Zaloguj
Rysunek 1. Schemat ideowy generatora 3-fazowego
Schemat ideowy generatora pokazano na rysunku 1. Przesuwanie fazy już wygenerowanego sygnału analogowego byłoby trudne do wykonania, dlatego zdecydowano się na jednoczesne wytwarzanie trzech sinusoid. Niska częstotliwość sygnału wyjściowego - zaledwie 50 Hz - pozwoliła na zastosowanie generatora PWM z filtrem rekonstrukcyjnym.
W tym urządzeniu przetwornik PWM został zrealizowany programowo, ponieważ konieczne były aż trzy wyjścia. Częstotliwość sygnału PWM wynosi 12800 Hz i jest to maksimum, które udało się uzyskać przy taktowaniu ATtiny25 rezonatorem kwarcowym o częstotliwości 16 MHz.
Wybór padł właśnie na ten mikrokontroler, ponieważ może współpracować z rezonatorem kwarcowym w przeciwieństwie do np. ATtiny13. Z kolei, częstotliwość sygnału zegarowego przekłada się na sygnał wyjściowy, przez co wbudowany generator RC nie nadaje się do tego zastosowania.
Rysunek 2. Charakterystyka amplitudowa zastosowanego filtru rekonstrukcyjnego
Jako bufor wyjściowy zastosowano poczwórny wzmacniacz operacyjny typu LM324. Ze względu na zasilanie niesymetryczne, sygnał wyjściowy musi zawierać składową stałą. Wybór padł na ten układ z powodu jego dostępności oraz niskiej ceny.
Można pokusić się o wymianę go na inny typ, który cechuje się szerszym zakresem tolerowanych napięć. Zamontowanie go w podstawce pozwala na szybką wymianę w razie uszkodzenia wywołanego np. zwarciem.
Filtr rekonstrukcyjny jest bardzo ważnym elementem generatora, DDS, ponieważ pozwala oczyścić widmo sygnału wyjściowego ze składowej pochodzącej od zegara i jej harmonicznych. Ten układ pozwala na zastosowanie nieskomplikowanego filtru ze względu na znaczącą różnicę między sygnałem użytecznym a zegarowym, odpowiednio: 50 Hz i 12800 Hz.
Rysunek 3. Przebieg czasowy napięcia z dwóch wyjść
Zastosowano 2-stopniowy, dolnoprzepustowy filtr RC. Wartości elementów tak dobrano, aby wpływ rezystancji wejściowej buforów oraz wyjściowej ATtiny25 były pomijalne. Charakterystykę amplitudową pokazano na rysunku 2.
Można z niej odczytać, że tłumienie składowej 50 Hz to ok. 4 dB, a składowej 12,8 kHz ok. 80 dB. Oznacza to, że zakłócenia pochodzące od sygnału PWM będą słabsze o ok. 76 dB, przez co nie powinny być one widoczne na tle sygnału wyjściowego.
Oscylogram dwóch przebiegów wyjściowych zamieszczono na rysunku 3. Są one, zgodnie z założeniem, przesunięte w fazie. Na dole sinusoidy można dostrzec ledwie zauważalne spłaszczenie, wywołane ograniczaniem przez LM324.
Rysunek 4. Widmo amplitudowe (w skali decybelowej) pojedynczego przebiegu wyjściowego
Gdyby takie zniekształcenie okazało się niedopuszczalne, można, jak już wcześniej wspomniano, spróbować wymiany tego układu na inny, np. MCP604.
Parametry sygnału są następujące: częstotliwość 50 Hz, składowa stała ok. 2,25 V, wartość międzyszczytowa ok. 2,3 V.
Wzrokowa ocena przebiegu czasowego to nie wszystko. Widmo amplitudowe pojedynczego sygnału zaprezentowano na rysunku 4. Jego SFDR można oszacować na ok. 30 dB.
Schemat montażowy generatora pokazano na rysunku 5. Montaż należy rozpocząć od elementów SMD, a następnie rezonatora kwarcowego, podstawek pod układy scalone, złącz śrubowych i kondensatora.
Rysunek 5. Schemat montażowy generatora 3-fazowego
Mikrokontroler należy zaprogramować oraz zmienić źródło sygnału zegarowego na zewnętrzny rezonator kwarcowy 16 MHz (CKSEL 3...0 = 1111) i wyłączyć bit CKDIV8. Urządzenie nie wymaga kalibracji i od razu jest gotowe do pracy. Zasilane napięciem 5 V pobiera prąd ok. 15 mA.
Wyjście B jest przesunięte w stosunku do A o +120°, zaś C w stosunku do A o +240°. Składową stałą z wyjścia można odciąć np. kondensatorami, zaś sam sygnał wzmocnić lub stłumić, w zależności od potrzeb.
Michał Kurzela, EP
