Pulse Width Modulation

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I segnali modulati a larghezza di impulsi (PWM, Pulse Width Modulation) permettono ad un sistema digitale di pilotare dispositivi analogici in corrente continua facendo variare con continuità la potenza erogata. Per esempio è possibile variare la velocità di un motore DC oppure la luminosità di una lampada a filamento o di un LED.

A differenza dei circuiti che usano un DAC seguito da un amplificatore lineare, con la tecnica PWM è teoricamente possibile avere un rendimento del 100%, cioè un funzionamento con dissipazione molto bassa di calore.

I due parametri fondamentali sono due:

Il periodo T, tratto rosso in figura.
Il T_ON, tratto verde in figura. Ovviamente deve essere più breve del periodo

In figura si vede che il periodo è pari a circa 52 µs e che il T_ON è circa pari a 20.1 µs

Un segnale PWM con evidenziate le grandezze principali

In genere vengono però fornite altre due grandezze:

La frequenza, pari all'inverso del periodo f = 1 / T. In figura circa 19.2 kHz
Il Duty Cycle percentuale, DC% = T_ON / T ·100 %, sempre compreso tra 0% e 100%. In figura possiamo leggere che DC% = 40%

In figura sono visibili anche altre misure relative allo stesso segnale PWM, tutte tra di loro correlate.

Nelle applicazioni viene normalmente mantenuto costante la frequenza e fatto variare il Duty Cycle, per esempio nell'intervallo 1% → 99%, cioè evitando gli estremi.

Applicando tale segnale ad un carico lineare, la potenza media fornita varia linearmente con il DC%, tra lo 0 ed il 100%, permettendo in questo modo di regolare la velocità di un motore piuttosto che luminosità di una lampada.

Ovviamente per fornire potenza significativa ad un carico è necessario usare un un MOS oppure un Il transistor di potenza. In effetti i due livelli alti e bassi possono essere interpretati come interruttore aperto e interruttore chiuso.