机电一体化常用电路及应用.ppt
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1、第4章 机电一体化常用电路及应用,4.1 模拟电路及应用 4.2 数字电路及应用 4.3 集成电路及应用 4.4 抗干扰技术,4.1 模拟电路及应用,4.1.1 构成模拟电路的主要元器件 构成模拟电路的主要元器件包括电阻、电容、电感线圈、变压器、二极管、三极管、石英谐振器和继电器等。 1.电阻 电阻是电子线路中应用最多的元件之一,其在电路中主要用于分压、分流、滤波、偶合、阻抗匹配以及作为负载等。,图4-1 电阻阻值表示法 a)数值表示法 b)色环表示法,4.1 模拟电路及应用,表4-1 电阻值的色环含义,4.1 模拟电路及应用,表4-1 电阻值的色环含义,第一色环表示电阻值的第一位数。 第二色
2、环表示电阻值的第二位数。 第三色环表示电阻值的乘数。 第四色环表示电阻值的允许误差。 2.电容 电容具有隔直流和通交流的能力,在电气工程和无线电工程中有非常重要的作用。,4.1 模拟电路及应用,表4-2 电容值的色环含义,第一色环和第二色环表示电容器容量的第一位数和第二位数。 第三色环表示电容器容量的乘数。 第四色环表示电容器容量的允许误差。,4.1 模拟电路及应用,图4-2 电容器色环表示法,4.1 模拟电路及应用,3.电感线圈和变压器 (1)电感线圈:电感线圈是根据电磁感应原理制成的器件,在LC滤波、调谐放大器或振荡器的谐振和均衡电路等方面有比较多的运用。 1)按工作频率的要求选择某种结构
3、的线圈。 2)在高频电路中,应使用高频损耗小的高频瓷材料作线圈骨架。 (2)变压器:变压器是利用两个绕组的互感原理来传递交流电信号和能量的器件。 4.二极管 5.三极管 三极管是电子线路中用途十分广泛的器件。 (1)场效应晶体管:一种电压控制的半导体器件,可分为结型场效应晶体管(JFET)和绝缘栅型场效应晶体管(MOS管)。 (2)单结晶体管:因其具有两个基极,故又称为双基极三极管。,4.1 模拟电路及应用,(3)晶闸管:晶闸管是一种能进行强电控制的大功率半导体器件。,图4-3 利用单结晶体管构成的 基本晶闸管触发电路,4.1 模拟电路及应用,1)电极数目。 2)材料和极性。 3)类型。 4)
4、序号。 5)规格。,表4-3 晶体管型号中汉语拼音字母的含义,4.1 模拟电路及应用,表4-3 晶体管型号中汉语拼音字母的含义,1)用高频管代替低频管,需要注意功率的问题,但低频管不能代替高频管。 2)用开关管代替普通管。,4.1 模拟电路及应用,3)只要参数相同,PNP和NPN管一般可以互相代替,但要注意管脚极性的变化。 4)用不同三极管代替场效应晶体管。 5)用复合管代替单个三极管,增加放大倍数。 6.石英谐振器 石英谐振器的主要原料是石英单晶(水晶)。 7.继电器 继电器是一种对电路进行控制和换接的器件,是自动化设备中的主要电器元件,起着自动操作、自动调节和安全保护等重要作用。,4.1
5、模拟电路及应用,1)根据所控制的电路确定触点的种类及数量,以触点电路的电流种类、大小及电压高低确定触点容量。 2)根据控制电路的特点,确定继电器的种类、功率及容量。 3)根据控制电路的要求,确定继电器的动作时间。,图4-4 固态继电器内部组成图,4.1 模拟电路及应用,4)选用继电器应考虑的环境和工作条件包括:温度和湿度,设备或电路的工作寿命,设备的振动和移动对继电器的影响,继电器的外形尺寸、体积和重量。 4.1.2 电路简介 有关模拟电路的电路分析、计算和功能介绍,请查阅有关专业书籍或手册。 1.电源电路 电源电路主要是指为工作设备的需要,将外部电源转换为设备所需要的电源的电路部分,是设备电
6、路的常用组成部分,最常用的有整流电路、隔离电路和变频电路等。 (1)晶闸管可控电源电路:对于机电一体化系统而言,晶闸管可控电源是比较常见的。,4.1 模拟电路及应用,图4-5 单相全控整流电路及波形 a)电路 b)波形,(2)晶闸管变频电路:晶闸管变频电路在电动机变频调速系统中有,4.1 模拟电路及应用,着十分重要的应用。,图4-6 晶闸管变频电路,(3) DC/DC隔离电源:采用DC/DC隔离电源的目的主要是隔开两侧电路的地线,以切断电源干扰,是机电一体化系统的重要抗干扰措施。 1)开关稳压电源。,4.1 模拟电路及应用,2)推挽式DC/DC变换电源。,4.1 模拟电路及应用,图4-7 开关
7、稳压电源,4.1 模拟电路及应用,图4-8 推挽式DC/DC变换电源,3)桥式DC/DC变换电源。,4.1 模拟电路及应用,图4-9 桥式DC/DC变换电源,2.光隔离电路和开关量输出控制 在机电一体化系统中,各种功率、控制信号交织在一起,各个控制系统之间的相互干扰是无法避免的。,4.1 模拟电路及应用,图4-10 光隔离和开关量输出控制电路,4.2 数字电路及应用,4.2.1 数字电路的特点 数字电路是用以传递、加工和处理数字信号的电路。 1)采用二进制。 2)抗干扰能力强。 3)精度高。 4)保密性好。 5)通用性强。 4.2.2 数字电路的基本单元 1.逻辑门电路及逻辑代数 逻辑门电路一
8、般是利用电路的输入信号作为条件,输出信号作为结果,从而使电路的输入和输出之间有一定的因果关系(逻辑关系)。,4.2 数字电路及应用,表4-4 3种基本逻辑运算,2.组合逻辑电路 利用基本逻辑电路,可以组合成能完成一定功能的逻辑电路。,4.2 数字电路及应用,表4-5 几种常见的复合逻辑运算,4.2.3 双稳态集成触发器及应用,4.2 数字电路及应用,图4-11 基本RS触发器 a)逻辑图 b)逻辑符号,4.2 数字电路及应用,图4-12 同步RS触发器 a)逻辑图 b)逻辑符号,4.2 数字电路及应用,1)基本RS触发器。 2)同步RS触发器和主从RS触发器。 3)主从JK触发器。,图4-13
9、 主从RS触发器,4.2 数字电路及应用,图4-14 主从JK触发器,4.2 数字电路及应用,4.2 数字电路及应用,图4-15 施密特触发器的滞后特性,4)施密特触发器。,4.2 数字电路及应用,图4-16 正弦波整形为矩形波,4.2 数字电路及应用,4.2.4 其他触发器及其应用 1.单稳态触发器 单稳态触发器电路有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。,图4-17 受干扰波整形为矩形波,4.2 数字电路及应用,2.无稳态触发器(振荡器) 图4-19所示为两个CMOS反向器组成的 多谐振荡器,该电路没有稳态,只有两个暂稳态,uO1=1、uO2=0为一个暂稳态。,图4-18 微分型单稳态电路,4.
10、2 数字电路及应用,图4-19 多谐振荡器,4.3 集成电路及应用,1)电路合理,系统质量高。 2)降低系统成本,提高生产效率。 3)减少元器件数量,提高系统可靠性。 4.3.1 集成电路的分类和封装形式 集成电路的封装材料主要有金属、陶瓷和塑料等。,图4-20 常见的集成电路封装形式 a)双列直插式 b)单列直插式 c)扁平双列式 d)圆形结构,4.3 集成电路及应用,图4-21 封装引脚的识别,4.3 集成电路及应用,表4-6 半导体集成电路的型号命名(国标),4.3.2 集成电路的主要应用,4.3 集成电路及应用,集成电路的应用是极其广泛的,今天,我们几乎已经找不到没有集成电路的电气设备
11、。,图4-22 集成运放的 电路符号,4.3 集成电路及应用,4M22.tif,1.集成运算放大器及其运用 运算放大器(简称运放)是高增益的直流放大器。 (1)比例放大电路:图4-23所示为由集成运算放大器构成的基本比例放大电路。,4.3 集成电路及应用,图4-23 由集成运放构成的基本比例放大电路 a)同比例放大 b)反向比例放大,(2)采样-保持电路:在对高速变化的模拟信号进行采样时,,4.3 集成电路及应用,必须在输入模拟信号和A/D转换之间加上采样-保持电路,才能保证A/D转换的可靠性和准确性。 (3) PID调节电路:在自动控制系统中,PID调节器是广泛应用的通用校正装置,其作用是对
12、经过传感器转换的信号与给定信号相比较得到的偏差量进行运算,产生相对的输出,去控制系统执行环节。,图4-24 采样“峰值”保持电路 a)电路 b)“峰值”保持波形图,4.3 集成电路及应用,图4-25 PID调节电路,4.3 集成电路及应用,图4-26 555集成电路,4.3 集成电路及应用,2. 555电路的基本运用 集成555定时器是另一种运用十分广泛的 多用途集成电路。 (1)利用555定时器构成施密特触发器电路:如图4-27所示,将2、6引脚连接在一起作为输入端,4、8引脚作为工作电压UCC的接入端。,图4-27 施密特触发器及工作波形图 a)电路 b)波形图,4.3 集成电路及应用,(
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