基于单片机电动自行车调速系统的设计(33页).doc

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1、-基于单片机电动自行车调速系统的设计-第 26 页aaaaaa学院高等教育本科毕业论文基于单片机电动自行车调速系统的设计考生姓名： aaaaaa 准考证号： aaaaaaaaaaaaa 专业层次： 本 科 院（系）：机械与动力工程学院 指导教师： aaaaaaaa 职 称： aaaaaa aaaaaaaa学院二Oaa年a月aa日aaaaa学院高等教育自学考试本科毕业论文基于单片机电动自行车调速系统的设计考生姓名： aaaaaaaaaaa 准考证号： aaaaaaaaaaaaa 专业层次： 本 科 指导教师： aaaaaaaaaaaaaa院 （系）：aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

2、学院二Oaaa年a月aaa日整个论文页面设置不完全符合规范。摘 要近年来，随着人们生活水平的改善，摩托车、燃油助力车得到迅速发展，其排放的尾气已造成城市空气严重污染，一些城市相继制定法规限制摩托车、燃油助力车的使用来保护环境。发展短距离绿色交通工具替代摩托车、燃油助力车成为一些国家的经济和社会课题。电动自行车具有“零排放”，是一种比较好的短距离绿色交通工具。由于电池问题，限制了电动自行车的行驶距离，但可以通过提高系统的效率来改善其性能。本课题研制的电动自行车用无位置传感器直流无刷永磁电动机来驱动，用PIC16C74单片机作为主控芯片，它不仅克服了有刷直流电机的噪音、换向火花等缺点，而且避免了有

3、位置传感器直流无刷电机因位置传感器带来的不足；同时，它降低了制造和使用过程中的成本，提高了使用和维护的方便性，具有效率高、环保、经济和方便的特点以及具有良好运行性能和巨大的市场潜力。关键词：单片机，脉宽调速系统，三端式稳压器，无刷直流电动机，八段数码管动态显示，蓄电池（关键词不完全准确，只需3-5个）Electric bike speed control system designABSTRACTIn recent years, with the improvement of peoples living standard, motorcycle, fuel ZhuLiChe rapidly

4、developing, the exhaust gas has caused urban air pollution, and some cities have set rules to limit the use of motorcycle, fuel ZhuLiChe to protect the environment. The development of green transportation short alternative motorcycle, fuel ZhuLiChe become some the countrys economic and social issues

5、.This paper deals with an electric motor driven bike (EB) and its control stratagem. Without fail，EB 15 very helpful to environment protection. Nevertheless EB has its disadvantages，especially the too weak continuous run distance. Except the battery problem，the efficiency of the whole system 15 also

6、 one of the most important problems to be solved. A permanent brush-less and sensor-less DC motor and its control set are specially designed for this developed EB.A study on control stratagem and electronic resorts are given in this paper. A microchip PIC16C74 used as CPU and corresponding software

7、developed by author 15 introduced in this control system. The experiments of the prototype show that the performance，including system efficiency，noise，spark，maintenance-free and its cost are obviously improved. It may be expected，that this EB driving system has really huge market potential.Keywords:

8、 Single-chip, pulse width adjustable-speed system, three-terminal regulator, permanent magnet brushless DC motor，the eiehth of dynamic display,battery 目录格式需修改。 目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1 电动车的发展史11.2 电动车对电动机的基本要求11.3 永磁无刷直流电动机的基本性能21.4 无刷直流电动机在电动自行车上的应用21.4.1 应用特点21.4.2 常见故障22 总体设计42.1 电源电路52.2

9、显示电路52.3 控制电路72.4 驱动电路及原理83 主要器件性能及原理123.1 8051单片机内部结构123.2 A/D转换芯片153.3 三端式稳压器78L05的工作原理173.3.1 启动电路183.3.2 准电压电路183.3.3 取样比较放大电路和调整电路183.3.4 保护电路183.3.5 过热保护电路193.4 集成转速传感器KMI15-1193.4.1 KMI15-1型传感器的性能特点203.4.2 工作原理203.4.3 KMI15-1的应用233.5 译码器234 程序设计254.1 主程序框图254.2 INT0中断服务程序264.3 子程序设计265 电动车的电池

10、295.1电池的性能295.2 电动自行车的电池原理296电动自行车的养护317 结 论32致 谢33参考文献34论文原创性声明351 绪论1.1 电动车的发展史 电动车的发展史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是电动车。后来，由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动车在能源技术和行驶里程的研制上长期未能取得突破，从20世纪20年代初至60 代末，电动车的发展进入了一个沉寂期。进入70年代以来，由于中东石油危机的爆发以及人类对自然环境的日益关注，电动车才再度成为技术发展的热点。近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关 技术也取得了重大的进展。尽管电动车在能源

11、和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性 的进展，但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型电动车，改善其性能。 现代电动车的能源系统、电机驱动系统、智能化的能量管理系统、充电系统、车载空调系统和变速系统，电动车的基础设施建设以及未来智能化的交通系统的发展。根据各类子系统的不同特点.近年来，各种显示高新技术的电动车层出不穷，日新月异。处于世纪之交的今天，能源和环境对人类的压力越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。为了适应这个发展趋势，世界各国的政府、学术界、工业界正在加大对电动车开发的投资力度，加快电动车的商品化步伐。虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未能尽如人意，但已

12、足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。1.2 电动车对电动机的基本要求电动车的运行与一般的工业应用不同，非常复杂。因此，对驱动系统的要求是很高的。（1）电动车用电动机应具有瞬时功率大、过载能力强、过载系数应为（34），加速性能好、使用寿命长等特点。（2）电动车用电动机应具有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足车在平坦的路面能够高速行驶的要求。（3）电动车用电动机能够在减速时实现再生制

13、动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电动车具有最佳能量的利用率，这在内燃机得摩托车上是不能实现得。（4）电动车用电动机应在整个运行范围内，应具有高得效率，以提高1次充电得续驶里程。另外，还要求电动车用电动机可靠性好，能够在较恶劣得环境下长期工作，结构简单并适应大批量生产，运行时噪声低，价格便宜等。1.3 永磁无刷直流电动机的基本性能（1）永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗，发热的电枢组又装在外面的定子上，散热容易。因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修

14、简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转的情况下运行。无刷直流电动机因其无电刷和机械换向器，不需要减速装置，噪声低等优点，被广泛应用于电动自行车中。（2）永磁无刷直流电动机的控制系统。由于永磁无刷直流电动机具有上述一系列的优点，因而，其用途十分的广泛，特别适合于对性能，体积重量要求很高的场合，如航空航天，电动汽车，精密电子仪器与设备，工业自动化和现代家用电器等领域。1.4 无刷直流电动机在电动自行车上的应用1.4.1 应用特点无刷直流电动机之所以被广泛应用于电动自行车，是因为它与传统的有刷直流电动机相比具有以下二方面的优势。（1） 寿命长、

15、免维护、可靠性高。在有刷直流电动机中，由于电机转速较高，电刷和换向器磨损较快，一般工作1000小时左右就需更换电刷。另外其减速齿轮箱的技术难度较大，特别是传动齿轮的润滑问题，是目前有刷方案中比较大的难题。所以有刷电机就存在噪声大、效率低、易产生故障等问题。（2）效率高、节能。一般而言，因无刷直流电动机没有机械换向的磨擦损耗及齿轮箱的消耗，以及调速电路损耗，效率通常可高于85%，但考虑到实际设计中的最高性价比，为减少材料消耗，一般设计为76%。而有刷直流电动机的效率由于齿轮箱和超越离合器的消耗，通常在70%左右。1.4.2 常见故障无刷直流电动机的常见故障通常从其三个组成部分来检查。在不清楚故障

16、部位时，首先应该检查电动机本体，其次是位置传感器，最后检查驱动控制电路。在电动机本体中，可能出现的问题是：A、电动机绕组接触不良，断线或短路。会造成电动机不转；电动机在某些位置能够起动，而在某些位置不能起动；电动机运行不平衡。B、电动机主磁极退磁，会使电动机转矩明显变小，而空载转速高、电流大。在位置传感器上常见问题是霍尔元件损坏、接触不良、位置变化，都会使电动机输出转矩变小，严重时会使得电动机不动或在某一点来回振动。在驱动控制电路中最容易出现故障的是功率晶体管，即由于长期过载、过电压或短路使功率晶体管损坏。在电动机实际运行时问题会是多种多样的，检查者应注意在没有确切把握情况时，不能随意通电，以

17、免造成电动机的其他器件损坏。2 总体设计对于电动自行车控制系统设计主要有四个方面:对于电动自行车控制系统设计主要有四个方面：一、控制电路的设计；二、 传感器选择以及安放设计；三、显示电路的设计；四、程序设计。从总的方面来考虑，传感器的使用应该尽量减少单片机的信号处理量，但是又必须能使车行驶自如。控制电路要根据选用的电机和传感器来设计，主要考虑稳定性，抗干扰性。 控制核心采用 51 单片机，控制系统与电路用光耦完全隔离以避免干扰。控制上 采用分时复用技术，仅用一块单片机就实现了信号采集，电机控制和转速显示。直流电机单片机显示部分转速传感器控制电路驱动图2-1总体结构图从总的方面来考虑，传感器的使

18、用应该尽量减少单片机的信号处理量，但是又必须能使车行驶自如。控制电路要根据选用的电机和传感器来设计，主要考虑稳定性，抗干扰性。控制核心采用51单片机，控制系统与电路用光耦完全隔离以避免干扰。控制上采用分时复用技术，仅用一块单片机就实现了信号采集，电机控制和转速显示。电动自行车的基本原理是：由蓄电池提供电能，电动机驱动自行车。2.1 电源电路传感器的电源直接使用24V蓄电池，单片机的电源则通过三端稳压器78L05将24V电源转换到5V。见图2-2：图2-2电源电路图24V直流电源经三端稳压器78L05输出即为单片机所要求的+5V电源。电路中接入C1、C2是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频

19、自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。大容量的C3是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。D是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器C3一个放电通路，防止C3两端电压作用于调整管的be解结，造成调整管be结击穿而损坏。2.2 显示电路显示部分采用单片机串口通讯，以节省单片机的端口，单片机通过中断的方式为显示服务。我们所设计的采用共阳极连接方式的LED七段显示数码管如图2-3所示。图2-3七段显示数码管静态显示原理：MCS-51单片机串行口方式0为移位寄存器方式，外接6片74LS164作为6位LED显示器的静态显示接口，把8051的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲

20、。74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。T（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。R（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。Q1Q8（第3-6和10-13引脚）并行输出端分别接LED显示器的hga各段对应的引脚上。段码控制：如送段码73H时，显示P以此类推，如表2-4所示：表2-4段码表显示P0.7P0.

21、6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0位码HgfedCbap0111001173H-1000000080H10000011003H2100110119BH3100011118FH410110110B6H510101101ADH610111101BDH70000011107H810111111BFH910101111AFH0001111113FHe10111101B9Hn0010001123Hd100111109EH暗0000000000H直流电动机的额定转速为190转/分大约需要三位数码管显示。驱动器采用74LS164串接510的限流电阻。2.3 控制电路图2-5控制电路打开系统电

22、源后由电位器控制电动机转速，IN0-IN6线上那一路模拟电压被换成数字量由ADDA-ADDC线上的地址决定。ADDC0809内部“地址锁存与译码”电路便把IN0线上模拟电压送入8位A/D转换器。此时，若单片机使STRA线处于高电平，则ADC0809便开始A/D转换，一旦A/D转换完成，ADC0809一方面把A/D转换后的数字量送入它三态输出缓冲器，另一方面又使EOC线变为高电平向单片机提出中断请求。单片机检测和响应该中断请求后就通过使RD非变为低电平而使OE线变高，以便可以从2.12.8引线上取走A/D转换后的数字量输出相应的巨型脉冲信号。脉冲信号经74LS254放大后经光电耦合控制继电器。2

23、.4 驱动电路及原理电动自行车使用24V直流电机，对于这种小功率直流电机的调速方法一般有两种。一种是线性型：使用功率三级管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转矩运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大。另一种脉宽调制型:脉宽调速（PULSE WIDE MODULATIONPWM）较常用的 一种调速方式，这种调速方式有调速特性优良、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用PWM方式控制直流电机。永磁式直流电机脉宽调速原理：永磁式直流电动机电机转速由电

24、枢电压UD决定，电枢电压UD越高电机转速越快，电枢电压UD降为0V，电机就就停转。直流电机的具体调速过程是：先让它启动一段时间，然后切断电源，电动机因惯性而降速转动。在转速降到一定限度时使电动机再次接通，电动机因此而再次加速，不断的给电枢两端送入脉动电压源（即脉动信号）就可以使电动机的转速控制在指定的范围内。如图2-6所示：脉冲信号：tT转速：VMAXVDVMIN图2-6脉冲信号图Vmax为电动机的最大转速值，Vmin为电动机的最小转速值，VD为二者的平均值。VD=D*max式中D=t/Tc称为占空比，D越大VD就越大反之亦然。平均转速和电枢上的脉冲占空比D之间关系如图2-7所示：由图可知，平

25、均转速与占空比并非完全的线性关系，但可以近似的看成是线性关系。因此，电动机的平均转速VD就可以有占空比D加以控制。 VD（平均速度） 00.51D（占空比） 图2-7 VD/D关系图PWM调速分为双向式和单向式两种：双向式：在一个脉冲周期内（T=Ta+Tb）,T1和T3导通时间为Ta,T2和T4导通时间为Tb，这样在Ta这段时间内，电机通过的是正向电流，在Tb这段时间内为反相电流。当Ta=Tb时电机停转，TaTb电机正转，TaTb则电动机正转。通过改变Ta、Tb的占空比即可改变转速。3 主要器件性能及原理3.1 8051单片机内部结构8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们以这一

26、代表性的机型进行系 统的讲解。 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、数据存储器 (RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、 地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：3.1.1 中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能 处理 8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的 工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。3.1.2 数据存储器(RAM)8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们 是统一编址的，专用寄存器只能用于存

27、放控制指令数据，用户只能访问，而不能 用于存放用户数据，所以，用户能使用的的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。3.1.3 程序存储器(ROM)8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。3.1.4 定时/计数器(ROM)8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于 控制程序转向。3.1.5 并行输入输出(I/O)口8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。3.1.6 全双工串行口8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其

28、它设备间的串行数据传送，该 串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。3.1.7 中断系统8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一 个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。3.1.8 时钟电路8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲 时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即 哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存 储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL

29、的 MCS-51 系列单片 机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS-96 系列单片机则采用普 林斯顿结构。图3-1 8051引脚图 图3-2 MCS-51 内部结构图8051的引脚说明：Pin20:接地脚。Pin40为正电源脚，正常工作或对片内EPROM读写程序时，接+5V电源。Pin19为时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。Pin18为时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。输入输出(I/O)引脚：Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin1为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pi

30、n17为P3.0-P3.7输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态如表3-3所示:表3-3 8051初始状态特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC00HB00HPSW00

31、HSP07HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0xxxxxxxBPin30: ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据

32、放到P0口上，CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。3.2 A/D转换芯片（1）内部结构ADC0809芯片是最常用的8位模数转换器。它的模数转换原理采用逐次逼近型，芯片由单个+5V电源供电，可以分时对8路输入模拟量进行A/D转换，典型的A/D转换时间为100微秒左右。ADC0809的内部逻辑结构，如图3-4：图3-4 ADC0809的内部结构由上图可知，多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A

33、/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。（2）引脚结构图3-5 ADC0809引脚结构图IN0IN7：8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通I

34、N0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如表3-6所示：表3-6通道选择表CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4111IN5110IN6111IN7数字量输出及控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0

35、809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。3.3 三端式稳压器78L05的工作原理电路如图3-7所示，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。下面对各部分电路作简单介绍。图3-7三端式稳压器工作原理注 图中R11由输出电流档次决定，R12由输出电压档次决定 3.3.1 启动电路在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，当输入电压V1接通后，这些恒流源难以自行导通，以致输出电压较难建立。因此，必须用启动电路给恒流源的BJT T4、T5提供基极电流。（如图3-6）启动电路由T1

36、、T2、DZ1组成。当输入电压V1高于稳压管DZ1的稳定电压时，有电流通过T1、T2，使T3基极电位上升而导通，同时恒流源T4、T5也工作。T4的集电极电流通过DZ2以建立起正常工作电压，当DZ2达到和DZ1相等的稳压值，整个电路进入正常工作状态，电路启动完毕。与此同时，T2因发射结电压为零而截止，切断了启动电路与放大电路的联系，从而保证T2左边出现的纹波与噪声不致影响基准电压源。 3.3.2 准电压电路（公式号编码与插图号类似）（如图3-7）基准电压电路由T4、DZ2、T3、R1、R3及D1、D2组成，电路中的基准电压为 (3-1)式中VZ2为DZ2的稳定电压，VBE为T3、D1、D2发射结

37、（D1、D2为由发射结构成的二极管）的正向电压值。在电路设计和工艺上使具有正温度系数的R1、R2、DZ2与具有负温度系数的T3、D1、D2发射结互相补偿，可使基准电压VREF基本上不随温度变化。同时，对稳压管DZ2采用恒流源供电，从而保证基准电压不受输入电压波动的影响。3.3.3 取样比较放大电路和调整电路这部分电路（如图3-7）由T4T11组成，其中T10、T11组成复合调整管；R12、R13组成取样电路；T7、T8和T6组成带恒流源的差分式放大电路；T4、T5组成的电流源作为它的有源负载。T9、R9的作用说明如下：如果没有T9、R9，恒流源管T5的电流IC5=IC8+IB10，当调整管满载

38、时IB10最大，而IC8最小；而当负载开路时IO=0，IB10也趋于零，这时IC5几乎全部流入T8，使得IC8的变化范围大，这对比较放大电路来说是不允许的，为此接入由T9、R9级成的缓冲电路。当IO减小时，IB10减小，IC8增大，待IC8增大到 0.6V时，则T9导通起分流作用。这样就减轻了T8的过多负担，使IC8的变化范围缩小。3.3.4 保护电路（如图3-7）减流式保护电路由T12、R11、R15、R14和DZ3、DZ4组成，R11为检流电阻。保护的目的主要是使调整管（主要是T11）能在安全区以内工作，特别要注意使它的功耗不超过额定值PCM。首先考虑一种简单的情况。假设图3-6中的DZ3

39、、DZ4和R14不存在，R15两端短路。这时，如果稳压电路工作正常，即PCPCM并且输出电流IO在额定值以内，流过R11的电流使 =IOR110.6V时，使T12管导通。由于它的分流作用，减小了T10的基极电流，从而限制了输出电流。这种简单限流保护电路的不足之处是只能将输出电流限制在额定值以内。由于调整管的耗散功率PCM=ICVCE，只有既考虑通过它的电流和它的管压降VCE值，又使PC（VZ3+ VZ4），则DZ3、DZ4击穿，导致T12管发射结承受正向电压而导通。VBE12的值为 (3-3-4-1)经整理后得 (3-3-4-2)显然，（VI VO）越大，即调整管的VCE值越大，则IO越小，从

40、而使调整管的功耗限制在允许范围内。由于IO的减小，故上述保护称为减流式保护。3.3.5 过热保护电路电路（如图3-7）由DZ2、T3、T14和T13组成。在常温时，R3上的压降仅为0.4V左右，T14、T13是截止的，对电路工作没有影响。当某种原因（过载或环境温升）使芯片温度上升到某一极限值时，R3上的压降随DZ2的工作电压升高而升高，而T14的发射结电压VBE14下降，导致T14导通，T13也随之导通。调整管T10的基极电流IB10被T13分流，输出电流IO下降，从而达到过热保护的目的。电路中R10的作用是给T10管的ICEO10和T11管的ICBO11一条分流通路，以改善温度稳定性。值得指

41、出的是：当出现故障时，上述几种保护电路是互相关联的。3.4 集成转速传感器KMI15-1集成转速传感器具有灵敏度高、测量范围宽、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，是传统的分立式转速传感器的升级换代产品。转速属于常规电测参数。测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器进行非接触性测量，传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的，亦可用耳塞机改装而成。但这种传感器存在一些缺点：第一，灵敏度低，传感器与转动齿轮的最大间隙（亦称磁感应距离）只有零点几毫米；第二，在测量高速旋转物体的转速时，因安装不牢固或受机械振动，容易与齿轮发生碰撞，安全性较差；第三，这种传感器所产生的是幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号，因此，需要经过放大、整形后变成沿口陡直的数字频率信号，才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速，而且外围电路比较复杂；第四，它无法测量非常低（接近于零）的转速，因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速信号。目前，转速传感器正朝着高灵敏度、高可靠性和全集成化的方向发展，典型产品有飞利浦（Philips）公司生产的KMI15系列磁阻式集成转速传感器。该传感器性能优良，安全性好，稳定性强，是分立式转速传感器理想的升级换代产品。KMI15-1系列包括KMI15-1、K