直流电机速度

1、数电实验部分直流电机测速设计报告隋欣航 09021223郑泽远 09021201指导教师：纪宝伦一设计技术前言（一）设计任务设计一个能对直流电机运行速度进行调速和测速的电路。（二）基本要求设计一个脉宽调速电路，实现对直流电机转速的控制。利用光电脉冲转换、300 转/分以下，越低越好。（三）扩展要求在完成基本要求的基础上加光耦脉冲计数和相位判别电路，进而识别电机的转向，并由 LED 显示转向的正反。设计框图二设计方案选择及方案比较方波发生器：555多谐振荡器构成脉宽调整电路：555构成单稳实现驱动电路：达灵顿三极管测量转向电路：两个发光二极管光电脉冲转换电路：光电耦合管（光耦）脉冲整形：与非门脉

2、冲显示电路:数码管控制转向电路：单刀双掷开关两个计数器：五片161三选定方案其电路系统工作原理及工作过程主要芯片说明（1）NE555 定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，而 NE555 广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。其工作原理如下：555 电端和低电平比较器 A2 的反相输入端的参考电平为CC。A1 和 A2 的输出端控制 RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过2/V 时，触发器复位，555的CC输出端 3 脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自 2 脚输入并低于1/V 时，触发器置位，555 的 3 脚输出CC高电平，同时放电，开关管截止。 是复位端，

3、当其为0时，RD555输出低电平。平时该端开路或接。T 为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻时，高电平比较器动作，比较器 A1 翻转，输出 Vo从2/V暂稳态的持续时间T 、C的大小，T =1.1RC 。 通过改变 RC的大小，可使延时时间CC和1/V 之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，CCt1w2t1=0.7R Ctw2上升到2/V 所需的时间， 为电容 CttCCCC1w2(2) 达林顿三极管tip122：（4）光电耦合管 光电耦合管是一个光感应器，当光通路被阻断，则电流中断，所以它可以用来对电机转数进行监测，电机每转一圈即阻断耦合管的光路一次，从而在光电耦合

4、管的输出端送出一个个脉冲，提供计数器的脉冲输入。四各模块功能，公式推导，计算、方波方生器用 NE555 组成的多谐振荡器，用它可以提供 100Hz 的方波信号，NE555 组成的多谐振荡器，用它产生的方波信号带动后面的电机转动，3脚为输出管脚。参数计算：根据NE555 的波形可以求得电容C的充电时vcV V间 和放电时间 各为= 2，TTT (R R CT (R R CV V1211212T0 V= 2T R CR CT0 V222T故电路的振荡周期为T= + = 2，T T (R 2R C121211荡频率为f= =.(R 2R )C2T12当f=100Hz时，=0.0144 C=1 f,

5、= ,则可求得 = =4.8k . R R R R(R 2R C121212VCC5VXSC18GTR14.8kohm4VCCABOUTR251C1连接实际电路时采用NE555 MULTISIM仿真软件的限制，仿真只能用 ，其功能及引脚都与 NE555 相同）实际测得的频率为98.3Hz。此处 1u 电容选用的是普通磁质电容，并没有使用体积较大的点解电容。VCCR38U234 OKey =aOUT5 1根据由 NE555 组成的单稳态触发器的性质，输出脉冲的宽度t 等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻 R 和电容 Cw的大小。2t 等于电容电压在充电过程中从w0 上升到 V

6、所需要的时间，因此得 t =RC 3wV 0V (2/V=RC 3=1.1RC占空比 q= t /Tw利用上式，根据电路中所需的脉宽计算出相应的电阻电容值。本实验中要对 100Hz 的脉冲进行脉宽调整，可令C =1 则对应的电阻R 6 k 即可。在此试验中电阻 R 为一个型号为 103 的电位333器，可根据直流电机的转动情况来适当的增加或减少脉宽（即调节电位器R 33、驱动控制测向电路、转向电路控制，测量转向（1）驱动电路：通过达灵顿三极管放大电流实现导通与不导通，使得相应的供给直流电机的电压为低（无电流）和高调的矩形波信号，实现对电机供电流的控制从而控制电机的转速。1、 光电脉冲转换电路了

7、电机转动一周光耦输出一次正脉冲，其余为负脉冲。通过计时电路计 60 秒，能，此处我们选择了非门整形，方便简洁。5、60秒计时器1HZ NE555搭成，其原理同 100HZ 方波发生器。这里不做赘述，只是将计算方法及仿真图160 及与非门和与门构成，实现计两位十进制数。锁存器，这个模块另一个重要的部分，没有它无法实现到 60 秒计数停止。1）1Hz的方波发生器8R1U2348ohm4VCCRSTOUTR248ohm5LM555CNC111uF根据 NE555 组成的多谐振荡器的性质，由v 的波形可以求得电容 C 的充电时间 和放电Tc1V V时间 各为 T (R R CT (R R C= 2，T

8、V V211212T0 VT R C=R C2 2T0 V22T故电路的振荡周期为 T= + = 2，T T (R 2R C121211荡频率为 f= =.(R 2R )C2T12当 f=1Hz 时，( 2 ) =1.44，可令C=10 f,R C= ,则可求得 = =48k .RR R R R112212实物图：计数器组成：160，与非门该部分电路需要两个160 161也是将161搭成 160如直接使用160，所以实际电路中选用，这样使电路变得简洁许多。首先，实现两位十进制计数器需要两个 160 计数，串联方式。采用异步 LOAD（低有效）端，将其接高。ABD 四个输入也都接高。输出接数码管

9、显示（注意：输出的高位接数码管的 4 脚，次高位接数码管 3 实现60 60 60的信号为0110 Q4Q1需要接上与非门，之后再与 Q2、Q3 接入四输入与非门，实现当两计数器共同计到 60 秒时，产生一个低的信号给锁存器。最后就是计数器的时钟问题，计数器只能实现计数到60 1HZ（1秒一个脉冲）时钟就可实现按秒计时功能。可是计数器计到60不会自己停下来，所以计到60时，就需要锁存器1HZ 时钟与锁存信号通过与非门供给计时器 CLK，通常锁存信号为 1，与非门输出是1HZ 60时，锁存信号变为低，与非门输出变为恒定的高，相当于计时器的时钟被停止，计时器停止工作，实现到 60 秒，及时停止功能

10、。由于电路连接方便，在看数码管显示的数据时，这里是先显示低位在显示高位（连接实物图时，也是LED_INDICATORVCCU1U3AB55U4BC66D77U2BENPENP8151561174LS00DU2D74LS20D22CLKCLK74LS160N74LS160N11U5A74LS00D374LS00D总1、100HZ 方波发生器、脉宽调整（调占空比）2、驱动电路3、计数电路模电实验部分D 类功率放大器设计报告隋欣航 09021223郑泽远 09021201 1.放大器的选取音频放大器种类根据其工作状态可分为5类。即 即A类,放大器件需要偏置, 放大输出的幅度不能超出偏置范围, 所以,

11、 能量转换效率很低, 也称B类放大不需要偏置, 靠信号本身来导通放大管, 小信号时失真严重, 实际电路都要略加一点偏置, 形成甲乙类功放, 电路中还有一种丙类放大, 即C类放大, 效率可以更高, 性放大区域中, 它按照输入音频信号的大小控制输出的大小, 就像串在电源与输出间的一只可变电阻, 控制输出, 管工作在开关状态, 理论状态晶体管导通时内阻为零, 两端没有电压, 当然没有功率消耗而截止时,内阻无穷大,电流又为零,也不消耗功率。所以作为控制元件的晶体管本身不消耗功率, 电源的利用效率就特别高。在音频功放领域中，C类功放是用于发射电路中，不能直接采用模拟信号输入，其余4种均可直接采用模拟音频

12、信号输入，放大后将此信号用以推动扬声器发声。本实验采用D放大器的主要指标有输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制等。由于发射小，管子的耗散功率降低。2. D类功放数字功放也称D类功放,与模拟功放的主要差别在于功放管的工作状态。它类功率放大器是用音频信号的幅度去线D 的一些缺点，并且具备了一些独有的特点。二、实验原理D 类音频放大器一般采用异步调制的方式，即在调制信号（音频信号）周期U = zo1m1方波的幅度：）R2三角波的幅度：U U2o2mRz3R3方波、三角波的频率：f ）34R R C253R 与 R 可改变三角波的幅度，但会影32响方波、三角波的频率；改变电阻 R 与 C 可改变方

13、波、三角波的频率，但不会35影响方波、三角波的幅度。3.驱动电路4. H桥互补对称输出及低通滤波电路图2.9 输出级与输出滤波器的电路结构1方波、三角波发生器电路的仿真测试方波、三角波发生器性能指标的测试有：1输出波形：方波、三角波的波形如图3.1所示2输出频率：如图3.1所示：T 24usus113输出电压：一般指输出波形的峰一 峰值U方波： U8V V01p-p三角波： U 4.7V 9.4V图桥臂带有死区，还需改进。3.整体电路的仿真测试1 输入信号幅度： 200mv7.7V38.54.系统调试及问题分析R 、R 、R 用变阻器代替。235R 140R 42K3511pp到 12 倍左右

14、时，开始出现失真，故增益变化范围为：112输入信号：V 30.1v 0.3vpp输出信号：V 3.6v 3.6vpp1.最大不失真输出功率不失真输出电压V 与V ，并测出此时的电源的电流最大不失真输出电压为： V 2.13VI0.02AI0.03AVV2 2.13 2.552 22P01R88LL VPP100% 72.6%V电压放大倍数：输入幅度为V 0.3V,频率f 1 的正弦信号，用示波器观察输出信号的幅度。输出信号幅度为：V 32V 6VV 3.52V 7VO P-PO P-P在调试时，为了能使电源统一，试图将 15V 电源调成 5v,波形输出幅度会变大，但当调到 5v 是，其中有一个场效应管会发烫。喇叭接在场效应管输出也能放出声音。这主要是喇叭本身就是一个小电感（大约 10uH）,所以不要任何滤波器也能滤除高频分量而留下音乐分量。法，产生干扰。D 类音频功率放大器效率远高于线性音频功率放大器，但目前，D 类音频功极快的开关速度，产生很大的di/dt 和 du/dt，这些都是产生电磁干扰的主要原 D 类音频功率放大器的功率级引线的寄生解决 D 类音频功率放大器电磁干扰的主要方法是：尽可能的缩短输出级、电源的引线长度，已尽可能的减小由