可以利用PWM占空比来实现电源管理功能。通过调整PWM占空比，可以实现能量的有效利用和功耗的控制。例如，某些电源管理芯片使用PWM占空比来控制电池充电电流和输出电压等。 4.4 温度控制

PWM占空比还可以用于温度控制。通过调整PWM占空比，可以控制加热元件（如加热器或风扇）的开关时间。较高的占空比将提供更多的加热时间或风力，从而控制温度。

5. 总结

PWM占空比是脉冲宽度调制中的重要参数，用于控制信号的高低电平时间比例。通过调整PWM占空比，可以实现各种功能，如电机控制、LED亮度调节、电源管理和温度控制等。了解PWM占空比的概念、计算方法和应用场景，对于理解和设计各种电子设备和嵌入式系统都具有重要意义。

PWM

定义：先了解什么叫PWM，PWM就是Pulse-Width Modulation (脉冲宽度调制)，这里面的脉冲宽度即在一个周期内输出高电平的时间，假如说周期T=64US，脉冲宽度D=32us,则占空比=D/T=32/64=50% ，脉冲宽度调整就是占空比的调整

应用：

1.用于低频传输,如产生一个频率为125khz的占空比为50%的载波,传输无线数据。

2.用于电源逆变,即由直流电变交流电。

PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写, 是一连串的脉波宽度不一样的

讯号. 占空比是指脉波高电位的时间占整个周期的比例.

占空比 = (脉波高电位的时间) 除以 (脉波周期)

就是高电平时间，所占总周期的时间比率（百分比）。

什么是 PWM

随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，PWM 码是一种脉宽调制码，它的组成为9MS 高电平和4MS 低电平引导脉冲，16 位系统识别码，8 位数据正码和8 位数据反码。

脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

模拟电路模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。数字控制通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。大多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz。设想一下如果灯泡先接通5秒再断开5秒，然后再接通、再断开……。占空比仍然是50%，但灯泡在头5秒钟内将点亮，在下一个5秒钟内将熄灭。要让灯泡取得4.5V电压的供电效果，通断循环周期与负载对开关状态变化的响应时间相比必须足够短。要想取得调光灯(但保持点亮)的效果，必须提高调制频率。在其他PWM应用场合也有同样的要求。通常调制频率为1kHz到200kHz之间。硬件控制器许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作： * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器虽然具体的PWM控制器在编程细节上会有所不同，但它们的基本思想通常是相同的。通信与控制 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。

脉冲宽度调制

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ﻩ脉冲宽度调制

脉冲宽度调制(PWM）,是英文“Pｕlse Ｗidth Ｍoｄulatｉon”的缩写，简称脉宽调制,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

1简介

2背景介绍

3基本原理

4谐波频谱

5具体过程

6优点

7控制方法

8应用领域

９具体应用

１简介

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或ＭOS管栅极的偏置,来实现晶体管或MOS管导通时间的改变,从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

ＰＷM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWＭ控制技术发展的主要方向之一。