CN103560727B - 一种晶体管桥式伺服控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶体管桥式伺服控制电路，其包括：第一电源、第二电源、电容器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一晶体管、第二晶体管、第一二极管、第二二极管、和电动机。其中电容器和第五电阻构成的启动电路使第一晶体管导通，继而使得电动机启动，采用受温度控制的直流电压源作为第二电源来实现控制精度的稳定性，通过选择具有合适电阻值的第六电阻，使得第二晶体管的基极-发射极电压与第一二极管的阴极电压相等。根据本发明的桥式伺服控制电路，对电动机转速控制精度的稳定性大大提高，减小了温度对于控制电路的稳定性所带来的负面影响，采用可集成的元器件，减小了该控制电路装置的体积。

Description

一种晶体管桥式伺服控制电路

技术领域

本发明涉及控制领域，具体涉及一种晶体管桥式伺服控制电路。

背景技术

微型电动机控制技术，对于音响设备等小型装置的品质和经济性的影响越来越显著。而要制作微型电动机就要求其转速控制电路越简单越好。

但是从日常生活中我们就能发现，由于电动机自身的构造和特性它一定会产生一定的热量，尤其当其加了负载以后温度会更高，虽然随着科技水平的不断提高，电动机工作时产生的温度有所降低，但基于人们对其产品的要求越来越高，这种影响就一定不能忽视。而且如今的很多音响设备等小型装置随着科技的进步，和人们生活的日常需求还需要加入很多其他的实用功能，这样就会不可避免要加入很多芯片和辅助装置，无形中又在设备内部增加了很多热量，使电路板的温度升高，这样就会影响整个电路的工作精确度和产品的稳定性。

发明内容

本发明提供一种晶体管桥式伺服控制电路，其包括：

第一电源、第二电源、电容器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一晶体管、第二晶体管、第一二极管、第二二极管、和电动机，其中所述第一电源的正极分别连接第四电阻的一端和第一晶体管的发射极，该第四电阻的另一端分别连接第一晶体管的基极、第二晶体管的集电极、和电容器的一端，该电容的另一端连接第五电阻的一端，该第一晶体管的集电极分别连接第一电阻的一端和第三电阻的一端，该第二晶体管的基极分别连接第一电阻的另一端和第二电阻的一端，该第二晶体管的发射极分别连接第六电阻的一端和第一二极管的阴极，该第一二极管的阳极连接第二二极管的阴极，该第二二极管的阳极分别连接第二电源的负极和电动机的一端，第二电源的正极连接所述第三电阻的另一端，所述第一电源的负极分别连接第五电阻的另一端、第二电阻的另一端、第六电阻的另一端和电动机的另一端。

优选的，第一电阻的阻值与第二电阻的阻值之比等于第三电阻的阻值与电动机的内部电阻的阻值之比。

优选的，第一晶体管是PNP晶体管，第二晶体管是NPN晶体管。

优选的，所述第二电源是一个受温度控制的直流电压源。

优选的，通过选择特定的第六电阻以使得第二晶体管的基极-发射极电压与第一二极管的阴极电压相等。

根据本发明的桥式伺服控制电路，对电动机转速控制精度的稳定性大大提高，并且减小了温度对于本发明的控制电路的稳定性所带来的负面影响，而且采用可集成的元器件，减小了该控制电路装置的体积。

附图说明

图1是本发明的晶体管桥式伺服控制电路的电路图。

具体实施方式

图1是本发明的晶体管桥式伺服控制电路的电路图，在图中，该控制电路包括：第一电源Eb、第二电源Et、电容器C、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第一二极管D1、第二二极管D2、和电动机，其中所述第一电源Eb的正极分别连接第四电阻R4的一端和第一晶体管T1的发射极，该第四电阻R4的另一端分别连接第一晶体管T1的基极、第二晶体管T2的集电极、和电容器C的一端，该电容器C的另一端连接第五电阻R5的一端，该第一晶体管T1的集电极分别连接第一电阻R1的一端和第三电阻R3的一端，该第二晶体管T2的基极分别连接第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的一端，该第二晶体管T2的发射极分别连接第六电阻R6的一端和第一二极管D1的阴极，该第一二极管D1的阳极连接第二二极管D2的阴极，该第二二极管D2的阳极分别连接第二电源Et的负极和电动机的一端，第二电源Et的正极连接所述第三电阻R3的另一端，所述第一电源Eb的负极分别连接第五电阻R5的另一端、第二电阻R2的另一端、第六电阻R6的另一端、以及电动机的另一端。

在本控制电路中，第一晶体管T1是PNP晶体管，第二晶体管T2是NPN晶体管。

在本控制电路中，第一电阻的阻值与第二电阻的阻值之比等于第三电阻的阻值与电动机的内部电阻的阻值之比，即将电动机的内部电阻表示为Ra，则第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及电动机的内部电阻Ra的阻值被选择为R₁:R₂＝R₃:R_a，下面简要说明本发明的晶体管桥式伺服控制电路的工作过程。

在本发明的控制电路的第一电源Eb接通后，首先由电容器C和第五电阻R5构成的启动电路使第一晶体管T1导通，电源电压通过第三电阻R3加到电动机的两端。由于电动机启动的初试转速为零，这时电动机的反电动势E_c＝0。因此电动机启动时，第一电阻R1和第二电阻R2之间的电压VR大于第一二极管D1和第二二极管D2之间的电压VQ，这样就促使第一晶体管T1进一步导通，使加到电动机两端的电压升高，电动机就可以顺利启动起来了。在这里说明一下，由于在本控制电路中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及电动机的内部电阻Ra的阻值选择为R₁:R₂＝R₃:R_a，所以第一电阻R1和第二电阻R2之间的电压VR等于第三电阻R3与电动机之间的电压E，而第一二极管D1和第二二极管D2之间的电压VQ加上第二二极管D2的压降才等于第三电阻R3与电动机之间的电压E，也就是等于电压VR，因此在电动机启动时，电压VR大于电压VQ。

在电动机启动后，就会产生与转速成比例变化的反电动势E_c，使得电压VQ的电平升高。这是因为该反电动势E_c的极性是上正下负，也就等效于电动机两端的压降减小了，因此第三电阻R3与电动机之间的电压E增大了，而此时第二二极管D2还没有导通，所以第二二极管D2的压降为零，因此此时电压VQ的电平是升高的。当电压VR≤电压VQ时，第一二极管D1导通，使得第二晶体管T2的集电极电流受到了抑制，同时第一晶体管T1的导通也受到了同样程度的抑制。这是因为当电压VQ增大到大于等于电压VR的时候，第一二极管D1导通，此时流过第六电阻R6的电流变大，即电压E_D增大，因此就使得第二晶体管T2的基极-发射极电流I_BE减小，导致集电极电流I_E受到了抑制。而集电极电流I_E减小的话，流过第四电阻R4的电流就会减小，该第四电阻R4两端的电压也随之减小，即第一晶体管T1的基极电压减小，从而第一晶体管T1的基极-发射极电流减小，导致第一晶体管T1的集电极电流也减小，换句话说，第一晶体管T1的导通也受到了同样程度的抑制。

由此可见，对于本发明的晶体管桥式伺服控制电路来说，其工作过程就是始终要使得电压VR＝电压VQ。

当电动机接上负载，其转速将有所降低，电动机的反电动势E_c也将减小，因而使电压VR>电压VQ，这时第二晶体管T2的集电极电流增加，促使第一晶体管T1进一步导通，使得加在电动机两端上的电压升高。显然，电动机两端上电压的升高又将使其转速升高，其反电动势E_c增大，电压VQ也将随之增大，直至该控制电路重新达到电压VR＝电压VQ为止。

在本发明的控制电路中，为了更好地实现控制精度，可以通过选择具有合适电阻值的第六电阻R6，使得第二晶体管T2的基极-发射极电压与第一二极管D1的阴极电压E_D(即第六电阻R6的两端电压)相等，使得该第二晶体管T2只工作在放大区，而不进入饱和区。

为了进一步更好地实现控制精度的稳定性，在本发明的控制电路中，提供了第二电源Et，而该第二电源Et采用一个受温度控制的直流电压源，当第二晶体管T2的集电极静态电位U_CQ变化时，该第二电源Et提供的电压始终与之保持相等，则输出信号中就只有输入信号作用的部分，而与静态电位U_CQ及其温度漂移毫无关系，这就使得本发明的控制电路的稳定性更强。

本发明所采用的各自元器件的值可以根据具体的应用来确定，这里举例说明一组在实践中使用的元器件的值：第一电源电压Eb＝6V，第二电源电压Et提供的电压范围0-10V，第一电阻R1的阻值为1k欧姆，第二电阻R2的阻值为270欧姆，第三电阻R3的阻值为5欧姆，第四电阻R4的阻值为330欧姆，第五电阻R5的阻值为1k欧姆，第六电阻R6的阻值为470欧姆，电动机的内部电阻Ra的阻值为21欧姆，电容器C的电容值为0.22μF。

从以上分析可以看出，本发明的晶体管桥式伺服控制电路可用于微型直流电动机的转速稳定性控制。采用本控制电路时，随着电动机运行状态的变化，电路的自动调节始终向着电压VR＝电压VQ这个平衡点进行。其中电压VQ值可利用下式求出：VQ＝IaRa+Ec-V_D2，其中V_D2为第二二极管D2的正向管压降，Ia是流过电动机的电流，Ra是电动机的内部电阻，Ec是电动机的反电动势。正是由于在本控制电路中设置了第二二极管D2，使得电压VR值可变，这才使得控制电动机的转速成为可能。

根据本发明的桥式伺服控制电路，能够实现对电动机转速控制精度的稳定性大大提高，并且减小了温度对于本发明的控制电路的稳定性所带来的负面影响，而且采用可集成的元器件，减小了该控制电路装置的体积。

本领域技术人员将理解本发明可以以本文中所述的那些以外的、没有偏离本发明的精神和本质特性的特定形式来执行。因此，所有方面的上述实施方式应当被解释为例示的而不是限制性的。本发明的范围应当由所附权利要求书和它们的法律等同物来确定，而不是由上述描述来确定，并且所有落入所附权利要求书的含义和等同范围之内的改变都将包括进来。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所附权利要求书中没有显示地互相引用的权利要求可以组合起来，作为本发明的示例性实施方式，或者被包括而在提交本申请之后通过之后的修改而成为新权利要求。

本发明的方式

以用于执行本发明的最佳方式已经描述了各种实施方式。

工业应用性

如根据上述描述所显而易见的，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对本发明做出各种修改和变型，而不偏离本发明的精神或范围。因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求书和它们的等同物的范围之内的修改例和变型。

Claims (6)

1.一种晶体管桥式伺服控制电路，其包括：

第一电源、第二电源、电容器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一晶体管、第二晶体管、第一二极管、第二二极管、和电动机，其中所述第一电源的正极分别连接第四电阻的一端和第一晶体管的发射极，该第四电阻的另一端分别连接第一晶体管的基极、第二晶体管的集电极、和电容器的一端，该电容的另一端连接第五电阻的一端，该第一晶体管的集电极分别连接第一电阻的一端和第三电阻的一端，该第二晶体管的基极分别连接第一电阻的另一端和第二电阻的一端，该第二晶体管的发射极分别连接第六电阻的一端和第一二极管的阴极，该第一二极管的阳极连接第二二极管的阴极，该第二二极管的阳极分别连接第二电源的负极和电动机的一端，第二电源的正极连接所述第三电阻的另一端，所述第一电源的负极分别连接第五电阻的另一端、第二电阻的另一端、第六电阻的另一端和电动机的另一端。

2.根据权利要求1的晶体管桥式伺服控制电路，其特征在于第一电阻的阻值与第二电阻的阻值之比等于第三电阻的阻值与电动机的内部电阻的阻值之比。

3.根据权利要求1的晶体管桥式伺服控制电路，其特征在于第一晶体管是PNP晶体管，第二晶体管是NPN晶体管。

4.根据权利要求1的晶体管桥式伺服控制电路，其特征在于所述第二电源是一个受温度控制的直流电压源。

5.根据权利要求1的晶体管桥式伺服控制电路，其特征在于通过选择特定的第六电阻以使得第二晶体管的基极-发射极电压与第一二极管的阴极电压相等。

6.根据权利要求1的晶体管桥式伺服控制电路，其特征在于第一电阻的阻值为1k欧姆，第二电阻的阻值为270欧姆，第三电阻的阻值为5欧姆，第四电阻的阻值为330欧姆，第五电阻的阻值为1k欧姆，第六电阻的阻值为470欧姆，电动机的内部电阻的阻值为21欧姆，电容器的电容值为0.22μF，第一电源为6V，第二电源提供的电压范围为0-10V。