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1  功率运算放大器的结构和主要特点

1.1 结构

    IN8510运算放大器是8脚T0-3封装，它的内部电路原理图如图1所示，从图中可以看出，它的输入电路是一个普及型的741差分放大器，电路的其余部分相当于线性传输型的功率放大器。这种器件在使用±30V电源时，放大器可为一个lOfl的负载提供幅度达±26V的电匝。元件是属于有偏压的AB类放大器，无载时静态工作电流典型值是20mA。频率响应、输入失调电压、输入失调电流和偏置电流等参数都和741运放相同。IN8510内部有741输出电压和电流提高电路，以便驱动内部的功率晶体管。

1.2 主要特点

   a．壳体不与任何一个管脚相连，是属于绝缘型体，散热性好，可以多个功率运放安装在同一个散热器上，这样便于功率运放并联使用。在一个控制系统中使用多个功率运算放大器，而装置用一个散热器，减小装置的体积和重量，有利于装置的小型化。

   b．具有输出短路保护功能，功率运放在使用的时候，必须要保证工作在安全工作区，这样才不会损坏。但在应用过程中不可避免会出现功率运放输出端对地直接短路，在这种情况下器件若不被损坏，可以使用图2a所示电路，在IN8510的5脚和6脚、7脚和6脚之间分别接一个0. 68Ω的电阻，限制输出短路电流，组成安全区限制装置，这样，器件就有如图2b所示的输出电流限制特性曲线。

    从特性曲线中可以看出，在输出电压为正时，脚7和脚6之间的0. 68CZ电阻起作用，在输出电压为负时，脚5和脚6之间的0. 68Ω电阻起限流作用，输出电流的最大值不会超过1. 5A，限流值与输出电压为线性关系，对任一极性的V _out，随着V _out的．，减小V _outt限制值下降。当驱动24～28V直流电动机时，能输出最大驱动功率，在正常情况下限流电阻不影响电机的驱动电流。当输出端出现故障短路时，不会损坏功率运放，当故障排除时能自动恢复正常工作。

    c．功率运放可以使用双电源±35V，也可以使用单电源+35V或- 35V，工作电源的电压可以根据驱动电机的要求低于上述 值。因此功率运算的输出电压可为正，也可为负，使用双电源可驱动电机正转和反转。

    d．易于引入电流负反馈。在图2中，电机的电枢一端与地之间串联一个电阻Rs，当电枢电流通过Rs时，在Rs两端产生一个与电枢电流成正比的电压V1，这个电压用- 30kΩ，的电阻引入功卒运放的反相输入端就构成电流负反馈，使电机运行时的工作电流基本上不受负载转矩的影响。

2  用IN8510 组成直流电动机功率DAC 控制

    功率运放的线性特性允许与D/A变换器配合使用，构成控制精度很高的功率DAC控制系统。英特西尔公司生产的二种低耗DAC7520和7105可以与IN8510系列功率运放联用，组成一个十分有用的电机控制组合部件，即一个数字可编程功率驱动器，这个功率DAC与微处理机或计算机接口，就组成一个完整的微机控制系统。

2.1 与7520 构成的DAC 功率驱动器

    IN8510与7520构成的典型功率DAC驱动器如图3所示，电路中7520是10位2进制相乘型数／模转换器，电路采用CMOS电流开关和驱动电路，转换精度为1/2LsB，分辨率为10位，温度系数为2×10 ^-5／℃，参考电压范围-10V≤V _REF≤+10V图中的7520和1N8510之间的101A放大器起缓冲和隔离作用，101A的反馈电阻在7520芯片上，约为15kΩ。IN8510的反馈电阻为30kΩ，功率运放的放大倍数等于3。

2.2 与7105 构成的功率DAC 驱动器

    IN8510也可以和7105组成功率DAC驱动器，电路如图4示。这种D/A变换器以一种新的方式工作，7105DAC分割时间不去电机机是把电流或电压分成许多小的台阶，输出电  益是+13dB，功率运放的增益为1.5dB。路由SPDT开关组成。振荡器提供时钟脉冲，为数字输入端锁存数据。对一个打位变换器，以任2个连续的时钟脉冲为单位，某些开关被掷向一边，使脉冲的数量与输入的数据相对应，而剩余的开关被掷向另一边。这样，如开关被用来与基准电压、电流或专用滤波器相连，平均输出与数字输入和基准的比相对应。为了使在输出端上需要的滤波最好，也就是置位时间最佳，要处理好转换周期。这种转换技术保证了单调性，除了在零和满刻度附近的二段很短的部分之外，都有极好的线性。这种DAC变换器只要求基准电压很精确，而对其它的元件不需要很高的精度，滤波元件的精度和温度系数仅影响置位的时间和纹波含量。这种变换器的转换速度相对较慢，但转换的精度极高，稳定性极好。图中在7105和IN8510之间接二极低通滤波器的直流增益是+13dB，功率运放的增益为1.5dB。

 

3  由功率运放组成的位置伺服控制

    用功率运放控制直流伺服电机的快速性佳，因而特别适合用于各种形式的位置控制，比较典型的应用有顺序位置控制和单点位置控制。

3.1 顺序位置控制

    顺序位置控制如图5所示。功率运放挹一对光电二极管的差分输出积分并驱动电机以适当的方向运转，直到光电二极管中的电流平衡。这种差分结构能抵消温度和光电装置定时的不稳定性。为了能在标记点之间运动，瞬间把一个恒定的电流送到输入端，使放大器按要求的方向驱动电机，在到达标记点之前，输入电流被切断，但CF充的电将保持供很高的功率而保持偏置电流低于光电二极管的电流。为了改善响应时间，在驱动电压有任何变化之后，超前网络补偿电机响应的滞后。超过光电二极管的足够大的运行控制电流送给放大器反相输入端，去掉这个电流恢复对光电检测器的控制。位置控制用的遮光板转轮装置和在停止标记处的检测元件如图6b所示，箭头表示转向，与有较高输出的光电二极管相对应。实际上，它能够在转轮的对应边上获得稳定的位置。系统的干扰或轻微的位移使相同的光电二极管电流失去平衡，较大电流的检测器将接收较多的光，引起转轮去寻找合适的标记点。与径向成一定角度的转轮的遮光盘使控制运行稳定，并防止过冲。

   

 

4 功率运放的桥式驱动电路、

    用二个功率运放可以组成一个桥式驱动电路，这种电路的显著优点是：

    a．功率运放使用单电源就能得到双向输出。

    b．两倍输出电压，两倍转换速率，两倍输出功率。

    c．需要1/2的电源电压。

    典型的单电源双向驱动应用电路如图7所示。这个电路以建立标准的双极性信号为特点，由R3和R9建立的中间基准电源为A ₁和A ₂设立直流工作电平。根据输入放大器  变化，电路中有关元件的参数要重新调整。

 

     A ₁的输出，反相器A2同样以相反的方向驱动负载。这个电路把负载放在A，和A。输出端之间，防止任一放大器过早饱和放大器有二组输入，一组电压与电源电压隔离，以设立共模偏置；另一组是实际的输入信号和测速电机的反馈信号。C ₁、R ₁、R ₂和A ₁组成一个积分器，电机的转速与积分器的输入电压成正比。为了使整个系统有适当的阻尼，一定要选择合适的C1值。电路中使用的测速电机输出电压为0～10V，如测速范围变化，电路中的有关元件参数要重新调整。

     功率运放的应用方法还很多，功率运放的种类也很多，除了IN8510系列之外，还有μA759、μA791、CH0021、CH0041、LH0061及3571、3572、3573、FX0021、FX0041等都可以用来驱动直流伺服电机。这些功率运放有的是单片集成型，有的是二次集成型。功率运放驱动伺服电机是经济、简便、十分有用的控制技术，在许多自控装置中具有的优良性能是无法用其它器件取代的。

 

    小型伺服电动机

    日本东芝公司的研究人员研制出一种新型伺眼电动机，直径仅3mm，长11mm，是过去最小样品的体积的1/12。据称，新电动机用的所有零件均是用该公司的微处理和微加工技术制成。

    该小型样机由直流电动机、减速传动机构和检测电动机旋转的光学编码器构成，传动比为1: 44.2，输出力矩3×10 ^-4Nm，最低转速0. 5r/min。