TIPS ‘N TRICKS

20 IUNIE 2007

INTRODUCERE
Microchip continuă să ofere produse inovative din ce în ce mai mici, mai rapide, mai uşoare, mai simplu de utilizat şi mai sigure. Microcontrolerele (MCU) PICmicro® ce au la bază memorie Flash, sunt utilizate într-o gamă foarte largă de produse de uz curent, de la detectoare de fum, la produse industriale, auto şi medicale. Familia de dispozitive PIC12F/16F ce dispune de comparatoare de tensiune on-chip îmbină toate avantajele arhitecturii MCU PICmicro şi flexibilitatea memoriei program Flash cu natura de semnal mixt a comparatorului de tensiune. Împreună, acestea formează din punct de vedere constructiv un bloc economic, hibrid digital/analog cu puterea şi flexibilitatea de a lucra în lumea analogică. Flexibilitatea dată de Flash şi excelenta suită de unelte de dezvoltare, care include depanatorul în circuit In-Circuit Debugger, programare serială în circuit (ICSP™) şi MPLAB® ICE 2000, fac ca aceste dispozitive să fie ideale pentru aproape orice aplicaţie de control embedded. Următoarea serie de sfaturi pot fi asociate unei varietăţi mari de aplicaţii ce utilizează comparatoare discrete de tensiune sau microcontrolere cu comparatoare de tensiune integrate.

TIP #1 Multivibrator cu ieşire undă dreptunghiulară

Figura 1.1 Circuit multivibrator

Un multivibrator este un oscilator proiectat în jurul unui comparator de tensiune sau a unui amplificator operaţional (Figura 1-1). Rezistenţele de la R1 la R3 formează o cale de reacţie de histerezis de la ieşire la intrarea neinversoare. Rezistenţa RT şi condensatorul CT formează o reţea de întârziere între ieşire şi intrarea inversoare. La începutul ciclului, CT este descărcat menţinând intrarea neinversoare la masă, forţând ieşirea în nivel superior. Ieşirea de nivel superior forţează intrarea neinversoare către un prag înalt de tensiune şi încarcă CT prin RT. Atunci când tensiunea prin CT atinge pragul de tensiune înaltă, ieşirea este forţată în nivel inferior. Această ieşire aruncă intrarea neinversoare către pragul inferior de tensiune şi descarcă CT prin RT. Atunci când tensiunea prin CT atinge pragul inferior de tensiune, ieşirea este forţată în nivel superior, iar ciclul porneşte din nou.
Pentru proiectarea unui circuit multivibrator, trebuie proiectată întâi calea de reacţie de histerezis. Trebuie avut grijă la alegerea pragurilor de tensiune (VTH şi VTL) care sunt uniform spaţiate în cadrul domeniului de mod comun al comparatorului şi centrate faţă de VDD/2. Apoi se utilizează VTH şi VTL pentru calcularea valorilor pentru RT şi CT ce vor fi în directă legătură cu frecvenţa de oscilaţie dorită FOSC. Ecuaţia 1-1 defineşte relaţia dintre RT, CT, VTH, VTL şi FOSC.

ecuaţia 1-1:

Exemplu:
VDD = 5V, VTH = 3,333, VTL = 1,666V
R1, R2, R3 = 10kΩ
RT = 15 kHz, CT = 0,1 nF pentru FOSC = 480 Hz

TIP #2 Multivibrator cu ieşire în oscilaţie de tip rampă

Figura 2.1 Multivibrator cu ieţire rampă

Figura 2.2 Variantă de multivibrator cu ieţire rampă ce utilizează un CLD

Un multivibrator cu ieşire de tip rampă este un oscilator proiectat în jurul unui comparator de tensiune sau amplificator operaţional care produce o ieşire cu formă de undă asimetrică (Figura 2-1). Rezistenţele R1 până la R3 formează o cale de reacţie de histerezis de la ieşire la intrarea neinversoare. Rezistenţa RT, dioda D1 şi condensatorul CT formează o reţea de întârziere între ieşire şi intrarea neinversoare. La începutul ciclului, CT este descărcat menţinând intrarea neinversoare la masă, forţând ieşirea în nivel superior. O ieşire de nivel superior forţează intrarea neinversoare către pragul înalt de tensiune şi încarcă CT prin RT. Când tensiunea prin CT atinge pragul înalt de tensiune, ieşirea trece în nivel inferior. O astfel de ieşire face ca intrarea neinversoare să cadă către pragul jos de tensiune şi CT se descarcă prin D1. Deoarece dinamica pe rezistenţa diodei este semnificativ mai mică decât RT, descărcarea condensatorului CT este mică prin comparaţie cu timpul de încărcare, iar ca formă de undă rezultată prin CT apare o funcţie pseudo-rampă cu o fază de încărcare tip rampă şi o fază de descărcare rapidă.
Pentru proiectarea acestui multivibrator, prima dată trebuie proiectată calea de reacţie de histerezis. Trebuie ţinut cont că amplitudinea vârf la vârf a undei de tip rampă va fi determinată de limitele histerezisului. De asemenea trebuie avută în vedere alegerea atentă a pragurilor de tensiune (VTH şi VTL) care sunt egal spaţiate în domeniul de mod comun al comparatorului. Apoi trebuie utilizate VTH şi VTL pentru a calcula valorile pentru RT şi CT care vor rezulta din frecvenţa de oscilaţie dorită FOSC. Ecuaţia 2-1 defineşte relaţia de legătură dintre RT, CT, VTH, VTL şi FOSC.

ecuaţia 2-1:

Aceasta presupune că dinamica rezistenţei pe dioda D1 este mult mai mică decât RT.

Exemplu:
VDD = 5V, VTL = 1,666V şi VTH = 3,333V
R1, R2 şi R3 = 10kΩ
RT = 15kW, CT = 0.1 nF pentru FOSC = 906 Hz

Notă: Înlocuind RT cu o diodă limitatoare de curent se va îmbunătăţi semnificativ liniaritatea formei de undă de tip rampă. Utilizând în exemplul prezentat mai sus, un CCL1000 (1 mA Central Semiconductor CLD), va produce o ieşire de mare liniaritate de 6 kHz (Ecuaţia 2-2).

ecuaţia 2-2:

Figura 3.1 Dublor de tensiune capacitiv

Figura 3.2 Modelul echivalent de ieţire

TIP #3 Dublor de tensiune capacitiv
La acest punct se utilizează multivibratorul descris la TIP #1 şi se construieşte cu ajutorul său un dublor de tensiune capacitiv (Figura 3-1). Circuitul lucrează prin încărcarea alternativă a condensatorului C1 prin dioda D1, şi apoi compensând energia în C1 cu C2 prin dioda D2. La începutul ciclului, ieşirea multivibratorului este în nivel inferior şi curentul de încărcare trece de la VDD prin D1 în C1. Când ieşirea multivibratorului trece în nivel superior, D1 este polarizată invers şi trecerea curentului de încărcare este oprită. Tensiunea prin C1 se adună tensiunii de ieşire a multivibratorului, creând o tensiune la terminalul pozitiv al C1 cu valoarea dublul VDD. Această tensiune polarizează direct D2 şi sarcina din C1 este partajată cu C2. Când ieşirea multivibratorului trece din nou în nivel inferior ciclul porneşte din nou.
Notă: Tensiunea de ieşire dublată capacitiv este nestabilizată şi va scădea odată cu creşterea curentului de sarcină. Tipic, ieşirea este utilizată ca sursă de tensiune cu o rezistenţă serie (Figura 3-2).
Pentru proiectarea unui dublor de tensiune, pentru început trebuie determinată rezistenţa de ieşire maximă admisibilă bazată pe curentul de ieşire necesar şi tensiunea de ieşire minimă admisibilă. Trebuie amintit că, curentul de ieşire va fi limitat la jumătate din capabilitatea de ieşire a comparatorului. Apoi se va alege un condensator de transfer şi frecvenţa de comutaţie prin utilizarea Ecuaţiei 3-1.

ecuaţia 3-1:

Notă: ROUT va fi cam mare datorită rezistenţei dinamice a diodelor. Pot fi analizate datele tehnice ale TC7660 pentru o descriere mai completă.

Odată determinată frecvenţa de comutaţie, trebuie proiectat un multivibrator după cum s-a arătat la TIP #1. În final, trebuie selectate diodele D1 şi D2 după curentul nominal şi apoi stabilit C2 egal cu C1.

Exemplu:
Faţă de TIP#1, valorile sunt modificate pentru o frecvenţă de oscilaţie de FOSC 4,8 kHz.
C1 şi C2 = 10 nF
ROUT = 21Ω

TIP #4 Generator PWM

Figura 4.1 Forme de undă
PWM

Figura 4.2 Circuit PWM

Acest paragraf prezintă modul în care pot fi utilizate mai multe multivibratoare cu ieşire rampă pentru a genera un semnal PWM comandat în tensiune. Multivibratoarele cu ieşire rampă operează după cu este descris la TIP #2, generând o formă de undă cu rampă pozitivă. Un al doilea comparator compară tensiunea instantanee a formei de undă cu tensiunea de intrare pentru a genera ieşirea PWM (Figura 4-2).
La începutul rampei, tensiunea acesteia este mai mică decât tensiunea de intrare, iar ieşirea celui de al doilea comparator este în nivel superior începând pulsul PWM. Ieşirea rămâne în nivel superior până când tensiunea semnalului rampă depăşeşte tensiunea de intrare, iar ieşirea celui de al doilea comparator trece în nivel inferior finalizând pulsul PWM. Ieşirea celui de al doilea comparator rămâne în nivel jos pentru tot restul semnalului rampă. Când semnalul rampă revine în zero se porneşte un nou ciclu.
Pentru proiectarea unui generator PWM, se va începe cu proiectarea multivibratorului prin procedura indicată la TIP #2. Se vor alege pragurile înalt şi jos de tensiune pentru reacţia de histerezis a multivibratorului, mai sus şi mai jos decât tensiunile de control PWM dorite. Utilizând de exemplu valorile de la TIP #2 va rezulta o lăţime minimă a pulsului la o tensiune de intrare de 1,7V şi un maxim la intrarea de 3,2V.
Notă: Tensiunea de control PWM va produce un factor de umplere de 0% pentru intrări mai mici decât pragul inferior al multivibratorului. O tensiune de control mai mare decât pragul superior va produce o ieşire PWM cu factor de umplere
100%.

www.microchip.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre