SPWM -generaatori moodul (ilma mikrokontrollerit kasutamata): 14 sammu

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-23 14:40

Tere kõigile, tere tulemast minu juhendatavasse! Loodan, et teil kõigil läheb suurepäraselt. Hiljuti tekkis mul huvi PWM -signaalidega katsetamise vastu ja puutusin kokku SPWM (või sinusoidse impulsi laiuse modulatsiooni) kontseptsiooniga, kus impulsside rongi töötsüklit moduleerib siinuslaine. Ma leidsin mõned tulemused, kus selliseid SPWM -signaale saab hõlpsasti luua mikrokontrolleri abil, kus töötsüklit genereeritakse, kasutades otsustabelit, mis sisaldab siinuslaine rakendamiseks vajalikke väärtusi.

Tahtsin sellist SPWM -signaali genereerida ilma mikrokontrollerita ja seega kasutasin süsteemi südamena operatiivvõimendeid.

Alustame!

Tarvikud

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 kahekordne võrdlus IC
3. 14 kontaktiga IC alus/pesa
4. 10K takistid-2
5. 1K takistid-2
6. 4.7K takistid-2
7. 2,2K takistid-2
8. 2K muutuv takisti (eelseadistatud) -2
9. 0,1 uF keraamiline kondensaator-1
10. 0.01uF keraamiline kondensaator-1
11. 5 -kontaktiline isane päis
12. Veroboard või perfboard
13. Kuum liimipüstol
14. Jootmisseadmed

1. samm: teooria: SPWM -i signaali genereerimise selgitus

SPWM -signaalide genereerimiseks ilma mikrokontrollerita vajame kahte erineva sagedusega kolmnurkset lainet (kuid eelistatavalt peaks üks olema teise kordaja). Kui neid kahte kolmnurkset lainet võrrelda, kasutades võrdlus -IC -d, näiteks LM358, saame vajaliku SPWM -signaali. Võrdleja annab kõrge signaali, kui OpAmp mitteinverteeriva terminali signaal on suurem kui inverteerimisklemmi signaal. Niisiis, kui kõrgsageduslikku kolmnurkset lainet toidetakse mittepööratava tihvtiga ja madalsageduslikku kolmnurkset lainet võrdlusseadme pööratavasse tihvti, saame mitmeid juhtumeid, kus inverteerimata klemmi signaal muudab amplituudi mitu korda enne inverteerimisklemmi signaali. See võimaldab olukorda, kus OpAmp väljund on impulsside rida, mille töötsüklit reguleerib kahe laine vastastikune mõju.

2. etapp: vooluahela skeem: selgitus ja teooria

See on kogu SPWM -projekti skeem, mis koosneb kahest lainekuju generaatorist ja võrdlusest.

Kolmnurkset lainet saab luua kahe operatsioonivõimendi abil ja seega on kahe laine jaoks vaja kokku 4 OpApms. Sel eesmärgil olen kasutanud LM324 quad OpAmp paketti.

Vaatame, kuidas kolmnurksed lained tegelikult tekivad.

Esialgu toimib esimene OpAmp integraatorina, mille mittepööratav tihvt on ühendatud (10 V/2) potentsiaaliga või poole toitepingega, kasutades kahe 10 kiloOhm takisti pingejaotusvõrku. Ma kasutan toiteallikana 5 V, nii et mittepööratud tihvti potentsiaal on 2,5 volti. Inverteeriva ja mittepöördava tihvti virtuaalne ühendus võimaldab meil eeldada ka 2,5 V potentsiaali inverteeriva tihvti korral, mis aeglaselt laeb kondensaatorit. Niipea, kui kondensaator on laetud 75 protsendini toitepingest, muutub teise võrdlusvõimendina konfigureeritud operatsioonivõimendi väljund madalast kõrgeks. See omakorda hakkab tühjendama kondensaatorit (või desintegreerub) ja niipea, kui kondensaatori pinge langeb alla 25 protsendi toitepingest, tõmmatakse võrdlusvõimsuse väljund uuesti madalale, mis hakkab uuesti kondensaatorit laadima. See tsükkel algab uuesti ja meil on kolmnurkse laine rong. Kolmnurkse laine sagedus määratakse kasutatavate takistite ja kondensaatorite väärtuse järgi. Sageduse arvutamise valemi saamiseks võite selles etapis viidata pildile.

Okei, nii et teooriaosa on tehtud. Hakkame ehitama!

Samm: koguge kõik vajalikud osad

Piltidel on näha kõik SPWM -mooduli valmistamiseks vajalikud osad. Olen paigaldanud IC -d vastavale IC -alusele, et neid saaks vajadusel hõlpsasti vahetada. Kolmnurkse ja SPWM -laine väljundisse saate lisada ka 0,01uF kondensaatori, et vältida signaali kõikumist ja hoida SPWM -muster stabiilne.

Lõikasin vajaliku veroboardi tüki välja, et komponendid korralikult sobiksid.

4. samm: katseringi tegemine

Nüüd, enne kui hakkame osi jootma, peame veenduma, et meie vooluahel töötab soovitud viisil ja seega on oluline testida oma vooluahelat leivaplaadil ja vajadusel muudatusi teha. Ülaltoodud pilt näitab minu vooluringi prototüüpi leivaplaadil.

Samm: väljundsignaalide jälgimine

Et veenduda, et meie väljundlainekuju on õige, on andmete visualiseerimiseks hädavajalik kasutada ostsilloskoopi. Kuna mul ei ole professionaalset DSO-d ega mingit ostsilloskoopi, sain endale Banggoodilt selle odava ostsilloskoobi- DSO138. See töötab suurepäraselt madala kuni keskmise sagedusega signaali analüüsiks. Rakenduse jaoks genereerime kolmnurkseid laineid sagedustel 1KHz ja 10KHz, mida saab selles ulatuses hõlpsasti visualiseerida. Loomulikult saate professionaalse ostsilloskoobi abil palju usaldusväärsemat teavet signaalide kohta, kuid kiireks analüüsiks töötab see mudel suurepäraselt!

6. samm: kolmnurksete signaalide jälgimine

Ülaltoodud pildid näitavad kahte kolmnurkset lainet, mis on genereeritud kahest signaali genereerimise ahelast.

Samm 7: SPWM -signaali jälgimine

Pärast kolmnurksete lainete edukat genereerimist ja vaatlemist vaatame nüüd SPWM -i lainekuju, mis luuakse võrdlusväljundis. Reguleerimisala sidumisbaasi reguleerimine võimaldab meil signaale korralikult analüüsida.

8. samm: osade jootmine Perfboardile

Nüüd, kui oleme oma vooluahelat proovinud ja katsetanud, hakkame lõpuks komponente jootma veroboardile, et muuta see püsivamaks. Jootame IC baasi koos takistite, kondensaatorite ja muutuvate takistitega vastavalt skeemile. On oluline, et paigutus oleks komponent, nii et peame kasutama minimaalselt juhtmeid ja enamiku ühendusi saab teha jootmisjälgede abil.

9. samm: jootmisprotsessi lõpetamine

Pärast umbes 1 -tunnist jootmist olin kõik ühendused valmis ja selline moodul lõpuks välja näeb. See on üsna väike ja kompaktne.

10. toiming: kuuma liimi lisamine lühikeste pükste vältimiseks

Lühikeste lühikeste pükste või juhusliku metallkontakti minimeerimiseks jooteküljel otsustasin seda kaitsta kuuma liimikihiga. See hoiab ühendused terved ja juhusliku kokkupuute eest isoleeritud. Selleks võib kasutada isegi isoleerlinti.

Samm 11: mooduli väljalülitamine

Ülaltoodud pilt näitab minu tehtud mooduli pistikut. Mul on kokku 5 isast päise tihvti, millest kaks on toiteallikaks (Vcc ja Gnd), üks tihvt on kiire kolmnurkse laine jälgimiseks, teine tihvt aeglase kolmnurkse laine jälgimiseks ja lõpuks viimane tihvt on SPWM väljund. Kolmnurksed lainetihvtid on olulised, kui tahame laine sagedust peenhäälestada.

12. samm: signaalide sageduse reguleerimine

Potentsiomeetreid kasutatakse iga kolmnurkse lainesignaali sageduse peenhäälestamiseks. See on tingitud asjaolust, et kõik komponendid ei ole ideaalsed ja seega võivad teoreetiline ja praktiline väärtus erineda. Seda saab kompenseerida eelseadete reguleerimisega ja vastavalt ostsilloskoobi väljundi vaatamisega.

Samm 13: skemaatiline fail

Lisasin selle projekti skemaatilise paigutuse. Muutke seda julgelt vastavalt oma vajadustele.

Loodan, et teile meeldib see õpetus.

Palun jagage oma tagasisidet, ettepanekuid ja küsimusi allpool toodud kommentaarides.

Järgmise korrani:)