Sim վրա 555 կարգավորելի ժմչփ. Հզոր PWM վերահսկիչ: PWM կարգավորիչի շահագործման սկզբունքը

Այս ձեռնարկում ես ձեզ ցույց կտամ, թե ինչպես ստեղծել պարզ PWM (Pulse Width Modulation) կարգավորիչ 555 չիպից, ժամանակաչափից և որոշ այլ բաղադրիչներից: Դա շատ պարզ է, և NE555-ի միացման սխեման լավ է աշխատում LED-ների, լույսի լամպերի, սերվոների կամ DC շարժիչների կառավարման համար:

Իմ 555 PWM կարգավորիչը կարող է փոխել միայն աշխատանքային ցիկլը 10% -ից մինչև 90%:

Քայլ 1. Ինչ է PWM-ը

Ազդանշանի կամ էլեկտրամատակարարման իմպուլսային լայնության մոդուլյացիան (PWM) ներառում է դրա աշխատանքային ցիկլի մոդուլավորումը՝ կամ հաղորդակցության ալիքով տեղեկատվություն փոխանցելու կամ ուղարկվող հզորությունը վերահսկելու համար: PWM ազդանշան ստեղծելու ամենապարզ ձևը պահանջում է միայն սղոցաձև կամ եռանկյուն ալիքի ձև (հեշտությամբ ստեղծվում է պարզ օսցիլատորի միջոցով) և համեմատիչ:

Երբ հղման ազդանշանի արժեքը (կանաչ սինուսային ալիքը Նկար 2-ում) ավելի մեծ է, քան մոդուլյացիայի ազդանշանը (կապույտ), PWM ազդանշանը (magenta) գտնվում է բարձր վիճակում, հակառակ դեպքում՝ ցածր վիճակում: Բայց իմ PWM-ում ես համեմատիչ չեմ օգտագործի:

Քայլ 2. PWM տեսակները

PWM-ի երեք տեսակ կա.

1. Ծածանքների կենտրոնը կարող է ամրագրվել ժամանակի պատուհանի մեջտեղում, և զարկերակի երկու եզրերը տեղափոխվում են սեղմելու կամ լայնությունը ընդլայնելու համար:
2. Ծածանքների առջևի եզրը կարող է պահվել ժամանակի պատուհանի առջևի եզրին, իսկ պոչի եզրը մոդուլացվելու է:
3. Զարկերակի պոչի եզրը կարող է ամրագրվել, իսկ առաջնային եզրը մոդուլացվել:

PWM ազդանշանների երեք տեսակ (կապույտ)՝ առաջատար եզրերի մոդուլյացիա (վերևի տող), հետևի եզրի մոդուլյացիա (միջին շարք) և միջին ծածանք (երկու եզրերը մոդուլացված, ներքևի տող): Կանաչ գծերը սղոցային ազդանշաններն են, որոնք օգտագործվում են PWM ազդանշաններ ստեղծելու համար՝ օգտագործելով խաչմերուկի մեթոդը:

Քայլ 3. Ինչպե՞ս կօգնի մեզ PWM-ն:

Սնունդ:
PWM-ը կարող է օգտագործվել LOAD-ին մատակարարվող էներգիայի ընդհանուր քանակությունը նվազեցնելու համար՝ առանց կորստի, որը սովորաբար կապված է էլեկտրամատակարարման դիմադրողական դադարեցման հետ: Դա պայմանավորված է նրանով, որ առաքված միջին հզորությունը համաչափ է մոդուլյացիայի ցիկլի հետ:

Բավականաչափ բարձր մոդուլյացիայի արագությամբ, պասիվ էլեկտրոնային ֆիլտրերը կարող են օգտագործվել զարկերակային գնացքը հարթելու և միջին անալոգային ազդանշանը վերականգնելու համար:

Բարձր հաճախականության PWM էներգիայի կառավարման համակարգերը հեշտությամբ իրականացվում են կոշտ վիճակի անջատիչների միջոցով: Դիսկրետ մոդուլյացիայի միացման/անջատման վիճակներն օգտագործվում են անջատիչ(ների) վիճակը վերահսկելու համար, որոնք համապատասխանաբար վերահսկում են լարումը: Այս համակարգի հիմնական առավելությունն այն է, որ անջատիչները կամ անջատված են և չունեն հոսանք, կամ միացված են և (իդեալական) լարման կորուստ չունեն դրանց շուրջ: Ընթացքի և լարման արտադրյալը ցանկացած պահի որոշում է անջատիչի կողմից ցրված հզորությունը, ուստի (իդեալական տարբերակում) հոսանք ընդհանրապես չի սպառվում:

Իրականում, պինդ վիճակի անջատիչները իդեալական չեն, բայց դեռ հնարավոր է դրանց վրա կառուցել բարձր արդյունավետության կարգավորիչներ:

PWM-ը հաճախ օգտագործվում է նաև մեկ այլ սարքի էներգիայի մատակարարումը վերահսկելու համար, ինչպիսիք են էլեկտրական շարժիչների արագությունը վերահսկելը, D դասի աուդիո ուժեղացուցիչների կամ մթնեցնող լույսերի ձայնը և շատ այլ ուժային էլեկտրոնիկայի ծրագրեր: Օրինակ, տնային օգտագործման համար լույսի մարիչներն օգտագործում են PWM կառավարման որոշ տեսակներ:

Տան լույսի խամրող սարքերը սովորաբար ներառում են էլեկտրոնային սխեմաներ, որոնք ճնշում են հոսանքները AC գծի լարման յուրաքանչյուր ցիկլի որոշակի հատվածներում: Լույսի աղբյուրից արտանետվող լույսի պայծառությունը կարգավորելը պարզապես AC ցիկլի լարման (կամ փուլի) կարգավորման խնդիր է, որի ժամանակ մթնիչը սկսում է էլեկտրական հոսանք մատակարարել լույսի աղբյուրին (օրինակ՝ էլեկտրոնային անջատիչով, ինչպիսին է. տրիակ): Այս դեպքում PWM աշխատանքային ցիկլը որոշվում է ցանցի լարման հաճախականությամբ (50 Հց կամ 60 Հց՝ կախված երկրից): Մթնեցնող սարքերի այս բավականին պարզ տեսակները կարող են արդյունավետորեն օգտագործվել իներտ (կամ համեմատաբար դանդաղ արձագանքող) լույսի աղբյուրների հետ, ինչպիսիք են շիկացած լամպերը, օրինակ, որոնց համար մատակարարվող էլեկտրական էներգիայի հավելյալ մոդուլյացիան, որն առաջանում է դիմերից, առաջացնում է միայն աննշան լրացուցիչ տատանումներ: արձակված լույս.

Այնուամենայնիվ, որոշ այլ լույսեր, ինչպիսիք են LED-ները, շատ արագ միանում և անջատվում են և կարծես թե թարթում են, եթե մատակարարվում են ցածր լարման տակ: Նման արագ արձագանքման աղբյուրներից վերարտադրվող թարթման էֆեկտները կարող են կրճատվել՝ ավելացնելով PWM հաճախականությունը: Եթե ​​լույսի տատանումները բավականաչափ արագ են, մարդու տեսողական համակարգն այլևս չի կարող դրանք գրավել, և աչքը առանց թարթման ընկալում է միջին ժամանակի ինտենսիվությունը (տես թարթման միաձուլման շեմը):

Լարման կարգավորում.
PWM-ն օգտագործվում է նաև արդյունավետ լարման կարգավորիչներում: Համապատասխան աշխատանքային ցիկլով լարումը բեռնվածքին միացնելով՝ ելքը կմոտենա լարմանը ցանկալի մակարդակով: Անցման աղմուկը սովորաբար զտվում է ինդուկտորով և կոնդենսատորով:

Մեթոդներից մեկը չափում է ելքային լարումը: Երբ այն ցածր է ցանկալի լարումից, այն միացնում է անջատիչը: Երբ ելքային լարումը ցանկալի լարումից բարձր է, այն անջատում է անջատիչը:

Համակարգչային օդափոխիչի արագության կարգավորիչները սովորաբար օգտագործում են PWM, քանի որ այն շատ ավելի արդյունավետ է, քան պոտենցիոմետրը:

PWM-ն երբեմն օգտագործվում է աուդիո սինթեզում, մասնավորապես, հանումային սինթեզում, քանի որ այն արտադրում է ձայնային էֆեկտ, որը նման է երգչախմբին կամ մի փոքր անհամատեղելի տատանվողներին, որոնք խաղում են միասին: (Փաստորեն, PWM-ը համարժեք է երկու սղոցող ալիքների տարբերությանը:) Բարձր և ցածր հարաբերակցությունը սովորաբար մոդուլացվում է ցածր հաճախականության տատանիչով կամ LFO-ով:

Հայտնի է դարձել PWM սկզբունքի վրա հիմնված աուդիո ուժեղացուցիչների նոր դասը: Այս ուժեղացուցիչները, որոնք կոչվում են «D կարգի ուժեղացուցիչներ», ստեղծում են անալոգային մուտքային ազդանշանի PWM համարժեքը, որը սնվում է բարձրախոսին համապատասխան զտիչ ցանցի միջոցով՝ արգելափակելու կրիչը և վերականգնելու սկզբնական ձայնային ազդանշանը: Այս ուժեղացուցիչները բնութագրվում են շատ լավ արդյունավետությամբ (մոտ 90%) և կոմպակտ չափերով/թեթև քաշով՝ բարձր ելքային հզորությունների համար:

Պատմականորեն, PWM-ի կոպիտ ձևն օգտագործվել է PCM թվային աուդիո վերարտադրելու համար PC բարձրախոսի վրա, որն ունակ է ձայնի միայն երկու մակարդակի: Ուշադիր որոշելով իմպուլսի լայնությունը և հենվելով բարձրախոսի ֆիլտրման ֆիզիկական հատկությունների վրա (սահմանափակ հաճախականության արձագանք, ինքնաինդուկտիվություն և այլն), հնարավոր է ստանալ մոնո PCM նմուշների մոտավոր վերարտադրություն, թեև շատ ցածր որակով և Իրականացումների միջև շատ տարբեր արդյունքներ:

Վերջին ժամանակներում ներդրվել է Digital Stream թվային կոդավորման մեթոդը, որն օգտագործում է զարկերակային լայնության մոդուլյացիայի ընդհանրացված ձև, որը կոչվում է զարկերակային խտության մոդուլյացիա բավականին բարձր նմուշառման արագությամբ (սովորաբար ՄՀց-ի կարգի)՝ բավարար ճշգրտությամբ ծածկելու բոլոր ակուստիկ հաճախականությունները: . Այս մեթոդը օգտագործվում է SACD ձևաչափով, և կոդավորված աուդիո ազդանշանի վերարտադրումը, ըստ էության, նույնն է, ինչ մեթոդը, որն օգտագործվում է D դասի ուժեղացուցիչներում:

Բարձրախոս. PWM-ի միջոցով աղեղը (պլազմա) կարող է մոդուլացվել, և եթե այն գտնվում է լսողության տիրույթում, այն կարող է օգտագործվել որպես բարձրախոս: Նման բարձրախոսը օգտագործվում է Hi-Fi ձայնային համակարգում՝ որպես թվիթեր։

Թույն, այնպես չէ՞:

Քայլ 4. Պահանջվող բաղադրիչներ

Սա պարզ մեկ չիպերի միացում է, այնպես որ ձեզ շատ բաղադրիչներ պետք չեն լինի:

• NE555, LM555 կամ 7555 (cmos)
• Խորհուրդ եմ տալիս օգտագործել երկու 1n4148 դիոդներ, բայց 1n40xx սերիայի դիոդները նույնպես կաշխատեն
• Պոտենցիոմետր 100K
• Կանաչ կոնդենսատոր 100nf
• Կերամիկական կոնդենսատոր 220 pf
• Տպագիր տպատախտակ
• կիսահաղորդչային տրանզիստոր

Քայլ 5. Սարքի կառուցում

Պարզապես հետևեք դիագրամին և տեղադրեք բոլոր մանրամասները դասավորության վրա: Սարքը միացնելուց առաջ կրկնակի ստուգեք յուրաքանչյուր բաղադրիչի գտնվելու վայրը: Եթե ​​ցանկանում եք արդյունավետորեն վարել և վերահսկել լույսի աղբյուրի կամ շարժիչի պայծառությունը, կարող եք դրա ելքի վրա տեղադրել միայն հոսանքի տրանզիստոր, բայց եթե ցանկանում եք կառավարել միայն լույսի աղբյուրը կամ շարժիչը, ապա խորհուրդ է տրվում տեղադրել կոնդենսիվ կոնդենսատոր: , օրինակ, 2200uf. Եթե ​​դնեք այս կոնդենսատորը և միացնեք շարժիչը 40% բեռնվածության դեպքում, ապա շարժիչը 60% ավելի արդյունավետ կլինի նույն արագությամբ և պտտվող մոմենտով:

Այստեղ երկու տեսանյութ կա, որոնք ցույց են տալիս, թե ինչպես է աշխատում իմ PWM-ը: Առաջինի վրա դուք կարող եք տեսնել, որ օդափոխիչը սկսում է պտտվել 90% աշխատանքային ցիկլով: Երկրորդի վրա դուք կարող եք տեսնել, որ LED- ները թարթում են, և օդափոխիչը աշխատում է 80% -ով:

PWM կարգավորիչը նախատեսված է բևեռային շարժիչի պտտման արագությունը, լամպի պայծառությունը կամ ջեռուցման տարրի հզորությունը կարգավորելու համար:

Առավելությունները:
1 Արտադրության հեշտությունը
2 Բաղադրիչների առկայությունը (արժեքը չի գերազանցում $2-ը)
3 Լայն կիրառություն
4 Սկսնակների համար, ևս մեկ անգամ փորձեք և գոհացրեք ինքներդ ձեզ =)

Մի անգամ ինձ անհրաժեշտ էր «սարք» հովացուցիչի պտտման արագությունը կարգավորելու համար։ Ինչի համար կոնկրետ չեմ հիշում։ Սկզբից փորձեցի սովորական փոփոխական ռեզիստորի միջոցով, շատ տաքացավ ու ինձ համար ընդունելի չէր։ Արդյունքում, ինտերնետում փորփրելուց հետո ես գտա մի սխեման արդեն ծանոթ NE555 չիպի վրա: Դա սովորական PWM կարգավորիչի սխեման էր՝ իմպուլսների աշխատանքային ցիկլով (տեւողությամբ) հավասար կամ 50%-ից պակաս (հետագայում ես կտամ գրաֆիկներ, թե ինչպես է այն աշխատում): Շրջանակը պարզվեց, որ շատ պարզ է և չի պահանջում թյունինգ, գլխավորը դիոդների և տրանզիստորի միացումով չպտտվելն էր: Առաջին անգամ, երբ ես այն հավաքեցի հացահատիկի վրա և փորձարկեցի այն, ամեն ինչ աշխատեց կես պտույտով: Ավելի ուշ ես արդեն տարածեցի մի փոքրիկ տպագիր տպատախտակ, և ամեն ինչ ավելի կոկիկ տեսք ուներ =) Դե, հիմա եկեք նայենք ինքնին շղթային:

PWM կարգավորիչի միացում

Դրանից մենք տեսնում ենք, որ սա սովորական գեներատոր է աշխատանքային ցիկլի կարգավորիչով, որը հավաքված է տվյալների թերթիկի սխեմայի համաձայն: Մենք փոխում ենք այս աշխատանքային ցիկլը ռեզիստորով R1, ռեզիստորը R2-ը մեզ համար ծառայում է որպես կարճ միացումից պաշտպանություն, քանի որ միկրոսխեմայի 4-րդ ելքը միացված է գետնին ժմչփի ներքին բանալիով և R1-ի ծայրահեղ դիրքում այն ​​պարզապես կփակվի: R3-ը ձգվող դիմադրություն է: C2-ը հաճախականության կարգավորիչ կոնդենսատորն է: IRFZ44N տրանզիստորը N ալիքի մոսֆետ է: D3-ը պաշտպանիչ դիոդ է, որը կանխում է դաշտային սարքի ձախողումը, երբ բեռը ընդհատվում է: Այժմ մի փոքր իմպուլսների աշխատանքային ցիկլի մասին: Զարկերակային աշխատանքային ցիկլը դրա կրկնության շրջանի (կրկնության) հարաբերակցությունն է իմպուլսի տևողությանը, այսինքն՝ որոշակի ժամանակահատվածից հետո (կոպիտ ասած) պլյուսից մինուս, ավելի ճիշտ՝ տրամաբանական միավորից անցում կլինի։ տրամաբանական զրո. Այսպիսով, իմպուլսների միջև այս ժամանակային միջակայքը նույն աշխատանքային ցիկլն է:

Աշխատանքային ցիկլը միջին դիրքում R1

Աշխատանքային ցիկլը ծայրահեղ ձախ դիրքում R1

Պարտական ​​ցիկլը ծայրահեղ աջ դիրքում Ռ

Ստորև ես կտամ տպագիր տպատախտակներ՝ մասերի գտնվելու վայրով և առանց դրանց

Այժմ մի փոքր մանրամասների և դրանց արտաքին տեսքի մասին։ Միկրոշրջանն ինքնին պատրաստված է DIP-8 փաթեթով, փոքր չափի կերամիկական կոնդենսատորներով, 0,125-0,25 վտ հզորությամբ ռեզիստորներով: Դիոդները սովորական ուղղիչներ են 1A-ի համար (առավել մատչելիը 1N4007-ն է, դրանք ամենուր մեծ քանակությամբ են): Նաև միկրոսխեման կարող է տեղադրվել վարդակից, եթե ապագայում ցանկանում եք այն օգտագործել այլ նախագծերում և նորից չզոդել։ Ստորև ներկայացված են մանրամասների նկարներ:

Էլեկտրաշարժիչների արագության կարգավորումը ժամանակակից էլեկտրոնային տեխնոլոգիաներում ձեռք է բերվում ոչ թե սնուցման լարման փոփոխությամբ, ինչպես արվում էր նախկինում, այլ էլեկտրական շարժիչի վրա տարբեր տևողության ընթացիկ իմպուլսներ կիրառելով: Այս նպատակների համար նրանք ծառայում են, որոնք վերջերս շատ տարածված են դարձել - PWM ( զարկերակային լայնության մոդուլյացիա) կարգավորիչներ. Շղթան ունիվերսալ է. այն նաև շարժիչի արագության կարգավորիչ է, ինչպես նաև լամպերի պայծառությունը և լիցքավորիչի ընթացիկ ուժը:

PWM կարգավորիչի միացում

Նշված սխեման լավ է աշխատում, կցված է։

Առանց շղթայի փոփոխության, լարումը կարող է բարձրացվել մինչև 16 վոլտ: Տեղադրեք տրանզիստորը կախված բեռի հզորությունից:

Կարող է հավաքվել PWM կարգավորիչև ըստ այդպիսի էլեկտրական շղթայի, պայմանական երկբևեռ տրանզիստորով.

Եվ անհրաժեշտության դեպքում, կոմպոզիտային տրանզիստորի փոխարեն KT827, դրեք IRFZ44N դաշտը, R1 - 47k ռեզիստորով: Պոլևիկը առանց ռադիատորի մինչև 7 ամպեր բեռնվածությամբ չի տաքանում։

PWM կարգավորիչի շահագործում

NE555 չիպի վրա ժմչփը վերահսկում է լարումը C1 կոնդենսատորի վրա, որը հեռացվում է THR կապից: Հենց հասնում է առավելագույնին, ներքին տրանզիստորը բացվում է։ Որը շորտեր է դնում DIS-ը գետնին: Այս դեպքում ելքի վրա հայտնվում է տրամաբանական զրո: Կոնդենսատորը սկսում է լիցքաթափվել DIS-ի միջոցով, և երբ դրա վրայով լարումը դառնում է զրոյական, համակարգը կանցնի հակառակ վիճակի. ելքային 1-ում տրանզիստորը փակ է: Կոնդենսատորը նորից սկսում է լիցքավորվել, և ամեն ինչ նորից կրկնվում է:

C1 կոնդենսատորի լիցքը հետևում է ճանապարհին՝ «R2->վերին թև R1 -> D2», իսկ ուղու երկայնքով լիցքաթափումը` D1 -> ստորին թև R1 -> DIS: Երբ մենք պտտում ենք փոփոխական ռեզիստորը R1, մենք փոխում ենք վերին և ստորին թևերի դիմադրությունների հարաբերակցությունը: Ինչը, համապատասխանաբար, փոխում է իմպուլսի երկարության հարաբերակցությունը դադարին: Հաճախականությունը սահմանվում է հիմնականում C1 կոնդենսատորի կողմից և մի փոքր կախված է նաև R1 դիմադրության արժեքից: Փոխելով լիցքավորման/լիցքաթափման դիմադրության հարաբերակցությունը՝ մենք փոխում ենք աշխատանքային ցիկլը: Resistor R3-ը բարձր մակարդակի բարձրացում է ապահովում, այնպես որ կա բաց կոլեկտորի ելք: Ինչն ի վիճակի չէ ինքնուրույն բարձր մակարդակ դնել։

Դուք կարող եք տեղադրել ցանկացած դիոդներ, կոնդենսատորներ մոտավորապես նույն արժեքով, ինչ դիագրամում: Մեկ կարգի մեծության շեղումները էապես չեն ազդում սարքի աշխատանքի վրա: Օրինակ, C1-ում սահմանված 4,7 նանոֆարադում հաճախականությունը նվազում է մինչև 18 կՀց, բայց դա գրեթե չի լսվում:

Եթե ​​շղթան հավաքելուց հետո առանցքային կառավարման տրանզիստորը տաքանում է, ապա, ամենայն հավանականությամբ, այն ամբողջությամբ չի բացվում: Այսինքն՝ տրանզիստորն ունի մեծ լարման անկում (այն մասամբ բաց է) և հոսանքը հոսում է դրա միջով։ Արդյունքում ավելի շատ էներգիա է ծախսվում ջեռուցման համար: Ցանկալի է շղթան ելքի մեջ զուգահեռել մեծ կոնդենսատորներով, հակառակ դեպքում այն ​​վատ կերգի և կկարգավորվի։ Որպեսզի չսուլեք - վերցրեք C1-ը, սուլիչը հաճախ գալիս է նրանից: Ընդհանուր առմամբ, շրջանակը շատ լայն է, հատկապես խոստումնալից կլինի դրա օգտագործումը որպես հզոր լուսադիոդային լամպերի, լուսադիոդային շերտերի և լուսարձակների համար մթագնող միջոց, բայց հաջորդ անգամ դրա մասին ավելին: Հոդվածը գրվել է ear, ur5rnp, stalker68 աջակցությամբ։