[工學(xué)]機電一體化ppt課件

1、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計唐旭晟課程安排課程安排 總學(xué)時22，實際教學(xué)18，實驗教學(xué)4 教學(xué)方式： 講授+提問+習(xí)題+自學(xué) 聯(lián)絡(luò)方式： ：28830050課程考核評分規(guī)那么課程考核評分規(guī)那么 評定條目評定條目評定標(biāo)準(zhǔn)評定標(biāo)準(zhǔn)1出勤出勤(10分分)（1）缺勤）缺勤1次，扣次，扣2分；（分；（2）發(fā)現(xiàn)代簽扣）發(fā)現(xiàn)代簽扣5分；（分；（3）無故曠課無故曠課5次以上，取消本課程成次以上，取消本課程成績?？?。2作業(yè)作業(yè)(10 分分)缺交缺交1次扣次扣2分，遲交、補交不給分，抄襲均分，遲交、補交不給分，抄襲均為為0分。分。3期末筆試期末筆試(80 分分)依據(jù)卷面成績按依據(jù)卷面成績按 80% 折算。折算。4獎勵分獎勵

2、分（6 分）分）積極回答問題積極回答問題（注：包括獎勵分在內(nèi)，期末總評成績封頂（注：包括獎勵分在內(nèi)，期末總評成績封頂100分。）分。） 機電一體化系統(tǒng)的根本構(gòu)成 機械安裝：可以實現(xiàn)某種運動的機構(gòu)相當(dāng)于機械安裝：可以實現(xiàn)某種運動的機構(gòu)相當(dāng)于人的骨骼人的骨骼 執(zhí)行安裝：驅(qū)動機械安裝運動的部分人的肌執(zhí)行安裝：驅(qū)動機械安裝運動的部分人的肌肉肉 能源：為執(zhí)行安裝提供能量的部分人的內(nèi)臟能源：為執(zhí)行安裝提供能量的部分人的內(nèi)臟 傳感器：檢測機械運動五官傳感器：檢測機械運動五官 計算機：運動控制的計算和判別神經(jīng)和大腦計算機：運動控制的計算和判別神經(jīng)和大腦機電一體化實際根底與關(guān)鍵技術(shù) 系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電

3、一體化的實系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電一體化的實際根底。而微電子技術(shù)特別是微型計算機際根底。而微電子技術(shù)特別是微型計算機技術(shù)、精細機械技術(shù)是其技術(shù)根底。技術(shù)、精細機械技術(shù)是其技術(shù)根底。機電一體化關(guān)鍵技術(shù)：機電一體化關(guān)鍵技術(shù)：傳感檢測技術(shù)傳感檢測技術(shù) 信息處置技術(shù)信息處置技術(shù) 自動控制技術(shù)自動控制技術(shù) 伺服驅(qū)動技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù) 精細機械技術(shù)精細機械技術(shù) 傳感檢測技術(shù)傳感檢測技術(shù) 機電系統(tǒng)的各種參數(shù)、任務(wù)形狀與任務(wù)過程機電系統(tǒng)的各種參數(shù)、任務(wù)形狀與任務(wù)過程有關(guān)的相應(yīng)信息都要經(jīng)過傳感器進展接納，有關(guān)的相應(yīng)信息都要經(jīng)過傳感器進展接納，并經(jīng)過相應(yīng)的信號檢測安裝進展丈量，然后并經(jīng)過相應(yīng)的信號檢測安裝進展丈

4、量，然后送入信息處置安裝，或反響給控制安裝，以送入信息處置安裝，或反響給控制安裝，以實現(xiàn)產(chǎn)品任務(wù)過程的自動控制。實現(xiàn)產(chǎn)品任務(wù)過程的自動控制。信息處置技術(shù)是指在機電一體化產(chǎn)品任務(wù)過程中，與任務(wù)是指在機電一體化產(chǎn)品任務(wù)過程中，與任務(wù)過程各種參數(shù)和形狀以及自動控制有關(guān)的信過程各種參數(shù)和形狀以及自動控制有關(guān)的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。決策分析等技術(shù)。實現(xiàn)信息處置技術(shù)的主要工具是計算機。包實現(xiàn)信息處置技術(shù)的主要工具是計算機。包括硬件和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)處括硬件和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)處置技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)。其中數(shù)據(jù)處置是

5、產(chǎn)置技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)。其中數(shù)據(jù)處置是產(chǎn)品的中心，包括人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)品的中心，包括人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。自動控制技術(shù) 所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，經(jīng)過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)經(jīng)過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運轉(zhuǎn)。律運轉(zhuǎn)。 自動控制技術(shù)主要研討控制原理，包括控制規(guī)律、自動控制技術(shù)主要研討控制原理，包括控制規(guī)律、分析方法和系統(tǒng)過程等。主要以傳送函數(shù)為根底，分析方法和系統(tǒng)過程等。主要以傳送函數(shù)為根底，研討單輸入、單輸出、線性自動控制系統(tǒng)的分析與研討單輸入、單輸出、線性自動控制

6、系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題，這些都屬于經(jīng)典控制技術(shù)，而且日趨成設(shè)計問題，這些都屬于經(jīng)典控制技術(shù)，而且日趨成熟，在工程上已勝利處理了很多實踐問題。熟，在工程上已勝利處理了很多實踐問題。 現(xiàn)代控制技術(shù)主要以形狀空間為根底，研討多輸入、現(xiàn)代控制技術(shù)主要以形狀空間為根底，研討多輸入、多輸出、變參量、非線性、高精度、高效能等控制多輸出、變參量、非線性、高精度、高效能等控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題。系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題。伺服驅(qū)動技術(shù) 系統(tǒng)中執(zhí)行元件和驅(qū)動安裝的技術(shù)問題。執(zhí)行系統(tǒng)中執(zhí)行元件和驅(qū)動安裝的技術(shù)問題。執(zhí)行元件：電動、氣動和液壓等，最主要是電動式元件：電動、氣動和液壓等，最主要是電動式執(zhí)行元件。驅(qū)動安裝：各種

7、電動機的驅(qū)動電源執(zhí)行元件。驅(qū)動安裝：各種電動機的驅(qū)動電源電路，主要是電力電子器件及集成化的功能電電路，主要是電力電子器件及集成化的功能電路。路。本課程主要內(nèi)容 根底知識根底知識 傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動技術(shù)執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動技術(shù) 微機數(shù)字控制微機數(shù)字控制運用舉例運用舉例 機電一體化系統(tǒng)實例一平面繪圖儀運動執(zhí)行機構(gòu)的控制系統(tǒng)平面繪圖儀運動執(zhí)行機構(gòu)的控制系統(tǒng)來自傳感器的轉(zhuǎn)數(shù)信息來自傳感器的轉(zhuǎn)數(shù)信息 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)-步進電機步進電機 單片機發(fā)出脈沖信號，經(jīng)過單片機發(fā)出脈沖信號，經(jīng)過8255并行接口，并行接口，經(jīng)驅(qū)動電路，令經(jīng)驅(qū)動電路，令X向或向或Y向步進電機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角向步進電機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度。

8、實現(xiàn)畫筆平面運動定位度。實現(xiàn)畫筆平面運動定位2.執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)-螺線管螺線管 單片機發(fā)出信號，經(jīng)過單片機發(fā)出信號，經(jīng)過8255并行接口，經(jīng)螺線并行接口，經(jīng)螺線管驅(qū)動電路，實現(xiàn)畫筆抬起與放下。管驅(qū)動電路，實現(xiàn)畫筆抬起與放下。3.傳感器傳感器-步進電機軸轉(zhuǎn)數(shù)檢測步進電機軸轉(zhuǎn)數(shù)檢測 步進電機一個脈沖轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。步進電機一個脈沖轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。 按圖中的步距角，要使步進電機轉(zhuǎn)過按圖中的步距角，要使步進電機轉(zhuǎn)過360度，要加多少個度，要加多少個脈沖？脈沖？360/1.8=200個個 4.任務(wù)機構(gòu)任務(wù)機構(gòu)-畫筆挪動機構(gòu)畫筆挪動機構(gòu) 畫筆挪動是經(jīng)過聯(lián)軸器把步進電機的旋轉(zhuǎn)傳送給螺桿位移畫筆挪

9、動是經(jīng)過聯(lián)軸器把步進電機的旋轉(zhuǎn)傳送給螺桿位移機構(gòu)。其精度由步進電機一個脈沖轉(zhuǎn)角所傳送的導(dǎo)程決議。機構(gòu)。其精度由步進電機一個脈沖轉(zhuǎn)角所傳送的導(dǎo)程決議。5.任務(wù)機構(gòu)任務(wù)機構(gòu)-畫筆連桿機構(gòu)畫筆連桿機構(gòu)螺線管通電，那么畫筆放下。螺線管通電，那么畫筆放下。 6.螺線管螺線管-任務(wù)原理任務(wù)原理 電流流過線圈，產(chǎn)生磁場，吸入強磁體，那么在電流流過線圈，產(chǎn)生磁場，吸入強磁體，那么在左端產(chǎn)生拉力，在右端產(chǎn)生推力。左端產(chǎn)生拉力，在右端產(chǎn)生推力。 因此，螺線管有拉力型，推力型和兩用型。因此，螺線管有拉力型，推力型和兩用型。 7.螺線管螺線管-驅(qū)動電路驅(qū)動電路 單片機端口送中低電平，光電單片機端口送中低電平，光電耦合

10、器導(dǎo)通，使晶體管基極產(chǎn)生耦合器導(dǎo)通，使晶體管基極產(chǎn)生電流電流I，這樣晶體管處于放大任務(wù)，這樣晶體管處于放大任務(wù)形狀，流經(jīng)螺線管的集電極電流形狀，流經(jīng)螺線管的集電極電流倍于倍于I，使螺線管任務(wù)。，使螺線管任務(wù)。電路中的二極管是用來吸收螺線管的反電動勢，防電路中的二極管是用來吸收螺線管的反電動勢，防止斷開后，產(chǎn)生浪涌電壓損壞晶體管。止斷開后，產(chǎn)生浪涌電壓損壞晶體管。電路中的光電耦合器，是用來隔離噪聲干擾，防止電路中的光電耦合器，是用來隔離噪聲干擾，防止噪聲經(jīng)過接口電路傳入單片機，產(chǎn)生誤動作。噪聲經(jīng)過接口電路傳入單片機，產(chǎn)生誤動作。8.步進電機步進電機-任務(wù)原任務(wù)原理理線圈線圈2通電，通電，2號磁極

11、吸號磁極吸引轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)引轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)90度度線圈線圈2斷電，線圈斷電，線圈3通電，通電，3號磁極吸引轉(zhuǎn)子繼號磁極吸引轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)續(xù)旋轉(zhuǎn)同樣，順序給線圈供電，同樣，順序給線圈供電，轉(zhuǎn)子沿轉(zhuǎn)子沿4-1-2-3的方的方向旋轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)9.步進電機的特點：步進電機的特點：a.脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)角成準(zhǔn)確的比例；脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)角成準(zhǔn)確的比例；b.每一步所對應(yīng)的角度誤差??；每一步所對應(yīng)的角度誤差??；c.電動機的正反轉(zhuǎn)、停頓呼應(yīng)快電動機的正反轉(zhuǎn)、停頓呼應(yīng)快d.方便于微機相連，實現(xiàn)數(shù)字控制；方便于微機相連，實現(xiàn)數(shù)字控制；e.可用于開環(huán)控制可用于開環(huán)控制f.只需施加電壓，就能自鎖，即在停頓時有堅只需施加電壓，就能自鎖，即在停頓

12、時有堅持力矩。持力矩。10.步進電機步進電機-驅(qū)動電路驅(qū)動電路a.信號發(fā)生電路：可由微機產(chǎn)生，也可用公用芯片產(chǎn)生信號發(fā)生電路：可由微機產(chǎn)生，也可用公用芯片產(chǎn)生b.脈沖分配電路：將驅(qū)動脈沖自動按步進電機的勵磁方式進脈沖分配電路：將驅(qū)動脈沖自動按步進電機的勵磁方式進展分配展分配 c.功率放大器：將脈沖分配器輸出的信號放大其功率放大器：將脈沖分配器輸出的信號放大其 驅(qū)動電流，以驅(qū)動步進電機驅(qū)動電流，以驅(qū)動步進電機 機電一體化系統(tǒng)實例二電子調(diào)速器電子調(diào)速器傳感器檢測螺旋槳轉(zhuǎn)速，與設(shè)定轉(zhuǎn)速比較，經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出差傳感器檢測螺旋槳轉(zhuǎn)速，與設(shè)定轉(zhuǎn)速比較，經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出差值電壓并送入值電壓并送入PID控制器產(chǎn)生控制

13、信號，驅(qū)動伺服電機并帶控制器產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動伺服電機并帶動執(zhí)行機構(gòu)以控制燃料閥門添加或減少燃料，從而到達調(diào)整動執(zhí)行機構(gòu)以控制燃料閥門添加或減少燃料，從而到達調(diào)整目的。目的。機電一體化的電路知識機電一體化的電路知識1、電源 單片機、晶體管單片機、晶體管-晶體管邏輯電路晶體管邏輯電路TTL集集成電路成電路(IC)、互補金屬氧化物半導(dǎo)體電路、互補金屬氧化物半導(dǎo)體電路(CMOS)的驅(qū)動電源為直流的驅(qū)動電源為直流5V 運算放大器運算放大器OP，數(shù)模，數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A)等的驅(qū)動電源等的驅(qū)動電源為直流為直流12V或或18V，CMOS器件驅(qū)動電源也可以是器件驅(qū)動電源也可以是18V2、三端穩(wěn)壓器 為了穩(wěn)

14、壓，通常運用三為了穩(wěn)壓，通常運用三端穩(wěn)壓器，其端穩(wěn)壓器，其4位數(shù)字位數(shù)字含義如下：含義如下： 頭兩位數(shù)字表示輸出頭兩位數(shù)字表示輸出電壓的正負；電壓的正負； 后兩位數(shù)字表示固定后兩位數(shù)字表示固定電壓大小。電壓大小。 其穩(wěn)壓產(chǎn)生的能量是以其穩(wěn)壓產(chǎn)生的能量是以熱的方式分發(fā)出去，因熱的方式分發(fā)出去，因此要加散熱片此要加散熱片 7805為為+5V 7905為為-5V 7812為為+12V 7912為為-12V3、電阻1 電阻主要用于電路的分壓、分流和限流，使其電阻主要用于電路的分壓、分流和限流，使其他電子元器件正常任務(wù)。他電子元器件正常任務(wù)。R=L/A 電阻的電壓電流特性為：電阻的電壓電流特性為：U=I

15、R 電阻的封裝方式有：后兩種是多個電阻器封裝電阻的封裝方式有：后兩種是多個電阻器封裝為一體，便于插入到印刷電路板為一體，便于插入到印刷電路板3、電阻2 電阻額定功率：經(jīng)常被忽視，實踐上這是一個電阻額定功率：經(jīng)常被忽視，實踐上這是一個很重要的目的，電阻是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬暮纳⒑苤匾哪康模娮枋菍㈦娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闊岬暮纳⑵骷?，溫度升高，電阻將增大，甚至失效器件，溫度升高，電阻將增大，甚至失?通常電阻實踐的耗費功率應(yīng)取通常電阻實踐的耗費功率應(yīng)取22.5倍的平安倍的平安系數(shù)系數(shù) 電阻實踐的耗費功率電阻實踐的耗費功率P=I2R=U2/R=IU3、電阻(4) 電阻的色環(huán)電阻的色環(huán) 電子電路中小型固定電阻電子電

16、路中小型固定電阻 用色環(huán)來標(biāo)志其阻值和容差用色環(huán)來標(biāo)志其阻值和容差 前三種色表示阻值，最后一種表示容差前三種色表示阻值，最后一種表示容差 讀法：從引線與色帶間隔窄的一端向右讀讀法：從引線與色帶間隔窄的一端向右讀 電阻的色環(huán)標(biāo)識見下表電阻的色環(huán)標(biāo)識見下表3、電阻(5) 電阻電路電阻電路 電阻可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)電阻可以串聯(lián)，也可以并聯(lián) 串聯(lián)電路的等效阻值為串聯(lián)電路的等效阻值為R=R1+R2 并聯(lián)電路的等效阻值為并聯(lián)電路的等效阻值為1/R=1/R1+1/R23、電阻(6) 例：計算以下圖中例：計算以下圖中X和和Y兩端的等電阻，假設(shè)兩端的等電阻，假設(shè)在這兩端加在這兩端加10V直流電壓，且直流電壓，且

17、X端為正，計算端為正，計算流經(jīng)流經(jīng)B、C兩點間電阻的電流兩點間電阻的電流.R的阻值為的阻值為10K這個電路非常有用，通常稱它為這個電路非常有用，通常稱它為R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)電路梯形網(wǎng)絡(luò)電路它構(gòu)成了數(shù)模轉(zhuǎn)換器它構(gòu)成了數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/D)的根底。的根底。解：先由解：先由D和和y5兩點往右看，電阻為兩點往右看，電阻為2R，這兩個電阻，這兩個電阻并聯(lián)關(guān)系，等效電阻為并聯(lián)關(guān)系，等效電阻為R。 這個等效電阻這個等效電阻R與與B，C間的電阻間的電阻R為串聯(lián)關(guān)系，等為串聯(lián)關(guān)系，等效阻值為效阻值為2R。 同樣的方法，一步一步左推，同樣的方法，一步一步左推，X與與Y之間的等效阻之間的等效阻值就是值就是R。解解(續(xù)續(xù)

18、):電流電流I：從：從X流入網(wǎng)絡(luò)的電流為：流入網(wǎng)絡(luò)的電流為： I=V/R=10/10K=0.001A XY2兩點間的等效電阻為兩點間的等效電阻為2R，且與，且與Xy1兩點間的兩點間的電阻電阻2R為并聯(lián)關(guān)系，因此，電流為并聯(lián)關(guān)系，因此，電流I在節(jié)點在節(jié)點X一分為一分為二，同理，電流在節(jié)點二，同理，電流在節(jié)點A再次一分為二，依次右推。再次一分為二，依次右推。因此，流過因此，流過BC的電流的電流Ibc為：為： I/8=1.2510-4A3、電阻(7) 例：以下圖電路稱為電橋電路，它是傳感器例：以下圖電路稱為電橋電路，它是傳感器檢測電路的根底。試推導(dǎo)該電路的平衡條件，檢測電路的根底。試推導(dǎo)該電路的平衡

19、條件，即即R1R4符合什么條件時，符合什么條件時，cd間的電壓為間的電壓為0解：設(shè)流過解：設(shè)流過R1的電流為的電流為I1，流過，流過R2的電流的電流為為I2，要使，要使cd間電壓為間電壓為0，那么：，那么： I1*R1=I2*R2 I1*R3=I2*R4 R1*R4=R2*R32 2處于平衡形狀下的電橋的臂處于平衡形狀下的電橋的臂R1R1變成變成R1+RR1+R，試，試求求cdcd間的電壓變化間的電壓變化解：解：ACAC間的壓降為間的壓降為:I1:I1* *(R1+R),AD(R1+R),AD間的壓降為：間的壓降為：I2I2* *R2R2而而I1=E/(R1+R+R3),I2=E/(R2+R4

20、)I1=E/(R1+R+R3),I2=E/(R2+R4) 解：解：V= I1*(R1+R)-I2*R2= E*(R1+R)/ (R1+R+R3) - E*R2/ (R2+R4)RE2,這樣這樣V0, 經(jīng)放大器，驅(qū)動電機并帶動經(jīng)放大器，驅(qū)動電機并帶動P，使，使P點右移，當(dāng)點右移，當(dāng)E1=E2時，電機停頓。從而可以延續(xù)自動丈量爐時，電機停頓。從而可以延續(xù)自動丈量爐溫溫E15、電位差式自動平衡儀恒溫調(diào)理 把把P點固定，這樣當(dāng)爐溫上升，點固定，這樣當(dāng)爐溫上升，E1增大，增大，CD間電間電壓壓V0I2=1/5R0I4=4/5R0Vdiode=-I4*R+1=1/5V0因此這種假定正確。因此這種假定正確。

21、作業(yè)題作業(yè)題計算穩(wěn)態(tài)時的計算穩(wěn)態(tài)時的Vout.1V1=10V(2) V1=-10V作業(yè)題解作業(yè)題解穩(wěn)態(tài)時，電容相當(dāng)于斷路。穩(wěn)態(tài)時，電容相當(dāng)于斷路。(a)因此整個電路等效電阻為因此整個電路等效電阻為R+R/2.Vout=2*V1*R/3R=2*10V/3=6.66V(b)這時這時D1反偏，因此反偏，因此2-3斷路，因此斷路，因此Vout=V1/2=-5V8、齊納二極管1 這種二極管反向擊穿時，即使電流變化，它也能堅這種二極管反向擊穿時，即使電流變化，它也能堅持電壓不變，該電壓稱為齊納電壓持電壓不變，該電壓稱為齊納電壓Vz 齊納二極管可用于直流穩(wěn)壓器齊納二極管可用于直流穩(wěn)壓器8、齊納二極管2 當(dāng)管

22、任務(wù)在額定齊納電流時，其管子的電阻稱為最當(dāng)管任務(wù)在額定齊納電流時，其管子的電阻稱為最大動態(tài)電阻大動態(tài)電阻Rd),齊納管電壓和電流變化滿足齊納管電壓和電流變化滿足Iz= Uz/Rd。 此時，穩(wěn)壓器的輸出電壓與輸入電壓變化關(guān)系：此時，穩(wěn)壓器的輸出電壓與輸入電壓變化關(guān)系： Uz=Rd*Uin/(Rd+R) 進展設(shè)計時應(yīng)留意電流應(yīng)大于額定齊納電流，進展設(shè)計時應(yīng)留意電流應(yīng)大于額定齊納電流， 電壓應(yīng)大于齊納電壓。電壓應(yīng)大于齊納電壓。齊納二極管穩(wěn)壓性能齊納二極管穩(wěn)壓性能齊納二極管穩(wěn)壓器如右圖所示，其中齊納二極管穩(wěn)壓器如右圖所示，其中V1范圍在范圍在20V30V之間，選用之間，選用15V，1W的齊納管的齊納管

23、(1N4744A)，其額定齊納電流，其額定齊納電流為為17mA,此時動態(tài)電阻此時動態(tài)電阻Rd為為14歐。歐。解：最大功耗要小于解：最大功耗要小于1W，因此流過二極管的電流最大為：，因此流過二極管的電流最大為：1W/15V=66.7mA, 因此，電阻因此，電阻R至少應(yīng)為：至少應(yīng)為：(30V-15V)/66.7mA=225。因此。因此選用選用240電流大于電流大于17mA.因此，動態(tài)電阻為因此，動態(tài)電阻為14歐，歐， Vz=14*(30V-20V)/(14+240)=0.55V 0.55*100%/15=3.7%齊納二極管穩(wěn)壓器設(shè)計齊納二極管穩(wěn)壓器設(shè)計齊納二極管穩(wěn)壓器如右圖所示，其中齊納二極管穩(wěn)壓

24、器如右圖所示，其中V1為為24V穩(wěn)壓性能很差的直流源，最大負載穩(wěn)壓性能很差的直流源，最大負載電阻電阻RL=240歐，設(shè)計一個歐，設(shè)計一個15V穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器。其齊納二極管最大功耗應(yīng)小于其齊納二極管最大功耗應(yīng)小于1W解：流過解：流過RL的最小電流：的最小電流：15/240流過流過R1的電流：的電流：(24-15)/R1齊納二極管的最大電流：齊納二極管的最大電流：Izmax= (24-15)/R1 -15/240二極管最大功耗：二極管最大功耗：Izmax *15VE時，輸出時，輸出v0=v-EVE時接通時接通VE時截止時截止 設(shè)振幅為設(shè)振幅為V的正弦波電壓加在上述電路的正弦波電壓加在上述電路上，其

25、輸出波形是怎樣的？上，其輸出波形是怎樣的？E=3V,V=10.二極管箝位電路二極管箝位電路輸入信號v輸出信號輸出信號v0VE時截止時截止VE時，輸出時，輸出v0=0VE1時，輸出時，輸出v0=E1E1VE2時，輸出時，輸出v0=vVVbe在飽和區(qū)，在飽和區(qū)，Ic由由Rc決議，此時決議，此時Vbe=0.7v，Vce=0.2V,稱作飽和壓降。稱作飽和壓降。在截止區(qū)，在截止區(qū)，Vbe0.7,Ib=0. Icmax=(Vc-0.2)/Rc 9、晶體管3 晶體管的功能晶體管的功能 放大作用放大作用(傳動安裝驅(qū)動電路的達林頓銜接傳動安裝驅(qū)動電路的達林頓銜接) 開關(guān)作用開關(guān)作用 通斷轉(zhuǎn)換是微機的任務(wù)根底，在

26、機電一體化運通斷轉(zhuǎn)換是微機的任務(wù)根底，在機電一體化運用中，更應(yīng)注重這種開關(guān)設(shè)計。用中，更應(yīng)注重這種開關(guān)設(shè)計。 在設(shè)計晶體管開關(guān)時，應(yīng)確保晶體管在接通時在設(shè)計晶體管開關(guān)時，應(yīng)確保晶體管在接通時完全飽和，這時完全飽和，這時Vce最小，對于給定的最小，對于給定的Ic，管的，管的耗散功率耗散功率Ic*Vce最小。最小。如何確保晶體管處于飽和形狀如何確保晶體管處于飽和形狀2N3904是一種通用放大器和開關(guān)的小信號晶體管，是一種通用放大器和開關(guān)的小信號晶體管，其參數(shù)：其參數(shù)：最大集電極電流最大集電極電流=200mA,Vce(飽飽和和)=0.2V,hfe=100,采用下面電路中，使晶體管采用下面電路中，使晶

27、體管飽和所需的最小輸入電壓要多大？飽和所需的最小輸入電壓要多大？Vc=10V,Rc=1k,Rb=10k解：解：Vce(飽和飽和)=0.2,因此，因此，Ic必需為：必需為：Ic=(10-0.2)/1k=9.8mA所以所以Ib最小應(yīng)為：最小應(yīng)為：Ib=Ic/hfe=9.8/100=0.098mAVbe=0.7V(BE應(yīng)正向偏置應(yīng)正向偏置)所以，所以，Ib=(Vin-0.7)/10k 最小輸入電壓為：最小輸入電壓為： Vinmin=0.98+0.7=1.68V9、晶體管開關(guān)電路 VbeVbVe;Vbe=0.7v即即Vin0.7V 確保管子飽和，先確定確保管子飽和，先確定Ic,再估計再估計Ibmin=

28、Ic/hfe, 普通應(yīng)保證普通應(yīng)保證Ib是是Ibmin的的510倍，然后確定輸入電壓或倍，然后確定輸入電壓或輸入電阻輸入電阻設(shè)計實例：LED開關(guān)數(shù)字器件輸出電壓為數(shù)字器件輸出電壓為0V或或5V，其最大輸出電流為，其最大輸出電流為5mA,LED正正向偏置時有向偏置時有2V壓降，點亮壓降，點亮LED要要10mA電流，利用電流，利用2N3904npn晶體管，設(shè)計一開關(guān)電路控制晶體管，設(shè)計一開關(guān)電路控制LED燈。燈。 2N3904npn參數(shù)：最大集電極電流參數(shù)：最大集電極電流=200mA,Vce(飽飽和和)=0.2V,hfe=100解：要使解：要使LED亮，亮，Ic=10mA,管應(yīng)任管應(yīng)任務(wù)在飽和形狀

29、，那么務(wù)在飽和形狀，那么Vce=0.2,因此因此,R1=(5-2-0.2)/10mA=280歐，取歐，取200歐歐那么那么Ic=14mA。故故Ib至少應(yīng)為至少應(yīng)為Ic/100=0.14mA.取平取平安裕度安裕度10，那么，那么Ib=1.4mA.因此，因此， 當(dāng)當(dāng)Vin=5V時，時，Vbe=0.7vR2=(5-0.7)/1.4mA=3K歐歐R1R2習(xí)題習(xí)題(同窗們做一下同窗們做一下假定假定LED正偏電壓為正偏電壓為1V，放大系數(shù)，放大系數(shù)100，計算使，計算使LED接通接通并使晶體管維持完全飽和需求多大的最小穩(wěn)態(tài)電壓并使晶體管維持完全飽和需求多大的最小穩(wěn)態(tài)電壓Vin?習(xí)題解習(xí)題解VQ1=Vled

30、+V飽和飽和=1V+0.2V=1.2VIR5=(5-1.2)/330=11.5mAI2min=IR5/100=0.115mAV8=Vled+VB=1+0.7=1.7VI1=I2+I3(Vmin-V8)/1k=1.7/1K+I2minVmin=1.7+1.7+0.115=3.515VI1I2I3作業(yè)題作業(yè)題假定假定LED正偏電壓為正偏電壓為2V，晶體，晶體管飽和時有管飽和時有0.2V的集電極的集電極-發(fā)射發(fā)射極壓降。極壓降。問使問使LED接通并使晶體管維持完接通并使晶體管維持完全飽和需求多大的最小穩(wěn)態(tài)電壓全飽和需求多大的最小穩(wěn)態(tài)電壓Vin?作業(yè)題作業(yè)題假定晶體管放大系數(shù)假定晶體管放大系數(shù)100，

31、計算使晶體管完全飽和最小穩(wěn)，計算使晶體管完全飽和最小穩(wěn)態(tài)電壓態(tài)電壓Vin及最終電壓及最終電壓Vout?繼電器驅(qū)動繼電器驅(qū)動下面兩種驅(qū)動電路哪種好？續(xù)流二極管未畫出下面兩種驅(qū)動電路哪種好？續(xù)流二極管未畫出Vin=5V,Vcc=12V,hfe=100,Rrelay=500下面兩種驅(qū)動電路哪種好？對左圖下面兩種驅(qū)動電路哪種好？對左圖假設(shè)其任務(wù)在放大區(qū)，那么假設(shè)其任務(wù)在放大區(qū)，那么Ib=(Vin-0.7)/20K=4.3/20KIc=hfe*Ib=4.3/200Vrelay=Ic*Rrelay=4.3*5/2Vce=Vcc-Vrelay=12-4.3*2.5=1.25V可見確定任務(wù)在放大區(qū)可見確定任務(wù)

32、在放大區(qū)這時，驅(qū)動電流為這時，驅(qū)動電流為4.3*1000/200=21.5mA下面兩種驅(qū)動電路哪種好？對右圖下面兩種驅(qū)動電路哪種好？對右圖假設(shè)其也任務(wù)在放大區(qū)，那么假設(shè)其也任務(wù)在放大區(qū)，那么Ib=(Vin-Ve-0.7)/R1Ic=hfe*Ib=Ve/Rrelay(Vin-Ve-0.7)=4.3-Ve(4.3-Ve)*hfe/20K=Ve/Rrelay(4.3-Ve)/200=Ve/500Ve=3.07VIc=3.07/500=6.14mAVce=12-3.07=8.93V下面兩種驅(qū)動電路哪種好？對右圖下面兩種驅(qū)動電路哪種好？對右圖對于左圖，其驅(qū)動電流為：對于左圖，其驅(qū)動電流為：21.5mA,

33、加在三極管上的電壓為加在三極管上的電壓為1.25V對于右圖，其驅(qū)動電流為：對于右圖，其驅(qū)動電流為：6.14mA,加在三極管上的電壓為加在三極管上的電壓為8.93V兩個三極管功耗無用功分別為：兩個三極管功耗無用功分別為：21.5*1.25=26.875mW 6.14*8.93=54.83mW 可見左圖電路好，其提供驅(qū)動電流大，且無用功耗低?？梢娮髨D電路好，其提供驅(qū)動電流大，且無用功耗低。單片機繼電器驅(qū)動單片機繼電器驅(qū)動單片機的輸出端口引腳不單片機的輸出端口引腳不論是灌電流還是拉電流均論是灌電流還是拉電流均無法驅(qū)動繼電器、小型直無法驅(qū)動繼電器、小型直流電機、蜂鳴器等。流電機、蜂鳴器等。這時普通采用

34、這時普通采用PNP進展電進展電流放大。為什么不采用流放大。為什么不采用NPN？由于由于PNP是用灌電流進展是用灌電流進展驅(qū)動引腳低電平常，外驅(qū)動引腳低電平常，外設(shè)動作。設(shè)動作。單片機繼電器驅(qū)動單片機繼電器驅(qū)動這種射極輸出驅(qū)動電路是錯誤這種射極輸出驅(qū)動電路是錯誤的。理由同上分析。這種驅(qū)動的。理由同上分析。這種驅(qū)動電路所提供的驅(qū)動電流小，而電路所提供的驅(qū)動電流小，而無用功耗又大。雖然對小電流無用功耗又大。雖然對小電流的器件可以任務(wù)，但不穩(wěn)定。的器件可以任務(wù)，但不穩(wěn)定。單片機繼電器驅(qū)動單片機繼電器驅(qū)動對大于對大于5V的驅(qū)動電壓的的驅(qū)動電壓的器件，器件，PNP驅(qū)動電路就無驅(qū)動電路就無法運用。法運用。這時普通采用這時普通采用NPN，引，引腳輸出高電平驅(qū)動。腳輸出高電平驅(qū)動。存在問題是：存在問題是：1.上拉電阻上拉電阻R2在引腳低在引腳低電平常，將產(chǎn)生流入引腳電平常，將產(chǎn)生流入