PWM 전원 컨트롤러

부품 및 재료

<울>

6볼트 배터리 4개

1개의 커패시터, 100µF 전해, 35WVDC(Radio Shack 카탈로그 # 272-1028 또는 동급)

1개의 커패시터, 0.1µF, 무극성(Radio Shack 카탈로그 # 272-135)

555 타이머 IC 1개(Radio Shack 카탈로그 번호 276-1723)

이중 연산 증폭기, 모델 1458 권장(Radio Shack 카탈로그 번호 276-038)

NPN 전력 트랜지스터 1개—(Radio Shack 카탈로그 # 276-2041 또는 동급)

3개의 1N4001 정류 다이오드(Radio Shack 카탈로그 번호 276-1101)

10kΩ 전위차계 1개, 선형 테이퍼(Radio Shack 카탈로그 번호 271-1715)

33kΩ 저항 1개

12볼트 자동차 미등 램프

헤드폰이 있는 오디오 감지기

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 3권, 8장:"연산 증폭기"

전기 회로의 교훈 , 2권, 7장:"혼합 주파수 AC 신호"

학습 목표

<울>

555 타이머를 불안정한 멀티바이브레이터로 사용하는 방법을 설명하기 위해

연산 증폭기를 비교기로 사용하는 방법을 설명하기 위해

다이오드를 사용하여 원치 않는 DC 전압을 낮추는 방법 설명

펄스 폭 변조로 부하에 대한 전력을 제어하는 ​​방법을 설명하기 위해

개략도

그림

지침

이 회로는 555 타이머를 사용하여 커패시터에 톱니 전압 파형을 생성한 다음 연산 증폭기를 비교기로 사용하여 전위차계에서 제공하는 정상 전압과 해당 신호를 비교합니다. 이 두 전압 신호를 비교하면 포텐쇼미터의 위치에 따라 듀티 사이클이 달라지는 연산 증폭기에서 구형파 출력이 생성됩니다.

그런 다음 이 가변 듀티 사이클 신호는 전력 트랜지스터의 베이스를 구동하여 부하를 통해 전류를 켜고 끕니다. 555의 진동 주파수는 램프 필라멘트의 열 순환(가열 및 냉각) 능력보다 훨씬 높으므로 듀티 사이클 또는 펄스 폭의 변동 , 시간이 지남에 따라 부하에 의해 소산되는 총 전력을 제어하는 ​​효과가 있습니다.

부하를 빠르게 켜고 끄고 "켜짐" 시간을 변경하여 부하를 통해 전력을 제어하는 ​​것을 펄스 폭 변조라고 합니다. 또는 PWM . 제어 요소(전력 트랜지스터)는 특히 유사한 상황에서 가변 저항에서 낭비되는 전력과 비교할 때 켜고 끌 때 상대적으로 적은 전력을 소비하기 때문에 전력을 제어하는 ​​매우 효율적인 수단입니다. 트랜지스터가 차단 상태일 때 전류가 흐르지 않기 때문에 전력 손실은 0입니다.

트랜지스터가 포화되면 전류를 전도하는 동안 컬렉터와 에미터 사이에 전압 강하가 거의 없기 때문에 손실이 매우 낮습니다. PWM은 읽기보다 실험을 통해 이해하기 쉬운 개념입니다. 커패시터 전압, 전위차계 전압 및 연산 증폭기 출력 파형을 하나의(삼중 추적) 오실로스코프에서 모두 보고 이들이 서로 및 부하 전력과 어떻게 관련되는지 확인하는 것이 좋습니다. 그러나 우리 대부분은 3중 추적 오실로스코프에 액세스할 수 없으며 오실로스코프는 훨씬 더 적기 때문에 다른 방법은 3가지 전압을 간단한 DC 전압계와 비교할 수 있을 정도로 충분히 555 오실레이터의 속도를 낮추는 것입니다.

0.1µF 커패시터를 100µF 이상의 커패시터로 교체하십시오. 이렇게 하면 발진 주파수가 최소 천 배 느려져 커패시터 전압을 천천히 측정할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 상승하고 "높음에서 연산 증폭기 출력 전환 "에서 "낮음 " 커패시터 전압이 전위차계 전압보다 커질 때. 이러한 느린 발진 주파수로 인해 부하 전력은 이전과 같이 비례하지 않습니다.

오히려 램프가 일정한 간격으로 켜지고 꺼집니다. 램프가 완전히 켜지거나 꺼지지 않고 "스로틀되도록 진동 속도를 충분히 높이기 위해 다른 커패시터 또는 저항 값을 자유롭게 실험하십시오. " 트랜지스터의 빠른 온-오프 펄스에 의해.

회로도를 살펴보면 2 병렬로 연결된 연산 증폭기. 이것은 전력 트랜지스터의 베이스 단자에 최대 전류 출력을 제공하기 위해 수행됩니다. 단일 연산 증폭기(1458 IC의 1/2)는 트랜지스터를 포화 상태로 구동하기에 충분한 출력 전류를 제공하지 못할 수 있으므로 두 개의 연산 증폭기가 함께 사용됩니다.

이는 해당 연산 증폭기가 1458 시리즈 연산 증폭기와 같이 과부하 보호된 경우에만 수행해야 합니다. 그렇지 않으면 하나의 연산 증폭기가 다른 연산보다 먼저 켜질 수 있고 두 출력이 서로 단락되어 손상이 발생할 수 있습니다(하나는 "하이 ', 다른 하나는 '낮은 " 동시에). 1458이 제공하는 고유의 단락 보호 기능을 통해 전류 제한 저항 없이 전력 트랜지스터 베이스를 직접 구동할 수 있습니다.

연산 증폭기의 출력을 트랜지스터 베이스에 직렬로 연결하는 3개의 다이오드는 전압을 낮추고 연산 증폭기 출력이 "낮음"이 될 때 트랜지스터가 차단되도록 합니다. 1458 연산 증폭기는 출력 전압을 접지 전위까지 스윙할 수 없고 접지의 약 2볼트 이내까지만 스윙할 수 있기 때문에 연산 증폭기에서 트랜지스터로의 직접 연결은 트랜지스터가 완전히 꺼지지 않는다는 것을 의미합니다. 직렬로 3개의 실리콘 다이오드를 추가하면 연산 증폭기 출력이 "낮음이 될 때 트랜지스터 베이스에 최소 전압이 있도록 약 2.1볼트(0.7볼트 곱하기 3)가 떨어집니다. .”

전위차계가 전체 동작 범위를 통해 조정될 때 오디오 감지기를 통해 연산 증폭기 출력 신호를 듣는 것은 흥미롭습니다. 전위차계를 조정해도 신호 주파수에는 영향을 미치지 않지만 듀티 사이클에는 큰 영향을 미칩니다. 음질 또는 음색의 차이를 확인하세요. , 전위차계가 듀티 사이클을 0%에서 50%, 100%로 변경하기 때문입니다. 듀티 사이클을 변경하면 파형의 고조파 내용이 변경되어 톤 사운드가 달라집니다.

전위차계가 중앙 위치(50% 듀티 사이클 - 50% 부하 전력)에 있을 때 감지기 헤드폰을 통해 들리는 사운드의 특정 고유성을 인지할 수 있지만 50% 듀티 사이클 바로 위 또는 아래의 사운드 유사성과 비교할 수 있습니다. 이것은 짝수 고조파가 없거나 존재하기 때문입니다. 듀티 사이클이 50%인 구형파와 같이 중심선 위와 아래에서 대칭인 모든 파형에는 no가 포함되어 있지 않습니다. 짝수 고조파, 홀수만.

듀티 사이클이 50% 미만 또는 초과인 경우 파형은 그렇지 않습니다. 이 대칭성을 나타내며 짝수 번호의 고조파가 있습니다. 이러한 짝수 번호의 고조파 주파수의 존재는 일부가 옥타브에 해당하므로 사람의 귀로 감지할 수 있습니다. 기본 주파수의 "적합 "를 톤 구성표에 더 자연스럽게 넣습니다.

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<울> <리>

신호 변조 워크시트