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Convertitore digitale - analogico PWM / PAM

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Convertitore digitale - analogico PWM / PAM

Messaggioda Foto Utentemrossi » 19 lug 2014, 17:32

Salve ragazzi

l'elettronica non è assolutamente il mio campo, per cui ci sta che abbia sbagliato sezione...

sto preparando un esame e non riesco assolutamente a capire che cos'è un convertitore digitale - analogico con tecnica PWM e con tecnica PAM

ho trovato molte spiegazioni in rete ma per uno che non si intende di elettronica mi sembra tutto campato per aria...

Qualcuno di voi può darmi una spiegazione il più semplice possibile? gliene sarei infinitamente grato

Grazie :D
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[2] Re: Convertitore digitale - analogico PWM / PAM

Messaggioda Foto UtenteRussell » 20 lug 2014, 11:17

Provo a metterti un po' in carreggiata.

Un sistema digitale (microcontrollore, computer, ecc) ragiona in binario (0-1).
Solitamente a questi stati logici corrispondono internamente le tensioni 0V e 5V
Quindi per questi apparati è facile ordinare di accendere e spegnere una lampadina :idea: (basta pilotarla con uno dei piedini di uscita)
MA...
A questo livello è praticamente impossibile pretendere che questi apparati producano una tensione di 3V per ad es acendere la lampadina a poco piu' che metà luminosità (quella massima l'avresti a 5V)
Come fare?

Dato che 3V rispetto a 5V è il 60% potresti pensare di:
* tenere accesa la lampadina al massimo (5V) per 6ms
* tenere spenta la lampadina (0V) per 4ms
* dopo un ciclo (6+4=10ms) ricominci da capo

l'occhio umano non percepira' il veloce sfarfallio dovuto ai continui accendi-spegni, ma percepirà il valore medio ...che appunto è un 60% della luminostà massima

Ecco che quindi un sistama digitale, con questa tecnica (PWM), è in grado di mandare in uscita 0V, 5V, e (adesso) qualsiasi valore intermedio.

Ora... se invece di avere un'uscita costante a 3V, volessimo un andamento un po' piu' complesso... tanto per fare dei giochi di luce tipici degli alberi di natale.... dovresti nel tempo variare le tempistiche che avevo calcolato sopra

Tutto ruota sul fatto che in questo caso l'occhio percepira' sempre il valore medio "istantaneo"... quindi mi è facile ingannarlo e fargli percepire luminostà variabili su lunghi periodi

Chiaramente questa tecnica non serve solo ad accendere lampadine ed ingannare l'occhio umano..
Dai un'occhiata qui per maggiori dettagli
http://it.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation
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[3] Re: Convertitore digitale - analogico PWM / PAM

Messaggioda Foto Utentegill90 » 20 lug 2014, 15:08

Mi associo a quanto scritto da Foto UtenteRussell e, per quanto riguarda la PAM (Pulse Amplitude Modulation), probabilmente ti sarà capitato di trovarla più di qualche volta senza rendertene conto, ad esempio nella codifica audio: i file .wav sono un esempio di codifica "bruta" tramite PAM. Con questo metodo, semplicemente, quantizzi l'informazione continua in un valore discreto rappresentato da un certo numero di bit: se ad esempio hai 3 bit, puoi sintetizzare 2^3=8 possibili configurazioni e quindi questo ti permette di ricreare un segnale "analogico" a partire dall'informazione binaria di partenza. Se ad esempio hai un range di tensione [0-5] V, con 3 bit puoi sintetizzare l'informazione a passi di \frac{5}{7}V, e quindi riprodurre tanti più valori analogici quanti più bit utilizzi:



Nei file audio .wav in effetti funziona così: campioni e quantizzi l'informazione (ossia la rendi memorizzabile digitalmente) con un certo numero di bit (generalmente 16).
Volendo fare il parallelo con la PWM, in questo caso utilizzi l'informazione contenuta nei tuoi 8 bit per gestire la durata del periodo di accensione/spegnimento (e quindi, anche qui, più bit hai più valori puoi sintetizzare): se ad esempio vuoi sintetizzare il valore 011 (circa 2.14V), avresti nei due casi



Quindi in un caso lavori sulla DURATA temporale (PWM, per questo si chiama Pulse WIDTH Modulation), nell'altro sull'AMPIEZZA del segnale (PAM, per questo si chiama Pulse AMPLITUDE Modulation).
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[4] Re: Convertitore digitale - analogico PWM / PAM

Messaggioda Foto Utentemrossi » 20 lug 2014, 22:03

Grazie mille, adesso è tutto molto più chiaro :ok:

Un'ultima domanda: non mi è chiaro come sia possibile ricostruire il segnale in uscita con un filtro passa-basso a valle del convertitore... in che modo si passa da un segnale a gradini (che come avete detto voi va comunque bene per alimentare una lampadina a incadescenza) ad un segnale continuo senza discontinuità?
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[5] Re: Convertitore digitale - analogico PWM / PAM

Messaggioda Foto UtenteRussell » 21 lug 2014, 10:24

un passabasso è un filtro che media il segnale in ingresso
in pratica eliminando le veloci variazioni e smussando molto l'uscita

se lo applichiamo al segnale PWM che ti ho descritto, hai in uscita un segnale in cui lo sfarfallio della luce è molto meno evidente.
Quindi in pratica migliori ulteriormente l' "illusione".
O meglio, volevamo generare un segnale, e ci siamo riusciti quasi perfettamente adesso.


Vedi in figura, in verde il segnale che volevamo generare, segnale PWM originario in nero, e infine l'uscita del passabasso in rosso
Come vedi l'approssimazione della curva verde è molto migliore adesso.

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[6] Re: Convertitore digitale - analogico PWM / PAM

Messaggioda Foto Utentemrossi » 26 lug 2014, 12:35

grazie Foto UtenteRussell, sei stato chiarissimo :ok:
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