模擬量輸入電路
1. 模擬量輸入電路的任務
根據張老師的要求，小孫進行了預習。他說：
“變頻器里的模擬量輸入信號主要是頻率給定信號，或者是PID控制時的目標信號和反饋信號。它有如下的基本特點：
（1）它可以是電壓信號，也可以是電流信號。如圖9－11（a）中之AVI和ACI端子所示。
圖9－11 模擬量信號的接受電路
（a）模擬量輸入 （b）0~5V （c）0~10V
（2）它的電壓信號范圍有：0～5V、0～10V、1～5V、和2～10V等；電流輸入信號的范圍有：0～20mA和4～20mA。
而CPU所能接受的模擬量信號范圍是0~5V的電壓信號。
所以，模擬量輸入電路的任務，是把變頻器的各種模擬量輸入信號都轉換成0~5V的電壓信號。
2. 電壓信號輸入電路
（1）0~5V輸入電路
因為變頻器的模擬量輸入信號正好和CPU所能接受的相配，所以，可以將變頻器的輸入信號直接輸入到CPU就可以了，如圖9－11（b）所示。圖中的VD1和VD2是嵌位二極管，用于防止輸入信號超越0~5V范圍。
圖9－12 1～5V輸入電路
（2）0～10V輸入電路
當變頻器的輸入信號為0~10V時，首先通過電阻R1和R2對輸入電壓進行分壓，得到0～5V的信號電壓，然后再輸入給CPU，如圖9－11（c）所示。
（3）1～5V輸入電路
當輸入信號為1～5V時，怎樣把1～5V的電壓信號，轉換成0~5V，我想不起來了，請老師指點吧。”
張老師畫出了一張圖，然后說：“問題的關鍵是怎樣把下限值1V轉換成0V。這里可以分三個步驟：
第一步，首先將1～5V的電壓信號輸入到運算放大器A1的反相端，在A1的輸出端A點得到（－5～－1）V的電壓信號；
第二步，通過穩壓管VS和電位器RP得到＋1V電壓，并在B點合成為（－4～0）V的電壓信號；
第三步，由運算放大器A2反相并略加放大，在C點得到0～5V的電壓信號。”
小孫高興地說：“下面，我就會了。
3. 電流信號輸入電路
（1）0～20mA
當變頻器輸入電流信號時，首先要把電流信號轉換成電壓信號。
因為電流信號的上限值是20mA，所以，只要讓電流信號通過250Ω電阻。就可以把0～20mA的電流信號轉換成0～5V的電壓信號了，其上限電壓便是CPU能夠接受的5V了。在圖9－13中，運算放大器A接成電壓跟隨電路，用來作為功率放大。
圖9－13 0～20mA輸入電路
（2）4～20mA
首先，讓輸入信號通過250Ω電阻，就可以把4～20mA的電流信號轉換成1～5V的電壓信號了，如圖9－14所示。后面的電路和1～5V電壓輸入時完全相同。
圖9－14 4～20mA輸入電路
開關量輸入電路
1. 變頻器的外接控制指令
變頻器可以通過外接輸入端子輸入各種操作指令，如啟動、停止、正轉、反轉等。這些操作指令都是開關量，如圖9－15（a）所示。
圖9－15 開關量信號的接受電路
（a）變頻器輸入端 （b）開關量輸入電路
2. CPU的開關量接受電路
如圖（b）所示。當繼電器KA的觸點斷開時，光耦合器PC的發光二極管無電流，光敏三極管處于截止狀態，A點為高電平，CPU未得到輸入信號。
當KA閉合時，光耦合器有電流，光敏三極管飽和導通，A點降為低電平，CPU得到有效信號。
把許多開關量輸入電路都集合起來，如圖9－16所示。”
圖9－16 開關量輸入電路之集合
小孫見張老師似有話說，就停了下來，又回憶了一下方才說過的話，覺得沒說錯什么，不無疑惑地望著張老師。
張老師說：“你說得沒錯，但我想問問你，這里的光耦合器，用的是哪一種光耦合器？當用在開關狀態時，對電路參數有什么要求？”
小孫說：“上一章中已經講過了，光耦合器有兩種：
（1）普通光耦合器
在中間段是線性的，但在起始段和飽和前，是非線性的，如圖9－17（b）所示。這種光耦合器主要用于對線性度要求不高的場合。”
圖9－17 光耦合器的特性
（a）光耦合器電路 （b）普通型 （c）線性型
張老師笑了，問：“舉例說呢？”
小孫紅著臉說：“一時想不起來。”
張老師說：“在自動控制電路里，常常需要開關量的控制。在這種情況下，我們需要的是：要么截止，要么飽和導通。用于這種控制的器件，其線性度如何當然就無關緊要了。”
小孫說：“我知道了。
（2）線性光耦合器
光敏三極管的電流和發光二極管的電流之間成正比的，或者說，是呈線性關系的，就是線性光耦合器，如圖（c）所示。
在變頻器的開關量輸入電路里，光耦合器用于開關狀態，所以用普通型的就可以了。
如圖9－17（a）所示，對于電阻RD和RT的選擇，應該滿足：
（9－4） 式中，RD－光耦合器中，發光二極管的限流電阻，W；
l－光耦合器的傳輸比；
RT－光耦合器中，光敏三極管的集電極電阻，W。
?對吧？式（9－4）是光耦合器用于開關狀態的基本條件?。張老師強調說。
3.鍵盤輸入電路
小孫說：“變頻器的面板上，除了顯示屏外，就是操作鍵盤了，如圖9－18（a）所示。鍵盤是通過按鍵向變頻器發出各種指令的，每一個按鍵實際上就是一個按鈕開關。這里的輸入電路就是把按鍵的信號輸入給CPU的電路。
圖9－18 鍵盤輸入電路
圖9－18 鍵盤輸入電路
如圖（b）所示，未按鍵時，各輸入線均為高電位。當按下某個按鍵時，該輸入線即轉為低電位，CPU得到信號。
例如，當按下FWD鍵時，3號線轉為低電位，CPU得到正轉信號。”
信號輸入電路實例
張老師拿出了如圖9－19所示的輸入電路實例，要小孫歸納。
圖9－19 輸入控制電路實例
小孫說：“這個比較簡單。左上角是鍵盤控制電路。當按鍵未被按下時，進入CPU的各端子都是高電位；當某一個按鍵被按下時，進入CPU的端子變成低電位，CPU就得到相關的控制信號。
左下角是模擬量信號的輸入電路。AVI是電壓信號的輸入電路；ACI是電流信號的輸入電路。
右邊是開關量控制信號的輸入電路。這里，二極管VD5～VD12的作用是什么？”
張老師說：“這是用于防止一些微弱的干擾信號引起光耦合器的誤動作。就是說，輸入信號必須大于二極管的管壓降才能進入。”
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小 孫 的 筆 記
1．模擬量輸入電路的核心，是把各種模擬量輸入信號變換成CPU所能接受的0~5V電壓信號。電路的主要特點有：
對于電壓信號來說，應把大于0~5V的電壓信號轉換成0~5V；
對于電流信號，則首先要轉換成0~5V的電壓信號；
對于非零的下限信號，應首先把下限信號轉換成0V。
2．開關量輸入電路通常由光耦合器進行隔離并變換到0~5V的電路里。
3. 變頻器的鍵盤輸入電路和外接開關量輸入電路基本相同。
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