Каким образом лучше всего преобразовать сигнал, промодулированный при помощи ШИМ, в постоянное напряжение? Дополнительным требованием является возможность регулировки уровня постоянного напряжения: повышается/понижается скважность ШИМ-импульсов = изменяется уровень постоянного напряжения.

Использовать ФНЧ с достаточным уровнем подавления частоты ШИМ.

А использование ФНЧ не помешает регулировке?

Наоборот - поможет.
ФНЧ по сути вычисляет среднее напряжение ШИМ сигнала на интервале времени, соответствующем полосе пропускания ФНЧ, поэтому изменение скважности будет менять напряжение на выходе ФНЧ.

Раз так, то спасибо Попробую этот вариант, знал про ФНЧ, но сомневался, думая, что при регулировке он не подойдёт.

На сахаре писали об интересной микросхеме LTC2645 как раз для таких задач.
Подаешь ШИМ, получаешь напряжение.

Книжку Трамперта гляньте, там и выкладки необходимые есть:

http://my-files.ru/f0dolc

ФНЧ не позволит регулировать быстрее, чем его собственная частота.

Спасибо за советы. Однако микросхему не могу найти в продаже у нас придётся ФНЧ разрабатывать

Индуктивность дросселя в ФНЧ выбирай так, чтобы ток через дроссель не прерывался. И ещё нужно предусмотреть диоды для сброса энергии с дросселя.

То бишь, если PWM имеет частоту 100 kHz, надо режекторный фильтр на 100 kHz?
И будет счастье..

Эта микросхема стоит от 5 до 15 долларов штука (efind.ru). Дешевле купить ЦАП, и качество регулирования будет выше.

По условию задачи ШИМ УЖЕ есть.
Микросхема недешевая, но для единичных изделий может обойтись дешевле исследований и разработки ФНЧ.
Не то чтоб я грудью стоял за микросхему..

Можно собрать на интеграторе и некотором количестве ключей.
Две ступени.
Первая - интегрируем поочередно два опорных напряжения (разных знаков). Переключаем при смене входного сигнала.
После, например, второго фронта нарастания включается УВХ - с него выход. Интегратор сбрасывается. Если не хочется терять немного (можно это подкорректировать), то надо завести второй интегратор. Довольно громоздко. Но быстро. Быстрее не бывает.
Это если мы не хотим видеть на выходе пилу, которую тоже можно фильтровать.
Примерно то же самое - генератор, реверсивный счетчик, ЦАП с параллельной загрузкой.

А кто сказал, что фильтру нужен "дроссель" и что вообще фильтр "силовой"?
А уж про "режекторный" - вообще лучше не читать...
Для начала неплохо сказать, надо ли что-то регулировать или нет? Т.е. фильтр охвачен обратной связью?
Вообще сильно помогает, если построить ЛАХ и на нем выделить 3 точки.
Подавление пульсаций на частоте ШИМ - сколько?
Усиление в статике - даст ошибку рассогласования - сколько?
Полоса пропускания фильтра?

вот отсюда получится и порядок фильтра. А уж будет в нем "дроссель" или только усилители и конденсаторы - об этом не сказано.

Про силовой фильтр это я не подумовши брякнул. Хотя может оказаться, что это самый простой способ преобразовать ШИМ в напряжение. Недлостаток этого способа отсутствие КПД при токах нагрузки в несколько мкА. Вместо дросселя можно использовать гиратор.
RC фильтр тоже проблематичен при коэффициенте заполнения меньше 50%. Как вариант можно попробовать после RC фильтра использовать пиковый детектор в режиме хранения с сбросом заднему фронту импульса ШИМ.

Какая частота ШИМ?

Частота ШИМ - 500 Гц

ФНЧ и есть самый простой способ получения усреднённого напряжения. Интегратор, другими словами. А чем это проблематичен RC фильтр при коэффициенте заполнения меньше 50%? Где в принцип его работы входят проценты?

Фиксированная? Заранее известна? Сколько разрядов (разрешение)?

Да уж... чего только не поставишь заместо RC цепочки в целях распила

Если быть точнее, то 490 Гц. Фиксированная. Разрешение 8 бит

Это очень медленно и не очень точно. Иначе ТС и не спрашивал бы.


Так нужна быстрая и точная реакция, - фиксировать каждую посылку?
Могут ли быть случаи 0 или 100% заполнения?

Например, измерить периоды защёлкой таймера микроконтроллера и преобразовать в напряжение ЦАП, либо создать такой же сигнал его встроенным генератором ШИМ, только на порядки больше частоте, и преобразовать в напряжение RC-фильтром.

Если же под сигналом имеется ввиду некое изменяемое аналоговое напряжение, модулированное другим сигналом, т.е. произведение двух сигналов, тогда измерить АЦП микроконтроллера уровень сигнала, измерить защёлкой таймера периоды, вычислить произведение сигналов и создать ЦАП соответствующее результату напряжение.

Каждую посылку. Случаи 0% и 100% заполнения точно есть

Ну если каждую, поставьте какой-нить STM8 процик, он пусть заполнение меряет и выкидывает на частоте на порядок большей. дальше - RC фильтр Всяко дешевле, чем дроссели мотать. В принципе можно и STM8 с DAC встроенным, но я что-то на барахолке их не нашел по полбакса

Как-то это слишком примитивно...
а вот сделать многофазную ШИМ да еще на более высокой частоте? Это-же насколько круче будет?

Тогда плохо дело... Если нет синхронизации, то, даже точно зная период, мы из посылки 0, 100, 0, 100 легко можем получить все до 50, 50, 50 %.

Сейчас в голову идея пришла странноватая) Что если поставить заполнение на 100% и этот сигнал направить на какую-либо микросхему с программно управляемым усилением?

Прежде чем фантазировать, Вы бы задачу точнее описали.

Есть некий прибор, построенный на одном весьма обеднённом функциональностью микроконтроллере (имеется в виду Arduino). Появилась идея немного усовершенствовать этот прибор, но для этого надо бы получить регулируемое постоянное напряжение с аналогового выхода микроконтроллера. Поскольку таковых выходов у него нету, но есть цифровые и ШИМ-выводы, то появилась мысль получить требуемое напряжение при помощи широтно-импульсной модуляции. Ширина импульсов в таком случае будет регулироваться через приложение на компьютере. Вот и вся проблема. Конечно, лучше использовать более продвинутые микроконтроллеры, вроде STM32, однако на переход к ним потребуется гораздо больше времени, чем на получение аналогового напряжения с ШИМ. Если бы было достаточно времени я бы этим занялся, но времени не так уж и много, поэтому хочу сделать всё на ШИМ

поставьте лучше ЦАП 8 ногий, у Филипса были такие 8-ногие в ДИП корпусе

проблема в постоянной времени. в идеале постоянная времени RC цепи должна быть равна периоду. Если длительность импульса меньше чем половина периода, то конденсатор разрядится до нуля ДО прихода следующего импульса. Если увеличить постоянную времени, то начинается проблема с переходом когда рядом расположены импульсы с коэффициентом заполнения больше 50 %. Пример: пришёл импульс с длительностью 50% от преиода и амплитудой ШИМ 5В. Конденсатор зарядился от нуля до напряжения 2В. За паузу длительностью 50% от периода он не успеет разрядиться до нуля и на нём останется напряжение Uост > 0 (постоянная времени RC больше периода!!!). Следующий такой же импульс заряжает конденсатор до напряжения 2В + Uост (началась накапливаться ошибка.). Следующий такой импульс зарядит конденсатор до ещё большего значения (примерно 2В + 2Uост) и т.д. Если длительность импульсов не измениться, то через некоторое количество импульсов конденсатор зарядится до 5В.
Поскольку частота низкая, можно ШИМом управлять источником тока который будет заряжать конденсатор (этим мы обеспечим линейность преобразования ШИМ-напряжение), с конденсатора по заднему фронту импульса снять пиковым детектором напряжение пропорциональное длительность импульса ШИМ после чего сбросить напряжение на конденсаторе в ноль тем самым подготовив его к приходу следующего импульса. Ток заряда конденсатора выбирается так, чтобы время заряда конденсатора было равно периоду ШИМ.

Исчерпывающий ответ) Спасибо

Это дурдом имхо такое городить.


Вы, как мне кажется, совершенно не представляете себе работу RC цепочки, да и понятие "постоянная времени" сильно отличается от классического

"Наша наука простая: но Псалтирю да по Полусоннику, а арифметики мы нимало не знаем."
А просто написать и решить дифуравнение не проще ли?

Я не случайно в самом начале ссылку на Трамперта дал. Там теория расписана. И практика - тоже. Да только не слушают меня

Кажется, что это сарказм


Скачал, посмотрел, хотел побыстрее и не стал читать А похоже, что придётся

Нет, не должна, и поэтому остальное все неверно.
Постоянная времени должна определяться скоростью изменения НЧ сигнала, модулирующего ШИМ.

Самое лучшее ЦАП, тем более на 8 бит. С помощью ШИМ качественного сигнала не получите.

А если это скорость не известна? Или близка к частоте ШИМ?

Можно проще. К выходу ШИМ подключаем сервомашику, они как раз управляются ШИМ-ом. На вал сервомашинки крепим потенциометр. Соответсвенно ШИМ будет определять угол, на который сервомашинка повернет вал потенциометра. Ну а снять с потенциометра напряжение, пропорциональное углу поворота вала вроде более простая задача... Вот такая пойдет вполне.

ну наконец-то...
Обычно я всегда задаю вопрос: "а что на самом деле нужно?"...
И вот наконец-то выясняется, что вся головоломка яйца выйденного не стоит...
1. Делать ШИМ и его потом обрабатывать - это идиотизм. Проще купить копеечный ЦАП с последовательным интерфейсом...
2. А если будут крики о том, что не хватает выводов, то и это не проблема. Или взять сдвиговый регистр и через него управлять периферией. Или на SPI перевесить периферию, что то-же самое. Или на I2C...

А выкрутасы с ШИМ - это бред... И заявления о 0 и 100% - тоже бред... Если все делается в микроконтроллере и код доступен...
В очередной раз подтверждается - НЕПРАВИЛЬНОЕ СУЖДЕНИЕ приводит к НЕПРАВИЛЬНОЙ ЗАДАЧЕ. И порождает бессмысленные дискуссии...

А вот это: "постоянная времени RC цепи должна быть равна периоду" - бред не только редкостный, но еще и дикий, т.к. написал это человек, абсолютно не понимающий ничего в автоматическом регулировании!

Прям какой-то конкурс наипростейших решений. От простейшего ЦАП до наипростейшей сервомашинки.
Лучшее решение тут простой RC-фильтр. Постоянная времени его - как масло к каше - чем больше, тем меньше погрешность преобразования.
Но это при условии, что частота ШИМ на 1-2 порядка выше частоты изменения сигнала. И еще, на выходе фильтра должен быть повторитель напряжения, достаточно высокоомный по входу.
Если же частота ШИМ сравнима со скоростью изменения параметра дело обстоит сложнее. Теоретически информация сохраняется, если частота ШИМ хотя бы вдвое выше частоты изменения сигнала, но фильтрация уже требует достаточно тщательных расчетов.
В этом случае поможет не АЦП или ЦАП (они тут вообще ни при чем), а прямое измерение параметров ШИМ ( соотношение длительностей сигнала и паузы) и вычисления, если МК позволит по скорости. Последнее уже за исходными рамками задачи, поскольку требуется преобразование ШИМ - напряжение, а не ШИМ-код.
З.Ы. А в общем-то, выше iosifk заметил верно - неправильная постановка задачи приводит к заведомо неудачным решениям.

у как у Вас тут плохо всё..... Вы ещё обратную связь найдите здесь. Я решил задачу для преобразования ШИМ напряжение в пределах ОДНОГО периода. Поэтому время заряда конденсатора должно быть равно периоду. Если частота моделируемого сигнала много больше частоты ШИМ то достаточно просто RC цепи с постоянной времени равной моделируемому сигналу. Читайте внимательно что я написал.

при ненулевом сопротивлении источника и ненулевой емкости время его полного заряда, собственно говоря - бесконечно. Что дальше ?

Баян :||||||||:

Ну ладно, для особо настырных объясняю...
Для того, чтобы получить хоть какую-нибудь "точность" регулирования надо ШИМ сгладить. А если "пределах ОДНОГО периода", то какая будет переменка по отношению к постоянке на выходе такой цепочки?
Это обычная ошибка тех, кто не занимался регулированием.
Я уже написал, что есть 3 точки на ЛАХ, которые все определяют. Так что не надо "теорий" о "преобразовании"....
Есть просто классика - Бесекерский или что-то аналогичное...

Это не баян, а ТЭЦ. Вам уже предложили перейти к источнику тока , интегратору и УВХ. По сути тот же преобразователь время напряжение.Только нынче это проще все в цифре сделать. Лучше скажите, кто Вам мешает обычный ЦАП поставить? Оффтопик Молодой еврей спрашивает раввина:
- Ребе, я хочу жениться на дочери Лифшица.
- Так женись.
- Но, папа Лифшиц против.
- Так не женись.
- Но, я ее очень люблю.
- Так женись.
- Но, и мои родители против.
- Так не женись.
- Но, я не могу без нее жить.
- Так женись.
- Но, на что мы будем жить?
- Тогда крестись!
- Ребе, почему я должен креститься?
- Тогда ты будешь хх-ать мозги попу, а не мне.

Тогда плохо. И ШИМ не пойдет.
А сгладить ШИМ лучше фильтром на ОУ. Если впереди еще RC цепочку поставить, будет фильтр 3-го порядка. Тогда частота сигнала и частота модуляции могут быть более близкими. Важно подавить частоту модуляции, а частоту сигнала не затронуть.

В любом телевизоре можно найти регулировки с помощью ШИМ.

Если тракт замкнут цепью ОС, то что "фильтр 3-го порядка", что " фильтр 3333-го порядка" будет почти все равно...
А в телевизоре нет тракта замкнутого ОС...
Так что пока ТС не объяснит, что и как он хочет регулировать, можно продолжить то, что написал DASM, т.е. дрючить друг-другу мозги...