Добрый день! Недавно стал интересоваться цифровой схемотехникой и незаметно перешёл к аналоговой. А почему так произошло? Во время проектирования динамической индикации на дискретной логике, появилась идея реализовать ШИМ. Идея интересная, но опыта особенно не было. Поэтому сразу возникла идея поставить микроконтроллер. Но это не так интересно, особенно когда цель учится. И так спустя некоторое время я пришёл к тому, что можно реализовать ШИМ на компараторах.

Концепция ШИМ состоит в том, что есть пилообразный сигнал который поступает на вход компаратора и сигнал с делителя напряжения. И в момент возникновения пересечения, выставляется сигнал на выходе компаратора. Чем ближе напряжение с делителя к пику пилы, тем меньше время высокого сигнала и наоборот.

Задача была сгенерировать пилообразный сигнал. Для этого я решил собрать релаксационный генератор на компараторе. Но особенность его заключается в том, чтобы он был с маленькой скважностью (то есть 90-95% высокий уровень и 5-10% низкий). Это нужно для того, чтобы размах для регулировки ШИМ был практически полным. В ином случае будет доступно только 50% и не более (если генератор со скважностью 50%). И для создания низкой скважности была использована схема разрядки RС цепочки через диод и резистор (резистором R2 задаётся соотношение высокого и низкого уровня).

А затем с помощью интегрирующей (RC) цепочки необходимо сделать пилу. Во время тестирования возникла идея вместо резистора в RC цепочке, использовать источник тока на двух транзисторах. Это было сделано для равномерной зарядки конденсатора. А быстрая разрядка происходит благодаря диоду.

Теперь когда есть источник пилообразного сигнала, не составит труда создать ШИМ сигнал. Для этого необходимо на инвертирующий вход компаратора подать напряжения с делителя. Но тут возникает проблема в том, что для регулировки используется фоторезистор. Его особенность в том, что на свету его сопротивление порядка 1 килоома или нескольких, а в темноте достигает 2-3 мегаомов.

И из этой особенности надо настроить систему так, чтобы напряжение не было выше пикового напряжения пилы, иначе на выходе будет низкий сигнал, что для системы динамической индикации не приемлемо. Для этого было решено, установить подстроечный резистор, которым в темноте надо настроить сопротивление так, чтобы напряжение было чуть ниже пика пилы. Так как в темноте сопротивление фоторезистора мегоомы, а в плече подстроечного резистора будет значительно меньше, поэтому фоторезистор не будет влиять на систему. А при свете его сопротивление уменьшится и не будет уже влиять сопротивление нижнего плеча подстроечного резистора. И так теперь уже не страшно, что в темноте может погаснуть подсветка.

А в конце решил установить полевой транзистор для того, чтобы регулировать значительные нагрузки.

Примечание: В микросхеме LM393 выходы open-drain, а это означает что выходы необходимо подтянуть к питанию через резисторы. А то было очень смешно, собрал и сигнал вроде есть, а вроде нет. Думал, ошибся в схеме, а оказалось надо было просто подтянуть.

Номиналы, которые используются в схеме рассчитаны на частоту ШИМ около 20кГц и напряжение питания 5 вольт. Так же при изменении номиналов надо обратить внимание на интегрирующую цепочку и пересчитать для необходимой частоты.

Так же на схеме указаны точки (с щупом) для тестирования.

Кратко:

1. t1 – прямоугольный сигнал с низкой скважностью.
2. t2 – пилообразный сигнал.
3. t3 – напряжение с делителя напряжения (в крайних значения не должно заходить за пределы напряжения пилы).
4. t4- ШИМ сигнал.

Думаю, такой вариант проверки будет удобен.

Возвращаясь к идее использовать микроконтроллер вместо данной схемы удобна тем, что во-первых стабильность системы будет выше, так как в схеме будут сильные колебания из-за температурных изменений (в особенности сильный разброс параметров керамических конденсаторов) и будет колебаться частота, во-вторых МК проще и даже можно сказать, что дешевле, чем большое количество «расыпухи» и времени затраченного на наладку всего устройства. Так что в каждой отдельной задачи есть своё хорошее, подходящее решение.

В конце статьи прикреплены файлы схемы и печатной платы в EasyEDA.

Спасибо за уделённое внимание. Пишите если есть вопросы, с радостью Вам на них отвечу!

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Микросхема
DD1	Компаратор	LM393-N	1	DIP-8
	Резисторы
R1, R6, R9	Резистор	10 кОм	3	CF-25
R2, R10	Резистор	100 Ом	2	CF-25
R3	Резистор	47 кОм	1	CF-25
R4, R5	Резистор	22 кОм	2	CF-25
R7	Резистор	6.8 кОм	1	CF-25
R8	Резистор	68 Ом	1	CF-25
R11	Подстроечный резистор	20 ком	1	3296W-1-203LF
R12	Фоторезистор	10 ком	1	VT90N2
	Транзисторы и диоды
VT1, VT2	Биполярный транзистор	2N5551	2	TO-92
VT3	MOSFET-транзистор	BS170	1	TO-92
VD1, VD2	Выпрямительный диод	1N4934	2	DO-41
	Конденсаторы
C1	Конденсатор	0.01 мкф	1	к10-17б
C2	Конденсатор	0.1 мкф	1	к10-17б
C3	Конденсатор	47 мкф	1	6.3×11мм
	Разъёмы
XP1, XP2	Вилка штыревая	PLS-4	1