Darbe Genişlik Modülasyonu

Dijital sistemlerde kullanılan en önemli sinyal kare sinyaldir. Bu sinyal sadece lojik-1 ve lojik-0 dan  oluşur. Elektronikte lojik-1, sistemin yapısına göre 3.3 ve ya 5 volt olur. Lojik-0 ise referansa göre toprak olarak kabul edilir. Peki dijital bir sistemden sadece lojik-1 ve ya lojik-0 değil de, bu iki değer arasında gerilim elde etmek istersek ne yapabiliriz? Dijital sistemden analog bir değerde çıkış almak isteniyorsa, modülasyon tekniklerinden darbe genişlik modülasyonu tekniği uygulanabilir.

Kare Dalga

Bu tekniği anlamak için, ilk olarak kare dalga incelemesi yapalım. Bir kare dalga, yukarıda bahsedildiği gibi 1 ve 0 lojik seviyelerden meydana gelir. Bir sinyalde ise bilinmesi gereken birkaç farklı özellik bulunur. Bunlara kısaca değinelim.

Periyodiklik: Bir sinyalin aynı hareketi belli aralıklarda düzgün bir şekilde tekrar etmesidir.

Frekans: Periyodik olan bu sinyalin, saniyede kaç kez bu hareketi tekrar ettiğidir. Temsili olarak ‘ f ’ ile gösterilir.

Periyot: Sinyalin, bir tam döngüsünü kaç saniyede tamamladığıdır. Temsili olarak ‘ T ’ ile gösterilir.

Tanımlamalardan da görülebileceği gibi, frekans ve periyot kavramları birbirinin tam tersidir ve şu şekilde ifade edilir:  (T.f=1)

Kare dalgada, lojik-1 ve lojik-0 değerlerinde kalma süresi, genellikle birbirine eşittir. Ama bu oranda bir değişiklik yapmak mümkün değil mi? Tabii ki de mümkün ve bu işleme ise darbe genişlik modülasyonu diyoruz. İsminden de anlaşılabileceği gibi, belirli elektriksel darbelerin genişlikleri değiştirilerek, çıkışta istenen gerilim değeri elde edilmesine olanak tanır. Bu işlemi yapmak için ise “duty cycle(görev döngüsü)” denilen kavram kullanılır.

Görev Döngüsü

Kare dalga formunda, lojik-1 ve lojik-0 sürelerinin birbirine oranına görev döngüsü denilir. Bunu aşağıdaki görselde daha iyi anlayabiliriz.

 Görev döngüsü, özünde, bir elektrik sisteminin bir  saniyedeki toplam açık kalma oranını gösterir. Diyelim ki bu değer yüzde 50 bandında olsun. O zaman bu sistem, toplamda 1 saniyenin, 500 milisaniyesinde açık ve 500 milisaniyesinde kapalı diyebiliriz.

Sistemlerde görev döngüsünü değiştirerek çıkışta elde edilen gerilim değeri değiştirilebilir. Bu işlem için, kare dalgaların görev döngüsü ve frekans değeri çok önemlidir. İstenen çıkış gerilimine göre görev çevrimi değiştirilirken, kullanılacak sisteme göre frekans seçilmelidir. Bu frekans değeri, darbe genişlik modülasyonu sonrası kullanılacak sisteme göre değişiklik gösterir. Bir sistem için frekans değeri 120 Hz iken diğer bir sistem için 20 kHz olabilir.

Darbe genişlik modülasyonu sonucu elde edilen kare dalga, osiloskop üzerinde incelendiği zaman, analog sinyale benzemez(normal kare dalga formu görürüz). Ancak çıkış gerilimi herhangi bir multimetre ile ölçülürse görev döngüsü oranına göre farklı seviyelerde analog çıkış değeri görülecektir. Lojik-1 seviyesi 3.3 volt olan bir sistemde, görev çevrimi yüzde 50 olursa  çıkışta 1.65 volt, yüzde 75 olursa 2,475 volt ve yüzde 25 olursa 0,825 volt  görülmesi olasıdır. Kısacası görev döngü oranı değiştikçe çıkışta alınan gerilim değeri de değişiklik gösterecektir.

Darbe genişlik modülasyonu, Dc motorlarda hız kontrolü gerçekleştirmek, voltaj regülatör devrelerinde çıkış gerilimini ayarlamak için kullanılır. Aynı zamanda haberleşme sistemlerinde de yoğun olarak kullanımı mevcuttur.

Kaynakça

circuitdigest.com

sciencedirect.com