Türkçe karşılığı “Darbe Genişlik Modülasyonu” olan PWM (Pulse Width Modulation), elektronik ve sinyal işleme alanlarında yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. PWM, bir sinyalin genişliğini modüle ederek analog sinyalleri dijital olarak kontrol etmeyi sağlar. Bu yöntem, özellikle motor hız kontrolü, LED parlaklık ayarı ve güç yönetimi gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.

PWM, çeşitli elektronik devrelerde ve mikrodenetleyicilerde yaygın olarak bulunur ve birçok farklı amaç için kullanılabilir. Örneğin, bir motorun hızını kontrol etmek için PWM sinyali kullanılarak motorun aldığı ortalama voltaj ayarlanabilir. Aynı şekilde, bir LED’in parlaklığı PWM ile kontrol edilebilir. Böylece LED’in aldığı ortalama voltaj değiştirilebilir. Ortalama voltaj yukarıdaki örnekte kırmızı kesikli çizgi ile gösterilmektedir.

PWM’nin temel prensibi şu şekildedir:

1. Darbe Genişliği (Pulse Width)

Darbe genişliği (pulse width), PWM (Pulse Width Modulation) sinyalinin bir periyot boyunca “açık” (yüksek voltaj) olduğu süredir (TON). Bu süre, sinyalin toplam periyot süresi içinde ne kadar süreyle aktif olduğunu belirler ve genellikle zaman birimleri (milisaniye, mikro saniye, vb.) cinsinden ifade edilir.

2. Görev Döngüsü (Duty Cycle)

Duty cycle (görev döngüsü), PWM sinyalinde bir periyot boyunca sinyalin ne kadar süreyle aktif (yüksek voltaj) olduğunu belirten bir orandır. Duty cycle, bir periyot süresince sinyalin “açık” durumda olduğu sürenin (TON) toplam periyot süresine (TON+TOFF) oranıdır. Bu oran, genellikle yüzde (%) olarak ifade edilir. Cycle, %0 ile %100 arasında değişebilir.

Duty cycle hesaplanması şu şekildedir:

Örneğin, eğer bir PWM sinyalinde toplam periyot süresi 20 milisaniye (ms) ve sinyalin açık olduğu süre 5 ms ise, duty cycle şu şekilde hesaplanır:

Bu hesaplama sonucunda, PWM sinyalinin %25 duty cycle değerine sahip olduğu söylenir. Bu, sinyalin toplam zamanın %25’i boyunca açık (yüksek voltajda) ve %75’i boyunca kapalı (düşük voltajda) olduğu anlamına gelir.

Duty cycle aşağıdaki gibi farklı yüzdelerde olabilir:

– %0 Duty Cycle: Sinyal sürekli olarak kapalıdır (0V).
– %50 Duty Cycle: Sinyal periyot süresinin yarısında açık, yarısında kapalıdır.
– %100 Duty Cycle: Sinyal sürekli olarak açıktır (maksimum voltajda).

Duty cycle, PWM sinyalinin uygulandığı cihazın performansını doğrudan etkiler. Örneğin:

– LED Parlaklık Kontrolü: %10 duty cycle değerinde LED daha sönük, %90 duty cycle değerinde ise daha parlak yanar.
– Motor Hız Kontrolü: %25 duty cycle değerinde motor daha yavaş, %75 duty cycle değerinde ise daha hızlı döner.

Duty cycle değerinde ayarlanmasıyla, PWM sinyali kullanılarak çeşitli elektronik cihazların ve sistemlerin hassas kontrolü sağlanabilir.

3. Frekans

Frekans, bir sinyalin veya olayın birim zamanda kaç kez tekrarlandığını belirten bir ölçüdür. Elektronikte ve sinyal işleme alanlarında, frekans genellikle saniyede devir sayısı olarak ifade edilir. Hertz (Hz) birimiyle ölçülür. 1 Hertz, bir saniyede bir döngü anlamına gelir.

PWM (Pulse Width Modulation) sinyalinde frekans, sinyalin bir tam döngüsünün (periyot) saniyede kaç kez tekrarlandığını belirler. Frekans, bir PWM sinyalinin toplam periyot süresinin tersidir. Yani, yüksek frekans, sinyalin hızlı bir şekilde tekrarlandığını, düşük frekans ise sinyalin daha yavaş tekrarlandığını gösterir.

Frekansın hesaplanması şu şekildedir:

$f:$ frekansı (Hertz)
$T:$ periyot süresini (saniye) temsil eder.

Eğer bir PWM sinyalinin periyot süresi 2 milisaniye (0.002 saniye) ise, frekansı şu şekilde hesaplanır:

Bu durumda, PWM sinyali saniyede 500 kez tekrar eder.

PWM’nin Avantajları

– Verimlilik: Analog sinyallerin dijital yollarla kontrol edilmesi, enerji verimliliğini artırır.
– Esneklik: Farklı duty cycle değerleri ile çeşitli kontrol seviyeleri sağlanabilir.
– Basitlik: Uygulaması genellikle basit ve maliyet etkin çözümler sunar.