機電一體化第四章機電一體化系統(tǒng)應用電路設計課件

第四章機電一體化系統(tǒng)應用

電路設計第一節(jié)電橋電路設計第二節(jié)檢測信號放大電路設計第三節(jié)多功能式信號放大器設計第四節(jié)計算機輸出接口電路設計第五節(jié)V/F-F/V轉(zhuǎn)換器設計下一頁第六節(jié)開關量控制電路設計第七節(jié)直流穩(wěn)壓電源電路設計第八節(jié)常用測試儀表選擇方法習題與思考題上一頁下一頁第一節(jié)電橋電路設計一、電橋電路設計分析在機電一體化系統(tǒng)設計中，位移、流量、壓力、力、角度、力矩、溫度等物理信號檢測與控制。選用的傳感器在測量這些物理量時，首先轉(zhuǎn)換為相對應電阻、電感、電容變化量，必須通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓量輸出，才能實現(xiàn)多種物理量的檢測。

直流電橋電路的優(yōu)點：(1)供橋電源采用直流電源，比較容易實現(xiàn)高穩(wěn)定性，高精度的直流電源，準確度達到小于0.002％；(2)電橋平衡電路簡單，輸出零點調(diào)節(jié)方便；(3)電橋輸出響應快，適應于靜態(tài)和動態(tài)信號測量；(4)電橋輸出電壓是直流量，可以用一般的直流儀表測量顯示；(5)電橋電路可實現(xiàn)溫度補償作用，減小溫度的影響誤差。下一頁上一頁圖4-1電橋電路原理圖上一頁下一頁2.應變量測量電橋電路設計在機械結(jié)構(gòu)強度研究中，應變量的測量常采用應變計進行檢測，當選擇應變計是低阻值時，應變計的電阻為120Ω，應選配無感電橋盒中的三個標準電阻分別為120Ω與應變計組成全橋結(jié)構(gòu)，按照上述方法設計電橋調(diào)零電路。若選擇應變計是大電阻時，應選配無感電阻，電阻值的大小與所選用的應變計電阻值大小一致，誤差不大于0.1％。3.高阻變化測量電橋電路設計在機電一體化系統(tǒng)設計中，溫度、位移、濕度、角度等物理信號檢測時所用的傳感器電阻變化量從幾歐姆到幾百歐姆，而應變式傳感器在測量時，電阻變化量小于1Ω，在設計電橋電路時，基本上是根據(jù)傳感器應變計電阻大小來設計電橋。當測量傳感器電阻變化量較大時，仍按照以上方法設計電橋，就無法實現(xiàn)高精度測量，因此，在設計電橋時，要根據(jù)電橋輸出的電壓大小設計電橋電路參數(shù)，電橋電路如圖4-2。選擇配橋電阻，精度小于0.1％如圖4-3所示。電橋電壓選用6V電壓。上一頁下一頁圖4-2單電阻電橋電路上一頁下一頁第二節(jié)檢測信號放大電路設計目前所使用的各種各樣的傳感器受結(jié)構(gòu)尺寸、體積、功耗及轉(zhuǎn)換功能等因素的限制，傳感器的輸出信號都比較小，只有幾個毫伏到幾十毫伏，很難直接用來進行顯示和記錄，并且在信號傳輸過程中容易受環(huán)境的電磁場干擾，為此在設計檢測系統(tǒng)中必須解決信號放大問題。常用的方法是在傳感器輸出配置電壓放大器，對有用信號進行放大，對噪聲進行抑制。一、電壓放大器電路設計1.同相電壓放大器電路設計同相電壓放大電路如圖4-4所示，同相電壓放大器的增益計算式為上一頁下一頁圖4-4同相電壓放大器電路上一頁下一頁2.反相電壓放大器電路設計反相電壓放大器如圖4-5所示，反相電壓放大器的輸入信號Ui經(jīng)輸入端電阻R1送入反相輸入2端，同相輸入端經(jīng)平衡電阻Rp接地。Rf為反饋電阻，它跨接在輸出端與反相端之間，形成深度電壓并聯(lián)負反饋，稱之為反饋放大電路。輸出電壓與輸入電壓相反。電路參數(shù)計算方法上一頁下一頁圖4-5反相電壓放大器電路上一頁下一頁圖4-6交流電壓放大器電路上一頁下一頁二、測量放大器電路設計測量放大器是一種高性能的差動放大器，由幾個運算放大器組成。一個理想的測量放大器的輸出電壓，僅取決于其輸入端的兩個電壓U1和U2之差，即

Uo=A(U2-U1)(4-1)式中增益A是已知的，它可以在一個寬廣的范圍內(nèi)變化。實際的測量放大器應該具有設計時所要求的增益、高輸入阻抗、高共模抑制比、低輸入失調(diào)電壓和低的失調(diào)電壓溫度系數(shù)。圖4-7表示一個典型的測量放大器。對于共模增益，因U1=U2，所以IG=0，即I1=I2=0，則Uo1=U1，Uo2=U2，因此為單位共模增益。輸出放大器A3為差動放大器，其增益為測量放大器的總增益為上一頁下一頁AD521和AD522集成測量放大器，是美國AnalogDevices公司的產(chǎn)品。使用接線如圖4-8所示。以AD522為例，它的1號和3號腳是測量放大器的一對高輸入阻抗輸入端子。2腳和14腳用來連接電阻RG。4腳和6腳用于放大器調(diào)零，13腳為數(shù)據(jù)屏蔽端，用于連接輸入信號引線的屏蔽端，以減少外電場對信號的干擾。放大器的增益由外接電阻RG來調(diào)節(jié)，輸出電壓uo由下式給出計算：其中Ui1是同相端輸入電壓，Ui2是反相端輸入電壓，當放大倍數(shù)為100，輸出電壓5Ｖ時，AD522的非線性誤差小于0.005％。共模抑制比大于120dB。圖4-9是AD522應用于測量電橋的典型應用電路。上一頁下一頁圖4-8AD512和AD522的應用電路上一頁下一頁圖4-9AD522的電橋測量電路上一頁下一頁圖4-10LH0084電路原理圖上一頁下一頁四、隔離式電壓放大器在強電或強電磁場干擾的環(huán)境中，傳感器輸出的電壓信號不可避免地混有靜電耦合、電磁耦合和接地回路干擾信號。隔離電壓放大器具有以下特點：(1)能保護系統(tǒng)中的器件不受高共模電壓損害，防止高壓對低壓信號系統(tǒng)的損壞；(2)泄漏電流小，對于測量放大器的輸入端無須提供偏置電流回路；(3)抗共模抑制比高，能對直流和低頻信號準確安全地測量。1.AD202/AD204隔離電壓放大器性能功率小于35mW（AD204）或75mW（AD202）；最大非線性度±0.025％；高的CMR130dB；頻帶寬度可達5kHz(AD204)。AD202/AD204是低成本隔離電壓放大器。二者區(qū)別在于：AD202直接由+15V直流電壓供電，而AD204則是通過外部提供時鐘供電，AD202/204的應用電路如圖4-11所示。上一頁下一頁圖4-11傳感器信號輸入放大電路上一頁下一頁圖4-12溫度測量電壓放大電路圖上一頁下一頁圖4-13AD290系列原理圖上一頁下一頁圖4-15

采用TD290系列的低電平信號放大電路圖上一頁下一頁圖4-16橋路檢測隔離電路圖上一頁下一頁五、集成運算放大器應用選擇原則集成運算放大器有多種類型，主要有通用型、高輸入阻抗型、高速型、低功耗型、低漂移型、高精度型、自動穩(wěn)零型、單電源型等。對于市場品種繁多的集成運算放大器選擇的一般原則是選用性能價格比高，通用性強的器件。針對不同需要，具體選用原則是：(1)設計沒有特殊要求，一般可選用通用型，這類器件直流性能較好，種類較多，價格較低(2)通用型中有單放、雙放、四放等多種。(3)設計要求放大器的輸入阻抗很大，則可選用高輸入阻抗型。(4)在毫伏級或更微弱信號檢測時，精密模擬運算、高精度穩(wěn)壓源、高增益電流放大等，應選用高精度、低漂移、低噪聲類型的運算放大器。(5)對于視頻信號放大、高速采樣/保持、高頻振蕩及波形發(fā)生器設計時，則需選用高速寬頻帶型運算放大器。(6)對于要求低功耗使用場合應選低功耗型。(7)設計放大器需要自動穩(wěn)零時，應選擇自動調(diào)零型運算放大器器件。上一頁下一頁六、運算放大器應用性能擴展技術(shù)在應用放大電路設計中，根據(jù)綜合檢測性能比和設計要求等多種因素，已經(jīng)選定運算放大器型號以后，還可以利用相關技術(shù)，設計輔加電路，提高運算放大器性能以滿足使用上更為廣泛的需求。1.提高輸出電壓電路設計放大器的輸出電壓幅度在額定工作電壓±15V條件下，一般只有±10V左右，要想得到更大的輸出電壓可外加輔助電路得到，如圖4-17是一種常見的方法。浮動的正、負供電電壓，相當于在輸入端也加了一個浮動的共模電壓，電路的輸出幅度受運放共模電壓范圍限制，其最大輸出幅度接近等于運放本身的輸出幅度與它的共模電壓范圍之和。圖4-18提供的另一種擴展輸出幅度的電路。輸出電壓的擴展方法是利用分離元件實現(xiàn)，簡單方便靈活。上一頁下一頁圖4-17輸出電壓擴展電路圖上一頁下一頁圖4-18單極性輸出電壓擴展電路圖上一頁下一頁2.提高輸出電流電路設計運算放大器本身輸出電流一般為5mA左右，當驅(qū)動揚聲器、開關器件、電機等負載時，需要增大輸出電流的能力。最簡單的辦法是運算放大器輸出端接射極跟隨器，如圖4-19為互補雙向輸出式電流擴大電路，工作在B類狀態(tài)，輸出電流可大于1A。如圖4-20為單向輸出電流擴大電路，輸出電流大于100mA，可提高帶負載能力。上一頁下一頁圖4-19雙向輸出式電流擴大電路圖上一頁下一頁圖4-20單向輸出電流擴大電路上一頁下一頁3.提高電路輸入電阻設計在微弱信號、電荷量信號、高運算精度的放大信號電路中，要求運算放大器具有109～1012Ω的輸入電阻。在不能獲得高阻抗運放的情況下，可選配一對場效應管作為運放的輸入緩沖級，以提高輸入阻抗，電路如圖4-21所示，電路的設計關鍵是FET管參數(shù)配對和工作點的選擇。使用FET要求工作在該管子的零溫度系數(shù)電流值，其中T1、T2零溫度系數(shù)電流要一致，T3零溫度系數(shù)電流應等于T1、T2和T4之和。FET的零溫度系數(shù)電流可用計算法或?qū)嶒灧ㄇ蟮?，用?jīng)驗公式計算零溫度系數(shù)電流為：提高輸入電阻方法之二為自舉電路法，電路的基本原理是利用輸出電流反饋輸入，以補償信號源所需提供給R1的電流，如圖4-22所示。上一頁下一頁圖4-21緩沖法提高輸入電阻電路上一頁下一頁圖4-22自舉法提高輸入電阻上一頁下一頁4.提高共模抑制比的設計方法圖4-23是提高共模抑制比的電路原理圖，圖為共源-共柵串接電路。共柵電路的特點之一是輸出電阻比共源電路約大一個數(shù)量級，相當于提高了恒流源的共模阻抗，此外將共柵對管的柵極和共源對管的源極短接，使T3、T4對管有自舉作用，兩種綜合結(jié)果，可使運算放大器的共模抑制比達到120dB5.減小溫度漂移電路的設計方法減小溫度漂移的方法很多，比較簡便的方法可采用“同特性運放組合補償法”，這種方法可使零點漂移系數(shù)下降到2～3μV/℃以下。如要得到更低的溫漂，通常采用斬波穩(wěn)零式放大器。它有經(jīng)典式和動態(tài)校零式兩種方法，圖4-24為動態(tài)校零式的原理圖。上一頁下一頁圖4-23提高共模抑制比電路上一頁下一頁圖4-24動態(tài)校零式低漂移放大器電路上一頁下一頁6.安全保護電路設計運算放大器在工作中如果發(fā)生不正常的工作條件，而事先沒有采取保護措施，電路就將損壞。運算放大器的安全保護主要有三個方面：電源故障保護、輸入保護和輸出保護。(1)電源故障保護。電源常見故障是電源反接和電壓跳變。電源反接保護可采用如圖4-25所示電路。電源電壓跳變，多發(fā)生在電源的接通和斷開的瞬間。性能不好的穩(wěn)壓電源，在電壓建立或消失時出現(xiàn)的電壓過沖，可能比正常的穩(wěn)定電壓高幾倍。如圖4-26所示，為一種電源電壓突變保護電路，它采用FET電流源和穩(wěn)壓管箝位，穩(wěn)壓管擊穿電壓大于運算放大器正常工作電壓，但小于運算放大器的極限電壓，F(xiàn)ET呈現(xiàn)為小電阻，它和電容器構(gòu)成濾波網(wǎng)絡。上一頁下一頁圖4-25電源反接保護電路上一頁下一頁圖4-26電源電壓突變保護電路上一頁下一頁(2)輸入保護電路設計。運放輸入過載引起電路損壞分兩種情況：一是差模電壓過高，二是共模電壓過高而超出運放設計的極限范圍。電路的損壞都發(fā)生在運放進入飽和以后。產(chǎn)生哪一種過載情況的可能性大和應用電路有關，如開環(huán)應用時容易產(chǎn)生差模電壓過大，壓隨器應用時容易產(chǎn)生共模電壓過大，積分器應用時輸入端容易引起瞬態(tài)高壓。如圖4-27為防止差模電壓過大的保護電路。圖4-28中為防止共模電壓過大的保護電路，箝位二極管接一恒定電壓，電壓值略小于運放共模電壓值。(3)輸出保護電路設計。運放有可能出現(xiàn)過載、輸出端對地短路、輸出端誤碰電源端或外殼等幾種情況，因而需要輸出保護。運放正常工作電流一般小于10mA，極限電流為20mA。目前一般采用正外延PN結(jié)隔離工藝，外殼已接負電源，是處于最低電位，使用中應注意上述要求和特點?，F(xiàn)在很多品種的運放內(nèi)部設有保護電路，如F007的輸出保護性能比較良好。在一些對輸出保護有重要意義的場合，也可外加保護電路。如圖4-29提供了兩種輸出保護電路。圖4-29（a）中FET與正向偏置的二極管構(gòu)成電流源，起雙向限流輸出保護作用。上一頁下一頁圖4-27差模電壓過大保護電路上一頁下一頁圖4-28共模電壓過大保護電路上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-29輸出保護電路7.電路板的制作和屏蔽設計優(yōu)良的整機性能，除了要有高性能的運算放大器和其他元件外，運算放大器在印刷板上的安裝工藝，對其性能的影響也很大，尤其是對高速、高阻、低漂移性能的運放，如電路板制作不良也不能發(fā)揮器件的作用。電路板在制作中應注意以下幾個問題。(1)電源的交流旁路問題。電源在沒有加旁路電容時，在高頻情況下，電源線與地線的阻抗不能忽略，它對于輸出級晶體管和負載是串聯(lián)接入時，成為運放的負載，這樣輸出級信號將通過電源的耦合反饋到輸入級。(2)輸入漏電流的隔離問題。當用高輸入阻抗運放對微弱信號進行放大時，輸入端和電源端之間的電壓差將產(chǎn)生漏電流，沿電路板表面流入輸入端，即電路板本身作為漏電流通路降低了運放的輸入阻抗。(3)接地問題。在一個運放電路中存在信號源地、放大器地、電源地、負載地等，而在電子系統(tǒng)中還將存在各單元地和整機地等，因此接地問題是很重要的，如接地不當會形成大面積電回路，嚴重影響系統(tǒng)的性能。在一個運放電路中要求只有一個接地點，通常是在運放的輸入端接地，如果做不到這一點，將形成接地回路，回路中的感應電流產(chǎn)生輸入誤差信號，如圖4-30所示，為了抑制接地干擾信號，采用差動輸入式。上一頁下一頁圖4-30接地不當形成地回路上一頁下一頁(4)屏蔽問題。在高阻抗交流電路應用中，干擾信號很容易通過電容耦合或電感耦合流入運放的輸入端。如圖4-31的反相放大電路，設輸入信號Vs=100mV，輸入電R1=1MΩ，則僅1011Ω的耦合阻抗，在200V交流源的作用下，將引入輸入信號的2％的噪聲干擾，而這樣的耦合阻抗只要0.03pF的雜散電容在50Hz的條件下即可產(chǎn)生。這種干擾一般可用屏蔽方法防護，對于容性耦合可采用接地的靜電屏蔽罩把運放包圍。(5)抗電源干擾方法。集成器件在工作中，極容易受電源干擾的影響。電壓中的脈沖干擾就可導致工作不正常，解決方法是在所用的集成器件供電電源兩端并用1～0.033μF電容，可以提高抗電源干擾的作用。(6)輸入干擾抑制方法。輸入端并電容法消除高頻干擾信號，根據(jù)實驗確定電容值。上一頁下一頁圖4-31噪聲干擾示意圖上一頁返回第三節(jié)多功能式信號放大器設計一、檢測顯示控制電路設計1.檢測顯示控制電路原理圖4-32所示是一個壓力（溫度、位移、水位）檢測顯示控制電路圖，工作原理是：壓力傳感器檢測信號經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，由K1放大器放大輸出，再由K2放大器放大輸出由數(shù)字表顯示檢測結(jié)果。另一路控制信號，大于設定值時，DW1導通控制電路工作實現(xiàn)了報警控制或其他控制功能。2.電路設計方法(1)電路設計已知條件①檢測壓力0～0.8MPa，大于1MPa報警控制②檢測精度小于0.5％③數(shù)字顯示記錄檢測壓力值④控制電壓18V上一頁下一頁圖4-32檢測顯示控制電路上一頁下一頁（２）電路設計參數(shù)選擇Usr=50mV，U1=3V，Ｕ2=8V，R2=R5=2kΩ，R1=3kΩ（３）電路參數(shù)計算(4)電路元件選擇：①壓力傳感器Uyy-1型②數(shù)字電壓表41/2-DT9508型③控制繼電器RJ-13型雙路輸出控制型④運算放大器F007或μF741，三極管選用9013型⑤D1采用2CP系列二極管，DW1采用低穩(wěn)壓元件2CW系列上一頁下一頁二、多路電壓信號輸出電路設計1.電路原理圖圖4-33所示放大電路是復雜信號單路輸入，多路信號輸出式放大器，應用于發(fā)動機試驗復雜信號檢測中，分別輸出交流信號、直流電壓信號、小電壓信號。2.電路設計(1)交流放大電路設計：交流放大電路由K1、K2和功放電路組成(2)直流放大電路設計：直流放大電路由K1，K3放大電路組成(3)小信號放大電路設計：小信號放大電路由K1，K4放大電路組成上一頁下一頁圖4-33多路輸出信號放大電路上一頁返回第四節(jié)計算機輸出接口電路設計一、信號轉(zhuǎn)換電路設計信號轉(zhuǎn)換電路是把輸入的小信號通過電路轉(zhuǎn)換為大信號輸出，再去實現(xiàn)控制。電路設計如圖4-34所示。1.信號轉(zhuǎn)換電路原理信號轉(zhuǎn)換電路工作原理是:計算機輸出的控制信號由8253輸出方波電壓信號最大值3.5V，電流小于5mA。當控制信號Uk輸入到信號轉(zhuǎn)換電路時，電路設計成飽和或截止狀態(tài)下工作。當Uk等于3.5V時，T1飽和，T2截止輸出高電壓Uo；當Uk等于零電壓時，T1截止，T2飽和輸出低電壓，在輸入控制方波信號作用下，信號轉(zhuǎn)換電路輸出波形電壓大于輸入信號，頻率不變。2.信號轉(zhuǎn)換電路設計(1)已知條件(2)電路參數(shù)計算上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-34信號轉(zhuǎn)換電路原理圖二、多路電壓信號控制電路設計1.多路電壓信號控制電路工作原理電壓控制電路如圖4-35所示，工作原理：在計算機輸出控制信號Uk作用下，電路工作飽和狀態(tài)，RJ繼電器工作，RJ繼電器常開點閉合，即可實現(xiàn)控制電壓輸出，可以單路信號、雙路信號、四路信號同時控制輸出，控制電壓0～380V，控制電流從0到幾十安培?？刂齐妷汉碗娏饔伤x繼電器性能確定，當Uk為零時，RJ控制輸出不工作。2.多路電壓信號控制電路設計(1)已知條件：Uk≤4V，工作電壓12V，控制輸出電壓信號多路。(2)電路參數(shù)計算與選擇上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-35電壓控制電路圖三、電壓信號放大電路設計在利用計算機輸出信號電壓控制直流電機、力矩電機時，必須設計信號放大電路，采用何種信號放大電路，應根據(jù)實際控制要求確定。如果是控制直流電機，信號放大電路設計為功率放大器。功率大小根據(jù)電機功率設計放大器功率參數(shù)，并且放大器功率應大于電機功率2倍。確?？刂频目煽啃约鞍踩浴Ｈ绻强刂屏仉姍C驅(qū)動器時，信號放大電路設計為電壓放大器。為了防止強電干擾以及其他干擾信號通過計算機控制輸出I/O電路進入計算機，影響正常工作，通常采用的是濾波吸收。根據(jù)干擾信號的頻率大小，設計不同的濾波器消除，抑制干擾信號的產(chǎn)生及傳輸。在環(huán)境條件差，控制參數(shù)多，電機類有交流電機、直流電機及其他電機系統(tǒng)組合時，當各種噪聲及干擾采用濾波法不能解決問題時，必須采用光電隔離的方法，使微機與強電單元不共地，抑制干擾信號的傳輸，光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如圖4-36所示。上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-36光電耦合電路圖1.光電耦合電路工作原理計算機輸出的控制信號經(jīng)非門74LS04反相后，加到光電耦合器G的發(fā)光二級管正端。當控制信號為高電平時，經(jīng)反相后，加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此，發(fā)光二極管不導通，沒有光發(fā)出。這時光敏三極管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏三極管集電極上的電源電壓。當控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導通并發(fā)光，光敏三極管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導通，于是輸出端的電平幾乎等于零。2.光電耦合電路的主要作用(1)可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電。(2)可以進行電平轉(zhuǎn)換。(3)提高驅(qū)動能力。(4)可以進行檢測信號轉(zhuǎn)換

上一頁下一頁3光電耦合器件的特點為了避免外部設備的電源干擾，防止被控對象電路的強電干擾，通常采取將計算機的輸入和輸出通道與被連模塊在電氣設備上隔離的方法。過去常用的隔離變壓器或中間繼電器來實現(xiàn)，而目前已廣泛被性能高、價格低的光電耦合器來代替。圖4-37所示為幾種主要光電耦合器的類型和結(jié)構(gòu)。(1)信號采取光-電形式耦合，發(fā)光部分與受光部分無電氣回路，絕緣電阻高達Ω，絕緣電壓為1000～5000V，因而具有極高的電氣隔離性能，避免輸出端與輸入端之間可能產(chǎn)生的反饋和干擾。(2)由于發(fā)光二極管是電流驅(qū)動器件，動態(tài)電阻很小，對系統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干擾信號形成低阻抗旁路，因此抗干擾能力強，共模抑制比高，不受磁場影響，特別是用于長線傳輸時作為終端負載，可以大大地提高信噪比。(3)光電耦合器可以耦合零到數(shù)千赫的信號，且響應速度快（一般為幾毫秒，甚至少于10ns），可以用于高速信號的傳輸。上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-37幾種光電耦合器示意圖4.晶體管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口設計(1)在設計光電耦合器驅(qū)動接口電路時注意，各種類型器件的電流傳輸比差異較大，而且，電流傳輸比還受發(fā)光二極管的工作電流影響，電流為10～20mA時，CTR最大。圖4-38中使用74LS07同相驅(qū)動器作為4N25輸入端的驅(qū)動，電阻R1為限流電阻，其阻值計算如下當被控設備遠離單片機時，光電隔離接口電路設計如圖4-39所示。該電路為電流環(huán)發(fā)送和接受電路，可以極大提高系統(tǒng)的抗干擾性能，最大傳輸距離可達900m，傳輸速率可達50km/s。但必須保證傳輸線中環(huán)路連線電阻<30Ω，當該阻值過大時，100Ω的限流電阻R2要相應減小。上一頁下一頁圖4-38晶體管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口圖上一頁下一頁圖4-39遠距離信號

傳輸時的光電隔離接口電路上一頁下一頁(2)晶閘管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口設計。4N40是常用的單向晶閘管輸出型光電耦合器，如圖4-40所示。當輸入端有10～30mA電流時，輸出端的晶閘管導通，輸出端額定電壓為400V，額定電流有效值為300mA，輸入輸出隔離電壓為1500～7500V。4N40采用6腳雙列直插式封裝，第6腳為輸出晶閘管的控制端，不使用此端腳時，可將其通過一個電阻與陰極相連。MOC3041是常用的雙向晶閘管輸出型，帶過零檢測電路，如圖4-40所示，輸入端的工作電流為15mA，輸出端額定電壓為400V，最大重復浪涌電流為1A，輸入隔離電壓為7500V。它同樣采用6腳雙列直插式封裝，第5腳是器件的襯底引出端，使用時不需要接線。MOC3041輸入端限流電阻計算如下

上一頁下一頁圖4-40晶閘管輸

出型光電耦合器驅(qū)動接口電路上一頁下一頁5.光電耦合隔離常用電路采用光電耦合器可以將計算機的輸入與輸出通道以及其他相關部分切斷與電路的聯(lián)系，從而有效地防止干擾信號進入微機。在微機應用系統(tǒng)中，由于端口的性質(zhì)不同，接口電路也有所不同。如8031的P1口及P3口為雙向口，作為輸入時接成高電平，可由任何TTL或MOS電路所驅(qū)動。當外部輸入信號為低電平時，P1口或P3口被拉成低電平，它與光電耦合器連接。如要輸出較大電流以驅(qū)動輸出設備，如繼電器、電磁離合器等，則應接成達林頓型，如圖4-41所示。在較惡劣環(huán)境中設計的前向通道，為了減少通道及電源的干擾，采用V/F轉(zhuǎn)換器LM331的頻率輸出，再采用光電耦合器隔離方法，使V/F轉(zhuǎn)換器與微機無電路聯(lián)系，確保輸出信號的穩(wěn)定性能，并無干擾信號，可采用如圖4-42所示電路。上一頁下一頁圖4-41光電耦合

器與繼電器輸出接口電路上一頁下一頁圖4-42

LM331頻率輸出的光電隔離電路上一頁下一頁第五節(jié)V/F-F/V轉(zhuǎn)換器設計在機電一體化控制系統(tǒng)設計中，步進電機的實時控制，跟蹤控制等，控制信號是由檢測的電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號實現(xiàn)控制的，只有采用V/F轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)這種功能。采用V/F、F/V轉(zhuǎn)換器有如下優(yōu)點：(1)利用單片機的高速輸入和高速輸出的功能，憑借單片機簡便的測頻和輸出頻率信號的軟件編程技巧，使得接口簡單，占用計算機資源少。(2)頻率信號輸入靈活。(3)抗干擾性好。(4)便于遠距離傳送信號。上一頁下一頁一、通用型V/F轉(zhuǎn)換器1.AD654性能特點AD654是低價格V/F轉(zhuǎn)換器。工作電源電壓±5V～±18V，單電源電壓5～36V。滿量程輸出最大頻率為500kHz，選擇不同的輸出頻率，線性誤差大小不同。當選擇200kHz時，誤差最小為0.03％，選用其他頻率時，轉(zhuǎn)換非線性誤差較大。AD654的主要特點如下：滿刻度校正誤差±10％(max)溫度系數(shù)50×10－６/℃輸入電壓范圍0～4V輸入偏置電流50nA(max)輸入失調(diào)電流5nA輸入阻抗（同相）250MΩ輸入失調(diào)電壓0.5mV上一頁下一頁2.AD654應用方法(1)負電壓信號輸入時的典型應用電路如圖4-43所示。(2)正電壓信號輸入時的典型應用電路如圖4-44所示。3.AD537應用電路AD537是多功能V/F變換器。輸出頻率取決于外接RC，最高頻率為150kHz。其典型用法如圖4-45和圖4-46所示。二、LM331系列V/F轉(zhuǎn)換器原理與應用1.LM331系列性能特點(1)單電源供電，Vcc在4.0～40V均可工作(2)輸出電平可與各類邏輯電路兼容(3)溫度穩(wěn)定性好(4)功耗低(5)成本低2.工作原理LM331系列V/F轉(zhuǎn)換器功能框圖如圖4-47。上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-43AD654負輸入時接線圖上一頁下一頁圖4-44AD654典型接線圖上一頁下一頁圖4-45AD537負輸入接線圖上一頁下一頁圖4-46AD537正輸入接線圖上一頁下一頁圖4-47LM331系列V/F轉(zhuǎn)換器功能框圖3.V/F轉(zhuǎn)換器基本應用電路圖4-48為LM331構(gòu)成的V/F的基本電路。4.F/V轉(zhuǎn)換器應用電路F/V轉(zhuǎn)換器的電路，如圖4-49是由LM331轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的F/V轉(zhuǎn)換電路。圖4-50為精密F/V變換電路。其直流電壓輸出經(jīng)由A1組成的雙極點RC有源濾波器濾波，響應速度快。5.LM331組成的溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路設計由LM331組成的溫度頻率轉(zhuǎn)換電路如圖4-51所示。

上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-48V/F基本應用電路圖上一頁下一頁圖4-49F/V轉(zhuǎn)換電路上一頁下一頁圖4-50精密F/V轉(zhuǎn)換電路上一頁下一頁圖4-51溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路三、F/V轉(zhuǎn)換器AD651原理與應用1.AD651的性能與特點AD651是美國模擬器件公司研制的一種多功能同步F/V轉(zhuǎn)換器，它采用電荷平衡技術(shù)實現(xiàn)F/V轉(zhuǎn)換，最大滿度頻率達2MHz。在輸出頻率100kHz時，非線性誤差為0.002％，最大為0.005％。AD651采用外部時鐘驅(qū)動和調(diào)定滿度頻率，可以使轉(zhuǎn)換精確度與鐘頻變化無關。外接元件少，用一個積分電容即可工作，除作V/F外，尚可實現(xiàn)F/V轉(zhuǎn)換器等。AD651采用低漂移齊納標準，低溫度系數(shù)定標電阻使增益飄移小，整體飄移小。時鐘輸入與TTL和CMOS兼容，輸出級為開路式集電極輸出，可提供足夠的電流使TTL、CMOS、光電耦合器件或脈沖變壓器工作。AD651的輸入量可以是電流或電壓。供電電源可用單電源或雙電源。2.AD651應用方法雙電源輸入正、負信號的連接方法如下：當輸入正信號時，外部連接如圖4-52圖

上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-52AD651雙電源正、負信號的接線圖單電源輸入正信號時的接法如圖4-53，這時數(shù)字地和模擬地同時接地，電源電壓可取+12V～+16V，在(16)腳和+Vs間接入一個吸收電阻，使輸入(16)腳的電流小于0.5mA。AD651的增益準確度是用激光微調(diào)到±0.5％以內(nèi)，如需更高的精度則必須用2MΩ電阻分流，調(diào)整滿標度時用串聯(lián)500Ω電位器RW1實現(xiàn)微調(diào)，如圖4-54.3.F/V應用電路設計AD651用于F/V變換器的實際電路如圖4-55。從圖中看出在時鐘脈沖的下降沿輸入時，脈沖fin是低的，在時鐘脈沖上升沿輸入時，1mA電流源送到積分器相加點，在(4)腳出現(xiàn)上斜率電壓，由于與門作用在時鐘脈沖一個周期后，1mA電流斷開，相加點輸出電流在0～0.5mA，經(jīng)50Ω電阻，在(4)腳輸出10V滿度電壓。上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-53單電源、正信號接線圖圖4-54AD651增益、失調(diào)調(diào)整圖上一頁下一頁圖4-55F/V轉(zhuǎn)換器應用電路圖四、VFC32轉(zhuǎn)換器原理與應用1.VFC32轉(zhuǎn)換器工作原理表4-1列出了上述V/F轉(zhuǎn)換電路的基本設計參數(shù)。上一頁下一頁輸入電壓滿值/V輸出頻率滿值/kHzC1/pFC2/μFRin/kΩ11036500.014101036500.014011003301000410100330100040如果Vin<0，即負電壓輸入時，可從圖-56的積分器A1的同相輸入端輸入Vin，而積分電阻Rin的一端接到地電位上，其余完全相同。關于參數(shù)的計算可用下式：2.VFC32-V/F轉(zhuǎn)換器電路VFC32是一種通用單片集成V/F轉(zhuǎn)換器。使用接法如圖4-56所示。3.VFC32-F/V轉(zhuǎn)換電路VFC32用作頻率-電壓轉(zhuǎn)換的接法如圖4-57。上一頁下一頁上一頁下一頁圖4-56VFC32-V/F轉(zhuǎn)換器接線圖圖4-57F/V轉(zhuǎn)換器接線圖上一頁返回第六節(jié)開關量控制電路設計一、電磁繼電器控制電路設計1.繼電器分類(1)按照控制輸出通道分類：單路式、雙路式、四路式、多路組合式輸出。(2)按照電磁繼電器工作電壓分類：3V、6V、9V、12V、18V、24V(3)按照電磁繼電器觸點控制電壓和電流分類：2A/125V、5A/125V、10A/380V、20A/2500V、30A/2500V、50A/2500V(4)按照工作供電方式分類：直流電壓供電式、交流電壓供電式。(5)按照工作原理分類：固態(tài)式、電磁式等。上一頁下一頁2.電磁繼電器特點(1)體積小、價格低、外形美觀、多種安裝形式。(2)切換電流大、工作電壓大、切換功率達到2200V/A以上(3)工作穩(wěn)定性、可靠性好。(4)規(guī)格品種齊全、外形和安裝尺寸與國外同類產(chǎn)品一致，互換性好。(5)切換控制響應時間短t≤5～15ms。(6)切換控制觸點通道多，1～4路，可擴展多路。(7)適用于自動控制、通訊設備、電子設備、家用電器及其他機電產(chǎn)品。上一頁下一頁3.電磁繼電器工作原理電磁繼電器由線圈，磁鐵，觸點組，殼體組成。工作原理是：當給繼電器線圈輸入直流電壓大于額定工作電壓的80％時，磁鐵吸合，觸點從開狀態(tài)轉(zhuǎn)換為閉合狀態(tài)，原觸點從閉合轉(zhuǎn)換成開狀態(tài)。4.電磁繼電器的作用(1)多路信號同步控制，分別工作。(2)電子設備保護控制。(3)小信號控制高壓信號輸出。(4)多參數(shù)多路分時控制。5.電磁繼電器控制電路設計(1)手動控制電路設計。在機電一體化產(chǎn)品設計中，如車床、銑床、鉆床等各種加工設備，工作電壓380V，工作電流在5～50A，不能直接用開關元件實現(xiàn)工作狀態(tài)控制。常采用小型開關元件，控制電壓采用12～24V，通過繼電器控制380V電源?？刂齐娐吩O計如圖4-58所示。上一頁下一頁圖4-58手動控制電路上一頁下一頁(2)小信號控制電路設計。在計算機輸出信號控制系統(tǒng)設計中，在同步信號分別輸出控制系統(tǒng)設計中，為了實現(xiàn)小信號控制電路達到控制大電壓信號，分別同時輸出雙電壓信號的要求。常采用電路控制繼電器工作來完成?？刂菩盘柨梢允怯嬎銠C控制板中的D/A輸出的小信號，也可以8255輸出的I/O小電壓信號，采用光電信號或其他檢測信號均可實現(xiàn)控制作用。如圖4-59所示。(3)延時控制電路設計。在機電一體化產(chǎn)品設計中，例如：打印機出紙控制電路，動態(tài)標定步進電機控制電路等，在外控信號作用下，經(jīng)過一定時間后，再實現(xiàn)大信號控制作用，如圖4-60所示，這個電路是利用RC充電延時電路達到設定電壓后控制電路工作，繼電器輸出控制電壓。具體控制電路設計方法如下：①已知條件：U=12V，R2=2kΩ，C=4700μＦ/16V②電路參數(shù)計算：t=0.24·R１Ｃ上一頁下一頁圖4-59小信號控制電路圖上一頁下一頁圖4-60延時控制電路上一頁下一頁表4-2t-R1計算結(jié)果上一頁下一頁t/s1510152030R1/kΩ0.8874.438.86513.317.7326.66.多路串聯(lián)控制電路設計

在自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計中，在自動標定系統(tǒng)設計中，電路延時分路控制方法是常采用的電路控制方法，就是采用計算機控制，也要由繼電器控制電路實現(xiàn)。如圖4-61所示，是多組串聯(lián)控制電路。(1)電路工作原理：在外控信號輸入時，第一級分別輸出兩路信號，其中一路信號實現(xiàn)電壓控制輸出，另一路信號實現(xiàn)開關量控制第二級；第二級開始延時工作，在設定時間后，第二級分別輸出兩路信號，其中一路信號實現(xiàn)電壓控制，另一路信號實現(xiàn)開關量控制第三級；第三級開始延時工作，在設定時間后，第三級分別輸出兩路信號，其中一路信號實現(xiàn)開關量控制接通或者斷開，另一路輸出電壓信號。(2)電路參數(shù)計算控制延時時間t=0.24RCC=100～4700μFR值根據(jù)控制時間計算R=RW1，RW2，RW3C=C1，C2，C3(3)電路參數(shù)選擇三極管采用3DG12，二極管采用2CP12系列，電磁繼電器選擇JQX系列等，根據(jù)控制要求選擇電路器件型號。上一頁下一頁圖4-61多路串聯(lián)控制電路原理圖上一頁下一頁7.多路并聯(lián)控制電路設計(1)多路并聯(lián)控制電路工作原理:在自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計中，在機電產(chǎn)品設計中，多路信號控制，多路并聯(lián)分時控制電路，順序控制電路等，是常采用的電路控制方法。以動加載試驗裝置控制系統(tǒng)為例。如圖4-62所示，說明控制原理及設計方法。(2)多路并聯(lián)控制電路設計。多路控制器采用圖4-62所示電路，繼電器選擇四路輸出式，電路設計方法相同t1、t2、t3、t4、t5、t6時間控制電路可以按照上節(jié)設計方法設計，也可以選擇ST48S，ZN48S系列的高精度時間繼電器?？刂茣r間可調(diào)范圍寬，精度高，功耗低，雙數(shù)字顯示直觀。由于采用了單片機控制方式，時間設定操作簡單，使用方便。上一頁下一頁圖4-62多路并聯(lián)控制系統(tǒng)圖上一頁下一頁二、接近開關控制電路設計在機電一體化系統(tǒng)設計中，如位置控制、定位控制、保護控制等，常采用接近開關和繼電器組合電路來完成。接近開關有電感式、電容式、霍爾式、光電式、人體紅外線光電開關等。在實際應用中，接近開關輸出信號有6～12V，當用于速度檢測時，接近開關的輸出信號直接接上速度測試表，就可以實現(xiàn)速度檢測。當用于其他控制場合時，無論采用何種接近開關，都可以利用接近開關的輸出信號控制繼電器工作，由繼電器輸出再實現(xiàn)各種狀態(tài)及電壓信號控制。如圖4-63所示。1.接近開關的特點①工作電壓范圍寬10～30V②測試距離2～15mm③輸出電流100～300mA④工作頻率300Hz～10kHz⑤體積小、質(zhì)量輕、安裝使用方便上一頁下一頁圖4-63接近開關控制電路上一頁下一頁2接近開關應用選擇①工作頻率fJ≥1.2fx②測試距離Lc≥2Lx③根據(jù)測試安裝結(jié)構(gòu)尺寸大小確定。④接近開關類型。根據(jù)測試環(huán)境條件，使用要求確定，例如：在煙霧較大的條件下測量旋轉(zhuǎn)體速度時，采用電感式接近開關比較好；在位置控制條件下，采用電感式接近開關比較好；在快速位置檢測控制條件下，采用響應頻率高的霍爾式接近開關，也可采用光電式開關。3.接近開關性能指標常用接近開關性能指標如表4-3。上一頁下一頁表4-3接近開關性能參數(shù)上一頁返回型號類型感應對象測試距離/mm工作電源/V工作頻率/Hz輸出電流/mAKHW-0108B霍爾式磁鐵814～30DC5000200TK-10N8B電感式金屬810～30DC600100GEN--3010電感式金屬1010～30DC500250TK-22Y10D電感式金屬1090～250AC15０00300VL180-N132反射板300012～24DV333100WT18-N112漫反射15012～30DV700200第七節(jié)直流穩(wěn)壓電源電路設計一、W7800（W7900）集成穩(wěn)壓電源設計W7800（W7900）系列集成穩(wěn)壓器是一種三端固定正（負）集成穩(wěn)壓器，由于是三端（輸入、輸出、公共端），不需外接元件，故應用十分方便。W7800為正穩(wěn)壓式、W7900為負穩(wěn)壓式，它們分別有+5V～+24V、-5V～-24V多種固定輸出電壓，輸出電流分別為0.5A、1.5A。該集成穩(wěn)壓器內(nèi)部設置了過流保護、芯片過熱保護及調(diào)整管安全工作區(qū)保護電路，所以使用安全可靠。1.固定電壓輸出應用電路設計圖4-64所示是W7800穩(wěn)壓器應用電路原理圖。W7800系列集成穩(wěn)壓器是采用標準的三極管外殼封裝，兩引線各為輸入和輸出端，外殼為公共端地。應用時，從變壓器次級輸出的交流電壓經(jīng)整流濾波后輸出電壓，從1、3端輸入，從2、3端輸出，就可以得到穩(wěn)定的直流電壓。因此，應用十分方便，設計制作簡單。上一頁下一頁圖4-64直流穩(wěn)壓電源電路上一頁下一頁2.可調(diào)輸出電壓電源電路設計圖4-65所示是用W7806集成穩(wěn)壓器和F007運算放大器組成，可調(diào)輸出電壓6～30V的應用電路。電路中的運算放大器F007作為電壓跟隨器使用，在設計穩(wěn)壓電源電路時，也可以選擇各種型號的運算放大器，它的工作電源借助于穩(wěn)壓器的輸入直流電壓。由于通用Ⅲ型運算放大器輸入阻抗較高，而輸出阻抗很低，所以，它們可以克服穩(wěn)壓器靜態(tài)電流的變化。電路輸出直流電壓為：U0=Uw(1+R2/R1)3.提高輸出電流電源電路設計W7800系列的集成穩(wěn)壓器是一種穩(wěn)壓穩(wěn)流型器件。在設計直流穩(wěn)壓電源時，可根據(jù)穩(wěn)定電壓要求選擇相應型號的穩(wěn)壓器或擴展輸出電壓電路。實際輸出最大電流不超過15A，為了滿足不同使用要求，可外接功率放大器件來擴展各種穩(wěn)壓電源的輸出電流，如圖4-66(a)所示。上一頁下一頁圖4-65可調(diào)輸出電壓電路上一頁下一頁圖4-66輸出電流擴展電路上一頁下一頁(1)電路中電阻R的計算方法(2)電路中為了保護外接功率管而設計的，當功率管過流時，限流電阻R2上的壓降啟動BG2工作，BG2管集電極電流使BG3管飽和，從而降低功率管BG1的UBE值，使功率管輸出電流得到控制，電路中BG2采用3AD30三極管，BG1和BG３采用3DG三極管。圖4-67所示是用W7800系列集成穩(wěn)壓器和NPN型功率管組成擴大輸出電流電路。圖4-68所示是用W7806、W7812集成穩(wěn)壓器組成的多用途穩(wěn)壓電源電路。電路中兩個穩(wěn)壓器分別接兩個獨立的整流濾波電路。二、W317（W337）集成穩(wěn)壓器電源設計W317、W337三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器是近幾年來新研制的產(chǎn)品，它既保持了三端的簡單結(jié)構(gòu)，又實現(xiàn)了輸出電壓大小連續(xù)可調(diào)。它可以以一種通用化、標準化穩(wěn)壓器的形式用于各種電子設備及檢測系統(tǒng)中的電源設計。1.W317應用穩(wěn)壓電源電路設計W317應用穩(wěn)壓電源電路設計如圖4-69所示。上一頁下一頁圖4-67

用NPN管擴大輸出電流電路上一頁下一頁圖4-68多路輸出穩(wěn)壓電源電路上一頁下一頁圖4-69W317應用穩(wěn)壓電源電路上一頁下一頁2.W317提高輸出電流應用電路設計利用W317集成穩(wěn)壓器設計的穩(wěn)壓電源，輸出電流最大1.5A，不能滿足實際工程設計要求。只有采用外加電子元件的方法來提高穩(wěn)壓電路輸出電流。如圖4-70所示，是利用Ｗ317三端可調(diào)式正集成穩(wěn)壓器和F007運算放大器組成擴展電流輸出的應用電路。3.W317應用提高輸出電壓電路設計利用W317穩(wěn)壓器設計的直流穩(wěn)壓電源最大輸出電壓只有35V，不能滿足使用要求，只有采用外加元件方法來提高輸出電壓，電路設計如圖4-71所示。4.開關式穩(wěn)壓電源電路設計圖4-72所示是用W317三端可調(diào)式正集成穩(wěn)壓器組成的開關式穩(wěn)壓電源應用電路。電路中的3Ax63和3DD6組成復合管，用于開關作用。上一頁下一頁圖4-70W317輸出電流擴大電路上一頁下一頁圖4-71W317輸出電壓擴大電路上一頁下一頁圖4-72開關式穩(wěn)壓電源電路上一頁返回第八節(jié)常用測試儀表選擇方法在機電一體化系統(tǒng)設計中，在檢測與控制系統(tǒng)設計中，所選擇使用的傳感器輸出信號較小，不能直接記錄和控制，可以采用本章論述的各種電路設計方法，設計相應的放大器，控制電路，達到檢測與控制系統(tǒng)的設計要求。一、電阻類放大器應用電阻類放大器是電阻式類傳感器、應變式類傳感器、壓阻式類傳感器，測量壓力、力、溫度、位移、角度、扭矩、力矩、加速度等物理信號的配套專用放大器。它的作用是為傳感器提供工作電源，系統(tǒng)調(diào)零，信號放大輸出，阻抗變換等功能。它的工作原理，性能特點，應用選擇原則論述如下：1.電阻類放大器分類（1）動態(tài)電阻應變儀（2）應變式放大器（3）信號調(diào)節(jié)器（4）適調(diào)放大器（5）自動校零放大器上一頁下一頁2.電阻類放大器技術(shù)指標(1)放大倍數(shù)：0～6000倍分擋可調(diào)式(2)工作頻率：0～10kHz，0～30kHz，0～100kHz，0～150kHz(3)線性度：0.3%，0.1%，0.05%，0.02%(4)輸出電壓：±10V（電流10～50mA）(5)電橋電阻：60～2000Ω(6)供橋電壓：4V，6V，8V，10V(7)標定應變量：±10～±9990με(8)輸出方式:電壓式、電流式雙路分別輸出。3.放大器工作原理電阻類放大器是電阻變化式傳感器配套儀器。當配用外接傳感器時，不用應變量校準，只進行調(diào)零，確定工作頻率，進行模擬測試信號靜態(tài)標定后，根據(jù)輸出信號大小，確定放大倍數(shù)，即可以使用，原理圖如4-73所示。上一頁下一頁圖4-73動態(tài)電阻應變儀原理方框圖上一頁下一頁二、電壓放大器在設計檢測系統(tǒng)中、在設計測試系統(tǒng)中，電壓放大器是經(jīng)常使用的一種放大器。該儀器的主要作用是信號放大。根據(jù)放大信號的應用不同，分為直流信號、交流信號、功率信號放大器等。本節(jié)介紹電壓放大器的原理，作用及性能，供設計選擇。1.電壓放大器分類(1)直流電壓放大器工作頻率0～10kHz(2)交流電壓放大器工作頻率10Hz～30kHz(3)功率放大器工作頻率10Hz～20kHz(4)數(shù)據(jù)放大器工作頻率0～10kHz(5)多功能式放大器U、I、P分別放大，工作頻率0～30kHz2