前面所述的OP放大器是放大器在機器人學領(lǐng)域應(yīng)用的一個方面，下面介紹控制器具體的實現(xiàn)方法。在具體的電路中，OP放大器用于信息處理，即把電壓轉(zhuǎn)換為可供利用的信息。從高效率利用能源的角度看，應(yīng)該控制流過電路的電流為最小。在計算機進行信息處理的時候，也面臨同樣的問題。

　　不過，將OP放大器電路或計算機處理決定的控制量輸人伺服器時，需要加進一個電路，它具有一定的輸出阻抗，以便產(chǎn)生足夠的電流，給驅(qū)動器施加足夠的電壓。扮演這個角色的就是功率放大器。

　　1.功率OP放大器

　　如前所述，理想OP放大器的輸出阻抗是0。這就意味著無論輸出端要求多大的電流它都能辦到。可是，OP放大器的輸出端在大多數(shù)情況下都與其他OP放大器的輸人端連接著，設(shè)計時基本上可以認為OP放大器是與高輸人阻抗連接的。因此，它的實際輸出阻抗并不很大。相應(yīng)地，考慮到與低阻抗負載連接的用途，OP放大器也可以按照大的輸出電流來設(shè)計，一般稱之為功率放大器。

　　功率放大器與一般的OP放大器的不同點僅僅在于輸出大電流的那一部分，除此之外，兩者幾乎沒有區(qū)別。處理大電流時必須注意的最大問題是OP放大器內(nèi)部允許的損失和它的放熱措施。工作狀態(tài)不同，OP放大器內(nèi)部所消耗的功率變化也極大，在能量效率很差的區(qū)域功率損耗相當多，所以需要進行合理的散熱設(shè)計。

　　實際情況是，市場上銷售的功率放大器產(chǎn)品大多數(shù)的最大電流為1A左右，當然也有3-10A左右輸出電流的放大器。放大器的外形也應(yīng)該適應(yīng)散熱的要求，例如，配備散熱風扇，安裝散熱板片等。

　　功率OP放大器充當功率放大器的優(yōu)點是放大器本身兼有控制器，所以設(shè)計和安裝十分簡單。因此，它很適合用于各種實驗。不過，從能量效率的觀點看還有點問題，即它必須備用兩個電源。特別是自主移動式機器人，對搭載電源有嚴格的限制，能量效率要求比較高，因此很難說功率放大器是比較適合的選擇。

　　2.線性功率放大器

　　由電流放大晶體管（功率晶體管）組成的功率放大器對性能規(guī)格的適應(yīng)范圍較寬，在市場上有大量出售，很便于組成能滿足各種要求的功率放大器。其中典型的例子就是線性功率放大器，其基本原理如圖3.35所示。

　　這個電路的基本思想就是用晶體管和負載將電源電壓進行分壓，以此來調(diào)整加在負載上的電壓。如前所述，晶體管本身的參數(shù)h在制造時分散性很強，受溫度影響大，不采取措施難以得到穩(wěn)定的動作。還有一個問題是，圖3.35中流過負載的電流僅沿一定方向流動。在機器人學領(lǐng)域，功率放大器驅(qū)動的對象多數(shù)是電機，它們需要雙向驅(qū)動，電流單向流動顯然不合適。

　　基于上面的實際問題，將線性功率放大器電路改成如圖3.36所示。

　　在圖3. 36的電路中，用OP放大器將反饋返回到施于負載的電壓上，這樣有利于消除因晶體管參數(shù)變動而產(chǎn)生的影響。通過使用復合晶體管對與兩個電源，負載電流可以按照輸人信號的符號方向流動。

　　如前所述，電路利用負載和晶體管來進行分壓，起到了調(diào)整負載電壓的作用。晶體管所消耗的能量相當于施加在晶體管上的電壓與負載電流的乘積。因此，需要充分考慮輸出端晶體管的選擇以及它的散熱對策。

　　組成這個電路的元器件比較多。實際上，尤其是在電機驅(qū)動器這種功率放大器的典型應(yīng)用場合，在市場上可以購得所需元器件全部IC化的電機驅(qū)動器商品。電機容量較小時，則選用專用IC會更方便一些。

　　3.PWM放大器

　　基于PWM （Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）放大器驅(qū)動方式的H橋式功率放大器經(jīng)常被用于機器人數(shù)十瓦級的電機驅(qū)動電路。

　　在前述線性功率放大器中曾經(jīng)談到，位于輸出極的晶體管產(chǎn)生功率消耗。通常，該部分功率通過散熱片向外排出熱量，因此它存在能量損失相當大的缺點。但是，在這種方式中，如果晶體管完全是on或完全是off的場合并不造成能量損失。之所以如此的原因是晶體管在on的狀態(tài)時給晶體管施加電壓，以及在off的狀態(tài)時流過晶體管的電流均為0。

　　基于這個原理，給晶體管反復交互地施加on，off的脈沖信號（PWM信號），就能夠降低能量損失，這種方式稱為PWM驅(qū)動方式。不過，雖然此時on，off不斷反復，為了不引起電機振動，要求信號的脈沖周期（脈沖信號的頻率）設(shè)定的要比電機電氣時間常數(shù)（一般為數(shù)毫秒的量級）小。至于對轉(zhuǎn)速的控制，則是根據(jù)on，off時間的比例，即占空比來實現(xiàn)。

　　圖3. 37給出了電機驅(qū)動器經(jīng)常使用的PWM驅(qū)動方式的基本電路。在這個電路中，給電機配置了四個呈H狀布置的晶體管，它能實現(xiàn)單電源供電的電機正反轉(zhuǎn)驅(qū)動，這種方式叫做H橋方式。在此基礎(chǔ)上，利用把下一級的兩個晶體管同時on，造成電機端子之間的短路，可以實現(xiàn)制動。晶體管的四個狀態(tài)與正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動、停止等四個動作的對應(yīng)組合如表3.8所示。

　　在該電路中，與晶體管并聯(lián)的二極管叫做續(xù)流二極管，由于它的作用，在脈沖輸人的off期間，儲存在電機中的能量得以維持電機的電流，達到了提高效率的效果。

　　如果向電機下達的指令為模擬電壓，就需要與模擬電壓值成正比地生成PWM的占空比信號。此時最常用的方法是預先準備某個周期的三角波，把它與模擬信號同時輸人運算比較器。不過，如果是通過計算機輸出指令值，因為市場已經(jīng)有產(chǎn)生總線界面PWM波的現(xiàn)成的IC出售，所以可以直接購買來利用。在單片的MPU中，大多都嵌人了產(chǎn)生PWM波的功能，使用起來非常方便。