脈沖調(diào)寬伺服放大器設(shè)計

1、脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告模擬電子技術(shù)課程設(shè)計成果院（系）:_電子信息工程學(xué)院_ 班 級:學(xué)生姓名: 學(xué) 號:設(shè)計地點（單位）_ _ _設(shè)計題目:_ 脈沖調(diào)寬伺服放大器設(shè)計_完成日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評語: _ _ _ _成績(五級記分制):_ _教師簽名:_脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告目 錄一、設(shè)計任務(wù)和指標(biāo)要求1二、設(shè)計框圖及整機概述12.1、設(shè)計原理框圖12.2、設(shè)計方案12.3、設(shè)計框圖概述2三、各單元電路的設(shè)計方案及原理說明23.1、總設(shè)計電路圖23.2、鋸齒波發(fā)生器33.3、橋式整流器53.4、電壓比較器63.5、功率放大器8四、仿真調(diào)試過程及結(jié)果分析94.1、實驗現(xiàn)象描

2、述或?qū)嶒灁?shù)據(jù)記錄94.2、實驗調(diào)試排故等描述12五、設(shè)計、安裝及調(diào)試中的體會13六、對本次課程設(shè)計的意見及建議14七、參考資料14八、附錄15附件1 整機邏輯電路圖15 附件2 元器件清單16脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告一、設(shè)計任務(wù)書1、設(shè)計時間：2010.7.52010.7.92、地點：逸夫科技大樓電子電工實驗室I404 3、課程設(shè)計題目：脈沖調(diào)寬伺服放大器設(shè)計 4、設(shè)計內(nèi)容及要求： 1）設(shè)計要求設(shè)計一脈沖調(diào)寬伺服放大器，驅(qū)動直流伺服電機工作。并實現(xiàn)電機的調(diào)速控制。2）脈沖調(diào)寬伺服放大器的主要技術(shù)指標(biāo)：伺服電機額定電壓為6V，額定電流為300mA； 可實現(xiàn)電機無級可逆調(diào)速，調(diào)速范圍為0額定

3、值; 伺服放大器輸出脈沖頻率為1KHz。二、設(shè)計框圖及整機概述2.1設(shè)計原理框圖圖12.2設(shè)計方案 （1）設(shè)計思路根據(jù)直流伺服電機的特點，在其他參量一定時，電機的轉(zhuǎn)速與加在其電樞兩端的電壓成正比。電樞兩端的電壓越高，轉(zhuǎn)速越大，改變電機電樞兩端的電壓值可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)整控制。而且由于調(diào)速時，伺服電機的機械硬度不變，所以能夠?qū)崿F(xiàn)電機的平滑調(diào)速，這就是利用電樞電壓調(diào)速的優(yōu)點。脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告脈寬調(diào)速。采用矩形脈沖信號作用于直流伺服電機的電樞上，當(dāng)脈沖信號平率一定時，改變脈沖寬度則可改變電樞兩端的直流電壓（電壓的平均值），從而改變電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)脈寬調(diào)速?？赡嬲{(diào)速。對于直流電機，除要求對

4、轉(zhuǎn)速能連續(xù)可調(diào)外，有時還需要使其轉(zhuǎn)向可變，即實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的控制調(diào)節(jié)。改變加在電機電樞上電壓的極性，可實現(xiàn)改變電機的轉(zhuǎn)向，這種工作情況稱為雙極性工作。采用正負雙電源供電，可使電機雙極性工作。其工作原理和波形如圖2。圖22.3設(shè)計框圖概述設(shè)計首先通過鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波，信號波傳送到橋式整流器上進行整流，得到直流信號。電壓比較器是為了實現(xiàn)調(diào)速而設(shè)計的，通過它我們根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計調(diào)速電路。然后將信號傳入功率放大器，功率放大器的作用是實現(xiàn)放大電流的作用，然后得到我們要求的得到的電流電壓。得到正確電壓后，驅(qū)動直流伺服電機工作，并實現(xiàn)電機的調(diào)速控制。三、各單元電路的設(shè)計方案及原理說明3.1總

5、設(shè)計電路圖脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告圖3 脈沖調(diào)寬型伺服放大器設(shè)計電路圖3.2鋸齒波發(fā)生器：（1）如圖4所示為一個鋸齒波發(fā)生電路。圖中集成運放A1組成滯回比較器；二極管VD1、VD2和電位器Rw，使積分電路的充放電回路分開，故A2組成充放電時間常數(shù)不等的積分電路。調(diào)節(jié)電位器Rw滑動端的位置，使Rw1遠小于Rw2，則電容放電的時間常數(shù)將比充電的時間常數(shù)小得多，于是放電過程很快，而充電過程很慢，即可得鋸齒波。滯回比較器輸出的矩形波加在積分電路的反相輸入端，而積分電路輸出的鋸齒波又接到滯回比較器的同相輸入端，控制滯回比較器輸出端的狀態(tài)發(fā)生跳變，從而在A2的輸出端得到周期性的鋸齒波。圖4 鋸齒波發(fā)

6、生器整體電路脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告（2）工作原理假設(shè)初始時刻滯回比較器輸出端為高電平，而且假設(shè)積分電容上的初始電壓為零。由于A1同相輸入端的電壓U+同時與Uo1和Uo有關(guān)，根據(jù)疊加原理，可得：U+R1R1+R2Uo1+R2R1+R2Uo則此時U+也為高電平。但當(dāng)Uo1+Uz時，積分電路的輸出電壓Uo將隨著時間往負方向線性增長，U+隨之減小，當(dāng)減小至U+=U-=0時，滯回比較器的輸出端將發(fā)生跳變，使Uo1-Uz，同時U+將跳變?yōu)橐粋€負值。以后，積分電路的輸出電壓將隨著時間往正方向線性增長，U+也隨之增大，當(dāng)增大至U+=U-=0時，滯回比較器的輸出端再次發(fā)生跳變，使Uo1+Uz,同時U+也

7、跳變?yōu)橐粋€正值。Uo1然后重復(fù)以上過程，于是可得滯回比較器的輸出電壓為矩形波，而由于積分電路的充放電時間不等，故積分電路輸出電壓Uo為鋸齒波。如圖5所示：圖5 鋸齒波發(fā)生電路的波形圖由上圖可知，當(dāng)Uo1發(fā)生跳變時，鋸齒波輸出Uo達到最大值Uom，而Uo1發(fā)脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告生跳變的條件是：U+=U-=0，將條件Uo1-Uz，U+=0代入式，可得：0R1-Uz）+R2R1+R2R1R2UzUomR1+R2 Uom由此可解得鋸齒波輸出的幅度為： 要使得幅度可調(diào)，由式可知，改變參數(shù)R1即可，所以實際電路中R1采用滑動變阻器；調(diào)節(jié)滑動變阻器即可改變鋸齒波的輸出幅度。從而滿足設(shè)計要求。3.3

8、橋式整流器：橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時，對D1、D3和方向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz，上形成上正下負的半波整洗電壓，e2為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負的另外半波的整流電壓。以上兩種工作狀態(tài)

9、分別如圖6（a）和（b）所示。脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告圖6 橋式整流電路的工作原理示意圖如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。 橋式整流電路的整流效率和直流輸出與全波整流電路相同，變壓器的利用率最高?，F(xiàn)在常用的全橋整流，不用單獨的四只二極管而用一只全橋，其中包括四只二極管，但是要標(biāo)清符號，有交流符號的兩端接變壓器輸出，+、-兩端接入整流電路。3.4電壓比較器 圖7(a)由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在

10、同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個電阻的關(guān)系式為：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1為放大器的增益。當(dāng)R1=R2=0(相當(dāng)于R1、R2短路)，R3=RF=(相當(dāng)于R3、RF開路)時，Vout=。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖7(b)的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大

11、。脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告圖7（a）圖7（b）從圖8中可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖8所示。如果圖7中RF=，R1=0時，它就變成與圖7(b)一樣的比較器電路了。圖8脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告3.5功率放大器（1）電路組成:互補對稱電路如圖9所示。圖9 兩個射級輸出器組成的互補對稱電路該電路是由兩個射極輸出器組成的。圖中,T1和T2分別為NPN型管和PNP型管，兩管的基極和發(fā)射極相互連接在一起，信號從基極輸入，從射極輸出，RL為負載。（2）工作原理: 乙類放大電路:由于該電路無基極偏置，所以VBE1 =VBE2 = Vi 。

12、當(dāng)Vi =0時，T1、T2均處于截止?fàn)顟B(tài)，所以該電路為乙類放大電路。 互補電路:考慮到BJT發(fā)射結(jié)處于正向偏置時才導(dǎo)電，因此當(dāng)信號處于正半周時，VBE1 =VBE2 >0 ，則T2截止，T1承擔(dān)放大任務(wù)，有電流通過負載RL；這樣，一個在正半周工作，而另一個在負半周工作，兩個管子互補對方的不足，從而在負載上得到一個完整的波形，稱為互補電路?；パa電路解決了乙類放大電路中效率與失真的矛盾?；パa對稱電路: 為了使負載上得到的波形正、負半周大小相同，還要求兩個管子的特性必須完全一致，即工作性能對稱。雙電源乙類互補對稱電路又稱為OCL電路。圖10 乙類互補對稱功放的工作原理脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計

13、報告四、仿真調(diào)試過程及結(jié)果分析4.1、實驗現(xiàn)象描述或?qū)嶒灁?shù)據(jù)記錄當(dāng)鋸齒波發(fā)生電路輸出的8V鋸齒波經(jīng)過橋式整流器后，整流電路將正負幅值的鋸齒波變成正向幅值的鋸齒波，由于橋式整流器的壓降，鋸齒波降為7.418V。 如圖11所示。圖11通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R3的阻值來調(diào)節(jié)門限電壓，通過調(diào)節(jié)門限電壓的大小改變輸出波形的占空比，得到脈寬可調(diào)的矩形脈沖信號V1。當(dāng)VI為零時，由于VREF=4V，VA與VREF作用，比較器的輸出V1為占空比的50%的矩形波信號；當(dāng) 11脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告VI>0時，正波時間t1大于負波時間t2,占空比大于50%；當(dāng)VI<0時，正波時間小于負波時間，占空

14、比小于50%。以下是調(diào)試出來后的幾個波形：圖12圖13脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告圖14從電壓比較器輸出的信號再經(jīng)過雙電源乙類互補對稱電路，最終實現(xiàn)電機無級可逆調(diào)速，如圖15所示。圖15脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告4.2實驗調(diào)試排故等描述在實驗調(diào)試過程中遇到輸出信號失真、電機電流和轉(zhuǎn)速沒有達到額定值等問題。關(guān)于輸出信號失真情況應(yīng)該采取改變電阻阻值的大小來調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)后輸出的信號不失真，使整個電路完整正確。對于電機電流和轉(zhuǎn)速沒有達到額定值，解決辦法是在電機線路前加個滑動變阻器，通過滑動變阻來使電機的轉(zhuǎn)速和電流達到額定值。脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告五、設(shè)計、安裝及調(diào)試中的體會模擬電子技術(shù)課

15、程設(shè)計是本科自動化等專業(yè)的一門必修非實驗課，是在學(xué)習(xí)完模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)之后一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)后的綜合設(shè)計性訓(xùn)練，是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立完成的某一選定課題。通過本次實習(xí)，我不但了解一般電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，還設(shè)計出應(yīng)用性、目的性較強的綜合設(shè)計性實驗電路，并應(yīng)用multisim仿真軟件實現(xiàn)了設(shè)計電路的仿真。在電路設(shè)計和仿真過程中，我們都遇到了很多的困難和問題，比如在電路設(shè)計過程中要選擇各種元器件的參數(shù)和規(guī)格，在仿真過程中出現(xiàn)輸出信號失真、電機電流和轉(zhuǎn)速沒有達到額定值等。通過老師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)資料，我們克服解決了所有的困難和問題，最終成功的完成了本次課程設(shè)計。在

16、課程設(shè)計過程中，從課程設(shè)計的任務(wù)出發(fā)，通過設(shè)計工作的各個環(huán)節(jié),我的收獲很多：（1）鞏固和加深了我對電子電路基本知識的理解，提高了我綜合運用本課程所學(xué)知識的能力；（2）通過查閱手冊、圖表和文獻資料等培養(yǎng)了我的自學(xué)能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，提高了我獨立分析問題和解決問題的能力；（3）通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件，我初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。（4）在實習(xí)過程中，培養(yǎng)了我嚴(yán)肅、認真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過課程設(shè)計實踐，使我逐步建立了正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點。作為一名本科自動化專業(yè)的學(xué)生，我深知模擬電子技術(shù)課程設(shè)計的重要性，雖然一周的課

17、程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，但在設(shè)計過程中培養(yǎng)和提高了我的創(chuàng)新思維，為后續(xù)的專業(yè)課程和實際工作需要作好了鋪墊。脈沖調(diào)寬伺服放大器課程設(shè)計報告六、對本次課程設(shè)計的意見及建議課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。本次課程設(shè)計是學(xué)完模擬電子技術(shù)和電子線路計算機輔助設(shè)計等課程之后，讓學(xué)生綜合應(yīng)用模擬電子技術(shù)知識，進行實際模擬電子電路的設(shè)計、安裝和調(diào)試，以加深對模擬電子電路基本知識的理解，提高綜合應(yīng)用知識的能力、分析解決問題的能力和電子技術(shù)實踐技能。通過本次課程設(shè)計，我不但了解了一般電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，還設(shè)計出應(yīng)用性、目的性較強的綜合設(shè)計性實驗電路，并應(yīng)用multisim仿真軟件實現(xiàn)了設(shè)計電路的仿真，做到了理論聯(lián)系實際，提高了自己的動手操作能力，按時的