1. Изучите теоретический материал, посвященный аналоговым ключам и областям их использования. Ответьте на контрольные вопросы, приведенные в конце работы.

2. Используя справочную литературу [3, 4], рассмотрите внутреннее устройство и параметры промышленно выпускаемых аналоговых ключей К176КТ1 и К561КТ3, а также мультиплексоров К561КП1 и К561КП2.

3. Изучите электрическую схему макета лабораторной установки и принципы ее работы.

4. Используя справочную литературу [5], проведите анализ типов конденсаторов, выданных преподавателем (в данной работе будут использованы конденсаторы КМ5, КМ6, К10-7В, КСО, МБМ, К73-11, К73-9, К73-17, емкостью 1-68 нФ), и выберите 3 конденсатора, наиболее пригодных по своим характеристикам для использования в качестве запоминающих в схемах УВХ.

5. Подключите макет установки к источнику питания ±15 В. Подайте на вход УВХ постоянное напряжение в несколько вольт. К выходу схемы подключите вольтметр. Экспериментально определите величину входного сопротивления ОУ DA2 на основании измеренного с помощью секундомера времени полного разряда конденсатора хранения С7*. Для управления УВХ используйте ручную подачу управляющего напряжения положительной полярности от источника питания. Эксперимент повторить 3 раза. Результат усреднить.

6. Подключив вместо конденсатора хранения С7* резистор известного сопротивления (1–6,8 кОм), измерьте напряжение на выходе схемы при замкнутом ключе. На основании измеренного напряжения, сопротивления резистора, и напряжения, поданного на вход схемы, определите сопротивление ключа. Повторите эксперимент 3 раза для резисторов разного сопротивления. Усредните полученный результат.

7. Подключите ко входу управления УВХ регулируемый генератор прямоугольных импульсов низкой частоты. Один из входов двухканального осциллографа подключите к выходу генератора, а другой — к выходу УВХ. Определите максимальное время хранения напряжения с точностью 10 %, 5 %, 1 %, 0,5 %. Для проведения этого эксперимента на вход УВХ подается постоянное напряжение в несколько вольт. Частота импульсов генератора выбирается таким образом, чтобы спад выходного напряжения, наблюдаемый на экране осциллографа в период хранения, не превысил заданной точности. Период следования импульсов генератора будет являться неизвестным временем. Эксперимент проводится 3 раза для всех отобранных конденсаторов, результаты усредняются.

СПИСОК КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

1. Что такое аналоговый ключ?

2. Какие свойства полевых транзисторов делают их пригодными для использования в аналоговых ключах?

3. Объясните принцип работы ключа на ПТ с р-n переходом.

4. Как устроен ключ на одном МОП-транзисторе? Каковы его недостатки?

5. Как формируется итоговое сопротивление КМОП-ключа?

6. От чего зависит максимальная частота сигналов, коммутируемых аналоговым ключом?

7. Перечислите известные Вам параметры аналоговых ключей.

8. Как влияют на работу ключа паразитные емкости?

9. Какие способы используются для борьбы со сквозным прохождением сигнала через разомкнутый ключ?

10. Где используются аналоговые ключи?

11. Как устроен аналоговый мультиплексор?

12. Объясните принцип работы интегратора с переключаемым конденсатором.

13. Предложите вариант схемы преобразователя с плавающими конденсаторами для положительного входного напряжения, с выходным положительным напряжением, равным удвоенному входному.

14. Где применяется устройство выборки-хранения?

15. Как устроено УВХ?

16. Каким образом устраняется влияние напряжения смещения ОУ выходного повторителя УВХ?

17. Какие параметры УВХ Вы знаете?

18. Какие методы могут быть использованы для улучшения этих параметров?

19. Как влияют параметры конденсатора хранения на точностные и динамические параметры УВХ?

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. Волович Г. Аналоговые коммутаторы // Схемотехника.- 2001.-№ 3–4.

2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 1993. -Т.1.

3. Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А., Шалимо В.В. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. — Минск: Беларусь, 1991.

4. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. — М.: Радио и связь, 1990.

5. В помощь радиолюбителю. Сборник. Вып. 109/Сост. Алексеева И.Н. — М.: Патриот, 1991.

6. Булычев А.А., Галкин В.И., Прохоренко В.А. Аналоговые интегральные схемы. Справочник. — Минск: Беларусь, 1993.

Управление шаговыми двигателями

Лабораторная работа № 4

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Изучить устройство, принцип действия, основные параметры шаговых двигателей и способы управления их обмотками. Освоить методы программной реализации различных способов управления обмотками шагового двигателя.

ОБОРУДОВАНИЕ:

Устройство управления шаговыми двигателями (контроллер), шаговый двигатель, регулируемый источник питания 0-30 В, мультиметр, двухлучевой осциллограф, персональный компьютер, соединительные провода.

ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Шаговый двигатель (ШД) — это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения. Внешне он практически ничем не отличается от двигателей других типов. Чаще всего это круглый корпус, вал, несколько выводов. Однако шаговые двигатели обладают некоторыми уникальными свойствами, что делает их исключительно удобными для применения или даже незаменимыми в некоторых областях.

Шаговые двигатели относятся к классу бесколлекторных двигателей постоянного тока. Как и любые бесколлекторные двигатели, они имеют высокую надежность и большой срок службы, что позволяет использовать их в критичных к надежности применениях. По сравнению с обычными двигателями постоянного тока, шаговые двигатели требуют значительно более сложных схем управления, которые должны выполнять все коммутации обмоток при работе двигателя. Кроме того, сам шаговый двигатель — дорогостоящее устройство, поэтому там, где точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигатели имеют заметное преимущество. Следует отметить, что в последнее время для управления коллекторными двигателями все чаще применяют контроллеры, которые по сложности практически не уступают контроллерам шаговых двигателей.

Одним из главных преимуществ шаговых двигателей является возможность осуществлять точное позиционирование и регулировку скорости без датчика обратной связи. Это очень важно, так как такие датчики могут стоить намного больше самого двигателя. Однако это подходит только для систем, которые работают при малом ускорении и с относительно постоянной нагрузкой. В то же время системы с обратной связью способны работать с большими ускорениями и даже при переменном характере нагрузки. Если нагрузка шагового двигателя превысит его момент, то информация о положении ротора теряется и система требует калибровки с помощью, например, концевого выключателя или другого датчика. Системы с обратной связью не имеют подобного недостатка.

При проектировании конкретных систем приходится делать выбор между обычным и шаговым двигателем. Когда требуется прецизионное позиционирование и точное управление скоростью, а требуемый момент и скорость не выходят за допустимые пределы, то шаговый двигатель является наиболее экономичным решением. Как и для обычных двигателей, для повышения момента может быть использован понижающий редуктор. Однако для шаговых двигателей редуктор не всегда подходит. В отличие от коллекторных двигателей, у которых момент растет с увеличением скорости, шаговый двигатель имеет больший момент на низких скоростях. К тому же, шаговые двигатели имеют гораздо меньшую максимальную скорость по сравнению с коллекторными двигателями, что ограничивает максимальное передаточное число и, соответственно, увеличение момента с помощью редуктора. Готовые шаговые двигатели с редукторами выпускаются промышленностью в малых объемах. Еще одним фактом, ограничивающим применение редуктора, является присущий ему люфт.

Возможность получения низкой частоты вращения часто является причиной того, что разработчики, будучи не в состоянии спроектировать редуктор, применяют шаговые