کنترل دور موتور با 555 در مد استابل (همراه آموزش محاسبات)

 

تماشای ویدیو آموزشی در یوتیوب

سلام سهند رجبی ام و اینجا مجله آموزشی کدنیکه.
خب از آخرین ویدیو کدنیک حدود سه ماه و اندی میگذره و این کم کاری منو نشون میده که بابتش ازتون عذر میخوام و شرمندم. اما بعد از آخرین ویدیو آموزشی کدنیک که درمورد pwm بود کلی ازم درخواست کردید که یه نمونه عملی از pwm بهتون آموزش بدم و منم به همتون گفتم چشم.

بعدش با خودم نشستم گفت خب قاعدتا همتون با میکرو کنترلر کار نکردید که مثلا با stm32 یا avr براتون کد بزنم و بهتون یاد بدم پس رفتم سراغ یار همیشگی ما الکترونیکی ها یعنی تایمر 555 وبراتون یه تحلیل مدار همراه با شماتیک و pcb آماده کردم. پس بی وقفه بریم سراغ کدنیک برد.

یه نکته خیلی مهم اگه نمیدونی PWM چیه پیشنهاد میکنم اول به ویدیو قبلی کانال یوتیوب یا پیج گدنیک یه سری بزنی و تماشاش کنی چون این ویدیو یه جورایی ادامه ویدیو قبلی هست.لینکش رو یه جا هایی این بالا میزارم روش کلیک کن.

شاید خیلی هاتون هنوز با آی سی تایمر 555 آشنا نباشید پس یه توضیح کوتاه در مورد ساختار داخلیش میدم و بعد میرم سرغ ادامه کار:

555 1 1 scaled

555 از یه فلیپ فلاپ rs، دوتا آپ امپ تو مد مقایسه، یه بافر نات ساخته شده و چون توش از سه تا مقاومت 5 کیلو استفاده شده بهش میگن 555 و این مقاومت ها برای ما کار تقسیم ولتاژ رو انجام میدن به این شکل که ولتاژ پایه منفی آپ امپ بالایی 2/3 ولتاژ VCC هست و ولتاژ پایه مثبت آپ امپ پایینی 1/3 ولتاژ VCC هست. تا همین حد کافیه پس بریم سراغ ادامه کار.

 

555 2 scaled

این مدار 555 تو مد استابل هست ( البته تلفض انگلیسیش میشه استیبل نمیدونم چرا میگن استابل حالا بگذریم) بهش میگن استیبل چون پایدار هست و یه موج مربعی رو با یه فرکانس قابل محاسبه بهمون تو جروجی میده و این میتونه بیس PWM ما باشه.

بریم سراغ تحلیل این مدار:

555 3 scaled

اول ولتاژ VCC از مقاومت ها R1 و R2 عبور میکنه و وارد خازن C1 تا اون رو شارژ کنه. همونطور که میدونید مقاومت باعث محدود شدن جریان میشه پس قاعدتا سرعت شارژ شدن خازن وابستگی داره به مقاومت R1 و R2 تا اینجای کار رو داشته باشید تا بریم سراغ ادامه ماجرا.

555 4 scaled

بعد از شارژ شدن خازن که زمان شارژ شدنش وابسته به دوتا مقاومت R1 و R2 بود؛ ولتاژ پایه های 6 و 2 تایمر 555 با VCC برابر میشه این دو پایه پایه مثبت آپ امپ بالا (THRESHHOLD) و پایه منفی آپ امپ پایین(TRIGGER) هستن.

خروجی آپ امپ بالا برابر با 1 میشه و خروجی آپ امپ پایین برابر با 0، اما چرا؟
بیاید عملکرد آپ امپ رو تو مد مقایسه بررسی کنیم:

555 5 scaled

همینطور که میبینید این یه آپ امپه که برای پایه مثبتش اسم A گذاشتم، برای پایه منفیش اسم B و برای پایه خروجیش اسم C گذاشتم. دقت کنید اگه ولتاژ پایه A من که پایه مثبت آپ امپ هست بزرگتر از ولتاژ پایه B که پایه منفی من هست بشه اون موقع پایه C که خروجی منه برابر با 1 میشه و اگر برعکس این ماجرا رخ بده یعنی ولتاژ پایه B بزرگتر از ولتاژ پایه A بشه، اون موقع پایه C مقدار 0 رو خروجی میده.
منظور از 1 و 0 اینجا یک و صفر منطقی هست.

بنابراین تو آپ امپ بالا چون پایه مثبت، ولتاژش برابر VCC هست و بزرگتر از پایه منفی آپ امپ که ولتاژش 2/3 VCC هست خروجی من برابر با 1 میشه و تو آپ امپ پایینی چون ولتاژ پایه مثبت آپ امپ برابر 1/3 ولتاژ VCC هست و کوچیکتر از ولتاژ پایه منفی آپ امپ که برابر با VCC هست خروجی من برابر بار با 0 میشه. به همین راحتی.

خروجی آپ امپ بالایی به پایه R فلیپ فلاپ وصله و خروجی آپ امپ پایینی به پایه S فیلپ فلاپ وصله پس چون R برابر یکه و S برابر صفره خروجی Q نات میشه یک. حتما باز میخواین بگین چرا؟

بیاید عملکرد فلیپ فلاپ RS رو هم تو حالت های مختلف ورودی برسی کنیم:

555 6 scaled

خب ما خروجیمون پایه Q نات هست پس با پایه Q کاری نداریم. اگه پایه های R و S هردو برابر صفر باشن خروجی ما حالت فلوت داره و هر چیزی میتونه باشه چون بلا تکلیفه
اما اگه S برابر با صفر باشه و R  برابر با یک باشه Q نات برابر با یک میشه دقیقا عین حالتی که الآن برامون پیش اومده.
اگه S برابر با یک بشه و R برابر با صفر اون موقع Q نات برابر میشه با صفر و این حالتی هست که جلوتر بهش بر میخوریم.
و در نهایت اگه هر دو پایه S و R برابر با یک بشه Q نات برابر با صفر میشه. به همین خوشمزگیD;

خروجی نهایی ما تو این حالت برابر با با صفره
درسته خروجی Q نات برابر با یک شده اما Q نات مستقیم به پایه سه یعنی خروجی وصل نیست و برای افزایش جریان خروجی تا 200 میلی آمپر وارد یه بافر نات شده که این خروجی فلیپ فلاپ ما رو وارونه میکنه و در نهایت ما مقدار 0 رو تو خروجی داریم.

555 7 scaled

اما پایه خروجی فلیپ فلاپ قبل از اتصال به بافر، به بیس یه ترانزیستور NPN وصله که اگه به بیسش 1 بدیم پایه دیسشارژ(DISCHARGE) ما رو وصل میکنه به زمین و اگه بهش یک بدیم انگار پایه دیسشارژ ما به جایی ول نشده یعنی نه یکه و نه صفر.
اما حالا که پایه دیسشارژ ما به زمین وصله چه اتفاقی میوفته؟
خازن ما طریق مقاومت R2 که به پایه دیسشارژ وصله تخلیه میشه ( اگه یادتون باشه اوایل آموزش گفتم که مقاومت جریان رو محدود میکنه و این باعث میشه زمان شارژ شدن خازن به مقاومت R1 و R2 وابسته بشه. این مساله اینجا هم صدق میکنه و با تغییر مقاومت R2 زمان دیسشارژ شدن خازن C1 هم تغییر میکنه.

حالا با دیسشارژ شدن خازن چه اتفاقی میوفته؟ هان؟

555 8 scaled

اینبار خازن C1 دیسشارژ شده و ولتاژ پایه های 2 و 6 برابر صفره حالا خودتون با توجه به عکس بالا بگید دیگه تو آپ امپ بالا چون ولتاژ پایه مثبت صفره و کوچیکتر از پایه منفیه که برابر 2/3 ولتاژ VCC هست خروجی برابره 0 و تو آپ امپ پایین چون ولتاژ پایه مثبت برابر 1/3 ولتاژ VCC هست و بزرگتر از پایه منفی که صفره خروجی برابره با 1 و در ادامه چون پایه R صفر هست و پایه S یک، خروجی فلیپ فلاپ صفر میشه و پایه گیت ترانزیستور هم صفر میشه در این صورت پایه دیسشارژ دیگه به زمین وصل نیست و خازن میتوتونه از طریق VCC خودشو شارژ کنه اون سمت هم بافر صفر رو میگیره نات میکنه و خروجی رو برابر با 1 میشه و این چرخه مدام تکرار میشه تا این موج مربعی رو در خروجی داشته باشیم.

555 9 scaled

خب فرمول محاسبه فرکانس خروجی و دیوتی سایکل هم به شکل زیر هست.

555 10 scaled

خب تا اینجای کار تحلیل تایمر 555 تو مد استیبل بود. اگه به فرمول دقت کنید متوجه میشید که عوامل مواثر تو فرمول ها خازن و مقاومت ها هستن و ما برای تغییر دیوتی سایکل نیازه که مقاومت R2 رو متغییر کنیم پس با کمی تغییرات میریم سراغ مدار زیر:

555 11 scaled

مقاومت R2 برداشته شد و دو تا دیود و یه پتانسیومتر اضافه شد. با تغییر پتانسیومتر دیوتی سایکل ما تغییر میکنه و برای تغییر فرکانس هم میتونیم ظرفیت خازن رو تغییر بدیم. اما تحلیل این مدار خیلی شبیه به مدار قبلی هست کافیه تو عبور جریان از دیود ها دقت کنیم.

555 12 scaled

VCC از طریق مقاومت R1 که 1K هست از دیود D1 و بخشی از R عبور میکنه و خازن رو شارژ میکنه و بقیه مراحل رو که بهتون توضیح دادم تا جایی که پایه دیسشارژ برابر زمین میشه.

555 13 scaled

بعد از فعال شدن ترانزیستور دیسشارژ خازن از نیمه دوم مقاومت متغییر R و D1 عبور میکنه و تخلیه میشه. نکته قابل توجه اینجاست که همونطور که بهتون گفتم زمان شارژ و دشارژ خازن کاملا وابسته به مقاومتی هست که جریان ازش عبور میکنه.پس اگه مقاومت متغییر کامل باز باشه دیوتی سایکل تغریبا برابر با 100 درصد هست و موتور با سرعت میچرخه یا LED کاملا پر نور میشه و اگه مقاومت متغییر بسته باشه دیوتی سایکل ما تغریبا برابر 0 هست و موتور یا LED خاموش میشه.

بقیه مراحل تحلیل هم که بهتون گفتم. اما میمونه فرمول نهایی محاسبه دیوتی سایکل و فرکانس و … :

555 14 scaled

تا اینجای کار تحلیل بود حالا بریم سراغ طراحی مدار تو آلتیوم دیزاینر و چاپ PCB. خروجی 555 بهمون ماکسیموم 200 میلی آمپر جریان میده که برای یه دیمر DC کافی نیست بنابراین من تو شماتیک نهایی به خروجی 555 یه ماسفت اضافه کردم و یه LED جهت دیدن حالت خروجی.

لینک محاسبه مقاومت و خازن برای 555

دانلود فایل PCB از تلگرام