测控电路-12第十章-逻辑与数字控制电路2概述
测控电路课后习题答案(全)
一部现代的汽车往往装有几十个不同传感器�对点火时间、燃油喷射、空
积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。
1-6 测量电路的输入信号类型对其电路组成有何影响�试述模拟式测量电路与 增量码数字式测量电路的基本组成及各组成部分的作用。 随着传感器类型的不同�输入信号的类型也随之而异。主要可分为模拟式
信号与数字式信号。随着输入信号的不同�测量电路的组成也不同。 图 X1-1 是模拟式测量电路的基本组成。传感器包括它的基本转换电路�如
应用于要求共模抑制比大于 100dB 的场合�例如人体心电测量。
2-8 图 2-8b 所示电路�N1、N2 为理想运算放大器�R4=R2=R1=R3=R�试求其闭环电压放大倍 数。 由图 2-8b 和题设可得 u01 =ui1 (1+R2 /R1) = 2ui1 , u0=ui2 (1+R4 /R3 )–2ui1 R4/R3 =2ui2–2
电桥�传感器的输出已是电量�电压或电流�。根据被测量的不同�可进行相应
的量程切换。传感器的输出一般较小�常需要放大。图中所示各个组成部分不 一定都需要。例如�对于输出非调制信号的传感器�就无需用振荡器向它供电� 也不用解调器。在采用信号调制的场合�信号调制与解调用同一振荡器输出的 信号作载波信号或参考信号。利用信号分离电路�常为滤波器��将信号与噪声 分离�将不同成分的信号分离�取出所需信号。有的被测参数比较复杂�或者 为了控制目的�还需要进行运算。对于典型的模拟式电路�无需模数转换电路 和计算机�而直接通过显示执行机构输出�因此图中将模数转换电路和计算机 画在虚线框内。越来越多的模拟信号测量电路输出数字信号�这时需要模数转 换电路。在需要较复杂的数字和逻辑运算、或较大量的信息存储情况下�采用 计算机。
电路基础原理理解电路中的电路逻辑与电路控制
电路基础原理理解电路中的电路逻辑与电路控制电路是电子技术的基础，它是由电子元器件组成的一种电子线路。
对于电子工程师而言，了解电路的基础原理尤为重要。
在电路中，电路逻辑和电路控制是两个重要的概念，它们对电路的功能和操作起着至关重要的作用。
首先，我们来讨论电路逻辑。
电路逻辑是指电路中各个电子元器件之间的逻辑关系。
在电子电路中，逻辑电平可以表示为高电平和低电平。
高电平通常表示逻辑“1”，低电平则表示逻辑“0”。
当电路中的信号在逻辑门内传输时，根据逻辑门的真值表，输入的信号将通过门电路的内部布局，最终将输出相应的逻辑结果。
这种逻辑关系在数字电路中起到了重要的作用。
接下来，我们谈谈电路控制。
电路控制是指利用电子元器件或电子系统来控制电路的工作状态。
控制电路可以通过开关、传感器、计时器等实现。
例如，在自动化领域中，我们经常会见到的温度控制器。
这个设备通过控制电流和电压，监测温度并进行相应的控制，确保温度在设定的范围内。
另一个例子是门禁系统，该系统通过读取身份证或密码，控制门的打开和关闭。
这些例子中，电子元器件或电子系统起到了控制电路的作用。
在实际应用中，电路的逻辑和控制往往紧密相连。
逻辑电路可以作为控制电路的输入，通过逻辑判断来控制电路的工作状态。
逻辑门的输出信号可以驱动继电器、触发开关以及其他控制装置。
此外，控制电路中的开关和传感器也能够输出对应的逻辑电平信号，进一步影响电路中的逻辑关系。
电路的逻辑与控制不仅在数字电路中有广泛应用，在模拟电路中也同样重要。
模拟电路中的逻辑通常通过比较电压或电流的大小来判断，并将结果输出到控制电路中。
控制电路则通过增加或减少电流、改变电压等方式控制电路的运行状态。
总之，电路的逻辑和控制是电子工程师必须要理解和掌握的基础知识。
逻辑决定了电路中信号的传输和处理，而控制则实现了对电路的操作和控制。
无论是数字电路还是模拟电路，在实际工程项目中，了解逻辑和控制对于设计和开发电子产品都是至关重要的。
测控电路 (2)
测控电路1. 引言测控电路是一种应用广泛的电子电路，用于测量和控制各种物理量。
在现代工业、科研和仪器仪表中，测控电路扮演着重要的角色。
本文将介绍测控电路的基本原理、常见元件和设计考虑因素。
2. 测量电路测量电路是测控电路中的核心部分，它用于测量各种物理量，如电压、电流、温度、压力等。
常见的测量电路包括电压分压电路、电流测量电路、电桥电路等。
2.1 电压分压电路电压分压电路是一种常见的测量电路，它通过使用电阻器将被测电压降低到适合测量范围内。
电压分压电路可以使用电阻分压原理或者电容分压原理实现。
电阻分压原理是使用串联电阻来实现电压分压，根据欧姆定律，电阻与电压成正比关系。
电阻分压电路可以灵活调整分压比例，适用于各种电压范围的测量。
电容分压原理是利用电容器的电压分压特性实现电压分压。
通过选择合适的电容比例，可以实现不同范围的电压测量。
电容分压电路对输入阻抗要求较高，适用于高阻抗源测量。
2.2 电流测量电路电流测量电路用于测量电路中的电流大小。
电流测量电路采用电阻器、电流互感器等元件来实现电流的测量。
电阻器法是最常见的电流测量方法之一。
通过串联电阻器，将待测电流转化为电压信号进行测量。
根据欧姆定律，电流与电压成反比关系，因此可以根据电压信号求出电流大小。
电流互感器是一种特殊的电流测量元件，通过互感原理实现电流的测量。
电流互感器主要由铁芯和线圈组成，当被测电流通过线圈时，会在铁芯中产生磁感应强度变化，通过测量磁感应强度的变化来求解电流大小。
2.3 电桥电路电桥电路是一种精密测量电路，常用于测量阻抗、电容和电感等物理量。
电桥电路的核心是利用电阻和电压的平衡关系来实现测量。
常见的电桥电路包括维尔斯顿电桥、韦斯通电桥和麦克斯韦电桥等。
电桥电路通过调整电桥上的元件值，使得电桥平衡，从而测量待测物理量。
3. 控制电路控制电路是测控电路中的另一个重要组成部分，它用于控制各种设备和系统的操作。
常见的控制电路包括开关电路、比较器电路和放大器电路等。
数字电路基础(全部)
运算 规则
加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10 乘法规则：0.0=0， 0.1=0 ，1.0=0，1.1=1
3、八进制 数码为：0～7；基数是8。 运算规律：逢八进一，即：7＋1＝10。 八进制数的权展开式： 如：(207.04)10＝ 2×82 ＋0×81＋7×80＋0×8－1＋4 ×8 －2 ＝(135.0625)10 4、十六进制
2、二进制 数码为：0、1；基数是2。 运算规律：逢二进一，即：1＋1＝10。 二进制数的权展开式： 如：(101.01)2＝ 1×22 ＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1 ×2 －2 ＝(5.25) 10
各数位的权是２的幂
二进制数只有0和1两个数码，它的每一位都可以用电子元 件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。
1.1.1 数字信号与数字电路 1.1.2 数字电路的特点与分类 退出
1.1.1 数字信号与数字电路
模拟信号：在时间上和 数值上连续的信号。
u
数字信号：在时间上和 数值上不连续的（即离 散的）信号。
u
t
模拟信号波形 数字信号波形
t
对模拟信号进行传输、 处理的电子线路称为 模拟电路。
对数字信号进行传输、 处理的电子线路称为 数字电路。
1.3.1 基本逻辑运算
1、与逻辑（与运算）
与逻辑的定义：仅当决定事件（Y）发生的所有条件 （A，B，C，…）均满足时，事件（Y）才能发生。表达 式为：
Ｙ＝ＡＢＣ… 开关A，B串联控制灯泡Y
A E 电路图 B Y
L=AB
A E
B Y E
A
B Y
A、B都断开，灯不亮。
A E B Y
测控电路 (2)
测控电路1. 引言测控电路是指用于测量和控制系统中的信号调理、数据采集、信号传输和控制执行等功能的电路。
在现代工业控制、仪器仪表和自动化等领域中，测控电路发挥着重要的作用。
本文将介绍测控电路的基本原理、常见组成部分和设计要点等内容。
2. 测控电路的基本原理测控电路的基本原理包括信号调理、数据采集、信号传输和控制执行等方面。
信号调理是指将传感器、信号源等产生的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以便更好地适应后续的数据采集和控制操作。
数据采集是指将经过信号调理的信号转换为数字信号，并进行采样、量化等操作。
信号传输是指将采集到的数字信号进行传输，常用的方式包括串行通信、并行通信、以太网等。
控制执行是指根据传输的数字信号控制执行器进行动作控制，例如电机的启动、停止等操作。
3. 测控电路的组成部分测控电路的组成部分主要包括传感器、信号调理电路、数据采集器、数据传输模块和执行控制器等。
3.1 传感器传感器是将被测量的物理量转换为电信号的装置，常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据被测量的物理量和测量要求进行，例如在温度测量中可以选择热电偶传感器或者热敏电阻传感器。
3.2 信号调理电路信号调理电路用于对传感器输出的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以适应后续的数据采集和控制操作。
常见的信号调理电路包括放大电路、滤波电路和线性化电路等。
放大电路可以根据传感器输出的信号进行放大，以增加测量的精度。
滤波电路可以通过滤除高频噪声和杂散信号，提高测量的稳定性。
线性化电路可以将非线性的传感器输出信号转换为线性信号，以便后续的处理和分析。
3.3 数据采集器数据采集器用于将经过信号调理的信号转换为数字信号，并进行采样和量化等操作。
数据采集器可以根据采集的信号类型选择合适的转换方式，常见的转换方式包括模数转换和频率转换等。
模数转换器可以将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，频率转换器可以将频率变化的信号转换为数字信号。
电气自动化主要课程课程介绍 (1)
第二章主要课程课程介绍1电工基础:本课程是电类各专业共同的一门重要技术基础课。
电能，由于它易于转换、易于控制，生产和使用都比其他形式的能量来得方便，因而得到咯极为广泛的应用。
在现阶段，无论是作为能源，还是作为信号的载体，电能的地位都是其他形式的能量无法替代的。
电能的应用离不开各种形式的电路。
实际电路种类繁多、功能各异，但它们都有着共同的基本规律。
本课程的主要任务就是要使学生掌握电路的基本规律，学会分析电路的基本方法，为进一步学习后续课程及将来从事电类专业的实际工作奠定基础。
2电气CAD：本课程主要学习电气制图以及构成电气图基础的电气简图用图形符号、计算机绘制电气图，使学生掌握计算机绘制包括电路图、印制电路板图在内的电气图制图技能和相应的计算机仿真技能。
培养和训练学生具有绘制电气图和阅读电气图能力，掌握电气制图与电气图用图形符号的国家标准，并据此能正确阅读。
电气图和绘制电气图。
3高等数学：本课程主要学习函数、极限、连续的关系就延伸一元函数微分学及其应用和医院函数积分及其应用、无穷级数、常微分方程、多元函数微分学、多元函数积分学、线性代数初步、等这些非常适用于本专业，为本专业的学习打下基础。
4模拟电子技术（H）：本课程包括集成运算放大器、半导体二极管及其基本电路、三极管放大电路基础、场效应管及其放大电路、差分放大器与多级放大器、滤波电路及放大电路的频率响应、反馈放大电路、功率放大电路、信号产生电路和直流稳压电源。
5数字电子技术：本课程主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用,.逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能.555定时器等. 随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。
为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，我们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。
自20世纪70年代开始，这种用数字电路处理模拟信号的所谓“数字化”浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域。
测控电路-简答总结
1-4测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用?传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。
在整个测控系统中，电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。
测控电路在整个测控系统中起着十分关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。
1-5影响测控电路（仪用电子线路）精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意？影响测控电路精度的主要因素有：①噪声与干扰；②失调与漂移，主要是温漂；③线性度与保真度；④输入与输出阻抗的影响。
其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。
1-7为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。
它包括：①模数转换与数模转换；②直流与交流、电压与电流信号之间的转换。
幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换；③量程的变换；④选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等；⑤对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。
2-10何谓电桥放大电路？应用于何种场合？由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。
应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。
2-1何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。
《数字电子技术》课程简介
［3］闫石编著.电子技术基础学习指导. 辽宁科技出版社.1995
［4］李士雄，丁康源编著.数字集成电子技术教程. 高等教育出版社.1993
第七章 半导体存储器
第八章 可编程逻辑器件
第十章 脉冲波形的产生和整形
第十一章 数－模和模－数转换
学时 2 4 6 8 6 10 4 4 6 6
合计56学时
五、教材及主要教学参考书
教 材：
［1］闫石编著.数字电子技术基础. 第五版. 高等教育出版社. 2006
参考书：
［1］康华光主编. 电子技术基础（数字部分）.第五版. 高等教育出版社.2006
《数字电子技术》课程简介
一、课程性质
本课程是电气信息类专业本科生在数字电子 技术方面入门性质的专业基础课，具有自身的体 系和很强的实践性。
二、课程的基本要求
要求学生在学完本课程后，能够掌握数字电 子技术方面的基本知识和技能，特别要熟练掌握 一些重要概念和基本原理，熟悉数字电路的基本 分析方法和设计方法。
三、课程的主要内容
主要包括：数字逻辑基础、逻辑门电路、组 合逻辑电路、时序逻辑电路、半导体存储器、可 编程逻辑器件、脉冲产生与整形、A/D与D/A转换 器等。
四、理论教学学时分配
章次
讲课内容
第一章 路
第四章 组合逻辑电路
第五章 触发器
第六章 时序逻辑电路
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+5V
直流继电器 KD1励磁线圈 无电流 VD 控制信号 Ui=0
Hale Waihona Puke KD1-1 KD1 KA1交流继电器 KA1-1 KA1励磁线圈 无电流 活动触点KA1-1 在常闭端
Ui
R
V
A2
B2
C2
无电压输出
图8-5
交流继电器的控制
KD1-1闭合
3-相 /50Hz /380V A1 B1 C1
+5V
直流继电器 KD1励磁线圈 有电流 VD 控制信号 Ui=1
VD
ZL
IL
Ui Ib
R V
图8-1 晶体管功率驱动电路
（一）晶体管直流负载功率驱动电路
+E c
VD
ZL
IL
Ui Ib
R V
设计要点: 合理确定Ui、R与V的电 流放大系数 值之间的 数值关系，充分满足 I b I L / ，可确保V 导通时工作于饱和区， 以降低V的导通电阻及减 小功耗。
（三）晶闸管交流负载功率驱动电路
交流负载的功率驱动电路，通 常采用晶闸管来构成。晶闸管 有单向晶闸管和双向晶闸管两 种类型。
单向晶闸管亦称单向可控硅（SCR）
阳极 A
门极 G 阴极 K
一、导通条件 二、关断条件
图8-3a 单向晶闸管图形符号
晶闸管导通条件：
在阳极 A 与阴极 K 之间加正向电压，同时在 门极 G 与阴极K 之间加正向电压（触发）， 这样阳极 A 与阴极 K 之间即进入导通状态。 晶闸管一旦导通，只要阳极 A 与阴极 K 之间 的电流不小于其维持电流 IH，门极G与阴极 K之间是否还存在正向电压，对已经导通的 晶闸管完全没有影响。
图8-1 晶体管功率驱动电路
负载所需的电流不太大
（二）场效应晶体管 直流负载 功率驱动电路
用于功率驱动电路的场效应晶体管称为 功率场效应晶体管。功率场效应晶体管 是电压控制器件，具有很高的输入阻抗， 所需的驱动功率很小，对驱动电路要求 较低。功率场效应晶体管具有较高的开 启阈值电压，有较高的噪声容限和抗干 扰能力。
二、继电器与电磁阀驱动电路
继电器广泛用于生产控制和电力系统中， 具有接触电阻小、流通电流大和耐压高 等优点，至今仍无法用无触点器件取代 对继电器或接触器的驱动，实际上是对 其励磁线圈电流通断的控制。继电器励 磁线圈所需的励磁电源有直流与交流两 种。
活动触点KD1-1 在常闭端
3-相 /50Hz /380V A1 B1 C1
+E c
(I)当控制信号Ui为低电平时，I b 较小, 晶体管V截止，负载ZL中电 流IL为0； (II)当控制信号Ui为高电平时，I b 较大, 晶体管V导通（工作于饱和 区），负载ZL中电流 IL = (Ec－Uce) / ZL，Uce为晶体管 V集电极与发射极间的饱和电压 降。 • VD是续流二极管，对晶体管V起 保护作用。当驱动感性负载时， 在晶体管关断瞬间，感性负载所 存储的能量可通过VD的续流作用 而泄放，从而避免被反向击穿
（2）反应式步进电动机的工作原理
举例： 反应式步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
单段式三相反 应式步进电动机 的结构： 定子铁心上有 六个均匀分布的 磁极，沿直径相 对两个极上的线 圈串联，构成一 相励磁绕组。
绕组 转子铁心
定子铁心
极与极之间的夹角为60°，每个定子磁极上均匀分布了五 个齿，齿槽距相等，齿距角为9°。转子铁心上无绕组，只有 均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360°/40＝9° 。
ZL +E P1 R2 VS
V2管e与 b1截止
IL
R5很大 IL=0
R5 R3 b2 V2 b1 R4 A G
R1
VD
V1导通
~u V3 K
V3截止
VLC
e
Uc电压低
Ui=0
Ui
V1 4N25
C P2
图8-4
交流半波导通功率驱动电路
实用中应注意: 如果驱动的是感性负载，必须设置合理 的关断泄流回路，一方面可保护开关器 件，另外也可起到消除对外电磁干扰的 作用。
(I)控制信号Ui为高电平
Uc->0
ZL R5 R3 b2 V2 b1 R4 A G
IL
+E
P1 R2 VS
V2管e与 b1导通
R1
VD
V1截止
~u V3 K
V3导通 u->0时， V3截止
VLC
Ui=1
Ui
Uc足够高
e
V1 4N25
C P2
图8-4
交流半波导通功率驱动电路
(II)控制信号Ui为低电平
场效应晶体管大多数为绝缘栅型场效应 管，亦称MOS场效应管。功率场效应 晶体管在制造中多采用V沟槽工艺，简 称为VMOS场效应管。其改进型则称为 TMOS场效应管
漏极 D
+ Ec
VD
栅极 G
ZL
IL
V
DS
Ui
源极 S a)
R VS
V
b)
图8-2 场效应晶体管功率驱动电路 a)VMOS场效应管电极 b)场效应管驱动电路
KD1-1 KD1 KA1
交流继电器 KA1-1 KA1励磁线圈 有电流 KA1-1闭合
Ui
R
V
A2
B2
C2
有电压输出
图8-5
交流继电器的控制
三、步进电动机驱动电路
步进电动机简称步进电机，可在开环条 件下十分方便地将数字系统的脉冲数转 变成与其相对应的角位移或线位移，因 而是控制系统中常用的自动化执行元件。
分类： 按照电路中所采用的功率器件类型分类， 常见的有晶体管驱动电路、场效应管驱 动电路和晶闸管驱动电路等类型。 按照电路所驱动的负载类型分类，常见 的有电阻性负载驱动电路和电感性负载 驱动电路等类型。 按照电路所控制的负载电源类型分类， 常见的有直流电源负载驱动电路和交流 电源负载驱动电路等类型
（一）晶体管 直流负载 功率驱动电路
阳极 A
晶闸管关断条件：
主电极阳极A与阴极K之间的电流小于其维持电 流IH，晶闸管即进入关断状态。
门极 G 阴极 K
双向晶闸管亦称双向半导体开关元件（TRIAC）
电极 MT2
门极 G 电极 MT1
图8-3b 双向晶闸管图形符号
与单向晶闸管相比较， 双向晶闸管的主要区别 是： ①在触发之后是双 向导通的； ②触发电压不分极 性，只要绝对值达到触 发门限值即可使双向晶 闸管导通。
第十章 逻辑控制电路
二值可控元件驱动电路 可编程逻辑器件
第十章
逻辑控制电路
一、功率开关驱动电路 晶体管直流负载功率驱动电路 场效应管直流负载功率驱动电路 晶闸管交流负载功率驱动电路 二、继电器与电磁阀驱动电路 三、步进电动机驱动电路 异步电动机的二值控制电路 步进电动机驱动电路
一、功率开关驱动电路