โมดูลกำเนิด SPWM (โดยไม่ต้องใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์): 14 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

สวัสดีทุกคนยินดีต้อนรับสู่ผู้สอนของฉัน! ฉันหวังว่าพวกคุณทุกคนทำได้ดี เมื่อเร็ว ๆ นี้ ฉันสนใจที่จะทดลองกับสัญญาณ PWM และได้พบกับแนวคิดของ SPWM (หรือ Sinusoidal Pulse Width Modulation) ซึ่งวงจรการทำงานของพัลส์กำลังถูกมอดูเลตโดยคลื่นไซน์ ฉันพบผลลัพธ์บางอย่างที่สามารถสร้างสัญญาณ SPWM ประเภทนี้ได้อย่างง่ายดายโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งสร้างรอบการทำงานโดยใช้ตารางค้นหาที่มีค่าที่จำเป็นในการใช้คลื่นไซน์

ฉันต้องการสร้างสัญญาณ SPWM ดังกล่าวโดยไม่มีไมโครคอนโทรลเลอร์ ดังนั้นฉันจึงใช้ Operational Amplifiers เป็นหัวใจของระบบ

มาเริ่มกันเลย!

เสบียง

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 ตัวเปรียบเทียบคู่ IC
3. ฐาน/ซ็อกเก็ตไอซี 14 พิน
4. ตัวต้านทาน 10K-2
5. ตัวต้านทาน 1K-2
6. ตัวต้านทาน 4.7K-2
7. ตัวต้านทาน 2.2K-2
8. ตัวต้านทานปรับค่าได้ 2K (ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า) -2
9. ตัวเก็บประจุเซรามิก 0.1uF-1
10. 0.01uF ตัวเก็บประจุเซรามิก-1
11. หัวเสียบตัวผู้ 5 พิน
12. Veroboard หรือ perfboard
13. ปืนกาวร้อน
14. อุปกรณ์บัดกรี

ขั้นตอนที่ 1: ทฤษฎี: คำอธิบายของการสร้างสัญญาณสำหรับ SPWM

ในการสร้างสัญญาณ SPWM โดยไม่มีไมโครคอนโทรลเลอร์ เราจำเป็นต้องมีคลื่นสามเหลี่ยมสองคลื่นที่มีความถี่ต่างกัน เมื่อเปรียบเทียบคลื่นสามเหลี่ยมสองคลื่นนี้กับแต่ละคลื่นโดยใช้ IC ตัวเปรียบเทียบ เช่น LM358 เราก็จะได้รับสัญญาณ SPWM ที่ต้องการ เครื่องเปรียบเทียบให้สัญญาณสูงเมื่อสัญญาณที่ขั้วที่ไม่กลับด้านของ OpAmp มีค่ามากกว่าสัญญาณที่ขั้ว inverting ดังนั้นเมื่อคลื่นสามเหลี่ยมความถี่สูงถูกป้อนที่พินที่ไม่กลับด้านและป้อนคลื่นสามเหลี่ยมความถี่ต่ำ ในขากลับด้านของตัวเปรียบเทียบ เราได้รับหลายกรณีที่สัญญาณที่เทอร์มินัลที่ไม่กลับด้านจะเปลี่ยนแอมพลิจูดหลายครั้งก่อนที่สัญญาณที่เทอร์มินัลกลับด้าน สิ่งนี้ช่วยให้มีเงื่อนไขที่เอาต์พุต OpAmp เป็นพัลส์ที่มีวัฏจักรหน้าที่ควบคุมโดยวิธีที่คลื่นทั้งสองมีปฏิสัมพันธ์กัน

ขั้นตอนที่ 2: แผนภาพวงจร: คำอธิบายและทฤษฎี

นี่คือแผนภาพวงจรของโครงการ SPWM ทั้งหมดซึ่งประกอบด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณสองตัวและตัวเปรียบเทียบ

สามารถสร้างคลื่นสามเหลี่ยมได้โดยใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน 2 ตัว ดังนั้นจึงต้องใช้ OpApm ทั้งหมด 4 ตัวสำหรับคลื่นทั้งสอง เพื่อจุดประสงค์นี้ ฉันใช้แพ็คเกจ LM324 quad OpAmp

มาดูกันว่าจริง ๆ แล้วคลื่นสามเหลี่ยมเกิดขึ้นได้อย่างไร

เริ่มแรก OpAmp แรกทำหน้าที่เป็นผู้รวมระบบซึ่งพินที่ไม่กลับด้านถูกผูกไว้กับศักย์ไฟฟ้า (Vcc/2) หรือครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟจ่ายโดยใช้เครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีตัวต้านทาน 10 กิโลโอห์ม 2 ตัว ฉันใช้ 5V เป็นแหล่งจ่ายไฟเพื่อให้พินที่ไม่กลับด้านมีศักยภาพ 2.5 โวลต์ การเชื่อมต่อเสมือนของขากลับด้านและขาไม่กลับด้านยังช่วยให้เราสามารถสมมติศักย์ 2.5v ที่ขากลับด้านซึ่งจะชาร์จตัวเก็บประจุอย่างช้าๆ ทันทีที่ตัวเก็บประจุชาร์จ 75 เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้า เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานอื่น ๆ ซึ่งกำหนดค่าเป็นตัวเปรียบเทียบจะเปลี่ยนจากต่ำไปสูง สิ่งนี้จะเริ่มปล่อยประจุ (หรือแยกส่วน) และทันทีที่แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุลดลงต่ำกว่า 25 เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะถูกดึงให้ต่ำอีกครั้ง ซึ่งจะเริ่มชาร์จตัวเก็บประจุอีกครั้ง รอบนี้เริ่มต้นอีกครั้งและเรามีรถไฟคลื่นสามเหลี่ยม ความถี่ของคลื่นสามเหลี่ยมถูกกำหนดโดยค่าของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่ใช้ คุณสามารถดูรูปภาพในขั้นตอนนี้เพื่อรับสูตรการคำนวณความถี่

โอเค ภาคทฤษฎีเสร็จแล้ว มาสร้างกัน!

ขั้นตอนที่ 3: รวบรวมชิ้นส่วนที่จำเป็นทั้งหมด

รูปภาพแสดงส่วนประกอบทั้งหมดที่จำเป็นในการสร้างโมดูล SPWM ฉันได้ติดตั้งไอซีบนฐานไอซีตามลำดับ เพื่อให้สามารถเปลี่ยนได้ง่ายหากจำเป็น คุณสามารถเพิ่มตัวเก็บประจุ 0.01uF ที่เอาต์พุตของคลื่นสามเหลี่ยมและ SPWM ได้ เพื่อหลีกเลี่ยงความผันผวนของสัญญาณและรักษารูปแบบ SPWM ให้คงที่

ฉันตัดเวโรบอร์ดที่จำเป็นออกเพื่อให้พอดีกับส่วนประกอบ

ขั้นตอนที่ 4: การสร้างวงจรทดสอบ

ก่อนที่เราจะเริ่มต้นการบัดกรีชิ้นส่วน จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงจรของเราทำงานตามที่ต้องการ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่เราจะต้องทดสอบวงจรของเราบนเขียงหั่นขนมและทำการเปลี่ยนแปลงหากจำเป็น ภาพด้านบนแสดงต้นแบบวงจรของฉันบนเขียงหั่นขนม

ขั้นตอนที่ 5: การสังเกตสัญญาณเอาต์พุต

เพื่อให้แน่ใจว่ารูปคลื่นสัญญาณเอาท์พุตของเราถูกต้อง จำเป็นต้องใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อแสดงข้อมูลเป็นภาพ เนื่องจากฉันไม่มี DSO มืออาชีพหรือออสซิลโลสโคปชนิดใด ๆ ฉันจึงได้ออสซิลโลสโคปราคาถูก - DSO138 จาก Banggood ใช้งานได้ดีสำหรับการวิเคราะห์สัญญาณความถี่ต่ำถึงปานกลาง สำหรับการใช้งานภายนอก เราจะสร้างคลื่นสามเหลี่ยมที่มีความถี่ 1KHz และ 10KHz ซึ่งสามารถมองเห็นได้ง่ายในขอบเขตนี้ แน่นอน คุณสามารถรับข้อมูลสัญญาณที่เชื่อถือได้มากขึ้นบนออสซิลโลสโคปแบบมืออาชีพ แต่สำหรับการวิเคราะห์อย่างรวดเร็ว โมเดลนี้ใช้ได้ดี!

ขั้นตอนที่ 6: การสังเกตสัญญาณสามเหลี่ยม

ภาพด้านบนแสดงคลื่นสามเหลี่ยมสองคลื่นที่สร้างขึ้นจากวงจรสร้างสัญญาณทั้งสองวงจร

ขั้นตอนที่ 7: การสังเกตสัญญาณ SPWM

หลังจากสร้างและสังเกตคลื่นสามเหลี่ยมได้สำเร็จ ตอนนี้เราได้ดูที่รูปคลื่น SPWM ที่สร้างขึ้นที่เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบ การปรับฐานเสมอของขอบเขตช่วยให้เราวิเคราะห์สัญญาณได้อย่างเหมาะสม

ขั้นตอนที่ 8: บัดกรีชิ้นส่วนบน Perfboard

ตอนนี้เราได้ทดลองและทดสอบวงจรแล้ว ในที่สุดเราก็เริ่มบัดกรีส่วนประกอบต่างๆ เข้ากับเวโรบอร์ดเพื่อทำให้วงจรถาวรมากขึ้น เราประสานฐาน IC พร้อมกับตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และตัวต้านทานผันแปรตามแผนผัง มันเป็นสิ่งสำคัญที่ตำแหน่งเป็นส่วนประกอบที่เราต้องใช้สายไฟน้อยที่สุดและการเชื่อมต่อส่วนใหญ่สามารถทำได้โดยร่องรอยการบัดกรี

ขั้นตอนที่ 9: เสร็จสิ้นกระบวนการบัดกรี

หลังจากการบัดกรีประมาณ 1 ชั่วโมงฉันก็เสร็จสิ้นการเชื่อมต่อทั้งหมดและนี่คือสิ่งที่โมดูลดูเหมือนในที่สุด มันค่อนข้างเล็กและกะทัดรัด

ขั้นตอนที่ 10: เติมกาวร้อนเพื่อป้องกันกางเกงขาสั้น

เพื่อลดกางเกงขาสั้นหรือการสัมผัสโลหะโดยไม่ได้ตั้งใจที่ด้านประสาน ฉันตัดสินใจที่จะปกป้องมันด้วยชั้นของกาวร้อน ช่วยให้การเชื่อมต่อไม่เสียหายและแยกออกจากการสัมผัสโดยไม่ได้ตั้งใจ คุณสามารถใช้เทปฉนวนเพื่อทำเช่นเดียวกันได้

ขั้นตอนที่ 11: ปักหมุดโมดูล

ภาพด้านบนแสดง pinout ของโมดูลที่ฉันทำ ฉันมีหมุดส่วนหัวของตัวผู้ทั้งหมด 5 ตัว โดยสองตัวสำหรับจ่ายไฟ (Vcc และ Gnd) หมุดหนึ่งใช้สำหรับสังเกตคลื่นสามเหลี่ยมที่เร็ว อีกพินหนึ่งสำหรับสังเกตคลื่นสามเหลี่ยมที่ช้า และหมุดสุดท้ายคือ SPWM เอาท์พุท หมุดคลื่นสามเหลี่ยมมีความสำคัญหากเราต้องการปรับความถี่ของคลื่นอย่างละเอียด

ขั้นตอนที่ 12: การปรับความถี่ของสัญญาณ

โพเทนชิโอมิเตอร์ใช้เพื่อปรับความถี่ของสัญญาณคลื่นสามเหลี่ยมแต่ละอันอย่างละเอียด เนื่องจากองค์ประกอบทั้งหมดนั้นไม่ใช่ในอุดมคติ ดังนั้นคุณค่าทางทฤษฎีและทางปฏิบัติจึงอาจแตกต่างกัน สิ่งนี้สามารถชดเชยได้โดยการปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและดูผลลัพธ์ของออสซิลโลสโคปตามลำดับ

ขั้นตอนที่ 13: ไฟล์แผนผัง

ฉันได้แนบเค้าโครงแผนผังสำหรับโครงการนี้ รู้สึกอิสระที่จะปรับเปลี่ยนตามความต้องการของคุณ

ฉันหวังว่าคุณจะชอบบทช่วยสอนนี้

กรุณาแบ่งปันความคิดเห็นข้อเสนอแนะและคำถามของคุณในความคิดเห็นด้านล่าง

จนกว่าจะถึงครั้งต่อไป:)