PWM mit NE555

Fragen zu Elektronik und Elektro allgemein.Fragen zu Bauteilen wie z.B. Tansistoren, Dioden, Kondensatoren usw.

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PWM mit NE555

Neuer Beitragvon Thomas E. am Samstag 24. November 2007, 22:37

Hallo!

Ich möchte zu Übungszwecken eine PWM mit dem Timer-Baustein NE555 realisieren. Einen Schaltplan habe ich bereits gezeichnet, und würde von euch gerne Wissen, ob meine Überlegungen richtig sind und die PWM auch funktionieren würde.

Der Widerstand R1 und die LED D1 (grün) zeigen an, dass Spannung da ist. Das baue ich übrigens in jede Schaltung ein, da ich es für nützlich finde und es nett aussieht, wenn bei der Schaltung im Betrieb etwas leuchtet.
Nun zur eigentlichen PWM:
Kern des ganzen bildet der Timer-IC NE555, Pin1 liegt an Masse und Pin8 an der Versorgungsspannung, ebenso ist Pin4 an der Versorgungsspannung, da wir ja wollen, dass das ganze arbeitet (wäre ja sonst die Reset-Funktion). Pin5 liegt über einen kleinen Kondensator an Masse um Spannungsspitzen herauszufiltern und sicherzustellen, dass das ganze sauber arbeitet.
Die "Steuerung" bilden die Widerstände R2 und R3, das Poti R4 und der Elko C1. Sie sind so mit dem IC geschalten, dass das IC wie ein astabiler Multivibrator arbeitet. Über das Poti R4 kann eingestellt werden, wie lange der Ausgang des NE555 (Pin3) eingeschaltet bleibt.
Die Zeiten:
Ausgang 0 (bei Poti auf 0Ohm): 0.000693s
Ausgang 0 (bei Poti auf 1MOhm): 0.000693s
Ausgang 1 (bei Poti auf 0Ohm): 0.001386s
Ausgang 1 (bei Poti auf 1MOhm): 0.5943s

Das heißt, dass der Motor auf (fast) voller Drehzahl läuft, wenn der Schleifer des Potis auf 1MOhm steht. Analog dazu steht der Motor still (oder die extrem kurzen Impulse reichen aus, um den Motor am Laufen zu halten - wir werden sehen, es soll ja eine Schaltung zum Lernen sein), wenn der Schleifer des Potis auf 0Ohm steht.
Nun zur Transistorstufe:
Ich wollte eigentlich anfangs den BC548C verwenden, allerdings war ich mir nicht sicher, welche Verlustleistung bei diesen schnellen Schaltzeiten entsteht. Deshalb entschied ich mich für den BD139 und setzte die maximale Last auf 0,5A an. Ich werde die Schaltung anfangs sowieso nur mit einem kleinen Motor mit max. 0,1A belasten und schauen, wie warm der Transistor wird. Wer weiß, vielleicht bleibt das ganze ja relativ kalt und eventuell geht sich ja auch ein Motor aus, der 1A zieht.
Den Basiswiderstand R5 habe ich mir über die Formel Ib=Ic/B ausgerechnet. Der Stromverstärkungsfaktor für den BD139 ist bei einem Kollektorstrom von 0,5A mit 60 angegeben. Daraus ergibt sich ein notwendiger Basistrom von 5,6mA. Dies würde für R5 2159,99Ohm ergeben. Da ich keinen solchen Widerstand habe, nehme ich 2KOhm (oder 1k, wäre diese Übersteuerung für den Transistor und dem IC zumutbar?).
Auf die Platine kommt noch eine Freilaufdiode (fälschlicherweise hier mit D1 bezeichnet - hab wieder mal beim Zeichnen nicht aufgepasst).

Wie schon oben geschrieben würde ich gerne von euch Wissen, ob der Schaltplan und die Dimensionierung der Bauteile richtig ist.

Noch eine kleine Anmerkung zum Schluss: Diese Schaltung dient zu Übungszwecken. Mir ist schon klar, dass man soetwas mit anderen ICs oder sogar µCs einfacher und vielleicht auch besser lösen kann, nur ich möchte keine Schaltung von irgendeiner Website ausdrucken und nachbauen, ohne die Funktionsweise verstanden zu haben. Ich habe mich vor kurzem mit dem NE555 vertraut gemacht und möchte einfach damit "spielen". So blöd wie das auch klingt, aber ich habe herausgefunden, dass ich so am meisten lerne. Ich habe schon viele solcher eigentlich für mich "sinnlosen" Schaltungen aufgebaut. "Sinnlos" deshalb, da ich sie nach dem Aufbau am Schreibtisch laufen lasse und alles durchmesse und nochmal durchdenke, bevor sie dann wieder entlötet wird und die Platine und einige Bauteile für die nächste Schaltung bereitstehen.

MfG
Thomas
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Thomas E.
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PWM

Neuer Beitragvon BernhardS am Sonntag 25. November 2007, 13:16

Hallo,

ich hab das micht so ganz genau angeschaut, aber es sieht plausibel aus.
R2 ist ein bißchen klein, wenn der 555 warm wird, dann deswegen.

Die Schaltung ist für einen Motor nur bedingt geeignet. Besser wäre eine Schaltung mit 2 Timern, der erste als astabiler Multivbrator mit ferstellbarer Frequenz und der zweite als monostabile Kippstufe um die Impulsbreite einzustellen.

Eine interessante Variante Deiner Schaltung ist: statt R4 zwei Potis mit Dioden -in verschiedenen Durchlassrichtungen- davor zu verwenden.

Bernhard
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Neuer Beitragvon Martin67 am Sonntag 25. November 2007, 13:25

Hallo,

wenn Du erreichen willst, dass sich die Frequenz nicht verändert, sondern nur das Tastverhältnis, kannst Du das mit zwei NE555 realisieren. Den einen schaltest Du als astabilen- und den zweiten als monostabilen Multivibrator. Durch Beeinflussung des Zeitgliedes vom Monoflop mit einem Poti, kannst Du dann das Tastverhältnis sehr schön einstellen.

Gruß

Martin
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Neuer Beitragvon Martin67 am Sonntag 25. November 2007, 14:08

Hier noch ein Beispiel!

Die Kondensatoren C1,C3 sowie R1,R2 und P kannst Du an Deine Bedürfnisse entsprechend anpassen.
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Neuer Beitragvon anders am Sonntag 25. November 2007, 14:23

Ich wollte eigentlich anfangs den BC548C verwenden, allerdings war ich mir nicht sicher, welche Verlustleistung bei diesen schnellen Schaltzeiten entsteht. Deshalb entschied ich mich für den BD139 und setzte die maximale Last auf 0,5A an

Selbst für einen NF-Transistor sind diese Zeiten noch lange nicht schnell.
Allerdings ist der BC548 ein Kleinleistungstransistor, dem man solch hohe Ströme nicht zumuten darf. Für mehr als 50mA, allenfalls 100, würde ich ihn nicht verwenden.
Darüber, bis etwa 300mA ist der BC337 recht brauchbar.
Für 0,5A ist deine Wahl des BD139 ok.

Der Stromverstärkungsfaktor für den BD139 ist bei einem Kollektorstrom von 0,5A mit 60 angegeben
Aber nur bei einer Kollektorspannung von einigen Volt.
Im Schalterbetrieb liegt die Kollektorspannung viel tiefer und dann ist auch die Stromverstärkung geringer. Mit mehr als 5..20 sollte man bei Schaltern nicht rechnen.

(oder 1k, wäre diese Übersteuerung für den Transistor und dem IC zumutbar?)
Der NE555 schafft leicht über 100mA Ausgangsstrom und der BD139 verträgt auch 100mA Basisstrom. Wenn du 0,5A schalten willst, würde ich bei diesem Transistor mit Ic/Ib= 10 rechnen, also mit 50mA ansteuern, dann beträgt der Spannungsabfall am Transistor nur 0,2V. Bei Ansteuerung mit 25mA ist es schon das Doppelte.

Der normale Weg zu Pulsbreitenmodulatoren führt aber nicht über den NE555, sondern über einen Sägezahngenerator und einen Komparator, der die Momentanspannung des Sägezahns mit einem Sollwert vergleicht und enstprechend 0 oder 1 am Ausgang liefert.
Diese Baugruppen finden sich, mit zusammen mit Spannungsreferenzen, Verstärkern und Schutzschaltungen in PWM-ICs wie etwa dem TL494 .
anders
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Neuer Beitragvon Thomas E. am Sonntag 25. November 2007, 14:48

Hallo!

Danke für die zahlreichen Antworten!

Als ich das letzte Mal hier ins Forum reinschaute, waren noch keine Antworten auf meinen Beitrag, deshalb habe ich die Schaltung aufgebaut. Jetzt weiß ich den Fehler, den ich nicht bedacht habe: Das Poti ändert beide Zeiten (Ausgang-high und Ausgang-low)! Jetzt kann ich die Frequenz vom tiefen Brummen bis zum hellen quitschen einstellen, nur die Drehzahl des Lüfters bleibt (fast) gleich.
Toll, das hat also mal nicht funktioniert. :?

Selbst für einen NF-Transistor sind diese Zeiten noch lange nicht schnell.
Allerdings ist der BC548 ein Kleinleistungstransistor, dem man solch hohe Ströme nicht zumuten darf. Für mehr als 50mA, allenfalls 100, würde ich ihn nicht verwenden.
Darüber, bis etwa 300mA ist der BC337 recht brauchbar.
Für 0,5A ist deine Wahl des BD139 ok.

Mit dem BC548 wollte ich dann auch keinen Motor mit 0,5A steuern, dann wäre es nur ein Lüfter mit 100mA geworden. Ich bin ja kein Transistormörder! :wink:

Ich werde wohl die Schaltung von Martin verwenden müssen, damit ich den Motor auch regeln kann.

Werde gleich einen Schaltplan mit meinen Bauteildimensionen hier einstellen.

Thomas
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Re: PWM

Neuer Beitragvon Thomas E. am Sonntag 25. November 2007, 14:53

BernhardS hat geschrieben:Eine interessante Variante Deiner Schaltung ist: statt R4 zwei Potis mit Dioden -in verschiedenen Durchlassrichtungen- davor zu verwenden.

Bewirkt diese Variante auch eine Änderung der Frequenz, so wie bei mir, oder ist das eine "wirkliche" Impulsbreitensteuerung?
Thomas E.
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Neuer Beitragvon BernhardS am Sonntag 25. November 2007, 17:53

Grundsätzlich ändert sich die Frequenz mit. Es war nur so als Vorschlag gedacht, wenn Du so Schaltungen gern durchprobierst.
Je nach Verschaltung bekommt man das -soweit ich mich erinnern kann- auch auf eine in etwa feste Frequenz hin.

Tip um Schaltpläne zu finden: NE555 bei google als Bildersuche eingeben.
BernhardS
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