DF-100A短波发射机马达驱动板的计算与分析

时间：2024-07-06

刘浩东

国家广播电视总局北京市 100045

引言

马达驱动板是DF-100A 短波发射机中重要的调谐组件，电路主要由输入输出接口、供电电路、多级运算放大电路、限流滤波电路以及功率放大电路等组成，负责驱动伺服电机转动，调整高前级电容、高前级电感、高末级电容、高末级电感、谐波滤波器等可调元器件，使发射机工作在需要的状态。

1 计算和分析

图1 为马达驱动版原理图，当发射机调谐面板上的主动电位器和可调元器件伺服电机的随动电位器的中心点电压信号输入后，对电压差进行放大，并控制功率放大器输出功率信号驱动伺服电机。图1 中TB1-2的电压记为Ui1，TB1-12 的电压记为Ui2。当电机到位时，Ui1与Ui2 等电位，U1 的1 脚和7 脚等电位，此时14 脚无输出；当电机未到位时，Ui1 和Ui2 的电位不等，当Ui1 较高时，14 脚输出电压为负，相反则输出电压为正，此时U2 的4 脚获得输入，判断相间电位差（4 脚与6脚），当其为正时，U2 的1 脚输出电压为正，相反则输出电压为负，进而实现双向驱动效果。随着电机转动，随动电位器中心点电压（Ui2）发生变化，依据上述原理反复迭代至U2无有效输入时，电机停止转动。

图1 马达驱动板原理图

图2 电路等效变换图

电压信号从主动和随动电位器的中心点取出，送至运算放大器，该运放型号为TL074，是一款低噪声高速JFET 运放，使用±15V 双电源供电，摆率SR=16V/us，能够保证调谐时电机能够及时的转动；R11、C5 和R12、C6 组成低通滤波电路，滤除高频信号；三个运放组成了一个差分运放电路，对电压差进行放大后输出，其中U1-A 和U1-B 及相关电阻组成比较电路，U1-D 用于放大。

图2 中的R7 和R9 的连接可转化为R01、R02、R03 的星型连接方式。其中，R7 的1、2 端用R12 表示，2、3 端用R23 表示，具体公式如下：

U1 的A 和B 使用电压负反馈方式使运放工作在线性区，满足虚短和虚断条件，理想状态下，R7 中心点在中间位置，即R12=5K，R23=5K，此时前面两个运放的电压方程如下：

如图3 所示，部分运放电路根据虚断可得出：

图3 部分运放电路示意图

根据虚短可得：

综上可得：

Uob-Uoa=10.28×（Ui2-Ui1）

Uoa 和Uob 差模输入给U1-D，将U1-D 的输出记为Uod，运用叠加法分析如下：只有Uoa 作用时，Uo1=-R16×Uoa/R14；只有Uob 作用时，Uo2=（1+R16/R14）× R19/（R19 + R17） ×Uob，所以 Uod=Uo1 + Uo2=10.28×（Ui2-Ui1）。

主动电位器阻值为10 千欧，满刻度为500 个单位，供电电压差为30V，因此旋转电位器时，刻度变化1 个单位，则中心点电压变化0.06V，由Uod 算式可知，当电机静止转动时，主动电位器旋转变化1个刻度，Ui2与Ui1 压差变化0.06V，此时，Uod=10.28×|Ui2-Ui1|=0.62V，使得U2 输出电压驱动电机实现双向转动。TL074 的饱和输出为13.5V，由此向前推算可得此时的Ui2-Ui1=1.31V，即当电压差大于1.31V，Uod 始终饱和输出。

由于元器件非理想器件，电路参数实际值与标称值不能绝对一致，从而使得Ui1 和Ui2电压相等时，U2 仍然有输出，这时R7 作为调零电阻就发挥作用了，通过调整R7，使得Ui1=Ui2 时，Uoa 和Uob 电位相等。

输出电压Uod 送至U2（OPA512）的输入，U2 输入的电压差记为Ui，U2 输出Uo=（1+R3/R4）×Uod。当Uod 大于CR1 或CR2 的导通电压时，二极管导通并限制U2 输入的电压差为二极管的压降约为0.7V，保持U2 饱和输出。当Uod 小于CR1 或CR2 的导通电压时，U2的输出根据Uod 变化。由此可看出，当发射机倒频调谐时，可调元器件位置变化较大，使得主动和随动电位器的中心点电压差大于0.7V，此时U2 持续饱和输出，快速驱动电机转动预置各元器件，完成粗调过程；粗调后需进一步调谐时，手动改变主动电位器中心点电压，会改变输入电压差驱动电机，同时随动电位器中心点电压趋向于主动电位器中心点电压，当慢速旋转主动电位器，使得主动和随动电位器中心点电压差可以持续小于0.7V 时，即可以控制电机的转速，实现微调。