测控电路-12第十章-逻辑与数字控制电路2_精品文档PPT资料.ppt

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合理确定Ui、R与V的电流放大系数值之间的数值关系，充分满足IbIL/，可确保V导通时工作于饱和区，以降低V的导通电阻及减小功耗。

（二）场效应晶体管直流负载功率驱动电路,用于功率驱动电路的场效应晶体管称为功率场效应晶体管。

功率场效应晶体管是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，所需的驱动功率很小，对驱动电路要求较低。

功率场效应晶体管具有较高的开启阈值电压，有较高的噪声容限和抗干扰能力。

场效应晶体管大多数为绝缘栅型场效应管，亦称MOS场效应管。

功率场效应晶体管在制造中多采用V沟槽工艺，简称为VMOS场效应管。

其改进型则称为TMOS场效应管,图8-2场效应晶体管功率驱动电路a）VMOS场效应管电极b）场效应管驱动电路,b）,（三）晶闸管交流负载功率驱动电路,交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。

晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸管两种类型。

图8-3a单向晶闸管图形符号,单向晶闸管亦称单向可控硅（SCR）,一、导通条件二、关断条件,晶闸管导通条件：

在阳极A与阴极K之间加正向电压，同时在门极G与阴极K之间加正向电压（触发），这样阳极A与阴极K之间即进入导通状态。

晶闸管一旦导通，只要阳极A与阴极K之间的电流不小于其维持电流IH，门极G与阴极K之间是否还存在正向电压，对已经导通的晶闸管完全没有影响。

晶闸管关断条件：

主电极阳极A与阴极K之间的电流小于其维持电流IH，晶闸管即进入关断状态。

图8-3b双向晶闸管图形符号,双向晶闸管亦称双向半导体开关元件（TRIAC）,与单向晶闸管相比较，双向晶闸管的主要区别是：

在触发之后是双向导通的；

触发电压不分极性，只要绝对值达到触发门限值即可使双向晶闸管导通。

图8-4交流半波导通功率驱动电路,（I）控制信号Ui为高电平,Ui=1,V1截止,Uc足够高,V2管e与b1导通,V3导通,Uc-0,u-0时，V3截止,图8-4交流半波导通功率驱动电路,（II）控制信号Ui为低电平,Ui=0,V1导通,Uc电压低,V2管e与b1截止,V3截止,R5很大IL=0,实用中应注意:

如果驱动的是感性负载，必须设置合理的关断泄流回路，一方面可保护开关器件，另外也可起到消除对外电磁干扰的作用。

二、继电器与电磁阀驱动电路,继电器广泛用于生产控制和电力系统中，具有接触电阻小、流通电流大和耐压高等优点，至今仍无法用无触点器件取代对继电器或接触器的驱动，实际上是对其励磁线圈电流通断的控制。

继电器励磁线圈所需的励磁电源有直流与交流两种。

图8-5交流继电器的控制,控制信号Ui=0,直流继电器KD1励磁线圈无电流,活动触点KD1-1在常闭端,交流继电器KA1励磁线圈无电流,活动触点KA1-1在常闭端,无电压输出,图8-5交流继电器的控制,控制信号Ui=1,直流继电器KD1励磁线圈有电流,KD1-1闭合,交流继电器KA1励磁线圈有电流,KA1-1闭合,有电压输出,三、步进电动机驱动电路,步进电动机简称步进电机，可在开环条件下十分方便地将数字系统的脉冲数转变成与其相对应的角位移或线位移，因而是控制系统中常用的自动化执行元件。

举例：

反应式步进电动机,极与极之间的夹角为60，每个定子磁极上均匀分布了五个齿，齿槽距相等，齿距角为9。

转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360/409。

（1）反应式步进电动机的结构,单段式三相反应式步进电动机的结构：

定子铁心上有六个均匀分布的磁极，沿直径相对两个极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。

（2）反应式步进电动机的工作原理按电磁吸引的原理工作的。

必须抓住两点：

磁力线力图走磁阻最小的路径，从而产生反应力矩各相定子齿之间彼此错齿1/m齿距，m为相数几个概念的含义：

“拍”定子相绕组每改变一次通电状态，称为“一拍”。

“单”指只有一相绕组通电。

“双”指有两相绕组同时通电。

步进电机工作原理,图8-6步进电动机控制电路框图,脉冲分配电路亦称环行分配器，用来对输入的步进脉冲进行逻辑变换，产生给定工作方式所需的各相脉冲序列信号。

功率放大电路对脉冲分配电路输出的信号进行放大，产生使电动机旋转所需的激磁电流。

步进方向信号指定各相导通的先后次序，用以改变步进电机旋转方向。

电源控制信号用来在必要时使各相电流为零，以达到降低功耗等的目的。

脉冲分配电路可用数字电路组合、软件序列分配、专门单片集成元件、GAL器件等构成。

功率放大电路的特性对步进电机的性能有极其明显的影响。

功率放大电路有单电压、双电压、斩波稳流、步距细分等类型。

（一）单电压功率放大电路,图8-7单电压功率放大电路,步进电机每相绕组的供电都是由功率开关电路来执行的，三相步进电机应有三个功率放大电路单元,图8-8绕组电流IL的波形a）Ui频率低时b）Ui频率高时,同时增大外接电阻RC和电源电压Ec，可使步进电机转速高时的输出转矩显著提高，但同时使功耗急剧增大功耗的增加一方面降低了效率，使电源体积庞大；

另一方面引起电气部件发热，增大系统故障的发生率。

为此，发展了双电压、斩波稳流等驱动电路,

（二）斩波稳流式功率放大电路,图8-9斩波稳流式功率放大电路,（I）控制信号Ui为高电平,Ui=1,U2,U1,UON=1,Q=1,UODG1=0,截止,Uq=1,V1导通，IL上升,U1U2,

（二）斩波稳流式功率放大电路,图8-9斩波稳流式功率放大电路,（I）控制信号Ui为高电平,Ui=1,U2,U1,UON=0,Q=0,UODG1=1,导通,Uq=0,V1截止，IL下降,U1U2,

（二）斩波稳流式功率放大电路,图8-9斩波稳流式功率放大电路,（II）控制信号Ui为低电平,Ui=0,U2,U1,UODG2=0,V2截止，IL下降为0,经D触发器引入Up信号的主要目的是给定超声斩波频率，以避免单纯由R6上的电压波动来控制V1通断引入的不规则噪声。

第二节可编程逻辑器件（PLD）,PLD与定制器件的主要区别是可编程性，其逻辑功能可由用户构造或设置。

使用PLD设计优点灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，降低系统故障率。

PLD从其出现至今，经历了由PROM、FPLA到PAL和GAL的发展过程。

图8-10PLD电路单元图形符号及其真值表,图8-11通常与门和PLD与门的图形符号,图8-12通常或门和PLD或门的图形符号,可编程阵列逻辑PAL,

（一）PAL器件结构

（二）PAL器件的类型（三）PAL器件的应用实例,

（一）PAL器件结构,图8-13PAL器件的基本逻辑结构,

（二）PAL器件的类型,主要分20引脚和24引脚两大类，还有40（或44）和80（或84）引脚的宏PAL器件按电路能耗又可分为标准型、半功耗和1/4功耗型；

按运行速度又可分为标准型、高速和超高速型；

按可靠性又可分为军用和民用等。

（三）PAL器件的应用实例,图8-14二相四绕组步进电动机驱动原理图,图8-15环行分配器输出信号4序逻辑,表8-1二相四绕组步进电机驱动步序,表8-2步进电机状态功能选择,升沿,图8-16电动机驱动步序卡诺图,10.1已知某直流电磁阀的驱动电流为6A，用2mA的标准TTL电平实施控制，试设计一合适的驱动电路。

按照图组成电路：

其中场效应晶体管V1采用IRF640，耐压200（V），极限工作电流15（A）；

泄流二极管VD需耐压200（V），极限工作电流10（A）；

箝位二极管VS的箝位电压为6.8（V），极限工作电流100（mA）；

电阻R1为510（），电源Ec按照直流电磁阀的要求取定。

10.2若图8-4中的负载ZL是电阻加热器，应在电路中做何改动以便实现不同加热速度的给定？

改动后的电路如图所示。

Ui为控制加热开始和停止的电平信号。

Us则为5kHz的矩形波。

通过改变Us的占空比，可控制V1的导通角，从而实现不同加热速度的给定。

10.3图8-9的电路应如何改动，才能使图8-6中的电源控制信号发挥作用？

增加正与门D5，Us为实现电源控制的电平信号。

当Us为高电平时，D5的输出由步进脉冲信号Ui控制；

当Us为低电平时，D5的输出为低电平，强制V1与V截止，步进电动机各绕组电流为零,10.4试设计一完整的三相步进电动机驱动电路。

采用3个题8-3图所示的电路单元，并配置相应的环行分配器电路，即可实现对三相步进电动机的驱动。

基本电路如图所示，其中Up为斩波信号，Ui为步进脉冲信号，Ud为旋转方向控制信号，Us为电源控制信号。