芯耀
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電磁鐵驅動
電磁鐵對外產生的磁場與流過的電流之間，在電磁鐵沒有飽和之前大體呈現線性關系。如果忽略磁滯、磁飽和等非線性的特點，可以通過控制流經電磁鐵的電流來控制它的電磁吸引力。
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▲ 使用晶體管驅動電磁鐵示意圖 ?
本文通過理論分析和實驗來研究，在單管驅動電磁鐵的情況下：
通過這些分析，為后面使用電磁鐵做控制建立下很好的數學關系和電路設計參數。
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01 實驗研究
先通過實驗研究，獲得在一般情況下單管晶體管驅動電磁鐵的占空比與流經電流之間的關系，然后在后面進行理論分析。
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在實驗中，使用?線性霍爾[1]?器件來測量電磁鐵的鐵芯磁場來間接反映電流的大小。
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1. 實驗中的元器件
(1) 功率晶體管
使用在?磁懸浮地球儀拆解[2]?中拆卸下的中功率 NPN 晶體管?D882?作為實驗中的三極管。
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▲ D882 中功率 NPN 三極管的主要參數 ?
(2) 續(xù)流二極管
使用?20ETF06S[3]?作為電路中的續(xù)流二極管。
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▲ 快速恢復二極管 20ETF06S ?
使用萬用表測量 20ETF06S 的二極管前向導通電壓為：0.351V。
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▲ 電路中的兩個半導體器件 | D882 , 20ETF06S ?
(3) 線性 HALL
使用?線性 HALL 3503[4]?測量電磁鐵的磁芯磁場。
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(4) 單片機板
使用 ?集成兩路 MAX1169 的 STC8G1K08 模塊，帶有兩路 PWM 輸出[5]?中的單片機實驗模塊所產生的 PWM 以及 16-bitAD 轉換器來測量 HALL 的輸出。
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(5) 電磁鐵
使用所使用的電磁鐵包括以下幾種。
- 在?磁懸浮地球儀拆解[2]?中的電磁鐵和 HALL 框架；
- 在 ?使用 STC8H1K28 控制微型磁懸浮[6]?中的繼電器的磁鐵；
- 使用一款在 TB 購買的?電磁鐵[7]?作為測量對象。
▲ 購買到的電磁鐵 ?
- 基本參數：??電阻 R=16Ω；電感（1kHz）L=13.37mH。
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2. 實驗電路
使用?低價電阻箱 - 阻值測試[8]?作為 R1，用于動態(tài)調整 R1。在面包板上將實驗電路搭建起來。
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▲ 實驗電路 ?
選擇 VCC 為 12V 電壓。測量單片機發(fā)送的 PWM 波形以及 T1 集電極電壓波形如下，大體驗證實驗電路工作正常。
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▲ 單片機發(fā)送的 PWM 波形以及 T1 集電極電壓波形
3. 測試數據
(1) 測試購買的電磁鐵
設置 R1= 0 歐姆：
▲ HALL 輸出與 PWM 設置之間的關系
R1=10 歐姆
▲ HALL 輸出與 PWM 設置之間的關系
設置 R= 100 歐姆
▲ HALL 輸出與 PWM 設置之間的關系 ?
▲ 不同的 R1 對應的 PWM 與 HALL 取值之間的曲線 ? 1. 分析假設 由于電路存在著很多非線性環(huán)節(jié)，它的分析根據電路不同的工作狀態(tài)，所得到的結果也各有變化。下面先就一種比較簡單的情況進行分析： ?
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? 2. 電流變化以及平均值 根據前面的假設，電流的變化曲線如下圖所示。 ?
▲ 電感中的電流變化曲線 (1) 計算穩(wěn)態(tài)下電流波動的峰值: ?
? 平均電流： ?
如果反饋續(xù)流電阻 R1= 0，那么施加在的電感上的電壓平均值就與占空比成正比，流經的電流與占空比之間就是線性關系。 ? 3. 數值仿真結果 根據前面實驗中的條件，確定比較符合實際實驗的一些參數：
?▲ 對于不同的 R1 得到的占空比與電流之間的關系
▲ 一種簡易的磁懸浮小玩意兒 ?
?02 理論分析
結論
參考資料
[2]磁懸浮地球儀拆解:?https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107389196
[3]20ETF06S:?https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/99296/IRF/20ETF06S.html
[4]線性 HALL 3503:?https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/55096/ALLEGRO/3503.html
[5]集成兩路 MAX1169 的 STC8G1K08 模塊，帶有兩路 PWM 出:?https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107532306
[6]使用 STC8H1K28 控制微型磁懸浮:?https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107226078
[7]電磁鐵:?https://detail.tmall.com/item.htm?id=600997611114&spm=a1z09.2.0.0.34ba2e8dqvkxlu&_u=nnvskcdb822
[8]低價電阻箱 - 阻值測試:?https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107112157
