Como gerar PWM usando IC 555 (2 métodos explorados)

Como gerar PWM usando IC 555 (2 métodos explorados)

O IC 555 é um dispositivo extremamente útil e versátil que pode ser aplicado para configurar muitos circuitos úteis no campo da eletrônica. Uma característica muito útil deste IC é sua capacidade de gerar pulsos PWM que podem ser dimensionados ou processados ​​de acordo com as necessidades da aplicação ou do circuito.



O que é PWM

PWM significa modulação de largura de pulso, um processo que envolve o controle das larguras de pulso, ou os períodos ON / OFF ou saídas lógicas que são geradas a partir de uma fonte particular, como um circuito oscilador ou microcontrolador.

Basicamente, o PWM é usado para dimensionar ou ajustar a tensão de saída ou potência de uma carga específica de acordo com os requisitos individuais ou de aplicação.





É uma forma digital de controlar a potência e é mais eficaz do que os métodos analógicos ou lineares.
Existem muitos exemplos que ilustram o uso eficaz de PWM no controle dos parâmetros fornecidos.

É utilizado para controlar a velocidade de motores DC, em inversores para controlar o RMS da saída AC ou para produzindo saídas de onda senoidal modificada .



Também pode ser visto em fontes de alimentação SMPS para controlar a tensão de saída em níveis precisos.
Também é aplicado em circuitos de driver de LED para permitir o funcionamento do escurecimento do LED.

É amplamente utilizado em topologias buck / boost para derivar tensões reduzidas ou aumentadas sem usar transformadores volumosos.

Então, basicamente, ele pode ser usado para personalizar um parâmetro de saída de acordo com nossas próprias preferências.

Com tantas opções de aplicativos interessantes, isso significa que o método pode ser muito complicado ou caro para configurar?

A resposta é definitivamente, não. Na verdade, ele pode ser implementado de forma muito simples usando um único IC, o LM555.

Existem basicamente dois métodos através dos quais o IC 555 pode ser usado para gerar saída de modulação por largura de pulso. O primeiro método usa apenas um único IC 555 e algumas partes associadas, como diodos, um potenciômetro e um capacitor. O segundo método é usando uma configuração IC 555 monoestável padrão e usando um sinal de modulação externo.

IC 555 PWM usando diodos

O primeiro método é o mais simples e eficaz, que usa a configuração mostrada abaixo:

Demonstração de Vídeo

O funcionamento do circuito PWM de dois diodos IC 555 acima mostrado é bastante simples. É na verdade um design multivibrador astável padrão com exceção de um controle de período ON / OFF independente da saída.

Como sabemos que o tempo ON do circuito IC 555 PWM é decidido pelo tempo que leva seu capacitor para carregar no nível 2/3 Vcc através do resistor do pino 7, e o tempo OFF é determinado pelo tempo de descarga do capacitor abaixo de 1/3 Vcc através do próprio pino # 7.

No circuito PWM simples acima, esses dois parâmetros podem ser ajustados ou fixados independentemente por meio de um potenciômetro e por meio de um par de diodos bifurcados.

O diodo do lado esquerdo que tem seu cátodo conectado com o pino # 7 separa o tempo OFF, enquanto o diodo do lado direito que tem seu ânodo conectado ao pino # 7 separa o tempo ON da saída do IC.

Quando o potenciômetro braço deslizante está mais para o lado esquerdo do diodo, ele faz com que o tempo de descarga diminua, devido à menor resistência ao longo do caminho de descarga do capacitor. Isso resulta em um aumento no tempo ON e diminuição no tempo OFF do IC PWM.

Por outro lado, quando o controle deslizante do potenciômetro está mais para o lado direito do diodo, ele faz com que o tempo ON diminua devido à redução da resistência do potenciômetro no caminho de carga do capacitor. Isso resulta em um aumento no período OFF e diminuição nos períodos ON dos PWMs de saída de IC.

2) IC 555 PWM usando modulação externa

O segundo método é ligeiramente complexo do que o anterior e requer uma DC variável externa no pino # 5 (entrada de controle) do IC para implementar a largura de pulso proporcionalmente variável na saída do IC.

Vamos aprender a seguinte configuração de circuito simples:

Pinagem IC 555

O diagrama mostra o IC 555 conectado em um modo multivibrador monoestável fácil. Sabemos que, neste modo, o IC é capaz de gerar um pulso positivo no pino 3 em resposta a cada disparo negativo no pino 2.

O pulso no pino 3 é sustentado por algum período de tempo predeterminado, dependendo dos valores de Ra e C. Também podemos ver o pino 2 e o pino 5 atribuídos como entradas de relógio e modulação, respectivamente.

A saída é obtida do pino # 3 usual do chip.

Na configuração simples acima, o IC 555 está tudo pronto para gerar os pulsos de PWM necessários, ele apenas requer um pulso de onda quadrada ou uma entrada de relógio em seu pino # 2, que determina a frequência de saída e uma entrada de tensão variável no pino # 5 cuja amplitude ou nível de tensão decide as dimensões da largura de pulso na saída.

Os pulsos de um pino # 2 geram ondas triangulares alternadas correspondentes no pino # 6/7 do IC, cuja largura é determinada pelos componentes de tempo RA e C.

Esta onda triangular é comparada com a medida instantânea de tensão aplicada no pino 5 para dimensionar os pulsos do PWM na saída do pino 3.

Em palavras simples, precisamos apenas fornecer um trem de pulsos no pino # 2 e uma voltagem variável no pino # 5 para alcançar os pulsos PWM necessários no pino # 3 do IC.

A amplitude da tensão no pino 5 será diretamente responsável por tornar os pulsos PWM de saída mais fortes ou mais fracos, ou simplesmente mais grossos ou mais finos.

A tensão de modulação pode ser um sinal de corrente muito baixa, mas daria os resultados pretendidos.

Por exemplo, suponha que aplicamos uma onda quadrada de 50 Hz no pino 2 e uma constante de 12 V no pino 5, o resultado na saída mostrará PWMs com um RMS de 12 V e frequência de 50 Hz.

Para reduzir o RMS, só precisamos diminuir a tensão no pino 5. Se o variarmos, o resultado será um PWM variável com valores RMS variáveis.

Se este RMS variável for aplicado a um estágio do driver mosfet na saída, qualquer carga que seja suportada pelo mosfet também responderá com resultados altos e baixos correspondentes.

Se um motor estiver conectado ao mosfet, ele responderá com velocidades variáveis, uma lâmpada com intensidades de luz variáveis, enquanto um inversor com equivalentes de onda senoidal modificados.

A forma de onda de saída

A discussão acima pode ser testemunhada e verificada a partir da ilustração da forma de onda fornecida abaixo:

A forma de onda superior representa a tensão de modulação no pino 5, a protuberância na forma de onda representa a tensão crescente e vice-versa.

A segunda forma de onda representa o pulso de clock uniforme aplicado no pino # 2. É apenas para habilitar o IC a alternar em uma determinada frequência, sem a qual o IC não seria capaz de funcionar como um dispositivo gerador PWM.

A terceira forma de onda representa a geração PWM real no pino # 3, podemos ver que a largura dos pulsos é diretamente proporcional ao sinal de modulação superior.

As larguras de pulso correspondentes à 'protuberância' podem ser vistas como muito mais largas e próximas, o que proporcionalmente se torna mais fino e esparso com a queda no nível de tensão de modulação.

O conceito acima pode ser muito fácil e eficazmente aplicado em aplicações de controle de energia, conforme discutido anteriormente no artigo acima.

Como gerar um ciclo de trabalho fixo de 50% a partir de um circuito IC 555

A figura a seguir mostra uma configuração simples que fornecerá PWMs fixos de ciclo de trabalho de 50% em seu pino # 3. A ideia foi apresentada em uma das fichas técnicas do IC 555, e este projeto parece muito interessante e útil para aplicações que precisam de um estágio gerador de ciclo de trabalho fixo de 50% simples e rápido.




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