Proiect de proiectare: Generator de semnal de modulare cu impulsuri în mărimea impulsului (PWM)

Fun with Music and Programming by Connor Harris and Stephen Krewson (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Proiect de proiectare: Generator de semnal de modulare cu impulsuri în mărimea impulsului (PWM)

Circuite integrate analogice


Intrebarea 1

Ce formă de undă de tensiune ați aștepta să măsurați (folosind un osciloscop) peste condensator C 1 "# 1"> Răspuns dezvălui Ascunde răspuns

Forma de undă va fi o formă de "fierăstrău". Comparat cu tensiunea de referință DC la ștergătorul R pot2 de către comparatorul IC LM339, rezultatul este un val pătrat de ciclu de sarcină variabil.

Note:

Mulți studenți vor fi inițial încurcați de principiul de funcționare al acestui circuit. Cea mai bună metodă pe care am găsit-o pentru a le răspunde la întrebările lor, am constatat, este cu un osciloscop multiplu (de preferință unul care poate arăta trei urme simultan). Conectați un canal la partea de sus a lui C 1, următorul canal la ștergătorul R pot2 și cel de-al treilea la terminalul de ieșire al comparatorului. O imagine, așa cum se spune, merită o mie de cuvinte.

intrebarea 2

În ce direcție ar trebui să mutați ștergătorul pe potențiometrul R pot2 pentru a mări ciclul de funcționare al formei de undă de ieșire? Explică-ți răspunsul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Deplasarea ștergătorului în sus (așa cum este desenată în schematică) produce cicluri mai mari de funcționare.

Note:

Observați că nici măcar nu am sugerat de ce este asta. Cereți studenților dvs. să explice pe deplin răspunsurile lor!

Întrebarea 3

Recomandarea de proiectare pentru acest circuit este de a face rezistențele R 2 și R 3 ambele egale cu rezistența potențiometrului R pot2 . În acest fel, domeniul mecanic complet al potențiometrului va fi util pentru reglarea ciclului de funcționare: rotunjirea completă într-un mod va produce doar un ciclu de funcționare de 0%, în timp ce rotirea completă a acestuia va produce doar un ciclu de funcționare de 100%.

Explicați de ce valorile acestor rezistoare trebuie să fie egale pentru a atinge această utilizare optimă a gamei de oală. Indiciu: are ceva de a face cu funcționarea internă a IC 555 timer.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Semnalul de fierăstrău văzut la condensatorul C 1 (în raport cu solul) oscilează între tensiunea de alimentare de 1/3 și 2/3.

Note:

Această întrebare îi obligă pe elevi să exploreze ceea ce face cu adevărat 555 și să recunoască funcția comparatorului în generarea undelor pătrat PWM.

Întrebarea 4

Este important să nu facem rezistența R 1 prea mică în valoare. Explicați de ce și ce s-ar putea întâmpla dacă ar fi fost.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

În ciclul de descărcare 555, rezistența R 1 va scădea (aproape) tensiunea de alimentare completă atunci când R pot1 este setat pentru o rezistență minimă. Nu numai că aceasta ar putea supraîncălzi R 1, dar ar putea deteriora și tranzistorul de descărcare în timerul 555.

Note:

Pentru a intelege cu adevarat de ce rezistenta insuficienta la R 1 ar fi un lucru rau, studentii trebuie sa inteleaga ciclul de operare astabil al timerului 555. Această întrebare oferă un context foarte practic în care puteți explora și / sau revizui!

Întrebarea 5

Pentru cei care sunteți obișnuiți să lucrați cu opamps obișnuit, prezența rezistorului R 4 poate fi un mister. Este necesară din cauza unei limitări speciale a comparatorului IC de tip LM339. Cercetați și explicați ce este această limitare.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Comparatorul LM339 este capabil doar să scadă curentul la ieșire. Prin urmare, R 4 acționează ca un rezistor pullup .

Următoarele întrebări: este acest circuit (total) capabil să furnizeze curent la o sarcină? Explicați de ce sau de ce nu.

Note:

Această caracteristică a lui LM339 mi-a cauzat probleme de câteva ori pe care am încercat să le folosesc în desenele mele. În ciuda acestei limitări, LM339 este foarte potrivit pentru această aplicație, datorită răspunsului său rapid și a limitelor foarte mari ale tensiunii de alimentare.

Întrebarea 6

Următoarea modificare poate fi făcută circuitului pentru a le oferi o capacitate suplimentară de curent de ieșire:

Aici, șase invertoare CMOS (cod IC 4049) sunt conectate în paralel pentru a furniza o capacitate semnificativ mai mare de sursă și de scufundare decât rezistența LM339 cu pullup. Deoarece porțile logice CMOS sunt dispozitive in-on-off sau off, nu au probleme cu manipularea ieșirii undei pătrate a LM339.

Două întrebări aici: în primul rând, de ce toate rezistoarele la ieșirile porților invertorului "# 6"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Rezistențele împiedică apariția unui scurtcircuit între două sau mai multe porți de invertor, în cazul în care o poarta nu reușește să fie ridicată sau scăzută sau dacă unele porți sunt mult mai lent decât altele (și astfel vor "lupta" cu porțile mai rapide în timpul fiecărei tranziții).

Întrebare de provocare: adăugarea porților invertor la ieșirea din acest circuit are un efect interesant asupra controlului ciclului de sarcină. Potențiometrul va acționa acum înapoi de la modul în care a fost înainte (scăderea ciclului de taxe atunci când a crescut anterior un ciclu de taxe, și viza-verso). Explică de ce.

Note:

Această întrebare poate sau nu poate fi potrivită pentru elevii dvs., în funcție de faptul dacă au studiat sau nu încă porțile logice. Dacă nu au studiat încă circuite digitale, poate fi înțelept să omiteți această întrebare!

Rețineți că nu am răspuns la întrebarea privind dimensiunile rezistorului. Discutați acest lucru cu elevii dvs. și lăsați-i să determine modul în care trebuie să fie dimensionate aceste rezistențe. Lăsați-le să aibă acces la foile de date pentru invertorul IC 4049 și întrebați-i ce parametru (parametri) ar fi cel mai important în această decizie.

Dacă nimeni nu observă, arătați cum sunt trase firele de alimentare pentru invertorul cu șase poarta (hex). Acesta este un mod obișnuit de a afișa cablajul electric pentru mai multe porți (sau opamps, sau orice alt fel de IC în cazul în care elementele complexe sunt duplicate).

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →