LM324 ile PWM

[guclusat]

Bu şema, LM324 op-amp entegresi ve IRFZ34N MOSFET kullanılarak tasarlanmış, analog çalışan bir Low-Side (Eksi Hat Kontrollü) PWM (Sinyal Genişlik Modülasyonu) DC Motor Hız Kontrol ve Lamba Karartma (Dimmer) devresidir.

Devre, mikrodenetleyici (Arduino vb.) kullanmaya gerek kalmadan, tamamen analog op-amp pencereleri ve karşılaştırıcı yöntemiyle çok kararlı bir PWM sinyali üretir.

Devrenin Teknik Analizi​

1. Sanal Şase / Referans Voltaj Katı (Sol Alt):

• Girişteki iki adet 100KΩ direnç, +12V beslemeyi tam ortadan bölerek 6V'luk bir referans voltajı oluşturur.
• Alt soldaki op-amp (Pin 8, 9, 10) bir gerilim izleyici (buffer) olarak çalışarak devrenin diğer katları için kararlı bir sanal şase/referans voltajı (V_{cc}/2) üretir.

2. Kare Dalga ve Üçgen Dalga Osilatör Katı (Üst Kısım):

• Sol Üst Op-amp (Pin 1, 2, 3): Bir schmitt tetikleyici (astable multivibrator) olarak çalışır ve çıkışında (Pin 1) sürekli bir Kare Dalga üretir.
• Sağ Üst Op-amp (Pin 12, 13, 14): Bir integratör (bütünleştirici) devresidir. Sol taraftan gelen kare dalgayı, üstündeki 10nF kondansatör yardımıyla işleyerek kusursuz bir Üçgen Dalga sinyaline dönüştürür. Çıkışta (Pin 14) artık bir üçgen dalga vardır.

3. PWM Karşılaştırıcı (Comparator) Katı (Orta Sağ):

• Sağdaki op-amp (Pin 5, 6, 7) karşılaştırıcı olarak görev yapar.
• Pin 5'e osilatörden gelen üçgen dalga girerken, Pin 6'ya 10K Lin potansiyometre üzerinden gelen ayarlanabilir DC voltaj girer.
• Potu çevirdikçe DC voltaj çizgisi üçgen dalganın kesişim noktasını değiştirir. Böylece op-amp çıkışında (Pin 7) frekansı sabit, ancak görev döngüsü (Duty Cycle - %0 ile %100 arası) değişen bir PWM sinyali elde edilir.

4. Güç ve Yük Sürücü Katı (Mosfet Çıkışı):

• PWM sinyali, parazitleri engellemek için mini bir şok bobini (5T 1/4" - çeyrek inç karkasa 5 tur sarım) üzerinden IRFZ34N N-Kanal Güç MOSFET'inin Gate (G) ucuna tetik olarak gider.
• MOSFET yükün (Motor veya Lamba) eksi kutbuna bağlıdır (Low-Side Driver).
• Yük uçlarına paralel bağlanan 1N4002 diyotu, özellikle DC motor gibi endüktif yüklerin durma/yavaşlama anında ürettiği ters emk voltaj darbe akımlarını sönümleyerek MOSFET'in yanmasını engeller (Flyback diyotu).
• 1.2KΩ direnç üzerindeki LED ise yükün çalışma yoğunluğunu görsel olarak izlemenizi sağlar.

 

[guclusat]

Bu iki görsel, tek bir entegre (LM324) ile hem osilatör hem kontrolcü hem de sensör arayüzü oluşturmanın harika birer örneğidir. Görselleri parça parça analiz edelim:

1. Görsel: PWM Oluşum Mantığı ve Grafik Analizi (Sinyal İşleme)​

Bu grafik, devrenin kalbi olan karşılaştırıcı (komparatör) katının nasıl kare dalga (PWM) ürettiğini matematiksel/görsel olarak açıklıyor.

• Giriş Sinyalleri:
  
  • Сигнал А (Sinyal A - Testere Dişi / Üçgen Dalga): Op-amp'ın evirmeyen (-) girişine uygulanır. Grafikte sürekli inip çıkan dalga olarak görünür.
  • Сигнал Б (Sinyal B - Sabit DC Gerilim): Op-amp'ın eviren (+) girişine uygulanır. Grafikte düz çizgi (Б ve Б`) olarak görünür. Potansiyometre veya sensör değiştikçe bu çizgi aşağı ya da yukarı kayar.
• Karşılaştırma Mantığı (Компаратор):
  
  • $A < B$ Durumu: Üçgen dalga, referans DC çizgimizin altındayken op-amp çıkışı YÜKSEK (12V) konumuna geçer.
  • $A > B$ Durumu: Üçgen dalga, referans DC çizgimizi aştığı anda op-amp çıkışı DÜŞÜK (0V) konumuna düşer.
• Görev Döngüsü (Duty Cycle) Değişimi:
  
  • Referans çizgisi üstteki düz çizgi (Б) konumundayken, çıkıştaki kare dalga (ШИМ) grafikteki gibi daha geniş olur (Motor hızlı döner).
  • Referans çizgisi kesikli çizgi (Б`) konumuna (aşağıya) çekildiğinde, A > B süresi uzayacağı için çıkıştaki kare dalga daralır (Motor yavaşlar).

2. Görsel: Sıcaklık Kontrollü (Termostatlı) Otomatik PWM Sürücü Devresi​

Bu şema, temel dimmer devresinin LM335Z sıcaklık sensörü eklenerek otomatik fan kontrolörüne (örneğin amfi soğutucu fanı veya PC fanı için) dönüştürülmüş halidir. Bloklara ayrılmış yapıyı inceleyelim:

#1 Nolu Blok: Sinyal Jeneratörü (Osilatör)​

• OP1 (Pin 1, 2, 3) & OP2 (Pin 5, 6, 7): Burası sırasıyla kare (Прямоуг.) ve üçgen/testere dişi (Пила) dalga üreten osilatör katıdır. 470nF (C1) kondansatör ve 100k (R3) direnç devrenin çalışma frekansını belirler.
• R1 ve R2 (47k): Besleme voltajını ikiye bölerek op-amp'lara 6V sanal şase referansı sağlar.

#3 Nolu Blok: Sıcaklık Algılama ve Diferansiyel Amplifikatör​

• VD1 (LM335Z): Hassas bir analog sıcaklık sensörüdür. Her 1^circ C sıcaklık artışında çıkış voltajı lineer olarak 10mV artar.
• R7 (15k Pot): Hedef sıcaklık (set noktası) ayarıdır. Fanın hangi sıcaklık derecesinde dönmeye başlayacağını buradan ayarlarsınız.
• OP4 (Pin 12, 13, 14): Bir fark yükselticisidir (Differential Amplifier). Sensörden gelen voltaj ile potansiyometreden gelen voltaj arasındaki farkı alır ve formüldeki kazanç oranına göre (K_a = R9/R10 = 30k/1\k = 30 kat) büyüterek çıkışa (Pin 14) verir.

#2 Nolu Blok ve Çıkış Katı: Karşılaştırıcı ve Güç Kontrolü​

• OP3 (Pin 8, 9, 10): #3 nolu bloktan gelen sıcaklık voltajı (Pin 10) ile #1 nolu bloktan gelen üçgen dalgayı (Pin 9) karşılaştırır ve ŞİM (PWM) sinyalini üretir.
• Sıcaklık arttıkça Pin 14'teki voltaj yükselecek, bu da karşılaştırıcı çıkışındaki PWM sinyalinin görev döngüsünü (% duty cycle) artırarak fanın sıcaklığa bağlı olarak daha hızlı dönmesini sağlayacaktır.
• VT1 (IRF630 MOSFET): Üretilen PWM sinyali 56Ohm kapı direnci üzerinden N-Kanal IRF630 MOSFET'e gider. MOSFET, M1 motorunu (fanı) şase (GND) üzerinden anahtarlayarak sürer.