SPWM -generaattorimoduuli (ilman mikro -ohjainta): 14 vaihetta

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:41

Hei kaikki, tervetuloa ohjeistukseeni! Toivottavasti teillä kaikilla menee hyvin. Äskettäin kiinnostuin kokeilemaan PWM -signaaleja ja törmäsin SPWM (tai sinimuotoinen pulssileveysmodulaatio) -käsitteeseen, jossa pulssijonon toimintajaksoa moduloidaan siniaalto. Löysin muutamia tuloksia, joissa tällaisia SPWM -signaaleja voidaan helposti luoda käyttämällä mikro -ohjainta, jossa käyttöjakso luodaan käyttämällä hakutaulukkoa, joka sisältää siniaallon toteuttamiseen tarvittavat arvot.

Halusin tuottaa tällaisen SPWM -signaalin ilman mikro -ohjainta, ja siksi käytin operatiivisia vahvistimia järjestelmän sydämenä.

Aloitetaan!

Tarvikkeet

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 kaksoisvertailija IC
3. 14 -nastainen IC -alusta/-liitäntä
4. 10K vastukset-2
5. 1K vastukset-2
6. 4.7K vastukset-2
7. 2.2K vastukset-2
8. 2K muuttuva vastus (esiasetettu) -2
9. 0.1uF keraaminen kondensaattori-1
10. 0.01uF keraaminen kondensaattori-1
11. 5 -nastainen urosliitin
12. Veroboard tai perfboard
13. Kuuma liimapistooli
14. Juotoslaitteet

Vaihe 1: Teoria: Selitys SPWM -signaalin luomisesta

SPWM -signaalien tuottamiseksi ilman mikro -ohjainta tarvitsemme kaksi eri taajuuksista kolmikulmaista aaltoa (mutta mieluiten yhden tulisi olla muiden monikerta). Kun näitä kahta kolmikulmaista aaltoa verrataan toisiinsa käyttämällä vertailupiiriä, kuten LM358, saamme vaaditun SPWM -signaalin. Vertailija antaa korkean signaalin, kun signaali OpAmpin ei -invertoivassa liittimessä on suurempi kuin invertoivan liittimen signaali. Vertailijan invertointitappiin saamme useita tapauksia, joissa signaali ei -invertoivassa terminaalissa muuttaa amplitudia useita kertoja ennen käänteispäätteessä olevaa signaalia. Tämä mahdollistaa tilan, jossa OpAmp -lähtö on pulssijono, jonka toimintajaksoa ohjaa kahden aallon vuorovaikutus.

Vaihe 2: Piirikaavio: Selitys ja teoria

Tämä on piirikaavio koko SPWM -projektista, joka koostuu kahdesta aaltomuodon generaattorista ja vertailusta.

Kolmionmuotoinen aalto voidaan luoda kahdella operaatiovahvistimella, joten molemmille aalloille tarvitaan yhteensä 4 OpApms. Tätä tarkoitusta varten olen käyttänyt LM324 quad OpAmp -pakettia.

Katsotaanpa, kuinka kolmion aallot todella syntyvät.

Aluksi ensimmäinen OpAmp toimii integraattorina, jonka ei -kääntyvä tappi on sidottu potentiaaliin (Vcc/2) tai puoleen syöttöjännitteestä käyttämällä 2 10 kilohomin vastuksen jännitteenjakajaverkkoa. Käytän 5 V: n syöttöä, joten ei -invertoivan nastan potentiaali on 2,5 volttia. Käänteisen ja ei -invertoivan tapin virtuaalisen liitännän avulla voimme myös olettaa 2,5 voltin potentiaalin invertoivassa tapissa, joka lataa hitaasti kondensaattoria. Heti kun kondensaattori on ladattu 75 prosenttiin syöttöjännitteestä, toisen vertailukonfiguroidun operaatiovahvistimen lähtö muuttuu matalasta korkeaksi. Tämä puolestaan alkaa purkaa kondensaattoria (tai poistaa integroitumisen) ja heti kun jännite kondensaattorin yli laskee alle 25 prosenttiin syöttöjännitteestä, vertailijan lähtö laskee jälleen alhaiseksi, mikä alkaa jälleen ladata kondensaattoria. Tämä sykli alkaa uudelleen ja meillä on kolmionmuotoinen aaltojuna. Kolmion aallon taajuus määräytyy käytettyjen vastuksien ja kondensaattoreiden arvon perusteella. Voit katsoa kuvan tässä vaiheessa saadaksesi taajuuden laskentakaavan.

Okei, niin teoriaosa on tehty. Rakennetaan!

Vaihe 3: Kerää kaikki tarvittavat osat

Kuvissa näkyvät kaikki SPWM -moduulin valmistukseen tarvittavat osat. Olen asentanut IC: t vastaavaan IC -pohjaan, jotta ne voidaan helposti vaihtaa tarvittaessa. Voit myös lisätä 0,01uF kondensaattorin kolmio- ja SPWM -aaltojen lähtöön signaalivaihteluiden välttämiseksi ja SPWM -kuvion pitämiseksi vakaana.

Leikkasin tarvittavan palan veroboardia, jotta osat sopivat oikein.

Vaihe 4: Testipiirin tekeminen

Ennen kuin aloitamme osien juottamisen, on varmistettava, että piirimme toimii halutulla tavalla, ja siksi on tärkeää testata piirimme leipälevyllä ja tehdä muutoksia tarvittaessa. Yllä oleva kuva näyttää piirini prototyypin leipälevyllä.

Vaihe 5: Lähtösignaalien tarkkailu

Sen varmistamiseksi, että lähtöaaltomuotomme on oikea, on välttämätöntä käyttää oskilloskooppia tietojen visualisointiin. Koska minulla ei ole ammattimaista DSO: ta tai minkäänlaista oskilloskooppia, hankin itselleni tämän halvan oskilloskoopin- DSO138 Banggoodilta. Se toimii hienosti matalien ja keskitaajuisten signaalien analysointiin. Sovellusta varten tuotamme kolmikulmaisia aaltoja taajuuksilla 1KHz ja 10KHz, jotka voidaan helposti visualisoida tällä alueella. Tietenkin voit saada paljon luotettavampia tietoja signaaleista ammattimaisella oskilloskoopilla, mutta nopeaan analyysiin tämä malli toimii hienosti!

Vaihe 6: Kolmiosignaalien tarkkailu

Yllä olevat kuvat osoittavat kahdesta kolmion aallosta, jotka on muodostettu kahdesta signaalin generointipiiristä.

Vaihe 7: SPWM -signaalin tarkkailu

Kun kolmionmuotoiset aallot on luotu ja havaittu, tarkastellaan nyt SPWM -aaltomuotoa, joka luodaan vertailulähdössä. Skaalan solmupohjan säätäminen vastaavasti mahdollistaa signaalien asianmukaisen analysoinnin.

Vaihe 8: Osien juottaminen Perfboardille

Nyt kun piiri on kokeiltu ja testattu, aloitamme vihdoin komponenttien juottamisen veroboardille, jotta se olisi pysyvämpi. Juotamme IC -kannan yhdessä vastuksen, kondensaattorin ja muuttuvan vastuksen kanssa kaavion mukaisesti. On tärkeää, että sijoitus on komponentteja, joten meidän on käytettävä minimaalisesti johtoja ja useimmat liitännät voidaan tehdä juotosjäljillä.

Vaihe 9: Juotosprosessin viimeistely

Noin 1 tunnin juottamisen jälkeen olin valmis kaikkiin liitäntöihin ja tältä moduuli lopulta näyttää. Se on melko pieni ja kompakti.

Vaihe 10: Kuuman liiman lisääminen shortseihin

Minimoidakseni oikosulut, oikosulut tai vahingossa tapahtuvan metallikontaktin juotospuolella, päätin suojata ne kuumaliimakerroksella. Se pitää liitännät ehjinä ja eristettyinä tahattomasta kosketuksesta. Voidaan jopa käyttää eristysnauhaa tekemään sama.

Vaihe 11: Pin-out moduulista

Yllä olevassa kuvassa näkyy tekemäni moduulin pinout. Minulla on yhteensä 5 urospistoketta, joista kaksi on tarkoitettu virtalähteelle (Vcc ja Gnd), yksi nasta on tarkkailla nopeaa kolmion aaltoa, toinen nasta on tarkkailla hidasta kolmion aaltoa ja lopuksi viimeinen tappi on SPWM lähtö. Kolmionmuotoiset aaltotapit ovat tärkeitä, jos haluamme hienosäätää aallon taajuutta.

Vaihe 12: Signaalien taajuuden säätäminen

Potentiometrejä käytetään hienosäätämään kunkin kolmion aaltosignaalin taajuutta. Tämä johtuu siitä, että kaikki komponentit eivät ole ihanteellisia, joten teoreettinen ja käytännön arvo voivat vaihdella. Tämä voidaan kompensoida säätämällä esiasetuksia ja vastaavasti katsomalla oskilloskoopin lähtöä.

Vaihe 13: Kaaviotiedosto

Olen liittänyt tämän projektin kaavamaisen asettelun. Voit vapaasti muokata sitä tarpeidesi mukaan.

Toivottavasti pidät tästä opetusohjelmasta.

Jaa palautteesi, ehdotuksesi ja kysymyksesi alla oleviin kommentteihin.

Ensi kertaan:)