Điều chỉnh độ sáng bóng đèn sử dụng NE555 để băm xung

Trong bài viết này chúng ta sẽ đề cập đến sự đơn giản và hiệu quả khi sử dụng NE555 điều chỉnh độ sáng bóng đèn. Các bộ điều khiển tuyến tính bằng dimmer đời cũ chỉ có thể đạt được hiệu suất tối đa là 50% và kém hơn nhiều so với các bộ điều chỉnh dựa trên PWM, nó có thể đạt hiệu suất cao hơn 90%. Do ít năng lượng bị lãng phí dưới dạng nhiệt, nên các phần tử chuyển đổi của bộ điều chỉnh độ sáng PWM yêu cầu tản nhiệt nhỏ hơn và điều này giúp tiết kiệm rất nhiều kích thước và trọng lượng. Nói một cách đơn giản, các tính năng nổi bật nhất của bộ điều chỉnh độ sáng đèn dựa trên PWM là hiệu quả cao và kích thước bé. Dưới đây là sơ đồ bộ điều chỉnh đèn dùng tín hiệu PWM:

IC NE555 hoạt động ở tần số 2.8KHz. Biến trở R3 dùng để điều chỉnh chu kì làm việc ở đầu ra IC. Chu kì lớn nghĩa là đèn sáng hơn, chu kì nhỏ độ sáng yếu. Diode D được gắn thêm để dạng sóng ra gần đối xứng với nhau và giữ cho tần số đầu ra không đổi bất kể chu kì làm việc. Cặp transistor darlington dùng để khuếch đại dòng cho bóng đèn 12V. Điện trở R4 giới hạn dòng cơ sở của bóng bán dẫn Q1.

Tìm hiểu về mạch dao động bất ổn

Như đã nói trước đó, chúng ta có thể điều chỉnh được chu kì dao động của máy, hiểu về IC NE555 sẽ giúp chúng ta có kiến thức nền tảng để thiết kế những bộ điều khiển tương tự như thế này.

Nửa trên và nửa dưới của biến trở R3 được ký hiệu lần lượt là Rx và Ry. Đầu ra của bộ dao động lên mức điện áp cao. Lúc này, tụ điện C1 tích điện qua đường dẫn R1, Rx và R2. Tụ tích điện cho đến khi điện áp đạt 2/3 Vcc, bộ so sánh bên trong sẽ đảo trạng thái đầu ra từ mức 1 về mức 0. Nói một cách đơn giản, đầu ra của bộ dao động vẫn ở mức cao cho đến khi điện tích trên C1 bằng 2/3 Vcc theo phương trình Ton = 0,67 (R1 + Rx + R2) C1.

Flip flop bên trong được thiết lập, tụ điện xả điện với dòng chạy từ cực dương của tụ, qua R2, Ry vào chân xả. Điện áp trên tụ giảm dần theo thời gian cho đến khi bằng 1/3 Vcc, bộ so sánh điện áp thấp sẽ làm flip flop đảo trạng thái từ mức 0 lên mức 1. Nói một cách đơn giản, đầu ra của bộ dao động vẫn ở mức thấp cho đến khi điện áp trên tụ C1 trở thành 1/3 Vcc và theo phương trình Toff = 0,67 (R2 + Ry) C1. Hãy xem sơ đồ khối bên trong của bộ đếm thời gian NE555 hiển thị bên dưới để hiểu rõ hơn.

Tại sao tần số vẫn không đổi bất kể vị trí của biến trở?

Bất kể vị trí nào của biến trở R3, tổng trở kháng trên nó vẫn giữ nguyên giá trị là 50K, nếu ta tăng Rx thì Ry sẽ giảm, theo đó các khoảng thời gian T(on) và T(off) cũng thay đổi tương ứng. Những công thức dưới đây sẽ giúp các bạn hình dung ra một cách rõ ràng.

Theo hình 2, ta có:

Ton = 0.67(R1+Rx+R2)C1

Toff= 0.67(R2+Ry)C1

Tổng chu kì dạng sóng ra “T” được tính theo phương trình:

T = Ton + Toff

ð T = 0.67(R1+Rx+R2+R2+Ry)C1

ð T= 0.67(R1+2R2+Rx+Ry)C1

Vì Rx+Ry = R3

Nên T = 0.67(R1+2R2+R3)C1

       F = 1/(0.67(R1+2R2+R3)C1)

Từ phương trình trên, rõ ràng tần số chỉ phụ thuộc vào các giá trị của R1, R2, C1 và trên tất cả các giá trị của R3 chứ nó không phụ thuộc vào vị trí đặt của R3.