Bölüm 11 PWM Modülatörleri

Transkript

1 Bölüm PWM Modülatörleri. AMAÇ. µa7 kullanarak bir darbe genişlik modülatörünün gerçekleştirilmesi.. LM555 in karakteristiklerinin ve temel devrelerinin incelenmesi. 3. LM555 kullanarak bir darbe genişlik modülatörünün gerçekleştirilmesi.. Bir darbe genişlik modülatörünün değerlendirilmesi ve ölçülmesi.. TEMEL KAVAMLAIN İNCELENMESİ Darbe genişlik modülatörü(pwm), iletim için bir analog işareti dijital işarete çeviren modülasyon tekniğidir. PWM, ses işaretini (genliği değişen işaret), sabit frekans ve genliğe sahip bir darbeler dizisine çevirir. Ancak her darbenin genişliği ses işaretinin genliği ile orantılıdır. Fig. de ses işareti ile PWM arasındaki ilişki gösterilmektedir. Audio signal PWM signal Fig.- Ses ve PWM işaretleri arasındaki ilişki. PWM işareti üretmek için, bir kare dalga üreteci yada monostable multivibrator kullanılabilir. Fig. - de bir kare dalga üreteci gösterilmektedir. Üretecin çıkış darbe genişliği,, C ve V in () elemanlarının değerleri ile belirlenir. µa7 işlemsel kuvvetlendiricisi, bir gerilim karşılaştırıcısı olarak görev görmektedir. V in () girişindeki(pin 3) referans gerilimi, ve V direnç değerleri ile belirlenir. ve C nin oluşturduğu kombinasyon dolma ve boşalma için bir yol sağlar. Herhangi bir ses işareti uygulanmadığı zaman, V in () girişindeki DC referans gerilim seviyesi V değeri ayarlanarak değiştirilebilir. Eğer V in () girişindeki DC seviye sabit ve ses girişine bir ses işareti uygulanmış ise ses işareti sabit DC seviye ile toplanır ve referans gerilimi ses işaretinin değişimine göre değişir. Sonuç PWM işareti, karşılaştırıcı devresinin çıkışında oluşur. -

2 V k Audio input C 0.µ V 0k V in() V (-) in 3 7 _ µ U A7 PWM output C 0.0µ 0k -V Fig. - µa7 kullanılarak gerçekleştirilen darbe genişlik modülatörü. Fig. -3 ve Fig. - de LM555 zamanlayıcı entegresinin bağlantı diyagramı ve eşdeğer devresi gösterilmiştir. Beş ana bölümden oluşmaktadır; () daha düşük seviyeli karşılaştırıcı yada tetikleyici karşılaştırıcı; () daha yüksek seviyeli karşılaştırıcı yada kritik karşılaştırıcı; (3) flip-flop(ff); () boşalma tranzistörü; (5) çıkış sürücü devresi. GND 8 Vcc TIGGE 7 DISCHAGE OUTPUT 3 THESHOLD ESET 5 CONTOL VOLTAGE Fig. -3 LM 555 pin konfigürasyonu. Eğer kontrol gerilim terminaline(pin 5) herhangi bir gerilim uygulanmadı ise, üst seviye ve alt seviye karşılaştırıcılarının referans gerilimleri sırası ile /3 ve /3 dür. Bu referans gerilimleri, dışarıdan kontrol gerilim pinine -

3 uygulanabilir. Pratik uygulamalarda, eğer dışarıdan uygulanan kontrol gerilimi mevcut değil ise, kontrol gerilim pini 0.0µF bypass kapasitesi üzerinden topraklanmalıdır. Fig. - de LM555 zamanlayıcı entegresi ile gerçekleştirilen bir astable multivibrator devresi gösterilmektedir. Çıkış dalga şekli bir kare dalgadır. Çıkış dalgasının frekansı ise, ve C değerleri ile belirlenir. Zaman sabiti formülüne göre, dolma süresi t, 0.93x( )xc değerindedir. Boşalma süresi t ise 0.93x xc değerindedir. T periyodunun değeri ise, T=t t =0.93x( x )xc değerindedir. Fig. -5 de ana test noktalarındaki dalga şekilleri gösterilmiştir. Threshold 8 V ref 5 Control voltage eset Vcc/3 Upper comparator Q Q Vc Trigger Discharge Vcc/3 Lower comparator S FF Inverting buffer 7 C Q 3 Output Gnd LM555 Fig. - LM555 astable multivibrator. -3

4 V c (/3) (/3) t 0 t S 0 t Q 0 t V out 0 t t T t Fig. -5 LM555 astable multivibrator devresinin dalga şekilleri. -

5 Threshold 8 V ref 5 Control voltage eset Vcc/3 Upper comparator Q Q Trigger input V in Vc C Trigger Discharge 7 Vcc/3 Q Lower comparator S FF Inverting buffer 3 Output Gnd LM555 Fig. - LM555 monostable multivibrator. Fig. - daki devre LM555 zamanlayıcı entegresi ile gerçekleştirilen bir monostable multivibrator devresidir. Tetikleme seviyesi high(v) değerinden low(0v) değerine değiştiği zaman, çıkış terminalinde bir darbe oluşacaktır ve darbe genişliği T, xc ve yaklaşık olarak.x xc ile belirlenir. Örneğin, =0kΩ ve C =0.0µF ise, T yaklaşık olarak 0µs. dir. Eğer tetikleyici girişi(pin ), 9.kHz den daha düşük bir saat işareti(fig. -5 deki devrenin çıkışı mevcut) ile tetiklenir ise çıkış pozitif bir darbe olacaktır. Kontrol gerilim pinine bir ses işareti bağlandığı zaman çıkışta PWM işareti görülmelidir. Fig. -7 de iki tane LM555 zamanlayıcı entegresi kullanılarak gerçekleştirilen bir darbe genişlik modülatörü gösterilmektedir. Bu devrede, U ve U, sırası ile astable ve monostable multivibrator yapısı olarak görev görmektedirler. Bu iki bölüm birleştirildiği zaman, darbe genişlik modülatörü tamamlanmış olacaktır. Monostable multivibrator(u) yapısının tetikleyici saat işareti astable multivibrator(u) çıkışından(pin 3) gelmektedir. Ses işareti U kontrol gerilim girişine(pin 5) bağlandığı zaman, PWM işareti çıkışta(pin 3) gözükür. -5

6 V C 00 µ C 5 00 µ reset 8 Vcc output 3 k k T reset 8 Vcc output 3 7 0k PWM Output C 0.0 µ trigger 7 discharge V 5k trigger discharge 3 0k 5 control 5 control voltage threshold voltage threshold GND GND 5 C LM555 U U LM555 k C 3 00 µ 0.0 µ 7 C 0.0 µ Audio Input Fig. -7 Darbe genişlik modülatörü..3 GEEKLİ EKİPMANLA. KL-900 Modülü. KL-900 Modülü 3. Osiloskop. DENEYLE VE KAYITLA Deney - µa7 kullanılarak Darbe Genişlik Modülatörü. LM7 PWM modülatör devresini KL-900 Modülü üzerine yerleştirin.. V in () girişinde 0V gerilim elde etmek için V i ayarlayın. Bağlantı konnektörünü J e bağlayın. 3. Ses girişine, Vp-p ve 500Hz lik bir sinüs işareti bağlayın.. Osiloskop kullanarak, ses işaret girişini ve çıkış(pin ) dalga şekillerini gözlemleyin. Sonuçları Tablo - e kaydedin. 5. Bağlantı konnektörünü J den sökün. Ses giriş işaretini kaldırın. V in () giriş terminalinde V gerilim elde etmek için V i ayarlayın.. Bağlantı konnektörünü ve ses giriş işaretini tekrar bağlayın. -

7 7. Osiloskop kullanarak, ses işaret girişini ve çıkış(pin ) dalga şekillerini gözlemleyin. Sonuçları Tablo - e kaydedin. 8. Bağlantı konnektörünü J den sökün. Ses giriş işaretini kaldırın. V in () giriş terminalinde - V gerilim elde etmek için V i ayarlayın. 9. Bağlantı konnektörünü ve ses giriş işaretini tekrar bağlayın. 0. Osiloskop kullanarak, ses işaret girişini ve çıkış(pin ) dalga şekillerini gözlemleyin. Sonuçları Tablo - e kaydedin.. Bağlantı konnektörünü J den sökün. Ses giriş işaretini kaldırın. V in () giriş terminalinde 0V gerilim elde etmek için V i ayarlayın. Bağlantı konnektörünü J e tekrar bağlayın.. Ses işaret genliğini 0Vp-p olarak değiştirin.. adımdan 0. adıma kadar olan adımları tekrarlayın ve sonuçları Tablo - ye kaydedin. Deney - LM555 kullanılarak Darbe Genişlik Modülatörü. PWM modülatör devresini KL-900 Modülü üzerine yerleştirin.. Ses girişine, 5Vp-p ve khz lik bir kare dalga işareti bağlayın. 3. Osiloskop kullanarak, T test noktasını ve çıkış dalga şekillerini gözlemleyin. Dikdörtgensel bir dalga şekli(duty cycle %50 den farklı) elde etmek için V i ayarlayın.. Osiloskopun modunu DC pozisyonuna ayarlayın. Çıkış dalga şekillerini gözlemleyin ve sonuçları Tablo -3 e kaydedin. 5. Giriş işaretini üçgen dalga şekline çevirin ve. adımı tekrarlayın.. Giriş işaretini sinüs dalga şekline çevirin ve. adımı tekrarlayın. 7. Giriş genliğini 3Vp-p olarak değiştirin ve. adımdan. adıma kadar olan adımları tekrarlayın. Sonuçları Tablo - e kaydedin. -7

8 Tablo - (V m = Vp-p, f m =500Hz) V in () DC kutuplama Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli 0 V V - V -8

9 Tablo - (V m = 0Vp-p, f m =500Hz) V in () DC kutuplama Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli 0 V V - V -9

10 Tablo -3 (Vm= 5Vp-p, f m =khz) Giriş İşareti Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli Kare Dalga Üçgen Dalga Sinüs -0

11 Tablo - (Vm= 3Vp-p, f m =khz) Giriş İşareti Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli Kare Dalga Üçgen Dalga Sinüs.5 SOULA. Fig. - ve Fig. -7 deki V in görevi nedir?. Fig. -7 deki C nın değeri 0.µF olarak değiştirilir ise, çıkış işareti hala PWM işareti olur mu? Açıklayınız. 3. Gerilim polaritesi açısından bakıldığında, - ve - deneylerindeki çıkış PWM işaretleri arasındaki fark nedir? -