Słowo PWM oznacza angielski skrót „Pulse Width Modulation”, co oznacza modulację szerokości impulsu. To nic innego jak sposób sterowania układem elektronicznym poprzez manipulację samym sygnałem sterującym, a dokładniej jego parametrami technicznymi. Wynika to z właściwości fizycznych sygnału PWM złożonego z wspomnianych impulsów. Ich podstawowe parametry dotyczą czasu utrzymywania stanu wysokiego (wartość logiczna 1) oraz częstotliwości przełączania sygnału PWM. Co to dokładnie oznacza?
Jak odczytać sygnał PWM?
Szerokość definiowana jest jako stosunek czasu, w jakim podczas jednego impulsu PWM ładunek jest przekazywany do podłączonego odbiornika. Na przykład, jeśli pomiary sygnału PWM wykażą częstotliwość 300 Hz, to czas trwania każdego pełnego impulsu wyniesie 1/300 sekundy [3.(3) milisekundy]. Podobnie można obliczyć, jak długo prąd jest przykładany podczas impulsu PWM – wystarczy pomnożyć uzyskany wcześniej wynik przez wypełnienie. Jak więc mierzony jest sygnał PWM? Najprostszym sposobem jest sprawdzenie tego za pomocą oscyloskopu laboratoryjnego. Wtedy możesz również uzyskać bezpośrednie graficzne wyjaśnienie tego. Prąd będzie płynął przez dany układ krok po kroku, a o szerokości poszczególnych impulsów będzie decydował współczynnik wypełnienia, który mówi, jak długo ma być zasilany odbiornik. Im szersze są poszczególne „wzgórza”, tym dłużej będzie trwała dostawa energii. Z drugiej strony, jeśli pomiar sygnału PWM na oscyloskopie laboratoryjnym pokazuje linię ciągłą (przyjmując wartość większą od 0), oznacza to, że prąd nadal płynie do podłączonego odbiornika, więc współczynnik wypełnienia wyniesie 100%.
Gdzie znajduje zastosowanie sygnał PWM?
Sygnały PWM są szczególnie przydatne w zasilaczach impulsowych ze względu na ich zdolność do sterowania podłączonymi do nich urządzeniami. Najczęściej jednak tego typu sygnały odpowiadają za precyzyjne dostrojenie prędkości obrotowej silnika, chociaż może on również służyć jako sterownik oświetlenia. Wykorzystując do sterowania sygnał PWM o niskim współczynniku wypełnienia możemy uzyskać efekt motoreduktora lub efekt ściemniania w przypadku źródła światła. Zwiększając jego wartość, silnik kręci się szybciej, a dioda LED emituje więcej światła. Podobnie impulsy PWM są często używane w wentylatorach. Pozwala to na regulację wydajności przepływu powietrza przez nie przy jednoczesnej minimalizacji hałasu wytwarzanego przez poszczególne łopatki wentylatora. PWM można spotkać również we wzmacniaczach impulsowych i układach sterowania, których głównym zadaniem jest zarządzanie pracą serwomotorów. Dlatego tak ważny jest dokładny pomiar sygnałów PWM w projektach opartych o mikrokomputery Arduino i Raspberry Pi.
W jaki sposób można zastosować sygnał PWM?
Z sygnału PWM korzystają różne odbiorniki prądu, takich jak silniki, żarówki, diody LED i serwomotory. Wszystkimi tymi urządzeniami można sterować wykorzystując zjawisko modulacji szerokości impulsu. Dlatego sygnały PWM są sercem wielu projektów opartych na rodzinie płytek rozwojowych Arduino. Za pomocą tego małego komputera można mierzyć nie tylko sygnały PWM, ale prawie każdą generację. Wystarczy napisać stosunkowo prosty kod wykorzystujący funkcje „pwmCounter” i „pwmValue”, którego celem jest zarządzanie zewnętrznymi modułami i urządzeniami podłączonymi do Minikomputera Arduino. Krótko mówiąc, określone piny wyjściowe na płytce będą naprzemiennie włączane i wyłączane w małych, precyzyjnie określonych odstępach czasu. W praktyce oznacza to, że średnia wartość napięcia na danym pinie zostanie odpowiednio zredukowana do parametrów użytego sygnału PWM.
