PWM功率控制器：构建脉宽调制灯驱动器
元件与材料
- 四节6伏电池
- 100µF电解电容，35WVDC（如Radio Shack #272-1028）
- 0.1µF无极性电容（Radio Shack #272-135）
- 555定时器IC（Radio Shack #276-1723）
- 双运算放大器，1458（Radio Shack #276-038）
- NPN功率晶体管（Radio Shack #276-2041或等效）
- 三个1N4001整流二极管（Radio Shack #276-1101）
- 10kΩ线性电位器（Radio Shack #271-1715）
- 33kΩ电阻
- 12伏汽车尾灯
- 带耳机的音频探测器
交叉参考
- 电路课程，第3卷，第8章："运算放大器"
- 电路课程，第2卷，第7章："混合频率交流信号"
学习目标
- 演示555定时器作为无稳态多谐振荡器
- 使用运放作为比较器
- 利用二极管降低不需要的直流电压
- 通过脉宽调制（PWM）控制负载功率
原理图
实物接线图
实验步骤
此电路使用555定时器在电容上产生锯齿电压。运放比较器将电容电压与电位器参考电压比较。比较器的方波输出，其占空比随电位器变化，驱动功率晶体管基极。晶体管快速开关12V灯，使灯的平均功率与占空比成正比。
PWM概念依赖晶体管截止（无电流）和饱和（最小压降）时的低功耗。与变阻器相比，PWM实现精确、节能的功率控制。
为在无三通道示波器下观察波形关系，将0.1µF电容替换为100µF电容。这使555频率降低约1000倍，允许直流电压表跟踪电容上升和运放翻转。灯将以慢速明显开关；这演示了底层PWM机制。
两个相同运放并联以提供晶体管基极所需电流。1458系列提供短路保护，防止一运放驱动高而另一驱动低时损坏。三个硅二极管串联降压约2.1V，确保运放输出低时晶体管完全关断，因1458无法精确到达地电位。
调节电位器时通过耳机聆听运放输出，可知占空比如何塑造谐波含量。50%占空比下，波形为仅含奇次谐波的完美方波，产生独特音色。偏离50%引入偶次谐波，微妙改变声音。
相关练习册
- 信号调制练习册
工业技术