فهرست مطالب
سیگنال PWM (مدولاسیون پهنای پالس _ Pulse Width Modulation) یک موج مربعی‌ست که با فرکانس و دامنه‌ی مشخصی تناوب می‌کند. در طول یک پریود تناوب، سیگنال مدت زمانی در حد بالا و الباقی مدت زمان را در حد پایینی قرار دارد. نسبت مدت زمان روشن بودن به کل دوره تناوب پارامتری‌ست که به عنوان Duty Cycle شناخته می‌شود و در قالب درصد بیان می‌شود. به عنوان مثال در شکل پایین سیگنال ربع زمان تناوب در حالت روشن (حد بالا) قرار دارد، بنابراین Duty Cycle این سیگنال برابر است با 25 درصد
کاربردهای PWM
ولتاژ میانگین حاصل از یک سیگنال PWM برابر است با حاصلضرب Duty Cycle در حد بالای ولتاژ. به عنوان مثال در شکل بالا ولتاژ میانگین معادل 1.25 ولت است. (ولتاژ میانگین را با ولتاژ rms اشتباه نگیرید! ولتاژ rms یک سیگنال PWM برابر است با حاصلضرب جذر عدد Duty Cycle در حد بالای ولتاژ) یعنی اگر سیگنال PWM فوق به یک پین آنالوگ متصل شود، ولتاژ اعمال شده به این پین برابر 1.25 ولت است.
با توجه به این نکته از این سیگنال می‌توان برای انتقال یک پیام استفاده کرد. به عنوان مثال وقتی سیگنال با دوره کاری 50 درصد به یک درایور موتور L298 اعمال می‌شود، این درایور ولتاژی میانگین و به اندازه‌ی نصف ولتاژ منبع تغذیه به موتور اعمال می‌کند. یا در موتورهای سروو موقعیت زاویه‌ای شفت موتور با استفاده از یک سیگنال PWM مشخص می‌شود. این سیگنال کابردهای بسیار گوناگون دیگری دارد که در لیست زیر مطرح شده است:
ارتباطات از داه دور
از این سیگنال می‌توان جهت کد گذاری یک موج ارتباطی استفاده کرد. به این صورت که پهنای سیگنال در حالت High (یا Low) بیانگر یک عدد باشد.
کنترل توان
همانطور که قبلا ذکر شد سیگنال PWM می‌توان ولتاژ اعمال شده توسط درایور موتور به موتور را کنترل کند. علاوه بر کنترل موتور، از این سیگنال برای کنترل لامپ‌های دیمر، فن خنک کننده‌ی کامپیوتر، وسایل گرمایشی مانند لوازم آشپزی و … استفاده می‌شود.
افکت‌های صوتی و آمپلی فایر صوتی
در بعضی موارد از سیگنال PWM برای ایجاد افکت صوتی (افکت هم سرایی) استفاده می‌شود. همچنین در آمپلی فایرهای صوتی کلاس D از این سیگنال بهره گرفته می‌شود.
فرکانس سیگنال PWM از پارامترهای حائز اهمین در این موج مربعی است. به عنوان مثال طبیعی‌ست که اگر فرکانس موج خیلی پایین باشد (دوره تناوب خیلی بالا باشد) درایور موتور یا موتور سروو به جای دریافت ولتاژ میانگین مطلوب، صرفا برای مدتی ولتاژ حداکثری و برای مدتی ولتاژ حداقلی (صفر) را مشاهد می‌کند و عملکرد مطلوب را نخواهد داشت.
حداقل فرکانس PWM مناسب برای برخی کاربردها در زیر ارائه شده است:
- موتور سروو و درایور موتور دی سی: 50 هرتز
- المان‌های گرمایشی یا سیستم‌های که زمان پاسخ آهسته‌ای داردند: در بازه‌ی 10 تا 100 هرتز
- منبع تغذیه یا آمپلی فایر صدا: در بازه‌ی 20 تا 200 کیلو هرتز
تولید سیگنال PWM
در صورتی که ورودی یک مقایسه گر (Comparator) یک موج دندان اره‌ای باشد و با یک ولتاژ ثابت مقایسه شود، خروجی مقایسه گر یک سیگنال PWM خواهد بود. فرکانس این سیگنال با فرکانس موج دندان اره‌ای منطبق است. میزان Duty Cycle توسط ولتاژ ثابت ورودی به مقایسه گر تعیین می‌شود. به این صورت که لحظاتی که سیگنال دندان اره‌ای مقداری بالاتر از ولتاژ ثابت اعمالی داشته باشد، خروجی در حالت High قرار دارد. و لحظاتی که ولتاژ دندان اره‌ای عددی کمتر از مقدار ثابت باشد خروجی در حالت Low خواهد بود.
