Esercitazione di comprensione del PWM
Questo video mostra lo svolgimento dell'esercitazione.
Il PWM (Pulse Width Modulation) è un metodo usato per regolare la potenza elettrica assorbita da un utilizzatore. Vedi anche qui.
Viene anche detto metodo on/off o tutto/niente o anche ad intermittenza. Sono nomi tutti equivalenti a patto che la frequenza con cui l'intermittenza si ripete sia abbastanza elevata da non comportare effetti osservabili oppure dannosi o anche solo fastidiosi.
L'esercitazione di misura viene realizzata con il seguente schema:
- una batteria di accumulatori da 12V (non visibile in figura) alimenta il circuito fra i punti A e C (massa o ground) fornendo la tensione Vbatt
- una lampadina L costituisce il carico
- un interruttore comandato elettronicamente commuta rapidamente in modo da aprire e chiudere il circuito
- un generatore di onda quadra a frequenza e duty cycle variabili genera il comando per l'interruttore
- un oscilloscopio (scope) rileva la forma d'onda sull'interruttore
Funziona così:
E' stato realizzato un circuito che utilizza le uscite digitali della scheda Arduino. Alcuni pin sono comandabili in PWM con l'istruzione "analogWrite(Pin, value) dove "value" è un intero compreso fra 0 e 255 che fissa il valore del duty cycle in uscita.
Per comodità di realizzazione dell'esercitazione viene usato in questo caso una piattaforma di programmazione che pilota la scheda Arduino senza dovere ricorrere alla programmazione in C++ ed alla compilazione; si tratta di "Snap for Arduino" (va bene anche "Scratch for Arduino"). Con il relativo linguaggio di programmazione, derivato dal noto Scratch e quindi molto semplice da usare, si può pilotare il PWM con un script molto breve che prevede la possibilità di modificare il duty cycle mentre è in esecuzione così da consentire la realizzazione dell'esercitazione.
Con Snap4a (il nome abbreviato di "Snap for Arduino") si comanda la scheda Arduino in modo che generi la tensione intermittente che si usa per pilotare l'interruttore costituito da uno dei MOSFET della scheda RGB shield di Futura Elettronica.
Conclusioni
- la lampadina può essere accesa e spenta con ritmo lento, in questo caso si osserva una luce intermittente che ricorda quella dell'indicatore di direzione delle automobili;
- mano a mano che la frequenza delle commutazioni cresce si osserva che la luce comincia a lampeggiare di meno dato che la lampadina non fa in tempo ad accendersi completamente e nemmeno a spegnersi completamente: si vede che non è nè accesa e nemmeno spenta (si manifesta l'inerzia del filamento incandescente che non fa in tempo a seguire variazioni di temperatura così rapide) (nota 1);
- a frequenza elevata non si osserva più variazione di luce ma una luminosità media che però è modificabile agendo sul duty cycle in quanto con esso si può regolare la durata del tempo di acensione rispetto a quello di spegnimento..
note
nota 1: interviene anche la persistenza dell'immagine sulla retina che non consente di risolvere eventi di frequenza superiore alla decina di hertz.