Modul Generator SPWM (tanpa Menggunakan Mikrokontroler): 14 Langkah

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2025-01-13 06:57

Halo semuanya, selamat datang di instruksi saya! Saya harap Anda semua baik-baik saja. Baru-baru ini, saya tertarik untuk bereksperimen dengan sinyal PWM dan menemukan konsep SPWM (atau Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal) di mana siklus kerja rangkaian pulsa dimodulasi oleh gelombang sinus. Saya menemukan beberapa hasil di mana sinyal SPWM semacam itu dapat dengan mudah dibuat menggunakan mikrokontroler di mana siklus kerja dihasilkan dengan menggunakan tabel pencarian yang berisi nilai yang diperlukan untuk mengimplementasikan gelombang sinus.

Saya ingin menghasilkan sinyal SPWM seperti itu tanpa mikrokontroler dan karenanya saya menggunakan Penguat Operasional sebagai jantung sistem.

Mari kita mulai!

Perlengkapan

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. IC komparator ganda LM358
3. Basis/soket IC 14 pin
4. 10K resistor-2
5. 1K resistor-2
6. 4.7K resistor-2
7. 2.2K resistor-2
8. 2K variabel resistor (preset)-2
9. 0.1uF kapasitor keramik-1
10. 0.01uF kapasitor keramik-1
11. 5 pin header laki-laki
12. Veroboard atau perfboard
13. Pistol lem panas
14. peralatan solder

Langkah 1: Teori: Penjelasan Pembangkitan Sinyal untuk SPWM

Untuk membangkitkan sinyal SPWM tanpa mikrokontroler, kita memerlukan dua gelombang segitiga dengan frekuensi yang berbeda (tetapi sebaiknya yang satu merupakan kelipatan dari yang lain). Ketika dua gelombang segitiga ini dibandingkan satu sama lain menggunakan IC komparator seperti LM358 maka kami mendapatkan sinyal SPWM yang kami butuhkan. Komparator memberikan sinyal tinggi ketika sinyal di terminal non pembalik OpAmp lebih besar dari sinyal di terminal pembalik. Jadi ketika gelombang segitiga frekuensi tinggi diumpankan di pin non pembalik dan gelombang segitiga frekuensi rendah diumpankan ke dalam pin pembalik komparator, kami mendapatkan beberapa contoh di mana sinyal di terminal non pembalik mengubah amplitudo beberapa kali sebelum sinyal di terminal pembalik. Hal ini memungkinkan kondisi di mana output OpAmp adalah rangkaian pulsa yang siklus kerjanya diatur oleh bagaimana kedua gelombang berinteraksi.

Langkah 2: Diagram Sirkuit: Penjelasan dan Teori

Ini adalah diagram rangkaian dari keseluruhan proyek SPWM yang terdiri dari dua generator bentuk gelombang dan sebuah komparator.

Gelombang segitiga dapat dibuat menggunakan 2 penguat operasional dan dengan demikian total 4 OpApm akan diperlukan untuk kedua gelombang tersebut. Untuk tujuan ini saya telah menggunakan paket LM324 quad OpAmp.

Mari kita lihat bagaimana gelombang segitiga sebenarnya dihasilkan.

Awalnya OpAmp pertama bertindak sebagai integrator yang pin non pembaliknya diikat ke potensial (Vcc/2) atau setengah dari tegangan suplai menggunakan jaringan pembagi tegangan 2 resistor 10kiloOhm. Saya menggunakan 5V sebagai suplai sehingga pin non pembalik memiliki potensi 2,5 volt. Sambungan virtual dari pin pembalik dan non pembalik juga memungkinkan kita untuk mengasumsikan potensi 2.5v pada pin pembalik yang secara perlahan mengisi kapasitor. Segera setelah kapasitor diisi hingga 75 persen dari tegangan suplai, output dari penguat operasional lainnya yang dikonfigurasi sebagai komparator berubah dari rendah ke tinggi. Ini pada gilirannya mulai mengosongkan kapasitor (atau tidak terintegrasi) dan segera setelah tegangan melintasi kapasitor turun di bawah 25 persen dari tegangan suplai, output komparator ditarik rendah lagi, yang sekali lagi mulai mengisi kapasitor. Siklus ini dimulai lagi dan kami memiliki rangkaian gelombang segitiga. Frekuensi gelombang segitiga ditentukan oleh nilai resistor dan kapasitor yang digunakan. Anda dapat mengacu pada gambar pada langkah ini untuk mendapatkan rumus perhitungan frekuensi.

Oke jadi bagian teori sudah selesai. Mari kita membangun!

Langkah 3: Kumpulkan Semua Bagian yang Diperlukan

Gambar menunjukkan semua bagian yang diperlukan untuk membuat modul SPWM. Saya telah memasang IC pada basis IC masing-masing sehingga dapat dengan mudah diganti jika perlu. Anda juga dapat menambahkan kapasitor 0,01uF pada keluaran gelombang segitiga dan SPWM untuk menghindari fluktuasi sinyal dan menjaga pola SPWM tetap stabil.

Saya memotong bagian veroboard yang diperlukan agar sesuai dengan komponen dengan benar.

Langkah 4: Membuat Sirkuit Tes

Sekarang sebelum kita mulai menyolder bagian-bagiannya, kita perlu memastikan bahwa sirkuit kita berfungsi seperti yang diinginkan dan oleh karena itu penting untuk menguji sirkuit kita di papan tempat memotong roti dan membuat perubahan jika perlu. Gambar di atas menunjukkan prototipe sirkuit saya di papan tempat memotong roti.

Langkah 5: Mengamati Sinyal Output

Untuk memastikan bahwa bentuk gelombang keluaran kami benar, penting untuk menggunakan osiloskop untuk memvisualisasikan data. Karena saya tidak memiliki DSO profesional atau jenis osiloskop apa pun, saya mendapatkan sendiri osiloskop murah- DSO138 ini dari Banggood. Ini bekerja dengan baik untuk analisis sinyal frekuensi rendah hingga menengah. Untuk aplikasi luar kami akan menghasilkan gelombang segitiga frekuensi 1KHz dan 10KHz yang dapat dengan mudah divisualisasikan pada lingkup ini. Tentu saja Anda bisa mendapatkan informasi sinyal yang jauh lebih andal pada osiloskop profesional, tetapi untuk analisis cepat, model ini berfungsi dengan baik!

Langkah 6: Mengamati Sinyal Segitiga

Gambar di atas menunjukkan dua gelombang segitiga yang dihasilkan dari dua rangkaian pembangkit sinyal.

Langkah 7: Mengamati Sinyal SPWM

Setelah berhasil membangkitkan dan mengamati gelombang segitiga, sekarang kita melihat bentuk gelombang SPWM yang dibangkitkan pada keluaran komparator. Menyesuaikan basis dasi ruang lingkup memungkinkan kami menganalisis sinyal dengan benar.

Langkah 8: Menyolder Bagian ke Perfboard

Sekarang setelah rangkaian kami dicoba dan diuji, kami akhirnya mulai menyolder komponen ke veroboard untuk membuatnya lebih permanen. Kami menyolder basis IC bersama dengan resistor, kapasitor, dan resistor variabel sesuai dengan skema. Penting bahwa penempatan komponen sedemikian rupa sehingga kita harus menggunakan kabel minimal dan sebagian besar koneksi dapat dibuat dengan jejak solder.

Langkah 9: Menyelesaikan Proses Solder

Setelah sekitar 1 jam penyolderan saya selesai dengan semua koneksi dan seperti inilah modul akhirnya. Ini cukup kecil dan kompak.

Langkah 10: Menambahkan Lem Panas untuk Mencegah Celana Pendek

Untuk meminimalkan celana pendek atau kontak logam yang tidak disengaja di sisi solder, saya memutuskan untuk melindunginya dengan lapisan lem panas. Itu membuat koneksi tetap utuh dan terisolasi dari kontak yang tidak disengaja. Seseorang bahkan dapat menggunakan pita isolasi untuk melakukan hal yang sama.

Langkah 11: Pin-out dari Modul

Gambar di atas menunjukkan pinout dari modul yang saya buat. Saya memiliki total 5 pin header male yang dua untuk power supply (Vcc dan Gnd), satu pin untuk mengamati gelombang segitiga cepat, pin lainnya untuk mengamati gelombang segitiga lambat dan yang terakhir adalah pin SPWM keluaran. Pin gelombang segitiga penting jika kita ingin menyempurnakan frekuensi gelombang.

Langkah 12: Menyesuaikan Frekuensi Sinyal

Potensiometer digunakan untuk menyempurnakan frekuensi setiap sinyal gelombang segitiga. Hal ini disebabkan karena tidak semua komponen ideal sehingga nilai teoritis dan praktis dapat berbeda. Ini dapat dikompensasikan dengan menyesuaikan preset dan dengan demikian melihat output osiloskop.

Langkah 13: File Skema

Saya telah melampirkan tata letak skematis untuk proyek ini. Jangan ragu untuk memodifikasinya sesuai dengan kebutuhan Anda.

Saya harap Anda menyukai tutorial ini.

Silakan bagikan umpan balik, saran, dan pertanyaan Anda di komentar di bawah.

Sampai Lain waktu:)