PWM Vermogenscontroller: Bouw een Pulsbreedte Gemoduleerde Lampstuur

Onderdelen en Materialen

• Vier 6-volt batterijen
• 100 µF elektrolytische condensator, 35 WVDC (bijv. Radio Shack #272‑1028)
• 0,1 µF niet-gepolariseerde condensator (Radio Shack #272‑135)
• 555 timer IC (Radio Shack #276‑1723)
• Dubbele operationele versterker, 1458 (Radio Shack #276‑038)
• NPN vermogenstransistor (Radio Shack #276‑2041 of equivalent)
• Drie 1N4001 gelijkrichterdiodes (Radio Shack #276‑1101)
• 10 kΩ lineaire potentiometer (Radio Shack #271‑1715)
• 33 kΩ weerstand
• 12-volt auto achterlichtlamp
• Audiodetector met hooftelefoons

Naslagwerken

• Lessons In Electric Circuits, Deel 3, Hoofdstuk 8: "Operationele Versterkers"
• Lessons In Electric Circuits, Deel 2, Hoofdstuk 7: "Gemengde-Frequentie AC Signalen"

Leerdoelen

• De 555 timer demonstreren als astable multivibrator
• Een op-amp als comparator gebruiken
• Diodes einsetten om ongewilde DC-spanning te verlagen
• Vermogen aan een last regelen via pulsbreedtemodulatie (PWM)

Schematisch Diagram

Illustratie

Instructies

Dit circuit gebruikt een 555 timer om een zaagtandspanning over een condensator te genereren. De condensatorspanning wordt vergeleken met een referentiespanning van een potentiometer door een op-amp comparator. De blokgolfuitgang van de comparator, wiens duty cycle varieert met de potentiometer, stuurt de basis van een vermogenstransistor aan. De transistor schakelt de 12-V lamp snel aan en uit, zodat het gemiddelde vermogen van de lamp evenredig is met de duty cycle.

Het PWM-concept berust op de lage vermogensdissipatie van de transistor wanneer afgekapt (geen stroom) en wanneer verzadigd (minimale spanningsval). Vergeleken met een reostaat, bereikt PWM precieze, energie-efficiënte vermogensregeling.

Om de golfvormrelaties te observeren zonder een driedelige oscilloscoop, vervang de 0,1 µF condensator door een 100 µF condensator. Dit vertraagt de frequentie van de 555 met ongeveer een factor 1.000, waardoor een DC-voltmeter de condensatoroplading en de op-amp overgang kan volgen. De lamp zichtbaar aan en uit gaan op een lage snelheid; dit demonstreert het onderliggende PWM-mechanisme.

Twee identieke op-amps zijn parallel geschakeld om de benodigde stroom in de transistorbasis te leveren. De 1458 serie biedt kortsluitbeveiliging, wat schade voorkomt als de ene amp hoog gaat sturen terwijl de andere laag stuurt. Drie siliciumdiodes in serie laten ~2,1 V vallen, wat zorgt dat de transistor volledig uitschakelt wanneer de op-amp uitgang laag is, aangezien de 1458 niet precies de grond kan bereiken.

Luisteren naar de op-amp uitgang via hooftelefoons terwijl je de potentiometer aanpast onthult hoe de duty cycle de harmonische inhoud vormt. Bij 50 % duty cycle is de golfvorm een perfecte blokgolf met alleen oneven harmonischen, wat een distincte toonkwaliteit produceert. Afwijken van 50 % introduceert even harmonischen, wat de klank subtiel verandert.

Gerelateerd Werkblad

• Signaalmodulatie Werkblad