Методическое пособие 703

Рис. 2.19. Устройство микросхемы LA5527 фирмы Sanyo и подключение к ней двигателя

2.3.3 Регулятор скорости с частотным детектором

Разберем принцип работы частотного детектора (рис. 2.20). Он состоит из дифференцирующей цепи CI, Rl, VD1, генератора пилообразного напряжения VT1, R2, С2, компаратора DA1 и фильтра нижних частот R5, СЗ. Прямоугольные импульсы с датчика оборотов поступают на дифференцирующую цепь. Отрицательный импульс с выхода цепи управляет генератором пилообразного напряжения. Последнее подается на неинвертирующий вход компаратора напряжения. На инвертирующий вход компаратора поступает опорное напряжение с делителя R3, R4. На выходе компаратора формируется импульсное напряжение, скважность которого зависит от частоты входного сигнала. Фильтр нижних частот выделяет постоянную составляющую этого напряжения.

Регулятор скорости вращения с коллекторным двигателем постоянного тока и частотным детектором применялся в магнитофонах «Вильма 102», «Вильма 104», «Вильма 312».

101

Схема (рис. 2.21) работает следующим образом. Последовательность импульсов индукционного таходатчика, размещенного на фланце маховика тонвала, усиливается транзистором VT5 и ограничивается усилителем-формиро- вателем на микросхеме DA1-1. Фильтр R22, С9 ограничивает полосу пропускания усилителя, что увеличивает помехоустойчивость системы. На микросхеме DA1-2 собран дифференциатор, который выделяет фронт и срез импульсов. Цепочка R48, R50, СП, VD24 интегрирует импульсы, поступающие далее на компаратор (микросхема DA5-1). Через фильтр нижних частот R60, С12 напряжение (постоянная составляющая) подается на модулятор (микросхема DA5-2) и далее на транзистор VT36, непосредственно управляющий электродвигателем. Транзистор VT33 служит для выключения ведущего двигателя в режиме «Стоп».

Рис. 2.20. Принцип работы «частотного детектора» (n0 — номинальное количество импульсов):

а) принципиальная схема, б) временные диаграммы

102

Рис. 2.21. Принципиальная схема стабилизатора оборотов двигателя магнитофона «Вильма 312»

103

2.3.4. Регуляторы скорости с фазовым управлением

В системах стабилизации скорости вращения двигателей постоянного тока в качестве фаз чувствительных устройств применяются фазовые дискриминаторы, выходной сигнал которых определяется разностью фаз векторов двух напряжений, подаваемых на входы - напряжения эталонного источника и напряжения измеряемого органа.

где fЭ- фаза вектора источника эталонной частоты

f - фаза вектора напряжения измерительного органа Характеристика фазового дискриминатора имеет

следующий вид

Рис. 2.22. Характеристика фазового дискриминатора

Регуляторы с фазовым регулированием скорости вращения вала двигателя используются в профессиональной аппаратуре и бытовой аппаратуре высшей группы сложности (в видеомагнитофонах, видеокамерах и т.д.). Чаще всего они

104

используются совместно с частотным детектором, который обеспечивает как бы грубую стабилизацию скорости вращения вала электродвигателя и обеспечивает попадание последней в полосу удержания фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Такие системы могут строиться с точностью до угла поворота.

В качестве примера использования фазового регулирования скорости рассмотрим управление двигателем ведущего вала видеомагнитофона. В настоящее время узел ведущего вала построен в основном по системе прямого привода (direct drive, DD), при которой ведущий вал является валом двигателя. Чтобы снизить неравномерность вращения двигателя, двигатель делается многофазным, а на обмотки подаются синусоидальные напряжения. В подавляющем большинстве в узле ведущего вала применяются трехфазные двигатели с датчиками Холла.

Стабилизация скорости вращения ведущего вала производится по импульсу переключения головок с точностью до фазы. Импульс переключения головок представляет собой симметричный импульс кадровой частоты, однозначно привязанный к полям кадра. При записи используется импульс, подаваемый на управляющую головку, при воспроизведении – считываемый с нее. Структурная схема управления двигателем ведущего вала приведена на рисунке 2.23. Датчик скорости FG (frequency generator) представляет собой (упрощенно) укрепленный на роторе двигателя зубчатый диск и датчик Холла, расположенный на статоре. Частота импульсов напряжения на выходе датчика Холла прямо пропорциональна скорости вращения ротора. Сигнал от датчика скорости усиливается, ограничивается и подается на частотный (ЧД) и фазовый (ФД) детекторы. Выходные сигналы детекторов суммируются и поступают на выходной каскад. К нему же подводятся команды тормоза и направления вращения. Напряжение выходного каскада подается на двигатель.

105

Рис. 2.23. Структурная схема управления двигателем ведущего вала видеомагнитофона. FR, BR – команды направления вращения и торможения соответственно, Vcнапряжение управления.

В состав интегральных схем управления двигателем входят только отдельный узлы, структурной схемы, представленной на рис. 2.23. Наиболее часто в состав одной схемы включают выходной каскад и усилитель датчика скорости, так как они непосредственно связаны с двигателем. Структурная схема типового выходного каскада 3-фазного двигателя приведена на рис. 2.24. Коммутация обмоток производится по сигналам от датчиков Холла. Направление вращения изменяется командой DIR. По этой команде меняются местами выходы двух триггеров, подающий сигналы на блок логики. (Так как фаз всего три, эта замена приводит к тому, что импульсы на входе бока логики соответствуют вращению в противоположную сторону.) Со входа HYS производится установка гистерезиса по трем уровням: земля, холостой ход, напряжение питания. Регулировка скорости производится путем ограничения тока в обмотках со входа Vc изменением напряжения на базах верхних транзисторов. С вывода IL с крутизной 0,7А/В устанавливается максимальный ток выходного каскада IMAX. Крутизна ограничения тока с вывода Vc – 1 А/В; действие напряжения Vc происходит при

106

условии Vc>VR, VR- напряжение на выводе VR. Назначение выводов приведено в таблице.

Рис. 2.24. Выходной каскад интегральной схемы KA8329

фирмы Samsung

107

Таблица 2.3 Назначение выводов схемы, приведенной на рис. 2.24

Напряжение датчика скорости на элементе Холла имеет размах не менее 30 мВ, частота при стандартной скорости 23,29 мм/сек – порядка 500 Гц. В качестве двигателя ведущего вала видеомагнитофона может применяться двигатель постоянного тока. Его схема управления приведена на рис. 2.25

На рис. 2.25 показано применение интегральной схемы ВА6219В фирмы Rohm для управления двигателем постоянного тока ведущего вала видеомагнитофона. Здесь, как и указано выше, команды F и R задают направление вращения двигателя. Они подаются с микро-ЭВМ, управляющей лентопротяжным механизмом. Напряжение управления VC

вырабатывается в сервопроцессоре и подводится через согласующие цепи.

108

Рис. 2.25. Управление двигателем постоянного тока интегральной схемой ВА6219В фирмы Rohm

Конденсаторы на выводах 3 и 9 установлены, чтобы избежать протекания сквозных токов по транзисторам мостового выходного каскада во время переключения.

Рассмотрим также пример управления двигателем блока вращающихся головок видеомагнитофона.

В стандартеVHS скорость движения ленты при стандартной длительности воспроизведения должна быть такой, чтобы за один оборот блока вращающихся головок записывался или воспроизводился один кадр. Для этого скорость блока вращающихся головок стабилизируется с точностью до фазы. В режиме воспроизведения для синхронизации используется сигнал опорного генератора, поделенного до гармоники кадровой частоты FКАДР. В режиме записи синхронизация производится от кадрового синхроимпульса. Структурная схема управления двигателем блока вращающихся головок приведена на рис. 2.22.Управление производится по частоте и фазе. Управление по частоте производится по сигналу от датчика частоты FG, по фазе – от датчика положения PG. Сигналы от датчиков

109

усиливаются, ограничиваются и подаются на частотный детектор (ЧД) и фазовый детектор (ФД) соответственно. Выходные сигналы детекторов суммируются и подаются на выходной каскад. Напряжение выходного каскада подается на двигатель.

Рис. 2.26. Структурная схема управления двигателем блока вращающихся головок видеомагнитофона. КИкадровый синхроимпульс, Vcнапряжение управления

Конструкция двигателей и схем управления двигателем блока вращающихся головок практически такие же, как и ведущего вала. Из структурной схемы рис. 2.26 в состав интегральных схем управления обычно входят выходной каскад и усилители датчиков FG и PG.

110