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同相放大器电路。组装新电路之前,请记得关闭电源。从R2 =1 kΩ开始。
施加一个500Hz正弦波,CA-V设置为2.0V小值和3.0V大值(1Vp-p,以2.5V为中心),并在示波器上显示输入和输出波形。测量此电路的电压增益,并与课堂上讨论的原理进行比较。导出波形图并将其包含在实验报告中。
图形实例如图9所示。
Figure 9. Noninverting amplifier plot.
图9. 同相放大器曲线
将反馈电阻(R2)从1 kΩ增加到约4.7 kΩ。记住,你可能需要降低输入的幅度以防止输出饱和(削波)。现在的增益是多少?
增加反馈电阻,直到削波开始——也就是说,直到输出信号的峰值因为输出饱和而开始变平。记录这种情况发生时的电阻。现在将反馈电阻增加到100 kΩ。在你的笔记本中描述并绘制波形。此时的理论增益是多少?考虑此增益,输入信号必须小到什么程度才能使输出电平始终低于5V?尝试将波形发生器调整为此值。描述所实现的输出。
T后一步强调高增益放大器的重要考虑因素。对于小输入电平,高增益必然意味着大输出。有时候,这可能导致意外饱和,原因是对某些低电平噪声或干扰进行了放大,例如对拾取自电力线的杂散60 Hz信号的放大。放大器会放大输入端的任何信号......无论你是否需要!
运算放大器用作比较器
将运算放大器配置为比较器,便可利用运算放大器的高固有增益和输出饱和效应,如图10所示。这本质上是一个二元状态决策电路:如果“+”端子上的电压大于“–”端子上的电压,VIN > VREF, 则输出变为高电平(在其大值时饱和)。相反,如果VIN < VREF,则输出变为低电平。电路比较两个输入端的电压,根据相对值产生输出。与之前的所有电路不同,输入和输出之间没有反馈;对于这种情况,我们说电路是开环运行的。
Figure 10. Op amp as a comparator.
在图1的建议估计器及所导出的公式中,误差信号Vds_error由 PI补偿器处理,以导出转子的转速,而转子的角度则通过对估计的速度进行积分而算得。其它常见方法用微分法计 算速度,但这会使系统易受噪声影响。Bon-Ho Bae的实验 研究表明,建议估计器能够为应用提供非常准确且可靠的 速度信息。但在零速和低速时,反电动势电压不够高,无 法用于所建议的矢量控制。因此,对于从零速度开始的无 缝操作,估计器利用恒定幅度和预定模式频率来控制电 流。这里,同步坐标系的角度通过对频率进行积分而导出 (初始启动方法)。
两个定子电流、电机速度和位置用作系统状态变量(更 计算方案请参考Boussak的)。
诸如Bon-Ho Bae和Boussak所开发的部署方法,利用无传感 器控制器的可行性将更模型引入实时电机控制方案。 过去5年来,微控制器和DSP制造商一直积极通过新型嵌入 式处理器提供足够的性能和必要的功能, 这是确保设计人 员将现代矢量控制运用于实际的关键因素。
电机效率始于处理器
如今,像ADI公司的新ADSP-CM40x ARM Cortex-M4系列 等增强型处理器正在将性价比提升到新的水平,使得更复 杂电机控制算法的实施开始受到大规模应用解决方案的青 眯。尤其在处理器能力方面——内置数字滤波器功能、高 性能浮点能力和扩展数算能力等都支持更复杂、集成 度更高的算法,以便提供更佳的控制器和控制方案,迫使 电机驱动的效率接近。在工业领域,对运行实时模型 估计器的多观测器模型的改善,无疑将有助于增强:(i)驱 动性能,(ii)系统效率和拓扑结构,以及(iii)设计的部署方 法。就*(iii)方面而言,MATLAB/Simulink®等图形系统便 能够简化设计流程,促进新算法的开发。这些工具与执行 处理器相结合,能够实现更为复杂的部署方案。与内核速 度、模数转换精度和存储器集成有关的处理器级改善将使 设计人员能够实现更高的质量和性能目标,同时加速产品 上市。
将运算放大器插入试验板,然后添加导线和电容,如图1所示。为避免以后出现问题,可能需要在试验板上贴一个小标签,指示哪些电源轨对应5 V、2.5 V和地。导线应利用颜色加以区分:红色为5 V,黑色为2.5 V,绿色为GND。这有助于保持连接的有序性。
接下来,在ADALM1000板和试验板上的端子之间建立5V电源和GND连接。使用跳线为电源轨供电。注意,电源GND端子将是电路接地基准。有了电源连接之后,可能需要使用DMM直接探测IC引脚,确保引脚7为5 V且引脚4为0 V(地)。
注意,使用电压表测量电压之前,必须将ADALM1000插入USB端口。
单位增益放大器(电压跟随器):
个运算放大器电路很简单(如图2所示)。这称为单位增益缓冲器,有时也称为电压跟随器,它由转换函数VOUT = VIN。 乍一看,它似乎是一个无用的器件,但正如我们稍后将展示的那样,其有用之处在于高输入电阻和低输出电阻。
Figure 2. Unity-gain follower.
图2. 单位增益跟随器
使用试验板和ADALM1000电源,构建图2所示的电路。请注意,此处未明确显示电源连接。任何实际电路中都会进行这些连接(如上一步中所做的那样),因此从这里开始,原理图中没必要显示它们。使用跳线将输入和输出连接到波形发生器输出CA-V和示波器输入CB-H。
通道A电压发生器设置为1.0V小值和4.0V大值(3Vp-p,以2.5V为中心),使用500Hz正弦波。配置示波器,使输入信号迹线显示为CA-V,输出信号迹线显示为CB-V。导出所产生的两个波形图,并将其包含在实验报告中,注意波形参数(峰值和频率的基波时间周期)。你的波形应当确认其为单位增益或电压跟 随器电路的说明。
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