Главная » Начинающим
Призовой фонд
на август 2020 г.
1. 1500 руб
Сайт Паяльник
2. Регулируемый паяльник 60 Вт
Сайт Паяльник

ШИМ на компараторе LM393

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.

Модель ШИМ контроллера

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).

Схема ШИМ регулятора

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.

Интегрирующая цепочка

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.

ШИМ на компараторе

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:

  1. t1 – прямоугольный сигнал с низкой скважностью.
  2. t2 – пилообразный сигнал.
  3. t3 – напряжение с делителя напряжения (в крайних значения не должно заходить за пределы напряжения пилы).
  4. t4- ШИМ сигнал.

Думаю, такой вариант проверки будет удобен.

Тестовые точки ШИМ контроллера

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.

Печатные платы

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 ПримечаниеМагазинМой блокнот
Микросхема
DD1 Компаратор
LM393-N
1 DIP-8Поиск в магазине ОтронВ блокнот
 
Резисторы
R1, R6, R9 Резистор
10 кОм
3 CF-25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R2, R10 Резистор
100 Ом
2 CF-25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R3 Резистор
47 кОм
1 CF-25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R4, R5 Резистор
22 кОм
2 CF-25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R7 Резистор
6.8 кОм
1 CF-25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R8 Резистор
68 Ом
1 CF-25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R11 Подстроечный резистор20 ком1 3296W-1-203LFПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R12 Фоторезистор10 ком1 VT90N2Поиск в магазине ОтронВ блокнот
 
Транзисторы и диоды
VT1, VT2 Биполярный транзистор
2N5551
2 TO-92Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VT3 MOSFET-транзистор
BS170
1 TO-92Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VD1, VD2 Выпрямительный диод
1N4934
2 DO-41Поиск в магазине ОтронВ блокнот
 
Конденсаторы
C1 Конденсатор0.01 мкф1 к10-17бПоиск в магазине ОтронВ блокнот
C2 Конденсатор0.1 мкф1 к10-17бПоиск в магазине ОтронВ блокнот
C3 Конденсатор47 мкф1 6.3x11ммПоиск в магазине ОтронВ блокнот
 
Разъёмы
XP1, XP2 Вилка штыреваяPLS-41 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.7 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (10) | Я собрал (0) | Подписаться

+2
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
+1
Radio Engineer #
Генератор пилы, мне нравится, искал подобную схему.
Ответить
0

[Автор]
NeuroCorvus #
Спасибо! Рад, что смог Вам помочь!
Ответить
+1
Vslz #
Забавно, перебдел автор, явно
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.
Прикрепленный файл: ШИМ на LM393.png
Ответить
0

[Автор]
NeuroCorvus #
Спасибо большое за пояснение!
Ответить
+1
BARS_ #
Во-первых, зачем изобретать велосипед, если уже есть схемы ШИМ на компараторах ? Во-вторых, нафига вообще ставить компаратор с кучей обвеса, если есть NE555? В-третьих, управлять затвором MOSFET прямо с выхода компаратора, тем более такого слабого, очень паршивая идея. Примерно такая же паршивая, как и открывать его через резистор 10К.
Отредактирован 04.08.2020 16:19
Ответить
-1

[Автор]
NeuroCorvus #
Добрый день! Во-первых, данная схема изначально составлялась без знания, что уже есть такие решения и это было интересно на мой взгляд. Во-вторых при использовании таймера NE555 в качестве ШИМ регулятора, при настройке происходит изменение частоты вместе со скважностью. А в-третьих выходы LM393 open-drain и могут спокойно управлять логическим мосфетом. Ну и могу добавить, что данная схема не предполагала использование её в ответственных решениях. К тому же если стоит идея о качестве и стабильности ШИМ сигнала, почему же и не поставить специализированные контроллеры или в крайнем случае микроконтроллеры. Так что в итоге не вижу ничего плохого в данной схеме, а заниматься глупым повторением уже существующих схем мне не интересно)
Ответить
0
bulyga #
данная схема изначально составлялась без знания, что уже есть такие решения и это было интересно на мой взгляд
...
заниматься глупым повторением уже существующих схем мне не интересно
При всём уважениии к труду автора, я полагаю, что результат получился весьма посредственный, но процесс, возможно был интересный и увлекательный. Скажу за за себя: если появляется задача, страраюсь сразу изучить теорию и типовые решения "из учебников", далее осмысливание различий и нюансов, моделирование/макетирование, выбор подходящего решения, если необходимо доработка под себя. Поверьте этот процесс не мение увлекательный, и результат и полученные знания, как правило стоит потраченного времени и усилий. Не хочу учить жить, просто приятнее читать про красивые решения, а не про то, что я художник и так вижу и ...
схема не предполагала использование её в ответственных решениях
.
Отредактирован 07.08.2020 01:37
Ответить
+2
Vslz #
555 не заменит функционально ШИМ на двух компараторах.
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.
Ответить
+1
BARS_ #
при настройке происходит изменение частоты вместе со скважностью.
А это критично?

выходы LM393 open-drain и могут спокойно управлять логическим мосфетом.
Не могут, они рассчитаны на ток 20мА, не более. А логический мосфет или нет - дело пятое, затвор в любом случае требует ток для заряда. Тем более LM лишь закрывает его, а открывается он медленно и неторопливо через резистор 10К.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическая мощность?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Набор начинающего радиолюбителя
Набор начинающего радиолюбителя
Катушка Тесла Pickit 2 - USB-программатор PIC-микроконтроллеров
вверх