Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Схема включения NE555 и простой ШИМ регулятор на чипе 555

В этой инструкции я покажу, как создать простой ШИМ регулятор (широтно-импульсную модуляцию) из чипа 555, таймера и некоторых других компонентов. Всё очень просто, и схема включения NE555 хорошо работает для контроля светодиодов, лампочек, сервомоторов или двигателей постоянного тока.

Мой ШИМ регулятор на 555 может лишь изменять коэффициент заполнения с 10% до 90%.

Шаг 1: Что такое ШИМ

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) сигнала или источника питания включает в себя модуляцию его рабочего цикла, чтобы либо передавать информацию по каналу связи, либо управлять посылаемой мощностью. Самый простой способ генерации сигнала ШИМ требует только пилообразного или треугольного сигнала (легко генерируемого с использованием простого осциллятора) и компаратора.

Когда значение опорного сигнала (зеленый синусоидальной волны на рисунке 2) больше, чем сигнал модуляции (синий), ШИМ сигнал (пурпурный) находится в высоком состоянии, в противном случае она находится в низком состоянии.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Но в моем ШИМ я не буду использовать компаратор.

Шаг 2: Типы ШИМ

Существует три типа ШИМ:

  1. Центр пульсации может быть зафиксирован в середине временного окна, и оба края импульса перемещаются для сжатия или расширения ширины.
  2. Передняя кромка пульсации может удерживаться у передней кромки временного окна, а хвостовая кромка будет модулироваться.
  3. Хвостовая кромка пульсации может быть зафиксирована, а передняя кромка будет модулироваться.

Три типа сигналов ШИМ (синий): модуляция передней кромки (верхняя строка), модуляция задней кромки (средняя строка) и пульсация в середине (обе кромки модулируются, нижняя строка). Зеленые линии — это пилообразные сигналы, используемые для генерации сигналов ШИМ с использованием метода пересечения.

Шаг 3: Как нам поможет ШИМ?

Питание:
Шим может использоваться для уменьшения общего количества энергии, подаваемой на LOAD, без потерь, обычно возникающих при ограничении источника питания резистивным средством.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Это связано с тем, что средняя подаваемая мощность пропорциональна циклу модуляции.

При достаточно высокой скорости модуляции пассивные электронные фильтры могут использоваться для сглаживания последовательности импульсов и восстановления среднего аналогового сигнала.

Высокочастотные системы управления мощностью при помощи ШИМ легко реализуются с использованием полупроводниковых переключателей. Дискретные состояния включения/выключения модуляции используются для управления состоянием переключателя (переключателей), которые соответственно управляют напряжением. Основным преимуществом этой системы является то, что переключатели либо выключены и не имеют ток, либо включены и (в идеале) не имеют потерь напряжения вокруг них. Произведение тока и напряжение в любое заданное время определяет мощноость, рассеиваемую переключателем, таким образом (в идеале), мощность вообще не рассеивается.

На самом деле, полупроводниковые переключатели не являются идеальными, но на них все же возможно построить контроллеры высокой эффективности.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

ШИМ также часто используется для управления подачи электроэнергии на другое устройство, например, при управлении скоростью электродвигателей, регулирования громкости аудиоусилителей класса D или регулировании яркости источников света и многих других приложений силовой электроники. Например, световые диммеры для домашнего использования используют определенный тип управления ШИМ.

Домашние световые диммеры обычно включают в себя электронные схемы, которые подавляют ток в определенных частях каждого цикла напряжения сети переменного тока. Регулировка яркости света, испускаемого источником света, — это просто вопрос настройки напряжения (или фазы) в цикле переменного тока, в котором диммер начинает подавать электрический ток на источник света (например, с помощью электронного переключателя, такого как симистор ). В этом случае рабочий цикл ШИМ определяется частотой сетевого напряжения (50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны). Эти довольно простые типы диммеров могут эффективно использоваться с инертными (или относительно медленно реагирующими) источниками света, такими как лампы накаливания, например, для которых дополнительная модуляция в подаваемой электрической энергии, вызванная диммером, вызывает лишь незначительные дополнительные колебания в испускаемый свет.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Однако некоторые другие источники света, такие как светодиоды, очень быстро включаются и выключаются и, по-видимому, мерцают, если они поставляются с низким напряжением. Воспроизводимые эффекты мерцания от таких источников быстрого реагирования могут быть уменьшены за счет увеличения частоты ШИМ. Если флуктуации света достаточно быстры, зрительная система человека больше не может их фиксировать, и глаз воспринимает среднюю интенсивность времени без мерцания (см. Порог слияния фликкера).

Регулирование напряжения:
ШИМ также используется в эффективных регуляторах напряжения. Путем переключения напряжения на нагрузку с соответствующим рабочим циклом выход будет приближать напряжение на желаемом уровне. Шум переключения обычно фильтруется индуктором и конденсатором.

Один метод измеряет выходное напряжение. Когда он ниже желаемого напряжения, он включает переключатель. Когда выходное напряжение выше желаемого напряжения, оно отключает переключатель.

Регуляторы частоты вращения вентиляторов для компьютеров обычно используют ШИМ, так как она намного эффективнее по сравнению с потенциометром.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

ШИМ иногда используется в синтезе звука, в частности в субтрактивном синтезе, поскольку она дает звуковой эффект, подобный хору или слегка расстроенным осцилляторам, которые играют вместе. (На самом деле PWM эквивалентна разности двух пилообразных волн.) Отношение между высоким и низким уровнем обычно модулируется низкочастотным генератором или LFO.

Популярным стал новый класс аудиоусилителей, основанный на принципе ШИМ. Называемые «усилители класса D», эти усилители создают эквивалент ШИМ аналогового входного сигнала, который подается на громкоговоритель через подходящую фильтрующую сеть для блокировки несущей и восстановления исходного аудиосигнала. Эти усилители характеризуются очень хорошими показателями эффективности (около 90%) и компактными размерами / малым весом для больших выходных мощностей.

Исторически сложилось, что грубая форма ШИМ используется для воспроизведения цифрового звука PCM на динамике ПК, который способен воспроизводить только два уровня звука.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Тщательно определяя длительность импульсов и полагаясь на физические свойства фильтрации динамика (ограниченный частотный отклик, самоиндуктивность и т. д.), можно получить приблизительное воспроизведение образцов моно PCM, хотя и при очень низком качестве, и с очень разными результатами между реализациями.

В более поздние времена был введен метод цифрового кодирования прямого потока Digital Stream, который использует обобщенную форму широтно-импульсной модуляции, называемую модуляцией плотности импульса, при достаточно высокой частоте дискретизации (как правило, порядка МГц) для покрытия всех акустических частот с достаточной точностью. Этот метод используется в формате SACD, а воспроизведение кодированного аудиосигнала по существу аналогично методу, используемому в усилителях класса D.

Динамик: Используя ШИМ, можно модулировать дугу (плазму), и если она находится в диапазоне слуха, ее можно использовать в качестве динамика. Такой динамик используется в звуковой системе Hi-Fi в качестве высокочастотного динамика.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Круто, не так ли?

Шаг 4: Необходимые компоненты

Это простая схема с одним чипом, поэтому вам не понадобится много компонентов

  • NE555, LM555 или 7555 (cmos)
  • Рекомендую использовать два диода 1n4148, но подойдут и диоды серии 1n40xx
  • Потенциометр 100К
  • Зеленый конденсатор 100nf
  • Керамический конденсатор 220pf
  • Печатная плата
  • Полупроводниковый транзистор

Шаг 5: Построение устройства

Просто следуйте диаграмме и поместите все детали на макет. Проверьте дважды расположение каждого компонента перед тем, как включить устройство. Если вы хотите эффективно управлять и контролировать яркость источника света или двигатель, вы можете поставить на его выход только силовой транзистор, но если вы хотите лишь управлять источником света или двигателем, тогда рекомендуется поставить ёмкий конденсатор, например, 2200uf. Если поставить этот конденсатор и включить мотор на нагрузке в 40%, то двигатель будет на 60% эффективнее на той же скорости и крутящем моменте.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Здесь есть два видео, на которых показано, как работает моя ШИМ. На первом вы можете видеть, что вентилятор начинает вращаться на 90% рабочем цикле. На втором вы можете видеть, что светодиоды мигают, а вентилятор работает на 80%.

Файлы

Схема включения NE555 и простой ШИМ регулятор на чипе 555

В этой инструкции я покажу, как создать простой ШИМ регулятор (широтно-импульсную модуляцию) из чипа 555, таймера и некоторых других компонентов. Всё очень просто, и схема включения NE555 хорошо работает для контроля светодиодов, лампочек, сервомоторов или двигателей постоянного тока.

Мой ШИМ регулятор на 555 может лишь изменять коэффициент заполнения с 10% до 90%.

Шаг 1: Что такое ШИМ

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) сигнала или источника питания включает в себя модуляцию его рабочего цикла, чтобы либо передавать информацию по каналу связи, либо управлять посылаемой мощностью. Самый простой способ генерации сигнала ШИМ требует только пилообразного или треугольного сигнала (легко генерируемого с использованием простого осциллятора) и компаратора.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Когда значение опорного сигнала (зеленый синусоидальной волны на рисунке 2) больше, чем сигнал модуляции (синий), ШИМ сигнал (пурпурный) находится в высоком состоянии, в противном случае она находится в низком состоянии. Но в моем ШИМ я не буду использовать компаратор.

Шаг 2: Типы ШИМ

Существует три типа ШИМ:

  1. Центр пульсации может быть зафиксирован в середине временного окна, и оба края импульса перемещаются для сжатия или расширения ширины.
  2. Передняя кромка пульсации может удерживаться у передней кромки временного окна, а хвостовая кромка будет модулироваться.
  3. Хвостовая кромка пульсации может быть зафиксирована, а передняя кромка будет модулироваться.

Три типа сигналов ШИМ (синий): модуляция передней кромки (верхняя строка), модуляция задней кромки (средняя строка) и пульсация в середине (обе кромки модулируются, нижняя строка). Зеленые линии — это пилообразные сигналы, используемые для генерации сигналов ШИМ с использованием метода пересечения.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Шаг 3: Как нам поможет ШИМ?

Питание:
Шим может использоваться для уменьшения общего количества энергии, подаваемой на LOAD, без потерь, обычно возникающих при ограничении источника питания резистивным средством. Это связано с тем, что средняя подаваемая мощность пропорциональна циклу модуляции.

При достаточно высокой скорости модуляции пассивные электронные фильтры могут использоваться для сглаживания последовательности импульсов и восстановления среднего аналогового сигнала.

Высокочастотные системы управления мощностью при помощи ШИМ легко реализуются с использованием полупроводниковых переключателей. Дискретные состояния включения/выключения модуляции используются для управления состоянием переключателя (переключателей), которые соответственно управляют напряжением. Основным преимуществом этой системы является то, что переключатели либо выключены и не имеют ток, либо включены и (в идеале) не имеют потерь напряжения вокруг них. Произведение тока и напряжение в любое заданное время определяет мощноость, рассеиваемую переключателем, таким образом (в идеале), мощность вообще не рассеивается.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

На самом деле, полупроводниковые переключатели не являются идеальными, но на них все же возможно построить контроллеры высокой эффективности.

ШИМ также часто используется для управления подачи электроэнергии на другое устройство, например, при управлении скоростью электродвигателей, регулирования громкости аудиоусилителей класса D или регулировании яркости источников света и многих других приложений силовой электроники. Например, световые диммеры для домашнего использования используют определенный тип управления ШИМ.

Домашние световые диммеры обычно включают в себя электронные схемы, которые подавляют ток в определенных частях каждого цикла напряжения сети переменного тока. Регулировка яркости света, испускаемого источником света, — это просто вопрос настройки напряжения (или фазы) в цикле переменного тока, в котором диммер начинает подавать электрический ток на источник света (например, с помощью электронного переключателя, такого как симистор ). В этом случае рабочий цикл ШИМ определяется частотой сетевого напряжения (50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны).Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Эти довольно простые типы диммеров могут эффективно использоваться с инертными (или относительно медленно реагирующими) источниками света, такими как лампы накаливания, например, для которых дополнительная модуляция в подаваемой электрической энергии, вызванная диммером, вызывает лишь незначительные дополнительные колебания в испускаемый свет.

Однако некоторые другие источники света, такие как светодиоды, очень быстро включаются и выключаются и, по-видимому, мерцают, если они поставляются с низким напряжением. Воспроизводимые эффекты мерцания от таких источников быстрого реагирования могут быть уменьшены за счет увеличения частоты ШИМ. Если флуктуации света достаточно быстры, зрительная система человека больше не может их фиксировать, и глаз воспринимает среднюю интенсивность времени без мерцания (см. Порог слияния фликкера).

Регулирование напряжения:
ШИМ также используется в эффективных регуляторах напряжения. Путем переключения напряжения на нагрузку с соответствующим рабочим циклом выход будет приближать напряжение на желаемом уровне.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Шум переключения обычно фильтруется индуктором и конденсатором.

Один метод измеряет выходное напряжение. Когда он ниже желаемого напряжения, он включает переключатель. Когда выходное напряжение выше желаемого напряжения, оно отключает переключатель.

Регуляторы частоты вращения вентиляторов для компьютеров обычно используют ШИМ, так как она намного эффективнее по сравнению с потенциометром.

ШИМ иногда используется в синтезе звука, в частности в субтрактивном синтезе, поскольку она дает звуковой эффект, подобный хору или слегка расстроенным осцилляторам, которые играют вместе. (На самом деле PWM эквивалентна разности двух пилообразных волн.) Отношение между высоким и низким уровнем обычно модулируется низкочастотным генератором или LFO.

Популярным стал новый класс аудиоусилителей, основанный на принципе ШИМ. Называемые «усилители класса D», эти усилители создают эквивалент ШИМ аналогового входного сигнала, который подается на громкоговоритель через подходящую фильтрующую сеть для блокировки несущей и восстановления исходного аудиосигнала.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Эти усилители характеризуются очень хорошими показателями эффективности (около 90%) и компактными размерами / малым весом для больших выходных мощностей.

Исторически сложилось, что грубая форма ШИМ используется для воспроизведения цифрового звука PCM на динамике ПК, который способен воспроизводить только два уровня звука. Тщательно определяя длительность импульсов и полагаясь на физические свойства фильтрации динамика (ограниченный частотный отклик, самоиндуктивность и т. д.), можно получить приблизительное воспроизведение образцов моно PCM, хотя и при очень низком качестве, и с очень разными результатами между реализациями.

В более поздние времена был введен метод цифрового кодирования прямого потока Digital Stream, который использует обобщенную форму широтно-импульсной модуляции, называемую модуляцией плотности импульса, при достаточно высокой частоте дискретизации (как правило, порядка МГц) для покрытия всех акустических частот с достаточной точностью. Этот метод используется в формате SACD, а воспроизведение кодированного аудиосигнала по существу аналогично методу, используемому в усилителях класса D.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Динамик: Используя ШИМ, можно модулировать дугу (плазму), и если она находится в диапазоне слуха, ее можно использовать в качестве динамика. Такой динамик используется в звуковой системе Hi-Fi в качестве высокочастотного динамика.

Круто, не так ли?

Шаг 4: Необходимые компоненты

Это простая схема с одним чипом, поэтому вам не понадобится много компонентов

  • NE555, LM555 или 7555 (cmos)
  • Рекомендую использовать два диода 1n4148, но подойдут и диоды серии 1n40xx
  • Потенциометр 100К
  • Зеленый конденсатор 100nf
  • Керамический конденсатор 220pf
  • Печатная плата
  • Полупроводниковый транзистор

Шаг 5: Построение устройства

Просто следуйте диаграмме и поместите все детали на макет. Проверьте дважды расположение каждого компонента перед тем, как включить устройство. Если вы хотите эффективно управлять и контролировать яркость источника света или двигатель, вы можете поставить на его выход только силовой транзистор, но если вы хотите лишь управлять источником света или двигателем, тогда рекомендуется поставить ёмкий конденсатор, например, 2200uf.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Если поставить этот конденсатор и включить мотор на нагрузке в 40%, то двигатель будет на 60% эффективнее на той же скорости и крутящем моменте.

Здесь есть два видео, на которых показано, как работает моя ШИМ. На первом вы можете видеть, что вентилятор начинает вращаться на 90% рабочем цикле. На втором вы можете видеть, что светодиоды мигают, а вентилятор работает на 80%.

Файлы

Схема включения NE555 и простой ШИМ регулятор на чипе 555

В этой инструкции я покажу, как создать простой ШИМ регулятор (широтно-импульсную модуляцию) из чипа 555, таймера и некоторых других компонентов. Всё очень просто, и схема включения NE555 хорошо работает для контроля светодиодов, лампочек, сервомоторов или двигателей постоянного тока.

Мой ШИМ регулятор на 555 может лишь изменять коэффициент заполнения с 10% до 90%.

Шаг 1: Что такое ШИМ

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) сигнала или источника питания включает в себя модуляцию его рабочего цикла, чтобы либо передавать информацию по каналу связи, либо управлять посылаемой мощностью.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Самый простой способ генерации сигнала ШИМ требует только пилообразного или треугольного сигнала (легко генерируемого с использованием простого осциллятора) и компаратора.

Когда значение опорного сигнала (зеленый синусоидальной волны на рисунке 2) больше, чем сигнал модуляции (синий), ШИМ сигнал (пурпурный) находится в высоком состоянии, в противном случае она находится в низком состоянии. Но в моем ШИМ я не буду использовать компаратор.

Шаг 2: Типы ШИМ

Существует три типа ШИМ:

  1. Центр пульсации может быть зафиксирован в середине временного окна, и оба края импульса перемещаются для сжатия или расширения ширины.
  2. Передняя кромка пульсации может удерживаться у передней кромки временного окна, а хвостовая кромка будет модулироваться.
  3. Хвостовая кромка пульсации может быть зафиксирована, а передняя кромка будет модулироваться.

Три типа сигналов ШИМ (синий): модуляция передней кромки (верхняя строка), модуляция задней кромки (средняя строка) и пульсация в середине (обе кромки модулируются, нижняя строка).Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Зеленые линии — это пилообразные сигналы, используемые для генерации сигналов ШИМ с использованием метода пересечения.

Шаг 3: Как нам поможет ШИМ?

Питание:
Шим может использоваться для уменьшения общего количества энергии, подаваемой на LOAD, без потерь, обычно возникающих при ограничении источника питания резистивным средством. Это связано с тем, что средняя подаваемая мощность пропорциональна циклу модуляции.

При достаточно высокой скорости модуляции пассивные электронные фильтры могут использоваться для сглаживания последовательности импульсов и восстановления среднего аналогового сигнала.

Высокочастотные системы управления мощностью при помощи ШИМ легко реализуются с использованием полупроводниковых переключателей. Дискретные состояния включения/выключения модуляции используются для управления состоянием переключателя (переключателей), которые соответственно управляют напряжением. Основным преимуществом этой системы является то, что переключатели либо выключены и не имеют ток, либо включены и (в идеале) не имеют потерь напряжения вокруг них.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Произведение тока и напряжение в любое заданное время определяет мощноость, рассеиваемую переключателем, таким образом (в идеале), мощность вообще не рассеивается.

На самом деле, полупроводниковые переключатели не являются идеальными, но на них все же возможно построить контроллеры высокой эффективности.

ШИМ также часто используется для управления подачи электроэнергии на другое устройство, например, при управлении скоростью электродвигателей, регулирования громкости аудиоусилителей класса D или регулировании яркости источников света и многих других приложений силовой электроники. Например, световые диммеры для домашнего использования используют определенный тип управления ШИМ.

Домашние световые диммеры обычно включают в себя электронные схемы, которые подавляют ток в определенных частях каждого цикла напряжения сети переменного тока. Регулировка яркости света, испускаемого источником света, — это просто вопрос настройки напряжения (или фазы) в цикле переменного тока, в котором диммер начинает подавать электрический ток на источник света (например, с помощью электронного переключателя, такого как симистор ).Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 В этом случае рабочий цикл ШИМ определяется частотой сетевого напряжения (50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны). Эти довольно простые типы диммеров могут эффективно использоваться с инертными (или относительно медленно реагирующими) источниками света, такими как лампы накаливания, например, для которых дополнительная модуляция в подаваемой электрической энергии, вызванная диммером, вызывает лишь незначительные дополнительные колебания в испускаемый свет.

Однако некоторые другие источники света, такие как светодиоды, очень быстро включаются и выключаются и, по-видимому, мерцают, если они поставляются с низким напряжением. Воспроизводимые эффекты мерцания от таких источников быстрого реагирования могут быть уменьшены за счет увеличения частоты ШИМ. Если флуктуации света достаточно быстры, зрительная система человека больше не может их фиксировать, и глаз воспринимает среднюю интенсивность времени без мерцания (см. Порог слияния фликкера).

Регулирование напряжения:
ШИМ также используется в эффективных регуляторах напряжения.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Путем переключения напряжения на нагрузку с соответствующим рабочим циклом выход будет приближать напряжение на желаемом уровне. Шум переключения обычно фильтруется индуктором и конденсатором.

Один метод измеряет выходное напряжение. Когда он ниже желаемого напряжения, он включает переключатель. Когда выходное напряжение выше желаемого напряжения, оно отключает переключатель.

Регуляторы частоты вращения вентиляторов для компьютеров обычно используют ШИМ, так как она намного эффективнее по сравнению с потенциометром.

ШИМ иногда используется в синтезе звука, в частности в субтрактивном синтезе, поскольку она дает звуковой эффект, подобный хору или слегка расстроенным осцилляторам, которые играют вместе. (На самом деле PWM эквивалентна разности двух пилообразных волн.) Отношение между высоким и низким уровнем обычно модулируется низкочастотным генератором или LFO.

Популярным стал новый класс аудиоусилителей, основанный на принципе ШИМ. Называемые «усилители класса D», эти усилители создают эквивалент ШИМ аналогового входного сигнала, который подается на громкоговоритель через подходящую фильтрующую сеть для блокировки несущей и восстановления исходного аудиосигнала.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Эти усилители характеризуются очень хорошими показателями эффективности (около 90%) и компактными размерами / малым весом для больших выходных мощностей.

Исторически сложилось, что грубая форма ШИМ используется для воспроизведения цифрового звука PCM на динамике ПК, который способен воспроизводить только два уровня звука. Тщательно определяя длительность импульсов и полагаясь на физические свойства фильтрации динамика (ограниченный частотный отклик, самоиндуктивность и т. д.), можно получить приблизительное воспроизведение образцов моно PCM, хотя и при очень низком качестве, и с очень разными результатами между реализациями.

В более поздние времена был введен метод цифрового кодирования прямого потока Digital Stream, который использует обобщенную форму широтно-импульсной модуляции, называемую модуляцией плотности импульса, при достаточно высокой частоте дискретизации (как правило, порядка МГц) для покрытия всех акустических частот с достаточной точностью. Этот метод используется в формате SACD, а воспроизведение кодированного аудиосигнала по существу аналогично методу, используемому в усилителях класса D.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Динамик: Используя ШИМ, можно модулировать дугу (плазму), и если она находится в диапазоне слуха, ее можно использовать в качестве динамика. Такой динамик используется в звуковой системе Hi-Fi в качестве высокочастотного динамика.

Круто, не так ли?

Шаг 4: Необходимые компоненты

Это простая схема с одним чипом, поэтому вам не понадобится много компонентов

  • NE555, LM555 или 7555 (cmos)
  • Рекомендую использовать два диода 1n4148, но подойдут и диоды серии 1n40xx
  • Потенциометр 100К
  • Зеленый конденсатор 100nf
  • Керамический конденсатор 220pf
  • Печатная плата
  • Полупроводниковый транзистор

Шаг 5: Построение устройства

Просто следуйте диаграмме и поместите все детали на макет. Проверьте дважды расположение каждого компонента перед тем, как включить устройство. Если вы хотите эффективно управлять и контролировать яркость источника света или двигатель, вы можете поставить на его выход только силовой транзистор, но если вы хотите лишь управлять источником света или двигателем, тогда рекомендуется поставить ёмкий конденсатор, например, 2200uf.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Если поставить этот конденсатор и включить мотор на нагрузке в 40%, то двигатель будет на 60% эффективнее на той же скорости и крутящем моменте.

Здесь есть два видео, на которых показано, как работает моя ШИМ. На первом вы можете видеть, что вентилятор начинает вращаться на 90% рабочем цикле. На втором вы можете видеть, что светодиоды мигают, а вентилятор работает на 80%.

Файлы

СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА

   Регулировка оборотов электродвигателей в современной электронной технике достигается не изменением питающего напряжения, как это делалось раньше, а подачей на электромотор импульсов тока, разной длительности. Для этих целей и служат, ставшие в последнее время очень популярными — ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы. Схема универсальная — она же и регулятор оборотов мотора, и яркости ламп, и силы тока в зарядном устройстве.

Схема ШИМ регулятора

   Указанная схема отлично работает, печатная плата прилагается.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

   Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки.

   Можно собрать ШИМ регулятор и по такой электрической схеме, с обычным биполярным транзистором:

   А при необходимости, вместо составного транзистора КТ827 поставить полевой IRFZ44N, с резистором R1 — 47к. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.

Работа ШИМ регулятора

   Таймер на микросхеме NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR. Как только оно достигнет максимума — открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю — система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.

   Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R2->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда вращаем переменный резистор R1, у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1. Меняя отношение сопротивлений заряда/разряда — меняем скважность. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Рекомендации по сборке и настройке

   Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. На 4.7 нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

   Если после сборки схемы греется ключевой управляющий транзистор, то скорее всего он полностью не открывается. То есть на транзисторе большое падение напряжения (он частично открыт) и через него течет ток. В результате рассеивается большая мощность, на нагрев. Желательно схему параллелить по выходу конденсаторами большой емкости, иначе будет петь и плохо регулировать. Чтобы не свистел — подбирайте С1, свист часто идет от него. В общем область применения очень широкая, особенно перспективным будет её использование в качестве регулятора яркости мощных светодиодных ламп, LED лент и прожекторов, но про это в следующий раз. Статья написана при поддержке ear, ur5rnp, stalker68.

   Форум по широтно-импульсным регуляторам

   Форум по обсуждению материала СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА

Что такое шим регулятор оборотов. ШИМ-регулятор. Широтно-импульсная модуляция. Схема. Двухканальный регулятор для мотора

Для регулировки частоты вращения маломощных электродвигателей коллекторного типа обычно применяют резистор, который включают последовательно с двигателем.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Но такой способ включения обеспечивает очень низкий КПД, а самое главное не позволяет осуществлять плавную регулировку оборотов (найти переменный резистор достаточной мощности на несколько десятков Ом совсем не просто). А самый главный недостаток такого способа, это то, что иногда происходит остановка ротора при снижении напряжения питания.

ШИМ-регуляторы
, речь о которых пойдет в этой статье, позволяют осуществлять плавную регулировку оборотов без перечисленных выше недостатков. Помимо этого ШИМ-регуляторы так же можно применять и для регулировки яркости ламп накаливания.

На рис.1 приведена схема одного из таких ШИМ-регуляторов
. Полевой транзистор VT1 является генератором пилообразного напряжения (с частотой повторения 150 Гц), а операционный усилитель на микросхеме DA1 работает как компаратор, формирующий ШИМ-сигнал на базе транзистора VT2. Частота вращения регулируется переменным резистором R5, изменяющим ширину импульсов. Благодаря тому, что их амплитуда равна напряжению питания, электродвигатель не будет «тормозить», а кроме этого можно добиться более медленного вращения, чем в обычном режиме.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Схема ШИМ регуляторов на рис.2 аналогична предыдущей, но задающий генератор здесь выполнен на операционном усилителе (ОУ) DA1. Этот ОУ функционирует в роли генератора импульсов напряжения треугольной формы с частотой повторения 500 Гц. Переменный резистор R7 позволяет осуществлять плавную регулировку вращения.

На рис.3. представлена весьма интересная схема регулятора. Этот ШИМ регулятор
выполнен на интегральном таймере NE555
. Задающий генератор имеет частоту повторения 500 Гц. Длительность импульсов, а, следовательно, и частоту вращения ротора электродвигателя можно регулировать в диапазоне от 2 до 98 % периода повторения. Выход генератора ШИМ регулятора на таймере NE555
подключен к усилителю тока, выполненному на транзисторе VT1 и собственно управляет электродвигателем М1.

Главным недостатком схем рассмотренных выше является отсутствие элементов стабилизации частоты вращения вала при изменении нагрузки. А вот следующая схема, показанная на рис.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 4., поможет решить эту проблему.

Данный ШИМ регулятор как и большинство аналогичных устройств, имеет задающий генератор импульсов напряжения треугольной формы (частота повторения 2 кГц), выполненный на DA1.1.DA1.2, компаратор на DA1.3, электронный ключ на транзисторе VT1, а также регулятор скважности импульсов, а по сути частоты вращения электродвигателя — R6. Особенностью схемы является наличие положительной обратной связи посредством резисторов R12, R11, диода VD1,конденсатора C2, и DA1.4, которая обеспечивает постоянную частоты вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. При подключении ШИМ регулятора
к конкретному электродвигателю при помощи резистора R12 производится регулировка глубины ПОС, при которой не возникает автоколебаний частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на вал двигателя.

Элементная база. В приведенных в статье схемах можно использовать следующие аналоги деталей: транзистор КТ117А можно заменить на КТ117Б-Г или как вариант на 2N2646; КТ817Б — КТ815, КТ805; микросхему К140УД7 на К140УД6, или КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555
на С555, или КР1006ВИ1; микросхему TL074 на TL064, или TL084, LM324.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Если необходимо подключить к ШИМ-регулятору более мощную нагрузку ключевой транзистор КТ817 необходимо заменить более мощным полевым транзистором, как вариант, IRF3905 или подобным. Указанный транзистор способен пропускать токи до 50А.

Сам принцип широтно-импульсного моделирования (ШИМ) известен уже давно, но применяться в различных схемах он стал относительно недавно. Он является ключевым моментом для работы многих устройств, используемых в различных сферах: источники бесперебойного питания различной мощности, частотные преобразователи, системы регулирования напряжения, тока или оборотов, лабораторные преобразователи частоты и т.д. Он прекрасно показал себя в автомобилестроении и на производстве в качестве элемента для управления работой как сервисных, так и мощных электродвигателей. ШИМ-регулятор хорошо зарекомендовал себя при работе в различных цепях.

Давайте рассмотрим несколько практических примеров, показывающих, как можно регулировать скорость вращения электродвигателя с помощью электронных схем, в состав которых входит ШИМ-регулятор.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Предположим, что вам необходимо изменить обороты электродвигателя в системе отопления салона вашего автомобиля. Достаточно полезное усовершенствование, не правда ли? Особенно в межсезонье, когда хочется регулировать температуру в салоне плавно. Двигатель постоянного тока, установленный в этой системе, позволяет изменять обороты, но необходимо повлиять на его ЭДС. С помощью современных электронных элементов эту задачу легко выполнить. Для этого в двигателя включается мощный полевой транзистор. Управляет им, как вы уже догадались, ШИМ- С его помощью можно менять обороты электродвигателя в широких пределах.

Каким образом работает ШИМ-регулятор в цепях В этом случае используется несколько иная схема регулирования, но принцип работы остается тем же. В качестве примера можно рассмотреть работу частотного преобразователя. Такие устройства широко применяются на производстве для регулирования скорости двигателей. Для начала трехфазное напряжение выпрямляется с помощью моста Ларионова и частично сглаживается.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 И только после этого подается на мощную двуполярную сборку или модуль на базе полевых транзисторов. Управляет же им собранный на базе микроконтроллера. Он и формирует контрольные импульсы, их ширину и частоту, необходимую для формирования определенной скорости электродвигателя.

К сожалению, помимо хороших эксплуатационных характеристик, в схемах, где используется ШИМ-регулятор обычно появляются сильные помехи в силовой цепи. Это связано с наличием индуктивности в обмотках электродвигателей и самой линии. Борются с этим самыми разнообразными схемными решениями: устанавливают мощные сетевые фильтры в цепях переменного тока или ставят обратный диод параллельно двигателю в цепях постоянного электропитания.

Такие схемы отличаются достаточно высокой надежностью в работе и являются инновационными в сфере управления электроприводами различной мощности. Они достаточно компактны и хорошо управляемы. Последние модификации таких устройств широко применяются на производстве.

ШИМ или PWM (широтно-импульсная модуляция, по-английски pulse-width modulation) – это способ управления подачей мощности к нагрузке.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Управление заключается в изменении длительности импульса при постоянной частоте следования импульсов. Широтно-импульсная модуляция бывает аналоговой, цифровой, двоичной и троичной.

Применение широтно-импульсной модуляции позволяет повысить КПД электрических преобразователей, особенно это касается импульсных преобразователей, составляющих сегодня основу вторичных источников питания различных электронных аппаратов. Обратноходовые и прямоходовые однотактные, двухтактные и полумостовые, а также мостовые импульсные преобразователи управляются сегодня с участием ШИМ, касается это и резонансных преобразователей.

Широтно-импульсная модуляция позволяет регулировать яркость подсветки жидкокристаллических дисплеев сотовых телефонов, смартфонов, ноутбуков. ШИМ реализована в , в автомобильных инверторах, в зарядных устройствах и т. д. Любое зарядное устройство сегодня использует при своей работе ШИМ.

В качестве коммутационных элементов, в современных высокочастотных преобразователях, применяются биполярные и полевые транзисторы, работающие в ключевом режиме.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Это значит, что часть периода транзистор полностью открыт, а часть периода — полностью закрыт.

И так как в переходных состояниях, длящихся лишь десятки наносекунд, выделяемая на ключе мощность мала, по сравнению с коммутируемой мощностью, то средняя мощность, выделяемая в виде тепла на ключе, в итоге оказывается незначительной. При этом в замкнутом состоянии сопротивление транзистора как ключа очень невелико, и падение на нем напряжения приближается к нулю.

В разомкнутом же состоянии проводимость транзистора близка к нулю, и ток через него практически не течет. Это позволяет создавать компактные преобразователи с высокой эффективностью, то есть с небольшими тепловыми потерями. А резонансные преобразователи с переключением в нуле тока ZCS (zero-current-switching) позволяют свести эти потери к минимуму.

В ШИМ-генераторах аналогового типа, управляющий сигнал формируется аналоговым компаратором, когда на инвертирующий вход компаратора, например, подается треугольный или пилообразный сигнал, а на неинвертирующий — модулирующий непрерывный сигнал.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Выходные импульсы получаются , частота их следования равна частоте пилы (или сигнала треугольной формы), а длительность положительной части импульса связана с временем, в течение которого уровень модулирующего постоянного сигнала, подаваемого на неинвертирующий вход компаратора, оказывается выше уровня сигнала пилы, который подается на инвертирующий вход. Когда напряжение пилы выше модулирующего сигнала — на выходе будет отрицательная часть импульса.

Если же пила подается на неинвертирующий вход компаратора, а модулирующий сигнал — на инвертирующий, то выходные импульсы прямоугольной формы будут иметь положительное значение тогда, когда напряжение пилы выше значения модулирующего сигнала, поданного на инвертирующий вход, а отрицательное — когда напряжение пилы ниже сигнала модулирующего. Пример аналогового формирования ШИМ — микросхема TL494, широко применяющаяся сегодня при построении импульсных блоков питания.

Цифровая ШИМ используются в двоичной цифровой технике.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Выходные импульсы также принимают только одно из двух значений (включено или выключено), и средний уровень на выходе приближается к желаемому. Здесь пилообразный сигнал получается благодаря использованию N-битного счетчика.

Цифровые устройства с ШИМ работают также на постоянной частоте, обязательно превосходящей время реакции управляемого устройства, этот подход называется передискретизацией. Между фронтами тактовых импульсов, выход цифрового ШИМ остается стабильным, или на высоком, или на низком уровне, в зависимости от текущего состояния выхода цифрового компаратора, который сравнивает уровни сигналов на счетчике и приближаемый цифровой.

Выход тактуется как последовательность импульсов с состояниями 1 и 0, каждый такт состояние может сменяться или не сменяться на противоположное. Частота импульсов пропорциональна уровню приближаемого сигнала, а единицы, следующие друг за другом могут сформировать один более широкий, более продолжительный импульс.

Получаемые импульсы переменной ширины будут кратны периоду тактования, а частота будет равна 1/2NT, где T – период тактования, N – количество тактов.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Здесь достижима более низкая частота по отношению к частоте тактования. Описанная схема цифровой генерации — это однобитная или двухуровневая ШИМ, импульсно-кодированная модуляция ИКМ.

Эта двухуровневая импульсно-кодированная модуляция представляет собой по сути серию импульсов с частотой 1/T, и шириной Т или 0. Для усреднения за больший промежуток времени применяется передискретизация. Высокого качества ШИМ позволяет достичь однобитная импульсно-плотностная модуляция (pulse-density-modulation), называемая также импульсно-частотной модуляцией.

При цифровой широтно-импульсной модуляции прямоугольные подимпульсы, которыми оказывается заполнен период, могут приходиться на любое место в периоде, и тогда на среднем за период значении сигнала сказывается только их количество. Так, если разделить период на 8 частей, то комбинации импульсов 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 и т. д. дадут одинаковое среднее значение за период, тем не менее, отдельно стоящие единицы утяжеляют режим работы ключевого транзистора.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Корифеи электроники, повествуя о ШИМ, приводят такую аналогию с механикой. Если при помощи двигателя вращать тяжелый маховик, то поскольку двигатель может быть либо включен, либо выключен, то и маховик будет либо раскручиваться и продолжать вращаться, либо станет останавливаться из-за трения, когда двигатель выключен.

Но если двигатель включать на несколько секунд в минуту, то вращение маховика будет поддерживаться, благодаря инерции, на некоторой скорости. И чем дольше продолжительность включения двигателя, тем до более высокой скорости раскрутится маховик. Так и с ШИМ, на выход приходит сигнал включений и выключений (0 и 1), и в результате достигается среднее значение. Проинтегрировав напряжение импульсов по времени, получим площадь под импульсами, и эффект на рабочем органе будет тождественен работе при среднем значении напряжения.

Так работают преобразователи, где переключения происходят тысячи раз в секунду, и частоты достигают единиц мегагерц. Широко распространены специальные ШИМ-контроллеры, служащие для управления балластами энергосберегающих ламп, блоками питания, и т.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 д.

Отношение полной длительности периода импульса ко времени включения (положительной части импульса) называется скважностью импульса. Так, если время включения составляет 10 мкс, а период длится 100 мкс, то при частоте в 10 кГц, скважность будет равна 10, и пишут, что S = 10. Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения импульса, по-английски Duty cycle, или сокращенно DC.

Так, для приведенного примера DC = 0.1, поскольку 10/100 = 0.1. При широтно-импульсной модуляции, регулируя скважность импульса, то есть варьируя DC, добиваются требуемого среднего значения на выходе электронного или другого электротехнического устройства, например двигателя.

При работе с множеством различных технологий часто стоит вопрос: как управлять мощностью, которая доступна? Что делать, если её необходимо понизить или повысить? Ответом на эти вопросы служит ШИМ-регулятор. Что он собой представляет? Где применяется? И как самому собрать такой прибор?

Что такое широтно-импульсная модуляция?

Без выяснения значения этого термина продолжать не имеет смысла.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Итак, широтно-импульсная модуляция — это процесс управления мощностью, которая подводится к нагрузке, осуществляемая путём видоизменения скважности импульсов, которая делается при постоянной частоте. Существует несколько типов широтно-импульсной модуляции:

1. Аналоговый.

2. Цифровой.

3. Двоичный (двухуровневый).

4. Троичный (трехуровневый).

Что такое ШИМ-регулятор?

Теперь, когда мы знаем, что такое широтно-импульсная модуляция, можно поговорить и о главной теме статьи. Используется ШИМ-регулятор для того, чтобы регулировать напряжение питания и для недопущения мощных инерционных нагрузок в авто- и мототехнике. Это может звучать слишком сложно и лучше всего пояснить на примере. Допустим, необходимо сделать, чтобы лампы освещения салона меняли свою яркость не сразу, а постепенно. Это же относится к габаритным огням, автомобильным фарам или вентиляторам. Воплотить такое желание можно путём установки транзисторного регулятора напряжения (параметрический или компенсационный).Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Но при большом токе на нём будет выделяться чрезвычайно большая мощность и потребуется установка дополнительных больших радиаторов или дополнение в виде системы принудительного охлаждения с использованием маленького вентилятора, снятого с компьютерного устройства. Как видите, данный путь влечёт за собой много последствий, которые необходимо будет преодолеть.

Настоящим спасением из данной ситуации стал ШИМ-регулятор, который работает на мощных полевых силовых транзисторах. Они могут коммутировать большие токи (которые достигают 160 Ампер) при напряжении всего в 12-15В на затворе. Следует отметить, что сопротивление у открытого транзистора довольное мало, и благодаря этому можно заметно снизить уровень рассеиваемой мощности. Чтобы создать свой собственный ШИМ-регулятор, понадобится схема управления, которая сможет обеспечить разность напряжения между истоком и затвором в границах 12-15В. Если этого не получится достичь, то сопротивление канала будет сильно увеличиваться и значительно возрастёт рассеиваемая мощность.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 А это, в свою очередь, может привести к тому, что транзистор перегреется и выйдет из строя.

Выпускается целый ряд микросхем для ШИМ-регуляторов, которые смогут выдержать повышение входного напряжения до уровня 25-30В, при том, что питание будет всего 7-14В. Это позволит включать выходной транзистор в схеме вместе с общим стоком. Это, в свою очередь, необходимо для подключения нагрузки с общим минусом. В качестве примеров можно привести такие образцы: L9610, L9611, U6080B … U6084B. Большинство нагрузок не потребляет ток больше 10 ампер, поэтому они не могут вызвать просадку напряжения. И как результат — использовать можно и простые схемы без доработки в виде дополнительного узла, который будет повышать напряжение. И именно такие образцы ШИМ-регуляторов и будут рассмотрены в статье. Они могут быть построены на основе несимметрического или ждущего мультивибратора. Стоит поговорить про ШИМ-регулятор оборотов двигателя. Об этом далее.

Схема №1

Эта схема ШИМ-регулятора собиралась на инверторах КМОП-микросхемы.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Она является генератором прямоугольных импульсов, который действует на 2-х логических элементах. Благодаря диодам здесь отдельно изменяется постоянная времени разряда и заряда частотозадающего конденсатора. Это позволяет менять скважность, которую имеют выходные импульсы, и как результат — значение эффективного напряжения, которое есть на нагрузке. В данной схеме возможно использование любых инвертирующих КМОП-элементов, а также ИЛИ-НЕ и И. В качестве примеров подойдут К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можно использовать и другие виды, но перед этим придётся хорошо подумать о том, как правильно сгруппировать их входы, чтобы они могли выполнять возложенный функционал. Преимущества схемы — доступность и простота элементов. Недостатки — сложность (практически невозможность) доработки и несовершенство относительно изменения диапазона выходного напряжения.

Схема №2

Обладает лучшими характеристиками, нежели первый образец, но сложнее в выполнении. Может регулировать эффективное напряжение на нагрузке в диапазоне 0-12В, до которого изменяется с начального значения 8-12В.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Максимальный ток зависит от типа полевого транзистора и может достигать значительных значений. Учитывая, что выходное напряжение является пропорциональным входному управляющему, данную схему можно использовать как часть системы регулирования (для поддержки уровня температуры).

Причины распространения

Чем привлекает автолюбителей ШИМ-регулятор? Следует отметить стремление к увеличению КПД, когда проводится построение вторичных для электронной аппаратуры. Благодаря данному свойству можно данную технологию найти также при изготовлении компьютерных мониторов, дисплеев в телефонах, ноутбуках, планшетах и подобной техники, а не только в автомобилях. Также следует отметить значительную дешевизну, которой отличается данная технология при своём использовании. Также, если решите не покупать, а собирать ШИМ-регулятор собственноручно, то можно сэкономить деньги при усовершенствовании своего собственного автомобиля.

Заключение

Что ж, вы теперь знаете, что собой представляет ШИМ-регулятор мощности, как он работает, и даже можете сами собрать подобные устройства.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Поэтому, если есть желание поэкспериментировать с возможностями своего автомобиля, можно сказать по этому поводу только одно — делайте. Причем можете не просто воспользоваться представленными здесь схемами, но и существенно доработать их при наличии соответствующих знаний и опыта. Но даже если всё не получится с первого раза, то вы сможете получить очень ценную вещь — опыт. Кто знает, где он может в следующий раз пригодиться и насколько важным будет его наличие.

Классическая схема широтно-импульсного модуля управления 12-ти вольтовой нагрузкой, схема собрана на основе таймера 555 и полевого транзистора.

Для небольшого настольного станка с 12 В питанием, что купил недавно на Али, понадобился модуль регулятора скорости вращения двигателя. В общем решил сделать свою собственную схему, так как снова заказывать этот блок не хотелось, до и дорого будет готовый брать.

Схема ШИМ контроллера 12В

Поразмыслив пришёл к выводу, что нужна схема для регулятора скорости мотора постоянного тока в виде ШИМ-контроллера.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Он может сделать гораздо больше, чем просто изменять скорость двигателя. Данная схема имеет выход 12 вольт с различной скважностью и её можно использовать в качестве многих других целей:

  • Регулятор скорости мотора;
  • Светодиодный диммер подсветки;
  • Регулятор тепла для нагреваемого провода;
  • Регулятор напряжения для электролитического травления и т. д.

Все запчасти могут куплены за копейки, или выпаяны со старых плат с деталями. Далее список радиодеталей для сборки схемы:

Детали для регулятора

  • 1 х 0,01 мкФ керамический конденсатор
  • 1 х 0.1 мкФ керамический конденсатор
  • 2 х 1N4001 выпрямительные диоды
  • 1 х 1N4004 выпрямительный диод
  • 1 х IRF530 100 В 14 А полевой транзистор
  • 1 х 100 Ом резистор
  • 1 х 1 кОм резистор
  • 1 х NE555 таймер
  • 1 x 8-контактный разъем под м/с
  • 1 х 100 кОм потенциометр
  • 1 х 70 х 100 односторонняя ПП

На этой картинке показана печатная монтажная плата для сборки ШИМ регулятора, но вы можете разработать свой вариант.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 При пайке обратите внимание на расположение таймера 555. Все остальные детали вполне понятны куда чего.

Есть 3 перемычки на плате: от GND к С1, с контакта 7 555 на D1 и GND к IRF530.

Также на плате есть сквозное отверстие под транзистор IRF530 — это на теплоотвод.

При подключении мотора, нужно проверить направление вращения двигателя, прежде чем переходить к окончательной сборке, хотя электромотор будет исправно работать в любом направлении. Ну вот и вся конструкция, проверенная и 100% рабочая — успехов вам в её самостоятельной сборке!

Что такое ШИМ — принцип работы широтно-импульсной модуляции

Микропроцессоры работают исключительно с цифровыми сигналами: с логическим нулем (0В) или с логической единицей (5В или 3.3В). По этой причине на выходе микропроцессор не может сформировать промежуточное напряжение. Применение для решения таких задач внешних ЦАП нецелесообразно из-за сложности. Специально для этого разработана широтно-импульсная модуляция — определенный процесс управления мощностью, идущей к нагрузке, методом изменения скважности импульсов постоянной частотности.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Что такое шим (широтно-импульсная модуляция)?

Это современный метод управления уровнем мощности подаваемой к нагрузке, заключающийся в изменении продолжительности импульса при постоянной частоте их следования. Это технология модуляции сигнала за счет вариативного изменения ширины импульсов, а не выходного напряжения.  ШИМ преобразователь может быть аналоговый, цифровой и пр.

Широтно-импульсная модуляция — важнейшие параметры:

  1. Т  -период тактирования — промежутки времени, через которые подаются импульсы.
  2. Длительность импульса — время пока подается сигнал.
  3. Скважность — рассчитанное по формуле соотношение длины импульса к импульсному Т периоду тактирования.
  4. D коэффициент заполнения — показатель обратный скважности.

Область применения

Применение ШИМ позволяет увеличить и намного коэффициент полезного действия электрических преобразователей. Тем более это относится к импульсным преобразователям, которые сегодня преимущественно применяются во вторичных источниках питания разных электронных аппаратов.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Импульсные преобразователи обратноходовые, прямоходовые 1-тактные, 2-тактные, полумостовые, резонансные управляются с участием ШИМ.

Принцип ШИМ сегодня стал основным для электронных устройств, которым требуется поддержание на заданном уровне выходных параметров и их регулировка. Метод применяется для изменения скорости вращения двигателей, яркости света, управления силовым транзистором БП импульсного типа.

Используется ЩИМ модуляция и в системах управления яркостью светодиодов. Светодиод, благодаря низкой инерционности, успевает мигнуть на частоте всего в несколько десятков кГц. Для человеческого глаза работа светодиода в импульсном режиме воспринимается как свечение. Яркость светодиода зависит от продолжительности импульса в течение одного периода. При коэффициенте заполнения в 50%, то есть, если время свечения равно времени паузы, яркость светодиода составляет одну вторую номинальной величины. Когда появились светодиодные лампы 220В, нашлась проблема повышения их надёжности при нестабильном входном напряжении.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Задача была решена разработкой драйвера питания, функционирующего по принципу ШИМ.

Распространение устройств, функционирующих по принципу ШИМ, позволило уйти от линейных трансформаторных БП. В результате чего повысилось КПД и уменьшились масса и габариты источников питания. Поэтому сегодня ШИМ-контроллер является сегодня неотъемлемой частью импульсного БП. Он управляет силовым транзистором и напряжение на выходе блока питания всегда остаётся стабильным. Кроме этого, ШИМ-контроллер:

  • обеспечивает плавный пуск преобразователя;
  • ограничивает скважность и амплитуду управляющих импульсов;
  • контролирует входное напряжение;
  • защищает от КЗ силового ключа;
  • в аварийной ситуации переводит устройство в деж. режим.

Сегодня широтно-импульсная модуляция применяется повсеместно и позволяет управлять яркостью подсветки ЖК дисплеев мобильных телефонов, смартфонов, ноутбуков. Реализована микросхема ШИМ в сварочных аппаратах, в автоинверторах, в зарядных устройствах и пр.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 В любом зарядном устройстве используется сегодня ШИМ.

ШИМ контроллер: принцип работы

ШИМ сигналом управляет ШИМ контроллер. Он управляет силовым ключом благодаря изменениям управляющих импульсов. В ключевом режиме транзистор может быть полностью открытым или полностью открытым. В закрытом состоянии через p-n-переход идет ток не больше нескольких мкА, то есть мощность рассеивания близка к нулю. В открытом состоянии идет большой ток, но так как сопротивление p-n-перехода мало, происходят небольшие теплопотери. Больше тепла выделяется в при переходе из одного состояния в другое. Однако благодаря быстроте переходного процесса в сравнении с частотой модуляции, мощность этих потерь незначительна.

Все это позволило разработать высокоэффективный компактный широтно импульсный преобразователь, то есть с малыми теплопотерями. Резонансные преобразователи с переключением в 0 тока ZCS позволяют свести теплопотери к минимуму.

Аналоговая ШИМ

В аналоговых ШИМ-генераторах управляющий сигнал формируется при помощи аналогового компаратора, когда на его инвертирующий вход подается пилообразный или треугольный сигнал, а на неинвертирующий — непрерывный модулирующий.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Выходные импульсы идут прямоугольной формы. Частота их следования соответствует частоте пилы, а длительность плюсовой части импульса зависит от времени, когда уровень постоянного модулирующего сигнала, идущего на неинвертирующий вход компаратора, выше уровня пилообразного сигнала, подающегося на инвертирующий вход. В период когда напряжение пилообразного сигнала будет превышать модулирующий сигнал — на выходе будет фиксироваться отрицательная часть импульса.

Во время когда пилообразный сигнал подается на неинвертирующий вход, а модулирующий — на инвертирующий, выходные прямоугольные импульсы будут положительными, когда напряжение пилы будет выше уровня модулирующего сигнала на инвертирующем входе, а отрицательное — когда напряжение пилы станет ниже сигнала модулирующего.

Цифровая ШИМ

Работая с цифровой информацией, микроконтроллер может формировать на выходах или 100% высокий или 0% низкий уровень напряжения. Но для эффективного управления нагрузкой такое напряжение на выходе нужно изменять.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Например, когда осуществляется регулировка скорости вращения вала мотора или при изменении яркости светодиода.

Вопрос решают ШИМ контроллеры. То есть, 2-хуровневая импульсно-кодированная модуляция — это серия импульсов, характеризующаяся  частотой 1/T и либо шириной Т, либо шириной 0. Для их усреднения применяется передискретизация. При цифровой ШИМ прямоугольные подимпульсы, которыми и заполнен период, могут занимать любое место в периоде. Тогда на среднем значении сигнала за период сказывается лишь их количество. Так как процесс осуществляется на частоте в сотни кГц, можно добиться плавной регулировки. ШИМ контроллеры решают эту задачу.

Можно провести следующую аналогию с механикой. Когда маховик вращается при помощи двигателя, при включенном двигателе маховик будет раскручиваться или продолжать вращение, если двигатель выключен, маховик будет тормозить из-за сил трения. Однако, если движок включать/выключать на несколько секунд, вращение маховика будет держаться на определенной скорости благодаря инерции.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Чем дольше период включения двигателя, тем быстрее раскрутится маховик. Аналогично работает и ШИМ модулятор. Так работают ШИМ контроллеры, в которых переключения происходят в секунду тысячи раз, и частоты могут достигнуть единиц мегагерц.

Использование ШИМ-контроллеров обусловлено их следующими преимуществами:

  • стабильностью работы;
  • высокой эффективностью преобразования сигнала;
  • экономией энергии;
  • низкой стоимостью.

Получить на выводах микроконтроллера (МК) ШИМ сигнал можно:

  • аппаратным способом;
  • программным способом.

В каждом МК есть встроенный таймер, генерирующий ШИМ импульсы на определённых выводах. Это аппаратный способ. Получение ШИМ сигнала при помощи команд программирования более эффективно за счет разрешающей способности и дает возможность задействовать больше выводов. Но программный способ вызывает высокую загрузку МК, занимая много памяти.

Принцип шим-регулятора

Работа ШИМ регулятора сложностью не отличается.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 ШИМ-регулятор — устройство, выполняющее такую же функцию, что и традиционный линейный регулятор мощности (то есть, меняет напряжение или ток за счёт силового транзистора, рассеивающего значительную мощность на себе). Но ШИМ-регулятор отличается намного большим КПД. Достигается это благодаря тому, что управляющий силовой транзистор функционирует в ключевом режиме (либо включен, тогда пропускает большой ток, но мало падение напряжения, либо выключен — ток не проходит). В результате на таких силовых транзисторах мощность практически не рассеивается и энергия впустую не тратится.

После силового транзистора напряжение выходит как прямоугольные импульсы с изменяющейся скважностью в зависимости от необходимой мощности. Но сигнал нужно демодулировать (то есть, выделить среднее напряжение). Этот процесс происходит или в самой нагрузке (когда она индуктивного характера) или если между нагрузкой и силовым каскадом располагают фильтр нижних частот.

Пример использования шим регулятора

Самый простой пример использования регулятора напряжения ШИМ — ШИМ микросхема NE555, с которой знаком каждый радио-любитель.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Благодаря ее универсальности можно конструировать самые разнообразные детали: от простейшего одновибратора импульсов с 2 в обвязке до модулятора, состоящего из большого числа компонентов. ШИМ регулятор напряжения имеет широкую область применения — это схемы регулировки яркости светодиодов и лент, а также регулировка скорости вращения движков.

В чем отличие между шим и шир?

На Западе понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и ШИМ практически не различаются. Однако у нас между ними все же существует различие. Во многих микросхемах реализован принцип ШИР, однако при этом они все равно называются ШИМ контроллеры. Таким образом различий в названии этих двух способов практически нет.

Единственное отличие между ШИР и ШИМ — при ШИР время импульса и паузы постоянны. А при ШИМ их длительности изменяются, что позволяет сформировать выходной ШИМ сигнал заданной формы.

Шим регулятор напряжения и тока своими руками

Эта самодельная схема может быть использована в качестве регулятора скорости для двигателя постоянного тока 12 В с номинальным током до 5 А или как диммер для 12 В галогенных и светодиодных ламп мощностью до 50 Вт.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Управление идёт с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при частоте следования импульсов около 200 Гц. Естественно частоту можно при необходимости изменить, подобрав по максимальной стабильности и КПД.

Большинство подобных конструкций собирается по гораздо . Здесь же представляем более усовершенствованный вариант, который использует таймер 7555, драйвер на биполярных транзисторах и мощный полевой MOSFET. Такая схематика обеспечивает улучшенное регулирование скорости и работает в широком диапазоне нагрузки. Это действительно очень эффективная схема и стоимость её деталей при покупке для самостоятельной сборки довольно низкая.

В схеме используется Таймер 7555 для создания переменной ширины импульсов около 200 Гц. Он управляет транзистором Q3 (через транзисторы Q1 — Q2), который контролирует скорость электро двигателя или ламп освещения.

Есть много применений для этой схемы, которые будут питаться от 12 В: электродвигатели, вентиляторы или лампы.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Использовать её можно в автомобилях, лодках и электротранспортных средствах, в моделях железных дорог и так далее.

Светодиодные лампы на 12 В, например LED ленты, тоже можно смело сюда подключать. Все знают, что светодиодные лампы гораздо более эффективны, чем галогенные или накаливания, они прослужит намного дольше. А если надо — питайте ШИМ-контроллер от 24 и более вольт, так как сама микросхема с буферным каскадом имеют стабилизатор питания.

Для регулировки частоты вращения маломощных электродвигателей коллекторного типа обычно применяют резистор, который включают последовательно с двигателем. Но такой способ включения обеспечивает очень низкий КПД, а самое главное не позволяет осуществлять плавную регулировку оборотов (найти переменный резистор достаточной мощности на несколько десятков Ом совсем не просто). А самый главный недостаток такого способа, это то, что иногда происходит остановка ротора при снижении напряжения питания.

ШИМ-регуляторы
, речь о которых пойдет в этой статье, позволяют осуществлять плавную регулировку оборотов без перечисленных выше недостатков.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Помимо этого ШИМ-регуляторы так же можно применять и для регулировки яркости ламп накаливания.

На рис.1 приведена схема одного из таких ШИМ-регуляторов
. Полевой транзистор VT1 является генератором пилообразного напряжения (с частотой повторения 150 Гц), а операционный усилитель на микросхеме DA1 работает как компаратор, формирующий ШИМ-сигнал на базе транзистора VT2. Частота вращения регулируется переменным резистором R5, изменяющим ширину импульсов. Благодаря тому, что их амплитуда равна напряжению питания, электродвигатель не будет «тормозить», а кроме этого можно добиться более медленного вращения, чем в обычном режиме.

Схема ШИМ регуляторов на рис.2 аналогична предыдущей, но задающий генератор здесь выполнен на операционном усилителе (ОУ) DA1. Этот ОУ функционирует в роли генератора импульсов напряжения треугольной формы с частотой повторения 500 Гц. Переменный резистор R7 позволяет осуществлять плавную регулировку вращения.

На рис.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 3. представлена весьма интересная схема регулятора. Этот ШИМ регулятор
выполнен на интегральном таймере NE555
. Задающий генератор имеет частоту повторения 500 Гц. Длительность импульсов, а, следовательно, и частоту вращения ротора электродвигателя можно регулировать в диапазоне от 2 до 98 % периода повторения. Выход генератора ШИМ регулятора на таймере NE555
подключен к усилителю тока, выполненному на транзисторе VT1 и собственно управляет электродвигателем М1.

Главным недостатком схем рассмотренных выше является отсутствие элементов стабилизации частоты вращения вала при изменении нагрузки. А вот следующая схема, показанная на рис.4., поможет решить эту проблему.

Данный ШИМ регулятор как и большинство аналогичных устройств, имеет задающий генератор импульсов напряжения треугольной формы (частота повторения 2 кГц), выполненный на DA1.1.DA1.2, компаратор на DA1.3, электронный ключ на транзисторе VT1, а также регулятор скважности импульсов, а по сути частоты вращения электродвигателя — R6.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Особенностью схемы является наличие положительной обратной связи посредством резисторов R12, R11, диода VD1,конденсатора C2, и DA1.4, которая обеспечивает постоянную частоты вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. При подключении ШИМ регулятора
к конкретному электродвигателю при помощи резистора R12 производится регулировка глубины ПОС, при которой не возникает автоколебаний частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на вал двигателя.

Элементная база. В приведенных в статье схемах можно использовать следующие аналоги деталей: транзистор КТ117А можно заменить на КТ117Б-Г или как вариант на 2N2646; КТ817Б — КТ815, КТ805; микросхему К140УД7 на К140УД6, или КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555
на С555, или КР1006ВИ1; микросхему TL074 на TL064, или TL084, LM324. Если необходимо подключить к ШИМ-регулятору более мощную нагрузку ключевой транзистор КТ817 необходимо заменить более мощным полевым транзистором, как вариант, IRF3905 или подобным.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Указанный транзистор способен пропускать токи до 50А.

Схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока работает на принципах широтно-импульсной модуляции и применяется для изменения оборотов двигателя постоянного тока на 12 вольт. Регулирование частоты вращения вала двигателя при помощи широтно-импульсной модуляции дает больший КПД, чем при применение простого изменения постоянного напряжения подаваемого на двигатель, хотя эти схемы мы тоже рассмотрим

Двигатель подключен в цепь к полевому транзистору который управляется широтно-импульсной модуляцией осуществляемой на микросхеме таймере NE555, поэтому и схема получилась такой простой.

ШИМ регулятор реализован с помощью обычного генератора импульсов на нестабильном мультивибраторе, генерирующий импульсы с частотой следования 50 Гц и построенного на популярном таймере NE555. Сигналы поступающие с мультивибратора создают поле смещения на затворе полевого транзистора. Длительность положительного импульса настраивается при помощи переменного сопротивления R2.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Чем выше длительность положительного импульса поступающего на затвор полевого транзистора, тем большая мощность
подается на электродвигатель постоянного тока. И на оборот чем меньше длительность импульса, тем слабее вращается электродвигатель. Эта схема прекрасно работает от аккумуляторной батареи на 12 вольт.

Скорость 6 вольтового моторчика можно регулируется в пределах 5-95%

Регулировка оборотов в этой схеме достигается подачей на электромотор импульсов напряжения, различной длительности. Для этих целей используются ШИМ (широтно-импульсные модуляторы). В данном случае широтно-импульсное регулирование обеспечивается микроконтроллер PIC. Для управления скоростью вращения двигателя используются две кнопки SB1 и SB2, «Больше» и «Меньше». Изменять скорость вращенияможно только при нажатом тумблере «Пуск». Длительность импульса при этом изменяется, в процентном отношении к периоду, от 30 — 100%.

В качестве стабилизатора напряжения микроконтроллера PIC16F628A, используется трехвыводной стабилизатор КР1158ЕН5В, имеющий низкое падение напряжение «вход-выход», всего около 0,6В.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Максимальное входное напряжение — 30В. Все это позволяет применять двигатели с напряжением от 6В до 27В. В роли силового ключа используется составной транзистор КТ829А который желательно установить на радиатор.

Устройство собрано на печатной плате размерами 61 х 52мм. Скачать рисунок печатной платы и файл прошивки можно по ссылке выше. (Смотри в архиве папку 027-el
)

555 Схема генератора ШИМ с таймером

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — важная особенность каждого современного микроконтроллера, поскольку от него требуется управлять множеством устройств практически во всех областях электроники. ШИМ широко используется для управления двигателем, освещением и т. Д. Иногда мы не используем микроконтроллер в наших приложениях, и если нам нужно генерировать ШИМ без микроконтроллера, мы предпочитаем некоторые ИС общего назначения, такие как операционные усилители, таймеры, генераторы импульсов и т. Д. используют микросхему таймера 555 для генерации ШИМ.Микросхема таймера 555 — очень полезная и универсальная микросхема, которую можно использовать во многих приложениях.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Необходимые компоненты:

  1. 555 таймер IC -1
  2. 10К горшок -1
  3. Резистор 100 Ом -1
  4. Конденсатор 0,1 мкФ -1
  5. 1 кОм резистор -1 (опционально)
  6. Хлебная доска -1
  7. Батарея 9В -1
  8. светодиод -1
  9. Мультиметр

  10. или CRO -1
  11. Перемычка —
  12. Разъем аккумулятора -1

Что такое сигнал ШИМ?

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это цифровой сигнал, который чаще всего используется в схемах управления.Этот сигнал устанавливается на высокий (5 В) и низкий (0 В) в заранее определенные время и скорость. Время, в течение которого сигнал остается на высоком уровне, называется «временем включения», а время, в течение которого сигнал остается низким, называется «временем выключения». Ниже описаны два важных параметра ШИМ:

.

Рабочий цикл ШИМ:

Процент времени, в течение которого сигнал ШИМ остается ВЫСОКИМ (по времени), называется рабочим циклом.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Если сигнал всегда включен, это 100% -ный рабочий цикл, а если он всегда выключен, это 0% -ный рабочий цикл.

Рабочий цикл = время включения / (время включения + время выключения)

Частота ШИМ:

Частота сигнала ШИМ определяет, насколько быстро ШИМ завершает один период. Один период полностью включает и выключает сигнал ШИМ, как показано на рисунке выше. В нашем руководстве мы установим частоту 5 кГц.

Мы можем заметить, что светодиод не горит на полсекунды, а светодиод горит на полсекунды. Но если частота включения и выключения увеличилась с «1 в секунду» до «50 в секунду».Человеческий глаз не может уловить эту частоту. Для нормального глаза светодиод будет виден как светящийся с половинной яркостью. Таким образом, при дальнейшем сокращении времени включения светодиод становится намного светлее.

Мы ранее использовали ШИМ во многих наших проектах, проверьте их ниже:

Схема и пояснение генератора ШИМ таймера 555:

В этой схеме генератора ШИМ, как мы упоминали выше, мы использовали микросхему таймера 555 для генерации сигнала ШИМ.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Здесь мы контролировали выходную частоту сигнала ШИМ, выбрав резистор RV1 и конденсатор C1.Мы использовали переменный резистор вместо постоянного резистора для изменения рабочего цикла выходного сигнала. Зарядка конденсатора через диод D1 и разрядка через диод D2 будут генерировать сигнал ШИМ на выходном контакте таймера 555.

Нижеприведенная формула используется для определения частоты сигнала ШИМ:

F = 0,693 * RV1 * C1

Вся работа и демонстрация генерации ШИМ приведены в видео в конце, где вы можете увидеть эффект ШИМ на светодиодах и проверить его на мультиметре.

Моделирование генерации ШИМ с использованием таймера 555 IC:

Ниже приведены несколько снимков:

Как сгенерировать ШИМ с помощью IC 555 (изучено 2 метода)

IC 555 — чрезвычайно полезное и универсальное устройство, которое можно применять для настройки многих полезных схем в области электроники.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Одна очень полезная особенность этой ИС — ее способность генерировать импульсы ШИМ, размеры которых можно изменять или обрабатывать в соответствии с потребностями приложения или схемы.

Что такое ШИМ????

В основном ШИМ используется для определения размеров или подстройки выходного напряжения или мощности конкретной нагрузки в соответствии с индивидуальными требованиями или требованиями приложения.

Это цифровой способ управления мощностью, который более эффективен, чем аналоговые или линейные методы.
Существует множество примеров, иллюстрирующих эффективное использование ШИМ для управления заданными параметрами.

Он используется для управления скоростью двигателей постоянного тока, в инверторах для управления среднеквадратичным значением выходного переменного тока или для создания модифицированных выходных синусоидальных сигналов.

Его также можно увидеть в источниках питания SMPS для точного регулирования выходного напряжения.
Он также применяется в схемах драйверов светодиодов для включения функции диммирования светодиода.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Он широко используется в топологиях понижающего / повышающего напряжения для получения повышенных или пониженных напряжений без использования громоздких трансформаторов.

Таким образом, в основном его можно использовать для настройки выходного параметра в соответствии с нашими собственными предпочтениями.

Означает ли это, что при таком большом количестве интересных вариантов применения этот метод может быть слишком сложным или дорогостоящим в настройке?

Однозначно нет. Фактически, это может быть очень просто реализовано с использованием одной микросхемы LM555.

Существует два основных способа использования IC 555 для генерации выходного сигнала широтно-импульсной модуляции. В первом методе используется только одна микросхема IC 555 и несколько связанных частей, таких как диоды, потенциометр и конденсатор.Второй метод заключается в использовании стандартной моностабильной конфигурации IC 555 и использовании внешнего сигнала модуляции.

IC 555 PWM с использованием диодов

Первый метод является наиболее простым и эффективным, в котором используется конфигурация, показанная ниже:

Видео демонстрация

Работа двухдиодной схемы IC 555 PWM, показанной выше, вполне удовлетворительна. просто. Фактически, это стандартный нестабильный мультивибратор, за исключением независимого управления периодом включения / выключения выхода.

Как мы знаем, время включения схемы ШИМ IC 555 определяется временем, затрачиваемым ее конденсатором на зарядку на уровне 2/3 напряжения постоянного тока через резистор на контакте № 7, а время выключения определяется временем разряда конденсатора. конденсатор ниже 1/3 Vcc через сам вывод №7.

В приведенной выше простой схеме ШИМ эти два параметра могут быть независимо установлены или зафиксированы с помощью потенциометра и пары бифуркационных диодов.

Левосторонний диод, катод которого подключен к выводу № 7, разделяет время выключения, в то время как правый диод, анод которого подсоединен к выводу № 7, разделяет время включения выхода ИС.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Когда ползунок потенциометра находится ближе к левому диоду, это вызывает уменьшение времени разряда из-за более низкого сопротивления на пути разряда конденсатора. Это приводит к увеличению времени включения и уменьшению времени выключения IC PWM.

И наоборот, когда ползунок потенциометра находится ближе к правому диоду, это вызывает уменьшение времени включения из-за уменьшения сопротивления потенциометра на пути зарядки конденсатора. Это приводит к увеличению периода выключения и уменьшению периодов включения выходных ШИМ ИС.

2) IC 555 PWM с использованием внешней модуляции

Второй метод немного сложнее, чем описанный выше, и требует внешнего переменного постоянного тока на выводе № 5 (управляющий вход) IC для реализации пропорционально изменяющейся ширины импульса на выходе IC. .

Давайте изучим следующую простую конфигурацию схемы:

Распиновка IC 555

На схеме показана IC 555, подключенная к простому моностабильному режиму мультивибратора.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Мы знаем, что в этом режиме ИС может генерировать положительный импульс на выводе №3 в ответ на каждый отрицательный триггер на выводе №2.

Импульс на выводе №3 сохраняется в течение некоторого заданного периода времени в зависимости от значений Ra и C. Мы также можем видеть, что выводы №2 и №5 назначены как входы синхронизации и модуляции соответственно.

Выходной сигнал берется с обычного контакта №3 микросхемы.

В приведенной выше простой конфигурации IC 555 полностью настроен для генерации требуемых импульсов ШИМ, ему просто требуется прямоугольный импульс или тактовый вход на его выводе # 2, который определяет выходную частоту, и переменный вход напряжения на выводе # 5, амплитуда или уровень напряжения которого определяют ширину импульса на выходе.

Импульсы на выводе №2 генерируют соответственно чередующиеся треугольные волны на выводах №6 / 7 ИС, ширина которых определяется компонентами синхронизации RA и C.

Эта треугольная волна сравнивается с мгновенной мерой напряжения, приложенного к выводу №5, для измерения импульсов ШИМ на выходе вывода №3.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Проще говоря, нам просто нужно подать последовательность импульсов на вывод №2 и переменное напряжение на выводе №5 для достижения требуемых импульсов ШИМ на выводе №3 ИС.

Амплитуда напряжения на выводе № 5 будет непосредственно отвечать за усиление или ослабление выходных импульсов ШИМ, или просто толще или тоньше.

Напряжение модуляции может быть сигналом очень слабого тока, но оно даст желаемые результаты.

Например, предположим, что мы подаем прямоугольный сигнал частотой 50 Гц на вывод № 2 и постоянное напряжение 12 В на вывод № 5, результат на выходе будет показывать ШИМ со среднеквадратичным значением 12 В и частотой 50 Гц.

Для уменьшения среднеквадратичного значения нам просто нужно понизить напряжение на выводе №5. Если мы изменим его, результатом будет переменный ШИМ с различными значениями RMS.

Если это изменяющееся среднеквадратичное значение применяется к каскаду драйвера МОП-транзистора на выходе, любая нагрузка, поддерживаемая МОП-транзистором, также будет реагировать с соответствующим изменением высоких и низких результатов.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Если двигатель подключен к МОП-транзистору, он будет реагировать с различной скоростью, лампа с различной интенсивностью света, а инвертор с модифицированными эквивалентами синусоидальной волны.

Форма выходного сигнала

Вышеупомянутое обсуждение можно увидеть и проверить на приведенной ниже иллюстрации формы сигнала:

Самая верхняя форма волны представляет собой напряжение модуляции на выводе № 5, выпуклость в форме волны представляет возрастающее напряжение и наоборот.

Вторая осциллограмма представляет собой равномерный тактовый импульс, приложенный к выводу №2.Это просто для того, чтобы позволить ИС переключаться на определенной частоте, без которой ИС не смогла бы работать как устройство генератора ШИМ.

Третья осциллограмма отображает фактическую генерацию ШИМ на выводе №3, мы видим, что ширина импульсов прямо пропорциональна сигналу верхней модуляции.

Ширина импульса, соответствующая «выпуклости», может быть значительно шире и близко расположенна, которая пропорционально становится тоньше и разреженной с падением уровня напряжения модуляции.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Вышеупомянутая концепция может быть очень легко и эффективно применена в приложениях управления мощностью, как обсуждалось ранее в указанной статье.

Как сгенерировать фиксированный 50% -ный рабочий цикл из схемы IC 555

На следующем рисунке показана простая конфигурация, которая предоставит вам фиксированный 50% -ный рабочий цикл ШИМ на его контакте № 3. Идея была представлена ​​в одном из технических описаний IC 555, и эта конструкция выглядит очень интересной и полезной для приложений, которым требуется простой и быстрый каскад генератора с фиксированным рабочим циклом 50%.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

Как сделать ШИМ-контроллер скорости двигателя постоянного тока с использованием таймера 555 IC

В этом уроке мы узнаем, как создать ШИМ-контроллер скорости двигателя постоянного тока с использованием микросхемы таймера 555.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Мы подробно рассмотрим, как работает схема генератора ШИМ с таймером 555, как использовать ее для управления скоростью двигателя постоянного тока и как сделать для нее специальную печатную плату.

Обзор

Мы можем контролировать скорость двигателя постоянного тока, контролируя входное напряжение двигателя. Для этого мы можем использовать ШИМ или широтно-импульсную модуляцию.

ШИМ-регулятор скорости двигателя постоянного тока

PWM — это метод, с помощью которого мы можем генерировать переменное напряжение путем включения и выключения питания, которое подается на электронное устройство с высокой скоростью.Среднее напряжение зависит от рабочего цикла сигнала или количества времени, в течение которого сигнал находится в состоянии ВКЛ, по сравнению с количеством времени, в течение которого сигнал отключен за один период времени.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Цепь генератора ШИМ таймера 555

Таймер 555 способен генерировать сигнал ШИМ при настройке в нестабильный режим. Если вы не знакомы с таймером 555, вы можете проверить мое предыдущее руководство, где я подробно объяснил, что находится внутри и как работает микросхема таймера 555.

Вот базовая схема таймера 555, работающего в нестабильном режиме, и мы можем заметить, что выходной сигнал ВЫСОКИЙ, когда конденсатор C1 заряжается через резисторы R1 и R2.

С другой стороны, выход IC имеет низкий уровень, когда конденсатор C1 разряжается, но только через резистор R2. Таким образом, мы можем заметить, что если мы изменим значения любого из этих трех компонентов, мы получим разные времена включения и выключения или другой рабочий цикл выходного сигнала прямоугольной формы. Простой и мгновенный способ сделать это — заменить резистор R2 на потенциометр и дополнительно добавить в схему два диода.

В этой конфигурации время включения будет зависеть от резистора R1, левой стороны потенциометра и конденсатора C1, а время выключения будет зависеть от конденсатора C1 и правой стороны потенциометра.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Мы также можем заметить, что в этой конфигурации период одного цикла, то есть частота, всегда будет одинаковой, потому что полное сопротивление во время зарядки и разрядки останется неизменным.

Обычно сопротивление R1 намного меньше, чем сопротивление потенциометра, например 1 кОм по сравнению с 100 кОм потенциометра. Таким образом, мы на 99% контролируем сопротивление заряда и разряда в цепи. Управляющий вывод таймера 555 не используется, но он подключен к конденсатору емкостью 100 нФ, чтобы устранить любые внешние помехи от этого вывода.Сброс, контакт номер 4, активен на низком уровне, поэтому он подключен к VCC, чтобы предотвратить любой нежелательный сброс выхода.

Выход таймера 555 может потреблять или передавать ток 200 мА в нагрузку. Поэтому, если двигатель, которым мы хотим управлять, превышает это значение, нам нужно использовать транзистор или полевой МОП-транзистор для управления двигателем. В этом примере я использовал транзистор Дарлингтона (TIP122), который может выдерживать ток до 5А.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Выход микросхемы необходимо подключить к базе транзистора через резистор, а в моем случае я использовал резистор 1 кОм.Для предотвращения скачков напряжения, создаваемых двигателем, нам необходимо использовать обратный диод, который подключен параллельно двигателю.

Разработка печатной платы для ШИМ-контроллера скорости двигателя постоянного тока

Теперь мы можем перейти к разработке специальной печатной платы для этой схемы. Для этого я воспользуюсь бесплатным онлайн-программным обеспечением EasyEDA. Здесь мы можем начать с поиска и размещения компонентов на пустом холсте. Библиотека состоит из сотен тысяч компонентов, поэтому у меня не возникло проблем с поиском всех необходимых компонентов для этой схемы ШИМ-контроллера скорости двигателя постоянного тока.

После вставки компонентов нам нужно создать контур платы и начать расположение компонентов. Два конденсатора должны быть размещены как можно ближе к таймеру 555, в то время как другие компоненты могут быть размещены где угодно, но все же в логическом порядке в соответствии с принципиальной схемой.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555

Используя инструмент отслеживания, нам нужно соединить все компоненты. Инструмент отслеживания интуитивно понятен и с ним легко работать. Мы можем использовать как верхний, так и нижний слой, чтобы избежать пересечений и сделать пути короче.

Контактные площадки компонентов, которые необходимо подключить к заземлению, устанавливаются на заземление на вкладке «Свойства контактной площадки», где нам нужно ввести GND в метку «Сеть», когда контактная площадка выбрана.

Мы можем использовать слой Silk, чтобы добавить текст на доску. Также мы можем вставить файл изображения, поэтому я добавляю изображение логотипа своего веб-сайта, которое будет напечатано на доске. В конце, используя инструмент области меди, нам нужно создать область заземления печатной платы.

Здесь вы можете найти файлы проекта EasyEDA этого проекта.

Когда мы закончим проектирование, нам просто нужно нажать кнопку «Вывод Gerber», сохранить проект, и мы сможем загрузить файлы Gerber, которые используются для изготовления печатной платы.Шим модулятор на ne555: ШИМ регулятор на таймере NE555 Мы можем заказать печатную плату в JLCPCB, которая занимается производством печатных плат EasyEDA, а также является спонсором этого видео.

Здесь мы можем просто перетащить загруженный zip-файл с файлами gerber. После загрузки мы можем еще раз просмотреть печатную плату в программе просмотра Gerber.Если все в порядке, мы можем выбрать до 10 печатных плат и получить их всего за 2 доллара.

Сборка печатной платы контроллера скорости двигателя постоянного тока с ШИМ

Тем не менее, через неделю печатные платы были доставлены, и я должен признать, что создание собственной конструкции печатной платы весьма приятно. Качество печатных плат отличное, все точно так же, как и в дизайне.

Хорошо, теперь мы можем перейти к вставке компонентов на плату.

Вы можете получить компоненты, необходимые для этого примера, по ссылкам ниже:

Раскрытие информации: это партнерские ссылки.Как партнер Amazon я зарабатываю на соответствующих покупках.

Сначала я вставил более мелкие компоненты, резисторы, диоды и конденсаторы.

Я согнул их выводы с другой стороны, чтобы они оставались на месте, когда я переворачиваю плату для пайки. Что касается более крупных компонентов, я использовал малярную ленту, чтобы удерживать их на месте при переворачивании платы.

Вот окончательный вид платы, и теперь осталось подключить двигатель постоянного тока и подходящий источник питания для него.

Я использовал двигатель постоянного тока с высоким крутящим моментом 12 В, который я питал от литий-ионных батарей 3,7 В, соединенных последовательно, что дает около 12 В. Итак, теперь, используя потенциометр, мы можем контролировать скорость двигателя постоянного тока или сигнал ШИМ, создаваемый микросхемой таймера 555.

Надеюсь, вам понравился этот урок и вы узнали что-то новое. Не стесняйтесь задавать любой вопрос в разделе комментариев ниже.

Светодиодный диммер на основе ШИМ

с использованием 555

Введение

В этом проекте мы увидим светодиодный диммер на основе ШИМ с использованием микросхемы таймера 555.Основным принципом этой схемы является генерация ШИМ-сигнала с широтно-импульсной модуляцией с помощью старой доброй надежной ИС таймера 555 и изменение мощности, подаваемой на светодиоды, и, следовательно, достижение эффекта затемнения светодиода.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) играет важную роль в управлении множеством цепей. Если вы хотите контролировать скорость двигателя, ШИМ играет ключевую роль. Здесь, в нашем проекте, для уменьшения яркости светодиодов используется техника ШИМ.

Используя метод ШИМ, мощность, подаваемая на устройство, варьируется, и, следовательно, если мы можем контролировать ширину импульса сигнала, мы можем легко управлять устройством, например, заставить простой двигатель постоянного тока вращаться медленно или быстро или для уменьшения яркости светодиода.

Блок-схема светодиодного диммера с использованием 555


На следующем изображении показана блок-схема светодиодного диммера на основе ШИМ с использованием микросхемы таймера 555.

Источник 12 В постоянного тока используется для питания всей цепи, включая микросхему таймера 555 и светодиоды. Таймер 555 используется для генерации сигнала ШИМ с помощью нескольких пассивных компонентов.

Сгенерированный сигнал ШИМ затем применяется к группе светодиодов, и в зависимости от рабочего цикла сигнала ШИМ интенсивность светодиодов может быть высокой или низкой.

Связанный пост: Схема диммера светодиодной лампы

Краткое примечание о таймере 555 IC

Таймер 555 — это 8-контактная интегральная схема, доступная в двухрядном корпусе, первоначально разработанном Signetics. Это одна из самых популярных микросхем, которая используется для различных приложений, таких как таймер, осциллятор и генерация импульсов.

Схема выводов микросхемы таймера 555 показана на следующем рисунке. Вывод 8, который является выводом VCC, используется для подачи основного напряжения питания на ИС.Рабочее напряжение может варьироваться от 3 до 15 В. Контакты 2, 6 и 7 — это триггерные, пороговые и разрядные контакты.

Контакт 4 является контактом сброса и используется для сброса всей ИС. Это активный НИЗКИЙ вывод. Выход IC может быть взят с вывода out, то есть вывода 3. Вывод 5 — это вывод управления.

ИС таймера 555 может работать в трех различных режимах работы: нестабильный, моностабильный и бистабильный. Он имеет такие функции, как синхронизация от микросекунд до часов, регулируемые рабочие циклы и возможность работы при различных уровнях напряжения и т. Д.Он имеет широкий спектр применений, таких как диммеры лампы, управление двигателем, джойстики и т. Д.

Принципиальная схема светодиодного диммера с ШИМ 555

Требуемые компоненты

  • 555 IC
  • Резистор 1 кОм x 6
  • Красные светодиоды x 4
  • 2N2222 NPN Транзистор
  • Конденсатор 0,1 мкФ
  • Конденсатор 0,01 мкФ
  • Потенциометр 50 кОм
  • 1N4148 Диоды
  • Источник питания 12 В
  • Мини-макетная плата

Схема цепи питания

    постоянного тока Контакт для рабочего напряжения таймера 555.Вывод сброса также напрямую подключен к 12 В, как показано на принципиальной схеме. Для сброса IC, в случае ошибки во время работы схемы, подключите контакт RESET к GND на секунду, а затем снова подключите его к 12V.
  • Контакт 5 или контакт управления напряжением в этом приложении не используются. Следовательно, между контактом 5 и GND подключается развязывающий конденсатор емкостью 0,01 мкФ.
  • Штырь триггера (контакт 2) и контакт порогового значения (контакт 6) закорочены, и сюда подключается клемма стеклоочистителя POT.Кроме того, конденсатор 0,1 мкФ подключен между контактом 6 (или контактом 2) и GND.
  • Теперь одна клемма POT подключена к аноду диода (предпочтительно 1N4148), а другая клемма POT подключена к катоду другого диода.
  • Другие концы обоих этих диодов подключены к выводу разряда, то есть к выводу 7. Кроме того, между выводом 7 и VCC подключен резистор 1 кОм.
  • Вывод OUT подключен к светодиодной панели через транзистор.

Работа ШИМ-диммера светодиода с использованием 555

Здесь, в этом проекте, таймер 555 предназначен для работы в режиме нестабильного мультивибратора.Резистор 1 кОм, POT 50 кОм и конденсатор 0,1 мкФ, подключенные к контактам 2, 6 и 7, будут играть важную роль.

В зависимости от времени заряда и разряда конденсатора, сигнал ШИМ генерируется на выводе OUT, то есть на выводе 3 микросхемы таймера 555. Выход 555, который является выводом 3, подключен к светодиодной панели через транзистор NPN (здесь используется 2N2222) и резистор 1 кОм.

Резистор 1 кОм используется для ограничения тока базы транзистора, а транзистор используется в качестве усилителя для ограничения или увеличения тока, подаваемого на светодиодную панель.

Связанные сообщения:

[FAQ] Как разработать схему широтно-импульсного модулятора (ШИМ) с использованием LMC555, TLC555, LM555, NA555, NE555, SA555 или SE555? — Форум часов и синхронизации — Часы и синхронизация

Этот FAQ охватывает схемы ШИМ. На рисунке 1 ниже показан широтно-импульсный модулятор, использующий таймеры LM555, NA555, NE555, SA555 и SE555, которые в дальнейшем называются LM, NA, NE, SA и SE соответственно. В целом они называются биполярными таймерами из-за их конструкции. Этот FAQ также охватывает таймеры LMC555 и TLC555, которые в дальнейшем будут называться LMC и TLC соответственно.В целом они называются таймерами CMOS из-за их конструкции. Этот FAQ применим также к таймерам xx556, TLC551 и TLC552. Выводы напряжения питания для таймеров имеют разные символы, а именно V S , V CC и V DD , которые имеют одинаковую функцию.

Типовой лист, пример схемы

В таблицах данных показана эта установка для реализации ШИМ с использованием таймера 555:

Рис. 1. Пример таблицы данных (контакт 2 — входные часы, F I)

Схема на рисунке 1 представляет собой моностабильный генератор импульсов, который обеспечивает выходное время высокого уровня, которое в идеале составляет –R A * C * ln (1-V CONT / V DD ).Выходная частота идеально соответствует входной тактовой частоте F I . Результирующий выходной рабочий цикл составляет –R A * C * ln (1-V CONT / V DD ) / F I . Следовательно, выходной рабочий цикл изменяется в зависимости от V CONT нелинейным образом. Нелинейность является результатом того, что нарастание тактового конденсатора представляет собой экспоненциальную кривую. Рабочий цикл также варьируется в зависимости от R A , C и F I .

В примере таблицы данных используются значения R A = 3 кОм и C = 20 нФ, что устанавливает значение постоянной времени RC R A * C равным 60 мкс.В примере упоминается, что для продукта R A * C задан период тактовой частоты, деленный на четыре. Другими словами, период 240 мкс в 4 раза больше, чем продукт R A * C. Передаточную функцию управляющего напряжения в рабочий цикл для этой схемы можно увидеть на графике 4RC = 1 / FI на рисунке 2. Очевидно, что линейность очень плохая. Результаты для значений R A * C, которые ближе к периоду входной тактовой частоты, например RC = 1 / F I и 2RC = 1 / F I , являются более линейными. Обратите внимание, что увеличение RC продукта также сжимает диапазон управляющих напряжений.На рисунке 2 представлена ​​идеальная передаточная функция для различных постоянных времени RC относительно периода входных тактовых импульсов.

Рис. 2. Рабочий цикл в зависимости от управляющего напряжения для различных продуктов R * C за период времени, 1 / F I . В DD = 5 В

При разработке сигнала ШИМ с таймером 555 необходимо учитывать дополнительные ограничивающие факторы. Например, внешние часы, управляющие входом триггера, должны иметь низкий отрицательный рабочий цикл, низкий процент времени на выходе, потому что минимальное время высокого уровня на выходе ШИМ не может быть меньше, чем время низкого уровня входных часов.Внешние часы могут быть сгенерированы с помощью другого таймера 555 в стабильной настройке. Работа при рабочем цикле ниже 10% или почти 100% может привести к лишним или отсутствующим выходным импульсам. В последнем случае рабочий цикл и выходная частота уменьшаются вдвое. Минимальное полезное управляющее напряжение для LMC составляет 0,4 В, а минимальное для TLC — 0,5 В. Работа при более низких управляющих напряжениях приведет к фиксированному рабочему циклу или может вызвать несогласованный поток импульсов.

Биполярные таймеры имеют задержку запоминания около 16 мкс, что может ограничивать минимальный рабочий цикл.Максимальный рабочий цикл для этих устройств ограничен примерно 97%. Регулировка управляющего напряжения для попытки увеличения рабочего цикла создаст выходной сигнал с частотным разделением. В таких случаях частота делится из-за отсутствия выходных малых импульсов, что приводит к скважности около 50%. Биполярные таймеры также имеют повышенный пороговый ток, когда входное напряжение близко к V DD . Этот входной ток смещения может ограничивать максимум высокого рабочего цикла. Добавление R L может улучшить уровень V OH для биполярных таймеров, но это не требуется ни для одного из них.

Использование примера спецификации R A = 3 кОм и C = 20 нФ с периодами тактовой частоты 60 мкс, 120 мкс, 240 мкс дает минимальные рабочие циклы в таблице 1 и максимальные рабочие циклы в таблице 2.

Период

NA

SE

LM

LMC

ТЛК

60 мкс

26%

25%

24%

12%

16%

120 мкс

13%

14%

12%

6%

8%

240 мкс

7%

7%

6%

3%

4%

Ограничитель

16us

16us

15us

0.4В

0,5 В

Таблица 1: Минимальный рабочий цикл R A = 3k, C = 20nF
Минимальный рабочий цикл ограничен задержкой 16 мкс биполярных таймеров и минимумом управляющего напряжения таймеров CMOS.

Период

NA

SE

LM

LMC

ТЛК

60 мкс

97%

95%

98%

98%

98%

120 мкс

98%

98%

98%

98%

98%

240 мкс

98%

85%

95%

97%

98%

Таблица 2: Минимальный рабочий цикл R A = 3k, C = 20nF
Максимальный рабочий цикл ограничен появлением пропуска импульсов, а также входным током на биполярных таймерах.

Таким образом, пример широтно-импульсного модулятора из технических данных хорош для приложений, которые устойчивы к плохой линейности и не нуждаются в рабочих циклах, близких к 0% или 100%.

Схема улучшенного примера

Рисунок 3 — это значительно улучшенный, но все еще несовершенный генератор ШИМ. Он использует генератор таймера 555 с фиксированным рабочим циклом 50% и компаратор. Часто задаваемые вопросы о стабильном генераторе описывают, как сделать генератор с коэффициентом заполнения 50%. В качестве альтернативы используйте эти формулы для выбора компонентов.R B * C = 0,481 / F, R A = R B /2, R D = 0,15 * R A , где F — частота генератора. Компаратор выполняет преобразование входного напряжения постоянного тока в выходное преобразование рабочего цикла ШИМ. Заряды и разряды синхронизирующего конденсатора имеют экспоненциальный характер. Однако для преобразования используются как линейные изменения, так и наклонные. Таким образом, большая часть нелинейности устранена. Эта схема полезна от 0% до 100% при условии, что выходная частота может быть разделена.Но рабочий цикл будет правильным, а не 50%, как это происходит со схемой на рисунке 1. R1, R2 и R3 масштабируют входное напряжение в пределах от 1/3 до 2/3 VDD, чтобы соответствовать диапазону напряжения временной рампы. LM293 требуется VDD не менее 6 В для поддержания линейного напряжения в пределах входного синфазного диапазона.

Рисунок 3. Схема ШИМ с улучшенной линейностью

Примеры лабораторных результатов для схемы на рис. 3 представлены на рис. 4. Пунктирная линия представляет идеальную линейную передаточную функцию.Как можно видеть, выходной рабочий цикл этой схемы более линейен, чем результаты для схемы на рисунке 1.

Рис. 4. Зависимость рабочего цикла ШИМ от управляющего напряжения с использованием схемы 3, VDD = 6 В, C = 1 нФ.

Результат передаточной функции аналогичен идеальной кривой передаточной функции.

Широтно-импульсная модуляция

  • Изучив этот раздел, вы должны уметь:
  • • Узнайте, как микросхемы таймера могут использоваться для ШИМ.
  • • Знать основные методы управления шириной импульса.
  • • Применяйте принципы ШИМ к управлению двигателем.
  • • Понимание защиты от противо-ЭДС для индуктивных нагрузок.

Использование нестабильных и моностабильных устройств для широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

Моностаблицы широко используются для генерации простых временных задержек, примером которых может быть задержка выключения дополнительного света в автомобиле через несколько секунд после выключения зажигания.Однако есть много других применений, в которых также используется универсальность таймера 555.

Рис. 4.6.1 Широтно-импульсная модуляция с нестабильным и моностабильным

В 555 нестабильных примерах, показанных в модуле генератора 4.4, управляющий вход (вывод 5) 555 был показан как полезный для управления рабочим циклом выхода. Однако его действие также изменяло частоту нестабильных состояний. Эту взаимозависимость можно устранить, используя два таймера 555, первый в качестве генератора нестабильных импульсов с постоянной частотой, управляющий входом запуска второго 555, используемого в качестве моностабильного, с его временем задержки, изменяемым напряжением, приложенным к его управляющему выводу.Такие схемы могут быть построены с использованием либо двух микросхем таймера 555, либо одного двойного таймера 556, что на самом деле представляет собой две микросхемы 555 в одном корпусе.

В схеме, показанной на рис. 4.6.1, рабочий цикл можно регулировать без какого-либо влияния на выходную частоту, что делает схему полезной в качестве управления скоростью двигателя с широтно-импульсной модуляцией или диммера светодиода.

Операция

Рис. 4.6.2 Формы сигналов широтно-импульсной модуляции

Рис. 4.6.3 Защита от обратного ЭДС

IC1 является нестабильным устройством с фиксированной частотой (5 кГц), генерирующим импульсы отрицательного сигнала длительностью 2 мкс, повторяющиеся каждые 200 мкс.Каждый импульс запускает моностабильный IC2, чтобы произвести один выходной импульс, дающий высокий выходной сигнал, около 110 мкс, установленный значениями компонентов синхронизации R3 и C5. Однако это время изменяется переменным напряжением, подаваемым на вывод 5 IC2 посредством VR1, что позволяет изменять период задержки от 30 до 180 мкс, то есть коэффициент заполнения составляет от 15 до 90%, как показано на рис. 4.6.2. , причем эти верхний и нижний пределы устанавливаются значениями R4 и R5 соответственно.

Период моностабильности всегда должен быть короче, чем время между нестабильными импульсами, чтобы гарантировать, что моностабильный период не будет повторно запущен до его тайм-аута, так как это вызовет выходные импульсы непредсказуемой длительности.

Узкие отрицательные импульсы, создаваемые IC1, возникают из-за того, что R1 в 100 раз больше, чем R2. Управляющий вход (вывод 5) IC1 не используется, а просто развязан C2 для удаления любого внешнего шума. И IC1, и IC2 также имеют внешнюю развязку с помощью конденсаторов емкостью 2,2 мкФ и 100 нФ, установленных как можно ближе к выводам Vcc и Gnd микросхем. Без этой меры предосторожности на выходе 555 могут наблюдаться чрезмерные выбросы на частотах выше нескольких сотен Гц.

Защита от обратного ЭМП

Выход 555 может потреблять или потреблять до 200 мА и поэтому должен быть вполне способен напрямую управлять небольшими двигателями постоянного тока.Однако при подключении индуктивных нагрузок, таких как двигатели, к выходу 555 необходимо обеспечить некоторую обратную ЭДС. защиты, как показано на рис. 4.6.3.

Для нагрузок с низким импедансом или если ток, потребляемый нагрузкой, вероятно, превысит 200 мА, можно добавить простой выходной драйвер эмиттерного повторителя с использованием подходящего силового транзистора, такого как TIP31A. Это позволит выходным токам до 3А.

Если двигатель подключен между контактом 3 555 и + Vcc, он будет работать всякий раз, когда на 555 низкий уровень.Каждый раз, когда на контакте 3 появляется высокий уровень, управляющий ток через двигатель очень внезапно прекращается, и возникает обратная ЭДС. Может возникнуть всплеск напряжения, который будет значительно более положительным, чем + Vcc. Установка диода на электродвигатель анодом на контакт 3 предотвратит повышение положительного значения контакта 3, чем примерно на 0,7 В выше, чем + Vcc.

Когда двигатель подключен между 3 и землей, он приводится в действие всякий раз, когда на выходе 555 появляется высокий уровень. В этом случае обратная э.д.с. двигателя создаст отрицательный скачок напряжения.каждый раз, когда на выходе 555 возвращается низкий уровень. Защитный диод, подключенный катодом к выводу 3, ограничивает амплитуду всплеска обратной ЭДС на двигателе примерно до –0,6 В. Однако при подключении индуктивных нагрузок, таких как двигатели, между контактом 3 и землей на моностабильном устройстве также существует риск того, что даже небольшой «сбой», возникающий при выключении двигателя выходом 555, может привести к эффективному повторному запуску моностабильного устройства. удвоение высокого периода выпуска. Чтобы предотвратить это, необходим второй диод, подключенный последовательно к двигателю, как показано на рис.4.6.3. Диоды, используемые для подавления выбросов, должны пропускать ток, достаточный для нагрузки, и иметь значительно более высокое напряжение пробоя, чем + Vcc, чтобы они не были повреждены обратной ЭДС. производятся индуктивными нагрузками, поэтому следует использовать выпрямительные диоды, такие как 1N4001.

Рис. 4.6.4 Простая схема привода двигателя

Простая схема привода двигателя

Хотя максимальный выходной ток от контакта 3 стандартного NE555 (другие версии могут отличаться) составляет 200 мА, максимальная рассеиваемая мощность модели 555 составляет 600 мВт.Это предполагает, что максимальное выходное напряжение не превышает:

600exp -3 Вт / 200 -3 A = 3 В

Если двигатель должен работать при более высоком напряжении, например 9 В, а максимальная рассеиваемая мощность 555 должна быть в пределах 600 мВт, либо выходной ток, либо выходное напряжение должны быть ограничены, например:

600exp -3 Вт / 9 В = 67 мА

Таким образом, даже некоторые небольшие двигатели постоянного тока могут легко превзойти мощность двигателя 555.В таких случаях простая схема управления, такая как показанная на рис. 4.6.4, может решить проблему. Он состоит из силового транзистора TIP31A NPN, подключенного в режиме эмиттерного повторителя к выходу 555 через резистор 1 кОм, поэтому 555 должен подавать только достаточный ток на базу транзистора для его полного включения. Затем транзистор будет обеспечивать достаточный ток через свой выход эмиттера с низким импедансом для управления двигателем (или другими устройствами с низким импедансом, такими как громкоговорители).

Рис. 4.6.5 Миниатюрный двигатель постоянного тока

Поскольку двигатель представляет собой индуктивную нагрузку, для транзистора должна быть предусмотрена некоторая защита от скачков высокого напряжения из-за обратного тока.м.ф. Это достигается за счет D1, который будет проводить при большом положительном всплеске из-за обратной ЭДС. происходит при выключении двигателя. Также D2 предотвратит выход эмиттера более отрицательным, чем 0 В, защищая транзистор от любых отрицательных всплесков напряжения. Эта схема может быть добавлена ​​к схеме на рис. 4.6.1, как показано на рис. 4.6.6.

Рис. 4.6.6 Полная схема ШИМ и привод двигателя

Таймер 555 в качестве генератора широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

Микросхема таймера 555 была основным продуктом тех, кто занимался электроникой на протяжении десятилетий, поскольку ее можно настроить для работы в широком диапазоне различных режимов с помощью всего лишь нескольких внешних компонентов.Здесь, изменяя внутренние уставки с помощью «управляющего» контакта 555, мы можем создать генератор регулируемой ширины импульса. Каждый раз, когда на выводе «триггера» на короткое время появляется низкий уровень, выход 555 переключается на высокий уровень, а разрядный транзистор отключается, поэтому C1 заряжается через R1. Он продолжает заряжаться до тех пор, пока его напряжение не станет выше напряжения «контрольного» вывода, после чего 555 меняет состояние. Выходной сигнал становится низким, и разрядный транзистор активируется, почти сразу же разряжая C1. Следовательно, ширина (по времени) выходного импульса определяется управляющим напряжением! Подавая постоянный поток коротких слабых импульсов на вывод «триггера», этот цикл повторяется снова и снова, и мы получаем цифровое дискретизированное ШИМ-представление нашей аналоговой формы волны.Это может быть полезно для управления двигателем или передачи сервосигналов на дистанционно управляемую электронику.

Сам тактовый генератор имеет тактовую частоту, а также буфер и вентиль XNOR. Всякий раз, когда тактовый сигнал CLK1 переходит с высокого на низкий или с низкого на высокий, существует короткий промежуток времени, в течение которого два входа на вентиль XNOR1 различны. (Это время является «задержкой распространения» буфера BUF1.) Когда эти входы разные, выход XNOR1 низкий. Это дает нам простой способ сгенерировать поток коротких отрицательных импульсов, который необходим этой схеме 555.

Несколько вещей, которые можно попробовать в CircuitLab

Загрузите моделирование, нажав «Открыть в редакторе» выше, а затем нажмите «Моделировать» внизу. Запустите моделирование во временной области.

Посмотрите, как выходное напряжение состоит из серии цифровых импульсов разной ширины, и эта ширина зависит от текущего значения источника синусоидального напряжения.

Настройте источник

Попробуйте разные формы аналогового входа, например, треугольную или пилообразную волну, чтобы увидеть, как на них отреагирует генератор импульсов.Вы также можете настроить амплитуду и частоту, но за некоторыми пределами эта схема генератора ШИМ не обязательно сможет следовать за входным сигналом.

Регулировка тактовой частоты ШИМ

Схема в настоящее время выдает 4000 импульсов в секунду, что вдвое превышает частоту CLK1. (Почему двойной? См. Параграф о генераторе тактовых импульсов выше.) Попробуйте отрегулировать это и посмотрите, как вам, возможно, придется также изменить R1 или C1 для компенсации.

Advanced: улучшение линейности

Внимательный наблюдатель заметит, что ширина импульса не полностью пропорциональна аналоговому входному напряжению из-за экспоненциального отклика цепи зарядки RC.