逻辑控制电路（精品）

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章逻辑控制电路,二值可控元件驱动电路,可编程逻辑器件,控制电路,开环控制,闭环控制,(一,),开环控制,测量电路,控制电路,扰动量,传感器,放大,电路,输出,变换,电路,设定,电路,执行,机构,给定,机构,被控,对象,图1-8 开环控制系统的基本组成,精度不高:,一、对扰动的测量误差影响控制精度。,二、扰动模型的不精确性影响控制精度。,（二）闭环控制,设定,电路,比较,电路,校正,电路,变换,电路,给定,机构,执行,机构,被控,对象,输出,传感器,扰动,放大,电路,控制电路,图1-9 闭环控制系统的基本组成,加校正电路,主要考虑从发现输出量发生变化到执行控制需要一段时间，为了提高响应速度常引入微分环节。,另外，当输出量在扰动影响下作周期变化时，由于控制作用的滞后，可能产生振荡。为了防止振荡，需要引入适当的积分环节。在实际电路中，往往比较电路的输出先经放大再送入校正电路，视需要可能再次放大,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,一、功率开关驱动电路,分类：,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,（一）晶体管直流负载功率驱动电路,图8-1晶体管功率驱动电路,负载所需的电流不太大,设计要点:,合理确定,U,i,、,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。,（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,图8-2场效应晶体管功率驱动电路,a)VMOS,场效应管电极,b),场效应管驱动电路,b),a),漏极,D,栅极,G,V,DS,源极,S,（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。,图8-3,a,单向晶闸管图形符号,单向晶闸管亦称单向可控硅（,SCR）,一、导通条件,二、关断条件,单向晶闸管的工作状况：,晶闸管导通条件：,在阳极,A,与阴极,K,之间加正向电压，同时在门极,G,与阴极,K,之间加正向电压（触发），这样阳极,A,与阴极,K,之间即进入导通状态。晶闸管一旦导通，只要阳极,A,与阴极,K,之间的电流不小于其维持电流,I,H,，,门极,G,与阴极,K,之间是否还存在正向电压，对已经导通的晶闸管完全没有影响。,晶闸管关断条件：,主电极阳极,A,与阴极,K,之间的电流小于其维持电流,I,H,，,晶闸管即进入关断状态。,图8-3,b,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（,TRIAC,）,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。,图8-4交流半波导通功率驱动电路,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。,图8-5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位移，因而是控制系统中常用的自动化执行元件。,图8-6步进电动机控制电路框图,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。,电源控制信号用来在必要时使各相电流为零，以达到降低功耗等的目的。,脉冲分配电路可用数字电路组合、软件序列分配、专门单片集成元件、,GAL,器件等构成。,功率放大电路的特性对步进电机的性能有极其明显的影响。功率放大电路有单电压、双电压、斩波稳流、步距细分等类型。,（一）单电压功率放大电路,图8-7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,图8-8绕组电流,I,L,的波形,a）,U,i,频率低时,b）,U,i,频率高时,同时增大外接电阻,R,C,和电源电压,E,c,，,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,功耗的增加一方面降低了效率，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,（二）斩波稳流式功率放大电路,图8-9斩波稳流式功率放大电路,经,D,触发器引入,U,p,信号的主要目的是给定超声斩波频率，以避免单纯由,R,6,上的电压波动来控制,V,1,通断引入的不规则噪声。,第二节可编程逻辑器件(,PLD),PLD,与定制器件的主要区别是可编程性，其逻辑功能可由用户构造或设置。,使用,PLD,设计优点,灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，降低系统故障率。,PLD,从其出现至今，经历了由,PROM、FPLA,到,PAL,和,GAL,的发展过程。,图8-10,PLD,电路单元图形符号及其真值表,图8-11通常与门和,PLD,与门的图形符号,图8-12通常或门和,PLD,或门的图形符号,可编程阵列逻辑,PAL,（一）,PAL,器件结构,（二）,PAL,器件的类型,（三）,PAL,器件的应用实例,（一）,PAL,器件结构,图8-13,PAL,器件的基本逻辑结构,输入,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,1,1,1,1,O,2,O,1,O,0,O,3,输出,可编程的,“与”,阵列,不可编程的,“或”,阵列,I,0,I,1,I,2,I,3,（二）,PAL,器件的类型,主要分20引脚和24引脚两大类，还有40（或44）和80（或84）引脚的宏,PAL,器件,按电路能耗又可分为标准型、半功耗和1/4功耗型；,按运行速度又可分为标准型、高速和超高速型；,按可靠性又可分为军用和民用等。,（三）,PAL,器件的应用实例,图8-14二相四绕组步进电动机驱动原理图,图8-15环行分配器输出信号4序逻辑,表8-1 二相四绕组步进电机驱动步序,步进步序,1,0,1,0,1,0,1,0,正 转,反 转,Q,0,Q,1,Q,2,Q,3,Q,0,Q,1,Q,2,Q,3,1,1,0,1,0,1,0,1,0,2,1,0,0,1,0,1,1,0,3,0,1,0,1,0,1,0,1,4,0,1,1,0,1,0,0,1,1,表8-2步进电机状态功能选择,升沿,0,0,0,1,步进电机反向旋转,CK,E,1,E,2,S,D,状态功能,任意,1,任意,任意,任意,保持电动机当前状态,任意,任意,1,任意,任意,保持电动机当前状态,升沿,0,0,1,任意,设置输出为初状态,升沿,0,0,0,0,步进电机正向旋转,图8-16电动机驱动步序卡诺图,8.1 已知某直流电磁阀的驱动电流为,6,A,，,用,2,mA,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,V,1,采用,IRF640，,耐压200(,V)，,极限工作电流15(,A)；,泄流二极管,V,D,需耐压200(,V)，,极限工作电流10(,A)；,箝位二极管,V,S,的箝位电压为6.8(,V)，,极限工作电流100(,mA,)；,电阻,R,1,为510(,)，电源,E,c,按照直流电磁阀的要求取定。,+,E,C,V,D,Z,L,I,L,R,1,V,V,1,U,i,V,S,8-2,若图,8-4,中的负载,Z,L,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。,U,i,为控制加热开始和停止的电平信号。,U,s,则为5,kHz,的矩形波。通过改变,U,s,的占空比，可控制,V,1,的导通角，从而实现不同加热速度的给定。,E,Z,L,I,L,P,1,R,5,R,1,V,D,R,2,R,3,u,e,b,2,A,V,1,4,N25,R,6,SCR,1,V,S,b,1,V,2,C,1,R,4,U,i,K,4,N25,P,2,U,S,R,7,8-3,图,8-9,的电路应如何改动，才能使图,8-6,中的电源控制信号发挥作用？,改动后的电路如图所示。增加正与门,D,5,，,U,s,为实现电源控制的电平信号。当,U,s,为高电平时，,D,5,的输出由步进脉冲信号,U,i,控制；当,U,s,为低电平时，,D,5,的输出为低电平，强制,V,1,与,V,截止，步进电动机各绕组电流为零,8-4,试设计一完整的三相步进电动机驱动电路。,采用3个题8-3图所示的电路单元，并配置相应的环行分配器电路，即可实现对三相步进电动机的驱动。基本电路如图所示，其中,U,p,为斩波信号，,U,i,为步进脉冲信号，,U,d,为旋转方向控制信号，,U,s,为电源控制信号。,