ШИМ регулятор на LM358

миниатюра поста

Решил собрать шим регулятор на операционном усилителе. Не то что бы мне нужен был шим регулятор, просто валялся листочек с нарисованной схемой уже больше года и вот наконец дошли руки собрать схему и изучить ее характеристики. Вот сама схема:

схема шим регулятора LM358

На первом ОУ собран генератор треугольного сигнала, а второй ОУ играет роль компаратора, формируя прямоугольный сигнал. Вот осциллограммы сигналов на разных выводах LM358 снятые приложением для Android SmartScope, частота 670Гц:

осциллограммы сигналов на выводах lm358

На выводах 6 и 3 присутствует сигнал похожий на треугольный, а точнее сигнал сформированный из отрезков экспоненты. На выводах 5 и 7 сигнал имеет форму похожую на прямоугольную. Эти сигналы никак не зависят от положения движка резистора R7, коэффициент заполнения меняется только у сигнала на выводе 1:

осциллограмма выходного сигнала

Частота генерации зависит от емкости C2 и сопротивления R3, чем они меньше, тем выше частота. Также есть зависимость частоты от напряжения питания:

С2100n10n1n
5V670 Hz5,7 kHz21,8 kHz
12V667 Hz4,3 kHz16,3 kHz

Потребляемый микросхемой ток 0,6мА при питании от 5В и 1,5мА от 12В. Напряжение питания до 32В, выходной ток не менее 20мА. Для управления большой нагрузкой можно использовать ключ на биполярном или полевом транзисторе:

схема шим регулятора LM358 с ключом

Переменный резистор R7 нужно подбирать для более полной регулировки. При питании от 5В я ставил резистор на 22кОм и 47кОм для 12В. Если взять слишком маленький номинал этого резистора регулировка будет неполной, а если слишком большой - часть его не будет участвовать в регулировке.

Нигде не нашел максимальную частоту генерации LM358. В даташите нашел максимальную скорость нарастания выходного сигнала 0.6 В/мкс. То есть, чтобы выходной сигнал изменился от 0 до 12В потребуется как минимум 20мкс. Это только фронт прямоугольного сигнала. Допустим еще 20мкс сигнал имеет максимальную амплитуду, 20мкс идет спад и еще 20мкс сигнал имеет минимальную амплитуду. Итого 80мкс период одного колебания. Частота(обратная периоду величина) получается 12500 Гц. Сигнал при этом будет ближе к трапеции чем к прямоугольнику. Так что для получения приемлемой формы сигнала лучше ограничиться частотой в несколько килогерц или использовать ОУ с большей скоростью нарастания выходного сигнала. Правда такие ОУ стоят дороже, поэтому для высоких частот лучше выбрать другую схему.

Что касается приложения осциллографа SmartScope, вряд ли можно считать его измерительным прибором, но вот оценить форму сигнала вполне реально. Вот сигнал 5кГц со звуковой карты ноутбука:

5кГц со звуковой карты ноутбука

А вот сигнал 4кГц с генератора на таймере NE555:

4кГц с генератора на ne555

Сигнал на смартфон подается через разъем jack 3.5мм с четырьмя контактами и делителем напряжения на резисторах:

осциллограф из смартфона

Для защиты входа от превышения напряжения желательно поставить стабилитроны на напряжение 1.9В или ниже. Следует помнить что стабилитрон срабатывает не мгновенно, а также что он может выйти из строя, поэтому к высоковольтным цепям лучше такой осциллограф не подключать.

Дата публикацииSun, 21 Aug 2022 10:35:31 GMT Просмотры36
Реклама
Похожие материалы