PWM (Pulse Width Modulation)

Rangkaian Pulse Width Modulation (PWM)
1.    Konsep Dasar Rangkaian Pulse Width Modulation (PWM)
Sebuah rangkaian Pulse Width Modulation (PWM) sederhana dapat direalisasi dengan menggunakan sebuah rangkaian schmitt trigger, rangkaian integrator, dan rangkaian komparator. Penguat operasional blok A menunjukkan rangkaian schmitt trigger berfungsi untuk memdapatkan keluaran tegangan kotak. Penguat operasional blok B menunjukkan rangkaian integrator bertugas merubah tegangan keluaran dari schmitt trigger menjadi tegangan segitiga (gigi gergaji). Besarnya frekuensi tegangan gigi gergaji tergantung dari besanya nilai dari resistor R dan kapasitor C. Untuk mendapatkan tegangan kotak dengan lebar pulsa berubah (PWM-Pulse Width Modulation), tegangan keluaran segitiga integrator dibandingkan dengan tegangan referensi DC pada rangkaian komparator blok C. Gambar 4.1 memperlihatkan konsep dasar dari blok diagram rangkaian modulasi lebar pulsa atau Pulse Width Modulation (PWM) yang akan dibangun dengan menggunakan komponen diskrit.

Lebar dutycycle (D) PWM ditentukan oleh level pengaturan tegangan referensi VREF dan tegangan keluaran segitiga rangkaian integrator B. Level pengaturan tegangan referensi VREF ditetapkan diantara nilai dari level tegangan keluaran segitiga rangkaian integrator B yang diberikan pada rangkaian komparator C. Tegangan keluaran dari komparator berbentuk segitiga dengan durasi tergantung pada tegangan referensi VREF seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Semakin rendah nilai dari tegangan referensi VREF, maka akan semakin lebar durasi waktu pulsa positif dari tegangan keluaran VOB.

Gambar 4.2. Konsep pembentukan tegangan PWM

 2.  Prinsip Kerja Rangkaian PWM

Untuk menjelaskan prinsip kerja rangkaian dapat diasumsikan, dimana keadaan penguat operasional dalam kondisi ideal dan penguat operasional menggunakan catu daya DC tunggal (single ended DC supply). Terminal positip dari penguat operasional dihubungkan ke terminal positip VB sumber tegangan dan terminal negatip penguat operasional dihubungkan ke massa 0V.

Kondisi-1

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0 dan tegangan masukan gergaji VIN=0 dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih besar dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT =0 seperti yang diperlihatkan Gambar 4.3.          

          

Gambar 4.3. PWM Kondisi Tegangan VREF> Tegangan VIN

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0Vdengan posisi level tegangan referensi VREF lebih besar dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT =0V (tegangan DC membentuk garis lurus arah horisontal) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.4.

     

Gambar 4.4. PWM Kondisi Tegangan VREF> Tegangan VIN posisi level a

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREFsama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT> 0V (tegangan DC mengayun ke arah positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.5.

Gambar 4.5. PWM Kondisi Tegangan VREF= Tegangan VIN posisi level b

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih kecil dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT> 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.6.

Gambar 4.6. PWM Kondisi Tegangan VREF< Tegangan VIN

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT>0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.7.

           

Gambar 4.7. PWM Kondisi Tegangan VREF= Tegangan VIN

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih besar dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT> 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.8.

Gambar 4.8. PWM Kondisi Tegangan VREF> Tegangan VIN posisi level a

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih besar dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT>0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.9.

Gambar 4.9. PWM Kondisi Tegangan VREF> Tegangan VIN posisi level b

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT>0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.10.

Gambar 4.10. PWM Kondisi Tegangan VREF= Tegangan VIN

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih kecil tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT>0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.11.

Gambar 4.11. PWM Kondisi Tegangan VREF< Tegangan VIN

Kondisi  2

 Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0 (potensiometer diatur sehingga tegangan referensi dibuat lebih kecil dari kondisi-1) dan tegangan masukan gergaji VIN=0 dihasilkan tegangan keluaran VOUT =0 seperti yang diperlihatkan Gambar 4.12.

  Gambar 4.12. PWM Kondisi Tegangan VREF> Tegangan VIN

Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT>0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.13.

Gambar 4.13. PWM Kondisi Tegangan VREF= Tegangan VIN

 Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT>0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.14.

Gambar 4.14. PWM Kondisi Tegangan VREF= Tegangan VIN

 Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih kecil tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT>0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.15.

Gambar 4.15. PWM Kondisi Tegangan VREF< Tegangan VIN