Pengontrol Daya PWM: Buat Driver Lampu Modulasi Lebar Pulsa
Bagian dan Bahan
- Empat baterai 6-volt
- Kapasitor elektrolitik 100 µF, 35 WVDC (misalnya, Radio Shack #272-1028)
- Kapasitor non-polaris 0.1 µF (Radio Shack #272-135)
- IC timer 555 (Radio Shack #276-1723)
- Op-amp dual, 1458 (Radio Shack #276-038)
- Transistor daya NPN (Radio Shack #276-2041 atau setara)
- Tiga dioda rectifier 1N4001 (Radio Shack #276-1101)
- Potensiometer linier 10 kΩ (Radio Shack #271-1715)
- Resistor 33 kΩ
- Lampu mobil 12 volt
- Detektor audio dengan headphone
Referensi Silang
- Lessons In Electric Circuits, Vol. 3, Chap. 8: “Operational Amplifiers”
- Lessons In Electric Circuits, Vol. 2, Chap. 7: “Mixed-Frequency AC Signals”
Tujuan Pembelajaran
- Memonstrasikan timer 555 sebagai multivibrator astable
- Menggunakan op-amp sebagai komparator
- Menggunakan dioda untuk menghilangkan tegangan DC yang tidak diinginkan
- Mengontrol daya ke beban melalui modulasi lebar pulsa (PWM)
Diagram Skematik
Ilustrasi
Instruksi
Rangkaian ini menggunakan timer 555 untuk menghasilkan tegangan gigi gergaji di seluruh kapasitor. Tegangan kapasitor dibandingkan dengan tegangan referensi dari potensiometer oleh komparator op-amp. Output gelombang persegi komparator, yang siklus kerjanya bervariasi dengan potensiometer, mendorong basis transistor daya. Transistor menyala dan mematikan lampu 12-V dengan cepat, sehingga daya rata-rata lampu proporsional dengan siklus kerja.
Konsep PWM bergantung pada dissipasi daya rendah transistor saat cut-off (tidak ada arus) dan saat saturated (penurunan tegangan minimal). Dibandingkan dengan reostat, PWM mencapai kontrol daya yang presisi dan hemat energi.
Untuk mengamati hubungan gelombang tanpa oskiloskop tiga jejak, ganti kapasitor 0.1 µF dengan kapasitor 100 µF. Ini memperlambat frekuensi 555 dengan sekitar faktor 1.000, memungkinkan voltmeter DC untuk melacak kenaikan kapasitor dan transisi komparator. Lampu kemudian akan secara terlihat menyala dan mati pada laju yang lambat; ini mendemonstrasikan mekanisme PWM yang mendasarinya.
Dua op-amp identitas dihubungkan secara paralel untuk menyediakan arus yang diperlukan ke basis transistor. Seri 1458 menawarkan perlindungan short-circuit, mencegah kerusakan jika satu op-amp mulai mendorong tinggi sementara yang lain mendorong rendah. Tiga silikon dioda beruntun menurunkan sekitar 2.1 V, memastikan transistor sepenuhnya mati saat output op-amp rendah, karena 1458 tidak dapat mencapai ground dengan tepat.
Mendengarkan output op-amp melalui headphone sambil menyesuaikan potensiometer mengungkap bagaimana siklus kerja membentuk konten harmonik. Pada siklus kerja 50 %, gelombang adalah gelombang persegi sempurna dengan hanya harmonik ganjil, menghasilkan kualitas nada yang khas. Menyimpang dari 50 % memperkenalkan harmonik genap, mengubah nada secara halus.
Lembar Kerja Terkait
- Signal Modulation Worksheet
