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PWM脉冲宽度调制

主讲：钟洪声

PWM：（PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）

原理与方法

设计与制作任务（必做）

模拟

在模拟电路中，信号与其反映的物理量之间成类比关系。模拟信号的值可以连续进行

变化，在时间和值的幅度上都几乎没有限制，基本上可以取任何实数值。

但模拟电路有诸多的问题，例如：信号容易随时间漂移，难以调节；功耗大；易受噪

声和环境干扰等等。

数字

与模拟电路不同，数字电路本质上是开关电路，在任何时刻，其中的某个bit只可能为

OFF和ON两种状态。数字信号在预先确定的范围内取值，用电压的高/低或电流通/断

的方式表示二进制数中的‘1’和‘0’或逻辑中的‘真’和‘伪’。

数字电路中的所有信号都是数字形式的，对抗噪声和干扰的能力大大增强（噪声只有

在强到足以将逻辑值改变时，才会对数字信号产生实质的影响）。

矩形脉冲的取值就是高电平和低电平两种

u(t)

PT

τ

Ot

τ是脉冲的宽度，T是脉冲的周期，其比值称为占空比(dutycycle)



D

T

脉冲宽度调制（英语：PulseWidthModulation，缩写：PWM），

简称脉宽调制，是将模拟信号转换为脉冲波的一种技术，一般转换

后脉冲波的周期固定，但脉冲波的占空比会依模拟信号的大小而改变。

模拟信号能否使用PWM进行编码调制，仅依赖带宽，这即意味着只

要有足够的带宽，任何模拟信号值均可以采用PWM技术进行调制编

码，一般而言，需要调制的脉冲频率要高于10倍，在实际应用中，通

常在1kHz到200kHz，或更高。

脉宽调制器产生的脉冲的频率是固定，但它处于“高”、“低”

状态的时间并不总是50%，而是随着输入信号而改变。这样，当输入

信号增大时，“高”状态的时间将比“低”状态长，信号降低时则相

反。脉冲信号的平均值为：

UmeanUhighDUlow(1D)

其中D=τ/T(占空比)，τ是脉冲宽度，T是脉冲信号的周期，即

开关频率fSW的倒数，T=1/fSW。

从-5V到+5V的、占空比为50%(两个状态出现的时间完全相同)

的脉冲信号，其平均值为：5×0.5+(-5)×0.5=0V。

调制输入最大时，占空比接近100%，假设为99%：

Umean=5×0.99+(-5)×0.01=4.9V

调制输入最小时，占空比接近0，假设为1%：

Umean=5×0.01+(-5)×0.99=-4.9V

通常通过把输入信号与锯齿波或三角波比较，获得PWM信号。

当正弦波高于锯齿时

输出变成高电平。

脉宽调制器包括一个三角波（或锯齿波）发生器和一个比较器。

满调制时输入信号的幅度以及开关的频率都取决于三角波。

要准确代表输入信号，PWM的频率必须远高于输入信号的最大

频率。低失真设计的典型值是5至50倍。

在一定的条件下，可以通过低通滤波电路从PWM中恢复出原调

制输入信号。

设计并制作一个PWM调制器

输入调制信号频率：300~3400Hz

满调制时输入信号幅度：不小于5VPP

设计一个巴特沃兹型二阶的有源低通滤波器

从PWM波中恢复出原调制信号的波形

PWM调制器设计考虑

三角波发生器