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,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。,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：,（一）晶体管直流负
2、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。,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:,（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
3、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。,b),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(
4、mA)；电阻R1为510()，电源Ec按照直流电磁阀的要求取定。,（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。,单向晶闸管图形符号,单向晶闸管亦称单向可控硅,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,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。,交流半波导通功率驱动电路,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。U
5、s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。,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。,交流继电器的控制,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
6、位移，因而是控制系统中常用的自动化执行元件。,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。,（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。,b）Ui频率高时,绕组电流I L的波形,a）Ui频率低时,1.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
7、，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。,注意,（二）斩波稳流式功率放大电路,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。,例題： 分析右图电源控制信号是发挥作用？,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
8、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。,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,一、由集成电路与三极管构成的恒流源,基本关系式：,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5mA,1.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,令通过R1、R2的电流为1mA,则：R1+R2=14R2+R2R2=1k,R1=14k R1、R2均取E192系列电阻,
9、2.选择R3、R4、R5 R5=U1/I=200 令注入运放的电流为1A 则:R3=1M ,R4=R3= 1M ,二、基准电压源的电路设计,负载电流变化对UO影响小，电源电压变化对UO影响大。,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。,1.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R1,uo,R3,RP,R1=(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 ,
