開關(guān)量輸出器件

開關(guān)量輸出器件第1頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月1、模擬量輸出信號（1）直流電流信號（適合遠距離傳輸）（2）直流電壓信號（適合近距離傳輸）2、開關(guān)量輸出信號3、數(shù)字量輸出信號一、智能儀器輸出通道信號種類第2頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月

1、模擬量輸出信號（1）直流電流信號（適合遠距離傳輸）電流信號抗干擾能力強，信號線電阻不會導(dǎo)致信號損失。

（2）直流電壓信號（適合近距離傳輸）當(dāng)智能儀器的輸出模擬信號需要傳輸給多個其他儀器儀表時，一般采用直流電壓信號。第3頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月2、開關(guān)量輸出信號智能儀器的開關(guān)量輸出信號具有下列用處：（1）越限報警（2）開關(guān)量控制用于控制的開關(guān)信號的電氣接口形式又分為無源和有源兩類。無源是指智能儀器只提供輸出電路的通、斷狀態(tài)，負載電源由外電路提供。有源的開關(guān)量輸出信號往往表示為電平的高低或電流的有無，由智能儀器為負載提供全部或部分電源。（3）反映智能儀器本身的工作狀態(tài)

第4頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月3、數(shù)字量輸出信號數(shù)字量輸出信號分為串行和并行兩種。串行用于較遠距離的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，例如智能儀器與上位機之間通信多位串行。并行方式傳輸速度快，但所需導(dǎo)線條數(shù)多，只適合于近距離傳輸，例如智能儀器與周圍的其他智能設(shè)備之間。第5頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月二、開關(guān)量輸出隔離的一般結(jié)構(gòu)地址譯碼電路用于產(chǎn)生開關(guān)量輸出口地址的鎖存命令信號，鎖存器用于鎖存多位開關(guān)量信號，它可以使用普通鎖存器（如74LS273等），也可以使用可編程IO芯片（8255等）。鎖存器輸出的開關(guān)信號往往需要經(jīng)過隔離和驅(qū)動才能與執(zhí)行機構(gòu)相連接。

第6頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)量輸出隔離的目的：在于隔斷微機與執(zhí)行機構(gòu)之間的電氣聯(lián)系，以防地電位差、外界電磁場等干擾因素造成執(zhí)行機構(gòu)的誤動作，甚至導(dǎo)致智能儀器本身的損壞。目前，光電耦合器件和繼電器常用作開關(guān)量輸出隔離器件。

三、開關(guān)量輸出隔離器件第7頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月1、光電耦合器件（opticalcoupler--OC）

光電耦合器件是以光為媒介傳輸信號的電路第8頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）、光電耦合器件的類型(a)通用型(無基極引線)；(b)通用型(有基極引線)；(c)達林頓型；(d)高速型；(e)光集成電路；(f)光纖型；(g)光敏晶閘管型；(h)光敏場效應(yīng)管型。

第9頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）、光電耦合器件的特點

●輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于1010Ω，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達到10kV以上。●由于“光”傳輸?shù)膯蜗蛐?，所以信號從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r不會出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號也不會影響輸入端?！裼捎诎l(fā)光器件（砷化鎵紅外二極管）是阻抗電流驅(qū)動性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流電壓信號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，所以，光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。●響應(yīng)速度快，易與TTL電路配合使用。光電耦合器件的時間常數(shù)通常在微秒甚至毫微秒極。●無觸點、壽命長、體積小、耐沖擊。第10頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月所以光電耦合器件兼有反相及電平轉(zhuǎn)換的作用。R1為限流電阻，其阻值決定了發(fā)光二極管的導(dǎo)通電流I1，I1一般選為數(shù)毫安。R2的取值要保證Vo輸出的高、低電平要求。（3）、工作原理當(dāng)Vi為低電平時，流過發(fā)光二極管的電流為零，光敏三極管截止，Vo輸出高電平+V。當(dāng)Vi為高電平時，電流I1經(jīng)R1流經(jīng)發(fā)光二極管使其發(fā)光，光信號作用于光敏三極管使其飽和導(dǎo)通，Vo輸出為低電平。第11頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）、常用的光電隔離電路光電隔離可直接用門電路去驅(qū)動，由于一般的門電路驅(qū)動能力有限，常用集電極開路的門電路如7406等去驅(qū)動，如左圖所示。

當(dāng)輸出控制電平PC0為低電平時，7406輸出高電平，發(fā)光二極管截止，光電隔離處于截止?fàn)顟B(tài)，VO輸出高電平，而當(dāng)輸出控制電平為高電平時，7406輸出低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電隔離器處于導(dǎo)通狀態(tài)，VO輸出低電平。第12頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁式繼電器是一種由小電流的通斷控制大電流通斷的常用開關(guān)控制器件。（1）、電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理2、繼電器隔離電路當(dāng)它的電磁鐵線圈通過一定數(shù)值的電流時，產(chǎn)生的電磁吸力大于彈簧的反作用力，銜鐵動作使輸出回路中的常開觸點閉合，常閉觸點打開。當(dāng)通過線圈的電流小于釋放電流時，彈簧將銜鐵彈回，輸出回路各觸點恢復(fù)原態(tài)。應(yīng)用時只要把需要控制的電路接到觸點上，就可利用繼電器達到控制的目的。

電磁鐵繼電器結(jié)構(gòu)圖第13頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月額定工作電壓或額定工作電流：指繼電器工作時線圈需要的電壓或電流。電磁式繼電器的驅(qū)動電源可能是交流的，也可能是直流的。為了適應(yīng)不同電壓的電路應(yīng)用，一種型號的繼電器通常有多種額定工作電壓或額定工作電流，并用規(guī)格型號加以區(qū)別。直流電阻：指線圈的直流電阻。吸合電流：它是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在實際使用中，要使繼電器可靠吸合，給定電壓可以等于或略高于額定工作電壓。一般不要大于額定工作電壓的1.5倍。否則會燒毀線圈。（2）、電磁繼電器的特性參數(shù)第14頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月釋放電流：它是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。釋放電流比吸合電流小得多。觸點負荷：它是指繼電器觸點允許的電壓或電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小。應(yīng)用時不能用觸點負荷小的繼電器去控制大電流或高電壓。第15頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月a)、繼電器觸點保護電路

當(dāng)輸出回路包含有感性負載而且導(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。為了防止這種情況發(fā)生：負載電源是直流的，可以在觸點間并聯(lián)續(xù)流二極管；負載電源是交流的，可以在觸點間并聯(lián)壓敏電阻；負載電源是交流的，可以在觸點間并聯(lián)阻容電路。（3）、常用的繼電器保護電路第16頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月(b)、繼電器線圈的保護

當(dāng)繼電器線圈斷電時,其儲存的感應(yīng)電能可能在直流電源上產(chǎn)生高達1500V的浪涌電壓,隨著固體器件使用量的不斷增加,必須對繼電器線圈進行抑制,將其電壓峰值限制在一定的范圍。

常見的線圈瞬態(tài)抑制方法有：在線圈上并聯(lián)一個電阻器或阻容電路,或并聯(lián)一個二極管。線圈瞬態(tài)抑制電路會使繼電器釋放時間延長，使觸點轉(zhuǎn)換速度變慢。

第17頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）、繼電器隔離電路

當(dāng)A點為高電平時，晶體管VT飽和導(dǎo)通，繼電器K吸合；當(dāng)A點為低電平時，VT截止，繼電器K則釋放，完成了信號的傳送過程。VD是保護二極管。當(dāng)VT由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，繼電器線圈兩端產(chǎn)生很高的反電勢，以繼續(xù)維持電流IL。由于該反電勢一般很高，容易造成VT擊穿。加入二極管VD后，為反電勢提供了放電回路，從而保護了三極管VT。

繼電器的線圈和觸點之間沒有電氣上的聯(lián)系，因此，可利用繼電器的線圈接收電器信號，利用觸點發(fā)送和輸出信號，從而波面強電和弱電信號之間的直接接觸，實現(xiàn)了抗干擾隔離。第18頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月1、TTL三態(tài)門緩沖器這類電路的驅(qū)動能力要高于一般的TTL電路。例如74LS240、74LS244、74LS245等，它們的高電平輸出電流

IOH=-15mA,低電平輸出電流

IOL=24mA,可以用來驅(qū)動光電耦合器件、LED數(shù)碼管、中功率晶體管等。（大功率(PC>1W)、中功率(PC在0.5－1W)和小功率三極管(PC<0.5W)）四、開關(guān)量輸出驅(qū)動電路第19頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月2、集電極開路（OC）門OC門電路的輸出級是一個集電極開路的晶體三極管，如圖4-15所示。組成電路時，OC門輸出端必須外加一個接至正電源的負載才能正常工作，負載正電源+V可以比TTL電路的VCC（一般為+5V）高很多。例如，7406、7407OC門輸出級耐壓可高達30V，輸出低電壓時吸收電流的能力也高達40mA。因此，OC門是一種既有電流放大功能，又有電壓放大功能的開關(guān)量驅(qū)動電路。實際應(yīng)用中，OC門電路常用來驅(qū)動微型繼電器、LED顯示器。第20頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月3、門電路外加晶體管門電路外加晶體管可以為直流執(zhí)行器件提供更大的驅(qū)動電流。

第21頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月達林頓晶體管陣列驅(qū)動器芯片適用于多路開關(guān)量中功率驅(qū)動電路，例如MC1416包含有七路開關(guān)量驅(qū)動器，每路驅(qū)動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-17（a）所示。MC1416特性如下：每路輸出電流可達500mA，但每一塊雙列直插式芯片總的輸出電流不得超過2.5A。輸出端截止時耐壓可達100V。輸入端可與多種TTL及CMOS電路兼容。4、達林頓晶體管陣列驅(qū)動器芯片

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