測(cè)控電路第十章邏輯與數(shù)字控制電路

測(cè)控電路第十章邏輯與數(shù)字控制電路第1頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月第十章邏輯控制電路一、功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路晶體管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路場(chǎng)效應(yīng)管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路晶閘管交流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路二、繼電器與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路異步電動(dòng)機(jī)的二值控制電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第2頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路分類：按照電路中所采用的功率器件類型分類，常見的有晶體管驅(qū)動(dòng)電路、場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路和晶閘管驅(qū)動(dòng)電路等類型。按照電路所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型分類，常見的有電阻性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和電感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路等類型。按照電路所控制的負(fù)載電源類型分類，常見的有直流電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和交流電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路等類型

第3頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）晶體管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

圖8-1晶體管功率驅(qū)動(dòng)電路VD是續(xù)流二極管，對(duì)晶體管V起保護(hù)作用。當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，在晶體管關(guān)斷瞬間，感性負(fù)載所存儲(chǔ)的能量可通過VD的續(xù)流作用而泄放，從而避免被反向擊穿(I)當(dāng)控制信號(hào)Ui為低電平時(shí)，I

b較小,晶體管V截止，負(fù)載ZL中電流IL為0；(II)當(dāng)控制信號(hào)Ui為高電平時(shí)，I

b較大,晶體管V導(dǎo)通（工作于飽和區(qū)），負(fù)載ZL中電流IL=(Ec－Uce)/ZL，Uce為晶體管V集電極與發(fā)射極間的飽和電壓降。第4頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）晶體管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

圖8-1晶體管功率驅(qū)動(dòng)電路負(fù)載所需的電流不太大

設(shè)計(jì)要點(diǎn):合理確定Ui、R與V的電流放大系數(shù)值之間的數(shù)值關(guān)系，充分滿足

IbIL/，可確保V導(dǎo)通時(shí)工作于飽和區(qū)，以降低V的導(dǎo)通電阻及減小功耗。

第5頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）場(chǎng)效應(yīng)晶體管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

用于功率驅(qū)動(dòng)電路的場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制器件，具有很高的輸入阻抗，所需的驅(qū)動(dòng)功率很小，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求較低。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有較高的開啟閾值電壓，有較高的噪聲容限和抗干擾能力。

第6頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月場(chǎng)效應(yīng)晶體管大多數(shù)為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，亦稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管在制造中多采用V溝槽工藝，簡(jiǎn)稱為VMOS場(chǎng)效應(yīng)管。其改進(jìn)型則稱為TMOS場(chǎng)效應(yīng)管第7頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-2場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率驅(qū)動(dòng)電路a)VMOS場(chǎng)效應(yīng)管電極b)場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路b)a)

漏極D

柵極G

VDS

源極S第8頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）晶閘管交流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

交流負(fù)載的功率驅(qū)動(dòng)電路，通常采用晶閘管來構(gòu)成。晶閘管有單向晶閘管和雙向晶閘管兩種類型。

第9頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-3a單向晶閘管圖形符號(hào)單向晶閘管亦稱單向可控硅（SCR）一、導(dǎo)通條件二、關(guān)斷條件第10頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月晶閘管導(dǎo)通條件：在陽極A與陰極K之間加正向電壓，同時(shí)在門極G與陰極K之間加正向電壓（觸發(fā)），這樣陽極A與陰極K之間即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管一旦導(dǎo)通，只要陽極A與陰極K之間的電流不小于其維持電流IH，門極G與陰極K之間是否還存在正向電壓，對(duì)已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管完全沒有影響。晶閘管關(guān)斷條件：主電極陽極A與陰極K之間的電流小于其維持電流IH，晶閘管即進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。第11頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-3b雙向晶閘管圖形符號(hào)雙向晶閘管亦稱雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件（TRIAC）

與單向晶閘管相比較，雙向晶閘管的主要區(qū)別是：①在觸發(fā)之后是雙向?qū)ǖ模虎谟|發(fā)電壓不分極性，只要絕對(duì)值達(dá)到觸發(fā)門限值即可使雙向晶閘管導(dǎo)通。

第12頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-4交流半波導(dǎo)通功率驅(qū)動(dòng)電路(I)控制信號(hào)Ui為高電平Ui=1V1截止Uc足夠高V2管e與b1導(dǎo)通V3導(dǎo)通Uc->0u->0時(shí)，V3截止第13頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-4交流半波導(dǎo)通功率驅(qū)動(dòng)電路(II)控制信號(hào)Ui為低電平Ui=0V1導(dǎo)通Uc電壓低V2管e與b1截止V3截止R5很大IL=0第14頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)用中應(yīng)注意:如果驅(qū)動(dòng)的是感性負(fù)載，必須設(shè)置合理的關(guān)斷泄流回路，一方面可保護(hù)開關(guān)器件，另外也可起到消除對(duì)外電磁干擾的作用。第15頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月二、繼電器與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路繼電器廣泛用于生產(chǎn)控制和電力系統(tǒng)中，具有接觸電阻小、流通電流大和耐壓高等優(yōu)點(diǎn)，至今仍無法用無觸點(diǎn)器件取代對(duì)繼電器或接觸器的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上是對(duì)其勵(lì)磁線圈電流通斷的控制。繼電器勵(lì)磁線圈所需的勵(lì)磁電源有直流與交流兩種。

第16頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-5交流繼電器的控制控制信號(hào)Ui=0直流繼電器KD1勵(lì)磁線圈無電流活動(dòng)觸點(diǎn)KD1-1在常閉端交流繼電器KA1勵(lì)磁線圈無電流活動(dòng)觸點(diǎn)KA1-1在常閉端無電壓輸出第17頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-5交流繼電器的控制控制信號(hào)Ui=1直流繼電器KD1勵(lì)磁線圈有電流KD1-1閉合交流繼電器KA1勵(lì)磁線圈有電流KA1-1閉合有電壓輸出第18頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱步進(jìn)電機(jī)，可在開環(huán)條件下十分方便地將數(shù)字系統(tǒng)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)變成與其相對(duì)應(yīng)的角位移或線位移，因而是控制系統(tǒng)中常用的自動(dòng)化執(zhí)行元件。

第19頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月舉例：反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

極與極之間的夾角為60°，每個(gè)定子磁極上均勻分布了五個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為9°。轉(zhuǎn)子鐵心上無繞組，只有均勻分布的40個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為360°/40＝9°。繞組定子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心（1）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

單段式三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)：定子鐵心上有六個(gè)均勻分布的磁極，沿直徑相對(duì)兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，構(gòu)成一相勵(lì)磁繞組。第20頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

按電磁吸引的原理工作的。必須抓住兩點(diǎn)：磁力線力圖走磁阻最小的路徑，從而產(chǎn)生反應(yīng)力矩各相定子齒之間彼此錯(cuò)齒1/m齒距，m為相數(shù)

幾個(gè)概念的含義：“拍”——定子相繞組每改變一次通電狀態(tài)，稱為“一拍”?！皢巍薄钢挥幸幌嗬@組通電。“雙”——指有兩相繞組同時(shí)通電。第21頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)工作原理第22頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路框圖脈沖分配電路亦稱環(huán)行分配器，用來對(duì)輸入的步進(jìn)脈沖進(jìn)行邏輯變換，產(chǎn)生給定工作方式所需的各相脈沖序列信號(hào)。功率放大電路對(duì)脈沖分配電路輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，產(chǎn)生使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的激磁電流。步進(jìn)方向信號(hào)指定各相導(dǎo)通的先后次序，用以改變步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。第23頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月電源控制信號(hào)用來在必要時(shí)使各相電流為零，以達(dá)到降低功耗等的目的。

脈沖分配電路可用數(shù)字電路組合、軟件序列分配、專門單片集成元件、GAL器件等構(gòu)成。

功率放大電路的特性對(duì)步進(jìn)電機(jī)的性能有極其明顯的影響。功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波穩(wěn)流、步距細(xì)分等類型。

第24頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）單電壓功率放大電路

圖8-7單電壓功率放大電路步進(jìn)電機(jī)每相繞組的供電都是由功率開關(guān)電路來執(zhí)行的，三相步進(jìn)電機(jī)應(yīng)有三個(gè)功率放大電路單元

第25頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-8繞組電流I

L的波形a）Ui頻率低時(shí)b）Ui頻率高時(shí)第26頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月同時(shí)增大外接電阻RC和電源電壓Ec，可使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩顯著提高，但同時(shí)使功耗急劇增大功耗的增加一方面降低了效率，使電源體積龐大；另一方面引起電氣部件發(fā)熱，增大系統(tǒng)故障的發(fā)生率。為此，發(fā)展了雙電壓、斬波穩(wěn)流等驅(qū)動(dòng)電路第27頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）斬波穩(wěn)流式功率放大電路

圖8-9斬波穩(wěn)流式功率放大電路(I)控制信號(hào)Ui為高電平Ui=1U2U1UON=1Q=1UODG1=0截止Uq=1V1導(dǎo)通，IL上升U1<U2第28頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）斬波穩(wěn)流式功率放大電路

圖8-9斬波穩(wěn)流式功率放大電路(I)控制信號(hào)Ui為高電平Ui=1U2U1UON=0Q=0UODG1=1導(dǎo)通Uq=0V1截止，IL下降U1>U2第29頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）斬波穩(wěn)流式功率放大電路

圖8-9斬波穩(wěn)流式功率放大電路(II)控制信號(hào)Ui為低電平Ui=0U2U1UODG2=0V2截止，IL下降為0第30頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)D觸發(fā)器引入U(xiǎn)p信號(hào)的主要目的是給定超聲斬波頻率，以避免單純由R6上的電壓波動(dòng)來控制V1通斷引入的不規(guī)則噪聲。第31頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)可編程邏輯器件(PLD)

PLD與定制器件的主要區(qū)別是可編程性，其邏輯功能可由用戶構(gòu)造或設(shè)置。使用PLD設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)靈活，研制周期縮短，空間尺寸減小，降低系統(tǒng)故障率。PLD從其出現(xiàn)至今，經(jīng)歷了由PROM、FPLA到PAL和GAL的發(fā)展過程。第32頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-10PLD電路單元圖形符號(hào)及其真值表

圖8-11通常與門和PLD與門的圖形符號(hào)圖8-12通常或門和PLD或門的圖形符號(hào)

第33頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月可編程陣列邏輯PAL（一）PAL器件結(jié)構(gòu)（二）PAL器件的類型（三）PAL器件的應(yīng)用實(shí)例第34頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）PAL器件結(jié)構(gòu)圖8-13PAL器件的基本邏輯結(jié)構(gòu)

輸入

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&

&

&

1

1

1

1

O2

O1

O0

O3

輸出

可編程的

“與”陣列

不可編程的

“或”陣列

I0I1I2I3

第35頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）PAL器件的類型主要分20引腳和24引腳兩大類，還有40（或44）和80（或84）引腳的宏P(guān)AL器件按電路能耗又可分為標(biāo)準(zhǔn)型、半功耗和1/4功耗型；按運(yùn)行速度又可分為標(biāo)準(zhǔn)型、高速和超高速型；按可靠性又可分為軍用和民用等。第36頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）PAL器件的應(yīng)用實(shí)例圖8-14二相四繞組步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖第37頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8-15環(huán)行分配器輸出信號(hào)4序邏輯第38頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表8-1二相四繞組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步序步進(jìn)步序10101010正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)

Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q31101010102100101103010101014011010011第39頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表8-