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1、测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路1第九章 逻辑控制电路第一节 二值可控元件驱动电路第二节 电源设计测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路2第一节 二值可控元件驱动电路一、功率开关驱动电路二、继电器与电磁阀驱动电路三、步进电动机驱动电路逻辑控制电路中较简单的是二值可控元件驱动电路， 也就是上述的“真”与“非”两种基本逻辑状态的控制电 路。测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路3 一、功率开关驱动电路按照电路中所采用的功率器件类型分类 常见的有晶体管驱动电路、场效应管驱动电 路和晶闸管驱动电路等类型。 按照电路所驱动的负载类型分类 常见的有电阻性负载驱动电路和电感性负载 驱动电路等类型。 按
2、照电路所控制的负载电源类型分类 常见的有直流电源负载驱动电路和交流电源 负载驱动电路等类型。 分类 ：测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路4 （一）晶体管直流负载功率驱动电路 负载所需的电流不太大 这里负载用ZL而不用RL表示，是强调该负载可以是电阻性负载，也可以是电抗性负载。测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路5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：I b I L / 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。 当所需的负载电流I L较大时，由于单个晶体管的 值有限，Ib必须很大，以确保V导通时工作于饱和区。为减小对控制信号电流强度的要求，可
3、采用达林顿器件（通常也称复合晶体管）构成功率驱动电路。设计要点:测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路6（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。 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路7b) a)漏极 D栅极G源
4、极S测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路8例題： 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。 +ECVD ZL ILR1 VV1 UiVS测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路9 （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
5、闸管 来构成。晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸 管两种类型。 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路10单向晶闸管图形符号单向晶闸管亦称单向可控硅测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路11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测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路12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 。测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路13交流半波导通功率驱动电路测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路14例題： 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
6、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。E ZL ILP1R5R1VDR2R3 u e b2 AV14N25R6SCR1 VSb1V2C1R4 UiK4N25P2USR7测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路15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。测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路16 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
7、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。 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路17交流继电器的控制 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路18 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。 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路19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
8、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。测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路20 （一）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。 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路21b）Ui频率高时 绕组电流I L的波形a）Ui频率低时测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路221.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。2.功耗的增加一方面降低了效率，使电源体 积庞大；另
9、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。 注意测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路23 （二）斩波稳流式功率放大电路 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路24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。 上图为一个单元的斩波稳流式功率放大电路。Ui为 步进脉冲，Up为斩波脉冲。Up的频率应是Ui最高频 率的510倍，一般设置在20kHz以上的超声段，以 避免斩波过程产生令人厌倦的噪声。 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路25例題： 分析右图电源控制信号是发挥作用？测控
10、电路 第九章 逻辑与数字控制电 路26改动后的电路如图 示。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。 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路27第二节 电源设计一、由集成电路与三极管构成的恒流源 二、基准电压源的电路设计测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路28一、由集成电路与三极管构成的恒流源基本关系式：UCCR4R5-+ +NVTIR1R3 R2U1,R5R4，R3=R4例题应用F3900型电流放大器设计 恒流源电路，恒流电流为5
11、mA1.选择UCC、VT、R1、R2 UCC=15V,VT为8050型三极管，其UCEO=25V，ICM=1.5A U1=UCC/R2(R1+R2) 令U1=1V,则R1=14R2测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路29令通过R1、R2的电流为1mA,则：R1+R2=14R2+R2R2=1k,R1=14kR1、R2均取E192系列电电阻UCCR4R5-+ +NVTIR1R3 R2U12.选择R3、R4、R5R5=U1/I=200 令注入运放的电流为1A则:R3=1M ,R4=R3= 1M 测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路30 二、基准电压源的电路设计负载电流变化对UO 影响小，电源电压
12、 变化对UO影响大。uoR4uccR1R3-+N1VSR2RPIZ由运放和稳压管可组成基准电压源特点：例题 应用集成运放和稳压管设计10V、10mA微调式基准电压源。测控电路 第九章 逻辑与数字控制电 路311.选择运放、VS 运放：7F741M,输出短路电流为 25mA,UCC=15V VS：2DW232，稳压范围66.5V 2.选择R1uoR3RPR4uccR1- +N1VSR2IZR1=(UCC-UZ)/IZ,UZ=6.25V R1=1.75k取系列值1.8 k 3.选择R2、R3、RP UO=1+R3+(RP/2)/R2UZ R3+(RP/2)=(UO/UZ)-1R2 令R2=10k 当UZ=6V时：R3+(RP/2)=6.67 K 当UZ=6.5V时：R3+(RP/2)=5.38 K 取R3=4.7 K ,(RP/2)=6.67-4.7=1.97 K ，RP=3.94 K 取 3.9 K 4.选择R4 R4=R2/R3+(RP/2)=10/6.67=4 K 取3.9 K
