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Olá, Makers ! Estão prontos para mais uma aventura ? Hoje aprenderemos o conceito de PWM, a lógica por trás do  circuito proposto e suas diversas utilidades e aplicações. Então, mãos à obra 😉

Mas, afinal, o que é PWM ?

Definição

PWM é a abreviação para “Pulse Width Modulation”. Em tradução para o português significa “Modulação de largura de pulso”. Neste tipo de modulação, o sinal assume apenas dois valores: High, também chamado de “Nível alto”, e Low, chamado de “Nível baixo”. Esta forma de controle é bastante utilizada para controle de lâmpadas, velocidade de motores e etc. As aplicações são muitas. Então, solte a imaginação !

Compreensão da lógica PWM

Para que entendamos melhor, imaginemos um circuito alimentado por uma tensão de 5V e seu GND em 0V.  “High” será o valor de tensão máximo permitido na saída do circuito (5v) e “Low”, por sua vez, a tensão mínima (0V). Deste modo, a alternância entre os dois estados, na qual a fração de tempo em que a saída permanece em cada estado é proporcional à potência transmitida.

Assim, um oscilador que permanece 90% do tempo em nível baixo e apenas 10% em nível alto transmite muito menos potência que um circuito que permanece 90% do tempo em nível alto. Deste modo, percebemos quão simples é a ideia do PWM. Se você imaginou que deveria haver alguma expressão que represente este conceito, você acertou ! Então, a razão dos tempos entre HIGH e LOW chama-se “Duty Cycle”, na qual um duty cycle maior indica que a saída ou porta de um circuito se encontra em nível alto por um tempo maior. Logo, um duty cycle de 25% indica que em 25% do tempo o circuito está com sua saída em HIGH e no restante do tempo (75%), em LOW.

Na imagem abaixo temos a ilustração do sinal de alguns duty cycles.

Imagem que ilustra diferentes duty cycle
Figura 1 – Diferentes sinais de duty cycle PWM

 

O circuito proposto

Antes de tudo, vejamos a montagem proposta e o esquemático.

Imagem ilustrando o circuito montado na protoboard
Figura 2 – Ilustração do circuito PWM montado na protoboard

 

 

Imagem ilustrando o esquema eletrico no Proteus
Figura 3 – Esquema elétrico no Proteus

Desde já, passemos para a lista de materiais:

Componentes

Você precisará destes poucos componentes para a montagem:

Na figura 2 podemos ver a simplicidade do circuito e veremos a seguir como é fácil compreendê-lo.

Modo de operação do circuito

De modo simplificado, o amplificador operacional U1:A funciona como um oscilador de relaxação. Por sua vez, são gerados dois sinais: um sinal de onda quadrada na saída 1 do comparador e um sinal triangular no capacitor devido a carga e descarga do mesmo.

Sendo assim, utilizamos o sinal triangular no capacitor para que possamos gerar nosso sinal modulado. Logo,  o sinal é, então, levado à entrada não-inversora do amplificador operacional U1:B. Este, por sua vez, funciona como comparador de tensão.

Desta forma,  este comparador de tensão, como o próprio nome já diz, faz a comparação entre os sinal em suas entradas inversora e não-inversora e altera o estado de sua saída conforme estes valores de tensão.

A imagem a seguir nos mostra a variação de duty cycle em função da variação de tensão no potenciômetro.

Imagem ilustrando como é gerado o sinal PWM
Gif 1 – Duty cycle variando com a tensão vinda do potenciômetro.

 

A linha horizontal que se movimenta para cima e para baixo no gif se trata da tensão advinda do potenciômetro de ajuste.

Deste modo , podemos ver que quando o sinal de onda triangular ultrapassa o valor de tensão do potenciômetro, a saída muda para nível alto. De modo análogo, a saída vai para nível baixo quando a tensão do sinal de onda triangular está abaixo da tensão no potenciômetro.

Para entender como funciona uma porta analógica, acesse o link aqui.

Montagem funcionando

Agora, vamos ao teste prático. Sendo assim, chega de enrolação e vejamos seu funcionamento na vida real.

Ilustração demonstrando o funcionamento do circuito real
Gif 2 – Circuito PWM em operação

Foi utilizada uma lâmpada para demonstração, mas nada lhe impede de usar motores, lâmpadas led e etc

Arquivos para download

Caso você esteja interessado em uma montagem mais profissional em uma placa PCB, aqui estão os arquivos PDF para download. Mas, atenção: para confeccionar sua PCB através do método fotográfico, é necessário espelhar o fotolito.

PCB Metodo transferencia termica – Botton

PCB Metodo transferencia termica – silk

Bill Of Materials Logica PWM LM358

Considerações finais

O circuito e sua operação são bastante simples, mas é extremamente útil para diversas aplicações.

A título de curiosidade, adicionando mais um amplificador operacional, um NTC, um capacitor eletrolítico e dois resistores, você poderá montar um termostato PWM que varia seu duty cycle automaticamente até a obtenção da temperatura desejada ! Não é fascinante ?

Se você se perguntou como isso é possível, aí vão algumas dicas: O amplificador operacional extra funciona como termostato, usando o NTC para leitura da temperatura. Em seguida, é usado um circuito RC na saída deste operacional para que a alternância entre High e Low seja variado lentamente com o tempo por conta do retardo causado pelo circuito RC. Por sua vez, este valor de tensão é injetado no terminal 6 da figura 2 e, voilá ! Crie, invente, seja feliz !

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