智能儀器技術(shù) 課件 7.8 模擬量和控制量輸出

模擬量與控制信號輸出系統(tǒng)揭秘智能儀器輸出通道的信號種類案例：干餾熱解氣化焚燒爐燃燒室的燃燒過程控制之燃燒室控制器的設(shè)計開發(fā)1.實現(xiàn)的功能：氣化爐和燃燒室的爐膛溫度采集、燃燒室負(fù)壓的采集和控制，燃燒室出口余氧含量和余CO含量氣化爐和燃燒室的風(fēng)門開度實現(xiàn)開關(guān)量的輸入輸出。設(shè)計任務(wù)各種開關(guān)輸入量和模擬輸入量輸送到單片機(jī)的處理系統(tǒng)中進(jìn)行處理，同時控制系統(tǒng)還要輸出模擬信號和開關(guān)信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體如下：智能儀器輸出通道的信號種類案例：干餾熱解氣化焚燒爐燃燒室的燃燒過程控制之燃燒室控制器的設(shè)計開發(fā)模擬量輸入量：氣化爐出口煙氣溫度、氣化爐中部溫度、燃燒室溫度、燃燒室壓差、燃燒室尾氣余氧量、余量等；

模擬量輸出量：氣化爐風(fēng)門電調(diào)閥、燃燒室風(fēng)門電調(diào)閥、引風(fēng)機(jī)變頻器；開關(guān)量輸入量：啟動信號、防爆門開關(guān)、底蓋行程開關(guān)、頂蓋行程開關(guān)、冷卻水流量開關(guān)等；

開關(guān)量輸出量：氣化爐點火器、燃燒室燃燒器、循環(huán)泵開關(guān)、報警信號輸出等。其他控制信號：運行顯示、溫度超限報警、手動/自動切換開關(guān)。鍵盤和顯示功能，上位機(jī)通訊。智能儀器輸出通道的信號種類案例：干餾熱解氣化焚燒爐燃燒室的燃燒過程控制之燃燒室控制器的設(shè)計開發(fā)2.硬件結(jié)構(gòu)框圖輸出通道智能儀器輸出通道的信號種類模擬輸出信號種類直流電流信號智能儀表常常要以電流方式傳輸，因為在長距離傳輸信號時容易引入干擾，而電流信號的傳輸具有較強(qiáng)的抗干擾能。

本控制系統(tǒng)需要控制的電調(diào)閥、變頻器等儀表也是標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA的電路輸入。必須經(jīng)過電壓電流轉(zhuǎn)換電路,將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號。直流電流信號傳送給多個儀表時存在的缺陷是什么？智能儀器輸出通道的信號種類智能儀器輸出通道的信號種類模擬輸出信號種類V/I變換電路智能儀器輸出通道的信號種類模擬輸出信號種類直流電壓信號標(biāo)準(zhǔn)信號1V-5V電壓信號。

在控制、顯示場合，智能儀器的輸出一般都采用直流電壓信號。

適用于傳輸距離較近的場合。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)

模擬量輸出量：氣化爐風(fēng)門電調(diào)閥、燃燒室風(fēng)門電調(diào)閥、引風(fēng)機(jī)變頻器。想一想，模擬量輸出通道應(yīng)該怎么設(shè)計？智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計模擬量輸入輸出設(shè)備的分類模擬輸入設(shè)備（A/D轉(zhuǎn)換器）將來自外部裝置的模擬信號轉(zhuǎn)換成微處理可以處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)備。模擬輸出設(shè)備（D/A轉(zhuǎn)換器）將微處理器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號、向外部裝置輸出的設(shè)備。模擬輸入輸出設(shè)備（A/D、D/A轉(zhuǎn)換器）同時具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換器智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計DA轉(zhuǎn)換器DA轉(zhuǎn)換器用于重建那些以數(shù)字形式被加工、存儲或從一地傳送到另一地的原始模擬信號。DA轉(zhuǎn)換器的任務(wù)在于將一個某種形式的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成為一個模擬電壓、電流或增益。DAC被用于微型計算機(jī)的模擬輸入、輸出系統(tǒng)中，作為各種數(shù)控圖形發(fā)生器的驅(qū)動源，也常用作各種模擬執(zhí)行元件（伺服電動機(jī)、模擬電表、可編程電源、數(shù)字合成信號發(fā)生器、用于鎖相環(huán)路的電壓頻率轉(zhuǎn)換器）等。DAC實際上為微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬連續(xù)信號之間提供了一種接口。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)每個通道有獨自DAC的結(jié)構(gòu)，可用于各個模擬量分別刷新的快速的輸出通道。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)多路通道共享DAC的結(jié)構(gòu)。用于輸出通道不太多，對速度要求不太高。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計1.D/A轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，以電壓（或電流）的形式輸出。因此，D/A轉(zhuǎn)換器可以看作是一個譯碼器。一般常用的線性D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出的模擬電壓V和數(shù)字量D成正比關(guān)系。V=KD,K為常數(shù)。輸入是n位二進(jìn)制數(shù)D/AD0D1Dn-1k:轉(zhuǎn)換比例系數(shù)輸出模擬電壓（或模擬電流）與輸入數(shù)字量成正比關(guān)系。假設(shè)：轉(zhuǎn)換比例系數(shù)K=1,輸入數(shù)字量n=3輸出模擬電壓（或模擬電流）為：0≤Di≤1位權(quán)值智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計2.D/A轉(zhuǎn)換器的總體結(jié)構(gòu)智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計2.D/A轉(zhuǎn)換器的總體結(jié)構(gòu)DA轉(zhuǎn)換器采用電阻或電容網(wǎng)絡(luò)，借助于一個適當(dāng)?shù)哪M參考電壓，把代表某量的數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬量。根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路的不同，DA轉(zhuǎn)換器分為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、R-2RT型網(wǎng)絡(luò)、R-2R倒T型網(wǎng)絡(luò)等。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計3.D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)特性☆分辨率分辨率是指輸入數(shù)字量最低有效位為1時，對應(yīng)輸出的模擬量變化。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時對輸入量的微小變化的反應(yīng)越靈敏。而分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，n越大，分辨率越高。即：最小輸出電壓與最大輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)表示。說明D/A轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計3.D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)特性☆轉(zhuǎn)換誤差最小量化級（轉(zhuǎn)換誤差）和輸入二進(jìn)制位數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)換誤差＝n=3n=4n=10n=12輸入數(shù)字信號的位數(shù)越多，輸出的模擬信號越接近連續(xù)模擬信號，轉(zhuǎn)換的精度也就越高。（輸入數(shù)字信號全1時的輸出最大模擬電壓）智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計3.D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)特性☆轉(zhuǎn)換誤差的來源⑴非線性誤差：電子開關(guān)導(dǎo)通的電壓降和電阻網(wǎng)絡(luò)電阻值偏差產(chǎn)生的，常用滿刻度的百分比表示。⑵比例系數(shù)誤差：它是基準(zhǔn)電壓VREF偏離標(biāo)準(zhǔn)值所引起的誤差，也用滿刻度的百分比表示。⑶漂移誤差：由集成運放的零點漂移所造成的誤差。增益的改變也會引起增益誤差。

智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計3.D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)特性☆線性度通常用非線性誤差來表征轉(zhuǎn)換器的線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實測的輸入-輸出特性曲線與一條理想直線的偏離程度，這條理想直線是校準(zhǔn)后的轉(zhuǎn)換器的兩個端點的連線?！罘€(wěn)定時間（建立時間）這是指輸入數(shù)字代碼產(chǎn)生滿刻度值的變化時，其模擬輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值±（1/2）LSB所需的時間。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計4.D/A轉(zhuǎn)換器的選擇確定線性度。

通常用非線性誤差的大小來表示DAC的線性度，而非線性誤差等于理性輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)，比如AD7541的線性度（非線性誤差）≤±0.02%FSR。確定轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換精度以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出。這個轉(zhuǎn)換誤差應(yīng)該是包含非線性誤差、比例系數(shù)誤差以及漂移誤差等綜合誤差。

精度和分辨率是兩個不同的概念。精度是指轉(zhuǎn)換后所得的實際值對于理想值的接近程度，分辨率是指能夠?qū)D(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生影響最小輸入量，對于分辨率很高的DAC不一定有較高的精度。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計D/A轉(zhuǎn)換器的選擇建立時間。對于一個理想的DAC，其數(shù)字輸入信號從一個二進(jìn)制變成另一個二進(jìn)制數(shù)時，其輸出模擬信號電壓應(yīng)該立即從原來的數(shù)值跳變到新的數(shù)值上來，但是實際的DAC內(nèi)部因為有電容、電感等結(jié)構(gòu)而引起器件響應(yīng)的延遲。不同型的DAC建立時間不同，一般從幾個ns到幾個us。比如AD7541，其輸出達(dá)到與滿刻度值差0.01%，建立時間≤1us.智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計D/A轉(zhuǎn)換器的選擇參數(shù)條件選擇。世界上一些主要的ADC和DAC生產(chǎn)商，如AD、NS、TI等都有相當(dāng)數(shù)量器件型號供開發(fā)時選擇。為了方便用戶，它們的網(wǎng)站上都有器件的技術(shù)手冊應(yīng)用介紹等文檔供參考。有的廠商網(wǎng)站還有參數(shù)搜索功能，只要在搜索參數(shù)中選擇或輸入相應(yīng)的參數(shù)，單擊搜索按鈕就可以得到符合用戶搜索條件的產(chǎn)品。對于電流輸出型的DA轉(zhuǎn)換器，為了得到電壓輸出，可以使用[填空1]。作答填空題1分轉(zhuǎn)換速度這一指標(biāo)只適用于AD轉(zhuǎn)換器，DA轉(zhuǎn)換器不用考慮“轉(zhuǎn)換速度”問題正確錯誤AB提交單選題1分智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計D/A轉(zhuǎn)換器舉例10位串行DACMAX515能分析出來串行DAC的優(yōu)勢與缺點嗎？5V電源供電、低功耗、電壓輸出、串行數(shù)字輸入的10位DAC芯片。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計D/A轉(zhuǎn)換器舉例10位串行DACMAX515AGND為地VDD為電源，一般為5VREFIN為參考電壓輸入端，參考電壓范圍0~VDD-2V。

Vout=2VREFD/1024，D為DAC數(shù)字量輸入值。

為片選輸入端，低電平有效DIN串行數(shù)據(jù)輸入端SCLK為移位脈沖輸入端。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計串行數(shù)字輸入DAC芯片MAX515工作時序①CS跳變時，SCLK應(yīng)保持為低②CS為低時，SCLK的上升沿將DIN的串行數(shù)據(jù)移入16位移位寄存器，移入次序：4個啞位（一般不用）10個數(shù)據(jù)位，最后結(jié)尾的2位0.③CS上跳時，移位寄存器中的10位數(shù)據(jù)傳給DAC寄存器，并更新DAX的輸出。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計串行輸入DAC芯片MAX515與89C51接口智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計案例：干餾熱解氣化焚燒爐燃燒室的燃燒過程控制之燃燒室控制器的設(shè)計開發(fā)設(shè)計中采用的是哪款DA轉(zhuǎn)換器呢？智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計利用PWM實現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換器優(yōu)勢：通過單片機(jī)的PWM輸出，再加上簡單的外圍電路及對應(yīng)的軟件設(shè)計，實現(xiàn)對PWM的信號處理，得到穩(wěn)定、精確的模擬輸出，以實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，這將大大降低電子設(shè)備的成本，減小體積，并容易提高精度。什么是PWM？PWM信號為頻率固定、占空比變化的數(shù)字信號。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計

采用模擬低通濾波器濾掉PWM輸出的高頻部分，保留低頻的直流分量，即可得到對應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換輸出，低通濾波器的帶寬決定了D/A轉(zhuǎn)換器的帶寬的范圍。從PWM到D/A轉(zhuǎn)換器的信號處理框圖智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計利用PWM實現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換器對PWM信號的頻譜進(jìn)行分析,對上式進(jìn)行傅里葉級數(shù)展開。上式中的直流分量從0到N，直流分量在VL~VH變化，這正是電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換器所需要的。智能儀器模擬量輸出通道的設(shè)計PWM到電壓輸出型D／A轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，通過由電阻尺和電容C構(gòu)成的簡單積分電路，濾掉高頻進(jìn)行平滑后，得到D／A轉(zhuǎn)換的輸出電壓。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計開關(guān)量信號--智能儀器需處理的一類基本輸入輸出信號開關(guān)的閉合和斷開指示燈的點亮和熄滅繼電器或接觸器的吸合和釋放電機(jī)的啟動和停止開關(guān)量信號的特點是什么？開關(guān)量用二進(jìn)制數(shù)的0和1表示。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計開關(guān)量輸入量：啟動信號、防爆門開關(guān)、底蓋行程開關(guān)、頂蓋行程開關(guān)、冷卻水流量開關(guān)等；

開關(guān)量輸出量：氣化爐點火器、燃燒室燃燒器、循環(huán)泵開關(guān)、報警信號輸出等。案例：干餾熱解氣化焚燒爐燃燒室的燃燒過程控制之燃燒室控制器的設(shè)計開發(fā)開關(guān)量信號與單片機(jī)IO口連接原則若開關(guān)量輸入輸出信號電平幅度與單片機(jī)IO口信號相符，可以直接與單片機(jī)IO口相連；若不符，先進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。對于驅(qū)動功率較大的設(shè)備，輸出開關(guān)量信號要經(jīng)過功率放大電路。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計開關(guān)量輸入輸出通道的設(shè)計電平轉(zhuǎn)換--TTL電平高電平，邏輯“1”：輸出＞2.4V→室溫下，輸出＞3.6V

輸入≥2.0V低電平，邏輯“0”：輸出＜0.4V→室溫下，輸出＜0.2V

輸入≤0.8V智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計開關(guān)量輸入通道的設(shè)計信號轉(zhuǎn)換電路--將開關(guān)量首先轉(zhuǎn)數(shù)字量開關(guān)量的形式：電壓輸入電路電流輸入電路開關(guān)觸點輸入電路開關(guān)觸點輸入電路智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計開關(guān)量輸入通道的設(shè)計開關(guān)量的隔離轉(zhuǎn)換現(xiàn)場輸入信號與儀器輸入通道連接時容易把現(xiàn)場干擾引入儀器系統(tǒng)。為隔離現(xiàn)場干擾而提高儀器系統(tǒng)的可靠性，輸入端需采用隔離技術(shù)。開關(guān)量輸入輸出通道中設(shè)計隔離電路的作用是什么？隔離現(xiàn)場高電壓隔離現(xiàn)場大電流隔離現(xiàn)場強(qiáng)電干擾噪聲隔離弱噪聲ABCD提交多選題1分光電耦合電路光耦合器件是以光為媒介傳輸信號的集成化器件。a圖輸入高電平，輸出高電平，輸入低電平，輸出低電平

b圖輸入高電平，輸出低電平，輸入低電平，輸出高電平智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計發(fā)光二極管光敏三極管光耦合器兼有反相及電平轉(zhuǎn)換作用光電耦合器的選擇

正向電流IF（Forwardcurrent）外加電壓V經(jīng)限流電阻R施加到發(fā)光二極管，二極管正向?qū)ê?，即在輸入回路產(chǎn)生正向電流IF。同時在二極管兩端產(chǎn)生正向壓降VF，經(jīng)調(diào)整限流電阻R即可調(diào)節(jié)正向電流，其關(guān)系為：正向電流最大值約為幾十毫安，實際應(yīng)用時不應(yīng)超過數(shù)據(jù)手冊中的最大值。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計光電耦合器的選擇

反向電壓VR

（LEDreversevoltage）當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管施加反向電壓VR，二極管處于截至狀態(tài)，理想狀態(tài)下回路中的電流為零，但實際二極管反向截至后的電阻是有限的，因此回路中還會有一定的反向泄露電流IR。實際應(yīng)用中，反向電壓不超過數(shù)據(jù)手冊規(guī)定的最大值，否則將導(dǎo)致二極管反向被擊穿，一般光電耦合器中這個參數(shù)的最大值約為5V左右，在使用交流脈沖驅(qū)動時，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行保護(hù)。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計光電耦合器的選擇

集電極電流Ic（Collectorcurrent）當(dāng)輸入發(fā)光二極管的光線足以使光敏三極管導(dǎo)通時，輸出回路即產(chǎn)生回路電流，通常稱之為集電極電流，輸出VO將被拉低為低電平。光敏三極管飽和導(dǎo)通時集電極-發(fā)射極壓降不為零，這個電壓稱為集電極-發(fā)射極飽和電壓VCE（sat）。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計光電耦合器的選擇

輸出端暗電流:光電耦合器處于截止?fàn)顟B(tài)時，通過光敏三極管的電流。這個電流越小越好。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計光電耦合器的選擇電流傳輸比（CRT）:集電極輸出電流IC與發(fā)光二極管輸入電流之比，常用百分比表示。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計光電耦合器的優(yōu)點光電耦合器的輸出信號與輸入信號（包括電源，地線）在電氣上完全隔離，抗干擾能力強(qiáng)；隔離電壓可達(dá)千伏以上光電耦合器無觸點，耐沖擊，壽命長，可靠性高其響應(yīng)速度快，易與邏輯電路配合。采用光電隔離技術(shù)是開關(guān)量輸入/輸出中最有效，最常用的措施。常常用于解決智能儀器的測量、控制部分與其他獨立設(shè)備之間的接口，以實現(xiàn)完全的電氣隔離。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計

廉價實用的TLP521-X工作頻率不高，一般限制在10KHZ以內(nèi).TLP521-1TLP521-2TLP521-4智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計判斷一下：R17和R14的阻值選取是否準(zhǔn)確？R13接到12V光電耦合TLP521中，最小變換效率選50%；該器件發(fā)光二極管的最大正向壓降是1.3V（10mA時）智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計1.假如R13接到12V（注意，這個條件將影響到下面所有的計算結(jié)果），光耦輸出飽和壓降忽略不計，算得電流I＝12V／3.3kΩ＝3.6mA。2、假設(shè)CRT=50%，為保證光耦被驅(qū)動時飽和，右邊的輸入回路電流不得小于3.6mA／0.5＝7.2mA3、該器件發(fā)光二極管的最大正向壓降是1.3V（10mA時），于是為保證能以7.2mA以上的電流驅(qū)動，R14＋R17≦(3.3V－1.3V)／7.2mA＝0.28kΩ?？紤]電源波動和電阻精度的因素，實際R14＋R17電阻取值建議為200Ω以下。智能儀器開關(guān)量輸入/出通道的設(shè)計智能儀器開關(guān)量輸入輸出通道的設(shè)計開關(guān)量輸入通道的設(shè)計開關(guān)量的隔離變換智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計開關(guān)量輸出通道結(jié)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常需較大電壓（電流）來控制，而CPU輸出的開關(guān)量大都為TTL（或CMOS）電平，一般不能直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要經(jīng)過鎖存器并經(jīng)過隔離和驅(qū)動電路才能與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。開關(guān)量輸出通道一般用于驅(qū)動繼電器，電磁閥等。CPU隔離驅(qū)動地址譯碼DBWRAB鎖存執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計案例：干餾熱解氣化焚燒爐燃燒室的燃燒過程控制之燃燒室控制器的設(shè)計開發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔離電磁繼電器：是利用[填空1]電壓，[填空2]電流電路的通斷來間接控制[填空3]電壓，[填空4]電流電路的裝置，其實質(zhì)是利用電磁鐵來控制工作電路通斷的一種開關(guān)。說明：利用高低回答作答填空題4分智能儀器開關(guān)量輸出隔離電路電磁繼電器

電磁式繼電器是利用改變金屬觸點位置而使動觸點與定觸點閉合或分開的，所以具有接觸電阻小，流過電流大，耐壓高等優(yōu)點，適用于用小電流（小電壓）控制大電流的場合。電磁繼電器隔離的保護(hù)電路當(dāng)輸出回路包含有感性負(fù)載導(dǎo)通電流較大時，在觸點斷開的瞬間有可能在觸點間造成高壓電弧，以至于燒壞觸點或降低觸點壽命。負(fù)載電源是直流的，在觸點間并聯(lián)續(xù)流二極管；負(fù)載電源是交流的，在觸點間并聯(lián)壓敏電阻。負(fù)載電源是交流的，在觸點間并聯(lián)阻容電路。智能儀器數(shù)字量輸入/出通道的設(shè)計電磁繼電器的性能指標(biāo)線圈電源和功率：繼電器線圈電源是直流還是交流，以及線圈消耗的額定功率。一般用于電子控制系統(tǒng)的繼電器線圈常用直流型的電源。額定工作電壓或電流：繼電器正常工作時，線圈需要的電壓或者電流值。同一類型的繼電器通常有不同的額定工作電壓和工作電流。線圈電阻:線圈的電阻值，利用該值和額定工作電壓就可以知道額定工作電流，反之亦然。吸合電壓或電流:使繼電器產(chǎn)生吸合動作的最小電壓或電流，其值一般為額定電壓或電流值的75%。智能儀器數(shù)字量輸入/出通道的設(shè)計電磁繼電器的性能指標(biāo)釋放電壓或電流:繼電器線圈兩端的電壓減小到一定數(shù)值時，繼電器就從吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)到釋放狀態(tài)，釋放電壓或電流是指產(chǎn)生釋放動作的臨界電壓或電流，其值往往比吸合電壓或者電流小得多。接點負(fù)荷：繼電器接點的負(fù)載能力，即接點允許的最大承受電壓和電流，當(dāng)繼電器工作時，其負(fù)載電壓和電流不應(yīng)超過此指標(biāo)。智能儀器數(shù)字量輸入/出通道的設(shè)計電磁繼電器的選擇繼電器額定工作電壓的選擇：其值應(yīng)到等于或小于繼電器線圈控制電路的電壓。在繼電器驅(qū)動時還要考慮其額定電流是否在所設(shè)計的驅(qū)動電路輸出電流的范圍之內(nèi)，必要時可以增加一級驅(qū)動。接點負(fù)荷的選擇：根據(jù)電路所需驅(qū)動的外設(shè)選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)荷，主要從被驅(qū)動設(shè)備的工作電壓的類型、大小和工作電流的大小來考慮。接點數(shù)量的選擇：繼電器的接點類型有單刀單擲、單刀雙擲、雙刀單擲、雙刀雙擲等，可根據(jù)需要選擇，以充分利用各組節(jié)點，簡化控制線路。智能儀器數(shù)字量輸入/出通道的設(shè)計智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路——小功率直流負(fù)載

【小功率直流負(fù)載】發(fā)光二極管、LED數(shù)碼顯示器、小功率繼電器和晶閘管等器件?！掘?qū)動電流】要求提供10~40mA的驅(qū)動電流?！掘?qū)動器件】小功率三極管（如9013、9014、8550和8050等）、集成電路（如75451、74LS245和SN75466等）以“51單片機(jī)控制繼電器電路”為例智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路——小功率直流負(fù)載繼電器線圈的驅(qū)動電流往往要有40mA。以上單片機(jī)的IO口輸出電流很小4到20mA，所以要用三極管放大來驅(qū)動繼電器。如何選擇元器件參數(shù)呢？智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路繼電器的主要參數(shù)線圈參數(shù)：

阻值(士10%)：120Ω

線圈功耗：0.2W

額定電壓：DC5V

吸合電壓：DC3.75V

釋放電壓：DC0.5V

觸點參數(shù)

觸點形式：1C（SPDT）

觸點負(fù)載：3A220VAC/30VDC

阻抗：≤100mΩ

額定電流：3A

電氣壽命：≥10萬次

機(jī)械壽命：≥1000萬次工作溫度：-25℃～+70℃

絕緣電阻：≥100MΩ

線圈與觸點間耐壓：4000VAC/1分鐘

觸點與觸點間耐壓：750VAC/1分鐘智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路型號極性PCM(W)ICM(mA)BV(CEO)VfT(MHZ)hFE9012PNP0.62550040--64～2029014NPN0.62510050--60～10008050NPN11.5A2519085～3008550PNP11.5A2520060～300三極管的主要參數(shù)注釋：PCM是集電極最大允許耗散功率。ICM是集電極最大允許電流。BV（CEO）是三極管基極開路時，集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓。fT是特征頻率。hFE是放大倍數(shù)。智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路三極管的主要參數(shù)繼電器驅(qū)動電路的設(shè)計要根據(jù)所用繼電器線圈的吸合電壓和電流而定，控制電流一定要大于繼電器的吸合電流才能使繼電器可靠地工作。從上面的繼電器線圈參數(shù)得知，繼電器工作吸合電流為0.2W/5V=40mA或5V/120Ω≈40mA。智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路三極管的主要參數(shù)三極管的選擇：功率PCM：大于5V*繼電器電流(5*40mA=0.2W)的兩倍；最大集電極電流（ICM）大于繼電器吸合電流的兩倍以上；耐壓BV（CEO）：大于繼電器工作電壓5V,可選10V以上；直流放大倍數(shù)：取100。三極管可選：PCM（0.4W↑），ICM（80mA↑）,BV(10V↑)智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路三極管的主要參數(shù)三極管基極輸入電流：繼電器的吸合電流/放大倍數(shù)=基極電流(40mA/100=0.4mA)，為工作穩(wěn)定，實際基極電流應(yīng)為計算值的2倍以上。(0.8mA↑)

基極電阻：（5V-0.7V）/基極電流=電阻值(4.3V/0.8mA=5.3KΩ)。智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路——小功率直流負(fù)載這里單片機(jī)IO口輸出高電平觸發(fā)三極管導(dǎo)通。經(jīng)過以上的分析計算得出：三極管可用極性是NPN的9014或8050，電阻選3.3K。三極管的放大倍數(shù)要求不高，一般的都可以，100～500(放大倍數(shù)分段可選)。電阻R1選3.3K/0.25W就可以了,保證基極為MA級電流就可以開關(guān)三極管了。智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路——小功率直流負(fù)載這個電路至少存在兩個問題，你能找出來并完善設(shè)計嗎？智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路——小功率直流負(fù)載NPN三極管可以用來驅(qū)動繼電器，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)和飽和狀態(tài)?；鶚O上出現(xiàn)高電平時，NPN三極管導(dǎo)通，繼電器線圈得電觸點動作；基極上出現(xiàn)低電平時，NPN三極管截止，繼電器線圈失電觸點復(fù)位；智能儀器開關(guān)量輸出驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路——小功率直流負(fù)載這個驅(qū)動電路怎么工作？智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計案例：干餾熱解氣化焚燒爐燃燒室的燃燒過程控制之燃燒室控制器的設(shè)計開發(fā)說明該輸出電路的工作過程！智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計功率驅(qū)動電路——TTL三態(tài)門緩沖器74LS244、74LS245【用途】用作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，常用在單片機(jī)系統(tǒng)中用來提高io口的驅(qū)動能力?！拘阅軈?shù)】74LS244（74hc244）為單向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，而74LS245（74hc245）為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。低電平吸收電流為16mA。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計圖2是采用驅(qū)動器75451的驅(qū)動電路。當(dāng)單片機(jī)的P1.0、P1.1輸出低電平時，LED指示燈被點亮?！居猛尽浚汗β黍?qū)動電路【性能參數(shù)】：雙列8腳封裝,雙"與"門驅(qū)動器,吸收電流=500mA,電源電壓=5V。75451功率驅(qū)動電路——集成驅(qū)動器驅(qū)動智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計功率驅(qū)動電路——集成驅(qū)動器驅(qū)動器驅(qū)動與TTL電路兼容，驅(qū)動能力更高。75451驅(qū)動500mA電流，2路ULN2003（1413）驅(qū)動電流500mA電流，7路BIC87、BIC8708/8718/8728微機(jī)專用小功率驅(qū)動40mA,8路ULN2068驅(qū)動1.5A電流，4路智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計功率驅(qū)動電路——中功率三極管、達(dá)林頓管主要用于驅(qū)動功率較大的繼電器和電磁開關(guān)等控制對象，要求能提供50~500mA的電流驅(qū)動能力，可以采用達(dá)林頓管、中功率三極管來驅(qū)動。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計功率驅(qū)動電路——可控硅整流器（SRC）晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。

晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。

晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向電壓，無論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。

晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近零時，晶閘管關(guān)斷?？刂平涣鞔箅妷洪_關(guān)負(fù)載智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計功率驅(qū)動電路——可控硅整流器（SRC）在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián)，但共享一個控制極，結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)兩個電極T1、T2之間的電壓大于1.5V時，不論極性如何，便可利用控制極G觸發(fā)電流控制其導(dǎo)通。單向晶閘管具有單向?qū)щ姽δ?，用于直流大電流場合，也可在交流系統(tǒng)中用于大功率整流回路。雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ?，因此特別適用于交流大電流場合。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計功率驅(qū)動電路——可控硅整流器（SRC）智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計功率驅(qū)動電路——簧式繼電器控制電流很小時，簧式觸點可以開關(guān)較大電流。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器（SSR）是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點功率型電子開關(guān)。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的應(yīng)用

計算機(jī)外圍接口裝置、電爐加熱恒溫系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)械、遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動化裝置；信號燈、閃爍器、照明舞臺燈光控制系統(tǒng)；儀器儀表、醫(yī)療器械、復(fù)印機(jī)、自動洗衣機(jī)；自動消防、保安系統(tǒng)、以及作為電網(wǎng)功率補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開關(guān)?；?、煤礦等需防爆、防潮、防腐場合中都有大量使用。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的分類

固態(tài)繼電器是一種無觸點的電子開關(guān)，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路（輸入電路）與負(fù)載回路（輸出回路）的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動部件。固態(tài)繼電器（按負(fù)載所加電壓）直流型固態(tài)繼電器交流型固態(tài)繼電器開關(guān)元件智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的分類

固態(tài)繼電器是一種無觸點的電子開關(guān)，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路（輸入電路）與負(fù)載回路（輸出回路）的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動部件。固態(tài)繼電器（按負(fù)載所加電壓）直流型固態(tài)繼電器交流型固態(tài)繼電器開關(guān)元件智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的分類

固態(tài)繼電器是一種無觸點的電子開關(guān)，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路（輸入電路）與負(fù)載回路（輸出回路）的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動部件。固態(tài)繼電器（按負(fù)載所加電壓）直流型固態(tài)繼電器交流型固態(tài)繼電器過零型調(diào)相型觸發(fā)方式不同智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的組成輸入電路：為輸入控制信號提供一個回路，使之成為固態(tài)繼電器觸發(fā)信號源。

驅(qū)動電路：包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分

隔離耦合電路：光電耦合器，實現(xiàn)兩部分電器的隔離，有效抑制干擾

功能電路：包括檢波整流保護(hù)顯示等功能。

觸發(fā)電路：是給輸出期間提供觸發(fā)信號。

輸出電路：

在觸發(fā)信號的控制下實現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的組成①輸入電路②驅(qū)動電路③輸出電路①②③智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的工作原理當(dāng)無輸入信號時。OPT關(guān)斷，M1飽和并從R2獲得基極電流而導(dǎo)通，此時SCR因柵極觸發(fā)電壓（UGT）被鉗位到低電壓而處于“截止?fàn)顟B(tài)”。R6上沒有觸發(fā)脈沖，BCR亦處于“截止?fàn)顟B(tài)”。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的工作原理當(dāng)在固態(tài)繼電器的輸入端上施加控制信號時，OPT導(dǎo)通，如果A點的電壓大于M1的過零電壓（即VA>VBE1），則M1將處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，SCR和BCR晶閘管都將處于“截止?fàn)顟B(tài)”。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的工作原理A點的電壓小于M1的過零電壓（即VA<VBE1），則M1將處于“截止?fàn)顟B(tài)”，并會觸發(fā)SCR導(dǎo)通，然后觸發(fā)信號會沿著“R5→UR→SCR→UR→R6”的方向（或相反方向）觸發(fā)BCR并使其導(dǎo)通，使得固態(tài)繼電器處于“導(dǎo)通狀態(tài)”。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的工作原理智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的工作原理對于直流型SSR，當(dāng)負(fù)載為感性時，應(yīng)在負(fù)載的兩端并聯(lián)二極管。二極管電流應(yīng)等于工作電流，電壓應(yīng)大于工作電壓的4倍，且SSR應(yīng)盡量靠近負(fù)載。

大功率的SSR應(yīng)加瞬間過電壓保護(hù)裝置。由于接通電源時RC回路的充放電會產(chǎn)生誤動作，大功率的SSR無RC吸收網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)，可采用壓敏電阻保護(hù)。

負(fù)載斷路、浪涌電流易造成SSR器件損壞，一般按額定電流的10倍以上浪涌電流值來選擇合適的SSR。保護(hù)措施最好采用快速熔斷器或電源中串聯(lián)限流電抗器。SSR的負(fù)載能力受工作環(huán)境溫度影響較大，溫度升高，負(fù)載能力隨之下降。故選用時應(yīng)留有余量，注意散熱處理。智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的應(yīng)用1.小功率交流電動機(jī)控制智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的應(yīng)用2.大功率交流電動機(jī)控制智能儀器開關(guān)量輸出通道的設(shè)計固態(tài)繼電器的應(yīng)用3.光控路燈開關(guān)示意圖分析下面的電路，說明路燈關(guān)斷或工作的原理作答主觀題10分固態(tài)繼電器電磁繼電器輸出方式響應(yīng)時間輸入信號輸出特性其保護(hù)技術(shù)壽命對供電系統(tǒng)的影響分析一下區(qū)別？固態(tài)繼電器電磁繼電器輸出方式無觸點輸出，對外界干擾小觸點吸合與斷開是機(jī)械動作，容易產(chǎn)生火花，形成對控制電路的干擾。響應(yīng)時間迅速響應(yīng)，可用于較高頻率的控制反應(yīng)時間在幾十到幾百毫秒間，只能控制較慢的響應(yīng)設(shè)備。輸入信號輸入控制信號與TTL、CMOS電路兼容，電壓低，電流小，控制方便。需要幾十毫安的電流驅(qū)動，電壓從幾伏到幾十伏不等。輸出特性其保護(hù)技術(shù)有保護(hù)電路，常用快速熔斷器和空氣開關(guān)作為過流保護(hù)裝置，過壓保護(hù)可用壓敏電阻，其閾值可按電源電壓有效值的1.6-1.9倍選取。壓敏電阻、續(xù)流二極管、阻容電路壽命只要使用得當(dāng)，壽命幾乎無限受負(fù)載電流，電壓及溫濕度、現(xiàn)場環(huán)境條件的影響，壽命較短。對供電系統(tǒng)的影響調(diào)相型ACSSR帶動大功率負(fù)載時，有可能對電路網(wǎng)絡(luò)造成污染，導(dǎo)致局域供電系統(tǒng)發(fā)生波形畸變。電路網(wǎng)絡(luò)的影響極微弱。

光電轉(zhuǎn)換器、霍爾傳感器等輸出信號，數(shù)字式傳感器直接輸出的頻率信號等都是脈沖量輸