PWM-Generator
Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2013 von Herbert Kleeblatt
Neben dem 4093 benötigt diese Schaltung nur zwei weitere Bauteile: zwei 1MOhm Widerstände. Gatter 1 arbeitet als Rechteckoszillator mit dem Widerstand R1 und einem versteckten Kondensator, der von der Kapazität des Eingangskabels gebildet wird. Mit einem geschirmten Telefonkabel von etwa 80 cm Länge sind das rund 100 pF. Zusammen mit R1 = 1MOhm stellt sich eine Frequenz um 10 kHz ein. Über den Widerstand R2 kann man je nach Eingangssignal die Aufladezeit und Entladezeit der Kapazität beeinflussen. Die Frequenz bleibt zwar nicht konstant, aber es kann ein Tastverhältnis von 0% bis 100% eingestellt werden. Ohne Eingangssignal verhält sich das Gatter symmetrisch mit einem Tastverhältnis von etwa 50%. Gatter 2 arbeitet als invertierende Pufferstufe für das Ausgangssignal. Gatter 3 und 4 sind ungenutzt, die Eingänge sind mit der Versorgungsspannung verbunden.
Bei einer Versorgung mit 4,5 V kann eine LED direkt angeschlossen werden. Bei 9 V sollte man einen Vorwiderstand vorsehen. Die LED ist für den Betrieb nicht notwendig, sie dient lediglich zur Funktionskontrolle. Mit einem Poti am Eingang und einem Scope am Ausgang lässt sich die Arbeitsweise der Schaltung gut nachvollziehen. Es geht aber auch ohne Scope. Wenn man die Kapazität am Gatter 1 auf 1 uF vergößert, erreicht man einen "Zeitlupeneffekt". Die LED blinkt dann so langsam, dass sich das Tastverhältnis direkt mit den Augen abschätzen lässt.
Das Steckbrett ist auf ein Batteriefach für 3 Mignonzellen mit Schalter geklebt. R1 steckt auf dem Brett. R2 befindet sich nicht auf dem Brett, sondern ist an den Eingang der geschirmten Leitung gelötet. Das ist notwendig, damit die Kabelkapazität genutzt werden kann.
Mit PWM kann eine verlustarme Leistungssteuerung realisiert werden. Anwendungsgebiete sind zum Beispiel die Steuerung von Motoren, Heizwiderständen, Lampen, LEDs usw. Ein anschauliches Beispiel ist die hier gezeigte Glühlampe 12V 21W aus dem Auto, getaktet mit einem Mosfet. Das Gate ist direkt an den 4093 angeschlossen. Für den Betrieb der Glühlampe ist jedoch eine eigene 12V Versorgung nötig. Im Bild oben ein kleiner Bleiakku und der fliegende Aufbau.
An den Eingang können nahezu beliebige Spannungsgeber angeschlossen werden. Die Steuerspannung sollte aber innerhalb des Bereichs der Versorgungsspannung liegen. Geeignet sind aktive Geber mit Spannungsausgang oder passive Spannungsteiler bestehend aus Arbeitswiderstand und Sensoren, wie Halbleitersensoren sowie PTC, NTC, CDS,...oder Potis. Denkbar ist auch eine Sanftanlaufschaltung mit einem einfachen RC-Glied.
Für erste Versuche ist das gezeigte 100k Poti zu empfehlen, damit kann man die gesamte Steuerkennlinie durchfahren.
