Особенности реализации цифро-аналогового преобразования на основе широтно-импульсной модуляции и RC-цепи

Abstract

В научной, учебной и технической деятельности часто требуется наличие плавной регулировки напряжения в определенном диапазоне. Большинство современных устройств управляются цифровыми микроконтроллерами, в связи с чем появляется необходимость в специализированных устройствах - модулях цифро-аналогового преобразования. Один из видов цифро-аналогового преобразования основывается на RC-цепи, которая преобразует широтно-импульсную модуляцию в аналоговый сигнал. Рассматриваются проблемы, которые возникают при подключении резистивной нагрузки к выходу RC-цепи, способы их устранения, а также особенности применения операционных усилителей в схемотехнических проектах. Также рассматривается использование операционного усилителя для получения активного фильтра нижних частот. При исследовании фильтрации рассматриваются методики расчета Бесселя, Баттерворта и Чебышева. Приводится сравнение результатов, полученных при фильтрации пассивным фильтром, с результатами, полученными при фильтрации активным фильтром. Статья будет полезна к ознакомлению студентам, инженерам, аспирантам, желающим изучить работу интегрирующей RC-цепи, широтно-импульсную модуляцию, цифро-аналогового преобразования, операционного усилителя и активного фильтра нижних частот

In scientific, educational, and technical applications, smooth voltage regulation over a specific range is often required. Most modern devices are controlled by digital microcontrollers, necessitating specialized devices - digital-to-analog conversion modules. One type of digital-to-analog conversion is based on an RC circuit that converts pulse-width modulation into an analog signal. Connecting a resistive load to the output of the RC circuit can be thought of as a voltage divider, causing the output voltage to deviate from the expected value. To reduce the error introduced by the connected load, an operational amplifier is used in follower mode. The use of an operational amplifier to create an active low-pass filter is also discussed. The study of filtering considers Bessel, Butterworth, and Chebyshev calculation methods. A comparison of the results obtained with a passive filter and those obtained with an active filter is provided. This article will be useful for students, engineers, and postgraduates who want to study the operation of an integrating RC circuit, pulse-width modulation, digital-to-analog conversion, operational amplifiers, and active low-pass filter