Kaydırma devreleri ile PWM sinyalleri oluşturma, elektronik alanında önemli bir konudur Bu makalede, kaydırma devrelerinin nasıl kullanılabileceği ve PWM sinyallerinin nasıl oluşturulabileceği detaylı olarak açıklanıyor Elektronik hobisi olanlar için faydalı bir kaynak!
Kaydırma devreleri, belirli bir frekansla çalışan sinyalleri, farklı duty cycle oranlarına göre (yüksek ya da düşük) ayırabilen elektronik devrelerdir. PWM sinyallerini oluşturmak için de kaydırma devreleri sıkça kullanılır. PWM sinyalleri, adım adım yükselip/yavaşça düşerek oluşan analog sinyallerdir. Bu sinyallerde, yüksek ya da düşük devre, birbirine oranla ne kadar süre ile açık/kapalı kalacağını belirleyen duty cycle oranları kullanılır. Bu şekilde, düzgün bir sinyal elde edilir ve pek çok farklı endüstriyel uygulama bu sinyallerden faydalanır.
Kaydırma devreleri ile PWM sinyalleri oluşturmanın birkaç yöntemi vardır. Oransal kaydırmalı ve zamana bağımlı PWM, en sık kullanılan yöntemler arasındadır. Oransal kaydırmalı PWM tekniği, yüksek/düşük devre değişimlerinin duty cycle oranına bağlı olarak değişmesini sağlar. Zamana bağımlı PWM tekniği ise, belli bir zaman aralığında gönderilen sinyal sayısına bağlı kalır ve devreler bu kapsamda ayarlanır. Bu şekilde, farklı frekans ve duty cycle değerlerine sahip sinyaller oluşturulabilir.
Kaydırma devreleri ile PWM sinyalleri oluşturmanın yanı sıra, pek çok farklı PWM tekniği de kullanılır. Basit PWM tekniği, en yaygın kullanılanıdır. Ancak, düşük geçirgenlikli filtreleme PWM ve yüksek geçirgenlikli filtreleme PWM tekniği gibi farklı teknikler de vardır ve bu tekniklerin her biri, farklı koşullar için uygun bir seçim olabilir.
Kaydırma Devreleri Nedir?
Kaydırma devreleri, analog sinyalleri dijital sinyallere dönüştürmek için kullanılan elektronik devrelerdir. Bu devreler, bir sinyalin frekansını veya genliğini, başka bir sinyal tarafından sağlanan atma frekansı sayesinde değiştirirler. Bu sayede, sinyaller farklı modülasyon teknikleri kullanılarak dijital çıktılara dönüştürülebilirler.
Kaydırma devreleri, genellikle frekans modülasyonu (FM) veya genlik modülasyonu (AM) için kullanılırlar. Bununla birlikte, sanayide geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Örneğin, kaydırma devreleri ses sistemi ve radyo iletişiminde kullanılan FM modülasyon tekniğinde sıkça kullanılmaktadırlar.
Kaydırma devresinin çalışma prensibi oldukça basittir. Belli bir frekansta belirli bir şekilde değiştirilen bir sinyal, başka bir sinyal tarafından sağlanan atma frekansı sayesinde bir ana sinyale modüle edilir. Modülasyon sonucunda elde edilen sinyal ise, orijinal sinyaldeki verileri içeren ancak frekansı veya genliği değişmiş bir sinyal olur.
PWM Nedir?
PWM ('Pulse Width Modulation') sinyalleri darbe genişlikleri değiştirilerek, dijital bir sinyalin seviyesi analog bir sinyale dönüştürülebilir. Yani, PWM sinyalleri dijital sinyallerdir. PWM sinyalleri, ışık kontrolü, motor hız kontrolü, güç dönüştürme kontrolü, müzik aleti kontrolü, vb. gibi birçok uygulamada kullanılır.
Bununla birlikte, farklı PWM teknikleri vardır. Bu teknikler, sinyalin niteliğine, kullanım alanına ve istenen düzeye göre değişirler. Basit PWM tekniği, düşük geçirgenlikli filtreleme PWM tekniği ve yüksek geçirgenlikli filtreleme PWM tekniği gibi farklı tipleri vardır. Doğrusal olmayan PWM teknikleri de mevcuttur. Bu teknikler, doğrusal sistemlerin etkilerini manipüle eder ve istenmeyen harmonikleri ortadan kaldırmak için kullanılabilir.
Bazı uygulamalarda, PWM sinyalleri bir mikroişlemci tarafından oluşturulur veya motor sürücülerinde kullanılır. Bu sinyaller, analog voltajları kontrol etmek için kullanılır. PWM sinyalleri, işlemciye belirli bir seviyede bir güç vererek, sahip olduğu tepkiyi kullanmak için hızlı bir şekilde açılıp kapanır.
Basit PWM Tekniği
Basit PWM tekniği, PWM sinyallerinin en temel ve basit yöntemidir. Bu yöntemde, bir sabit referans gerilimi ve bir de değişken genlikli sinyal kullanılır. Değişken sinyal, bir zamanlama devresi yardımıyla belirli bir zaman diliminde referans gerilimine göre yüksek ve alçak seviyelerde olacak şekilde çizilir.
Bu yöntemin kullanım alanları oldukça yaygındır, özellikle motor kontrolü, güç kaynakları ve aydınlatma gibi endüstriyel uygulamalarda sıkça kullanılır. Ayrıca, bu yöntem donanımın basitliği ve ucuzluğu nedeniyle hobi elektroniği projelerinde de sıkça kullanılır.
Basit PWM tekniğinde, genlik değişim oranı ve işlemci hızı arasında ters orantılı bir ilişki vardır. Yani işlemci hızı ne kadar yüksekse genlik değişim oranı da o kadar yüksek olur. Bu nedenle, bazı uygulamalarda yüksek işlemci hızı gerektiği için bu yöntem tercih edilmez ve daha gelişmiş PWM teknikleri kullanılır.
Düşük Geçirgenlikli Filtreleme PWM
Düşük geçirgenlikli filtreleme PWM, PWM sinyallerinin düşük frekanslara sahip sistemler için ideal bir yöntemdir. Düşük geçirgenlikli filtreleme PWM ile birlikte, açılıp kapanan darbeler, yüksek frekanslar üzerinde tutulabilir, ancak düşük frekansta sadece istenilen PWM genlikleri geçirilir.
Düşük geçirgenlikli filtreleme PWM, özellikle müzik devreleri, sesli-ışıklı sistemler gibi düşük frekanslı sistemlerde kullanılır. Bu yöntem, düşük frekanslı sinyallerin daha az bozulmasına olanak tanır ve böylece daha yüksek kaliteli ses ve görsel efektler elde edilir.
| Düşük Geçirgenlikli Filtreleme PWM Tekniği | Kullanım Alanları |
|---|---|
| PWM sinyallerinin düşük frekanslı sistemler için kullanılması | Sesli-ışıklı sistemler, müzik devreleri |
| Darbeli genlikleri yüksek frekansta tutma | |
| Düşük frekansta sadece istenilen PWM genliklerinin geçirilmesi |
- Düşük geçirgenlikli filtreleme PWM, düşük frekanslı sistemlerde kullanılan diğer PWM tekniklerine göre daha az bozulma sağlar.
- Bu yöntem özellikle sesli-ışıklı sistemler ve müzik devreleri gibi düşük frekanslı sistemlerde kullanılır.
- Düşük frekanslı sinyallerin daha yüksek kaliteli ses ve görsel efektler elde edilmesini sağlar.
Yüksek Geçirgenlikli Filtreleme PWM
Yüksek geçirgenlikli filtreleme PWM tekniği, PWM sinyalinin üretilmesinde kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde, filtreleme devresinin geçirgenliği yüksek tutularak sinyaldeki yüksek frekanslı bileşenlerin filtrelenmesi sağlanır. Bu sayede sinyal daha temiz, düzgün ve az bozulmuş hale getirilir.
Yüksek geçirgenlikli filtreleme PWM tekniği, özellikle sesli sinyallerin üretildiği alanlarda sıklıkla kullanılır. Sesli sinyallerin üretimi sırasında sinyalin temiz kalması, mümkün olan en düşük bozulmayla üretilmesi önemlidir. Bu nedenle yüksek geçirgenlikli filtreleme PWM tekniği, bu alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Yüksek geçirgenlikli filtreleme PWM tekniği, aynı zamanda güç elektroniği alanında da kullanılır. Bu alanda da sinyallerin temiz kalması ve az bozulmasının önemli olduğu düşük güç seviyelerindeki cihazlarda sıklıkla kullanılır.
Doğrusal Olmayan PWM Teknikleri
Doğrusal olmayan PWM teknikleri, PWM sinyali oluşturabilen diğer tekniklerden farklı bir çalışma prensibine sahiptir. Bu teknikler, gelen analog sinyali bir blok fonksiyona göndererek, çıkan non-sinusoidal sinyalleri PWM sinyaline dönüştürür. Bu sayede, daha yüksek verimli bir çıkış elde edilebilmektedir.
Bu tekniklerin bir diğer avantajı ise, doğrusal olmayan elemanlar kullanılabilmesidir. Böylece, daha geniş bir çıkış aralığı elde edilebilir. Ancak, doğrusal olmayan PWM teknikleri, diğer tekniklere kıyasla daha karmaşık bir yapıya sahip olabilir ve işlem süresi daha uzun olabilir.
Doğrusal olmayan PWM teknikleri arasında en sık kullanılan yöntem, delta modülasyonudur. Bu yöntemde, gelen analog sinyal, bir sigma-delta modülatörüne gönderilir ve çıktı PWM sinyali olarak kullanılır. Bu yöntem, düşük pasif filtrelerle bile düşük frekanslı uygulamalarda yüksek bir çıkış kalitesi sağlayabilir.
Bunun yanı sıra, doğrusal olmayan PWM yöntemlerinden bir diğeri olan sigma-delta modülasyonu da yüksek verimli bir sinyal oluşturmak için tercih edilebilir. Bu yöntemde, gelen analog sinyal, önce bir kuantizasyon bloğuna gönderilir ve daha sonra bir delta modülatörü kullanılarak çıktı PWM sinyali olarak üretilir.
Doğrusal olmayan PWM teknikleri, yüksek performanslı uygulamalarda sıklıkla kullanılır. Özellikle, sesle çalışan cihazlarda diğer tekniklere göre daha iyi sonuçlar verir. Ayrıca, bu yöntemler, telsiz iletişiminde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kaydırma Devreleri ile PWM Sinyalleri Oluşturma
Kaydırma devreleri, elektronik devreler arasında bilgi ya da güç aktarımı sağlamak amacıyla kullanılırlar. PWM ise, “Darbe Genişlik Modülasyonu” kısaltmasından gelmektedir. PWM, yüksek ya da düşük seviyelerde belirtilen frekanstaki sinyallerin arasındaki sürelerin değiştirilmesiyle bir analog sinyal üretmek için kullanılan bir tekniktir. Kaydırma devreleri kullanarak PWM sinyalleri oluşturma yöntemleri çok sayıda elektronik uygulamada değerlendirilir.
PWM sinyalleri kullanarak, motor sürücüleri, ışıklandırma devreleri, güç kaynakları, yenilenebilir enerji sistemleri ve hatta ses ekipmanları kontrol edilebilir. Bu uygulamalarda, PWM sinyalleri verimli bir şekilde güç kaynağına aktarım sağlarken, güç kaynağının enerji tasarrufu sağlamasına da izin verirler. Ayrıca PWM sinyalleri, basit, karmaşık birçok devrede kullanılabilir.
Kaydırma devreleri PWM sinyalleri üretmek için, genellikle binlerce hertz aralığında çalışırlar. Kaydırma devreleri, PWM sinyal üretimi için en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir çünkü tasarımları oldukça basittir ve herhangi bir işlev için uyarlanabilirler. Ayrıca, kaydırma devreleri, düşük maliyetli olduklarından ve gürültüsüz çalıştıklarından birçok elektronik uygulama için tercih edilen bir seçenektir.
PWM sinyalleri üretmek için diğer bir yöntem ise, “Doğrusal Olmayan PWM” teknikleri kullanmaktır. Bu teknikler, sinyalleri daha yüksek veya daha düşük seviyelerde değiştirir, ancak kaydırma devrelerinde kullanılanlara göre daha gelişmiş yöntemlerdir. Oransal Kaydırmalı PWM ve Zamana Bağımlı PWM, doğrusal olmayan PWM teknikleri arasında en yaygın olanlarıdır.
Sonuç olarak, kaydırma devreleri PWM sinyalleri üretmek için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu yöntemler, birçok elektronik uygulama için uygun ve etkilidir. Ayrıca, doğrusal olmayan PWM teknikleri de PWM sinyallerinin üretimi için kullanılabilen ileri teknoloji seçenekleridir.
Oransal Kaydırmalı PWM
Oransal kaydırmalı PWM, PWM sinyallerinin oluşturulmasında kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde, PWM sinyali oluşturulacak dalga formunu temsil eden bir referans dalgası ve bir karşılaştırma dalgası kullanılır. Referans dalgası genellikle sabit bir dalgadır ve belirli bir genliğe sahiptir. Karşılaştırma dalgası ise, genellikle sensörler vasıtasıyla okunan gerçek zamanlı verileri temsil eder.
Oransal kaydırmalı PWM yönteminde, karşılaştırma dalgası referans dalga ile karşılaştırılır ve bu karşılaştırma sonucu baz alınarak PWM sinyalinin duty cycle'ı hesaplanır. Duty cycle, PWM sinyalinin açık (on) olduğu sürenin, toplam periyottaki süreye oranıdır. Bu yöntemle, gerçek zamanlı verileri alarak, tam olarak istenilen dalga formuna ve güce sahip PWM sinyalleri üretilebilir.
Zamana Bağımlı PWM
Zamana bağımlı PWM, PWM sinyallerinin oluşturulması için sıklıkla kullanılan bir tekniktir. Bu teknikte, PWM sinyalleri belirli bir zaman aralığında belirli bir seviyede kalır ve daha sonra farklı bir seviyede kalır.
Zamana bağımlı PWM genellikle çok hızlı bir şekilde oluşturulabilir ve yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda kullanılabilir. Bu teknikle, sinyallerin oluşturulma süresi ve seviyeleri tam olarak kontrol edilebilir, bu nedenle birçok endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılır.
Zamana bağımlı PWM, birçok farklı şekilde oluşturulabilir. Bu yöntem, RC bölmeleri, op-amp'ler ve transistörler gibi birçok elektronik bileşen kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bu bileşenler, zamanı hassas bir şekilde kontrol etmek için kullanılabilir ve PWM sinyalinin hassasiyetini artırmak için kullanışlıdırlar.
Zamana bağımlı PWM, yüksek frekanslarda çalıştığı için, uygun bir filtreleme yöntemi ile birlikte kullanılması önerilir. Bu filtreleme yöntemi, PWM dalgalanmalarını düzenlemek ve istenmeyen gürültüyü etkili bir şekilde önlemek için kullanılabilir.
- Zamana bağımlı PWM, yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.
- RC bölmeleri, op-amp'ler ve transistörler, zamanı hassas bir şekilde kontrol etmek için kullanılabilir ve PWM sinyalinin hassasiyetini artırmak için kullanışlıdırlar.
- Zamana bağımlı PWM, yüksek frekanslarda çalıştığı için, uygun bir filtreleme yöntemi ile birlikte kullanılması önerilir.
Zamana bağımlı PWM, elektronik endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir tekniktir ve yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda kullanılabilir. Bu yöntem, zamanı hassas bir şekilde kontrol etmek için birçok farklı bileşen kullanılarak gerçekleştirilebilir. PWM sinyalinin hassasiyetini artırmak için uygun bir filtreleme yöntemi ile birlikte kullanılması önerilir.