Modul Penjana SPWM (tanpa Menggunakan Mikrokontroler): 14 Langkah

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:01

Halo semua, selamat datang ke arahan saya! Saya harap anda semua berjaya. Baru-baru ini, saya berminat untuk bereksperimen dengan isyarat PWM dan menjumpai konsep SPWM (atau Sinusoidal Pulse Width Modulation) di mana kitaran tugas kereta nadi sedang dimodulasi oleh gelombang sinus. Saya menemui beberapa hasil di mana isyarat SPWM semacam itu dapat dibuat dengan mudah menggunakan mikrokontroler di mana kitaran tugas dihasilkan dengan menggunakan jadual pencarian yang mengandungi nilai yang diperlukan untuk melaksanakan gelombang sinus.

Saya mahu menghasilkan isyarat SPWM tanpa mikrokontroler dan dengan itu saya menggunakan Penguat Operasi sebagai nadi sistem.

Mari kita mulakan!

Bekalan

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. IC pembanding dwi LM358
3. Pangkalan / soket IC 14 pin
4. Perintang 10K-2
5. Perintang 1K-2
6. Perintang 4.7K-2
7. Perintang 2.2K-2
8. Perintang pemboleh ubah 2K (pratetap) -2
9. Kapasitor seramik 0.1uF-1
10. Kapasitor seramik 0.01uF-1
11. Header lelaki 5 pin
12. Papan kenyataan atau papan wangi
13. Pistol gam panas
14. Peralatan pematerian

Langkah 1: Teori: Penjelasan Penjanaan Isyarat untuk SPWM

Untuk menghasilkan isyarat SPWM tanpa mikrokontroler, kita memerlukan dua gelombang segitiga dengan frekuensi yang berbeza (tetapi sebaiknya satu adalah gandaan yang lain). Apabila kedua-dua gelombang segitiga ini dibandingkan antara satu sama lain menggunakan IC pembanding seperti LM358 maka kita mendapat isyarat SPWM yang diperlukan. Pembanding memberikan isyarat tinggi apabila isyarat di terminal bukan pembalik OpAmp lebih besar daripada isyarat di terminal pembalik. Oleh itu, apabila gelombang segitiga frekuensi tinggi diberi makan pada pin bukan pembalik dan gelombang segitiga frekuensi rendah diberi makan ke dalam pin pembalik pembanding, kita mendapat banyak keadaan di mana isyarat di terminal bukan pembalik berubah amplitud beberapa kali sebelum isyarat di terminal pembalik. Ini memungkinkan untuk keadaan di mana output OpAmp adalah aliran denyutan yang kitaran tugasnya diatur oleh bagaimana kedua gelombang itu berinteraksi.

Langkah 2: Diagram Litar: Penjelasan dan Teori

Ini adalah gambarajah litar keseluruhan projek SPWM yang terdiri daripada dua penjana bentuk gelombang dan pembanding.

Gelombang segitiga dapat dibuat menggunakan 2 penguat operasi dan dengan itu diperlukan 4 OpApms untuk kedua gelombang tersebut. Untuk tujuan ini saya telah menggunakan pakej LM324 quad OpAmp.

Mari kita lihat bagaimana gelombang segitiga sebenarnya dihasilkan.

Pada mulanya OpAmp pertama bertindak sebagai integrator yang pin tidak terbalik diikat pada potensi (Vcc / 2) atau separuh voltan bekalan menggunakan rangkaian pembahagi voltan 2 perintang 10kiloOhm. Saya menggunakan 5V sebagai bekalan sehingga pin bukan pembalik berpotensi 2.5 volt. Sambungan maya pin pembalik dan bukan penyongsang juga membolehkan kita menggunakan potensi 2.5v pada pin pembalik yang perlahan-lahan mengecas kapasitor. Sebaik sahaja kapasitor dikenakan kepada 75 peratus voltan bekalan, output penguat operasi lain yang dikonfigurasi sebagai pembanding berubah dari rendah ke tinggi. Ini pada gilirannya mula melepaskan kapasitor (atau menyekat) dan sebaik sahaja voltan merentas kapasitor turun di bawah 25 peratus voltan bekalan, output pembanding ditarik kembali rendah, yang sekali lagi mula mengecas kapasitor. Kitaran ini bermula sekali lagi dan kami mempunyai kereta gelombang segitiga. Kekerapan gelombang segitiga ditentukan oleh nilai perintang dan kapasitor yang digunakan. Anda boleh merujuk gambar pada langkah ini untuk mendapatkan formula pengiraan frekuensi.

Baiklah, jadi bahagian teori selesai. Mari kita bina!

Langkah 3: Mengumpulkan Semua Bahagian yang Diperlukan

Gambar menunjukkan semua bahagian yang diperlukan untuk membuat modul SPWM. Saya telah memasang IC pada pangkalan IC masing-masing supaya mudah diganti jika perlu. Anda juga boleh menambahkan kapasitor 0.01uF pada output gelombang segitiga dan SPWM untuk mengelakkan sebarang turun naik isyarat dan memastikan corak SPWM tetap stabil.

Saya memotong sekeping papan kenyataan yang diperlukan agar komponen dapat dipasang dengan betul.

Langkah 4: Membuat Litar Ujian

Sekarang sebelum kita mula menyolder bahagian-bahagiannya, kita perlu memastikan bahawa litar kita berfungsi seperti yang dikehendaki dan oleh itu kita perlu menguji litar kita di papan roti dan membuat perubahan jika perlu. Gambar di atas menunjukkan prototaip litar saya di papan roti.

Langkah 5: Memerhatikan Isyarat Keluaran

Untuk memastikan bahawa bentuk gelombang output kami betul, perlu menggunakan osiloskop untuk memvisualisasikan data. Oleh kerana saya tidak memiliki DSO profesional atau jenis osiloskop, saya mendapat osiloskop murah ini - DSO138 dari Banggood. Ia berfungsi dengan baik untuk analisis isyarat frekuensi rendah hingga sederhana. Untuk aplikasi keluar kita akan menghasilkan gelombang segitiga dengan frekuensi 1KHz dan 10KHz yang dapat dilihat dengan mudah pada ruang lingkup ini. Sudah tentu anda dapat memperoleh maklumat isyarat yang lebih dipercayai pada osiloskop profesional, tetapi untuk analisis pantas, model ini berfungsi dengan baik!

Langkah 6: Memerhatikan Isyarat Segitiga

Gambar di atas menunjukkan dua gelombang segitiga yang dihasilkan dari dua litar penjanaan isyarat.

Langkah 7: Memerhatikan Isyarat SPWM

Setelah berjaya menghasilkan dan memerhatikan gelombang segitiga, kita sekarang melihat bentuk gelombang SPWM yang dihasilkan pada output pembanding. Menyelaraskan asas skop yang sesuai membolehkan kita menganalisis isyarat dengan betul.

Langkah 8: Bahagian Pematerian ke Perfboard

Setelah litar kami dicuba dan diuji, akhirnya kami mula memasangkan komponen ke papan kenyataan untuk menjadikannya lebih kekal. Kami memasangkan pangkalan IC bersama dengan perintang, kapasitor dan perintang berubah mengikut skema. Penting bahawa penempatan adalah komponen sedemikian rupa sehingga kita harus menggunakan wayar minimum dan kebanyakan sambungan dapat dibuat dengan jejak solder.

Langkah 9: Selesaikan Proses Pematerian

Setelah kira-kira 1 jam pematerian saya selesai dengan semua sambungan dan inilah modul yang akhirnya kelihatan. Ia agak kecil dan padat.

Langkah 10: Menambah Lem Panas untuk Mencegah Seluar Pendek

Untuk mengurangkan celana pendek, seluar pendek atau sentuhan logam secara tidak sengaja di bahagian solder, saya memutuskan untuk melindunginya dengan lapisan gam panas. Ia membuat sambungan tetap utuh dan terasing daripada hubungan tidak sengaja. Malah seseorang boleh menggunakan pita penebat untuk melakukan perkara yang sama.

Langkah 11: Lekatkan Modul

Gambar di atas menunjukkan pinout modul yang saya buat. Saya mempunyai sejumlah 5 pin header lelaki di antaranya dua untuk bekalan kuasa (Vcc dan Gnd), satu pin adalah untuk memerhatikan gelombang segitiga pantas, pin yang lain adalah untuk memerhatikan gelombang segitiga perlahan dan akhirnya pin terakhir adalah SPWM pengeluaran. Pin gelombang segitiga penting jika kita mahu menyesuaikan frekuensi gelombang.

Langkah 12: Menyelaraskan Kekerapan Isyarat

Potensiometer digunakan untuk menyesuaikan frekuensi setiap isyarat gelombang segitiga. Ini disebabkan oleh fakta bahawa tidak semua komponen ideal dan dengan itu nilai teori dan praktikal mungkin berbeza. Ini dapat dikompensasikan dengan menyesuaikan pratetap dan melihat output osiloskop.

Langkah 13: Fail Skematik

Saya telah melampirkan susun atur skema untuk projek ini. Jangan ragu untuk mengubahnya mengikut keperluan anda.

Saya harap anda menyukai tutorial ini.

Sila kongsi maklum balas, cadangan dan pertanyaan anda di komen di bawah.

Sehingga lain kali:)