UPDATE: Der 555-CMOS-Timer als Impulsbreitenmodulator (PWM)….

Der vollständige Titel lautet „Der 555-CMOS-Timer als Impulsbreitenmodulator (PWM) zur Steuerung eines kleinen DC-Ventilators“. Dieser vollständige Titel ist zu lang für die Titelzeile und er vermittelt nicht das eigentliche Ziel dieses Update.

Der Kern liegt in den elektronischen Details, die auch für andere Projekte nützlich sein können. Hier habe ich in Wort und Bild einiges verbessert und erweitert. Ursprünglich ging es um die PWM-Anwendung für einen kleinen DC-Tischventilator mit einer kleinen Leistung von 6 Watt. Mit entsprechenden Ergänzungen, kann man mit der selben Basisschaltung, PWM-Erzeugung mit einem LMC555 oder TLC555 (kein NE555) inklusive Anlaufbeschleunigung, leistungsstärkere DC-Motoren betreiben. Neu ist eine Version mit einem DC-Motor für 24 VDC und maximal 3 A, angedeutet hier im Titelbild mit Bild 1.

Damit die Belastung am Ausgang keine Rückwirkung haben kann auf die Elektronik, die das PWM-Signal erzeugt, eignet sich eine Treiberstufe. Dazu eignet sich durchaus einen zweiten LMC555 oder TLC555 oder aber eine diskrete Schaltung mit zwei Transistoren (BJT). In Bild 2 sieht man eine solche, zwischen Komparator und MOSFET-Schaltstufe.

Dieser Elektronik-Minikurs gehört zur Gruppe, die sich mit der CMOS-Version des 555-Timers (LMC555, TLC555) mit praktischen Anwendungen beschäftigt. Weil hier PWM ein zentrales Thema ist und es zu einem interessanten Vergleich kommt, ist neu die PWM-Methode mit Dreieckgenerator und Komparator mit Pegelshifting ein Thema mit ebenfalls einer praktischen Anwendung. Beide Schaltungs-Varianten haben ihren eigenen Vorteil. Worin dieser besteht wird im neusten Update erklärt. In Bild 2, mit dem Dreieck-Generator, fehlt die ANLAUF-Funktion. Sie ist, wenn überhaupt notwendig, ein Teil der Schaltung, welche die Steuerspannung /Ut liefert. Die seltsame Bezeichnung /Ut ist im Minikurs erklärt und hat seinen Sinn.

Eine Komparatorschaltung neigt oft zum kurzzeitigen Oszillieren (Burst) während der Schaltflanke am Ausgang. In diesem Zustand tritt eine sehr hohe Verstärkung in Erscheinung. Auslöser für solche Bursts sind oft parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten, gegeben u.a. durch die Leiterbahnen. Auch diese Angelegenheit ist hier thematisiert und ebenso auch gleich der „mysteriöse“ Widerstand am Gate-Eingang eines Leistungs-MOSFET.

Gruss Euer
ELKO-Thomas

 


Dreieckgenerator mit Operationsverstärker

Was sind die grundlegenden Voraussetzungen um eine Dreieckspannung zu erzeugen? Wenn man verstanden hat, dass immer eine konstante Stromquelle/senke involviert ist, welche Möglichkeiten bieten sich? Die Integratorschaltung mit Opamp, eine beinah ideale leicht steuerbare Stromquelle, bietet die beste und einfachste Lösung mit der Unterstützung durch einen Schmitt-Trigger. Die virtuelle Spannung, ein dynamischer Vorgang, der den Effekt einer konstanten Stromquelle am Leben erhält…

Doch nun im Einzelnen. Es beginnt mit der unterschiedlichen Ladecharakteristik eines RC-Gliedes mit der typischen Exponentialkurve im Vergleich zum IC-Glied dessen Ladekurve eine Gerade ist. Dies ist die primäre Voraussetzung für einen Dreieckgenerator. IC bedeutet hier nicht wie sonst gewohnt Integrated Circuit, sondern anstelle von Widerstand-Kondensator (RC), Strom-Kondensator (IC).

Da der 555-Timer gerade im ELKO und seinem Forum eine Tradition hat, soll gezeigt werden, mit welchem Aufwand der bessere LMC555 (CMOS-Version) sich für einen Dreieckgenerator eignet. Nach dieser enttäuschenden Erfahrung kann man zu diesem Thema den 555er als erledigt betrachten. Danach kommt es im Endspurt zum Dreieckgenerator mit zwei Opamps oder mit einem Opamp und einem Komparator bei höheren Dreieckfrequenzen.

Hier wird akribisch an selbstdurchführbaren kleinen Experimenten gezeigt und erklärt warum ein aktiver Integrator mit einem Opamp als steuerbare konstante Stromquelle zwischen Ausgang und invertierendem Eingang arbeitet und dies die wichtigste Aufgabe ist um eine Dreieckspannung zu erzeugen.

Nach dieser Exkursion kommt es zur praktischen Schaltung, bei der die Dreieckspannung, die Frequenz, die DC-Offsetspannung und die Dreiecksymmetrie eingestellt werden kann.  Diese Schaltung dient u.a. dem folgendem Elektronik-Minikurs:

Beim einfachen Dreieckgenerator, bestehend aus einem Integrator (Opamp) und Schmitt-Trigger (Komparator), beeinflusst die Spannungseinstellung die Frequenz. Daher eignet sich diese Schaltung vorwiegend dann, wenn nur eine feste Spannung justiert werden muss, jedoch die Frequenz frei einstellbar sein soll. Mit einer zusätzlichen kleinen Opampschaltung kann man beides von einander unabhängig realisieren.

Im letzten Kapitel geht es noch um einen Dreieckgenerator der anstelle mit einer symmetrischen Betriebsspannung (±Ub) nur mit einer einfachen (+Ub) arbeitet. Hier sind die Tücken der korrekten Arbeitspunkt- bzw. Referenzspannung thematisiert.

Wer nach diesen einleitenden Worten an den Details interessiert ist, empfehle ich diesen neuen Elektronik-Minikurs: