чему равна скважность прямоугольного сигнала

Что такое скважность

Одной из важнейших величин в импульсной технике является скважность S. Скважность S характеризует прямоугольный импульс, и определяет то, во сколько раз период импульса T больше его длительности t1. Так, меандр, например, имеет скважность равную 2, поскольку длительность импульса в такой последовательности равна половине его периода: S=T/t1=2.

Как видим, и в числителе, и в знаменателе стоят продолжительности, измеряемые в секундах, поэтому скважность — величина безразмерная. Для справки напомним, что меандр — это такая импульсная последовательность, где длительность положительной части импульса t1 равна длительности его исходного состояния t0.

1554291462 1

Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения D. Таким образом, теоретически скважность может изменяться от бесконечности до 1, тогда как соответствующий ей коэффициент заполнения может принимать значения от 0 до 1. Записывать величину скважности часто более удобно, чем коэффициент заполнения в виде дроби.

Например: D=0.5 – коэффициент заполнения меандра, или скважность S=2 – более удобочитаемая запись того же самого. Скважность S=10 соответствует коэффициенту заполнения D=0.1 — имеется ввиду, что продолжительность импульса в 10 раз меньше его периода (суммы его положительной и исходной частей).

1554291456 2Когда заходит речь о широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то говорят, что при в драйвере происходит изменение ширины или длительности импульса, практически имеется ввиду изменение скважности при постоянной частоте. В этом контексте чем больше скважность — тем уже импульс, чем меньше скважность — тем шире импульс.

1554291484 3

1554291466 5

Давайте рассмотрим простой практический пример. Лампочка включается на одну секунду через каждые 59 секунд, затем на 59 секунд гаснет, и так все время повторяется в течение неопределенного времени.

Что это значит? Длительность импульса t1 = 1 секунда, период импульса T = 59+1 = 60 секунд. Следовательно с какой скважностью включается лампочка?

Со скважностью S = 60/1. Скважность 60. Значит коэффициент заполнения равен 1/60, то есть D = 0,01666 или duty cycle 1,66%. В данном примере отчетливо видно, что запись в терминах скважности S = 60 более удобочитаема и точна, чем запись в форме коэффициента заполнения D = 0,01666 или duty cycle 1,666%.

Наконец, еще одно полезное применение скважности. Счетчики-дешифраторы импульсов (типа К561ИЕ8) способны делить импульсную последовательность на отдельные импульсы, здесь снова значение скважности подходит лучше, оно может быть определено через разрядность счетчика и сосчитано (пропорционально количеству импульсов, подсчитанных счетчиком).

Таким образом, даже для цифровой техники оперирование напрямую скважностью импульсов часто оказывается более удобным, чем свойственным принятому в англоязычной литературе коэффициентом заполнения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Все об скважности сигнала

Множество приборов работает с импульсными сигналами. Создаются они с помощью специальных схем-генераторов. Наиболее важная их характеристика – скважность.

Чем отличается скважность и коэффициент заполнения импульсов

Одной из наиболее важных величин в импульсной электронике – это скважность, обозначаемая латинской буквой S. Она дает характеристику импульсам прямоугольной формы и показывает, как относится их период T ко времени t1. К примеру, коэффициент меандра равен 2, поскольку время t1 в этой последовательности составляет половину периода: S = T / t1 = 2.
И в числителе, и в знаменателе находится время, выраженное в секундах. При вычислениях они сокращаются, поэтому коэффициент является величиной, не имеющей единиц измерения.

1 %D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F Генератор скважности

Меандр представляет собой поток импульсов, в котором отрицательные и положительные части имеют одинаковую продолжительность.
Инверсия скважности имеет название коэффициент заполнения. Следовательно, скважность способна принимать множество значений от бесконечности до единицы, а рабочий цикл этого же потока импульсов, как еще могут называть коэффициент заполнения, способен принимать значения от 0 до 1. Часто удобней записывать не данный коэффициент, измерение которого производится десятичными дробями, а скважность, которая равна, чаще всего, целому числу.
Например: D = 0,5 или S = ​​2 – эти две записи означают одно и то же, но вторую читать легче. Рабочий цикл S = 10 соответствует показателю D = 0,1 – это означает, что длительность импульса в 10 раз меньше его периода.
В широтно-импульсной модуляции (сокращенно, ШИМ) прибор изменяет ширину или продолжительность импульса, при этом будет соответственно изменяться и коэффициент. Частота при этом будет постоянной. В таком случае, чем больше величина, показывающая скважность, тем более узким будет импульс, и, наоборот – при минимальной скважности будет достигаться максимальная ширина.
При изучении данного явления просматривается этимологическая связь с словом «скважина» из русского языка: широкая скважина (на самом деле, это промежуток между импульсами в потоке) – положительные части узкие, узкая скважина – положительные части широкие (но свободное пространство между ними мало).

Важно: У англоязычных авторов термин «скважность» не встречается вовсе, а для его замены применяют понятие «рабочий цикл» – аналогичный российскому коэффициенту заполнения (D). Однако в английской литературе он выражается не дробным числом, а процентом. Например, если D = 0,5 в западных пособиях будет указано: D = 50%.

Характеристики скважности

Коэффициент заполнения и показатель скважности зависят от уровня получаемого колебания, при этом его частота определяется параметрами генератора. Для вычисления скважности имеют наибольшее значение два основных критерия:

Принцип действия

Для формирования прямоугольного колебания в устройствах-модуляторах имеется специальная микросхема-контроллер либо аналоговая микросхема. Подключение происходит посредством цепи на полупроводнике. Полупроводник имеет только два состояния:

Важно! Работа всей цепи зависит от характера колебаний. Следовательно, если лампа подключена через полупроводниковый прибор, она начнёт мерцать с заданной частотой.

Однако, когда частота превышает 50 Гц, из-за особенностей глаз человека, мигание сливается в единое свечение. Но таким образом можно регулировать и яркость свечения. Снижение коэффициента повлечет за собой уменьшение яркости света, выдаваемой лампой.

Подобную схему можно использовать для постоянных двигателей. Уменьшение частоты провоцирует снижение скорости вращения двигателя, а высокие – к большей мощности агрегата.

В аналогичных устройствах применяется полупроводниковый переключатель, который имеет высокую скорость срабатывания и низкую проводимость, поскольку в противном случае устройство может запаздывать.

Как обозначается

Скважность обозначается английской буквой S, величина, обратная ей – коэффициент заполнения – буквой D. Данные обозначения используются и в русской, и в англоязычной литературе.

Формы сигналов

Сигналы различаются по форме и характеристикам:

Важно! Период и частота математически зависят друг от друга. По мере того, как период уменьшается, частота увеличивается, и наоборот.

Важно! Сигнал может принимать и положительные, и отрицательные значения, подвергаясь изменениям. В показанном потоке время положительного импульса больше, чем длительность отрицательного импульса, хотя бывает и наоборот.

Как измерить скважность с помощью формулы

Скважность прямоугольных импульсов S – это отношение периода T ко времени импульса, обозначаемого буквой t1. Также, стоит отметить, что рабочий цикл D – это значение обратное скважности:

6 %D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%83%D0%BB%D0%B0 %D1%81%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8 Скважность формула

Скважность сигнала – одна из самых важных характеристик в импульсной технике. Ее основные характеристики – это период и время численного значения импульса. Изменяя эти характеристики, можно повлиять на всю цепь.

Источник

Коэффициент заполнения импульсного сигнала. Скважность импульса прямоугольной / сложной формы. Симметричные сигналы

Определение коэффициента заполнения, скважности, обобщенного коэффициента заполнения. Значения для синусоидального и треугольного сигналов. Применение в расчетах. Отношение среднего арифметического значения напряжения к действующему (эффективному) (10+)

skvazhnost 00

[Коэффициент заполнения] = [Длительность импульса (L), с] / [Период следования импульсов (T), с]

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Как мы видим, чем короче импульс, тем меньше коэффициент заполнения. Если длительность импульса стремится к нулю, то и коэффициент заполнения стремится к нулю.

[Скважность] = [Период следования импульсов (T), с] / [Длительность импульса (L), с]

Чем короче импульс, тем больше скважность. Если длительность импульса стремится к нулю, то скважность стремится к бесконечности.

Обобщенный коэффициент заполнения, скважность

Для сложных сигналов также можно ввести понятия коэффициента заполнения и скважности. Будем называть их обобщенными.

skvazhnost 01

[Обобщенный коэффициент заполнения] = [Среднеарифметическое значение напряжения сигнала за период, В] / [Амплитуда сигнала (A), В]

Легко показать, что эта формула для прямоугольных импульсов сводится к приведенной выше.

[Обобщенная скважность] = 1 / [Обобщенный коэффициент заполнения]

Обобщенным коэффициентом заполнения оперируют довольно часто. К понятию обобщенной скважности практически не прибегают.

Для симметричных сигналов описанный выше коэффициент заполнения будет равен нулю, так как среднее арифметическое симметричного сигнала равно нулю. Для анализа симметричных периодических сигналов применяется понятие коэффициента заполнения полупериода. Для его расчета используется формула:

[Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] = [Среднеарифметическое значение напряжения сигнала за полупериод, В] / [Амплитуда сигнала (A), В]

Коэффициент заполнения полупериода используется для расчета схем с трансформаторами, катушками индуктивности или конденсаторами. Например, чтобы определить, до какого напряжения за полупериод зарядится конденсатор, нужно посчитать довольно замысловатый интеграл или воспользоваться простой формулой:

[Напряжение на конденсаторе в конце полупериода, В] = [Напряжение на конденсаторе в начале полупериода, В] + [Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] * [Амплитуда силы тока, А] * [Длительность полупериода, с]

[Сила тока в катушке индуктивности в конце полупериода, А] = [Сила тока в начале полупериода, А] + [Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] * [Амплитуда напряжения, В] * [Длительность полупериода, с]

Обобщенные коэффициенты заполнения для разных распространенных сигналов можно взять из таблиц. Иногда известно не амплитудное, а действующее значение. Тогда полезен будет другой коэффициент: отношение среднего арифметического значения к действующему. С математической точки зрения он равен отношению среднего арифметического к среднему квадратичному.

[Напряжение на конденсаторе в конце полупериода, В] = [Напряжение на конденсаторе в начале полупериода, В] + [Отношение среднего арифметического значения силы тока к действующему] * [Действующее значение силы тока, А] * [Длительность полупериода, с]

[Сила тока в катушке индуктивности в конце полупериода, А] = [Сила тока в начале полупериода, А] + [Отношение среднего арифметического значения напряжения к действующему] * [Действующее значение напряжения, В] * [Длительность полупериода, с]

Для синусоидального сигнала

[Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] = 0.637

[Отношение среднего арифметического значения напряжения к действующему] = 0.9

Для треугольного сигнала

skvazhnost 02

[Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] = [L, с] / [T, с] / 2

[Отношение среднего арифметического значения напряжения к действующему] = [Корень квадратный из 3] * [L, с] / [T, с] / 2

В литературе нередко понятием ‘Коэффициент заполнения’ обозначают то коэффициент заполнения периода, то коэффициент заполнения полупериода, то отношение среднего значения к действующему. Так что, о чем идет речь, приходится понимать по контексту.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники.
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы.

Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра.
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим.

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.

Источник

45384e2s 100

Тема названа так чтобы в поисковиках людям было легче найти ответ.
Сразу хочу предупредить я дилетант и могу допустить много не точностей формулировок и определений, если что меня поправят и я поправлю статью. И статья ориентирована на таких же дилетантов как и я.
Дело в том что про эти понятия много где написано. Но почитав всякие умные статьи скорее всего вы хрен чего поймете как и я =)
Пока ко мне в руки не попал штатный соленоид вестгейта Антона и пока я не стал изучать как диагностировать его поломку по мануалу я так и не понимал что такое Duty Cycle (цикл наполнения) и тд.
AVCS клапана управляются по Duty объяснял мне друг электрик =) Только понимания это не давало.
Соленоид вестгейта так же управляется по Duty.
По слухам я представил картину что это клапан который меняет свою пропускную способность тем самым стравливая воздух и прикрывая калитку вестгейта.
Оказывается нихрена подобного он не умеет.
У клапана есть всего два положения вкл +12 вольт (клапан полностью открыт) и выкл 0 вольт (клапан полностью закрыт).

a5a06d2s 960

Так вот управление по Duty или скважность это щелканье тумблера вкл выкл вкл выкл, а чтобы понять как щелкать компу нужно знать сколько времени держать в положении вкл и сколько времени держать в положении выкл.
Например вкл 0.1 секунда держим и жмем выкл и держим 0.3 секунды и опять вкл держим 0.1 секунду и так далее, так вот Duty Cycle (цикл наполнения) или скважность это отношение этих длительностей друг к другу. Причем скважность это отношение одного к другому, а Duty Cycle (цикл наполнения) это обратнопропорциональная величина, Тоесть сути это не меняет.

Ну теперь когда знаете что это такое можно уже почитать другие статьи по управлению наддувом и тд и тп =)

Комментарии 10

QoAAAgMPqeA 60

Какая всё таки обычно частота ШИМ сигнала на управлении VGT турбины?

45384e2s 60

не знаю вроде addelectronics замерял ) но могу ошибаться

QoAAAgMPqeA 60

Спрошу у него, спасибо

818301as 60

Я так понял в субе все на ШИМ завязано.

45384e2s 60

да нет. клапана avcs шим, соленойд шим.
скорость импульсы
обороты импульсы

6f6a5804k5e8 60

b19ba7cs 60

Суть ты уловил) Duty — это скважность.
Соленоид питается ШИМ-сигналом, но питается им не по прямому назначению широтно-импульсной модуляции, а только для того, чтобы соленоид не перегревался. Сама же работа соленоида, как клапана, один в один повторяет сущность ШИМ. Обычно в буст-контроллерах соленоид работает на частоте около 30гц (а частота ШИМ сигнала обычно около 300гц!), это значит, что он открывается и закрывается 30 раз за секунду, т.е. один рабочий цикл (Duty полное) длится 1/30 секунды, если принять 1/30 секунды за 100%, то 50% от скважности — это 1/15 секунды. Так вот Duty — это процентное соотношение времени открытия соленоида к времени полного цикла. В конкретном случае, если Duty 100% — соленоид открыт все время, т.е. 1/30 секунды, и в конце цикла он не закрывается и начинается следующий цикл, в итоге соленоид просто открыт постоянно. Если делаем Duty 50% — соленоид половину времени цикла будет открыт, а половину закрыт, и пропустит в 2 раза меньше воздуха.

Я, когда делал самодельный электронный буст-контроллер, сталкивался с проблемами, когда Duty 100% по сути было равно Duty 90% к примеру, когда соленоид просто залипал в открытом положении. Это означает большую частоты цикла. Для моего соленоида частота цикла была максимальна 30гц, быстрее — он просто залипал на крайних режимах. Чем больше частота цикла — тем точнее регулировка наддува.

Но фишка в том, что в буст-контроллерах зачастую Duty обзывают не скважность, а некий коэффициент чувствительности, т.к. алгоритм работы буст контроллера немного сложнее, чем просто задать постоянную скважность соленоиду на частоте 30гц. Если подумать, то станет ясно, что на низких оборотах двигателя скважность напрямую влияет на скорость раскручивание турбины и на интенсивность пинка под зад, на средних оборотах скважность должна занижаться, т.к. это зона передувов, когда турбина выходит на максимальную эффективность своей работы, на высоких оборотах — скважность опять должна увеличиваться, т.к. зачастую трубины ставят маленькие и под отсечку они сдуваются.

Расчет скважности электронным буст-контроллером производится каждый цикл, в моем примере раз в 1/30 секунды. У контроллера должна быть обратная связь — как минимум датчик давления в ВК. У крутых буст контроллеров так же бывает связь с оборотами двигателя, положением дросселя, воткнутой передачей, скоростью авто, температурой во ВК, датчиком детонации и т.д.
Расчет текущего Duty можно получить по формуле:
Duty = (Boost — BoostMin) * (DutyMax — DutyMin) / (BoostMax+Coeff — BoostMin) + DutyMin
Где:
Duty — рассчитываемая скважность на текущий цикл
Boost — текущее давление наддува (обычно в паскалях для целочисленности)
BoostMin — Заранее известный буст при Duty = DutyMin
BoostMax — Заранее известный буст при Duty = DutyMax
Coeff — Коэффицент, влияющий на грубость работы контроллера. Если сделать большим — будет плавать буст, маленьким — передувать.

К примеру в штатном буст контроллере машин Subaru есть карта Duty, в которой с завода для конкретной турбины прописаны значения Duty, необходимые для конкретного давления при конкретном положении дросселя и оборотах двигателя. Таблица с измерениями Обороты и Положение ДЗ. Так же есть такая же таблица, но со значениями желаемого наддува. Таблицы не точные, примерно по 7-8 столбцов и строк, и промежуточные значения рассчитываются методом интерполяции. Так же есть поправочные коэффиценты от температуры в ВК и текущего атмосферного давления.

c026344s 60

«Я, когда делал самодельный электронный буст-контроллер, сталкивался с проблемами, когда Duty 100% по сути было равно Duty 90% к примеру, когда соленоид просто залипал в открытом положении.» не совсем понял эту фразу.
Как считаете по какому закону идет управление тем же соленойдом вестгейта? (П, ПИ, ПД, ПИД цифровые)

478317u 60

Суть ты уловил) Duty — это скважность.
Соленоид питается ШИМ-сигналом, но питается им не по прямому назначению широтно-импульсной модуляции, а только для того, чтобы соленоид не перегревался. Сама же работа соленоида, как клапана, один в один повторяет сущность ШИМ. Обычно в буст-контроллерах соленоид работает на частоте около 30гц (а частота ШИМ сигнала обычно около 300гц!), это значит, что он открывается и закрывается 30 раз за секунду, т.е. один рабочий цикл (Duty полное) длится 1/30 секунды, если принять 1/30 секунды за 100%, то 50% от скважности — это 1/15 секунды. Так вот Duty — это процентное соотношение времени открытия соленоида к времени полного цикла. В конкретном случае, если Duty 100% — соленоид открыт все время, т.е. 1/30 секунды, и в конце цикла он не закрывается и начинается следующий цикл, в итоге соленоид просто открыт постоянно. Если делаем Duty 50% — соленоид половину времени цикла будет открыт, а половину закрыт, и пропустит в 2 раза меньше воздуха.

Я, когда делал самодельный электронный буст-контроллер, сталкивался с проблемами, когда Duty 100% по сути было равно Duty 90% к примеру, когда соленоид просто залипал в открытом положении. Это означает большую частоты цикла. Для моего соленоида частота цикла была максимальна 30гц, быстрее — он просто залипал на крайних режимах. Чем больше частота цикла — тем точнее регулировка наддува.

Но фишка в том, что в буст-контроллерах зачастую Duty обзывают не скважность, а некий коэффициент чувствительности, т.к. алгоритм работы буст контроллера немного сложнее, чем просто задать постоянную скважность соленоиду на частоте 30гц. Если подумать, то станет ясно, что на низких оборотах двигателя скважность напрямую влияет на скорость раскручивание турбины и на интенсивность пинка под зад, на средних оборотах скважность должна занижаться, т.к. это зона передувов, когда турбина выходит на максимальную эффективность своей работы, на высоких оборотах — скважность опять должна увеличиваться, т.к. зачастую трубины ставят маленькие и под отсечку они сдуваются.

Расчет скважности электронным буст-контроллером производится каждый цикл, в моем примере раз в 1/30 секунды. У контроллера должна быть обратная связь — как минимум датчик давления в ВК. У крутых буст контроллеров так же бывает связь с оборотами двигателя, положением дросселя, воткнутой передачей, скоростью авто, температурой во ВК, датчиком детонации и т.д.
Расчет текущего Duty можно получить по формуле:
Duty = (Boost — BoostMin) * (DutyMax — DutyMin) / (BoostMax+Coeff — BoostMin) + DutyMin
Где:
Duty — рассчитываемая скважность на текущий цикл
Boost — текущее давление наддува (обычно в паскалях для целочисленности)
BoostMin — Заранее известный буст при Duty = DutyMin
BoostMax — Заранее известный буст при Duty = DutyMax
Coeff — Коэффицент, влияющий на грубость работы контроллера. Если сделать большим — будет плавать буст, маленьким — передувать.

К примеру в штатном буст контроллере машин Subaru есть карта Duty, в которой с завода для конкретной турбины прописаны значения Duty, необходимые для конкретного давления при конкретном положении дросселя и оборотах двигателя. Таблица с измерениями Обороты и Положение ДЗ. Так же есть такая же таблица, но со значениями желаемого наддува. Таблицы не точные, примерно по 7-8 столбцов и строк, и промежуточные значения рассчитываются методом интерполяции. Так же есть поправочные коэффиценты от температуры в ВК и текущего атмосферного давления.

Sorry, можно смежный вопрос? EJ257 стоковый мозг ДВС.
Если снять фишку соленоида, то Wastegate будет работать в пневмо-механическом аналоговом режиме, без управления через соленоид вакуумной линией. Недодув. Для предотвращения check, в снятую фишку подобрать резистор, из соображений максимального сопротивления (по возможности уменьшить токи, для минимизации нагрева резистора), но чтобы БК воспринимал цепь как исправную и выдавал check.
Вот интересно:
а) каковы четкие параметры (марка) резистора?
б) когда потом назад фишку на соленоид возвратить, то будет передув [гипотетически мозг ДВС «видел» недодув и сигнал на соленоид подавал на открытие вакуума = закрытие клапана Wastegate, а он все равно недодувал (фишка же снята и балластный резистор воткнут), и как бы гипотетически мозг все время подавал сигнал на открытие соленоида]? Или в мозгу ДВС жестко прописаны параметры «точки отсечения» и при возврате фишки на место передува не будет?

Вопрос изучается для возможности заправки 92-95-м бензином при поездке в регионы, слабо затронутые цивилизацией, т.е. 98-й отсутствует. Чтобы потом было легко вернуть все назад в нормальную конфигурацию.

Источник

admin
Делаю сам
Adblock
detector