Simple circuit PWM Adjustment by LM358

การสร้างสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลชั่น (PWM signal) นั้น มีวิธีการสร้างได้หลายแบบทั้งแบบต่อวงจรง่ายๆ ด้วยใช้ทรานซิสเตอร์ การใช้ไอซีสำเร็จอย่าง NE555, TL494 หรือแม้แต่ไอซีสำหรับสร้างสัญญาณโดยตรง ก็จะช่วยเราลดระยะเวลาในการออกแบบสำหรับวงจรที่เราต้องการได้มากขึ้น และสำหรับโครงงานนี้จะเป็นการทดลองใช้ออปแอมป์ (Op-amp) เบอร์ LM358 ซึ่งเป็นที่นิยมใช้งาน ราคาถูก และหาซื้อได้ง่าย มาต่อเป็นวงจรสร้างสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลชั่นแบบง่ายกัน และสามารถปรับขนาดดิวตี้ไซเกิล (Duty cycle) ได้ในช่วงระหว่าง 0-100% เพื่อให้เป็นวงจรต้นแบบสำหรับนำไปประยุกต์ใช้งานในด้านอื่นๆ ง่ายขึ้น เช่นในวงจรควบคุมความเร็วมอเตอร์และวงจรสวิตชิ่ง เพาเวอร์ซัพพลาย เป็นต้น

เริ่มแรกเมื่อเราได้แนวความคิด (Concept) ของการต่อวงจรสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลชั่น ด้วยไอซี LM358 แล้วจากนั้นเริ่ม เตรียมอุปกรณ์ที่จะนำมาใช้ต่อกัน ดังในรูปที่ 1 โดยในที่นี้จะต่อวงจรบนแผ่นวงจรพิมพ์อเนกประสงค์ ทั้งนี้เป็นวงจรต้นแบบและให้ง่ายต่อการแก้ไขและปรับแต่งจนได้การทำงานที่เหมาะสม

จากนั้นประกอบอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันและเริ่มทดลองจ่ายไฟเลี้ยง ขนาด 15V เพื่อเป็นการทดลองการทำงานเบื้องต้น รวมทั้งวัดสัญญาณบางส่วนในวงจรและสังเกตลักษณะการทำงาน

รูปที่ 3 สำหรับในรูปนี้ยังคงทดลองวงจรด้วยการปรับขนาดแรงดันไฟเลี้ยงของวงจร เพื่อสังเกตช่วงแรงดันที่ยังสามารถทำงานได้ และขนาดของแรงดันที่เหมาะสมสำหรับการนำไปใช้กับเพาเวอร์สวิตขับกำลังได้ เช่น เพาเวอร์มอสเฟต และไอจีบีที ซึ่งจากการทดลองวงจรสามารถทำงานได้ปกติในช่วง 6V-20V ในกรณีที่เราใช้กับเพาเวอร์สวิตขับกำลังแนะนำใช้ที่ 15V

รูปที่ 4 เป็นการทดลองปรับขนาดสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลชั่น ที่ตำแหน่งตัวต้านทานปรับค่า (VR) สีฟ้า โดยจะสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณเทียบกับการปรับค่าในช่วงเวลวต่างๆ และบันทึกผลการทดลอง ซึ่งผลที่ได้คือวงจรสามารถปรับค่าได้ในช่วงแรงดันอ้างอิงที่ 4V-9V หรือขนาดดิวตี้ไซเกิลเท่ากับ 0-100%

ในรูปที่ 5 แสดงลักษณะของสัญญาณที่เกิดขึ้นของวงจรที่เราต่อ โดยในรูปสัญญาณจะเป็นลักษณะพัลซ์สี่เหลี่ยมขนาดแรงดัน พีก ทู พีก (Vp-p) ประมาณ 11.5V และความถี่ของสัญญาณที่ 1.2kHz ซึ่งในรูปที่แสดงปรับค่าดิวตี้ไซเกิลคงที่ประมาณ 50%

ในรูปที่ 6 แสดงลักษณะของเครื่องมือที่ใช้ในการทดลองและลักษณะการทดลองอีกรูปหนึ่ง ที่เป็นการทดลองแบบง่าย

สำหรับในรูปที่ 7 เป็นการวัดสัญญาณที่เกิดขึ้นจากตัวไอซี LM358 ที่ตำแหน่งการสร้างสัญญาณสามเหลื่ยม (Triangular wave) ในเบื้องต้นก่อน (CH2) และสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลชั่นที่ (CH1) เกิดขึ้นจากการเปรียบเทียบกับค่าแรงดันอ้างอิงจากภายนอกอีกส่วนหนึ่ง

รูปที่ 8 เป็นการทดลองใช้วงจรแบบโทเทมโพล (Totem-pole circuit) เข้ามาต่อกับวงจร (ในรูปกรอบสีน้ำเงิน) เพื่อต้องการให้สัญญาณพัลซ์วิดวิดมอดูเลชั่นเป็นรูปสี่เหลี่ยมมากขึ้น และสามารถเป็นสัญญาณขับให้กับอุปกรณ์สวิตกำลังต่างๆ ได้โดยตรง

จากในรูปที่ 9 แสดงผลที่เกิดขึ้นจากการใช้วงจรแบบโทเทมโพลเข้ามาต่อเพิ่ม ซึ่งผลที่ได้คือวงจรสามารถเป็นสัญญาณขับให้กับอุปกรณ์สวิตช์กำลังต่างๆ ได้ แต่ลักษณะของสัญญาณยังไม่เป็นแบบสี่เหลี่ยมตามที่ต้องการ

รูปที่ 10 เป็นการปรับปรุงวงจรโทเทมโพลใหม่ โดยการเพิ่มทรานซิสเตอร์ทางด้านอินพุตให้กับวงจรโทเทมโพลอีก 1 ตัว (ในรูปกรอบสีแดง) ทั้งนี้เพื่อเป็นการปรับลักษณะของสัญญาณเบื้องต้นก่อนนั้นเอง

รูปที่ 11 แสดงลักษณะของสัญญาณที่เกิดขึ้น เมื่อเราเพิ่มในส่วนของทรานซิสเตอร์ปรับสัญญาณก่อน โดยจากในรูปนั้นจะแสดงด้วย 2 แบบคือ รูปสี่เหลี่ยมข้างบน (CH1) เป็นรูปที่ปรับสัญญาณแล้วและเป็นลักษณะสัญญาณที่เราต้องการ ส่วนรูปข้างล่าง (CH2) จะเป็นสัญญาณเดิมที่ยังไม่ได้ปรับโดยนำมาเปรียบเทียบกันอีกครั้ง

ในรูปที่ 12 เป็นการทดลองปรับขนาดสัญญาณดิวตี้ไซเกิลที่ค่าน้อยลง (ประมาณ 5%) เพื่อสังเกตลักษณะความถูกต้องของสัญญาณที่เกิดขึ้น โดยเทียบกับสัญญาณเดิม

ในรูปที่ 13 ในทางกลับกันเป็นการทดลองปรับขนาดสัญญาณดิวตี้ไซเกิลที่ค่ามาก (ประมาณ 95%) เพื่อสังเกตลักษณะความถูกต้องของสัญญาณที่เกิดขึ้นและเทียบกับสัญญาณเดิม ซึ่งจากการทดลองทั้ง 2 แบบนี้ให้ผลเป็นที่น่าพอใจเพิ่มขึ้น

สำหรับโครงงานเล็กๆ กับการสร้างสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลชั่นแบบปรับค่าดิวตี้ไซเกิลได้ โดยใช้ไอซี LM358 นี้ คงจะเป็นประโยชน์ให้ผู้อ่านได้บ้างนะครับ โดยในส่วนหนึ่งได้ต่อวงจรโทเทมโพลเข้ามาด้วย เพื่อให้เราสามารถนำไปต่อใช้งานได้ง่ายและสะดวก ซึ่งวงจรนี้ยังคงเป็นต้นแบบสำหรับให้ท่านนำไปประยุกต์ใช้งานในด้านต่างๆ ตามความเหมาะสมครับ.

Reference

1. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/LM358-D.PDF
2. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf
3. https://www.electroschematics.com/simple-dc-dimmer-circuit/
4. https://electronicscheme.net/lantern-dimmer/
5. https://www.circuitstoday.com/versatile-emergency-lamp
6. https://www.edn.com/use-a-low-cost-pwm-ramp-generator-in-switch-mode-power-supplies/