كيفية إنشاء PWM باستخدام IC 555 (تم استكشاف طريقتين)

يعتبر IC 555 جهازًا مفيدًا للغاية ومتعدد الاستخدامات يمكن استخدامه لتكوين العديد من الدوائر المفيدة في مجال الإلكترونيات. إحدى الميزات المفيدة جدًا لهذا IC هي قدرته على توليد نبضات PWM التي يمكن تحديد أبعادها أو معالجتها وفقًا لاحتياجات التطبيق أو الدائرة.

ما هو PWM

يرمز PWM إلى تعديل عرض النبضة ، وهي عملية تتضمن التحكم في عرض النبضة ، أو فترات التشغيل / الإيقاف أو المخرجات المنطقية التي يتم إنشاؤها من مصدر معين مثل دائرة مذبذب أو متحكم دقيق.

يتم استخدام PWM أساسًا لتحديد أبعاد أو تقليم جهد الخرج أو طاقة حمل معين وفقًا لمتطلبات الفرد أو التطبيق.

إنها طريقة رقمية للتحكم في الطاقة وهي أكثر فعالية من الطرق التناظرية أو الخطية.
هناك العديد من الأمثلة التي توضح الاستخدام الفعال لـ PWM في التحكم في المعلمات المحددة.

يتم استخدامه للتحكم في سرعة محركات التيار المستمر ، في العاكسات للتحكم في RMS لمخرج التيار المتردد أو من أجل إنتاج نواتج موجة جيبية معدلة .

يمكن رؤيته أيضًا في مزودات الطاقة SMPS للتحكم في جهد الخرج إلى مستويات دقيقة.
يتم تطبيقه أيضًا في دوائر تشغيل LED لتمكين وظيفة تعتيم LED.

يتم استخدامه على نطاق واسع في طبولوجيا باك / دفعة لاشتقاق الفولتية المتدرجة أو المتزايدة دون استخدام محولات ضخمة.

لذلك يمكن استخدامه بشكل أساسي لتكييف معلمة الإخراج وفقًا لتفضيلاتنا الخاصة.

مع العديد من خيارات التطبيق المثيرة للاهتمام ، هل هذا يعني أن الطريقة قد تكون معقدة للغاية أو مكلفة للغاية لتكوينها ؟؟

الجواب هو بالتأكيد لا. في الواقع يمكن تنفيذه بكل بساطة باستخدام IC واحد LM555.

هناك طريقتان أساسيتان يمكن من خلالهما استخدام IC 555 لتوليد خرج تعديل عرض النبضة. الطريقة الأولى هي استخدام IC واحد فقط 555 ، وبعض الأجزاء المرتبطة به مثل الثنائيات ، مقياس الجهد والمكثف. الطريقة الثانية هي استخدام تكوين قياسي أحادي IC 555 واستخدام إشارة تعديل خارجية.

IC 555 PWM باستخدام الثنائيات

الطريقة الأولى هي الأبسط والأكثر فاعلية والتي تستخدم التكوين كما هو موضح أدناه:

عرض فيديو

عمل الدائرة الموضحة أعلاه ثنائي الصمام الثنائي IC 555 PWM بسيط للغاية. إنه في الحقيقة أ تصميم قياسي متعدد الهزاز باستثناء فترة تشغيل / إيقاف مستقلة للتحكم في الإخراج.

كما نعلم أن وقت التشغيل لدائرة IC 555 PWM يتم تحديده بالوقت الذي يستغرقه مكثف لشحنه عند مستوى 2 / 3rd Vcc من خلال المقاوم رقم 7 ، ويتم تحديد وقت الإيقاف حسب وقت تفريغ المكثف أقل من 1 / 3rd Vcc من خلال الدبوس رقم 7 نفسه.

في دائرة PWM البسيطة المذكورة أعلاه ، يمكن ضبط هاتين المعلمتين أو إصلاحهما بشكل مستقل من خلال مقياس الجهد ومن خلال زوج من الثنائيات ثنائية التقسيم.

يفصل الصمام الثنائي الأيسر الذي يحتوي على كاثود متصل بالدبوس رقم 7 وقت إيقاف التشغيل ، بينما يفصل الصمام الثنائي الأيمن الذي يحتوي على أنود متصل بالدبوس رقم 7 وقت تشغيل خرج IC.

عندما مقياس فرق الجهد يميل ذراع التمرير إلى اتجاه الصمام الثنائي الأيسر ، مما يؤدي إلى تقليل وقت التفريغ ، نظرًا لانخفاض المقاومة عبر مسار التفريغ للمكثف. ينتج عن هذا زيادة في وقت التشغيل وتقليل وقت إيقاف تشغيل IC PWM.

على العكس من ذلك ، عندما يكون منزلق القدر أكثر تجاه الصمام الثنائي الأيمن ، فإنه يتسبب في انخفاض وقت التشغيل بسبب انخفاض مقاومة الوعاء على مسار شحن المكثف. ينتج عن هذا زيادة في فترة إيقاف التشغيل ، وانخفاض في فترات التشغيل الخاصة بإخراج IC PWM.

2) IC 555 PWM باستخدام التعديل الخارجي

الطريقة الثانية معقدة بعض الشيء مما سبق ، وتتطلب DC متغيرًا خارجيًا على الطرف رقم 5 (إدخال التحكم) من IC لتنفيذ عرض النبضة المتغير نسبيًا عند خرج IC.

دعنا نتعلم تكوين الدائرة البسيط التالي:

IC 555 Pinout

يوضح الرسم التخطيطي IC 555 موصلاً بأسلاك في وضع هزاز متعدد أحادي سهل. نحن نعلم أنه في هذا الوضع ، يكون IC قادرًا على توليد نبضة إيجابية عند الدبوس رقم 3 استجابةً لكل مشغل سلبي واحد في دبوسه رقم 2.

النبضة في الدبوس رقم 3 تستمر لفترة زمنية محددة مسبقًا اعتمادًا على قيم Ra و C. يمكننا أيضًا رؤية الدبوس رقم 2 والدبوس رقم 5 المعينين كمدخلات على مدار الساعة والتعديل على التوالي.

الإخراج مأخوذ من الدبوس المعتاد رقم 3 للرقاقة.

في التكوين المباشر أعلاه ، تم تعيين IC 555 لتوليد نبضات PWM المطلوبة ، فهي تتطلب فقط نبضة موجة مربعة أو إدخال على مدار الساعة في دبوسها رقم 2 ، والذي يحدد تردد الخرج ، ومدخل جهد متغير عند الطرف رقم 5 السعة أو مستوى الجهد الذي يقرر أبعاد عرض النبضة عند الخرج.

تولد النبضات على شكل دبوس رقم 2 موجات مثلثة متناوبة في المقابل عند الطرف رقم 6/7 من IC ، والتي يتم تحديد عرضها بواسطة مكونات التوقيت RA و C.

تتم مقارنة موجة المثلث هذه بالقياس اللحظي للجهد المطبق على الطرف رقم 5 لتقليل نبضات PWM عند خرج الدبوس رقم 3.

بكلمات بسيطة ، نحتاج فقط إلى توفير قطار من النبضات عند الطرف رقم 2 وبجهد متغير عند الطرف رقم 5 لتحقيق نبضات PWM المطلوبة عند الطرف رقم 3 من IC.

ستكون سعة الجهد عند الطرف رقم 5 مسؤولة بشكل مباشر عن جعل نبضات خرج PWM أقوى أو أضعف ، أو ببساطة أثخن أو أرق.

يمكن أن يكون جهد التعديل إشارة تيار منخفضة جدًا ، ومع ذلك فإنه سيعطي النتائج المرجوة.

على سبيل المثال ، لنفترض أننا قمنا بتطبيق موجة مربعة 50 هرتز عند الطرف رقم 2 وثابت 12 فولت عند الطرف رقم 5 ، فإن النتيجة عند الإخراج ستظهر PWMs مع RMS يبلغ 12 فولت وتردد 50 هرتز.

لتقليل RMS ، نحتاج فقط إلى خفض الجهد عند الطرف رقم 5. إذا قمنا بتغييره ، فسيكون الناتج عبارة عن PWM متغير بقيم RMS متغيرة.

إذا تم تطبيق RMS المتغير هذا على مرحلة برنامج تشغيل mosfet عند الإخراج ، فإن أي حمل يدعمه mosfet سيستجيب أيضًا مع نتائج متغيرة عالية ومنخفضة في المقابل.

إذا كان المحرك متصلاً بـ mosfet ، فسوف يستجيب بسرعات متفاوتة ، مصباح ذو شدة ضوء متفاوتة بينما العاكس مع مكافئات موجة جيبية معدلة.

الشكل الموجي الناتج

يمكن مشاهدة المناقشة أعلاه والتحقق منها من الرسم التوضيحي لشكل الموجة أدناه:

يمثل الشكل الموجي العلوي جهد التعديل عند الطرف رقم 5 ، ويمثل الانتفاخ في الشكل الموجي الجهد المرتفع والعكس صحيح.

يمثل الشكل الموجي الثاني نبضة الساعة المنتظمة المطبقة على الدبوس رقم 2. إنه مخصص فقط لتمكين IC من التبديل عند تردد معين ، والذي بدونه لن يتمكن IC من العمل كجهاز مولد PWM.

يصور الشكل الموجي الثالث توليد PWM الفعلي عند الطرف رقم 3 ، يمكننا أن نرى أن عرض النبضات يتناسب طرديًا مع إشارة التعديل العليا.

يمكن رؤية عروض النبضة المقابلة لـ 'الانتفاخ' على أنها أوسع بكثير ومتقاربة والتي تصبح أرق ومتناثرة بشكل متناسب مع الانخفاض في مستوى جهد التعديل.

يمكن تطبيق المفهوم أعلاه بسهولة وفعالية في تطبيقات التحكم في الطاقة كما تمت مناقشته سابقًا في المقالة أعلاه.

كيفية إنشاء دورة عمل ثابتة بنسبة 50٪ من دائرة IC 555

يوضح الشكل التالي تكوينًا بسيطًا سيوفر لك دورة عمل ثابتة بنسبة 50 ٪ PWM عبر دبوسه رقم 3. تم تقديم الفكرة في إحدى أوراق بيانات IC 555 ، ويبدو هذا التصميم ممتعًا للغاية ومفيدًا للتطبيقات التي تحتاج إلى مرحلة مولد دورة عمل ثابتة بسيطة وسريعة بنسبة 50٪.