2011年春期开放教育本科 《机电接口技术》期末复习指导
2011年6月修定
第一部分 课程考核说明
1．考核目的
考核学生对集成稳压电源、信号处理电路、常用功率器件及直流电机、交流电机和步进电机的驱动接口等基础知识的掌握和简单典型接口分析与设计的能力。
2．考核方式 笔试闭卷。 3、适用范围、教材
本课程期末复习指导适用范围为开放教育本科机械设计制造及其自动化专业的选修课程。
考试命题的教材是由王岚主编，中央广播电视大学出版社2003年7月第1版《机电接口技术》教材。
4．命题依据
本课程的命题依据是《机电接口技术》课程的教学大纲、教材、实施意见。 5．考试要求
本课程的考试重点包括基本知识和应用能力两个方面，主要考核学生对集成稳压电源、信号处理电路、常用功率器件及直流电机、交流电机和步进电机的驱动接口等基础知识的掌握和简单典型接口分析与设计的能力。
6．考题类型及比重
考题类型及分数比重大致为：填空题(20%)；选择题(15%)；简答题（24%）；综合应用题（41%）。
第二部分 期末复习指导
第一章 绪论
一、重点名词 机电接口技术 二、熟练掌握
机电接口技术的作用。
第一章 典型直流集成稳压电源及抗干扰技术
一、重点掌握
1、集成稳压器的极限参数、工作参数、集成稳压器的质量参数。 2．固定型正电压输出稳压电路——7800系列的引脚功能和应用。 3、固定型负电压输出稳压电路——7900系列的引脚功能和应用。 4、计算机控制系统的接地方法。 二、一般掌握
1、三端可调型正电压输出稳压电路——317系列的引脚功能和应用。 2、三端可调负电压输出稳压电路——337系列的引脚功能和应用。 3、DC/DC隔离电源、基准电源。地线系统、干扰来源及抗干扰设计。
第二章 信号处理电路
一、重点掌握
1、比例放大器、加、减法器、差动放大器的电路原理及其应用。 2、模拟电压比较器的特性参数。
3、过零比较器、电平检测器、窗口比较器、回差电压比较器及区域比较器的电路原理及其应用。
二、一般掌握
绝对值检测电路原理及如何改善绝对值电路的性能。电压--电流变换器的原理及应用。
第三章 信号隔离电路
一、重点掌握
1、信号隔离的意义、原理和分类。 2、光电隔离、继电器的使用方法。 二、一般掌握
模拟量的隔离方法：电磁隔离放大器、线性光电隔离放大器。
第四章 调节器和滤波器电路
一、重点掌握
1、PID运算电路、有源滤波器的分类和特点。 2、一阶有源滤波器电路原理及其应用。 二、一般掌握
二阶有源滤波器电路原理及其应用。
第五章 功率驱动电路
一、重点掌握
1、晶闸管的原理和特性。 2、晶体管的原理和特性。
3、发光二极管、光电耦合器、继电器和晶闸管的驱动方法。 二、一般掌握
发光二极管、光电耦合器、继电器和晶闸管的驱动接口的应用设计。
第六章 直流电动机的驱动与控制
一、重点掌握
1、直流电机的结构组成、作用及工作原理。 2、直流电机的基本控制电路的原理。
3、LM3524、L297、L298和L292电机控制芯片的引脚功能。 二、一般掌握
LM3524、L297、L298和L292电机控制芯片的应用。
第七章 步进电机的驱动与控制
一、重点掌握
1、步进电机的结构组成、作用及工作原理。 2、步进电机的单电压、双电压和斩波功率放大电路。 3、三相步进电机的控制：环行分配器、电机控制器3717。 4、三相异步电动机的结构和工作原理，SPWM的基本思想。 二、一般掌握
1、步进电机的特点和主要技术性能指标。两相步进电机控制器L297的应用。
2、SLE4520三相可编程脉宽调制器的引脚功能及应用。
第三部分 综合练习题
一、判断题
1. 工业生产中干扰的来源主要有：空间干扰、过程通道干扰、供电系统干扰。（√ ） 2. 差模输入电阻Rd是指集成运放两个输入端之间的动态电阻，其值越小越好。（ × ） 3. 接地设计的目的主要是消除各电路电流流经一公共地线阻抗时所产生的噪声电压。（√） 4. 低通滤波器是用来通过高频信号，抑制或衰减低频信号的滤波电路。（ × ）
5. 线性光电隔离放大器利用发光二极管的光反向送回输入端，正向送至输出端，从而提高
了放大器的精度和线性度。（√ ）
6. LED动态显示方式的电路复杂，但控制软件要比静态显示方式简单。（× ） 7. 直流电机的机械特性是指电动机的电磁转矩与转速之间的关系。（ √ ） 8. 三相异步电动机改变同步转速n0的调速方法有改变磁通和改变电枢电压调速。（ × ） 9. 所谓智能功率集成电路指的是该电路至少把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同意
芯片上，通常是指输出功率大于1W的集成电路。（√ ）
10. 光电耦合器是把发光器件和光敏器件组装在一起，通过光实现耦合，构成光-电-光的转
换器件。（ × ） 二、选择题
1. 集成稳压器7915的输出电压为( B )。
A.15V B.–15V C.12V D.79V
2. 要求电压比较器仅在输入电压过零，输出电压发生跳变。除此之外，输出电压保持。并
希望输入电压大于零时输出为高电平，则应选用（ A ） A.同相输入过零比较器 B.差动型电平检测器 C.窗口比较器 D.回差电压比较器
3. 滤波器的截止频率定义为频率下降（ B ）那一点所对应的频率。 A.2Db B.3Db C.4Db D.5Db
4. AD202/AD204是基于（ A ）原理的隔离放大器。
A.变压器耦合 B.光电隔离 C.继电器隔离 D.线性光电隔离
5. 运算放大器中的（ D ）单元用于设置各级放大电路的静态工作点。
A.输入级 B.输出级 C.中间级 D.偏置电路 6. ( A )调速方式直流电动机的机械特性硬度不改变。
A.改变电枢电压调速 B.电枢回路串电阻调速 C.改变磁通 D.以上三种均可以 7. 下面哪种说法是不正确的？( C )
A.高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。
B.由于传感器和机壳之间容易引起共模干扰，所以A/D转换器的模拟地，一般采用浮空隔离。
C.数字地是指传感器的地. D.交流地与信号地不能共用。
8. 3650是基于( B )原理的隔离放大器。
A.光电隔离 B.线性光电隔离 C.变压器耦合 D.继电器隔离
9. 有源滤波器必须包含( D )元件。
A.电阻 B.电容 C.二极管 D.运算放大器 10. PID控制中的( B )的作用是消除稳态误差。
A.比例 B.积分 C.微分 D.以上均可
三、简答题
1.信号隔离的目的是什么？常用的隔离方法有哪些？
1）信号隔离的目的在于从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系。
2）常用的隔离方式有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、隔离放大器等。另外，在布线上也应该注意隔离。
2.分析单个LED的驱动接口电路的工作原理，给出LED工作电流的计算公式。 答：图中7406是一个OC门反相器。
7406的作用是驱动LED。当单片 机的I/O端口为高电平时，反相器 输出低电平，LED发光；当单片机
I/O端口为低电平时，反相器输出开路，没有电流流过LED，LED熄灭。图中LED的工作电流为： V-(V+V)IF=CCFCS RVF为LED的正向压降； VCS为LED驱动器的压降； R为LED的限流电阻； IF为LED的工作电流。
3.晶闸管由导通转变为阻断的条件是什么？
晶闸管由导通转变为阻断的条件是当减少阳极电压或增加负载电阻时，阳极电流随之减少，当阳极电流小于维持电流时，晶闸管便从导通状态转化维阻断状态。 4.双电压驱动的优点和缺点是什么？
它所具有的优点是：功耗小，启动转矩大，工作频率高。 缺点是:功率晶体管的数量要增加一倍，增加了驱动电源。同时低频时步进电机振动噪声大，存在低频共振现象。 四、计算题
1．如图所示电路。试求出负载电阻RL上的电流iL，以及集成运放的输出电流io。 u1?0.5V，1、解：由图可得
u??u??0i1?if?u1?u?R10?uoRF uoRLo
i1?ifiL?iL?iF?i联立以上各式，并代入参数计算可得
iL??0.05mA io??0.06mA
负号表示电流的实际方向与图中所标方向相反。
2．请推导图所示电路的传递函数，并说明它属于哪种类型的滤波电路 ? 解：利用节点电流法可求出它们的传递函数。 在图所示电路中
R2sR2C Au(s)????
11?sRC1R1?
sC
所以其为一阶高通滤波器
五、设计题
1． 用7805设计一个输出电压为+6.2V的稳压电路。 解：电源电路采用电阻升压法，具体电路如图所示：（8分）
由电路可知输出电压Vo为：
VO?VO固?I2R2?VO固?(I1?Id)R2?(1?R2R1)VO固?IdR2一般Id为5mA,VO固?5, VO?6.2 若取R2?100?,则 R1?（5分）
R2100??714? (2分)
V0?IdR26.2?0.005?100?1?15Vo固
机电接口技术
试题类型及规范解答举例
试题按大纲要求，其题型包括填空题、问答题、计算及分析题、设计题，具体说明如下： （一）填空题
此类型试题考查学生对基本理论的程度，对重要的常用的概念、公式等的掌握。 题型举例：
例1．高频电路应______________接地，低频电路应______________接地。 例2．三相步进电机一般有___________、___________及___________等工作方式。 对于例1，应填“就近多点”与“一点”。
对于例2，应填“单三拍”、“六拍” 和“双三拍”。
例2中，所填顺序对正确性无影响。 （二）问答题
问答题考察学生对基本概念的掌握情况。
例：标志一个滤波器特性与质量的主要参数有哪些？ 解答：标志一个滤波器特性与质量的主要参数如下：
谐振频率、截止频率、通带增益、频带宽度、品质因数、阻尼系数、滤波器参数对元件变化的灵敏度。
注：本题答对4个以上的满分。 （三）计算及分析题
计算题是了解学生的基本计算能力，包括对相关公式的掌握，对电路特性的掌握。
例:已知一阶低通滤波器的电路形式如下图所示，写出其传递函数。
解：
(四)设计题
试题举例：用7805设计一个输出电压为+6v的稳压电源。 解：电源电路采用电阻升压法，具体电路如下：
由电路可知输出电压V0为：
一般为5mA，
取，则
开放教育（本科）《机电接口技术》课程教学大纲
形成性试题
题1．设计直流稳压电源，实现将交流220V变为直流+5V。
题2：电路如图2所示，求uo。
解：设电流i1,i2,i3,i4如图3中所示。
对放大器A1有：
以上各式联立，可解得（1）
对A2有，（2）
（1）式和（2）式联立得：
题3：设计滤波器电路，使。
解：为一阶低通滤波器。滤波器电路如图4所示
有，可得
取，则。
取，则
题4：某二阶有源滤波器的电路如图5所示，求。
解：各无源元件的导纳为
,,,,
由叠加原理可得
对运算放大器，有
，
式中
把（1），（2），（3）式联立解得
将Af及Y1～Y5代入，即可得最后结果。
第1章 直流集成稳压电源及抗干扰技术
本章介绍直流集成稳压器电路和抗干扰技术，涉及到的主要内容有：
1．集成稳压器及其极限参数、工作参数、质量参数等，极限参数主要有最大输入电压，最大输出电流，最大耗散功率，最大瞬态功耗，最高结温；工作参数主要有：输出电压范围，输出电流范围，最小输入-输出电压差和最小输入电压，最大输入-输出电压差，最小输出电流(或泄放电流)，静态工作电流；质量参数主要有：电压调整率，电流调整率，纹波抑制比，输出电压温度系数，输出电压时漂(长期稳定性)，输出噪声电压，短路电流，输出阻抗。在学习的过程中，同学们要掌握集成稳压器常用的参数。
2．常用的集成稳压器有7800、7900、317、337系列，在学习的过程中，同学们要掌握这些集成稳压器的特点及使用方法。这部分内容既是本章的重点内容，也是难点所在。
以7800系列为例，其基本电路如图1所示。对于图1，应该知道电路的输出电压V0是多少，输入电压
Vi应该选多少，电容Ci、Co的作用。
当需要提高集成稳压器输出时，可采用稳压管或电阻升压的方法。图2是采用电阻升压法来提高输出电压的电路原理图。对于图2应该掌握：已知图2会计算其输出电压V0；已知输出电压V0会设计电路图。
还要注意的是：在设计电路的时候，图中的集成稳压器应写出具体型号，如7805。
图1 7800系列稳压电路的一般应用原理图
图2 采用电阻升压法提高输出电压
3．DC/DC也是一种常用的直流电源，主要有开关稳压电源、推挽式DC/DC变换电源和桥式DC/DC变换电源。
4．基准电源是用于产生精密电压的器件。以三端式带隙基准源AD580为例，它能提供2.5V的基准电压。其典型应用如图3所示，本图为AD580作为精密基准源应用时的电路图，AD580作为12位D/A转换器AD7542的精密基准源，它在5V电源电压下，输出2.5V，并通过500Ω精密电阻进行调节，以获得D/A转换器所必需的精密基准电压。
5．干扰来源：工业生产中的干扰一般以脉冲的形式进入控制系统，干扰窜入系统的渠道主要有三条：
图3 AD580在D/A转换中的应用
即空间干扰(场干扰)、过程通道干扰、供电系统干扰。
6．接地设计的目的：①消除各电路电流流经一公共地线阻抗时所产生的噪声电压；②避免磁场和地电位差的影响，即不使其形成地环路，如果接地方式处理不好，就会形成地环路，造成噪声耦合。
7．计算机控制系统地线分类：①数字地(又叫逻辑地)、②模拟地、功率地、信号地、交流地等。 第3章 信号隔离电路
本章涉及的主要内容有：
1．信号隔离的目的在于从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。测控装置与现场信号之间、弱电和强电之间，常用的隔离方式有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、隔离放大器等。另外，在布线上也应该注意隔离。
2．光电耦合器件将发光元件和受光元件组合在一起，通过电-光-电这种转换，利用“光”这一环节完成隔离功能，使输入和输出在电气上是完全隔离的。根据受光元件的不同可分为晶体管输出型和晶闸管输出型两类。
光电耦合器具有三个特点：①信号传递采取电-光-电的形式，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰，②抑制噪声干扰能力强；③具有耐用、可靠性高和速度快等优点。
这部分内容是本章的重点和难点所在，要求掌握常用隔离器件的电路工作原理，例如：
（1）对于图1所示的4N25光电耦合器的接口电路图，要求掌握其输入端ui与输出端uo之间的关系，即当输入端ui分别为高、低电平时，输出端的电平如何。再有就是电阻R1的作用是什么，如何选择。 （2）图2所示的是用4N40控制220V电灯的电路图，要求掌握图中单片机8031的引脚P1.0的状态与电灯亮灭状态的关系，以及4N40输入端电阻R1的作用和计算方法。
3． 继电器隔离也是一种常用的输出方式，常用于驱动大型设备。在设计继电器电路时，要考虑（1）继电器的驱动线圈有一定的电感，在关断瞬间可能会产生较大的电压，因此在对继电器的驱动电路上常常反接一个保护二极管用于反向放电，（2）不同的继电器，允许的驱动电流也不一样，在电路设计时可适当加一限流电阻R，而在某些需较大驱动电流的场合，则可在光隔与继电器之间再接一级三极管以增加驱动电流，如图3所示。
图1 4N25的光电耦合器的接口电路
图2 晶闸管型光电耦合器应用电路
图3 继电器输出接口
4．固态继电器(SOLIDESTATE RELAYS),简称SSR，利用电子元件（如开关三极管、双向可控硅等半导体器件）的开关特性，可实现无触点无火花地接通和断开电路。固态继电器按使用场合可以分为交流型(AC-SSR) 和直流型(DC-SSR)两类，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用。
5．隔离放大器。为完成地线隔离，将放大器加上静电和电磁屏蔽浮置起来，这种放大器叫隔离放大器，或叫隔离器，其输入和输出电路与电源没有直接的电路耦合关系。常用的隔离放大器有Analog Devices公司的AD277J、AD202、AD204、AD289、AD290、AD210、AD281等。
6．线性光电隔离放大器利用发光二极管的光反向送回输入端，正向送至输出端，从而提高了放大器的精度和线性度。放大器的输入端和输出端是用光隔离的，所以不存在电气连接。常见的线性光电隔离放大器有Burr-Brown公司的ISO100、3650和3652。 第6章 直流电动机的驱动与控制
本章涉及的主要内容：
1．直流电动机是一种将直流电转换为机械能的装置，它的最大优点是调速性能好，可以在宽广的范围内实现无级调速；另外，它的起动转矩大，过载能力强。直流电动机由定子和转子两大部分组成，在定子和转子之间是空气隙。
直流电动机按照励磁方式和连接方式的不同，可分为并励式、串励式、他励式、复励式和永磁式等。 机械特性是指电动机的电磁转矩与转速之间的关系。 直流他励电动机的机械特性表达式为
n?URa?T Ke?KeKt?2
改变电动机电枢电压是常用的直流他励电动机的调速方法
2.基本驱动控制电路包括不可逆PWM变换器和可逆PWM变换器。应会分析驱动电枢的电压、电流波形及二极管、晶体管的导通关断情况。分析时应注意电动机是电感性负载，同时本身还存在反电动势以及二极管和晶体管的导通条件。
例；有制动作用的不可逆PWM变换电路 电路图如图6-1（a）所示。
ub1 -ub2 0 T2 ub2 T1 ub1 D1 u id Us 2 M C － Us ＋ （a）
0 4 A 3
0 1
id 1 t1 ton 3 2 t2 T （c）
图6-1 有制动作用的不可逆PWM变换器电路 （a）电路原理图 （b）电动状态电压和电流波形
（c）轻载电动状态电压和电流波形
t ton
T
（b）
ton ud T id Ud E t t D2 B 在0≤t≤ton期间（ton为T1导通时间），ub1>0，T1导通；ub2<0，T2截止。电动机电枢电压为Us，电流id沿图中所示的回路1流通。
ton≤t≤T期间，ub1<0，ub2>0，T1截止，电动机电枢通过二极管D2沿回路2续流，由于晶体管T2两端所加电压为反向电压故其不能导通。
若负载较大，到t=T时，电流id＞0，则T2始终不会导通。其电压和电流波形见图6-1（b）所示。 若负载较轻，在t=t2时，id=0，T2得以导通，反电动势E沿回路3送过反向电流－id，产生局部时间的能耗制动作用。t=T时，T2截止，－id沿回路4经D1续流，直到t=t4时衰减到零，T1才开始导通。电流波形如图6-1（c）所示。
3．LM3524是开关电源PWM控制集成电路，它实际上是一个电压/脉冲变换器，输入是控制电压Uct，输出是PWM变换器晶体管基极所需的脉冲信号，其脉冲宽度与Uct成正比。
4.L298芯片是一种高压(可达46V)、大电流（可达2A）的双H桥式驱动器，它可以接受标准TTL逻辑电平信号，能驱动继电器、线圈、直流电动机和步进电动机等电感性负载。
5.L292是一种单片功率集成电路，它的实际功能相当于一个功率互导放大器，能为电动机提供一个与输入控制电压成比例的负载电流。
对以上三种集成电路芯片应着重掌握其功能、使用场合及应用电路 第7章步进电机的驱动与控制
1． 步进电机是一种电磁式增量运动执行元件，它可以将输入的电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移。因输入的是脉冲信号，运动是断续的，又称脉冲电机或阶跃电机。三相步进电机的工作方式： 三相步进电机一般有单三拍、六拍及双三拍等工作方式。“单”、“双”、“拍”的意思是：“单”指定子绕组每次切换前后只有一相通电；“双”指每次有两相定子绕组通电；“拍”指从一种通电状态转到另一种通电状态。
步进电机的工作原理及主要技术指标均比较简单，容易掌握。
2．步进电机的驱动电路包括单电压电路、双电压电路、斩波电路、调频调压电路、细分功放电路等。 对于驱动电路了解其优缺点及电路原理即可。以单电压驱动电路为例介绍。
图7-1给出了一种最简单的单电压驱动电路。
E 0 iL D T 0 uR 0 t
uR uL uL iL +U L R E t t 图7-1 单电压电路
图7-2 电压、电流波形图
晶体管T工作于开关状态。当基极输入为高电平时，晶体管导通，流过绕组线圈L的电流按指数规律上升，其时间常数τ=L/r，为了减小时间常数，在步进电机绕组中串联电阻R，从而提高了工作速度。
当电流达到稳态值之后，绕组L上的电压接近为零，电压全部加在电阻R上，故稳态电流iL??U/R。图7-2为该电路中有关电压、电流的波形图。
二极管在晶体管T截止时起续流和保护作用。
优点：电路只用一个电源，每相绕组只用一个功率元件，线路简单。 缺点：效率低，尤其对高频工作的步进电机更为严重。
3．环形分配器的主要功能是把来自变频信号源的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动。同时步进电机有正反转的要求，所以这种环形分配器的输出既是周期的，又是可逆的。
步进电机的环形分配器有硬件和软件两种方式。硬件环形分配器由硬件构成，硬环形分配器的种类很多，其中比较常用的是专用的集成芯片。如CH250、SJ、L297系列等步进电机环形分配器。软件环分器由计算机软件来实现，通常称为软环形分配器。
对于硬件环形分配器应掌握其特点、场合及应用电路。主要重在应用。
第8章 交流电动机的驱动与控制
1．三相异步电动机的工作原理，是基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用。定子的旋转磁场的转速由下式决定：
（8-1）
式中——电源的频率；——旋转磁场的磁极对数。
转差率S是分析异步电动机运行情况的主要参数。其表达式为
（8-2）
由式8-1及8-2可得到三相异步电动机的转速表达式为
（8-3）
三相异步电动机的调速方法有：改变极对数p；调节电源频率f；使电动机的转差率发生变化。
2．SPWM的基本思想是：保持输出脉冲电压幅度不变，用调节脉冲的宽度和间隔实现其平均值接近正弦（同时改变U和f）。将此脉冲电压加到电机上，所得到的电流波形接近于正弦波。就硬件方面讲，产生SPWM控制信号的方法主要有三种：
（1）采用微处理器。（2）采用专用大规模集成电路。（3）采用微处理器和专用大规模集成电路相结合。
SLE4520就能产生驱动三相逆变器的SPWM三相六路信号，波形不局限于正弦调制。SLE4520是一个可编程三相PWM集成电路，与微机配合使用，能把三路8位数字量转换成三路脉宽调制信号，形成三相SPWM波，驱动逆变桥上的六个开关器件。
2．智能功率集成电路指的是该电路至少把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同一芯片上，通常是指输出功率大于1W的集成电路。在这个电路上还包括过电流、过电压、超温和欠电压等保护电路，有的还将电路内部状态作为—个诊断信号输出。
应掌握交流电动机的工作原理，了解脉宽调制器SLE4520及智能功率模块R-IPM。
开放教育本科《机电接口技术》课程重难点分析（1） 重庆电大远程教育导学中心理工导学部 程德蓉
2010年11月修定
一、直流集成稳压电源及抗干扰技术 二、基本概念 1．集成稳压器
答：就是用半导体工艺和薄膜工艺将稳压电路中的二极管、三极管、电阻、电容等元件制作在同一半导体或绝缘基片上，形成具有稳压功能的固体电路。
2．极限参数
答：是反映集成稳压器所能承受的最大的安全工作的条件。一般是由生产厂家通过设计和制造给予保
证的可靠性参数。主要有：最大输入电压功耗
，最高结温
。
，最大输出电流，最大耗散功率，最大瞬态
3．工作参数
答：反映了集成稳压器能够正常工作(“正常工作”是表示该器件能够达到所规定的输出精度)的范围和正常工作所必需的条件。主要有：输出电压范围小输入-输出电压差电流(或泄放电流)
4．质量参数
答：是反映器件基本特性的参数，它为使用者提供了选择的依据。主要有：电压调整率整率
，纹波抑制比，短路电流三、简答 1．干扰来源。
答：工业生产中的干扰一般以脉冲的形式进入控制系统，干扰窜入系统的渠道主要有三条：即空间干扰(场干扰)，通过电磁波辐射窜入系统的干扰；过程通道干扰，干扰通过与主机相连的前向通道、后向通道及其它与主机的相互联系的通道进入；供电系统干扰。
2．接地设计的目的。
答：①消除各电路电流流经一公共地线阻抗时所产生的噪声电压；
②避免磁场和地电位差的影响，即不使其形成地环路，如果接地方式处理不好，就会形成地环路，造成噪声耦合。
3．计算机控制系统地线分类。
答：①数字地(又叫逻辑地)。这种地作为逻辑开关网络的零电位。
②模拟地。这种地作为A/D转换前置放大器或比较器的零电位。当A/D转换器在获取0-50mV这类小信号时，模拟地必须认真地对待。否则，将会给系统带来不可估量的误差。
③功率地。这种地为大电流网络部件的零电平。如内存磁芯体的驱动电路、打印机电磁铁的驱动电路的地。
④信号地。这种地通常为传感器的地。
，输出电压温度系数
。
，输出电压时漂(长期稳定性)
，电流调
和最小输入电压
，静态工作电流
。
，输出电流范围
，最大输入-输出电压差
，最，最小输出
，输出噪声电压
，输出阻抗
⑤交流地。交流50Hz地线，这种地线是噪声地。 ⑥直流地。直流电源的地线。
⑦屏蔽地(也叫机壳地)。为防止静电感应和磁场感应而设的地线。 四、设计计算题
1、基本知识点：7800系列固定输出的一般应用。
7800系列集成稳压器为固定型正电压输出稳压电路，实现的功能是将一个未经稳压的直流电压变换为一个稳定的直流电压，最小输入输出电压差为2V。
电路原理如图1-4所示。电容波特性。输入电压
式中：
应满足:
—稳压电路允许的最大输入电压；
的作用为改善输入电压的纹波特性；电容
—稳压电路的输出电压；
—稳压电路输入与输可以改善输出电压的纹
出之间的最小压差，
二极管D起输出短路保护作用。
2、说明下图的工作原理，并推导出电路的输出
表达式。
该图是采用电阻升压法来提高输出电压的电路原理图。因为
两端的电压为稳压器固定输出电压
，在上通过的电流为
为：
，而通过 上的电流为，此时 ,为电路
的静态工作电流，因此输出电压
开放教育本科《机电接口技术》课程重难点分析（2） 重庆电大远程教育导学中心理工导学部 程德蓉
2010年11月修定
一、信号处理电路 二、信号隔离电路 三、调节器和滤波器电路 四、基本概念 1．运算放大器
答：是一种多功能的通用放大器件，由输入级、中间放大级、输出级和偏置电路四部分组成。（1）输入级又称前置级：是一个高性能的差动放大器。是决定集成运算放大器性能的关键。（2）中间放大级：使运算放大器获得很高的电压放大倍数。（3）输出级：使运算放大器有较强的带负载能力。（4）偏置电路：用于设置集成运算放大器各级放大电路的静态工作点。
2．PID运算电路
答：实现PID控制的电路叫PID运算电路，又叫做PID调节器。 3．固态继电器
答：简称SSR，利用电子元件（如开关三极管、双向可控硅等半导体器件）的开关特性，可实现无触点无火花地接通和断开电路。具有输入控制电流小，无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、体积小、重量轻、寿命长、工作可靠等特点，并且耐冲击、抗潮湿、抗腐蚀，因此在微机测控等领域中，已逐渐取代传统的电磁式继电器和磁力开关作为开关量输出控制元件。固态继电器按使用场合可以分为交流型(AC-SSR) 和直流型(DC-SSR)两类，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用。
4．低通滤波器
低通滤波器是用来通过低频信号，抑制或衰减高频信号的滤波电路。
（1） 增益：低通滤波器的输出电压与输入电压之比，叫做低通滤波器的增益或电压传递函数W(s)。 （2） 通带：允许信号通过的频段为（3） 阻带：不允许信号通过的频段
，该频段称为低通滤波器的通带。 叫做低通滤波器的阻带。
５、截止频率：称为截止频率。图中曲线2在通带内没有共振峰，此时规定增益下降到
时的频率为截止频率。曲线在通带之内有共振峰，此时规定幅频特性从峰值为截止频率。
五、简述
1．集成运算放大器的特性参数是什么？
回到起始值处的频率
答：分工作特性参数和极限参数两大类。而工作特性参数可分为输入特性参数、传输特性参数、输出特性参数、电源特性参数。（1）输入特性参数是与输入级有关的输入端等效特性参数。差模输入电阻是其中较为重要的参数，它是指集成运算放大器在开环条件下两个输入端之间的动态电阻。其值越大越好。（2）传输特性参数是与输入和输出电压有关的一些特性参数。主要有：①开环电压增益
。在没有外
接反馈电路时，集成运算放大器的输出电压与两个输入端的信号电压之比，也称开环电压放大倍数或开环差模电压放大倍数，常用分贝数表示。②共模电压增益个输入端上所加的共同的对地电压为共模输入电压
和共模抑制比
，集成运算放大器在两
。由共模输入电压引起的输出电压与此共模输入
电压之比，定义为共模电压增益： 模抑制比为差模电压增益
，共模增益越小越好，而差模增益越大越好。共
与共模电压增益
之比，用分贝数来表示为：
。（3）输出特性参数反映运算放大器输出级的特性，输出电阻
重要的参数，表示集成运算放大器开环时，从其输出端视入的等效电阻，称为输出电阻。集成运算放大器带负载的能力，其值愈小愈好。
2、什么是PID控制？
是其中较为的大小表示
答：就是对偏差信号e(t)进行比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）运算变换后形成的一种控制规律。
六、分析计算
1、下图为反相比例放大器的电路图，若=5v，=100KΩ，=200KΩ，试求，及的值。
知识点：“虚断”和“虚短”。
解：根据理想运算放大器的两个重要结论“虚断”和“虚短”得：
2、晶体管输出型光电耦合器驱动接口
下图是使用4N25光电耦合器的接口电路图。工作原理：当输入端输出相当于开路，74LS04输入端为高电平，输出为低电平。当中
为限流电阻，计算公式如下：
为高电平时，4N25输入端电流为0，
为低电平时，74LS04输出为高电平。图
3、PID运算电路 PID运算电路如图所示。 线性集成放大器的输入阻抗为：
（1）
反馈阻抗为： （2）
若线性集成元件为理想情况，其输出为：
（3）
开放教育本科《机电接口技术》课程重难点分析（3） 重庆电大远程教育导学中心理工导学部 程德蓉
2009年9月修定
一、功率驱动电路 二、基本概念 1．晶体闸流管
答：简称晶闸管，普通晶闸管也称可控硅，可分为快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管及光激发晶闸管等。
2．单向晶闸管SCR
答：单向晶闸管又称为可控硅整流器，它的最大特点是有截止和导通这两种稳定状态。从外特性看有三个引脚：A为阳极，K为阴极，G为控制极（门级）。
3．发光二极管
答：是一种将电能转变成光能的半导体器件，简称LED。发光二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成，因此与普通二极管一样具有单向导电性。流过PN结电流越大，空穴和电子的复合就越多，发光二极管越亮。发光二极管具有体积小，抗冲击和抗震性能好、可靠性高和寿命长等优点。可以在低电压，小电流下工作，而且损耗功率小，光输出响应时间快，工作频率高达100MHz。。
4．双向晶闸管
答：双向晶闸管相当于两只单向晶闸管反向并联组成的，但是它与单向晶闸管有两点明显的区别：一是控制极所加的触发信号不管是正是负都可使双向晶闸管导通，二是双向晶闸管在触发之后是双向导通的。
5、功率场效应晶体管
答：即是在大功率范围应用的场效应晶体管，也称功率MOSFET。其特性参数主要有：输出特性曲线、导通电阻
与
及沟道温度
的关系曲线。
三、简述单向晶体管的工作原理。
答：可以由两个条件来说明：导通条件和关断条件。
导通条件是指晶闸管从阻断到导通所需的条件，这个条件是晶闸管的阳极加上正向电压，同时在门极加上正向电压。
关断条件是指晶闸管从导通到阻断的条件。关断条件要求流过晶闸管中的电流小于保持晶闸管导通所需的电流，即维持电流。通常当晶闸管的阳极已加上了正电压并导通的情况下，要减少晶闸管中的电流有
两种办法：一种是降低电压，另一种是增大晶闸管回路的串联电阻。
开放教育本科《机电接口技术》课程重难点分析（4） 重庆电大远程教育导学中心理工导学部 程德蓉
2010年11月修定
一、直流电动机的驱动与控制 二、步进电机的驱动与控制 三、基本概念 1．直流电动机
答：是一种将直流电转换为机械能的装置，它的最大优点是调速性能好，可以在宽广的范围内实现无级调速；另外，它的启动转矩大，过载能力强。直流电动机是最早出现的电动机，由定子和转子两大部分组成，在定子和转子之间是空气隙。
2．直流电动机的分类
答：按照励磁方式（即获得磁通φ的方式）和连接方式的不同，直流电动机可分为并励式、串励式、他励式、复励式和永磁式等。
3．机械特性
答：是指电动机的电磁转矩与转速之间的关系。直流他励电动机的机械特性表达式为：
四、简述
1．什么是电动机的单电压驱动电路，画出电路图，并分析其工作原理，有什么特点？
答：所谓单电压电路，是指在电动机绕组工作过程中，只用一个电源对绕组供电。单电压驱动电路如图2所示。晶体管T工作于开关状态。当基极输入为高电平时，该晶体管导通，忽略晶体管的导通压降，
则电源电压作用在电阻R和绕组L上。流过绕组线圈L的电流按指数规律上升，其时间常数（r
为绕组电阻）。当电流达到稳态值之后，绕组L上的电压接近为零，电压全部加在电阻R上，故稳态电流
。
二极管在晶体管T截止时起续流和保护作用。
优点：电路只用一个电源，每相绕组只用一个功率元件，线路简单。 缺点：效率低，尤其对高频工作的步进电机更为严重。
2、已知有制动作用的不可逆PWM变换电路如图2所示，分析当电动机负载较轻时电路的工作原理，画出电流波形。
答：如图3所示，在电动机电枢电压为
，电流
期间（
为
导通时间），
>0，
导通；
<0，
截止。
沿图中所示的回路1流通。
>0，
截止。
沿回路2经二极管
续流，在
两端产生的压降
期间，
使
不能导通。
时， 时，
<0，
导通，反电动势E沿回路3送过反向电流截止，沿回路4经
续流，直到
，产生局部时间的能耗制动作用。
才开始导通。电流波形如图
时衰减到零，
2（b）所示。
试卷代号:1115 座位号
中央广播电视大学201Q-2Qll学年度第一学期“开放本科”期末考试
机电接口技术试题
2011年1月
一、判断题(在认为正确题目的括号内打√，错误的打X;每小题1 分，共10分) 1. 集成电路的工作参数是器件所能承受的最大的安全工作条件。( X )
2. 理想运算放大器输人端虚断、虚短的重要结论是指:运算放大器的2个输人端之间的电压为零，与电流无
关。( X )
3. DC/DC隔离电源可实现了直流到直流的隔离，切断电源干扰。(√ )
4．过零触发型固态继电器特点:当触发信号输人后，其导通是在该信号为零电压时发生，所以产生的干扰小，一般用于计算机I/O接口等场合。( X )
5. 对于PID调节器，积分环节:用于消除静差(或静态误差)，提高系统的无差度。积分时间常数越大，积分作用越弱。(√ )
6. 低通滤波器的截止频率是其通带增益Kp下降了1dB时的频率。( X )
7. 双向晶闸管与单向晶闸管相比较，有2条显著的差别。其导通的唯一控条件是制极(门极G)为正触发电压;管子的导通状态可以是双向的。( X )
8．接触器是一种切换电路的开关状态能力很强的电磁式继电器。该器件特别适用于低 电压、大电流应用场合。其类型分为直流接触器和交流接触器两种。( X ) 9．直流电机换向器的作用是:将电刷的直流电势和电流转变为转子电枢绕组的交变电 流，并保证每一磁极下电枢电流的方向不变以产生电磁转矩，使得转子能连续转动。(√ )
10. 步进电机环形分配器可把来自变频信号源的脉冲序列信号，直接加到步进电机驱动的电源端，以驱动步进电机的转动。( X ) 二、选择题(每题2分，共20分) 1. 接地设计的一般原则是( A )
A．高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地‘ B. 高频电路应就近多点接地，低频电路应就近多点接地 C. 高频电路和低频电路均应就近多点接地 2. 单限比较器的工作特点是( C )
A.对输人信号变化的鉴别不够灵敏，且抗干扰能力差 B.对输人信号变化的鉴别灵敏，且抗干扰能力强 C,对输人信号的鉴别灵敏，但抗干扰能力差 3.若一个滤波器的截止频率为fc(或?c A.低通 B.高通 C，带通
4。单向晶闸管的关断条件是( A )
A．流过晶闸管的电流(TAx)小于器件参数规定的指标(维持电流) B. 门极电压为零 C . 门极电压为负
5. PWM变换电路是一种直流斩波器。其功能是( C )
A，由输人脉冲信号的频率来调节输出到电动机上电压的平均值，从而实现电动机调速
B.由输人脉冲信号的宽度(脉宽)来调节输出到电动机上电压的瞬时值，从而实现电 动机调速 C.由输人脉冲信号的宽度(脉宽)来调节输出到电动机上电压的平均值，从而实现电 动机调速
6.在直流电动机驱动电路中，双极式PWM变换器的工作特点是( A ) A.电流波形一定连续;电动机具有正、反转功能 B. 电压波形一定不连续;电动机具有正、反转功能 C.电流波形一定连续;电动机仅单方向运行
7.直流电动机按照定子的励磁方式，可以分为( C )(应正确包含) A.并励式、串励式
B.并励式、串励式、他励式、复励式
?2?fc )，其通频带为?c~?，则其类型为( B )
C.并励式、串励式、他励式、复励式和永磁式
8.驱动电路中对步进电机的机械特性有显著影响的是电路中的( C ) A. 输人级结构 B. 中间级结构 C. 输出级结构
9智能功率集成电路的含义是( A )
A.该电路至少把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同一个芯片内，通常其输出的功率大于1W B.该电路至少把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同一个芯片内，通常其输出的功率大于10W C.该电路至少把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同一个芯片内，通常其输出的功率大于l00w 10.集成稳压器7905的输出电压是( A ) A. -5V B。+5V C，+9V
三、简答题(每小题5分，共20分)
1. 根据图B-1电路图，解释T2和R2在电路中的作用。
T2和R2构成限流保护电路。当输出电流过大时，T2导通，使得T1的输入电流减 小，从而使其输出电流减小，从而保护了T1功率管。 2.简述信号隔离方式中光电偶合器主要工作特点。
实现光电隔离。以光为媒介进行偶合传递信号，因而使得输人和输出端在电气上是完全隔离的。 光电偶合器的输人、输出回路之间有很高的耐压值，所以能起到很好的安全保障作用。 3.简述图B-2交流型固态继电器工作原理图中过零电路的作用。
过零电路的功能是:当施加在负载上的交流电源的电压过零瞬间，使双向晶闸管 (KS)导通，从而使通、断过程产生的干扰大为减少。
4.图B-3是由集成电路CD451构成的LED显示电路。试简述电路的组织结构(单片机，CD451，数码管在电路中的功能和主要管脚的电气连接特点)。说明图中的电阻的作用。
电路的组织结构是由CD4511是七段LED驱动集成电路芯片，可实现对显示数据的锁存、译码和驱动。由于芯片的输出端是高电平有效，故选择共阴极LED数码管。
由图中的电阻数值及5 V电源电压值可由算出:数码管中每段的工作电流典型值是 6mA，能使得数码管正常工作。
单片机的8031的P1. O---P1. 3接到2片CD4511的输人端A ~ D，是数据端。Pl. 4,
Pl. 5分别接CD4}511的LED使能端，用于驱动2片CD4511独立工作，可控制2个LED中的构成的2个显示位独立工作。每当Pl. 4 ,P1. 5的输出由低电平变为高电平时，其P1. 0-- P1. 3输出的显示数据将在对应的LED显示位上被显示出来。 四、分析计算题(共34分)
1. 在图B-4所示电压一电流变换电路图中，已知u2 = 0. 4 V，求电路中电压u。和负载电流iL的值。(10分)
2. 对于图B-5所示的4NZ5光电偶合器的接口电路
(1)根据ui的高、低电平情况，分别叙述电路的工作状态;(6分)
(2)若Vcc=5V,Vf(发光二极管输人端压降)=1.5V,Vcc(输人信号底电平电压)=0. 5V,If(发光二极管工作电流)=15mA，求限流电阻Ri值。C6分)
3，写出图B-6电路的传递函数W (s)，并指出电路所实现的功能。(12分)
五、设计题(16分)
用4个电阻和一个运算放大器，设计差动放大器电路。画出电路图，确定电阻元件值，以实现进行u0=1.5ui2一2 ui1运算功能。
试卷代号:1115
中央广播电视大学2010一2011学年度第二学期“开放本科”期末考试
机电接口技术试题
2011年7月
一、判断题(在认为正确题目的括号内打√，错误的打×;每小题1分，共10分) 1. 集成电路的工作参数是器件所能承受的最大的安全工作条件。(X )
2. 理想运算放大器输人端虚断、虚短的重要结论是指:运算放大器的2个输人端之间的 电压为零，与电流无关。(X )
3．DC/DC隔离电源可实现了直流到直流的隔离，切断电源干扰。( √ )
4．过零触发型固态继电器特点:当触发信号输人后，其导通是在该信号为零电压时发生， 所以产生的干扰小，一般用于计算机1/0接口等场合。(X )
5. 对于PID调节器，积分环节:用于消除静差(或静态误差)，提高系统的无差度。积分 时间常数越大，积分作用越弱。(√ )
6. 低通滤波器的截止频率是其通带增益Kp下降了ldB时的频率。(X )
7. 双向晶闸管与单向晶闸管相比较，有2条显著的差别。其导通的唯一控条件是制极 (门极G)为正触发电压;管子的导通状态可以是双向的。( X )
8．接触器是一种切换电路的开关状态能力很强的电磁式继电器。该器件特别适用于低 电压、大电流应用场合。其类型分为直流接触器和交流接触器两种。(X )
9．直流电机换向器的作用是:将电刷的直流电势和电流转变为转子电枢绕组的交变电
流，并保证每一磁极下电枢电流的方向不变以产生电磁转矩，使得转子能连续转动。(√ ) 10. 步进电机环形分配器可把来自变频信号源的脉冲序列信号，直接加到步进电机驱动的电源端，以驱动步进电机的转动。( X ) 二、选择题(每题2分，共20分) 1.接地设计的一般原则是( A )
A.高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地 B.高频电路应就近多点接地，低频电路应就近多点接地 C.高频电路和低频电路均应就近多点接地 2.单限比较器的工作特点是( C )
A.对输人信号变化的鉴别不够灵敏，且抗干扰能力差 B.对输人信号变化的鉴别灵敏，且抗干扰能力强 C.对输人信号的鉴别灵敏，但抗干扰能力差
3.若一个滤波器的截止频率为fc(或
?c= 2? fc} )，其通频带为?c~?，则其类型为( B )
A. 低通 B. 高通 C. 带通
4. 单向晶闸管的关断条件是( A )
A.流过晶闸管的电流(TAx)小于器件参数规定的指标(维持电流)。 B.门极电压为零。 C.门极电压为负。
5. PWM变换电路是一种直流斩波器。其功能是( C )
A．由输人脉冲信号的频率来调节输出到电动机上电压的平均值，从而实现电动机调速。 B. 由输人脉冲信号的宽度(脉宽)来调节输出到电动机上电压的瞬时值，从而实现电 动机调速。
C. 由输人脉冲信号的宽度(脉宽)来调节输出到电动机上电压的平均值，从而实现电动机调速。
6. 在直流电动机驱动电路中，双极式PWM变换器的工作特点是( A ) A电流波形一定连续;电动机具有正、反转功能 B.电压波形一定不连续;电动机具有正、反转功能 C.电流波形一定连续;电动机仅单方向运行
7.直流电动机按照定子的励磁方式，可以分为( C )(应正确包含) A.并励式、串励式
B.并励式、串励式、他励式、复励式
C.并励式、串励式、他励式、复励式和永磁式
8.驱动电路中对步进电机的机械特性有显著影响的是电路中的( C ) A.输人级结构 B.中间级结构 C.输出级结构
9.智能功率集成电路的含义是( A )
A.该电路至少把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同一个芯片内，通常其输出的功率大于1W
B.该电路至少把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同一个芯片内，通常其输出的功率大于10w
C.该电路至少把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同一个芯片内，通常其输出的 功率大于looW
10.集成稳压器7905的输出电压是( A )。 A. -5V B. +5V C. +9V
三、简答题(每小题5分，共20分)
1. 根据图B-1电路图，解释T2和R2在电路中的作用。
答:T2和R2构成限流保护电路。当输出电流过大时，T2导通，使得T1的输人电流减小，从而使其输出电流减小，从而保护了T1功率管。 2. 简述信号隔离方式中光电偶合器主要工作特点。
答:实现光电隔离。以光为媒介进行偶合传递信号，因而使得输人和输出端在电气上是完全隔离的。
光电偶合器的输人、输出回路之间有很高的耐压值，所以能起到很好的安全保障作用。 3. 简述图B-2交流型固态继电器工作原理图中过零电路的作用。
过零电路的功能是:当施加在负载上的交流电源的电压过零瞬间，使双向晶闸管 (KS)导通，从而使通、断过程产生的干扰大为减少。
4. 图B-3是由集成电路CD451构成的LED显示电路。试简述电路的组织结构(单片机，CD451，数码管在电路中的功能和主要管脚的电气连接特点)。说明图中的电阻的作用。
答:电路的组织结构是由CD4511是七段LED驱动集成电路芯片，可实现对显示数据的锁存、译码和驱动。由于芯片的输出端是高电平有效，故选择共阴极LED数码管。
由图中的电阻数值及5V电源电压值可由算出:数码管中每段的工作电流典型值是6mA，能使得数码管正常工作。
单片机的8031的Pl.0---Pl. 3接到2片CD4511的输人端A - D，是数据端。Pl. 4,
Pi. 5分别接CD4511的LE(使能)端，用于驱动2片CD4511独立工作，可控制2个LED中的构成的2个显示位独立工作。每当Pl. 4, Pl. 5的输出由低电平变为高电平时，其Pi. 0-Pi. 3输出的显示数据将在对应的LED显示位上被显示出来。 四、分析计算题(共34分)
1.在图B-4所示电压一电流变换电路图中，已知u2 =0. 4 V，求电路中电压u。和负载电流iL的值。(10分)
2.对于图B-5所示的4N25光电偶合器的接口电路
(1)根据ui的高、低电平情况，分别叙述电路的工作状态;(6分)
(2)若Vcc=5V,Vf(发光二极管输人端压降)=1.5V,Vcs(输人信号底电平电压)=0. 5V,If(发光二极管工作电流)=15mA，求限流电阻R1值。C6分)
3. 写出图B-6电路的传递函数W(S)，并指出电路所实现的功能。(12分)
五、设计题（16分）
用4个电阻和一个运算放大器，设计差动放大器电路。画出电路图，确定电阻元件值，以实现进行u0=1. 5ui2一2 ui1运算功能。