L'IC 555 è un dispositivo estremamente utile e versatile che può essere applicato per configurare molti circuiti utili nel campo dell'elettronica. Una caratteristica molto utile di questo CI è la sua capacità di generare impulsi PWM che possono essere dimensionati o elaborati secondo le esigenze dell'applicazione o del circuito.
Cos'è PWM
PWM è l'acronimo di modulazione di larghezza di impulso, un processo che coinvolge il controllo delle larghezze di impulso o dei periodi ON / OFF o delle uscite logiche generate da una particolare sorgente come un circuito oscillatore o un microcontrollore.
Fondamentalmente PWM viene utilizzato per dimensionare o regolare la tensione di uscita o la potenza di un particolare carico secondo i requisiti individuali o dell'applicazione.
È un modo digitale per controllare l'alimentazione ed è più efficace dei metodi analogici o lineari.
Ci sono molti esempi che illustrano l'uso efficace del PWM nel controllo dei parametri dati.
Viene utilizzato per il controllo della velocità dei motori DC, negli inverter per il controllo dell'RMS dell'uscita AC o per producendo uscite sinusoidali modificate .
Può anche essere visto negli alimentatori SMPS per controllare la tensione di uscita a livelli precisi.
Viene applicato anche nei circuiti driver LED per abilitare il funzionamento dimmerazione LED.
È ampiamente utilizzato nelle topologie buck / boost per derivare tensioni ridotte o aumentate senza utilizzare trasformatori ingombranti.
Quindi fondamentalmente può essere utilizzato per personalizzare un parametro di output secondo le nostre preferenze.
Con così tante interessanti opzioni applicative, significa che il metodo potrebbe essere troppo complicato o costoso da configurare?
La risposta è decisamente no. Infatti può essere implementato in modo molto semplice utilizzando un singolo CI, l'LM555.
Esistono fondamentalmente due metodi attraverso i quali l'IC 555 può essere utilizzato per generare l'uscita di modulazione della larghezza di impulso. Il primo metodo utilizza solo un singolo IC 555 e alcune parti associate come un diodo, un potenziometro e un condensatore. Il secondo metodo consiste nell'utilizzare una configurazione IC 555 monostabile standard e utilizzare un segnale di modulazione esterno.
IC 555 PWM utilizzando diodi
Il primo metodo è il più semplice ed efficace, che utilizza la configurazione come mostrato di seguito:
Dimostrazione video
Il funzionamento del circuito PWM IC 555 a due diodi sopra mostrato è abbastanza semplice. In effetti è un file design multivibratore standard astabile ad eccezione di un controllo di periodo ON / OFF indipendente dell'uscita.
Come sappiamo, il tempo di ON del circuito PWM dell'IC 555 è deciso dal tempo impiegato dal suo condensatore per caricarsi al livello 2/3 Vcc attraverso il resistore del pin # 7, e il tempo di OFF è determinato dal tempo di scarica del condensatore sotto 1/3 Vcc attraverso il pin # 7 stesso.
Nel semplice circuito PWM sopra, questi due parametri possono essere impostati o fissati in modo indipendente tramite un potenziometro e tramite una coppia di diodi biforcati.
Il diodo del lato sinistro che ha il suo catodo collegato al pin # 7 separa il tempo di OFF, mentre il diodo del lato destro che ha il suo anodo collegato al pin # 7 separa il tempo di ON dell'uscita IC.
Quando il potenziometro il braccio del cursore è più verso il diodo sul lato sinistro, fa diminuire il tempo di scarica, a causa della minore resistenza attraverso il percorso di scarica del condensatore. Ciò si traduce in un aumento del tempo di accensione e in una diminuzione del tempo di spegnimento dell'IC PWM.
Viceversa, quando lo slider del potenziometro è più verso il diodo di destra, fa diminuire il tempo di accensione per abbassamento della resistenza del potenziometro sul percorso di carica del condensatore. Ciò si traduce in un aumento del periodo OFF e in una diminuzione nei periodi ON dei PWM di uscita IC.
2) IC 555 PWM che utilizza la modulazione esterna
Il secondo metodo è leggermente complesso rispetto al precedente e richiede una corrente continua esterna variabile sul pin n. 5 (ingresso di controllo) dell'IC per implementare l'ampiezza dell'impulso variabile proporzionalmente all'uscita dell'IC.
Impariamo la seguente semplice configurazione del circuito:
Pinout IC 555
Lo schema mostra l'IC 555 cablato in una modalità multivibratore monostabile facile. Sappiamo che in questa modalità l'IC è in grado di generare un impulso positivo sul pin # 3 in risposta a ogni singolo trigger negativo sul suo pin # 2.
L'impulso al pin # 3 si mantiene per un periodo di tempo predeterminato a seconda dei valori di Ra e C. Possiamo anche vedere il pin # 2 e il pin # 5 assegnati rispettivamente come ingressi di clock e di modulazione.
L'output è preso dal solito pin # 3 del chip.
Nella configurazione semplice sopra, l'IC 555 è tutto impostato per generare gli impulsi PWM richiesti, richiede solo un impulso a onda quadra o un ingresso di clock sul pin n. 2, che determina la frequenza di uscita, e un ingresso di tensione variabile sul pin n. 5 la cui ampiezza o livello di tensione decide le dimensioni dell'ampiezza dell'impulso in uscita.
Gli impulsi a pin # 2 generano onde triangolari corrispondentemente alternate al pin # 6/7 dell'IC, la cui larghezza è determinata dai componenti di temporizzazione RA e C.
Questa onda triangolare viene confrontata con la misura istantanea della tensione applicata al pin n. 5 per la regolazione degli impulsi PWM all'uscita del pin n. 3.
In parole semplici, dobbiamo solo fornire un treno di impulsi al pin n. 2 e una tensione variabile al pin n. 5 per ottenere gli impulsi PWM richiesti al pin n. 3 dell'IC.
L'ampiezza della tensione al pin # 5 sarà direttamente responsabile nel rendere gli impulsi PWM in uscita più forti o più deboli, o semplicemente più spessi o più sottili.
La tensione di modulazione può essere un segnale di corrente molto basso, ma darebbe i risultati desiderati.
Ad esempio, supponiamo di applicare un'onda quadra di 50 Hz al pin # 2 e una 12V costante al pin # 5, il risultato in uscita mostrerà PWM con un RMS di 12V e una frequenza di 50Hz.
Per ridurre l'RMS dobbiamo solo abbassare la tensione sul pin # 5. Se lo si varia, il risultato sarà un PWM variabile con valori RMS variabili.
Se questo RMS variabile viene applicato a uno stadio del driver mosfet in uscita, qualsiasi carico supportato dal mosfet risponderà anche con risultati alti e bassi corrispondenti.
Se un motore è collegato al mosfet, risponderà con velocità variabili, una lampada con intensità luminose variabili mentre un inverter con equivalenti sinusoidali modificati.
La forma d'onda di output
La discussione di cui sopra può essere vista e verificata dalla figura della forma d'onda fornita di seguito:
La forma d'onda più in alto rappresenta la tensione di modulazione al pin # 5, il rigonfiamento nella forma d'onda rappresenta la tensione crescente e viceversa.
La seconda forma d'onda rappresenta l'impulso di clock uniforme applicato al pin # 2. Serve solo per consentire all'IC di passare a una certa frequenza, senza la quale l'IC non sarebbe in grado di funzionare come un dispositivo generatore PWM.
La terza forma d'onda rappresenta l'effettiva generazione di PWM al pin # 3, possiamo vedere che l'ampiezza degli impulsi è direttamente proporzionale al segnale di modulazione superiore.
Le larghezze di impulso corrispondenti al 'rigonfiamento' possono essere viste come molto più ampie e ravvicinate che diventano proporzionalmente più sottili e rade con la caduta del livello di tensione di modulazione.
Il concetto di cui sopra può essere applicato molto facilmente ed efficacemente nelle applicazioni di controllo dell'alimentazione, come discusso in precedenza nell'articolo precedente.
Come generare un ciclo di lavoro fisso al 50% da un circuito IC 555
La figura seguente mostra una configurazione semplice che fornirà PWM con duty cycle fisso del 50% sul pin n. 3. L'idea è stata presentata in una delle schede tecniche dell'IC 555 e questo design sembra molto interessante e utile per applicazioni che richiedono uno stadio generatore con duty cycle fisso al 50% semplice e veloce.
Precedente: circuito inverter / caricatore a trasformatore singolo Avanti: Circuito fader LED - Generatore di effetti LED a crescita lenta, caduta lenta
