Добрый день! Недавно стал интересоваться цифровой схемотехникой и незаметно перешёл к аналоговой. А почему так произошло? Во время проектирования динамической индикации на дискретной логике, появилась идея реализовать ШИМ. Идея интересная, но опыта особенно не было. Поэтому сразу возникла идея поставить микроконтроллер. Но это не так интересно, особенно когда цель учится. И так спустя некоторое время я пришёл к тому, что можно реализовать ШИМ на компараторах.
Концепция ШИМ состоит в том, что есть пилообразный сигнал который поступает на вход компаратора и сигнал с делителя напряжения. И в момент возникновения пересечения, выставляется сигнал на выходе компаратора. Чем ближе напряжение с делителя к пику пилы, тем меньше время высокого сигнала и наоборот.
Задача была сгенерировать пилообразный сигнал. Для этого я решил собрать релаксационный генератор на компараторе. Но особенность его заключается в том, чтобы он был с маленькой скважностью (то есть 90-95% высокий уровень и 5-10% низкий). Это нужно для того, чтобы размах для регулировки ШИМ был практически полным. В ином случае будет доступно только 50% и не более (если генератор со скважностью 50%). И для создания низкой скважности была использована схема разрядки RС цепочки через диод и резистор (резистором R2 задаётся соотношение высокого и низкого уровня).
А затем с помощью интегрирующей (RC) цепочки необходимо сделать пилу. Во время тестирования возникла идея вместо резистора в RC цепочке, использовать источник тока на двух транзисторах. Это было сделано для равномерной зарядки конденсатора. А быстрая разрядка происходит благодаря диоду.
Теперь когда есть источник пилообразного сигнала, не составит труда создать ШИМ сигнал. Для этого необходимо на инвертирующий вход компаратора подать напряжения с делителя. Но тут возникает проблема в том, что для регулировки используется фоторезистор. Его особенность в том, что на свету его сопротивление порядка 1 килоома или нескольких, а в темноте достигает 2-3 мегаомов.
И из этой особенности надо настроить систему так, чтобы напряжение не было выше пикового напряжения пилы, иначе на выходе будет низкий сигнал, что для системы динамической индикации не приемлемо. Для этого было решено, установить подстроечный резистор, которым в темноте надо настроить сопротивление так, чтобы напряжение было чуть ниже пика пилы. Так как в темноте сопротивление фоторезистора мегоомы, а в плече подстроечного резистора будет значительно меньше, поэтому фоторезистор не будет влиять на систему. А при свете его сопротивление уменьшится и не будет уже влиять сопротивление нижнего плеча подстроечного резистора. И так теперь уже не страшно, что в темноте может погаснуть подсветка.
А в конце решил установить полевой транзистор для того, чтобы регулировать значительные нагрузки.
Примечание: В микросхеме LM393 выходы open-drain, а это означает что выходы необходимо подтянуть к питанию через резисторы. А то было очень смешно, собрал и сигнал вроде есть, а вроде нет. Думал, ошибся в схеме, а оказалось надо было просто подтянуть.
Номиналы, которые используются в схеме рассчитаны на частоту ШИМ около 20кГц и напряжение питания 5 вольт. Так же при изменении номиналов надо обратить внимание на интегрирующую цепочку и пересчитать для необходимой частоты.
Так же на схеме указаны точки (с щупом) для тестирования.
Кратко:
- t1 – прямоугольный сигнал с низкой скважностью.
- t2 – пилообразный сигнал.
- t3 – напряжение с делителя напряжения (в крайних значения не должно заходить за пределы напряжения пилы).
- t4- ШИМ сигнал.
Думаю, такой вариант проверки будет удобен.
Возвращаясь к идее использовать микроконтроллер вместо данной схемы удобна тем, что во-первых стабильность системы будет выше, так как в схеме будут сильные колебания из-за температурных изменений (в особенности сильный разброс параметров керамических конденсаторов) и будет колебаться частота, во-вторых МК проще и даже можно сказать, что дешевле, чем большое количество «расыпухи» и времени затраченного на наладку всего устройства. Так что в каждой отдельной задачи есть своё хорошее, подходящее решение.
В конце статьи прикреплены файлы схемы и печатной платы в EasyEDA.
Спасибо за уделённое внимание. Пишите если есть вопросы, с радостью Вам на них отвечу!
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Микросхема | |||||||
DD1 | Компаратор | LM393-N | 1 | DIP-8 | Поиск в магазине Отрон | ||
Резисторы | |||||||
R1, R6, R9 | Резистор | 10 кОм | 3 | CF-25 | Поиск в магазине Отрон | ||
R2, R10 | Резистор | 100 Ом | 2 | CF-25 | Поиск в магазине Отрон | ||
R3 | Резистор | 47 кОм | 1 | CF-25 | Поиск в магазине Отрон | ||
R4, R5 | Резистор | 22 кОм | 2 | CF-25 | Поиск в магазине Отрон | ||
R7 | Резистор | 6.8 кОм | 1 | CF-25 | Поиск в магазине Отрон | ||
R8 | Резистор | 68 Ом | 1 | CF-25 | Поиск в магазине Отрон | ||
R11 | Подстроечный резистор | 20 ком | 1 | 3296W-1-203LF | Поиск в магазине Отрон | ||
R12 | Фоторезистор | 10 ком | 1 | VT90N2 | Поиск в магазине Отрон | ||
Транзисторы и диоды | |||||||
VT1, VT2 | Биполярный транзистор | 2N5551 | 2 | TO-92 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT3 | MOSFET-транзистор | BS170 | 1 | TO-92 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD1, VD2 | Выпрямительный диод | 1N4934 | 2 | DO-41 | Поиск в магазине Отрон | ||
Конденсаторы | |||||||
C1 | Конденсатор | 0.01 мкф | 1 | к10-17б | Поиск в магазине Отрон | ||
C2 | Конденсатор | 0.1 мкф | 1 | к10-17б | Поиск в магазине Отрон | ||
C3 | Конденсатор | 47 мкф | 1 | 6.3x11мм | Поиск в магазине Отрон | ||
Разъёмы | |||||||
XP1, XP2 | Вилка штыревая | PLS-4 | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- PCB_PWM_regulator.pdf (41 Кб)
- Schematic_PWM_regulator.pdf (41 Кб)
Комментарии (12) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
[Автор]
Для получения пилы достаточно подключить вход компаратора напрямую к частотозадающему конденсатору. Всего-то. И не надо изобретать лишних сущностей.
Искажения формы у вас возникают из-за того, что нагрузочный резистор слишком высокоомный, да и обвес первого компаратора некорректный.
Все просто, не раз проверено:
Раскрыв ШИМ - от 0 до 100%. Диапазон входных напряжений управления - от 1/3Vcc до 2/3Vcc. Размах пилы - треть всего напряжения питания. Ниже 1/3Vcc- отсечка, выше 2/3Vcc - подача высокого уровня, постоянно. Коэффициент заполнения и частота коммутации в этой схеме не зависят от напряжения питания.
Размах 1/3 питания обеспечивается, когда R14, R23, R26 одинакового сопротивления (любого, от 47к и выше).
Делитель на входе управления компаратора - тоже 3 резистора одинакового сопротивления (любых, от килоома до мегаома).Один из них - переменный.
Частота подстраивается R25 и C12.
Нагрузочный резистор R24 должен иметь сопротивление, как минимум, на порядок ниже, чем у R25, R14, R23, R26.
[Автор]
[Автор]
Не красиво. Не хочу вас обидеть, но не красиво.
555 - всего лишь перестраиваемый мультивибратор. Подача сигнала на 5 ногу дает мутное и малопредсказуемое регулирования. Частота плавает. Это уже не ШИМ, а попытка лепить из гуана и палок. Есть вариант включения в виде одновибатора, но ее одной не хватит. В итоге, схема усложняется.
Автору надоден был именно ШИМ - управление коэффициентом заполнения внешним напряжением (как вариант - потенциометром). Два компаратора с открытыми коллекторными выходами - самое простое и правильное решение. Тот же 8-ногий корпус, что у 555. На ШИМ контроллерах можно сделать то же самое, у них шире возможности и обычно больше ножек. На компараторах будет проще и правильнее. Обвес кстати, очень скромный, просто автор его неоправданно усложнил.