Home
Accesso / Registrazione
 di 

Il 555 a duty cycle variabile linearmente si presta per le funzioni PWM

ic 555 duty cycle  PWM

In genere l’IC 555 viene utilizzato come temporizzatore a duty cycle fisso. Qui si espone la circuitazione per ottenere facilmente un duty cycle variabile con linearità e quindi l’estensione dell’utilizzazione come PWM Il 555 è molto probabilmente il circuito integrato temporizzatore di più lunga vita.

È infatti da oltre sei lustri nel mercato della componentistica senza subire alcuna concorrenza da altri analoghi circuiti. Fra i temporizzatori è un po’ ciò che il 741 rappresenta fra gli amplificatori operazionali. Ma con una differenza sostanziale: il 741 è ormai considerato una sorta di reperto archeologico dal momento che migliaia sono gli op-amp che, con caratteristiche di gran lunga superiori, lo hanno scalzato e sostituito, mentre il 555 resiste immutato alle nuove immissioni di componenti timer.

Ciò è dovuto al fatto che fin dal suo esordio, e successivamente nella versione CMOS, è stato dotato di caratteristiche tali da renderlo estremamente versatile e anche di facile impiego. Chi volesse una panoramica delle sue applicazioni e delle relative modalità di progetto si rivolga alla pubblicazione della Sandit Libri dal titolo Il manuale dell’IC 555. In questa occasione esporremo un’applicazione che è di indubbio interesse consentendo di poter variare il duty cycle rho dell’onda quadra prodotta dal 555 con linearità. Le consuete applicazioni infatti si prestano alla realizzazione di oscillatori a duty cycle fisso e quindi non si addicono ad applicazioni per le quali si richieda di poter modificare a piacimento il ciclo di lavoro.

Il circuito IC 555

La figura 1 riporta la configurazione semplificata del 555 come multivibratore astabile. Il funzionamento è il seguente: quando l’uscita, pin 3, si porta a livello alto, il deviatore S1 si chiude mentre il deviatore S2 si apre.

Schema semplificato del circuito timer 555 come multivibratore astabile.

Fig. 1 - Schema semplificato del circuito timer 555 come multivibratore astabile.

Multivibratore astabile con IC 555. L’onda quadra in uscita ha frequenza di circa 100 Hz e ampiezza prossima alla tensione di alimentazione.

Fig. 2 - - Multivibratore astabile con IC 555. L’onda quadra in uscita ha frequenza di circa 100 Hz e ampiezza prossima alla tensione di alimentazione

Fig. 3 - Forma d’onda ai capi del carico RL nel multivibratore di cui alla figura 2.

Fig. 3 - Forma d’onda ai capi del carico RL nel multivibratore di cui alla figura 2.

Multivibratore astabile con IC555 che consente, agendo sul potenziometro Rp, di modificare il duty cycle dell’onda quadra in uscita.

Fig. 4 - Multivibratore astabile con IC555 che consente, agendo sul potenziometro Rp, di modificare il duty cycle dell’onda quadra in uscita.

Forma d’onda in uscita nel multivibratore di cui alla figura 4. Il duty cycle è dell’87%.

Fig. 5 - Forma d’onda in uscita nel multivibratore di cui alla figura 4. Il duty cycle è dell’87%.

- Forma d’onda in uscita nel multivibratore di cui alla figura 4. Il duty cycle è del 61%.

Fig. 6 - - Forma d’onda in uscita nel multivibratore di cui alla figura 4. Il duty cycle è del 61%.

Quando l’uscita va a livello basso S1 si apre e S2 si chiude consentendo così la scarica del condensatore Ct attraverso R2 e R3. La figura 2 espone la relativa configurazione classica del 555 sempre come multivibratore astabile, mentre la figura 3 riporta la forma d’onda prelevata ai capi del carico RL. Si può constatare che la frequenza – indicata dalla posizione reciproca dei marker verticali a e b – è di 100 Hz, e il duty cycle, inteso come il rapporto fra l’intervallo di tempo t1 in cui il segnale è a livello alto e l’intero periodo T è pari a circa il 65 %.

Si ha infatti:

t1=6,45 ms T=t1+t2=10ms

L’entità del duty cycle può essere modificata attribuendo alle resistenze R1 e R2 e alla capacità Ct valori diversi, ma non è possibile, con questa configurazione, ottenere la variazione lineare e con continuità dello stesso duty cycle. Per giungere a questo risultato ci si può riferire al circuito di cui alla figura 4. Qui si nota un potenziometro Rp connesso fra le resistenze R1 e R3 il cui cursore, tramite la resistenza R2, vaal condensatore Ct di temporizzazione. Proprio agendo su questo potenziometro si ottiene una variazione lineare del duty cycle dell’onda presente sul pin di uscita (pin 3). L’entità del duty cycle si ricava con l’espressione:

dove Rp è il valore ohmico del potenziometro mentre Rpvar è la relativa frazione inserita fra il cursore e l’estremo dello stesso potenziometro a cui è connessa la resistenza R1. Ponendo per esempio, R1 = R2 = 1,2 kOhm e Rp = 15 kOhm e supponendo di disporre il cursore per il 99% del suo valore (Rpvar = 14,85 kOhm) si ricava un duty cycle:

Si ottiene cioè un duty cycle dell’ 87 %. Questo risultato è posto in evidenza nel diagramma di cui alla figura 5 dove l’intervallo tH in cui il segnale è a livello alto si estende per 66 mus mentre l’intervallo tL in cui il segnale è a livello basso si estende per 9 mus. Poiché il periodo T vale quindi:

per il duty cycle si ricava:

Questo valore è pressoché corrispondente a quello su ricavato in funzione dei resistori posti in circuito. Si ponga ora il cursore del potenziometro al 30 % della sua corsa inserendo quindi una Rpvar pari a 10,5 kOhm. Dall’espressione [1] si ricava allora:

Il diagramma che si ottiene in simulazione con Rpvar = 10,5 kOhm è riportato nella figura 6. In questo caso tH = 25 mus e tL = 16 mus. Essendo quindi T = 41 mus per il duty cycle dell’onda si ricava:

Questo valore è pressoché corrispondente a quello su ricavato in funzione dei resistori posti in circuito. E così via qualunque sia la porzione di Rp inserita. E d’altra parte non poteva essere diversamente dal momento che dall’espressione [1] già si evince la dipendenza lineare del duty cycle da Rpvar. Si noti inoltre come l’ampiezza dell’onda è sempre pressoché eguale alla tensione di alimentazione del circuito.

Il PWM

Il PWM (Pulse Width Modulator) è un circuito estremamente interessante e di uso diffuso. In buona sostanza il PWM realizza la possibilità di variare la larghezza degli impulsi generati da un oscillatore a secondo delle necessità del circuito in cui è chiamato a lavorare. Una delle moltissime applicazioni la si trova, per esempio, negli stadi stabilizzatori di tipo switching. Si consideri, per esempio, il disegno di cui alla figura 7. Qui il BJT Q può essere pilotato in conduzione (on), e fino alla saturazione, dal fronte ascendente di un segnale Vt applicato in base per poi passare allo stato di interdizione (off) quando lo stesso segnale torna a zero.

BJT pilotato in base da un’onda quadra.

Fig. 7 - - BJT pilotato in base da un’onda quadra.

Se si suppone che il segnale sia ripetitivo (periodico) e dotato di una frequenza sufficientemente alta si può ritenere che il carico RL sia alimentato con una tensione Vout che sarà tanto più prossima ad una tensione continua (costante) quanto più, per l’appunto, sarà elevata la frequenza. In genere negli stadi switching la continuità della Vout è fornita da un opportuno circuito nel quale è efficace la presenza di un’induttaza, ma per l’esempio che qui riportiamo si può semplificare l’intera spiegazione.

deviatore s1

Fig. 8 - Per il comando del deviatore S 1 nel circuito di cui alla figura 4 si può utilizzare l’IC 4066.

Ciò è coerente se il carico è costante, ossia se assorbe costantemente la stessa corrente. Ma se il carico varia e, per esempio, la tensione di uscita diminuisce, affinché la Vout possa tornare al valore impostato deve opportunamente diminuire la caduta di tensione collettore-emettitore del BJT. Perché ciò avvenga è necessario che il BJT, che si comporta come una resistenza varabile in serie al carico, si mantenga in conduzione più spinta fino a riportare la tensione di uscita al suo valore. Analogamente, se la Vout tende ad aumentare, dovrà egualmente aumentare la caduta di tensione collettore-emettitore perché solo così si può ripristinare il valore della stessa Vout.

In genere, nei circuiti switching, oltre all’induttanza, c’è, per l’appunto, un opportuno circuito PWM che fa sì che l’estensione dell’intervallo ton possa prolungarsi o contrarsi automaticamente in funzione della variazione della tensione di uscita. Se quest’ultima diminuisce il ton si prolunga e, viceversa, se la Vout aumenta il ton si contrae. L’onda quadra è in genere prodotta da un oscillatore a frequenza fissa sulla quale agisce appunto il PWM estendendo o contraendo l’intervallo durante il quale il BJT deve condurre in funzione delle variazioni del carico.

Tornando al circuito di cui alla figura 4 la conversione del circuito timer 555 in PWM può ottenersi anche ricorrendo allo switch integrato 4066 di cui la figura 8 mostra lo schema analogico. In questo manca lo switch S1 che si suppone sia quello della figura 4.

radiokit elettronica

 

 

Scrivi un commento all'articolo esprimendo la tua opinione sul tema, chiedendo eventuali spiegazioni e/o approfondimenti e contribuendo allo sviluppo dell'argomento proposto. Verranno accettati solo commenti a tema con l'argomento dell'articolo stesso. Commenti NON a tema dovranno essere necessariamente inseriti nel Forum creando un "nuovo argomento di discussione". Per commentare devi accedere al Blog
ritratto di gdzbgd

Informazioni.

Sono da poco entrato nel mondo dell'elettronica e vorrei realizzare un lampeggiatore che accenda un LED per dieci secondi ogni trenta secondi di spegnimento.
Per favore potete aiutarmi?
Grazie

 

 

Login   
 Twitter Facebook LinkedIn Youtube Google RSS

Chi è online

Ci sono attualmente 32 utenti e 110 visitatori collegati.

Ultimi Commenti