SPWM Jeneratör Modülü (Mikrodenetleyici Kullanmadan): 14 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Herkese merhaba, eğitimime hoş geldiniz! Umarım hepiniz harikasınızdır. Son zamanlarda, PWM sinyallerini denemekle ilgilenmeye başladım ve bir darbe treninin görev döngüsünün bir sinüs dalgası tarafından modüle edildiği SPWM (veya Sinüzoidal Darbe Genişliği Modülasyonu) kavramıyla karşılaştım. Sinüs dalgasını uygulamak için gerekli değerleri içeren bir arama tablosu kullanılarak görev döngüsünün oluşturulduğu bir mikro denetleyici kullanılarak bu tür SPWM sinyallerinin kolayca oluşturulabileceği birkaç sonuçla karşılaştım.

Böyle bir SPWM sinyalini mikrodenetleyici olmadan oluşturmak istedim ve bu nedenle sistemin kalbi olarak İşlemsel Yükselteçleri kullandım.

Başlayalım!

Gereçler

1. LM324 Dörtlü OpAmp IC
2. LM358 çift karşılaştırıcı IC
3. 14 pinli IC tabanı/soket
4. 10K dirençler-2
5. 1K dirençler-2
6. 4.7K direnç-2
7. 2.2K dirençler-2
8. 2K değişken direnç(ön ayar)-2
9. 0.1uF seramik kapasitör-1
10. 0.01uF seramik kapasitör-1
11. 5 pinli erkek başlık
12. Veroboard veya perfboard
13. Sıcak yapıştırıcı tabancası
14. Lehimleme ekipmanları

Adım 1: Teori: SPWM için Sinyal Üretiminin Açıklaması

Bir mikro denetleyici olmadan SPWM sinyallerini oluşturmak için, farklı frekanslarda iki üçgen dalgaya ihtiyacımız var (ancak tercihen biri diğerinin katı olmalıdır). Bu iki üçgen dalga, LM358 gibi bir karşılaştırıcı IC kullanılarak birbirleriyle karşılaştırıldığında, gerekli SPWM sinyalimizi alırız. OpAmp'ın evirmeyen terminalindeki sinyal, evirici terminaldeki sinyalden daha büyük olduğunda karşılaştırıcı yüksek bir sinyal verir. karşılaştırıcının ters çevirme pimine, ters çevirme terminalindeki sinyalin, ters çevirme terminalindeki sinyalden önce birkaç kez genliği değiştirdiği birden çok örnek elde ederiz. Bu, OpAmp çıkışının, görev döngüsü iki dalganın nasıl etkileşime girdiğine göre yönetilen bir darbe dizisi olduğu bir duruma izin verir.

Adım 2: Devre Şeması: Açıklama ve Teori

Bu, iki dalga formu üreteci ve bir karşılaştırıcıdan oluşan tüm SPWM projesinin devre şemasıdır.

2 işlemsel yükselteç kullanılarak üçgen bir dalga oluşturulabilir ve bu nedenle iki dalga için toplam 4 OpApm gerekli olacaktır. Bu amaçla LM324 dörtlü OpAmp paketini kullandım.

Üçgen dalgaların gerçekte nasıl üretildiğini görelim.

Başlangıçta ilk OpAmp, ters çevirmeyen pimi 2 10 kiloOhm dirençten oluşan bir voltaj bölücü ağı kullanarak (Vcc/2) veya besleme voltajının yarısına bağlanan bir entegratör görevi görür. Besleme olarak 5V kullanıyorum, bu nedenle ters çevirmeyen pimin 2,5 volt potansiyeli var. Çeviren ve çevirmeyen pimin sanal bağlantısı, aynı zamanda, kapasitörü yavaşça şarj eden ters çevirme pimindeki 2.5v potansiyelini varsaymamıza da izin verir. Kondansatör besleme voltajının yüzde 75'ine şarj olur olmaz, karşılaştırıcı olarak yapılandırılmış diğer işlemsel yükselticinin çıkışı düşükten yükseğe değişir. Bu da kapasitörü boşaltmaya başlar (veya bütünleşir) ve kapasitör üzerindeki voltaj besleme voltajının yüzde 25'inin altına düşer düşmez karşılaştırıcının çıkışı tekrar düşer ve bu da kapasitörü yeniden şarj etmeye başlar. Bu döngü yeniden başlıyor ve elimizde üçgen bir dalga treni var. Üçgen dalganın frekansı, kullanılan dirençlerin ve kapasitörlerin değeri ile belirlenir. Frekans hesaplama formülünü almak için bu adımdaki resme başvurabilirsiniz.

Tamam, teori kısmı bitti. Haydi inşa etmeye başlayalım!

Adım 3: Gerekli Tüm Parçaların Toplanması

Resimler, SPWM modülünü yapmak için gereken tüm parçaları göstermektedir. IC'leri, gerektiğinde kolayca değiştirilebilmeleri için ilgili IC tabanına monte ettim. Ayrıca, herhangi bir sinyal dalgalanmasını önlemek ve SPWM modelini sabit tutmak için üçgen ve SPWM dalgalarının çıkışına 0,01 uF'lik bir kapasitör ekleyebilirsiniz.

Bileşenleri uygun şekilde yerleştirmek için gerekli olan veroboard parçasını kestim.

Adım 4: Test Devresinin Yapılması

Şimdi parçaları lehimlemeye başlamadan önce devremizin istediğimiz gibi çalıştığından emin olmamız gerekiyor ve bu nedenle devremizi breadboard üzerinde test etmemiz ve gerekirse değişiklik yapmamız gerekiyor. Yukarıdaki görüntü devremin prototipini breadboard üzerinde göstermektedir.

Adım 5: Çıkış Sinyallerini Gözlemleme

Çıkış dalga formumuzun doğru olduğundan emin olmak için verileri görselleştirmek için bir osiloskop kullanmak zorunlu hale gelir. Profesyonel bir DSO'ya veya herhangi bir osiloskopa sahip olmadığım için kendime Banggood'dan bu ucuz osiloskop DSO138'i aldım. Düşük ila orta frekanslı sinyal analizi için gayet iyi çalışıyor. Uygulamamız için bu kapsamda kolayca görselleştirilebilen 1KHz ve 10KHz frekanslarında üçgen dalgalar üreteceğiz. Elbette profesyonel bir osiloskopta çok daha güvenilir sinyal bilgileri elde edebilirsiniz, ancak hızlı analiz için bu model gayet iyi çalışıyor!

Adım 6: Üçgen Sinyalleri Gözlemlemek

Yukarıdaki görüntüler, iki sinyal üretim devresinden üretilen iki üçgen dalgayı göstermektedir.

7. Adım: SPWM Sinyalini Gözlemleme

Üçgen dalgaları başarıyla üretip gözlemledikten sonra, şimdi karşılaştırıcı çıkışında oluşturulan SPWM dalga biçimine bir göz atacağız. Kapsamın bağlantı tabanını buna göre ayarlamak, sinyalleri doğru bir şekilde analiz etmemizi sağlar.

Adım 8: Parçaları Perfboard'a Lehimleme

Devremizi denemiş ve test etmiş olduğumuza göre, nihayet daha kalıcı hale getirmek için bileşenleri veroboard'a lehimlemeye başlıyoruz. Devre şemasına göre IC tabanını dirençler, kapasitörler ve değişken dirençlerle birlikte lehimliyoruz. Yerleştirmenin, minimum kablo kullanmamız gereken ve çoğu bağlantının lehim izleriyle yapılabileceği şekilde bileşenler olması önemlidir.

Adım 9: Lehimleme İşlemini Bitirme

Yaklaşık 1 saatlik lehimlemeden sonra tüm bağlantıları tamamladım ve sonunda modül böyle görünüyor. Oldukça küçük ve kompakt.

Adım 10: Şortları Önlemek İçin Sıcak Tutkal Ekleme

Herhangi bir kısa devreyi veya lehim tarafında kazara metalik teması en aza indirmek için, onu bir sıcak tutkal tabakasıyla korumaya karar verdim. Bağlantıları sağlam ve yanlışlıkla temastan izole tutar. Aynısını yapmak için yalıtım bandı bile kullanılabilir.

Adım 11: Modülün Pin Çıkışı

Yukarıdaki resim, yaptığım modülün pinoutunu göstermektedir. İkisi güç kaynağı (Vcc ve Gnd) için olmak üzere toplam 5 erkek başlık pinim var, bir pin hızlı üçgen dalgayı gözlemlemek, diğer pin yavaş üçgen dalgayı gözlemlemek ve son olarak son pin SPWM çıktı. Dalganın frekansına ince ayar yapmak istiyorsak üçgen dalga pimleri önemlidir.

Adım 12: Sinyallerin Frekansını Ayarlama

Potansiyometreler, her bir üçgen dalga sinyalinin frekansına ince ayar yapmak için kullanılır. Bunun nedeni, tüm bileşenlerin ideal olmaması ve dolayısıyla teorik ve pratik değerin farklı olabilmesidir. Bu, ön ayarları ayarlayarak ve buna uygun olarak osiloskop çıkışına bakarak telafi edilebilir.

Adım 13: Şematik Dosya

Bu proje için şematik düzeni ekledim. İhtiyaçlarınıza göre değiştirmekten çekinmeyin.

Umarım bu öğreticiyi beğenirsiniz.

Lütfen geri bildirimlerinizi, önerilerinizi ve sorularınızı aşağıdaki yorumlarda paylaşın.

Bir sonrakine kadar:)