Design Projekt: Pulse-Width Modulation (PWM) Signal Generator

What is PWM? Pulse Width Modulation tutorial! (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Design Projekt: Pulse-Width Modulation (PWM) Signal Generator

Analoge integrerede kredsløb


Spørgsmål 1

Hvilken form for spændingsbølgeform ville du forvente at måle (ved hjælp af et oscilloskop) på tværs af kondensator C 1 "# 1"> Reveal svar Skjul svar

Bølgeformen vil være en "sawtooth" form. Sammenlignet med DC reference spænding ved R pot2 's visker af LM339 komparator IC, er resultatet en firkantet bølge af varierende arbejdscyklus.

Bemærkninger:

Mange elever vil i første omgang blive forundret af driftsprincippet for dette kredsløb. Den bedste måde, jeg har fundet på at besvare deres spørgsmål, jeg har fundet, er med et flersporet oscilloskop (helst en der kan vise tre spor samtidigt). Forbind en kanal til toppen af ​​C 1, den næste kanal til R pot2 's visker og den tredje til komparatorens udgangsterminal. Et billede, som de siger, er værd tusind ord.

Spørgsmål 2

Hvilken retning skal du flytte viskeren på potentiometer R pot2 for at øge produktionscyklusens arbejdscyklus? Forklar dit svar.

Reveal svar Skjul svar

Flytning af viskeren op (som tegnet i skematisk) giver større arbejdscykluser.

Bemærkninger:

Bemærk, at jeg ikke engang antydede hvorfor dette er. Bed dine elever om at forklare deres svar fuldt ud!

Spørgsmål 3

Designanbefalingerne til dette kredsløb er at gøre modstandene R2 og R3 begge lig med modstanden af ​​potentiometeret R pot2 . På den måde vil det potentielle potentiometerets fulde mekaniske rækkevidde være nyttigt til justering af arbejdscyklus: fuldt ud at dreje det på en måde vil bare producere en 0% arbejdscyklus, mens den fuldt ud drejer sig omvendt, vil det kun give en 100% arbejdscyklus.

Forklar, hvorfor disse modstandsværdier skal være ens for at opnå denne optimale anvendelse af potten. Tip: Det har noget at gøre med den interne drift af 555 timer IC.

Reveal svar Skjul svar

Sågtandsignalet set ved kondensator C 1 (med reference til jord) oscillerer mellem 1/3 og 2/3 forsyningsspænding.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål tvinger eleverne til at udforske, hvad 555 virkelig gør, og at genkende komparatorens funktion til at generere PWM-firkantede bølger.

Spørgsmål 4

Det er vigtigt at ikke gøre modstand R 1 for lille i værdi. Forklar hvorfor, og hvad der kan ske, hvis det var.

Reveal svar Skjul svar

I 555's afladningscyklus vil modstanden R 1 (næsten) falde hele strømforsyningsspændingen, når R pot1 er indstillet til minimal modstand. Dette kan ikke kun overophedes R 1, men det kan også beskadige udladningstransistoren inden for 555 timer.

Bemærkninger:

For virkelig at forstå, hvorfor utilstrækkelig modstand i R 1 ville være en dårlig ting, skal eleverne forstå 555 timerens astable driftscyklus. Dette spørgsmål giver en meget praktisk kontekst til at undersøge og / eller gennemgå det!

Spørgsmål 5

For dem af jer, der er vant til at arbejde med regelmæssige opamps, kan tilstedeværelsen af ​​modstand R 4 være et mysterium. Det er nødvendigt på grund af en særlig begrænsning af typen LM339 komparator IC. Forskning og forklar hvad denne begrænsning er.

Reveal svar Skjul svar

LM339-komparatoren kan kun synke strøm ved dets udgang. Derfor fungerer R4 som en pullup- modstand.

Opfølgningsspørgsmål: Er dette (overordnede) kredsløb i stand til at købe strøm til en belastning? Forklar hvorfor eller hvorfor ikke.

Bemærkninger:

Denne egenskab af LM339 forårsagede problemer for mig de første par gange, jeg forsøgte at bruge det i mine designs. På trods af denne begrænsning er LM339 meget velegnet til denne applikation med dets hurtige respons og meget brede strømforsyningsspændingsgrænser.

Spørgsmål 6

Følgende modifikation kan foretages til kredsløbet for at give den yderligere udgangsstrømkapacitet:

Her er seks CMOS-omformere (IC-del nr. 4049) båndet parallelt for at give betydeligt mere sourcing og synkende strømkapacitet end LM339-med-pullup-modstanden kunne alene. Da CMOS logiske porte i sig selv er on-off-enheder, har de ingen problemer med at håndtere LM339's firkantbølgeudgang.

To spørgsmål her: Først, hvorfor alle modstande på udgangene til omformeren porte "# 6"> Reveal svar Skjul svar

Modstandene forhindrer (usandsynlig) forekomsten af ​​kortslutning mellem to eller flere inverterporte, hvis en gate sker for at mislykkes højt eller lavt, eller hvis nogle porte er betydeligt langsommere end andre (og dermed vil "kæmpe" med de hurtigere porte under hver overgang).

Udfordring spørgsmål: Tilføjelse af inverter porte til udgangen af ​​dette kredsløb har en interessant effekt på duty cycle kontrol. Potentiometeret vil nu handle bagud fra den måde, det var før (faldende arbejdscyklus, da den tidligere øgede arbejdscyklus og visa-versa). Forklar hvorfor.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål kan måske være egnet til dine elever, afhængigt af om de endnu har studeret logikporte. Hvis de endnu ikke har studeret digitale kredsløb, kan det være klogt at springe over dette spørgsmål!

Bemærk at jeg ikke besvarede spørgsmålet om modstandsstørrelser. Diskuter dette med dine elever, og lad dem bestemme, hvordan disse modstande skal dimensioneres. Lad dem få adgang til dataark for 4049 inverter IC, og spørg dem, hvilken parameter (er) der ville være den vigtigste i denne beslutning.

Hvis ingen bemærker, skal du påpege, hvordan strømforsyningskablerne er trukket til seks-gate (hex) inverteren. Dette er en almindelig måde at vise strømkabler til flere porte (eller opamps eller enhver anden form for IC, hvor komplekse elementer duplikeres).

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →