Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation PWM) — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения тока в нагрузке.

Основная причина применения ШИМ управления потребляемой мощностью нагрузки это стремление к повышению КПД и снижению рассеиваемой мощности на электронном управляющем током элементе — транзисторе, полевом или биполярном. А аналоговое управление яркостью светодиодов вообще является проблематичным, в то время как ШИМ даёт хороший результат.

Предлагаем простейшую схему ШИМ управления мощностью нагрузки с ШИМ генератором на логических элементах И-НЕ и с ключом на биполярном транзисторе с n-p-n структурой.

Рис. 1. Схема ШИМ управления яркостью светодиода и скоростью вращения электромотора (CPU-fan).

В электронной схеме на рис 1 четыре логических элемента D1.1 - D1.4 принадлежат одной микросхеме КМ555ЛА3, диоды D1, D2 Д2Б, транзистор Q1 2N2222. Вообще-то я использовал те элементы что были под рукой. При выборе элементов следует руководствоваться следующим принципом: диоды выбирайте с минимальным прямым падением напряжения, транзистор должен выдерживать ток нагрузки, в качестве логических элементов подойдут любые инверторы. Средняя рабочая частота генератора зависит от номинала конденсатора C1 и переменного резистора R1. Резистор R2 ограничивает ток базы ключевого транзистора, а резистор R3 ограничивает максимальный ток через светодиод LD1.

Рис. 2. Схема ШИМ управления мощностью нагрузки собранная на макетной плате.

Рис. 3. Осциллограмма управляющего сигнала. 50% мощности.

Рис. 4. Осциллограмма управляющего сигнала. 97% мощности.

Рис. 5. Осциллограмма управляющего сигнала. 23% мощности.

Наша схема см. рис. 1 позволяет плавно регулировать мощность в нагрузке от 23% до 97%. При этом частота ШИМ сигнала меняется от 42 кГц до 14 кГц.

Если резистор R2 подключить не к 8-й, а к 11-й ножке микросхемы, см рис. 1, то можно будет плавно регулировать мощность в нагрузке от 3% до 77%.