ماژول ژنراتور SPWM (بدون استفاده از میکروکنترلر): 14 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

سلام به همگی ، به آموزش قابل قبول من خوش آمدید! امیدوارم همه شما عالی کار کنید. اخیراً ، من به آزمایش سیگنالهای PWM علاقه مند شدم و با مفهوم SPWM (یا مدولاسیون عرض پالس سینوسی) روبرو شدم که در آن چرخه وظیفه یک قطعه پالس توسط یک موج سینوسی تعدیل می شود. من به چند نتیجه رسیدم که چنین سیگنالهای SPWM را می توان به راحتی با استفاده از میکروکنترلر ایجاد کرد که در آن چرخه وظیفه با استفاده از یک جدول جستجو که حاوی مقادیر لازم برای پیاده سازی موج سینوسی است ، ایجاد می شود.

من می خواستم چنین سیگنالی SPWM را بدون میکروکنترلر تولید کنم و بنابراین از تقویت کننده های عملیاتی به عنوان قلب سیستم استفاده کردم.

بیایید شروع کنیم!

تدارکات

1. آی سی LM324 Quad OpAmp
2. IC مقایسه کننده دوگانه LM358
3. پایه/سوکت IC 14 پین
4. مقاومت های 10K-2
5. مقاومتهای 1K-2
6. 4.7K مقاومت -2
7. 2.2K مقاومت -2
8. 2K مقاومت متغیر (از پیش تعیین شده) -2
9. خازن سرامیکی 0.1uF-1
10. خازن سرامیکی 0.01uF-1
11. هدر نر 5 پین
12. وربورد یا ورق ورق
13. چسب حرارتی تفنگی
14. لحیم کاری تجهیزات

مرحله 1: نظریه: توضیح تولید سیگنال برای SPWM

برای تولید سیگنال های SPWM بدون میکروکنترلر ، ما به دو موج مثلثی با فرکانس های مختلف نیاز داریم (اما ترجیحاً یکی باید چند برابر دیگری باشد). وقتی این دو موج مثلثی با استفاده از IC مقایسه کننده مانند LM358 با یکدیگر مقایسه شوند ، ما سیگنال SPWM مورد نیاز خود را دریافت می کنیم. وقتی سیگنال در ترمینال غیر معکوس OpAmp بیشتر از سیگنال در ترمینال معکوس باشد ، مقایسه کننده سیگنال بالایی را ارائه می دهد. بنابراین وقتی موج مثلثی با فرکانس بالا در پین غیر معکوس تغذیه می شود و موج مثلثی با فرکانس پایین تغذیه می شود در پین معکوس مقایسه کننده ، چندین مورد را دریافت می کنیم که سیگنال در ترمینال غیر معکوس قبل از سیگنال در ترمینال معکوس دامنه را چندین بار تغییر می دهد. این امر شرایطی را فراهم می کند که خروجی OpAmp یک قطار پالس است که چرخه وظیفه آن بر نحوه تعامل دو موج تنظیم می شود.

مرحله 2: نمودار مدار: توضیح و نظریه

این نمودار مدار کل پروژه SPWM است که از دو ژنراتور شکل موج و یک مقایسه کننده تشکیل شده است.

یک موج مثلثی می تواند با استفاده از 2 تقویت کننده عملیاتی ایجاد شود و بنابراین در مجموع 4 OpApms برای دو موج مورد نیاز است. برای این منظور از بسته LM324 quad OpAmp استفاده کرده ام.

بیایید ببینیم که چگونه امواج مثلثی در واقع تولید می شوند.

در ابتدا اولین OpAmp به عنوان یکپارچه کننده عمل می کند که پین معکوس کننده آن با استفاده از شبکه تقسیم ولتاژ 2 مقاومت 10 کیلو اهم به پتانسیل (Vcc/2) یا نصف ولتاژ تغذیه متصل می شود. من از 5 ولت به عنوان منبع تغذیه استفاده می کنم بنابراین پین غیر معکوس پتانسیل 2.5 ولت دارد. اتصال مجازی پین معکوس و غیر معکوس نیز به ما امکان می دهد پتانسیل 2.5 ولت را در پین معکوس فرض کنیم که به آرامی خازن را شارژ می کند. به محض اینکه خازن تا 75 درصد ولتاژ تغذیه شارژ می شود ، خروجی تقویت کننده عملیاتی دیگر که به صورت مقایسه کننده پیکربندی شده است از کم به زیاد تغییر می کند. این به نوبه خود شروع به تخلیه خازن می کند (یا از هم ادغام می شود) و به محض اینکه ولتاژ روی خازن به زیر 25 درصد ولتاژ منبع برسد ، خروجی مقایسه کننده دوباره پایین می آید ، که دوباره شروع به شارژ خازن می کند. این چرخه دوباره شروع می شود و ما یک قطار موج مثلثی داریم. فرکانس موج مثلثی با استفاده از مقاومت و خازن های مورد استفاده تعیین می شود. برای دریافت فرمول محاسبه فرکانس می توانید به تصویر این مرحله مراجعه کنید.

بسیار خوب ، بنابراین بخش تئوری تمام شده است. بیایید ساختمان بسازیم!

مرحله 3: جمع آوری تمام قسمت های مورد نیاز

تصاویر تمام قطعات مورد نیاز برای ساخت ماژول SPWM را نشان می دهد. IC ها را روی پایه IC مربوطه نصب کرده ام تا در صورت نیاز به راحتی تعویض شوند. شما همچنین می توانید یک خازن 0.01uF در خروجی امواج مثلثی و SPWM اضافه کنید تا از هرگونه نوسان سیگنال جلوگیری کرده و الگوی SPWM را ثابت نگه دارید.

تکه ورود مورد نیاز را برش دادم تا اجزاء به درستی جا بیفتد.

مرحله 4: ایجاد مدار آزمایش

اکنون قبل از شروع لحیم کاری قطعات ، لازم است مطمئن شویم که مدار ما مطابق میل خود عمل می کند و بنابراین ضروری است که مدار خود را روی تخته نان آزمایش کرده و در صورت لزوم تغییراتی ایجاد کنیم. تصویر بالا نمونه اولیه مدار من روی تخته نان را نشان می دهد.

مرحله 5: مشاهده سیگنال های خروجی

برای اطمینان از صحیح بودن شکل موج خروجی ، استفاده از اسیلوسکوپ برای تجسم داده ها ضروری است. از آنجایی که من DSO حرفه ای یا هر نوع اسیلوسکوپ ندارم ، خودم این اسیلوسکوپ ارزان DSO138 را از Banggood تهیه کردم. برای تجزیه و تحلیل سیگنال فرکانس پایین تا متوسط خوب کار می کند. برای کاربردهای خارج ، ما امواج مثلثی با فرکانس های 1 کیلوهرتز و 10 کیلوهرتز تولید می کنیم که به راحتی می توان در این محدوده تجسم کرد. البته می توانید اطلاعات بسیار معتبرتری از سیگنال ها در یک اسیلوسکوپ حرفه ای دریافت کنید ، اما برای تجزیه و تحلیل سریع ، این مدل به خوبی کار می کند!

مرحله ششم: مشاهده سیگنال های مثلثی

تصاویر فوق دو موج مثلثی تولید شده از دو مدار تولید سیگنال را نشان می دهد.

مرحله 7: مشاهده سیگنال SPWM

پس از تولید و مشاهده موفقیت آمیز امواج مثلثی ، اکنون نگاهی به شکل موج SPWM داریم که در خروجی مقایسه کننده ایجاد می شود. تنظیم پایه کراوات محدوده بر این اساس ما را قادر می سازد تا سیگنال ها را به درستی تجزیه و تحلیل کنیم.

مرحله 8: لحیم کاری قطعات به پرفرفورد

اکنون که مدار خود را آزمایش و آزمایش کرده ایم ، سرانجام شروع به لحیم کاری قطعات روی تخته ورود می کنیم تا دائمی تر شود. ما پایه IC را به همراه مقاومتها ، خازنها و مقاومتهای متغیر مطابق شماتیک لحیم می کنیم. مهم این است که محل قرارگیری اجزا به گونه ای باشد که مجبور باشیم از حداقل سیم استفاده کنیم و اکثر اتصالات را می توان با آثار لحیم کاری ایجاد کرد.

مرحله 9: اتمام فرآیند لحیم کاری

پس از حدود 1 ساعت لحیم کاری ، من تمام اتصالات را کامل کردم و این ماژول در نهایت به نظر می رسد. کاملاً کوچک و جمع و جور است.

مرحله 10: اضافه کردن چسب داغ برای جلوگیری از شورت

به منظور به حداقل رساندن هرگونه شورت یا تماس تصادفی فلزی در قسمت لحیم ، تصمیم گرفتم از آن با یک لایه چسب حرارتی محافظت کنم. اتصالات را سالم و جدا از تماس تصادفی نگه می دارد. حتی می توان از نوار عایق برای انجام این کار استفاده کرد.

مرحله 11: پین کردن ماژول

تصویر بالا پین ماژول ساخته شده را نشان می دهد. من در مجموع 5 پین هدر نر دارم که دو پین برای منبع تغذیه (Vcc و Gnd) است ، یک پین برای مشاهده موج سریع مثلثی ، پین دیگر مشاهده موج مثلثی کند و در نهایت آخرین پین SPWM است خروجی اگر بخواهیم فرکانس موج را به خوبی تنظیم کنیم ، پین های موج مثلثی مهم هستند.

مرحله 12: تنظیم فرکانس سیگنال ها

پتانسیومترها برای تنظیم دقیق فرکانس هر سیگنال موج مثلثی استفاده می شوند. این به این دلیل است که همه اجزا ایده آل نیستند و بنابراین ارزش نظری و عملی ممکن است متفاوت باشد. این را می توان با تنظیم ایستگاه از پیش تنظیم شده و به ترتیب مشاهده خروجی اسیلوسکوپ جبران کرد.

مرحله 13: فایل شماتیک

من طرح کلی این پروژه را ضمیمه کرده ام. با خیال راحت آن را با توجه به نیاز خود تغییر دهید.

امیدوارم از این آموزش خوشتان آمده باشد.

لطفا نظرات ، پیشنهادات و سوالات خود را در نظرات زیر به اشتراک بگذارید.

تا دفعه بعد:)