LM324在直流調(diào)速系統(tǒng)電路中的應(yīng)用設(shè)計(jì)介紹 | 壹芯微

LM324集成四運(yùn)放具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。本文講述了LM324集成四運(yùn)放在直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)電路中構(gòu)成了不同功能的應(yīng)用電路：零封鎖電路、給定積分器電路、加法器及限幅電路。通過對這些單元電路的工作原理、在系統(tǒng)中的作用及關(guān)鍵點(diǎn)電壓的計(jì)算和分析。說明了LM324集成四運(yùn)放在調(diào)節(jié)電路中的核心作用。

1.LM324集成運(yùn)算放大器

1.1引腳功能

LM324內(nèi)部有4個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。工作電壓范圍寬.可用正電源3～30V，或正負(fù)雙電源±1.5～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為0～VCC。LN324電路符號如圖1所示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端。“Vo”為輸出端。圖2為LM324的引腳排列圖，表1為LM324的主要參數(shù)。

圖1 LM324電路符號

圖2 LM324引腳排列

主要參數(shù)表

在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)電路中，有集成運(yùn)算放大器LM324組成了比例放大電路、比例積分電路、加法器電路等。

1.2特點(diǎn)介紹

(1)具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍;單電源3V~32V，雙電源±1.5V~±15V

(2)內(nèi)含相位校正回路,?外圍元件少

(3)高增益頻率補(bǔ)償運(yùn)算

(4)額定電源電壓：+15V

(5)短路保護(hù)輸出

(6)真正的差分輸入級

(7)低偏置電流：最大100nA

(8)每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。

(9)具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

(10)共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源

(11)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列

(12)輸入端具有靜電保護(hù)功能

圖3 LM324外形

2.直流電動(dòng)機(jī)概述

直流電動(dòng)機(jī)由晶閘管整流器將交流電整流成為可調(diào)直流電，并引入電壓負(fù)反饋、電流截至負(fù)反饋等組成自動(dòng)穩(wěn)速的無級調(diào)速系統(tǒng)。大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中為使設(shè)備以合理的速度進(jìn)行工作，需要使用能調(diào)速的直流電機(jī)。由集成運(yùn)放電路LM324組成的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)用在直流調(diào)速的生產(chǎn)場合，性能穩(wěn)定，可達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

3.直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)電路原理

調(diào)節(jié)電路是調(diào)速控制電路的核心，電路主要由零封鎖電路、給定積分電路、濾波型調(diào)節(jié)電路和保護(hù)電路等組成。其主要作用是對給定信號、電流截止負(fù)反饋信號、電壓負(fù)反饋信號、缺相信號和過電流信號等電壓量進(jìn)行綜合、調(diào)節(jié)和放大，產(chǎn)生的輸出電壓作為集成移相脈沖觸發(fā)器的控制電壓。通過控制觸發(fā)脈沖角(移相角)的大小，來控制進(jìn)閘管整流系統(tǒng)的輸出電壓。

4.應(yīng)用電路分析

LM324可以組成比例放大電路、比例積分電路、加法器電路等。下面對LM324在直流調(diào)速電路中的具體應(yīng)用電路進(jìn)行分析。

4.1零封鎖電路

零封鎖電路的作用是防止由于控制電路中元器件的溫度漂移等因素引起的電動(dòng)機(jī)爬行。其基本電路如圖4所示。

圖4 零封鎖電路

由于反饋電阻R5=2MΩ，所以零封鎖電路近似為電壓比較器。當(dāng)UB=+15V時(shí)，

即運(yùn)算放大器同相輸入為0.29V，反相輸入為Ug′。Ug′的范圍為-9.7~9.7V。

當(dāng)Ug′<UA時(shí)，即Ug′<0.294V時(shí)，UB=+15V，二極管VD3導(dǎo)通，UO1=14.7V。

當(dāng)Ug′>UA時(shí)，即Ug′>0.294V時(shí)，UB=+15V，二極管VD3截至，UO1=0V。

4.2給定積分器電路

給定積分器電路的作用是將突變的信號變成連續(xù)緩慢變化的信號，以防止突加的給定信號導(dǎo)致輸出電壓升高，造成電動(dòng)機(jī)過流。基本電路如圖5所示。

圖5 給定積分器電路

給定積分器電路由電壓比較電路Ug'、C5積分電路和反饋電路組成。給定電壓經(jīng)濾波，再經(jīng)過由R10、R11、C6組成的無源遲后校正網(wǎng)絡(luò)抗干擾后作用于由IC1B、R11、Rp6組成的緩沖器上，進(jìn)行緩沖，調(diào)節(jié)Rp6可改變積分常數(shù)(積分時(shí)間)，然后經(jīng)由IC1D、C7、C8等原件組成的積分器輸出，最后再次經(jīng)校正網(wǎng)絡(luò)輸出C02電壓。

當(dāng)Ug'≤0時(shí)，UA=-15V。由于二極管VD6的作用，U02=UUg'+0.7V，調(diào)節(jié)范圍為-9.7～+9.7V。

當(dāng)Ug'≥0時(shí)，UA=+15V。由于反饋電阻R18的作用，U02=Ug'，調(diào)節(jié)范圍為-10～0V。

4.3電壓比較電路

其基本電路如圖6所示。

圖6 電壓比較基本電路

該電路為遲滯電壓比較器，輸入信號Ub3=Ub1+Ub2。

當(dāng)Ub3<-0.29v時(shí)，ub=+15v，ub4=14.3v，當(dāng)ub3>-0.29V時(shí)，UB=-15V，Ub4=0V。遲滯環(huán)的作用是抗干擾的，次電路環(huán)寬僅為0.6V左右。

4.4加法器和限幅電路

(1)加法器的作用：濾波型調(diào)節(jié)器的作用是對零速封鎖電路輸出電壓U01、給定積分器電路輸出電壓U02、電壓負(fù)反饋電路和電流截止負(fù)反饋電路輸出電壓U03及保護(hù)電路輸出電壓U04的綜合電壓Uk進(jìn)行放大，得到控制電壓Uk，來控制觸發(fā)脈沖的控制角大小，從而控制晶閘管直流傳動(dòng)裝置的輸出電壓。加法器和限幅電路如圖7所示。

圖7 加法和限幅電路

(2)加法器工作原理分析：該電路是有集成運(yùn)算放大器組成的加法器，電容C9、C10反向串聯(lián)組成的無極性電容，在電路中起濾波作用。控制電壓為：

限幅電路的作用是通過調(diào)節(jié)電位器Rp1可以限制UK電壓的最大輸出值，調(diào)節(jié)電位器Rp2可以限制UK電壓的最小負(fù)輸出值。調(diào)節(jié)合理的正限幅電壓和負(fù)限幅電壓可以控制最小控制角αmin和最小逆變角βmin。

結(jié)束語

采用四運(yùn)放LM324集成電路與電阻和電容以一定的電路連接方式實(shí)現(xiàn)各種功能，四運(yùn)放LM324集成電路在整個(gè)電路中起到了核心作用。電路工作時(shí)，當(dāng)給定電壓小于時(shí)0.3V，晶閘管直流傳動(dòng)裝置沒有輸出電壓，當(dāng)給定電壓大于0.3V時(shí)，晶閘管直流傳動(dòng)裝置才能正常輸出電壓驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速的目的。

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