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第四章计算机控制技术及其应用PPT课件

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计算机控制技术(曹立学)1-4章 (1)

计算机控制技术(曹立学)1-4章 (1)

第1章 绪论
2. (1) 串级调节。 在简单调节回路中， 选取干扰影响特别 明显的一个中间变量， 附加一个调节器， 组成内调节回路 (或副调节回路) ， 用来初步克服干扰的影响， 同时用原回 路(称主回路) 中的调节器(主调节器) 的输出作为副调节器的 给定值， 使副调节器跟随此值达到进一步的精细调节。 这是 用一个内回路对主要干扰影响进行初调的控制系统。
第1章 绪论
3. 设备管理系统可以提供设备自身及过程的诊断信息、 管 理信息、 设备(包括智能仪表)运行状态信息、 厂商提供的设 备制造信息。 例如， Fisher Rosemoune公司推出的AMS管理 系统， 它安装在主计算机内并完成管理功能， 可以构成一个 现场设备的综合管理系统信息库， 在此基础上实现设备的可 靠性分析以及预测性维护， 将被动的管理模式改变为可预测 的管理维护模式。 AMS软件是以现场服务器为平台的T型结构， 在现场服务器上支撑模块化， 功能丰富， 为用户提供一个图 形化界面。
第1章 绪论
DDC控制系统中常使用小型计算机或微型机的分时系统来 实现多个点的控制功能。 实际上属于用控制机离散采样， 实 现离散多点控制。 这种DDC计算机控制系统已成为当前计算机 控制系统中的主要控制形式之一, DDC系统原理图如图1.2所示。
第1章 绪论 图 1.2 DDC系统原理图
第1章 绪论
第1章 绪论
(4) 分程调节。在需用不同的手段分阶段地控制一个参数 时， 采用这种调节。 例如:一个反应器的温度调节， 在正常 温度范围内用水冷却即可， 但温度达高限后需用冷冻水冷却， 低于低限时需用蒸汽加热， 方能保持正常反应。 满足这种需 要的调节称分程调节。 在分程调节中， 由一个测量元件、 一 个调节器及三个调节阀组成系统， 由三个调节阀分别控制冷水、 冷冻水和蒸汽的流量。 冷水阀通常调整到当温度在低限时全关， 高限时全开； 冷冻水阀在温度高限时全关， 温度超过高限时 开启； 蒸汽阀在温度低限时全关， 再低时开启。 为了避免冷 水阀及冷冻水阀在超高限时同时开启， 还要增加一个冷水阀超 高限自动关闭装置， 这样就可以进行分程调节了。 分程调节 系统的调节质量类似简单调节， 若需提高， 宜采用串级调节、 前馈调节等改进措施。

计算机控制技术发展及应用

计算机控制技术发展及应用

工业以太网
• 10M/100Mbps的标准工业以太网符合TCP/IP 协议
• 工业以太网是在标准Ethernet基础上开发的 双通道网络系统
• 增加特殊控制功能：冗余控制、实时故障同 步诊测
• 多项指标优化设计，实时响应性 • 网络故障实时诊断信息显示在操作站上 • 工业以太网更适合中大规模控制系统选用
1.2 计算机控制系统软件介绍
应用软件是用户根据控制对象、控制要求，为实现高效、 可靠、灵活的控制而自行编译的各种程序。它们包括：数据 采集、数字滤波、标度变换、键盘的处理、过程控制算法、 输出与控制等程序。
用于应用软件开发的程序设计语言，一般有：汇编、 C# 、C++、VB、VC 等。 目前也有一些专门用于控制的引 用组态软件，这些软件功能强，使用方便，组态灵活，具有 很强的应用前景。
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50%
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ห้องสมุดไป่ตู้
水箱水位的自动控制
浮子：测量作用 连杆：比较作用 放大器、伺服电动机和减速器： 调节作用 阀门：执行元件作用
水箱水位的自动控制示意 图
当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且其大 小反映了实际水位与水位要求值的差值，放大器输出信号将有 正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到实际水位 重新与水位要求值相等时为止。 水位自动控制的目的：使偏差消除或减小，使实际水位达到要 求的水位值。

《计算机控制技术》课件

《计算机控制技术》课件
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contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。

计算机控制技术PPT课件

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机械自动化学院
4）连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行 的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。计算机控制 系统不是连续控制的，而是离散控制的。
5）连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。 计算机控制系统中，一个控制器分时控制多个回路。
6）采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散 控制系统、计算机网络控制系统等，便于实现控制与管 理的一体化，是工业企业的自动化程度进一步提高。
对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决 定将要采取的控制行为。
实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
.
11
机械自动化学院
（2）在线方式和离线方式 ★ 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机
控制的方式。 ★ 离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机
键盘（功能键和数字键）
.
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机械自动化学院
软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
编编连辑译接程程、序序装配程序
诊断系统
调试程序 子程序库
控制程序
数据采集及处理程序
数据可靠性检查程序 A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
数据采集程序
巡回检测程序
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机械自动化学院
1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。
缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
.
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机械自动化学院
2．直接数字控制系统 （Direct Digital Control—DDC）

计算机控制技术

计算机控制技术

必需的
地 址 和 数据线
AD 0 ~ AD31
可选的
AD32 ~ AD 63
C/BE 0 ~ C/BE 3
PAR
C/BE 4 ~ C/BE 7
PAR64
PC总 线
REQ64
64NTA INTB
接口控制 信号
TRDY
接口控制 中断信号 支持高速缓 存信号 边界扫描 信号
数字量输入通道 数字量的输入通道是把过程和被控对象的开关量或通过传 感器已转换的数字量以并行或串行的方式转入计算机。 数字量输出通道 数字量输出通道是将计算机运算、决策之后的数字信号以 串行或并行的方式输出给被控对象或外部设备，应该强调 的是数字量输出通道输出的信号有时是直接驱动外部设备， 其功率和阻抗的匹配是应该特别注意的。
计算机控制技术
计算机控制技术概述
计算机在控制技术中的典型应用方式
计算机系统的研究课题和发展方向
计算机控制系统概述
计算机控制是以计算机、自动控制理论、自动控制工程、 电子学和自动化仪表为基础的综合学科。
计算机控制系统简单地说就是以计算机替代了原模拟控制 系统的控制器（控制仪表）组成的自动控制系统。
+
控制器
D/A A/D
对象
-
计算机
计算机控制系统基本框图（闭环）
•计算机控制系统的工作原理
（1）实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬 时值进行检测和输入；
（2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理， 并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。 （3）实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构 发出控制信号，完成控制任务。
数字量输入/输出技术指标： ①输入信号规格。 输入逻辑电平1：2.0～5.25V 输入逻辑电平0：0.0V～0.80V 高输入电流：20.0mA 低输入电流：－0.2mA ②输出信号规格。 高输出电流：－15.0mA 低输出电流：24.0mA 输出逻辑电平1：2.4V（最小） 输出逻辑电平0：0.4V（最大） ③传输速率：300K B/s（典型值）；500K B/s（最大值）。

计算机控制技术课件

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计算机控制系统的离散化、模拟化设计 （第4、5章） 最小拍控制、频域设计方法、数字PID控制、Smith纯 滞后补偿、Dalin算法、串级控制、解耦控制等。
计算机控制系统设计与实现（第12章） 介绍计算机控制系统的一般设计方法与设计实例。
15
第一章 概述（Introduction）
Chapter 1 Introduction
计算机控制
Qi
H
Qo
A
About our course
计算机控制
About our course
计算机控制
About our course
RE
U
Y
D
G
计算机控制
About our course
RE
U
Y
D
G
计算机控制
控制器的设计 控制系统的实现
About our course
RE
U
2.冯培缔，计算机控制技术，杭州，浙江大学出版， 2002.10
3. Gene F. Franklin等, Digital Control of Dynamic Systems, 3rd Ed.（动态系统的数字控制），北京，清华大学出版社， 2008.2
主要内容：
计算机控制系统的分析 （第3章） 离散系统的稳定性分析、动态响应过程分析、稳态相 应分析。
计算机控制技术
Computer Control Technology
无忧P无P忧T整PP理T发整布理发布
About our course
电气工程专业的主要课程 计算机控制技术
About our course
电气工程专业的主要课程
电气工程专业核心课 程
电路理论 电机学 输电线路基础 单片机原理与应用/嵌入式系统 发电厂电气部分 自动控制原理 计算机控制技术 电气安全技术 电气控制与PLC技术 电力系统自动装置 交流调速系统 电力系统继电保护

(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道


03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。

《计算机控制技术》PPT课件


•
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PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
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• （4）分散型控制系统
• （Distributed Control System-DCS)
• DCS采用分散控制，集中操作，分级
管理，分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、 集中操作监控级、综合信息管理级，形 成分级分布式控制。
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8
• （5）现场总线控制系统
•
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3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
第一章 绪论
一.计算机控制系统概论 二.工业控制机的组成结构及特点 三.计算机控制系统的发展概述 •
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1
一 计算机控制系统概论
1.计算机控制系统及其组成 图示计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控 制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。 偏差 控制量
给定量 + r-
e
u
•
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二.工业控制机的组成结构及特点

计算机控制技术


智能家居控制系统
总结词
智能家居控制系统是计算机控制技术在家庭生活中的应用，通过智能设备、传 感器和执行器等硬件，实现对家居环境的智能化管理和控制。
详细描述
智能家居控制系统利用计算机技术实现对家居设备的监测、控制和智能化管理 ，提高居住舒适度和便利性。常见的智能家居控制系统包括智能照明、智能安 防、智能环境监测等。
器人等领域。
反馈控制原理
01
反馈控制原理是通过比较实际输出与期望输出的差 值来调整系统参数，以达到控制目标。
02
反馈控制原理具有较好的抗干扰能力和适应性，能 够自动调节系统参数，提高控制精度。
03
反馈控制原理是计算机控制系统的核心原理，广泛 应用于各种控制领域。
计算机控制系统的
04
设计方法
连续系统设计方法
THANKS.
交通控制系统
总结词
交通控制系统是计算机控制技术在交通管理中的应用，通过交通信号灯、传感器 和执行器等硬件，实现对交通流量的智能化管理和控制。
详细描述
交通控制系统利用计算机技术实现对交通信号灯的控制、车流量的监测和交通拥 堵的缓解，提高道路通行效率和交通安全。常见的交通控制系统包括智能交通信 号灯、交通监控系统等。
计算机控制技术
汇报人： 202X-12-23
目 录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的性能分析 • 计算机控制系统的应用实例
计算机控制技术概
01
述
定义与特点
定义
计算机控制技术是指利用计算机对工 业生产过程进行自动控制的技术。
交通领域
计算机控制技术在交通领域的 应用包括自动驾驶、交通信号

计算机控制技术及应用-引言-目录


3
外江约占四成；
4
以保证灌溉用水。
5 6
7
洪水季节
8
内江四成，外江六成；
9
使灌区不受水潦灾害。
10 11

2011年12月25日星期日
苏州大学应用技术学院 -8-
《计算机控制技术及》其应用》

“飞沙堰”溢洪道




“飞沙堰”溢洪道作用


——泄洪排沙

概念及解释




自动控制(autocontrol)：


指不用人力来实现的控制，

1
通常可用机械、电气等装置来实现。
2 3
自动控制常对应于手动控制而言。
4
5
6
7
8
9 10 11

2011年12月25日星期日
苏州大学应用技术学院 -23-
《计算机控制技术及》其应用》
贡献
6 7 8
9 10 11

2011年12月25日星期日
苏州大学应用技术学院 -2-
《计算机控制技术及》其应用》

梦想




自古以来，人类梦寐以求：


能制造出自动完成

1
既定任务的劳动工具。 不劳而获？
2 3
古代
一劳永逸？
4
5
6
都江堰(公元前256年)
10 11
压力、流量或生产过程等。

2011年12月25日星期日
苏州大学应用技术学院 -24-
《计算机控制技术及》其应用》
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4.3.1 三极管驱动电路
对于低压情况下的小电流开关量，用功率三 极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入 电流与三极管增益的乘积。 分类： 1 .普通三极管驱动电路 2. 达林顿驱动电路
1 .普通三极管驱动电路
当驱动电流只有十几 mA或几十 mA时，只要采用一
个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图所示。
TS
R
R
TW
G AT E 1
Dz
CLK1
C
OUT1
光耦
+5V
CLK2 OUT2 G AT E 0 G AT E 2
8253/8254
CR CE OL 计数通道1
PC总 线
图 图 4脉-5冲脉计冲 数计 数电输路入 电 路
链接动画
4.3 数字量输出通道
主要知识点
❖
引言
❖ 4.3.1 三极管驱动电路
❖ 4.3.2 继电器驱动电路
+ 5V
+ 输 入端
+ 5V 输出端
利用光耦隔离器的开关特性（即光敏三 极管工作在截止区、饱和区），可传送 数字信号而隔离电磁干扰，简称对数字 信号进行隔离。 应用： A/D转换器与CPU或CPU与D/A 转换器之间的数字信号的耦合传送
利用光耦隔离器的线性放大区（即光敏 三极管工作在线性区），可传送模拟信 号而隔离电磁干扰，简称对模拟信号进 行隔离。 应用：现场传感器与A/D转换器或D/A转 换器与现场执行器之间的模拟信号的线 性传送。
（1）电平转换－用电阻分压法把电流信号转换为电压信号。 （2）RC滤波－用 RC 滤波器滤出高频干扰。 （3）过电压保护－用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压 管
或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。 （4）反电压保护－串联一个二极管防止反极性电压输入。 （5）光电隔离－用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。
引言
➢ 数字量输入通道（DI通道）的任务--是把生产 过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式 。
➢ 信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进行 A/D转换，但对通道中可能引入的各种干扰必须 采取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之 间要设置输入信号调理电路。
4.2.1 开关输入电路
在开关输入电路中，主要考虑：
❖ 4.3.3 晶闸管驱动电路
❖ 4.3.4 固态继电器驱动电路
引言
数字量输出通道简称 DO 通道。 任务－ 把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制 的数字驱动信号。 常用电路－三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸
管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。 选择－根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、 电机、 阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出 通道。
输出电路必须采取多级放大或提高三 极管增益的办法。 构成－－多对两个三极管组成的达林顿复合管构成 特点－－具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及
保护措施完善的特点，同时多对复合管 适 用于计算机控制系统中的多路负荷。
达林顿阵列驱动器MC1416的结构与每对复合管的内部结构如下图所示， MC1416内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达500mA，截 止时能承受100V电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管D2 抑制高电位上发生的正向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过冲。
典型的开关量输入信号调理电路
构成－如图所示
原理－ 开关 S 的状态经RC滤波、稳压管D1箝位保护、电阻R2限流、
二极 管D2防止反极性电压输入以及光耦隔离等措施处理后送至输入缓
冲器，主机通过执行输入指令便可读取开关S的状态。
比如－开关S闭合，输入回路有电流，光耦中发光管发光，光敏管导通，数
据线上为低电平，即输入信号为“0”对应外电路开关S的闭合；
第四章:数字量输入输出通道
本章要点：:
1.光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 2.数字量输入通道中几种典型电路 3.数字量输出通道几种典型驱动电路
返回总目录
本章主要内容
❖ 引言 ❖ 4.1 光电耦合隔离技术 ❖ 4.2 数字量输入通道 ❖ 4.3 数字量输出通道 ❖ 4.4 DI/DO模板 ❖ 思考题
引言
在微机控制系统中，除了要处理模拟量信 号以外，还要处理数字信号，包括开关信号、 脉冲信号。如开关触点的闭合和断开,指示灯 的亮和灭，继电器或接触器的吸合和释放，马 达的启动和停止，晶闸管的通和断，阀门的打 开和关闭，仪器仪表的 BCD 码，以及脉冲信 号的计数和定时等等 。
4.1 光电耦合隔离技术
模拟信号隔离方法－优点是使用少量的
数字信号隔离方法的优点是调
光耦，成本低；缺点是调试困难，如果
试简单，不影响系统的精度和
光耦挑选得不合适，会影响A/D或D/A转
线性度；缺点是使用较多的光
换的精度和线性度。
耦器件，成本较高。
注：驱动发光管的电源与驱动光敏管的电源不共地
4.1.2 光电耦合隔离电路
分类：数字量同相传递与数字量反相传递两种。
反
之输入信号为“1”对应外电路开关S的断开。
图 开关量输入信号调理电路
链接动画
4.2.2 脉冲计数电路
作用－处理脉冲频率信号，方法是设计一种定时计数输入接口电路，即在一定的采 样时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感器的比例系数可换算出所检测 的物理量。
+ 12V VC C
系统时钟
CLK0 OUT0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+5V
例如：Di=0，经反
330
相器变为高电平，使三
极管导通，集电极电流
驱动LED数码管发光。
LED
3 .3 K Di
三极管
7406
图 4 - 6 小图功 率 小三 极功管率输 三出 电极路管输出电路
链接动画
2. 达林顿驱动电路
应 用 场 合 － 当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，
主要知识点
❖ 4.1.1 光电耦合隔离器 ❖ 4.1.2 光电耦合隔离电路
4.1.1 光电耦合隔离器
按输出级分类－三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型。 原理－通过电－光－电这种信号转换，利用光信号的传送不受
电磁场的干扰而完成隔离功能的。
图 光电耦合隔离器的几种类型
链接动画
现以三极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构原理
同相传递－－光耦的输入输出同相，即输入为低（高）输出为低（高）； 反相传递－－光耦的输入输出反相，即输入为高（低）输出为低（高）； 电路不同－－同相传递的集电极电阻接到反相传递的发射级上
链接动画
图 光电耦合隔离电路
4.2 数字量输入通道
主要知识点
❖
引言
❖ 4.2.1 开关输入电路
❖ 4.2.2 脉冲计数电路