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

IC 555 - чрезвычайно полезное и универсальное устройство, которое можно применять для настройки многих полезных схем в области электроники. 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

ШИМ обозначает широтно-импульсную модуляцию, процесс, который включает в себя управление шириной импульса или периодами включения / выключения или логическими выходами, которые генерируются из определенного источника, такого как схема генератора или микроконтроллер.

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, демонстрирующих 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 создание модифицированных выходных синусоидальных волн .

Его также можно увидеть в источниках питания SMPS для точного регулирования выходного напряжения.
Он также применяется в схемах драйверов светодиодов для включения функции затемнения светодиодов.

Он широко используется в топологиях понижающего / повышающего напряжения для получения пониженных или повышенных 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 дорогим для настройки?

Ответ однозначно отрицательный. Фактически, это можно очень просто реализовать с помощью одной микросхемы LM555.

Существует два основных метода, с помощью которых IC 555 может использоваться для генерации выходного сигнала широтно-импульсной модуляции. Первый метод заключается в использовании только одной микросхемы IC 555 и нескольких 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

Схема работы двухдиодной схемы IC 555 PWM, показанной выше, довольно проста. На самом деле это стандартная нестабильная конструкция мультивибратора за исключением независимого управления периодом включения / выключения выхода.

Как мы знаем, время включения схемы ШИМ IC 555 определяется временем, которое требуется ее конденсатору для зарядки на уровне 2/3 Vcc через резистор на контакте # 7, а время выключения определяется временем разрядки конденсатора. 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.

Левый диод, катод которого соединен с выводом № 7, разделяет время выключения, в то время как правый диод, анод которого соединен с выводом № 7, разделяет время включения выхода IC.

Когда потенциометр рычаг ползунка 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) ИС для реализации пропорционально изменяющейся ширины импульса на выходе ИС.

Давайте изучим следующую простую конфигурацию схемы:

Распиновка IC 555

На схеме показан IC 555, подключенный к простому моностабильному режиму мультивибратора. Мы знаем, что в этом режиме ИС может генерировать положительный импульс на выводе №3 в ответ на каждый отдельный отрицательный сигнал запуска 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 в качестве входов 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, для этого требуется только прямоугольный импульс или тактовый вход на его контакте №2, который определяет выходную частоту, и переменный вход напряжения на контакте №5. амплитуда или уровень напряжения которого определяют ширину импульса на выходе.

Импульсы на выводе №2 генерируют соответственно чередующиеся треугольные волны на выводах №6 / 7 микросхемы IC, 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.

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

Амплитуда напряжения на выводе № 5 будет непосредственно отвечать за то, что выходные импульсы ШИМ будут сильнее или слабее, или просто станут 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 покажет ШИМ со среднеквадратичным значением 12 В и частотой 50 Гц.

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

Если это изменяющееся среднеквадратичное значение применяется к каскаду драйвера mosfet на выходе, любая нагрузка, поддерживаемая mosfet, также будет реагировать с соответствующим изменением высоких и низких результатов.

Если к МОП-транзистору подключен двигатель, 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 форма волны представляет собой равномерный тактовый импульс, приложенный к выводу №2. Это просто для того, чтобы позволить ИС переключаться на определенной частоте, без которой ИС не могла бы работать как устройство генератора ШИМ.

Третья осциллограмма отображает фактическую генерацию ШИМ на выводе №3, мы можем видеть, 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 по мере падения уровня напряжения модуляции.

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

Как создать фиксированный 50% -ный рабочий цикл из цепи IC 555

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