簡(jiǎn)介:第一節(jié)概述,電器對(duì)電能的生產(chǎn)、輸送、分配與應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測(cè)和保護(hù)作用,在電力輸配電系統(tǒng)和電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,可編程序控制器(PLC)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器、接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,其輸入、輸出與低壓電器密切相關(guān)。,電器元件本身朝著新的領(lǐng)域擴(kuò)展,電器元件性能提高新型電器元件產(chǎn)生機(jī)、電、儀一體化電器元件實(shí)現(xiàn)電器元件應(yīng)用范圍擴(kuò)展,有些電器元件有其特殊性,以繼電器、接觸器為基礎(chǔ)的電氣控制技術(shù)具有相當(dāng)重要的地位,掌握繼電接觸器控制技術(shù)也是學(xué)習(xí)和掌握PLC應(yīng)用技術(shù)必需的基礎(chǔ),PLC定義可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)裝置,專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程??删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體和易于擴(kuò)充其功能的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。,第二節(jié)常用低壓電器一、電器元件的分類,按工作電壓等級(jí)分類?高壓電器AC1200V、DC1500V及以上電路中的電器。?低壓電器AC1200V、DC1500V以下電路中的電器。按動(dòng)作原理分類?手動(dòng)電器通過(guò)人的操作發(fā)出動(dòng)作指令的電器。?自動(dòng)電器產(chǎn)生電磁吸力而自動(dòng)完成動(dòng)作指令的電器。按用途分類?控制電器用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。?配電電器用于電能的輸送和分配的電器。?主令電器用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)送動(dòng)作指令的電器。?保護(hù)電器用于保護(hù)電路及用電設(shè)備的電器。?執(zhí)行電器用于完成某種動(dòng)作或傳送功能的電器。,1、開(kāi)關(guān),用來(lái)接通或斷開(kāi)電路的電器叫開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)有刀開(kāi)關(guān),按鈕、行程開(kāi)關(guān)和組合開(kāi)關(guān)等。,A)刀開(kāi)關(guān)B)組合開(kāi)關(guān),,D按鈕剖面圖,按鈕常用于接通和斷開(kāi)控制電路。,按鈕的外形圖和結(jié)構(gòu)如圖所示。,按鈕開(kāi)關(guān)的外形和符號(hào),C按鈕開(kāi)關(guān)外形,行程開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)工作機(jī)械的位置,發(fā)出命令以控制其運(yùn)動(dòng)方向或行程長(zhǎng)短的控制電器。機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)移動(dòng)物體碰撞行程開(kāi)關(guān)的操動(dòng)頭,使行程開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)接通和常閉觸點(diǎn)分?jǐn)唷?2、交流接觸器,電力拖動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用量大,涉及面廣的一種低壓自動(dòng)控制電器,用來(lái)頻繁地接通和分?jǐn)嘟?、直流主回路和大容量控制電路?1主觸點(diǎn)2常閉輔助觸點(diǎn)3常開(kāi)輔助觸點(diǎn)4動(dòng)鐵心5線圈6靜鐵心7滅弧罩8彈簧,電磁接觸器結(jié)構(gòu)示意圖,,電磁機(jī)構(gòu)將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,產(chǎn)生電磁吸力帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作,觸點(diǎn)接觸器的執(zhí)行元件,用來(lái)接通或斷開(kāi)被控制電路。,滅弧裝置熄滅觸點(diǎn)分?jǐn)嚯娏魉查g觸點(diǎn)之間氣隙中產(chǎn)生的電弧。,其它包括釋放彈簧機(jī)構(gòu)、支架與底座等。,,動(dòng)鐵心(銜鐵)靜鐵心電磁線圈,,按所控制電路?主觸點(diǎn)?輔助觸點(diǎn)按原始狀態(tài)?常開(kāi)觸點(diǎn)?常閉觸點(diǎn),,滅弧罩滅弧柵磁吹滅弧裝置,接觸器根據(jù)電磁原理工作當(dāng)電磁線圈通電后,線圈電流產(chǎn)生磁場(chǎng),使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵,并帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作,使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí),電磁力消失,銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放,使觸點(diǎn)復(fù)原,即常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi),常閉觸點(diǎn)閉合。,電磁接觸器工作原理,接觸器分類交流接觸器線圈通以交流電,主觸點(diǎn)接通、切斷交流主電路。直流接觸器線圈通以直流電,主觸點(diǎn)接通、切斷直流主電路。接觸器的觸點(diǎn)分類接觸器的觸點(diǎn)有主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)之分。主觸點(diǎn)能通過(guò)較大電流,接在電動(dòng)機(jī)的主電路中,較大容量的主觸點(diǎn)通常都有滅弧裝置。輔助觸點(diǎn)只能通過(guò)較小的電流,只接在控制電路中。一般主觸點(diǎn)都是常開(kāi)的,有三對(duì)或四對(duì),輔助觸點(diǎn)有常開(kāi)的也有常閉的,它的數(shù)目多少不等。在選用接觸器時(shí),應(yīng)注意線圈的額定電壓、觸點(diǎn)的額定電流以及觸點(diǎn)的數(shù)量。,3、繼電器,用于控制與保護(hù)電路中作信號(hào)轉(zhuǎn)換用的電器。具有輸入電路(感應(yīng)元件)和輸出電路(執(zhí)行元件),當(dāng)感應(yīng)元件中的輸入量(如電流、電壓、溫度、壓力等)變化到某一定值時(shí)繼電器動(dòng)作,執(zhí)行元件便接通和斷開(kāi)控制回路。繼電器用于控制電路,流過(guò)觸點(diǎn)的電流小,一般不需要滅弧裝置。,常用繼電器電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器以及溫度、壓力、計(jì)數(shù)、頻率繼電器等。,,,中間繼電器本質(zhì)上是一種電壓繼電器,工作原理與接觸器相同。觸點(diǎn)系統(tǒng)中沒(méi)有主、輔觸點(diǎn)之分,觸點(diǎn)容量相同。小容量的接觸器電動(dòng)機(jī)額定電流不超過(guò)5A的電氣控制系統(tǒng),可代替接觸器來(lái)控制。中間繼電器的作用當(dāng)電壓或電流繼電器觸點(diǎn)容量不夠時(shí),可借助中間繼電器來(lái)控制,用中間繼電器作為執(zhí)行元件,這時(shí)中間繼電器被當(dāng)作一級(jí)放大器用。觸點(diǎn)數(shù)量較多,能夠?qū)⒁粋€(gè)輸入信號(hào)變成多個(gè)輸出信號(hào)。當(dāng)其他繼電器或接觸器觸點(diǎn)數(shù)量不夠時(shí),可利用中間繼電器來(lái)切換多條控制電路。,圖73中間繼電器示意圖,時(shí)間繼電器繼電器感應(yīng)元件接受外界信號(hào)后,經(jīng)過(guò)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間才使執(zhí)行部分動(dòng)作的繼電器。類型通電延時(shí)、斷電延時(shí)、帶瞬動(dòng)觸點(diǎn)通電(斷電)延時(shí)觸點(diǎn)常開(kāi)延時(shí)閉合、常閉延時(shí)斷開(kāi)、常開(kāi)延時(shí)斷開(kāi)、常閉延時(shí)閉合分類空氣阻尼式電動(dòng)式電子式,熱繼電器專門(mén)用來(lái)對(duì)連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載及斷相保護(hù),防止電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而燒毀的保護(hù)電器。,熱繼電器結(jié)構(gòu)圖,,組成及工作原理由雙金屬片、加熱元件、動(dòng)作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、整定調(diào)整裝置及手動(dòng)復(fù)位裝置等組成。雙金屬片為溫度檢測(cè)元件,由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片壓焊而成,它被加熱元件加熱后,因兩層金屬片伸長(zhǎng)率不同而彎曲。加熱元件串接在電動(dòng)機(jī)定子繞組中,電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí),熱元件產(chǎn)生的熱量不會(huì)使觸點(diǎn)系統(tǒng)動(dòng)作;當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載,流過(guò)熱元件的電流加大,經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間,熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片的彎曲程度超過(guò)一定值,通過(guò)導(dǎo)板推動(dòng)熱繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作(常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,常閉觸點(diǎn)斷開(kāi))。通常用其常閉觸點(diǎn)與接觸器線圈電路串聯(lián),切斷接觸器線圈電流,使電動(dòng)機(jī)主電路失電。故障排除后,手動(dòng)復(fù)位熱繼電器觸點(diǎn)可以重新接通控制電路。,6、熔斷器,用于供電線路和電氣設(shè)備的短路保護(hù)的保護(hù)電器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉。熔體熔斷器的核心,通常用低熔點(diǎn)的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成,新型的熔體通常設(shè)計(jì)成滅弧柵狀和具有變截面片狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過(guò)熔斷器的電流超過(guò)一定數(shù)值并經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后,電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔化而切斷電路,從而保護(hù)了電路和設(shè)備。外殼安裝熔體。,熔斷器的保護(hù)特性(安-秒)曲線,流過(guò)熔體的電流越大,熔斷所需的時(shí)間越短。熔體的額定電流IFN是熔體長(zhǎng)期工作而不致熔斷的電流。,結(jié)構(gòu)形式插入式螺旋式有填料密封管式無(wú)填料密封管式,,第三節(jié)異步電動(dòng)機(jī)繼電接觸器控制電路,A開(kāi)關(guān)直接控制熔斷器FU短路保護(hù)開(kāi)關(guān)Q閘刀開(kāi)關(guān)、鐵殼開(kāi)關(guān)等。Q選電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器,可實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù),可不用熔斷器FU。適用于不頻繁起動(dòng)的小容量電動(dòng)機(jī),不能遠(yuǎn)距離、自動(dòng)控制。,1、直接起動(dòng)控制電路,一、起動(dòng)、停止控制電路,B按鈕、接觸器控制熔斷器FU短路保護(hù)開(kāi)關(guān)Q分?jǐn)嚯娫矗ㄍ希?。熱繼電器FR過(guò)載保護(hù)合Q,按下SB2,KM線圈得電,主觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)機(jī)通電起動(dòng);自鎖觸點(diǎn)KM閉合,松開(kāi)SB2,KM線圈繼續(xù)得電,保證電動(dòng)機(jī)工作。按SB1,KM線圈斷電,主觸點(diǎn)斷開(kāi),電動(dòng)機(jī)停止,輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)解除自鎖。失壓、欠壓保護(hù)意外斷電或電源電壓跌落太大時(shí),接觸器釋放,自鎖解除。電源電壓恢復(fù)正常后,電動(dòng)機(jī)不會(huì)自動(dòng)投入工作。,,2、降壓起動(dòng)控制電路,星三角變換減壓起動(dòng)全壓工作時(shí)為三角形接法的電動(dòng)機(jī),起動(dòng)時(shí)將其定子繞組接成星形,降低電動(dòng)機(jī)的繞組相電壓,進(jìn)而限制起動(dòng)電流。當(dāng)反映起動(dòng)過(guò)程結(jié)束的定時(shí)器發(fā)出指令時(shí)再將電動(dòng)機(jī)的定子繞組改接成三角形接法實(shí)現(xiàn)全壓工作。定子串電阻或電抗器減壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)在三相定子電路中串接電阻可降低繞組電壓,以限制起動(dòng)電流;起動(dòng)后再將電阻短路,電動(dòng)機(jī)即可在全壓下運(yùn)行。這種起動(dòng)方式由于不受電動(dòng)機(jī)接線方式的限制,設(shè)備簡(jiǎn)單,因而得到廣泛應(yīng)用。在機(jī)械設(shè)備做點(diǎn)動(dòng)調(diào)整時(shí)也常采用這種限流方法以減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊。自耦變壓器減壓起動(dòng)延邊三角形減壓起動(dòng),星三角變換減壓起動(dòng)控制電路KM1、KM2、KM3、KT,主電路AKM2與KM3的主觸點(diǎn)同時(shí)閉合,會(huì)造成電源短路,控制電路必須能夠避免這種情況發(fā)生。控制電路B時(shí)間繼電器KT的延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)和延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)似乎不會(huì)使KM3和KM2的線圈同時(shí)得電,但是,接觸器的吸合時(shí)間和釋放時(shí)間的離散性使得電路的工作狀態(tài)存在不確定性。,控制電路B不確定性存在電磁時(shí)間常數(shù)和機(jī)械時(shí)間常數(shù),繼電器和接觸器從線圈得電或失電到觸點(diǎn)完成動(dòng)作需要時(shí)間,即吸合時(shí)間和釋放時(shí)間(繼電器十幾到幾十MS,接觸器幾十到數(shù)百M(fèi)S)。假設(shè)KM2吸合時(shí)間是15MS,KM3釋放時(shí)間是25MS,時(shí)間繼電器KT的延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)和延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)同時(shí)動(dòng)作,星三角變換時(shí),KM3和KM2的主觸點(diǎn)有約10MS的時(shí)間同時(shí)接通。,控制電路C改進(jìn)控制電路B,避免短路,節(jié)約電能將KM3的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)串聯(lián)在KM2的線圈控制電路中,只有當(dāng)KM3的銜鐵及觸點(diǎn)釋放完畢(動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)接通)后才允許KM2得電。將KM2的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)串聯(lián)在KM3的線圈控制電路中,只有當(dāng)KM2的銜鐵及觸點(diǎn)釋放完畢(動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)接通)后才允許KM3得電,保證電路工作可靠。起動(dòng)完成后時(shí)間繼電器KT已無(wú)得電的必要,將KM2的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)串聯(lián)在KT的線圈控制電路中,KT斷電,節(jié)約能源。,二、正、反轉(zhuǎn)控制電路1、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路,定子三相繞組電源任意兩相對(duì)調(diào),改變定子電源相序,可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。,A控制電路1B控制電路2C控制電路3三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路,主電路KM1和KM2分別閉合,定子繞組兩相電源對(duì)調(diào),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不同。,控制電路A相互獨(dú)立的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)起動(dòng)控制電路;按下SB2,正轉(zhuǎn)接觸器KM1得電工作;按下SB3,反轉(zhuǎn)接觸器KM2得電工作;按下SB2、SB3,KM1與KM2同時(shí)工作,兩相電源短路,,控制電路B接觸器的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)相互串聯(lián)在對(duì)方的控制回路;一方工作時(shí)切斷另一方的控制回路,使另一方的起動(dòng)按鈕失去作用;正、反轉(zhuǎn)接觸器互鎖,避免了同時(shí)接通造成主電路短路。正、反轉(zhuǎn)切換的過(guò)程中間要經(jīng)過(guò)“?!?,操作不方便。,控制電路C復(fù)合按鈕SB2、SB3直接實(shí)現(xiàn)由正轉(zhuǎn)變成反轉(zhuǎn);復(fù)合按鈕聯(lián)鎖。接觸器輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)互鎖必不可少負(fù)載短路或大電流的長(zhǎng)期作用接觸器的主觸點(diǎn)被強(qiáng)烈的電弧“燒焊”在一起,或者接觸器的動(dòng)作機(jī)構(gòu)失靈,使銜鐵卡住總是處在吸合狀態(tài),這都可能使主觸點(diǎn)不能斷開(kāi),這時(shí)如果另一接觸器線圈通電動(dòng)作,主觸點(diǎn)正常閉合就會(huì)造成電源短路事故。主觸點(diǎn)與輔助觸點(diǎn)在機(jī)械上動(dòng)作一致,互鎖動(dòng)斷觸點(diǎn)將另一接觸器線圈電路切斷,避免短路。,2、正反轉(zhuǎn)自動(dòng)循環(huán)控制電路,行程開(kāi)關(guān)(ST1、ST3)(ST2、ST4)自動(dòng)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn),正反轉(zhuǎn)自動(dòng)循環(huán)控制電路工作過(guò)程,按下正向起動(dòng)按鈕SB2,接觸器KM1得電動(dòng)作并自鎖,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)使工作臺(tái)前進(jìn)。運(yùn)行到ST2位置,撞塊壓下ST2,ST2動(dòng)斷觸點(diǎn)使KM1斷電,ST2的動(dòng)合觸點(diǎn)使KM2得電動(dòng)作并自鎖,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)使工作臺(tái)后退。工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到右端點(diǎn)撞塊壓下ST1時(shí),KM2斷電,KM1又得電動(dòng)作,電動(dòng)機(jī)又正轉(zhuǎn)使工作臺(tái)前進(jìn),這樣一直循環(huán)。SB1為停止按鈕。SB2與SB3為不同方向的復(fù)合起動(dòng)按鈕,改變工作臺(tái)方向時(shí),不按停止按鈕可直接操作。限位開(kāi)關(guān)ST3、ST4限位保護(hù)作用ST3與ST4安裝在極限位置,由于某種故障,工作臺(tái)到達(dá)ST1(或ST2)位置,未能切斷KM1(或KM2),工作臺(tái)將繼續(xù)移動(dòng)到極限位置,壓下ST3(或ST4),此時(shí)最終把控制回路斷開(kāi),使電動(dòng)機(jī)停止,避免工作臺(tái)由于越出允許位置所導(dǎo)致的事故。,行程控制用行程開(kāi)關(guān)按照機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置或位置的變化所進(jìn)行的控制,稱作按行程原則的自動(dòng)控制。,,三、電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制電路,電動(dòng)機(jī)制動(dòng),迅速停車(chē)或準(zhǔn)確定位。機(jī)械制動(dòng)機(jī)械抱閘、液壓或氣壓制動(dòng)電氣制動(dòng)反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)、電容制動(dòng)等,實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。,能耗制動(dòng)控制電路,主電路,A,B,能耗制動(dòng)控制電路三相籠型異步電動(dòng)機(jī)切斷三相電源的同時(shí),定子繞組接通直流電源,轉(zhuǎn)子原來(lái)儲(chǔ)存的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上,轉(zhuǎn)速為零時(shí)再將其切除。主電路變壓器TC和整流器VR提供制動(dòng)直流電源,KM2為制動(dòng)接觸器。控制電路A手動(dòng)控制停車(chē)時(shí)按下SB1按鈕,制動(dòng)結(jié)束時(shí)放開(kāi)。電路簡(jiǎn)單,操作不便。控制電路B根據(jù)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載制動(dòng)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)短設(shè)定時(shí)間繼電器KT的定時(shí)值,實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過(guò)程的自動(dòng)控制。能耗制動(dòng)控制電路特點(diǎn)制動(dòng)作用強(qiáng)弱與通入直流電流的大小和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān),在同樣的轉(zhuǎn)速下電流越大制動(dòng)作用越強(qiáng),電流一定時(shí)轉(zhuǎn)速越高制動(dòng)力矩越大。一般取直流電流為電動(dòng)機(jī)空載電流的3~4倍,過(guò)大會(huì)使定子過(guò)熱。可調(diào)節(jié)整流器輸出端的可變電阻RP,得到合適的制動(dòng)電流。,反接制動(dòng)控制電路停車(chē)時(shí),首先切換電動(dòng)機(jī)定子繞組三相電源相序,產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩,因而起制動(dòng)作用。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降接近零時(shí),及時(shí)斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的反接電源。,反接制動(dòng)控制電路,主電路,A,B,控制電路A電動(dòng)機(jī)運(yùn)行后速度繼電器BV的動(dòng)合觸點(diǎn)已閉合,為制動(dòng)做好準(zhǔn)備,串聯(lián)KM1的動(dòng)斷觸點(diǎn)限制BV對(duì)系統(tǒng)的干擾。存在問(wèn)題停車(chē)期間,用手轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床主軸調(diào)整工件,速度繼電器的轉(zhuǎn)子隨著轉(zhuǎn)動(dòng),一旦達(dá)到速度繼電器動(dòng)作值,接觸器KM2得電,電動(dòng)機(jī)接通電源發(fā)生制動(dòng)作用,不利于調(diào)整??刂齐娐稡復(fù)合停止按鈕SB1動(dòng)合觸點(diǎn)上并聯(lián)KM2的自鎖觸點(diǎn)。用手轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸時(shí),不按停止按鈕SB1,KM2就不會(huì)得電,電動(dòng)機(jī)也就不會(huì)反接于電源。反接制動(dòng)電流約為起動(dòng)電流的兩倍,主電路制動(dòng)回路中串入限流電阻R,防止制動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱。電動(dòng)機(jī)容量較小且制動(dòng)不是很頻繁的正反轉(zhuǎn)控制電路中,為簡(jiǎn)化電路,可以不加限流電阻。,能耗制動(dòng)制動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、能量消耗小。制動(dòng)力較弱,需要直流電源。反接制動(dòng)制動(dòng)顯著,有沖擊,能量消耗較大。,第四節(jié)PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理,PLC的主要功能有開(kāi)關(guān)邏輯控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制、數(shù)據(jù)處理(包括數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等操作)、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、通信聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控、數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換等。,PLC的類型繁多,功能和指令系統(tǒng)也不盡相同,但其結(jié)構(gòu)和工作原理則大同小異,一般由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源、編程器、擴(kuò)展接口和外圍設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分構(gòu)成,如圖所示。如果把PLC看作一個(gè)系統(tǒng),外圍的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)或模擬信號(hào)均為輸入變量,它們經(jīng)輸入接口寄存到PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中,而后經(jīng)邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理以輸出變量的形式送到輸出接口,從而控制輸出設(shè)備。,,PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,1主機(jī),主機(jī)部分包括中央處理器(CPU)、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定,用戶不能更改。,用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。,內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器,另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,2輸入/輸出I/O接口,輸入接口用于接收輸入設(shè)備(如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、傳感器等)的控制信號(hào)。,輸出接口用于將經(jīng)主機(jī)處理過(guò)的結(jié)果通過(guò)輸出電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、指示燈等)。,3電源,電源指為CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。,4編程器,編程器是PLC很重要的外部設(shè)備,它主要由鍵盤(pán)、顯示器組成。利用編程器可檢查、修改、調(diào)試用戶程序和在線監(jiān)視PLC工作狀況?,F(xiàn)在許多PLC采用和計(jì)算機(jī)聯(lián)接,并利用專用的工具軟件進(jìn)行編程或監(jiān)控。,6外部設(shè)備接口,I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)擴(kuò)展單元與基本單元(即主機(jī))聯(lián)接在一起。,5輸入輸出擴(kuò)展接口,此接口可將編程器、打印機(jī)、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相連。,2、PLC的工作原理,PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式,這個(gè)過(guò)程可分為輸入采樣,程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段,整個(gè)過(guò)程掃描并執(zhí)行一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。,輸入采樣,程序執(zhí)行,輸出刷新,1輸入采樣階段,PLC在輸入采樣階段,以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù),并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器,即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間,即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化,輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變,只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。,2程序執(zhí)行階段,PLC在執(zhí)行階段,按先左后右,先上后下的步序,執(zhí)行程序指令。其過(guò)程如下從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài),并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算,運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)寄存器中。,3輸出刷新階段,在所有指令執(zhí)行完畢后,將各物理繼電器對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài),在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器,去控制各物理繼電器的通/斷,這才是PLC的實(shí)際輸出。,由PLC的工作過(guò)程可見(jiàn),在PLC的程序執(zhí)行階段,即使輸入發(fā)生了變化,輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)立即改變,要等到下一個(gè)周期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號(hào),等到一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束,CPU集中將這些輸出信號(hào)全部輸出給輸出鎖存器,這才成為實(shí)際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個(gè)掃描周期,換言之,輸入、輸出的狀態(tài)保持一個(gè)掃描周期。,三、可編程控制器的主要技術(shù)性能,2用戶程序存儲(chǔ)容量,用來(lái)衡量PLC所能存儲(chǔ)用戶程序的多少。,3掃描速度,指掃描1000步用戶程序所需的時(shí)間,以MS/千步為單位。,4指令系統(tǒng)條數(shù),指PLC具有的基本指令和高級(jí)指令的種類和數(shù)量。種類數(shù)量越多,軟件功能越強(qiáng)。,5編程元件的種類和數(shù)量,編程元件指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及指針等。其種類和數(shù)量是衡量PLC的一個(gè)指標(biāo)。,FX2N48MR編程元件的編號(hào)范圍與功能說(shuō)明,四、PLC的主要特點(diǎn),1可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器,使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少,并且在硬件的設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中采取了一系列隔離和抗干擾措施,使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,具有很高的可靠性。,2編程簡(jiǎn)單,使用方便。PLC采用軟件編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求。編程時(shí)使用的各種編程元件,都可以提供無(wú)數(shù)個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。使編程方便、組合靈活。同時(shí)使整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)單,只須在外部端子上接上相應(yīng)的輸入輸出信號(hào)線即可。,3體積小,質(zhì)量輕,功耗低,第五節(jié)PLC的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ),PLC的程序有系統(tǒng)程序和用戶程序兩種。系統(tǒng)程序類似微機(jī)的操作系統(tǒng),用戶不能更改。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求,利用PLC廠家提供的程序編制語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序。因此,程序設(shè)計(jì)就是編制用戶程序。,一、PLC的編程語(yǔ)言,PLC的操作是依其程序操作進(jìn)行的,而程序是用程序語(yǔ)言表達(dá)的,并且表達(dá)的方式多種多樣,不同的生產(chǎn)廠家,不同的機(jī)種,采用的表達(dá)方式不同,但基本上可歸納為,1梯形圖,是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種圖形語(yǔ)言。它繼承了繼電器接點(diǎn)、線圈、串聯(lián)、并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和類似的圖形符號(hào),具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn),不需學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí),電氣技術(shù)人員使用最方便。梯形圖中通常用、圖形符號(hào)分別表示PLC編程元件的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)或稱接點(diǎn);用表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號(hào)及標(biāo)注的字母或數(shù)字加以區(qū)別。,,,,例用PLC組成電機(jī)起停控制電路,下圖是用PLC控制的籠型電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)其繼電接觸器控制電路見(jiàn)右圖的梯形圖。圖中X001和X002分別表示PLC輸入繼電器的常閉和常開(kāi)觸點(diǎn),它們分別與右圖中的停止按鈕SB1和起動(dòng)按鈕SB2相對(duì)應(yīng)。Y001表示輸出繼電器的線圈和常開(kāi)觸點(diǎn)它與圖中的接觸器KM相對(duì)應(yīng)。,常閉接點(diǎn),將控制電路轉(zhuǎn)化為梯形圖,編制控制程序,Y001,,X002,,,,X001,如按SB0,則X002存儲(chǔ)單元為“1”則其常開(kāi)接點(diǎn)閉合,線圈通電,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。,注意這些接點(diǎn)或線圈并不是真實(shí)的物理繼電器接點(diǎn)或線圈,而是在軟件編程中使用的編程元件,每個(gè)編程元件與存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng),該存儲(chǔ)單元為“1”則表示梯形圖中常開(kāi)閉合,常閉斷開(kāi),線圈通電。,,Y001,如按SB1,則X001存儲(chǔ)單元為“1”則其常閉接點(diǎn)斷開(kāi),線圈斷電,電機(jī)停車(chē)。,,,輸出繼電器線圈,常開(kāi)接點(diǎn),2語(yǔ)句表語(yǔ)言,這種編程語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言類似,不同的廠家其語(yǔ)句表有所不同,這里以日本三菱可編程控制器為例,對(duì)上述電機(jī)起、??刂七M(jìn)行編程(即將梯形圖轉(zhuǎn)換成語(yǔ)句表語(yǔ)言)。,注意按梯形圖從左到右,從上到下的順序編程。,梯形圖和助記符語(yǔ)言是PLC中最常用的編程語(yǔ)言,學(xué)習(xí)中應(yīng)注意以下概念,1梯形圖中的繼電器并不一定是物理繼電器,而是PLC存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)單元。每個(gè)繼電器或輸入接點(diǎn)各為存儲(chǔ)器中的一位,相應(yīng)位為“1”態(tài),表示繼電器線圈通電或常開(kāi)觸頭閉合,或常閉觸頭斷開(kāi)。,3梯形圖中流過(guò)的電流不是物理電流,而是概念電流,是程序執(zhí)行的形象表示方式。,2梯形圖按從左到右、自上而下的顧序排列。每一邏輯行或稱梯級(jí)起始于左母線,然后是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)接,最后是線圈與右母線相聯(lián)。,4輸入繼電器用于接收外部輸入信號(hào)例如上圖中,按下起動(dòng)按鈕SB2時(shí),輸入繼電器接通,其常開(kāi)觸點(diǎn)X002就閉合,而不能由PLC內(nèi)部其他繼電器的觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn),而不出現(xiàn)其線圈。輸出繼電器輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備。當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線圈接通時(shí),就有信號(hào)輸出,但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備,而要通過(guò)輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。,5梯形圖中的繼電器接點(diǎn)在編寫(xiě)用戶程序時(shí)(即作為邏輯接點(diǎn))可根據(jù)需要在梯形圖中反復(fù)使用,沒(méi)有數(shù)量限制,既可用常開(kāi)也可用常閉。,6只有PLC中的物理繼電器才能驅(qū)動(dòng)實(shí)際負(fù)載,其它繼電器只能作為一種邏輯來(lái)使用,故稱為“軟繼電器”。,二、PLC的編程原則和方法,1編程原則,(1)PLC編程元件的觸點(diǎn)在編程過(guò)程中可以無(wú)限次使用,每個(gè)繼電器的線圈在梯形圖中只能出現(xiàn)一次,它的觸點(diǎn)可以使用無(wú)數(shù)次。,(2)梯形圖的每一邏輯行皆起始于左母線,終止于右母線。線圈總是處于最右邊,且不能直接與左邊母線相連。,,,(3)編制梯形圖時(shí),應(yīng)盡量做到“上重下輕、左重右輕”。,,不合理,合理,(4)兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈可以并聯(lián),但不可以串聯(lián)。,(5)在梯形圖中應(yīng)避免將觸點(diǎn)畫(huà)在垂直線上,這種橋式梯形圖無(wú)法用指令語(yǔ)句編程,應(yīng)改畫(huà)成能夠編程的形式。,,(6)應(yīng)避免同一繼電器線圈在程序中重復(fù)輸出,否則將引起誤操作。,,7外圍輸入設(shè)備常閉觸點(diǎn)的處理,為了使梯形圖和繼電接觸器控制電路一一對(duì)應(yīng),PLC輸入設(shè)備的觸點(diǎn)應(yīng)盡可能地接成常開(kāi)形式。此外,熱繼電器FR的觸點(diǎn)只能接成常閉的,通常不作為PLC的輸入信號(hào),而將其直接通斷接觸器線圈。,,,,A繼電接觸器控制電路,CPLC的外部接線圖2,2程序設(shè)計(jì)方法,1確定I/O點(diǎn)數(shù)及分配,今以圖78籠型電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路為例來(lái)介紹用PLC控制的編程方法。,停止按鈕SB1、正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB2、反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB3這三個(gè)外部按鈕須接在PLC的三個(gè)輸入端子上,可分別分配為X0,X1,X2來(lái)接收輸入信號(hào),正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM1和反轉(zhuǎn)接觸器線圈KM2須接在兩個(gè)輸出端子上,可分別分配為Y1和Y2。共需用5個(gè)I/O點(diǎn),如表所示。,外部接線如圖719所示。按下SB2,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn);按下SB3,則反轉(zhuǎn)。在正轉(zhuǎn)時(shí)如要求反轉(zhuǎn),必須先按下SB1。自鎖和互鎖觸點(diǎn)由內(nèi)部的“軟”觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn),不占用I/O點(diǎn)。,圖719電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的外部接線圖,2編制梯形圖和指令語(yǔ)句表本例的梯形圖和指令語(yǔ)句表如圖720所示。,,FX2N系列PLC編程元件的分類及編號(hào),代表功能的字母。如輸入繼電器用“X”表示、輸出繼電器用“Y”表示。數(shù)字,數(shù)字為該類器件的序號(hào)。FX2N系列PLC中輸入、輸出繼電器的序號(hào)為八進(jìn)制,其余為十進(jìn)制。,編程元件的基本特征,編程元件和繼電接觸器的元件類似、具有線圈和常開(kāi)常閉觸點(diǎn)。當(dāng)線圈披選中(通電)時(shí),常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),當(dāng)線圈失去選中件時(shí),常閉接通,常開(kāi)斷開(kāi)??删幊绦蚩刂破鞯木幊淘梢杂袩o(wú)數(shù)多個(gè)常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)。,編程元件的功能和作用,數(shù)值的處理,十進(jìn)制數(shù)K,1定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的設(shè)定值(K常數(shù))。2輔助繼電器(M)、定時(shí)器(T)、計(jì)數(shù)器(C)、狀態(tài)器等的編號(hào)(軟元件編號(hào))。3指定應(yīng)用指令操作數(shù)中的數(shù)值與指令動(dòng)作(K常數(shù))。,三、FX2N系列PLC的主要編程元件,輸入輸出繼電器(FX2N系列輸入、輸出繼電器總點(diǎn)數(shù)不能超過(guò)256點(diǎn)。),輸出端子是PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號(hào)的窗口,輸入端子是PLC從外部開(kāi)關(guān)接受信號(hào)的窗口
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簡(jiǎn)介:,,電工與電子技術(shù),,第2章基本放大電路第3章集成運(yùn)算放大器第5章數(shù)字電路第7章可控硅及其應(yīng)用PLC(可編程控制器)原理及應(yīng)用,目錄,,2基本放大電路,21交流放大電路的基本工作原理,22交流放大電路的分析方法,23靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,27放大電路中的負(fù)反饋,24阻容耦合多級(jí)放大電路,本章要求,1理解單管交流放大電路的放大作用和工作原理。掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的估算方法和放大電路的微變等效電路分析法。掌握電壓放大倍數(shù)及輸入、輸出電阻的計(jì)算方法。掌握阻容耦合多級(jí)放大電路的計(jì)算方法。5理解反饋的概念,了解負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響。,2基本放大電路,放大的實(shí)質(zhì)用小能量的信號(hào)通過(guò)三極管的電流控制作用,將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。,對(duì)放大電路的基本要求1要有足夠的放大倍數(shù)電壓、電流、功率。2盡可能小的波形失真。另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。,放大的概念放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。,21交流放大電路的基本工作原理,共發(fā)射極基本電路,211基本放大電路的組成,電路組成●晶體管T●基極電源EB與基極電阻RB●集電極電源EC●集電極電阻RC●耦合電容C1、C2,輸入端UI輸出端UO,放大電路各元件作用,晶體管T放大元件,IC?IB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使T工作在放大區(qū)。,共發(fā)射極基本電路,基極電源EB與基極電阻RB使發(fā)射結(jié)處于正偏,并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。,集電極電源EC為電路提供能量。同時(shí)保證集電結(jié)反偏。,耦合電容C1、C2隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系,同時(shí)使信號(hào)順利輸入、輸出。,,信號(hào)源,負(fù)載,共發(fā)射極基本電路,集電極電阻RC將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?單電源供電時(shí)常用的畫(huà)法,共發(fā)射極基本電路,,無(wú)輸入信號(hào)UI0時(shí),UO0UBEUBEUCEUCE,,212交流放大電路的工作特點(diǎn),1無(wú)輸入信號(hào)電壓時(shí),三極管各電極都是恒定的電壓和電流IB、UBE和IC、UCE。,結(jié)論,IB、UBE和IC、UCE分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn),稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。,靜態(tài)工作點(diǎn),,UBE,無(wú)輸入信號(hào)UI0時(shí),,有輸入信號(hào)UI≠0時(shí),UCEEC-ICRC,UBEUBEUIUBEUIMSINΩTIBIBIBIBIBMSINΩTICICICICΒIBUCEUCEUCEUCEUO,有輸入信號(hào)UI≠0時(shí),交直流信號(hào)共存UO?0,2加上輸入信號(hào)電壓后,各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化,都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量。,,,集電極電流,直流分量,交流分量,結(jié)論,靜態(tài)分析,動(dòng)態(tài)分析,3若參數(shù)選取得當(dāng),輸出電壓可比輸入電壓大,即電路具有電壓放大作用。,4輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180°,即共發(fā)射極電路具有反相作用。,結(jié)論,①晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。②正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),使晶體管工作于放大區(qū)。③輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。④輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓,經(jīng)電容耦合只輸出交流信號(hào)。,實(shí)現(xiàn)放大的條件,直流通路和交流通路,直流通路無(wú)信號(hào)時(shí)電流(直流電流)的通路。用來(lái)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。,交流通路有信號(hào)時(shí)交流分量(變化量)的通路。用來(lái)計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)。,22交流放大電路的分析方法,靜態(tài)放大電路無(wú)信號(hào)輸入(UI0)時(shí)的工作狀態(tài),靜態(tài)分析確定靜態(tài)工作點(diǎn)(QIB、IC、UCE),(靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析),分析方法估算法、圖解法,分析所用電路直流通路,221靜態(tài)工作情況分析,設(shè)置Q點(diǎn)的目的1使放大電路的放大信號(hào)不失真;2使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài),靜態(tài)是動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)。,畫(huà)放大電路的直流通路方法,直流通路,對(duì)直流信號(hào),電容C可看作開(kāi)路(即將電容斷開(kāi)),斷開(kāi),斷開(kāi),,根據(jù)電流放大作用,由KVLECIBRBUBE,由KVLECICRCUCE,,直流通路,一、用估算法確定靜態(tài)值,UCEEC–ICRC,,,例1已知EC12V,?50,RC33K?,RB280K?,估算靜態(tài)工作點(diǎn)。,解,注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí)不同,例2用估算法計(jì)算圖示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。,當(dāng)電路不同時(shí),計(jì)算靜態(tài)值的公式也不同。,由KVL可得,由KVLECIBRBUBEIERE,IBRBUBE1ΒIBRE,RE,優(yōu)點(diǎn)能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對(duì)放大電路的影響。,二、用圖解法確定靜態(tài)值,,直流負(fù)載線斜率,,,直流負(fù)載線,由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn),O,動(dòng)態(tài)放大電路有信號(hào)輸入(UI?0)時(shí)的工作狀態(tài)。,動(dòng)態(tài)分析計(jì)算電壓放大倍數(shù)AU、輸入電阻RI、輸出電阻RO等。,目的找出AU、RI、RO與電路參數(shù)的關(guān)系。簡(jiǎn)單分析一下失真情況。,222動(dòng)態(tài)工作情況分析,分析方法微變等效電路法、圖解法,分析所用電路交流通路,對(duì)交流信號(hào),XC?0,C可看作短路。直流電源不作用,可看作短路。,短路,短路,對(duì)地短路,交流通路,,畫(huà)放大電路的交流通路方法,忽略電源的內(nèi)阻,電源端電壓恒定。,微變等效電路把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。即把非線性的晶體管線性化,等效為線性元件。,線性化的條件晶體管在小信號(hào)(微變量)情況下工作。因此,在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線段近似代替。,一、微變等效電路法,1晶體管的微變等效電路,?UBE,對(duì)于小功率三極管,1輸入回路,Q,輸入特性,晶體管的輸入電阻,,當(dāng)信號(hào)很小時(shí),在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。,晶體管的輸入回路B、E之間可用RBE等效代替,即由RBE來(lái)確定UBE和IB之間的關(guān)系。,RBE一般為幾百歐到幾千歐,2輸出回路,RCE愈大,恒流特性愈好。因RCE阻值很高,一般忽略不計(jì)。,晶體管的輸出電阻,晶體管的輸出回路C、E之間可用受控電流源IC?IB等效代替,即由?來(lái)確定IC和IB之間的關(guān)系。,輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。,晶體管的電流放大系數(shù),?一般在20~200之間,在手冊(cè)中常用HFE表示。,,,,?IB,晶體三極管,微變等效電路,,,晶體管的B、E之間可用RBE等效代替。,晶體管的C、E之間可用一受控電流源IC?IB等效代替。,2放大電路的微變等效電路,,,將交流通路中的晶體管用其微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。,交流通路,微變等效電路,,微變等效電路,,分析時(shí)假設(shè)輸入為正弦交流,所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。,3電壓放大倍數(shù)的計(jì)算,輸出電壓對(duì)輸入電壓的放大倍數(shù),微變等效電路,,式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓的相位與輸入相反。,負(fù)載電阻愈小,放大倍數(shù)愈小。,輸出電壓對(duì)信號(hào)源的電壓放大倍數(shù),,微變等效電路,放大電路對(duì)負(fù)載或?qū)蠹?jí)放大電路來(lái)說(shuō),是一個(gè)信號(hào)源,其內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻RO。,4放大電路輸入電阻、輸出電阻的計(jì)算,信號(hào)源,負(fù)載,,,放大電路,放大電路對(duì)信號(hào)源或?qū)η凹?jí)放大電路來(lái)說(shuō),是一個(gè)負(fù)載,可用一個(gè)電阻來(lái)等效代替。這個(gè)電阻是信號(hào)源的負(fù)載電阻,也就是放大電路的輸入電阻RI。,,,,輸入電阻,輸出電阻,輸出電阻表明放大電路帶負(fù)載能力。RO愈小,負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化愈小。,輸入電阻是表明放大電路從信號(hào)源吸取電流大小的參數(shù)。RI愈大,從信號(hào)源取得的電流愈小。,一般總是希望得到較大的RI,較小的RO。,RL?,由UO和UI的峰值之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。,二、動(dòng)態(tài)分析圖解法,如果Q設(shè)置不合適,晶體管進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)工作,將造成非線性失真。,Q設(shè)置過(guò)高,晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作,造成飽和失真。,適當(dāng)減小基極電流可消除飽和失真。,1飽和失真,Q設(shè)置過(guò)低,晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作,造成截止失真。,適當(dāng)增加基極電流可消除截止失真。,如果Q設(shè)置合適,信號(hào)幅值過(guò)大也可產(chǎn)生失真,減小信號(hào)幅值可消除失真。,2截止失真,3其它非線性失真,23靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)常因外界條件的變化而發(fā)生變動(dòng)。,前述的固定偏置放大電路,簡(jiǎn)單、容易調(diào)整,但在溫度變化、三極管老化、電源電壓波動(dòng)等外部因素的影響下,將引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變動(dòng),嚴(yán)重時(shí)將使放大電路不能正常工作,其中影響最大的是溫度的變化。,當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),??、ICBO?。,,,,,231溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,IC,UCE,,,,,,,,,,,Q,溫度升高時(shí),輸出特性曲線上移,結(jié)論當(dāng)溫度升高時(shí),IC將增加,使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移,容易使晶體管T進(jìn)入飽和區(qū)造成飽和失真,甚至引起過(guò)熱燒壞三極管。,O,基極電位基本恒定,VB,232分壓式偏置電路,1穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理,集電極電流基本恒定,設(shè)計(jì)時(shí)I1≈I2510IBVB510UBE,參數(shù)的選擇,VB,Q點(diǎn)穩(wěn)定的過(guò)程,,,,,,VB固定,對(duì)直流RE越大,穩(wěn)定Q點(diǎn)效果越好;對(duì)交流RE大,交流損失大,為避免損失加旁路電容CE。,RE溫度補(bǔ)償電阻,VB,2靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算,直流通路,,,3動(dòng)態(tài)分析,交流通路,,交流通路,微變等效電路,,微變等效電路,,交流通路,電壓放大倍數(shù),輸入電阻,輸出電阻,對(duì)交流旁路電容CE將RE短路,RE不起作用,AU,RI,RO與固定偏置電路相同。,去掉CE后的微變等效電路,,如果去掉CE,AU,RI,RO,,,無(wú)旁路電容CE,無(wú)旁路電容CE,有旁路電容CE,,分壓式偏置電路,AU不變,RI減小,RO不變,AU減小,RI增大,RO不變,24阻容耦合多級(jí)放大電路,耦合方式,動(dòng)態(tài)傳送信號(hào),減少壓降損失,,靜態(tài)保證各級(jí)有合適的Q點(diǎn),,波形不失真,多級(jí)放大電路的框圖,對(duì)耦合電路的要求,阻容耦合,變壓器耦合,直接耦合,適用于直流放大,交流放大,功率放大,,第一級(jí),第二級(jí),,負(fù)載,,信號(hào)源,兩級(jí)之間通過(guò)耦合電容C2與后一級(jí)的輸入電阻連接,241電路分析,兩級(jí)放大電路均為共發(fā)射極分壓式偏置電路。,1靜態(tài)分析,每級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)可以獨(dú)立求解,2動(dòng)態(tài)分析,微變等效電路,,第一級(jí),第二級(jí),電壓放大倍數(shù),,,,輸入電阻,輸出電阻,阻容耦合放大電路存在級(jí)間耦合電容、發(fā)射極旁路電容及三極管的結(jié)電容等,它們的容抗隨頻率變化。,頻率特性,,幅頻特性電壓放大倍數(shù)的模|AU|與頻率F的關(guān)系,相頻特性輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的相位移?與頻率F的關(guān)系,242頻率特性,,通頻帶,,,F,|AU|,FL,FH,,|AUO|,幅頻特性,下限截止頻率,上限截止頻率,耦合、旁路電容造成。,三極管結(jié)電容、?造成,O,反饋,27放大電路中的負(fù)反饋,271反饋的基本概念,輸出端電量部分或全部通過(guò)反饋環(huán)節(jié)回送到輸入端。,反饋放大電路的三個(gè)環(huán)節(jié),基本放大電路,比較環(huán)節(jié),反饋環(huán)節(jié),反饋系數(shù),放大倍數(shù),正反饋反饋量使得凈輸入量增加,負(fù)反饋反饋量使得凈輸入量減小,振蕩器中引入正反饋,用以產(chǎn)生波形,反饋類型,直流反饋反饋元件傳遞直流信號(hào)。,交流反饋反饋元件傳遞交流信號(hào)。,直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn),交流負(fù)反饋改善放大電路的性能,電壓反饋反饋量正比于輸出電壓。,電流反饋反饋量正比于輸出電流。,電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓、減小RO,電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流、增大RO,串聯(lián)反饋反饋量與原輸入量串聯(lián)綜合。,并聯(lián)反饋反饋量與原輸入量并聯(lián)綜合。,使RI增大,使RI減小,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,根據(jù)反饋所采樣的信號(hào)可以分為,根據(jù)反饋信號(hào)在輸入端與輸入信號(hào)的比較形式可以分為,272反饋方式的判斷,1判別反饋元件(一般是電阻、電容)連接在輸入與輸出之間的元件。為輸入回路與輸出回路所共有的元件。,發(fā)射極電阻RE為輸入回路與輸出回路所共有,所以RE是反饋元件。,例1,2判斷是交流反饋還是直流反饋,交、直流分量的信號(hào)均可通過(guò)RE,所以RE引入的是交、直流反饋。,如果有發(fā)射極旁路電容,RE中僅有直流分量的信號(hào)通過(guò),這時(shí)RE引入的則是直流反饋。,3判斷反饋類型,凈輸入信號(hào),UI與UF串聯(lián),以電壓形式比較串聯(lián)反饋,UI正半周時(shí),UF也是正半周,即兩者同相,負(fù)反饋,UF正比于輸出電流電流反饋,,UF–,–,IE,UBE,UBEUIUF,UFIERE,UBEUIUF,可見(jiàn)UBERBE,5輸出電阻RO,4輸入電阻RI,微變等效電路,輸入電阻增大(優(yōu)點(diǎn)),例在圖示電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中,已知EC12V,RC6KΩ,RF300Ω,RE27KΩ,RB160KΩ,RB220K,RL6KΩ,晶體管Β50,UBE06V,試求1靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC及UCE;2畫(huà)出微變等效電路;3輸入電阻RI、RO及AU。,1由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。,直流通路,解,微變等效電路,2由微變等效電路求AU、RI、RO。,因?qū)涣餍盘?hào)而言,集電極是輸入與輸出回路的公共端,所以是共集電極放大電路。因從發(fā)射極輸出,所以稱射極輸出器。,273電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路射極輸出器,求Q點(diǎn),1靜態(tài)分析,直流通路,2動(dòng)態(tài)分析,1電壓放大倍數(shù),電壓放大倍數(shù)AU?1且輸入輸出同相,輸出電壓跟隨輸入電壓,故稱電壓跟隨器。,微變等效電路,2輸入電阻,,,,3輸出電阻,1電壓放大倍數(shù)小于1,約等于12輸入電阻高;3輸出電阻低;4輸出與輸入同相。,射極輸出器的特點(diǎn),1用在第一級(jí),可以提高輸入電阻,減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)。,2用在末級(jí),可以降低輸出電阻,提高帶負(fù)載能力。,3放在兩級(jí)之間,起到阻抗匹配作用,稱為緩沖級(jí)或中間隔離級(jí)。,射極輸出器的應(yīng)用,在下圖所示放大電路中,已知EC12V,RE2KΩ,RB200KΩ,RL2KΩ,晶體管Β60,UBE06V,信號(hào)源內(nèi)阻RS100Ω,試求1靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IE及UCE;2畫(huà)出微變等效電路;3AU、RI和RO。,例1,解,1由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。,直流通路,微變等效電路,2由微變等效電路求AU、RI、RO。,例2,如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路,已知Β1Β250,T1和T2均為3DG8D。1計(jì)算前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)值UBE06V2求放大電路的輸入電阻和輸出電阻;3求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。,,1兩級(jí)放大電路的靜態(tài)值可分別計(jì)算。,第一級(jí)是射極輸出器,解,第二級(jí)是電流串聯(lián)負(fù)反饋電路,2計(jì)算RI和R0,第一級(jí)是射極輸出器,其輸入電阻RI1與負(fù)載(即第二級(jí)輸入電阻RI2)有關(guān)。,微變等效電路,,,,,3求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù),第一級(jí)放大電路為射極輸出器,第二級(jí)放大電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路,總電壓放大倍數(shù),
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