变频器维修-工控

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                                                                                   旷野之雪

                                                                                   2008.5.16



漫谈反相器
旷野之雪 发表于:2017/10/28 21:56:11
标签(TAG):变频器故障检修 深度分析

漫谈反相器

本文所及,皆指工作于开关状态,处理开关量信号的电路类型。线性放大器不在此列。凡文中用“=”的地方,若换用“约等于”、“ 接近”、“ 大致是”等表述,更为贴切。为图省事,一概以“=”取代之。

1、晶体三极管构成的反相器基本电路

图1 三极管反相器电路及输入、输出信号波形示意图

反相器之所以成为反相器,除电路结构适宜处理开关量信号以外,输入信号也须为“合法”信号,即具备性格鲜明的“开、关”特点,而且电压幅度也符合要求。若为反相器输入线性信号或电压幅度不适宜,反相器可能对此不知所措,此为非法信号——别怪反相器输出不正常。共发射极电路(并合理设置其静态工作点)即典型的反相器电路。其输入、输出信号变化趋势呈反向关系。

在线检测:Vbe = 0.7V(高电平),Vc=0V(低电平);Vbe = 0V(低电平),Vc=Vcc(高电平)。若传输方波信号,其动态信号电压Vbe = 0.3V左右,Vc=Vcc/2。

正常状态仅为此。此外为故障状态。

2、集成反相器

以芯片供电+5V为例。电路对输入高、低电平的识别为:输入信号低于1.5V为低电平,高于3V以上为高电平,在1.6V~2.9V以内,为非法信号。其输出低电平,则接近0V,输出高电平接近+5V。

图2 集成反相器电路之一及波形图

(1)静态或传输直流信号时,IN=0V,OUT=Vcc,或为相反状态。

(2)动态传输脉冲信号时,用直流电压挡测量,有直流平均化倾向,反映脉冲占空比的大小,接近示波器所测信号平均值。

a、若输入信号幅度与芯片供电电压幅度相等(如为5V),并且输入信号为方波时:

IN=OUT=2.5V

b、若输入信号幅度与芯片供电电压幅度相等(如为5V),但输入信号不为方波(如图2中输入信号占空比约为1/3)时:

IN约为1.6V左右,OUT约为3.3V左右。可以想见,若输入信号占空比为30%,反相后输出信号占空比即为70%。输入、输出呈互补关系,其和应接近于Vcc。

即IN+OUT=5V。

因而反相器若用于传输非方波的脉冲信号。在线所测输入、输出电压可能是乱七八糟的数值,其正常与否,可用IN+OUT=5V此式验之,若符合,即为正常。否则即为反常。

c、若输入信号幅度与芯片供电电压幅度不等(如输入信号最大幅度为3.3V,而芯片供电电压为5V),输入信号不为方波(如图2中输入信号占空比约为1/3)时,可由输入信号幅度推算占空比,进而推算出输出电压值。

则测IN=1V(最大幅度为3.3V),推算输入信号占空比约为30%,反相后其占空比约为70%(最大幅度为5V),则OUT=3.5V左右,电路传输正常。

图3 反相器电路形式之二——高电压大电流驱动器

上图虚线框内为外部负载电路。芯片供电为+5V,输入信号幅度在0~5V以内。输出级为开路集电极输出模式,外部负载电路可以根据需要采用更高的供电电压和较大的工作电流。典型电路如ULN2003A等,可直接驱动继电器,电喇叭,信号灯等负载。在应用中较灵活。

在线检测:IN=0V,OUT=24V;IN=5V,OUT=0V。仍符合反相器规则。

3、否定之否定等于肯定

图4 电路形式之一

此电路的IN=OUT,似乎和省略掉该电路,将IN\OUT端短接的效果是一样的。何也?

盖有两种作用:

其一,提高带载能力。如MCU引脚的拉电流能力因上拉电阻所限,可能仅为1mA电流输出能力,以至于连发光二极管也无法驱动,用图3电路,则使带载能力显著提高。

图5 电路形式之二

其二,起到阻抗变换作用。如图4串行脉冲传输电路,系主板MCU和面板MCU的通讯电路,输入和输出信号在幅度和极性上显然是一样的,但若直接传输,对外部干扰信号的抵抗力较差。串入否定之否定之电路,使传输线阻大为降低,有一定的电流在流通着,干扰信号便被“水流”冲走了。一定程度上提升了抗干扰能力。

图4,用一只同相器或许可以取代,而图5,则非用两组反相器电路不可。

4、宁愿用着不能空着

图6 反相器的多组串联方式

从逻辑关系分析,用一级反相器肯定和三组反相器的结果是一样的,为何白白浪费两组呢?

无论数字电路或放大器,因输入阻抗较高,当其突置时,其输出端电压是不确定(输出级电路是不安分)的,这和无业游民多了会增加社会的不安定因素,是一个道理。那么使其就业哪怕是一个闲职也好。

每个反相器芯片内往往包含多组反相器,如74HC14,即内含6组反相器电路,恰好有两组剩余时,构成图5电路,就算是较好的安置方法了。

5、不是反相器的反相器

图7、用其它门电路制作反相器

将或非门,或者与非门的两输入端短接起来,使其“变身”为反相器电路。电路设计当中,恰好剩余了一组与非门,而电路又需要一个非门电路时,为此增加一只反相器芯片不够经济。这时候设计者头脑中灵光一闪,就用其它门电路制作出了反相器。

图8  NE555也可以制成反相器

上图,是个准反相器电路,IN<Vcc 1/3,OUT=Vcc;IN>Vcc 2/3,OUT=0V。一般情况下,不会有人专门制作此电路来实现反相器功能(没事闲的啊)。要是恰好剩余一片555电路(如7555器件,含两路),顺手就做成了反相器,确实也是一款性能优良的反相器电路啊。

咸庆信

2017-10-28


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