智能仪器技术 课件 7.8 模拟量和控制量输出

模拟量与控制信号输出系统揭秘智能仪器输出通道的信号种类案例：干馏热解气化焚烧炉燃烧室的燃烧过程控制之燃烧室控制器的设计开发1.实现的功能：气化炉和燃烧室的炉膛温度采集、燃烧室负压的采集和控制，燃烧室出口余氧含量和余CO含量气化炉和燃烧室的风门开度实现开关量的输入输出。设计任务各种开关输入量和模拟输入量输送到单片机的处理系统中进行处理，同时控制系统还要输出模拟信号和开关信号控制执行机构，具体如下：智能仪器输出通道的信号种类案例：干馏热解气化焚烧炉燃烧室的燃烧过程控制之燃烧室控制器的设计开发模拟量输入量：气化炉出口烟气温度、气化炉中部温度、燃烧室温度、燃烧室压差、燃烧室尾气余氧量、余量等；

模拟量输出量：气化炉风门电调阀、燃烧室风门电调阀、引风机变频器；开关量输入量：启动信号、防爆门开关、底盖行程开关、顶盖行程开关、冷却水流量开关等；

开关量输出量：气化炉点火器、燃烧室燃烧器、循环泵开关、报警信号输出等。其他控制信号：运行显示、温度超限报警、手动/自动切换开关。键盘和显示功能，上位机通讯。智能仪器输出通道的信号种类案例：干馏热解气化焚烧炉燃烧室的燃烧过程控制之燃烧室控制器的设计开发2.硬件结构框图输出通道智能仪器输出通道的信号种类模拟输出信号种类直流电流信号智能仪表常常要以电流方式传输，因为在长距离传输信号时容易引入干扰，而电流信号的传输具有较强的抗干扰能。

本控制系统需要控制的电调阀、变频器等仪表也是标准的4~20mA的电路输入。必须经过电压电流转换电路,将电压信号转换成电流信号。直流电流信号传送给多个仪表时存在的缺陷是什么？智能仪器输出通道的信号种类智能仪器输出通道的信号种类模拟输出信号种类V/I变换电路智能仪器输出通道的信号种类模拟输出信号种类直流电压信号标准信号1V-5V电压信号。

在控制、显示场合，智能仪器的输出一般都采用直流电压信号。

适用于传输距离较近的场合。智能仪器模拟量输出通道的设计模拟量输出通道结构

模拟量输出量：气化炉风门电调阀、燃烧室风门电调阀、引风机变频器。想一想，模拟量输出通道应该怎么设计？智能仪器模拟量输出通道的设计模拟量输入输出设备的分类模拟输入设备（A/D转换器）将来自外部装置的模拟信号转换成微处理可以处理的数字数据设备。模拟输出设备（D/A转换器）将微处理器的数字数据转换成模拟信号、向外部装置输出的设备。模拟输入输出设备（A/D、D/A转换器）同时具有A/D和D/A转换器智能仪器模拟量输出通道的设计DA转换器DA转换器用于重建那些以数字形式被加工、存储或从一地传送到另一地的原始模拟信号。DA转换器的任务在于将一个某种形式的数字量转换成为一个模拟电压、电流或增益。DAC被用于微型计算机的模拟输入、输出系统中，作为各种数控图形发生器的驱动源，也常用作各种模拟执行元件（伺服电动机、模拟电表、可编程电源、数字合成信号发生器、用于锁相环路的电压频率转换器）等。DAC实际上为微机系统的数字信号和模拟连续信号之间提供了一种接口。智能仪器模拟量输出通道的设计模拟量输出通道结构每个通道有独自DAC的结构，可用于各个模拟量分别刷新的快速的输出通道。智能仪器模拟量输出通道的设计模拟量输出通道结构多路通道共享DAC的结构。用于输出通道不太多，对速度要求不太高。智能仪器模拟量输出通道的设计1.D/A转换器传递函数D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以电压（或电流）的形式输出。因此，D/A转换器可以看作是一个译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出的模拟电压V和数字量D成正比关系。V=KD,K为常数。输入是n位二进制数D/AD0D1Dn-1k:转换比例系数输出模拟电压（或模拟电流）与输入数字量成正比关系。假设：转换比例系数K=1,输入数字量n=3输出模拟电压（或模拟电流）为：0≤Di≤1位权值智能仪器模拟量输出通道的设计2.D/A转换器的总体结构智能仪器模拟量输出通道的设计2.D/A转换器的总体结构DA转换器采用电阻或电容网络，借助于一个适当的模拟参考电压，把代表某量的数字码转换成对应的模拟量。根据D/A转换器内部电路的不同，DA转换器分为权电阻网络、R-2RT型网络、R-2R倒T型网络等。智能仪器模拟量输出通道的设计3.D/A转换器的技术特性☆分辨率分辨率是指输入数字量最低有效位为1时，对应输出的模拟量变化。分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏。而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率越高。即：最小输出电压与最大输出电压之比的百分数表示。说明D/A转换器对输入信号的分辨能力。智能仪器模拟量输出通道的设计3.D/A转换器的技术特性☆转换误差最小量化级（转换误差）和输入二进制位数有关。转换误差＝n=3n=4n=10n=12输入数字信号的位数越多，输出的模拟信号越接近连续模拟信号，转换的精度也就越高。（输入数字信号全1时的输出最大模拟电压）智能仪器模拟量输出通道的设计3.D/A转换器的技术特性☆转换误差的来源⑴非线性误差：电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差产生的，常用满刻度的百分比表示。⑵比例系数误差：它是基准电压VREF偏离标准值所引起的误差，也用满刻度的百分比表示。⑶漂移误差：由集成运放的零点漂移所造成的误差。增益的改变也会引起增益误差。

智能仪器模拟量输出通道的设计3.D/A转换器的技术特性☆线性度通常用非线性误差来表征转换器的线性度，它是指转换器实测的输入-输出特性曲线与一条理想直线的偏离程度，这条理想直线是校准后的转换器的两个端点的连线。☆稳定时间（建立时间）这是指输入数字代码产生满刻度值的变化时，其模拟输出达到稳态值±（1/2）LSB所需的时间。智能仪器模拟量输出通道的设计4.D/A转换器的选择确定线性度。

通常用非线性误差的大小来表示DAC的线性度，而非线性误差等于理性输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数，比如AD7541的线性度（非线性误差）≤±0.02%FSR。确定转换精度。转换精度以最大的静态转换误差的形式给出。这个转换误差应该是包含非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差。

精度和分辨率是两个不同的概念。精度是指转换后所得的实际值对于理想值的接近程度，分辨率是指能够对转换结果发生影响最小输入量，对于分辨率很高的DAC不一定有较高的精度。智能仪器模拟量输出通道的设计D/A转换器的选择建立时间。对于一个理想的DAC，其数字输入信号从一个二进制变成另一个二进制数时，其输出模拟信号电压应该立即从原来的数值跳变到新的数值上来，但是实际的DAC内部因为有电容、电感等结构而引起器件响应的延迟。不同型的DAC建立时间不同，一般从几个ns到几个us。比如AD7541，其输出达到与满刻度值差0.01%，建立时间≤1us.智能仪器模拟量输出通道的设计D/A转换器的选择参数条件选择。世界上一些主要的ADC和DAC生产商，如AD、NS、TI等都有相当数量器件型号供开发时选择。为了方便用户，它们的网站上都有器件的技术手册应用介绍等文档供参考。有的厂商网站还有参数搜索功能，只要在搜索参数中选择或输入相应的参数，单击搜索按钮就可以得到符合用户搜索条件的产品。对于电流输出型的DA转换器，为了得到电压输出，可以使用[填空1]。作答填空题1分转换速度这一指标只适用于AD转换器，DA转换器不用考虑“转换速度”问题正确错误AB提交单选题1分智能仪器模拟量输出通道的设计D/A转换器举例10位串行DACMAX515能分析出来串行DAC的优势与缺点吗？5V电源供电、低功耗、电压输出、串行数字输入的10位DAC芯片。智能仪器模拟量输出通道的设计D/A转换器举例10位串行DACMAX515AGND为地VDD为电源，一般为5VREFIN为参考电压输入端，参考电压范围0~VDD-2V。

Vout=2VREFD/1024，D为DAC数字量输入值。

为片选输入端，低电平有效DIN串行数据输入端SCLK为移位脉冲输入端。智能仪器模拟量输出通道的设计串行数字输入DAC芯片MAX515工作时序①CS跳变时，SCLK应保持为低②CS为低时，SCLK的上升沿将DIN的串行数据移入16位移位寄存器，移入次序：4个哑位（一般不用）10个数据位，最后结尾的2位0.③CS上跳时，移位寄存器中的10位数据传给DAC寄存器，并更新DAX的输出。智能仪器模拟量输出通道的设计串行输入DAC芯片MAX515与89C51接口智能仪器模拟量输出通道的设计案例：干馏热解气化焚烧炉燃烧室的燃烧过程控制之燃烧室控制器的设计开发设计中采用的是哪款DA转换器呢？智能仪器模拟量输出通道的设计利用PWM实现DA转换器优势：通过单片机的PWM输出，再加上简单的外围电路及对应的软件设计，实现对PWM的信号处理，得到稳定、精确的模拟输出，以实现D/A转换，这将大大降低电子设备的成本，减小体积，并容易提高精度。什么是PWM？PWM信号为频率固定、占空比变化的数字信号。智能仪器模拟量输出通道的设计

采用模拟低通滤波器滤掉PWM输出的高频部分，保留低频的直流分量，即可得到对应的D/A转换输出，低通滤波器的带宽决定了D/A转换器的带宽的范围。从PWM到D/A转换器的信号处理框图智能仪器模拟量输出通道的设计利用PWM实现DA转换器对PWM信号的频谱进行分析,对上式进行傅里叶级数展开。上式中的直流分量从0到N，直流分量在VL~VH变化，这正是电压输出的D/A转换器所需要的。智能仪器模拟量输出通道的设计PWM到电压输出型D／A转换的实现利用单片机产生PWM波，通过由电阻尺和电容C构成的简单积分电路，滤掉高频进行平滑后，得到D／A转换的输出电压。智能仪器开关量输入/出通道的设计开关量信号--智能仪器需处理的一类基本输入输出信号开关的闭合和断开指示灯的点亮和熄灭继电器或接触器的吸合和释放电机的启动和停止开关量信号的特点是什么？开关量用二进制数的0和1表示。智能仪器开关量输入/出通道的设计开关量输入量：启动信号、防爆门开关、底盖行程开关、顶盖行程开关、冷却水流量开关等；

开关量输出量：气化炉点火器、燃烧室燃烧器、循环泵开关、报警信号输出等。案例：干馏热解气化焚烧炉燃烧室的燃烧过程控制之燃烧室控制器的设计开发开关量信号与单片机IO口连接原则若开关量输入输出信号电平幅度与单片机IO口信号相符，可以直接与单片机IO口相连；若不符，先进行电平转换。对于驱动功率较大的设备，输出开关量信号要经过功率放大电路。智能仪器开关量输入/出通道的设计开关量输入输出通道的设计电平转换--TTL电平高电平，逻辑“1”：输出＞2.4V→室温下，输出＞3.6V

输入≥2.0V低电平，逻辑“0”：输出＜0.4V→室温下，输出＜0.2V

输入≤0.8V智能仪器开关量输出通道的设计开关量输入通道的设计信号转换电路--将开关量首先转数字量开关量的形式：电压输入电路电流输入电路开关触点输入电路开关触点输入电路智能仪器开关量输出通道的设计开关量输入通道的设计开关量的隔离转换现场输入信号与仪器输入通道连接时容易把现场干扰引入仪器系统。为隔离现场干扰而提高仪器系统的可靠性，输入端需采用隔离技术。开关量输入输出通道中设计隔离电路的作用是什么？隔离现场高电压隔离现场大电流隔离现场强电干扰噪声隔离弱噪声ABCD提交多选题1分光电耦合电路光耦合器件是以光为媒介传输信号的集成化器件。a图输入高电平，输出高电平，输入低电平，输出低电平

b图输入高电平，输出低电平，输入低电平，输出高电平智能仪器开关量输入/出通道的设计发光二极管光敏三极管光耦合器兼有反相及电平转换作用光电耦合器的选择

正向电流IF（Forwardcurrent）外加电压V经限流电阻R施加到发光二极管，二极管正向导通后，即在输入回路产生正向电流IF。同时在二极管两端产生正向压降VF，经调整限流电阻R即可调节正向电流，其关系为：正向电流最大值约为几十毫安，实际应用时不应超过数据手册中的最大值。智能仪器开关量输入/出通道的设计光电耦合器的选择

反向电压VR

（LEDreversevoltage）当输入端的发光二极管施加反向电压VR，二极管处于截至状态，理想状态下回路中的电流为零，但实际二极管反向截至后的电阻是有限的，因此回路中还会有一定的反向泄露电流IR。实际应用中，反向电压不超过数据手册规定的最大值，否则将导致二极管反向被击穿，一般光电耦合器中这个参数的最大值约为5V左右，在使用交流脉冲驱动时，应适当进行保护。智能仪器开关量输入/出通道的设计光电耦合器的选择

集电极电流Ic（Collectorcurrent）当输入发光二极管的光线足以使光敏三极管导通时，输出回路即产生回路电流，通常称之为集电极电流，输出VO将被拉低为低电平。光敏三极管饱和导通时集电极-发射极压降不为零，这个电压称为集电极-发射极饱和电压VCE（sat）。智能仪器开关量输入/出通道的设计光电耦合器的选择

输出端暗电流:光电耦合器处于截止状态时，通过光敏三极管的电流。这个电流越小越好。智能仪器开关量输入/出通道的设计光电耦合器的选择电流传输比（CRT）:集电极输出电流IC与发光二极管输入电流之比，常用百分比表示。智能仪器开关量输入/出通道的设计光电耦合器的优点光电耦合器的输出信号与输入信号（包括电源，地线）在电气上完全隔离，抗干扰能力强；隔离电压可达千伏以上光电耦合器无触点，耐冲击，寿命长，可靠性高其响应速度快，易与逻辑电路配合。采用光电隔离技术是开关量输入/输出中最有效，最常用的措施。常常用于解决智能仪器的测量、控制部分与其他独立设备之间的接口，以实现完全的电气隔离。智能仪器开关量输入/出通道的设计

廉价实用的TLP521-X工作频率不高，一般限制在10KHZ以内.TLP521-1TLP521-2TLP521-4智能仪器开关量输入/出通道的设计判断一下：R17和R14的阻值选取是否准确？R13接到12V光电耦合TLP521中，最小变换效率选50%；该器件发光二极管的最大正向压降是1.3V（10mA时）智能仪器开关量输入/出通道的设计1.假如R13接到12V（注意，这个条件将影响到下面所有的计算结果），光耦输出饱和压降忽略不计，算得电流I＝12V／3.3kΩ＝3.6mA。2、假设CRT=50%，为保证光耦被驱动时饱和，右边的输入回路电流不得小于3.6mA／0.5＝7.2mA3、该器件发光二极管的最大正向压降是1.3V（10mA时），于是为保证能以7.2mA以上的电流驱动，R14＋R17≦(3.3V－1.3V)／7.2mA＝0.28kΩ。考虑电源波动和电阻精度的因素，实际R14＋R17电阻取值建议为200Ω以下。智能仪器开关量输入/出通道的设计智能仪器开关量输入输出通道的设计开关量输入通道的设计开关量的隔离变换智能仪器开关量输出通道的设计开关量输出通道结构

执行机构通常需较大电压（电流）来控制，而CPU输出的开关量大都为TTL（或CMOS）电平，一般不能直接驱动执行机构，需要经过锁存器并经过隔离和驱动电路才能与执行机构相连。开关量输出通道一般用于驱动继电器，电磁阀等。CPU隔离驱动地址译码DBWRAB锁存执行机构智能仪器开关量输出通道的设计案例：干馏热解气化焚烧炉燃烧室的燃烧过程控制之燃烧室控制器的设计开发执行机构隔离电磁继电器：是利用[填空1]电压，[填空2]电流电路的通断来间接控制[填空3]电压，[填空4]电流电路的装置，其实质是利用电磁铁来控制工作电路通断的一种开关。说明：利用高低回答作答填空题4分智能仪器开关量输出隔离电路电磁继电器

电磁式继电器是利用改变金属触点位置而使动触点与定触点闭合或分开的，所以具有接触电阻小，流过电流大，耐压高等优点，适用于用小电流（小电压）控制大电流的场合。电磁继电器隔离的保护电路当输出回路包含有感性负载导通电流较大时，在触点断开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧，以至于烧坏触点或降低触点寿命。负载电源是直流的，在触点间并联续流二极管；负载电源是交流的，在触点间并联压敏电阻。负载电源是交流的，在触点间并联阻容电路。智能仪器数字量输入/出通道的设计电磁继电器的性能指标线圈电源和功率：继电器线圈电源是直流还是交流，以及线圈消耗的额定功率。一般用于电子控制系统的继电器线圈常用直流型的电源。额定工作电压或电流：继电器正常工作时，线圈需要的电压或者电流值。同一类型的继电器通常有不同的额定工作电压和工作电流。线圈电阻:线圈的电阻值，利用该值和额定工作电压就可以知道额定工作电流，反之亦然。吸合电压或电流:使继电器产生吸合动作的最小电压或电流，其值一般为额定电压或电流值的75%。智能仪器数字量输入/出通道的设计电磁继电器的性能指标释放电压或电流:继电器线圈两端的电压减小到一定数值时，继电器就从吸合状态转到释放状态，释放电压或电流是指产生释放动作的临界电压或电流，其值往往比吸合电压或者电流小得多。接点负荷：继电器接点的负载能力，即接点允许的最大承受电压和电流，当继电器工作时，其负载电压和电流不应超过此指标。智能仪器数字量输入/出通道的设计电磁继电器的选择继电器额定工作电压的选择：其值应到等于或小于继电器线圈控制电路的电压。在继电器驱动时还要考虑其额定电流是否在所设计的驱动电路输出电流的范围之内，必要时可以增加一级驱动。接点负荷的选择：根据电路所需驱动的外设选择适当的负荷，主要从被驱动设备的工作电压的类型、大小和工作电流的大小来考虑。接点数量的选择：继电器的接点类型有单刀单掷、单刀双掷、双刀单掷、双刀双掷等，可根据需要选择，以充分利用各组节点，简化控制线路。智能仪器数字量输入/出通道的设计智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路——小功率直流负载

【小功率直流负载】发光二极管、LED数码显示器、小功率继电器和晶闸管等器件。【驱动电流】要求提供10~40mA的驱动电流。【驱动器件】小功率三极管（如9013、9014、8550和8050等）、集成电路（如75451、74LS245和SN75466等）以“51单片机控制继电器电路”为例智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路——小功率直流负载继电器线圈的驱动电流往往要有40mA。以上单片机的IO口输出电流很小4到20mA，所以要用三极管放大来驱动继电器。如何选择元器件参数呢？智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路继电器的主要参数线圈参数：

阻值(士10%)：120Ω

线圈功耗：0.2W

额定电压：DC5V

吸合电压：DC3.75V

释放电压：DC0.5V

触点参数

触点形式：1C（SPDT）

触点负载：3A220VAC/30VDC

阻抗：≤100mΩ

额定电流：3A

电气寿命：≥10万次

机械寿命：≥1000万次工作温度：-25℃～+70℃

绝缘电阻：≥100MΩ

线圈与触点间耐压：4000VAC/1分钟

触点与触点间耐压：750VAC/1分钟智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路型号极性PCM(W)ICM(mA)BV(CEO)VfT(MHZ)hFE9012PNP0.62550040--64～2029014NPN0.62510050--60～10008050NPN11.5A2519085～3008550PNP11.5A2520060～300三极管的主要参数注释：PCM是集电极最大允许耗散功率。ICM是集电极最大允许电流。BV（CEO）是三极管基极开路时，集电极-发射极反向击穿电压。fT是特征频率。hFE是放大倍数。智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路三极管的主要参数继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。从上面的继电器线圈参数得知，继电器工作吸合电流为0.2W/5V=40mA或5V/120Ω≈40mA。智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路三极管的主要参数三极管的选择：功率PCM：大于5V*继电器电流(5*40mA=0.2W)的两倍；最大集电极电流（ICM）大于继电器吸合电流的两倍以上；耐压BV（CEO）：大于继电器工作电压5V,可选10V以上；直流放大倍数：取100。三极管可选：PCM（0.4W↑），ICM（80mA↑）,BV(10V↑)智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路三极管的主要参数三极管基极输入电流：继电器的吸合电流/放大倍数=基极电流(40mA/100=0.4mA)，为工作稳定，实际基极电流应为计算值的2倍以上。(0.8mA↑)

基极电阻：（5V-0.7V）/基极电流=电阻值(4.3V/0.8mA=5.3KΩ)。智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路——小功率直流负载这里单片机IO口输出高电平触发三极管导通。经过以上的分析计算得出：三极管可用极性是NPN的9014或8050，电阻选3.3K。三极管的放大倍数要求不高，一般的都可以，100～500(放大倍数分段可选)。电阻R1选3.3K/0.25W就可以了,保证基极为MA级电流就可以开关三极管了。智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路——小功率直流负载这个电路至少存在两个问题，你能找出来并完善设计吗？智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路——小功率直流负载NPN三极管可以用来驱动继电器，三极管工作在截止状态和饱和状态。基极上出现高电平时，NPN三极管导通，继电器线圈得电触点动作；基极上出现低电平时，NPN三极管截止，继电器线圈失电触点复位；智能仪器开关量输出驱动电路功率驱动电路——小功率直流负载这个驱动电路怎么工作？智能仪器开关量输出通道的设计案例：干馏热解气化焚烧炉燃烧室的燃烧过程控制之燃烧室控制器的设计开发说明该输出电路的工作过程！智能仪器开关量输出通道的设计功率驱动电路——TTL三态门缓冲器74LS244、74LS245【用途】用作三态数据缓冲器，常用在单片机系统中用来提高io口的驱动能力。【性能参数】74LS244（74hc244）为单向三态数据缓冲器，而74LS245（74hc245）为双向三态数据缓冲器。低电平吸收电流为16mA。智能仪器开关量输出通道的设计图2是采用驱动器75451的驱动电路。当单片机的P1.0、P1.1输出低电平时，LED指示灯被点亮。【用途】：功率驱动电路【性能参数】：双列8脚封装,双"与"门驱动器,吸收电流=500mA,电源电压=5V。75451功率驱动电路——集成驱动器驱动智能仪器开关量输出通道的设计功率驱动电路——集成驱动器驱动器驱动与TTL电路兼容，驱动能力更高。75451驱动500mA电流，2路ULN2003（1413）驱动电流500mA电流，7路BIC87、BIC8708/8718/8728微机专用小功率驱动40mA,8路ULN2068驱动1.5A电流，4路智能仪器开关量输出通道的设计功率驱动电路——中功率三极管、达林顿管主要用于驱动功率较大的继电器和电磁开关等控制对象，要求能提供50~500mA的电流驱动能力，可以采用达林顿管、中功率三极管来驱动。智能仪器开关量输出通道的设计功率驱动电路——可控硅整流器（SRC）晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。

晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向电压，无论门极电压如何，晶闸管保持导通，晶闸管导通后，门极失去作用。

晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近零时，晶闸管关断。控制交流大电压开关负载智能仪器开关量输出通道的设计功率驱动电路——可控硅整流器（SRC）在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图所示。当两个电极T1、T2之间的电压大于1.5V时，不论极性如何，便可利用控制极G触发电流控制其导通。单向晶闸管具有单向导电功能，用于直流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流回路。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。智能仪器开关量输出通道的设计功率驱动电路——可控硅整流器（SRC）智能仪器开关量输出通道的设计功率驱动电路——簧式继电器控制电流很小时，簧式触点可以开关较大电流。智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器

固态继电器（SSR）是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点功率型电子开关。智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的应用

计算机外围接口装置、电炉加热恒温系统、数控机械、遥控系统、工业自动化装置；信号灯、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；自动消防、保安系统、以及作为电网功率补偿的电力电容的切换开关。化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐场合中都有大量使用。智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的分类

固态继电器是一种无触点的电子开关，采用混合工艺组装来实现控制回路（输入电路）与负载回路（输出回路）的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。固态继电器（按负载所加电压）直流型固态继电器交流型固态继电器开关元件智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的分类

固态继电器是一种无触点的电子开关，采用混合工艺组装来实现控制回路（输入电路）与负载回路（输出回路）的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。固态继电器（按负载所加电压）直流型固态继电器交流型固态继电器开关元件智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的分类

固态继电器是一种无触点的电子开关，采用混合工艺组装来实现控制回路（输入电路）与负载回路（输出回路）的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。固态继电器（按负载所加电压）直流型固态继电器交流型固态继电器过零型调相型触发方式不同智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的组成输入电路：为输入控制信号提供一个回路，使之成为固态继电器触发信号源。

驱动电路：包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分

隔离耦合电路：光电耦合器，实现两部分电器的隔离，有效抑制干扰

功能电路：包括检波整流保护显示等功能。

触发电路：是给输出期间提供触发信号。

输出电路：

在触发信号的控制下实现固态继电器的通断切换智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的组成①输入电路②驱动电路③输出电路①②③智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的工作原理当无输入信号时。OPT关断，M1饱和并从R2获得基极电流而导通，此时SCR因栅极触发电压（UGT）被钳位到低电压而处于“截止状态”。R6上没有触发脉冲，BCR亦处于“截止状态”。智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的工作原理当在固态继电器的输入端上施加控制信号时，OPT导通，如果A点的电压大于M1的过零电压（即VA>VBE1），则M1将处于饱和导通状态，SCR和BCR晶闸管都将处于“截止状态”。智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的工作原理A点的电压小于M1的过零电压（即VA<VBE1），则M1将处于“截止状态”，并会触发SCR导通，然后触发信号会沿着“R5→UR→SCR→UR→R6”的方向（或相反方向）触发BCR并使其导通，使得固态继电器处于“导通状态”。智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的工作原理智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的工作原理对于直流型SSR，当负载为感性时，应在负载的两端并联二极管。二极管电流应等于工作电流，电压应大于工作电压的4倍，且SSR应尽量靠近负载。

大功率的SSR应加瞬间过电压保护装置。由于接通电源时RC回路的充放电会产生误动作，大功率的SSR无RC吸收网络环节，可采用压敏电阻保护。

负载断路、浪涌电流易造成SSR器件损坏，一般按额定电流的10倍以上浪涌电流值来选择合适的SSR。保护措施最好采用快速熔断器或电源中串联限流电抗器。SSR的负载能力受工作环境温度影响较大，温度升高，负载能力随之下降。故选用时应留有余量，注意散热处理。智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的应用1.小功率交流电动机控制智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的应用2.大功率交流电动机控制智能仪器开关量输出通道的设计固态继电器的应用3.光控路灯开关示意图分析下面的电路，说明路灯关断或工作的原理作答主观题10分固态继电器电磁继电器输出方式响应时间输入信号输出特性其保护技术寿命对供电系统的影响分析一下区别？固态继电器电磁继电器输出方式无触点输出，对外界干扰小触点吸合与断开是机械动作，容易产生火花，形成对控制电路的干扰。响应时间迅速响应，可用于较高频率的控制反应时间在几十到几百毫秒间，只能控制较慢的响应设备。输入信号输入控制信号与TTL、CMOS电路兼容，电压低，电流小，控制方便。需要几十毫安的电流驱动，电压从几伏到几十伏不等。输出特性其保护技术有保护电路，常用快速熔断器和空气开关作为过流保护装置，过压保护可用压敏电阻，其阈值可按电源电压有效值的1.6-1.9倍选取。压敏电阻、续流二极管、阻容电路寿命只要使用得当，寿命几乎无限受负载电流，电压及温湿度、现场环境条件的影响，寿命较短。对供电系统的影响调相型ACSSR带动大功率负载时，有可能对电路网络造成污染，导致局域供电系统发生波形畸变。电路网络的影响极微弱。

光电转换器、霍尔传感器等输出信号，数字式传感器直接输出的频率信号等都是脉冲量输