用于超声电机驱动
袁小红,刘
(南京空航天大学,
InvestigationofSelf—oscillatingCircuittoDriveandControlUltasonicMotor YUAN一hong.LIU?.ZHAOChu—sheng
(NanjingUniversityofAero&Astronautics,Nalljing210016,China)
摘要:为简化超声电机的驱电路,采用
这种新型的_蛆动方法.提出用自振荡电路来
型,分析了电路原理:从实验证实,当温度变
号频率与电机定子共频率变化的
关键词:压电效应;超声电机;
路
中图分类号:TM3S.TM921文献
文章编号:1004—7018(2001】04
Abstract:AdrivingcircuitforUSMisvery.conplex.itneeds afrequencyautomaticfollow—upcircuiltofollowupthenl
pointTosimplizethecircuit,aself—oscillatingciruitistobe
constructeditsfrequencyisadjustabletotheresonantfrequency Hemitissucces~siPllyusedtodriveandcontrolUSMInthispa- per.weexpatiatetheprincipal0fself—oscillatingcircuitandpoint
outwhichtyper,fUSMallowstonseaself—oscillatingcircuit
Keywords:ultrasonicmotor;self—ocillatingcircuit;piez
lectrlceflec【:BOOSTcircuit
1引言
超声电机利用压电振子超声振动
来获得动力.在特定交变
料的逆压电效应,电振子会产生微观机械振动,通 过转子和压电振子间的摩可将压电振子这种微观 振动转转子或动子的宏运动.只有外加交 变场的频率压电振的共振频率一
一
般超声电机的驱动电路是通过时器组成谐 振电路,产生电机所需频的脉冲波形,再经过功放 适当地放大,加在超声电机的两端但着电机工作 间的增加.电机发热,定子的共振频率随的升 高而现漂移,所以又要率自动跟踪回路来踪 频率,电路复杂...这样,尽超电机具有很多 点,但由于驱动电路的复性,阻碍了超
小型化及其
解决这一问题方法之一就是采用自振荡电路. 当温度变化时,自振荡电路具有与电机共振相适 应的特,毋需专门的频率动跟踪路.下将对 自振
2原理
用自振荡电路来驱动电机与非自振电路驱动 电
(1)非自振荡电路完全由部电路产生所需频 率的信号,电只是被动地接受,不参与信号的产生. 温度变化,压电子共振频率漂,需通过反馈电路 来调节外部电路信号频率能与之相适应, (2)自振荡电路,电机参与信号的生,电机 是信号频率大小因素之一也就是说,电机
当温度变化,压电振子共振频率漂移时,在振子上 的信号频
图1是自
方框图.设
线性失真,
为:
匹
L—L—1.
图1自激振
=
AXd(1)
经F反馈回
Xf=FX.=FAXd(2)
式中:A=Ae,F=Fe.
如果上式中AF=1,X=,即反
因此把接 在幅值上或相位上都和输人信号相同,到处,电路维持与开环一样的输出信号,
AF=1(3)
即:AF=1(4)
^F=2n叮『(=0,1,2,…)(5)
用于趋声电机驱动的
上式中,式(4)称为振幅平衡条,式(5)称为
具{奉到声电机的驱动电路中,为满足相位平衡 条件.要超声电机的类型为单相(同)信
为保证振荡电路产生
的信号,要求路中必须包含一个选频网络.当自振 荡电路中的选频网络由R,C元件组成时,即为RC振 荡路:当自振荡电路的选频络由L,c元件组
3自振荡电路
观察某电机的导纳扫频曲线(如2所示),可 以看出靠近电机谐振点和反振点区间会发生相位 突变,相位可由+90.到一90.之间变化不.电机相 位有段过零区域.在此段区间电机呈感性,可以等 电感和电阻串,使得LC自振荡可能.此 外.零相位近电机可以等效成电阻,使得RC自振 成可能在LC自振电路中,电机在电路中作 为感参加谐振;
16r
:Ij—
fj\
0::====————一
2527
//tnz
2527
r}h
图2某电
下面分别讲述LC,RC自振荡电
图3足Ic自澈荡原理图.非门U电阻R, 电阻R,电容C,电容c压电振子构成门振荡器, 非U:整形.非门一是CMOS门;电感L,,功率 体管成BOOST
振荡器必须满足的相位条件和值条件. 门u.加上电阻R.,使门以当作放大器来使 用.R.是反相器的偏置电阻,当它被偏置的非门 传输特曲线的线性区域时,非门就可以作为放大 来使用CMOS非门的输入电阻,一般在10"n 上,而偏置电阻R.般为10,50MI~,所偏置
30触糌童相2帅1年第4期
一U.(6)
Vo:f(U.)(7)
式(6)表示斜率为1的直线,式(7)表示反相器 的传输特性曲线,二者的交点即为静态工作点Q,如 图4所示.由图4可知,由于CMOS反相器有理想 的特性,在转换曲线很陡,而大器的增益等 于反相器传输特性曲线在工
圉3LC振荡电原理图图4态工作点的确定 此门提供了必要的增和180.的相移因此由 电容c,c:和压电振子构成的形络产生180.的 相移.因为C,C:为电容,则压子必须呈感. 也就保证了振子是工作在其固有械频率附近. 由门振荡器中电两电压交流分量够大, 所以要提升电压.BOOST
5RC自
5.1RC串,并联
RC串,联网络如图5a所示.为了讨论方便,
频率可变,而幅值保持恒定.
》,:,此时,选频网可近似地
Ctit~2
示RC高通路表示.随着?的下降,输出电压ll 将减小,输出电压超于输入电压',的相位角 『就愈.但
当频率足够高时,—《,—}《:,,则选频网0】u2 络可近似地用图5c所示的RC低通电路来表示这 是相位滞后的RC电路,频率愈高,输电压ll愈 ,输出电压y2滞后于输电压',的相位角愈大.
C2=
a)电流(b)低频等效路(c)高
,并联选频网
j一+一
综上分析.】以推出,在某一确定频率F,其输出 电压幅度町能有最大值;同时,相位角从超到 后
具体如下:
z-:R-1(8)
==
志(9)
(0
F云
1+
鲁+)+j()
(11)
要求和之间没有相移,则上虚部应等于
.
R?c一1.(12)
.丽1'
1'
52电路组成
图6所示的Rc振荡器电路理图有如下几
放大电路:要使振
荡器产生等
有放大电
了的.T,_r2实现信
号放大,
反馈网络:它的主
要作用是
号,并日.它输入信号图6Rc振荡电原理图 同相,满足振荡条件中的相位条件.如图6示,R, C:参与反馈,并且反信号与人信同相, 选
稳幅环节:根据放大器的非线特性,使振荡
6实验结果
根据上面原理,我们已成功地用LC自振荡, RC自振荡电实现了对于单相信号激发出工作
一
般它激式若没有自跟踪路的超声电机,随着 工作时间的延长,当温度升高时,电机动作会变慢. 这主要是因为共振频率点下降而信号源的频变 的故因此要求地调低信号源率以求最佳 工状态,这样路就会比较杂.对于自激式超
表1当度升高时,RC自振荡电路振荡频
频率_『(kHz)2602260()25.9925952588
表2当温度升高时.LC自振荡电路振荡
频率l,ckHz)26.0l2598259425902584
上两表表:当温度变化时,自振荡电路所发生 的信号频率具自动跟踪定子共振频率的特性,且
7待进一步
(1)要求电机的导纳扫频线在共振点和** 振点之间相位变较明显,即相位由+90.到一90.变 化,LC和RC自激振荡均实现.相位由+90.到 0.变化,能实现RC自激振荡.如果的导纳扫 频曲线共振点和**振点间相位突变显,不 能应自激振荡.压电陶瓷的Q
(2)LC自振荡路,由于外界的扰动,振荡平衡 条件容易受到破坏,不容起振或频率极不稳定. (3)RC自振荡电路,元器的选择是关,否则 振频率会现在除工频域外的任何
8结束语
总之,自振荡电路原理单,结构紧
少,能减超声电机的电路体积,且能实现信号的 生,功率的放大,频的
它目前只适用于单相(相)信号驱
机,不适用于需两
参考文献:
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[2]陈永校,郭吉丰超声渡电动机[M]杭州:浙江大学出版
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[5]陈大.电子技术基础[M]北京:高等教育出版杜,1991.5 [6:龚之春.脉冲与数字技术导论[M]北:高教育出版
作者简:袁小红(1972一,女.碟士研生,从事超声电机驱
用于超声电机驱动
阈值电压自浮动的555多谐振荡电路探讨
阈值电压自浮动555多
阈值电压自浮动的555多谐振荡
电路探讨
TheStudyforThresholdVoltageSelfDriftof555Multivibrator
河北科技大学信,科学与
由555集成定时器成的多谐振
本文探讨增大其振荡
颇具特色的555多振荡电路.该
引入反馈使555阈
同,甚至不需增加任元件时,就可
倍以上;而在振荡周
小1/3.电路简
电路组成
由555定时器构的阂值电压
的基本电路如图1所.R和c构成
间常数电路.555的7引脚
放电端(DIS端)
辅助输出端,把
电压控制端(V
即构成了反馈和
浮动电路.
阈值电压自浮动
多谐振荡器等效
所示.
当555的3引
本文2o0年9
t
出端)输出电压为电平V时,
效输出电阻rn(上输管T,导通的
c充电,c上电压v逐上升,同时7
内部的放电三极管截,5引脚的基
部三个5KQ电阻分
低阈值电压VTR则
故当v被充电到大于2V?3时,
输出端3引脚电跳变ffc~v.,
电端)内部的放电三管T导通.一
压v经R和输出端3脚内部导通的
电,c上电压v逐渐
????????警翳.
2003.2?誊
二
……{:______二5V1Ki01pF016mS024mS02mS09mS
5V3K,0.1btF0.42mS0.64mS06mS255mS
—
5
—
V
.一一
10
…
ms16.8…
mS
5V1K,1.
uF105mS1.6mS
…
5V
…_.
3二4mS
一
50
一
5V10K,1uFl2mS17.6mS
5V10
—
0K?1pF
jlv
l3mS82mS
1.6mS10mS
5.0mS28mS
16mS84mS
一一
O.9S
压)基准电压V即被
Nf~Nq-IN值
当C上电压V.
555的功能知,3引输出端的电压v
同时,7引脚(DIS放
当放电管T饱和导通
右,7引脚近似
当RF0时,VcEs
当R为其它情况时,V可以忽略,设]r6管导通压
降为0V,贝0:
VTH=Vcc(10K//RF)/(5K+10K//RF)=Vcd(SKmF+l-5)
VTR=VTu/2=Vcc/(10K/RF+3)
据此可推得:当R=lKQ
RF=10K~~时VTH=Vfj2,VTR=Vfd4;
RF=100KK~Ilr]”VTH=Vcf/155—2Vr/3,VTR=V(3.1一
V3
阈值电压V和反馈阻R的关系
可见,R可在0到几十KQ范围内选择.
电路的振荡周期和输高电平时间
电公式和阈值电压算出.【=二jl殂
一
,
一’一一.丫一
表正极性进择AcLK:3.;,,设
I’
P3INP2INP’INPOPOT?EINPUTADC0N0=0x30://冼柽片蔟摊由
………,一’
00O1AtN1ADMux_0x1;//选择第一通道正极性
0010AtN2
001{AtN3while(1)
010OAIN4
0101AtN5(0110AtN6
0111AIN7disbuffer[7】=(ADRESH>>4)&0XF;,100OAINC()?
1{1’TefT~3eratLJre~nsor(RequiresADMUX:FF}lj,,阳’口r不丝—L—卅=
表5负极性选择
INN3INN2IMN’州?阳NEGATIVEINPUT
0O00AINO
OO01AIN1fdefa”m
O010AIN2
O011AIN3
010OAIN4
01O1AIN5
011OAI?
0111AlN7
100OAtNCoM
11’1Temper8tureSenso~{RequiresADMUX:FFt.)
disbuffer[6]=ADRESH&0XF;
disbuffer[5】=(ADRESM>>4)&0XF;
disbuffer[4]=ADRESM&0XF;
disbuffer[3】=(ADRESL>>4)&0XF;
disbuffer[2]=ADRESL&0XF;
disp0;
)
DR(共ll位)决定:)
采样率=(ACLK+1)/(64DR)
转换结果将使用3个
节),ADREsM(中字节),ADREsL(低
,可以发现TI
采样,J1*电Y1?_
PDCON&=OxOf7://打开转换器
ll根据上述原理,可以用555集成定时器设计构
成各种不同形式的阈电压自浮动的
图7).
结语
反馈使555定时器阈值电压自
间的一个新的思路.电容反馈时,
量(在一定范围内)的
参考文献:
1.闫石主编,’数
等教育出版社,2000.
2003.2?童-3煮品._|摹WWW.eepw.com.cn?耵
高频振荡电路
实测
F=6.5MHz Vb Ve Vce Vi Vo Io
Vi=120 RL=50Ω 0 0.37 9.33 0.81 2.33
mV RL=75Ω 0 0.37 8.94 0.80 2.80 VCC= RL=120Ω 0 0.36 10.4 0.81 3.10 8V Vi=84 RL=50Ω 0 0.40 8.95 0.81 2.36
mV RL=75Ω 0 0.46 8.85 0.81 2.92
RL=120Ω 0 0.51 8.80 0.81 3.65
Vi=120 RL=50Ω 0 0.21 7.18 0.81 1.38
mV RL=75Ω 0 0.20 7.10 0.81 1.63
VCC= RL=120Ω 0 0.22 6.98 0.81 1.92 10V Vi=84 RL=50Ω 0 0.23 7.10 0.81 1.41
mV RL=75Ω 0 0.24 7.02 0.80 1.72
RL=120Ω 0 0.26 6.99 0.81 2.07
Vi=120 RL=50Ω 0 0.29 8.71 0.80 1.86
mV RL=75Ω 0 0.32 8.63 0.81 2.26 VCC= RL=120Ω 0 0.34 8.57 0.81 2.73 12V Vi=84 RL=50Ω 0 0.31 8.46 0.80 1.89
mV RL=75Ω 0 0.34 8.40 0.81 2.30
RL=120Ω 0 0.36 8.38 0.81 2.83
LC振荡电路设计
实 践 报 告
课程名称:数字电
实践名称:LC
姓 名:
专 业:计算机
班 级:
学 号:
计算机科学与技术学 2016
实践项目名称 :LC 振荡电路设计
一、 实践 目的
1. 了解并掌握 LC 震荡电
2熟悉金属探测器的电
3. 明确 LC 震荡路的两种不同震
二、 实践 内容
设计金属探测器电路,实现由频振荡器、振检测器和功率放大器等组成金属探功能。 三、
金属探测器是一种专门用来探测属的仪器,可以作为半导体接近开关,具反映速
它在行程控制、定位制、自计数以及金属探测
在这个电路中三极管 VT1与外围的电感器和容器构成了个电容三点式振荡器。它的交流等 电路(不考虑 RP 和 R2的作用如图所示,当图中三极管基极有一信号时,由于三极管的反作 用使的集电信号为负。两个电容器两端的信号极性如图,通过电容器的反馈,三极极 上的信号与原来同相,于这是正反馈,所以电路可以产生振, RP 和 R1的存,了电路中 的正反馈
电路工作原理
金属探测器的振荡频率约为 40KHz ,主要由电 L 、电容 C1、 C2决定。调节电位器 RP 减小 反馈信号, 使电路在刚刚起振的状态。 电阻器 R2是三极管 VT1基极偏置电阻。 微弱的振信号 通过容器 C4、电阻器送到由三极管 VT2、电阻器 R4、 R5及电容器 C5等组成的电放器进行放 大。然后由二极管 VD1和 VD2进行整流,电容器 C6行滤波。整流滤波后的直流压三管 VT3导通,它的
在金属探测器的电感探头 L 接近金属物体,振荡电路停振,没信号通过电容器 C4,三极管 VT3的极得不到正
四、 实践
实践仿真电路图
运行波形图
文氏桥振荡电路
文氏桥振荡电路的
电子工程学院
一、实验目的
1. 掌握文氏桥振荡路的设原理 2. 掌握
二、实验预习与思考
1. 复习应用集运放实现文
2. 设计文氏桥振荡电路,实现正弦号的产生,并设计验报告,记录实验数据。 3. 文桥振荡电
三、实验原理
如图 1所示, RC 文氏桥振荡电路其 RC 串,并联电路构成真反馈支路,并选频作 用, R 1、 R 2、 R W 及二极管等原件构成反馈和稳幅环节。调 R W 可改负反馈深度,以满 足振荡的振幅条件与变波形。利用两个反向的联二极管 D 1、 D 2要求特性匹配,以确保 输出波正,负半周期对称。 R 3接入是为了消弱二
电路的振荡频
2f RC
π=
图 1 文氏
起振的幅值条件:1
13f f R A R =+
≥
调整 R W ,使得电路振,且失真小。改变选频网络的参数 C 或 R ,即可
四、实验内容
1. 文氏桥振
根据元件, 应集成运放计并搭实现文氏桥振荡电路, 调节路中参数使得电路输 出从无到,从正弦波失真。 量地绘出正弦波的波形,录起振时的电路数,分析负 反馈
1. 当 Rw =550Ω时电
2. 当增加 Rw 的值时, 振幅逐增加; 且当 Rw =750Ω时, 输出波开始出失真,
2.188ms
3. 当继续增加 Rw 的值时,失真
此时 Rw =10kΩ
此时 R w=17kΩ
2. 研究 RC 参数
改变 R 、 C 参数的大,用示波器测起振的正弦输出,分析 R 、 C 参数对振
将 R 减小至 1kΩ,得到波形如下
R 减小时,起振时减小,
将 R 增大到 2kΩ得到波形如图
R 增大时,起振时间增大,周期大变为约 2.530ms ,频率减小。 将 C 增
C 增大时,起振时间增大,周期增至约 3.805ms ,频率减小。 理, C 减小时,起振时间减小,周
3. 稳幅作
断开稳幅电路中的 D 1、 D 2,调解电路数,使得输出为最大不失真状态,分析 D 1、 D 2在
去掉 D 1、 D 2以后,波形图
在 T 2时开始不失真,此时 R W 阻值为 500Ω,由此可得二极管在电中起到大输出范 围,稳
五、实验结论分析
1. R 、 C 乘积大,电路增益越
2. 两个二极管的作 :稳定输出
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