Modul generator SPWM (fără utilizarea microcontrolerului): 14 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Bună ziua tuturor, bun venit la instructabilul meu! Sper că toți vă descurcați grozav. Recent, m-am interesat să experimentez semnalele PWM și am dat peste conceptul de SPWM (sau modularea sinusoidală a lățimii impulsurilor) în care ciclul de funcționare al unui tren de impulsuri este modulat de o undă sinusoidală. Am dat peste câteva rezultate în care un astfel de semnal SPWM poate fi creat cu ușurință folosind un microcontroler în care ciclul de funcționare este generat folosind un tabel de căutare care conține valorile necesare pentru a implementa unda sinusoidală.

Am vrut să generez un astfel de semnal SPWM fără microcontroler și astfel am folosit amplificatoare operaționale ca inimă a sistemului.

Să începem!

Provizii

1. IC LM324 Quad OpAmp
2. IC comparator dual LM358
3. Bază / soclu IC cu 14 pini
4. Rezistențe 10K-2
5. Rezistențe 1K-2
6. 4.7K rezistențe-2
7. 2.2K rezistențe-2
8. Rezistor variabil 2K (presetat) -2
9. 0.1uF condensator ceramic-1
10. 0.01uF condensator ceramic-1
11. Antet masculin cu 5 pini
12. Veroboard sau perfboard
13. Pistol de lipit fierbinte
14. Echipamente de lipit

Pasul 1: Teorie: Explicația generării semnalului pentru SPWM

Pentru a genera semnalele SPWM fără un microcontroler, avem nevoie de două unde triunghiulare cu frecvențe diferite (dar, de preferință, una ar trebui să fie multiplele celeilalte). Când aceste două unde triunghiulare sunt comparate între ele folosind un IC comparator, cum ar fi LM358, atunci obținem semnalul nostru SPWM necesar. Comparatorul oferă un semnal ridicat atunci când semnalul de la terminalul care nu inversează OpAmp este mai mare decât cel al semnalului de la terminalul inversor. Deci, atunci când unda triunghiulară de înaltă frecvență este alimentată la pinul care nu inversează și unde triunghiulară de frecvență joasă este alimentată în pinul inversor al comparatorului, obținem mai multe cazuri în care semnalul de la terminalul care nu inversează schimbă amplitudinea de câteva ori înainte de semnalul de la terminalul inversor. Aceasta permite o condiție în care ieșirea OpAmp este un tren de impulsuri al căror ciclu de funcționare este guvernat de modul în care interacționează cele două unde.

Pasul 2: Diagrama circuitului: explicație și teorie

Aceasta este schema circuitului întregului proiect SPWM format din două generatoare de forme de undă și un comparator.

O undă triunghiulară poate fi creată folosind 2 amplificatoare operaționale și astfel vor fi necesare un total de 4 OpApms pentru cele două unde. În acest scop am folosit pachetul LM324 quad OpAmp.

Să vedem cum sunt generate de fapt undele triunghiulare.

Inițial, primul OpAmp acționează ca un integrator al cărui pin fără inversare este legat de un potențial de (Vcc / 2) sau de jumătate din tensiunea de alimentare utilizând o rețea de divizare a tensiunii de 2 rezistențe de 10kiloOhm. Folosesc 5V ca sursă de alimentare, astfel încât pinul care nu inversează are un potențial de 2,5 volți. O conexiune virtuală a pinului inversor și noninversibil ne permite, de asemenea, să presupunem potențialul de 2,5v la pinul inversor care încarcă încet condensatorul. De îndată ce condensatorul este încărcat la 75% din tensiunea de alimentare, ieșirea celuilalt amplificator operațional care este configurat ca un comparator se schimbă de la scăzut la înalt. La rândul său, aceasta începe să descarce condensatorul (sau se dezintegrează) și de îndată ce tensiunea din condensator scade sub 25% din tensiunea de alimentare, ieșirea comparatorului este redusă din nou, care din nou începe să încarce condensatorul. Acest ciclu începe din nou și avem un tren de undă triunghiular. Frecvența undei triunghiulare este determinată de valoarea rezistențelor și condensatoarelor utilizate. Puteți consulta imaginea din acest pas pentru a obține formula pentru calculul frecvenței.

Bine, așa că partea teoretică este gata. Să construim!

Pasul 3: Adunarea tuturor părților necesare

Imaginile prezintă toate părțile necesare pentru realizarea modulului SPWM. Am montat IC-urile pe baza IC respectivă, astfel încât să poată fi înlocuite cu ușurință, dacă este necesar. Puteți adăuga un condensator de 0,01 uF la ieșirea undelor triunghiulare și SPWM pentru a evita fluctuațiile semnalului și pentru a menține stabilul modelului SPWM.

Am decupat bucata de veroboard necesară pentru a potrivi componentele în mod corespunzător.

Pasul 4: Realizarea circuitului de testare

Acum, înainte de a începe să lipim piesele, este necesar să ne asigurăm că circuitul nostru funcționează după cum doriți și, prin urmare, este esențial să testăm circuitul nostru pe panou și să facem modificări, dacă este necesar. Imaginea de mai sus arată prototipul circuitului meu pe panou.

Pasul 5: Observarea semnalelor de ieșire

Pentru a ne asigura că forma noastră de undă de ieșire este corectă, devine esențială utilizarea unui osciloscop pentru a vizualiza datele. Din moment ce nu dețin un DSO profesionist sau niciun fel de osciloscop, am obținut acest osciloscop ieftin - DSO138 de la Banggood. Funcționează foarte bine pentru analiza semnalului cu frecvență mică sau medie. Pentru aplicații externe, vom genera unde triunghiulare cu frecvențe de 1 KHz și 10 KHz, care pot fi vizualizate cu ușurință pe acest scop. Desigur, puteți obține informații mult mai fiabile despre semnale pe un osciloscop profesional, dar pentru o analiză rapidă, acest model funcționează foarte bine!

Pasul 6: Observarea semnalelor triunghiulare

Imaginile de mai sus prezintă cele două unde triunghiulare generate de cele două circuite de generare a semnalului.

Pasul 7: Observarea semnalului SPWM

După generarea și observarea cu succes a undelor triunghiulare, acum aruncăm o privire asupra formei de undă SPWM care este generată la ieșirea comparatorului. Reglarea corespunzătoare a bazei de legătură a lunetei ne permite să analizăm corect semnalele.

Pasul 8: lipirea pieselor pe perfboard

Acum, după ce am încercat și testat circuitul, începem în cele din urmă să lipim componentele pe veroboard pentru a-l face mai permanent. Am lipit baza IC împreună cu rezistențele, condensatoarele și rezistențele variabile conform schemei. Este important ca amplasarea componentelor să fie astfel încât să folosim fire minime și cele mai multe conexiuni pot fi realizate prin urme de lipire.

Pasul 9: Finalizarea procesului de lipire

După aproximativ 1 oră de lipire am fost complet cu toate conexiunile și așa arată modulul în cele din urmă. Este destul de mic și compact.

Pasul 10: Adăugarea adezivului fierbinte pentru a preveni pantalonii scurți

Pentru a minimiza orice pantaloni scurți, orice pantaloni scurți sau contact metalic accidental de pe partea de lipit, am decis să-l protejez cu un strat de adeziv fierbinte. Păstrează conexiunile intacte și izolate de contactul accidental. Se poate folosi chiar și bandă izolatoare pentru a face același lucru.

Pasul 11: Pin-out din modul

Imaginea de mai sus arată pinout-ul modulului pe care l-am realizat. Am un total de 5 pini antet bărbați dintre care doi sunt pentru alimentare (Vcc și Gnd), un pin este pentru a observa unda triunghiulară rapidă, celălalt pin este pentru a observa unda triunghiulară lentă și în cele din urmă ultimul pin este SPWM ieșire. Știfturile de undă triunghiulare sunt importante dacă dorim să reglăm fin frecvența undei.

Pasul 12: Reglarea frecvenței semnalelor

Potențiometrele sunt utilizate pentru a regla fin frecvența fiecărui semnal de undă triunghiulară. Acest lucru se datorează faptului că nu toate componentele sunt ideale și, prin urmare, valoarea teoretică și practică poate diferi. Acest lucru poate fi compensat ajustând presetările și uitându-se corespunzător la ieșirea osciloscopului.

Pasul 13: Fișier schematic

Am atașat schema pentru acest proiect. Simțiți-vă liber să îl modificați în funcție de nevoile dvs.

Sper să vă placă acest tutorial.

Vă rugăm să împărtășiți feedback-ul, sugestiile și întrebările dvs. în comentariile de mai jos.

Pana data viitoare:)