測量與控制電路

前言

　　按照教育部1998年頒布的本科專業(yè)目錄，原屬儀器儀表類的九個(gè)專業(yè)被合并為唯一一個(gè)寬口徑專業(yè)——測控技術(shù)與儀器專業(yè)。教育部的有關(guān)文件指出：“本專業(yè)包含的原專業(yè)目錄中的各專業(yè)，其理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)相同，實(shí)質(zhì)都屬于測量控制技術(shù)?！眱x器儀表的種類很多，而且新產(chǎn)品層出不窮，我們也沒有那么多時(shí)間也沒有太大必要去逐個(gè)學(xué)習(xí)各種儀器儀表的實(shí)際產(chǎn)品，只能學(xué)習(xí)各種儀器儀表的共同理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)——測控技術(shù)。因?yàn)楦鞣N不同的儀器儀表產(chǎn)品只不過是其“共同基礎(chǔ)”——測控技術(shù)與各應(yīng)用領(lǐng)域的“特殊要求”相結(jié)合的產(chǎn)物。所以，只要掌握了通用的測控技術(shù)，今后遇到具體的儀器儀表時(shí)，再了解一下該儀器儀表應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求和某些專用電路，就能很快適應(yīng)所從事儀器儀表的具體工作?！　y控技術(shù)包括硬件和軟件兩方面。從硬件來看，現(xiàn)代的各種微機(jī)化測控系統(tǒng)或儀器，基本上由傳感器、測控電路、顯示記錄裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、微型計(jì)算機(jī)等五部分組成。傳感器和微型計(jì)算機(jī)這兩部分在先修的感測技術(shù)和微機(jī)原理課中已學(xué)習(xí)過了，但其余三部分在測控技術(shù)與儀器專業(yè)的先修技術(shù)基礎(chǔ)課中還沒有學(xué)習(xí)過或?qū)W習(xí)不夠。因此，完全有必要專門開設(shè)一門“測量與控制電路”課來講述這些內(nèi)容，以填補(bǔ)先修技術(shù)基礎(chǔ)課與后續(xù)專業(yè)課之間的鴻溝，或者說在兩者之間架起一座橋梁，為今后學(xué)習(xí)和掌握各類測控儀器和系統(tǒng)打下完整而扎實(shí)的硬件基礎(chǔ)。　　本課程的先修課為：模擬電路、數(shù)字電路、感測技術(shù)、微機(jī)原理。為了避免與先修課的重復(fù)，有些電路或模塊雖然也是測控儀器和系統(tǒng)常用的，但由于先修課已講過，因此，在本課程中就被刪略了。本課程介紹的電路模塊，只注重它們的外部特性和應(yīng)用，而不強(qiáng)調(diào)其內(nèi)部電路的分析和計(jì)算?？梢哉f本課程是先修課程的補(bǔ)充、深化和提高。

內(nèi)容概要

《測量與控制電路》是為適應(yīng)高等學(xué)校教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革的需要，將原有的《測控電路》、《控制電機(jī)》和《顯示儀表》等課程的主要內(nèi)容有機(jī)地整合成一門專業(yè)基礎(chǔ)課程而編寫的新教材。其目的是為學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握各類測控系統(tǒng)打下完整而扎實(shí)的硬件基礎(chǔ)。    全書共分9章。內(nèi)容包括：模擬信號調(diào)理電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換式測量電路，脈沖計(jì)數(shù)式測量電路，常用控制器件，控制電動(dòng)機(jī)，模擬量控制電路，開關(guān)量控制電路，顯示與報(bào)警電路和可編程序控制器。每一章都附有習(xí)題與思考題。    本書可作為測控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專業(yè)的教材或教學(xué)參考書，也可供測控領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

緒論  0.1  測控電路的功用  0.2  測控電路的類型和組成  0.3  本課程的內(nèi)容和性質(zhì)第1章  模擬信號調(diào)理電路  1.1  放大電路    1.1.1  比例放大器    1.1.2  電橋放大器    1.1.3  測量放大器    1.1.4  低漂移放大器    1.1.5  隔離放大器    1.1.6  數(shù)控增益放大器  1.2  濾波電路    1.2.1  濾波器的分類    1.2.2  二階有源RC濾波器    1.2.3  高階有源RC濾波器    1.2.4  數(shù)控濾波器    1.2.5  壓控濾波器  1.3  模擬運(yùn)算電路    1.3.1  模擬乘法器    1.3.2  常用特征值運(yùn)算電路    1.3.3  函數(shù)和反函數(shù)運(yùn)算電路  1.4  非線性校正電路    1.4.1  開環(huán)式非線性校正    1.4.2  閉環(huán)式非線性校正    1.4.3  單臂電橋的非線性校正  1.5  調(diào)制與解調(diào)    1.5.1  調(diào)制和調(diào)解的基本概念    1.5.2  調(diào)幅及其解調(diào)    1.5.3  調(diào)相及其解調(diào)    1.5.4  調(diào)頻及其解調(diào)    1.5.5  脈沖調(diào)制及其解調(diào)  1.6  信號變換電路    1.6.1  電壓與電流的相互轉(zhuǎn)換    1.6.2  電壓與頻率的相互轉(zhuǎn)換    1.6.3  比較器和整形器    習(xí)題與思考題第2章  模數(shù)轉(zhuǎn)換式測量電路  2.1  模擬開關(guān)    2.1.1  模擬開關(guān)的類型和性能    2.1.2  常用電子模擬開關(guān)器件    2.1.3  模擬多路開關(guān)  2.2  采樣/保持器    2.2.1  采樣/保持器的等效電路    2.2.2  采樣/保持器的基本類型  2.3  數(shù)/模轉(zhuǎn)換器    2.3.1  線性并行直接DAC  2.3.2  集成DAC    2.3.3  數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出接法    2.3.4  數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用舉例  2.4  模/數(shù)轉(zhuǎn)換器    2.4.1  常用的集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器    2.4.2  模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入接法    2.4.3  新型(∑-△)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器  2.5  模擬/浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換電路    2.5.1  模擬/浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換的必要性    2.5.2  模擬/浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換的電路原理    習(xí)題與思考題第3章  脈沖計(jì)數(shù)式測量電路  3.1  脈沖計(jì)數(shù)法測量的基本原理和測量誤差    3.1.1  脈沖計(jì)數(shù)法的基本原理    3.1.2  脈沖計(jì)數(shù)法的測量誤差  3.2  頻率和周期的計(jì)數(shù)式測量電路    3.2.1  計(jì)數(shù)式測量電路的基本組成    3.2.2  頻率(周期)的測量誤差與測量范圍  3.3  時(shí)間間隔的計(jì)數(shù)式測量電路    3.3.1  測量電路基本組成    3.3.2  測量誤差與測量范圍  3.4  相位差的計(jì)數(shù)式測量電路    3.4.1  測量電路基本組成    3.4.2  測量誤差  3.5  細(xì)分電路    3.5.1  細(xì)分的基本原理    3.5.2  細(xì)分的基本電路    習(xí)題與思考題第4章  常用控制器件  4.1  主令電器    4.1.1  控制按鈕    4.1.2  行程開關(guān)  4.2  繼電器    4.2.1  電流繼電器和電壓繼電器    4.2.2  中間繼電器和時(shí)間繼電器    4.2.3  熱繼電器    4.2.4  干簧繼電器  4.3  接觸器    4.3.1  接觸器結(jié)構(gòu)及原理    4.3.2  接觸器符號及類型  4.4  電磁閥  4.5  電力電子器件    4.5.1  普通晶閘管(單向可控硅)    4.5.2  雙向晶閘管(雙向可控硅)    4.5.3  單結(jié)晶體管及觸發(fā)電路    4.5.4  全控型器件    4.5.5  可關(guān)斷晶閘管GTO  4.6  固態(tài)繼電器    4.6.1  固態(tài)繼電器類型和原理    4.6.2  參數(shù)固態(tài)繼電器  4.7  自控開關(guān)    4.7.1  沖擊開關(guān)    4.7.2  水銀開關(guān)    4.7.3  溫控開關(guān)    習(xí)題與思考題第5章  控制電動(dòng)機(jī)  5.1  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)    5.1.1  工作原理    5.1.2  類型及結(jié)構(gòu)    5.1.3  主要特性  5.2  直流伺服電動(dòng)機(jī)    5.2.1  工作原理    5.2.2  主要特性    5.2.3  工作狀態(tài)  5.3  交流異步電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)    5.3.1  交流異步電動(dòng)機(jī)    5.3.2  交流伺服電動(dòng)機(jī)  5.4  小功率同步電動(dòng)機(jī)    5.4.1  永磁式同步電動(dòng)機(jī)    5.4.2  磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī)  5.5  測速發(fā)電機(jī)    5.5.1  交流測速發(fā)電機(jī)    5.5.2  直流測速發(fā)電機(jī)  5.6  自整角機(jī)    5.6.1  控制式自整角機(jī)    5.6.2  力矩式自整角機(jī)    習(xí)題與思考題第6章  模擬量控制電路  6.1  可控整流電路    6.1.1  單相半波可控整流電路    6.1.2  單相橋式可控整流電路    6.1.3  三相半波可控整流電路    6.1.4  三相橋式全控整流電路  6.2  導(dǎo)電角控制逆變器    6.2.1  三相橋式逆變器工作原理    6.2.2  三相橋式逆變器實(shí)現(xiàn)電路  6.3  脈寬調(diào)制(PWM)控制電路    6.3.1  脈寬調(diào)制控制電路的基本原理    6.3.2  典型脈寬調(diào)制電路    6.3.3  PWM功率轉(zhuǎn)換電路    6.3.4  正弦波脈沖寬度調(diào)制SPWM  6.4  變頻控制電路    6.4.1  變頻調(diào)速的基本原理    6.4.2  變頻器的功能與類型    6.4.3  AC-AC變頻器    6.4.4  AC-DC-AC變頻器    6.4.5  SPWM變頻器  6.5  程控電源    6.5.1  程控相控型電源    6.5.2  程控直流穩(wěn)定電源    習(xí)題與思考題第7章  開關(guān)量控制電路  7.1  電源開關(guān)控制電路    7.1.1  電源開關(guān)控制電路的基本原理和類型    7.1.2  直流電源開關(guān)控制電路    7.1.3  交流電壓開關(guān)控制電路  7.2  交流電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)向控制電路    7.2.1  交流電機(jī)的啟?？刂齐娐?   7.2.2  交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制電路  7.3  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路    7.3.1  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路基本組成    7.3.2  環(huán)形分配器    7.3.3  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路    習(xí)題與思考題第8章  墾示與報(bào)警電路  8.1  CRT顯示    8.1.1  CRT示波器    8.1.2  CRT字符顯示器  8.2  模擬式表頭顯示    8.2.1  模擬式表頭的工作原理    8.2.2  模擬式儀表的原理與刻度  8.3  模擬式記錄儀    8.3.1  磁電系筆式模擬記錄儀    8.3.2  磁電系感光式模擬記錄儀    8.2.3  自動(dòng)平衡式顯示與記錄儀  8.4  數(shù)字式表頭顯示    8.4.1  LED顯示器    8.4.2  LCD顯示器    8.4.3  A/D轉(zhuǎn)換式數(shù)字表頭電路    8.4.4  脈沖計(jì)數(shù)式數(shù)字表頭電路  8.5  聲光報(bào)警電路    8.5.1  報(bào)警用聲光器件    8.5.2  聲光報(bào)警集成組件    習(xí)題與思考題第9章  可編程序控制墨  9.1  PLC的特點(diǎn)與功能  9.2  PLC的組成和工作原理    9.2.1  PLC的組成    9.2.2  PLC的基本工作原理  9.3  PLC的編程方法    9.3.1  程序表達(dá)方式    9.3.2  PLC指令及編程方法    習(xí)題與思考題主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　本課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。顧名思義，測控儀器是以測量和控制為目的的電子儀器。測控儀器的種類很多，用途很廣。不同應(yīng)用領(lǐng)域使用的測控儀器的名稱、型號和性能都各不相同，都具有各自不同的特性——個(gè)性。但是這些不同領(lǐng)域的測控儀器，其內(nèi)部組成電路和模塊都是基本相同的；將各個(gè)模塊組裝成整機(jī)的基本原理也是大體相似的，這就是它們的兩大共同點(diǎn)——共性。而且其共性與個(gè)性相比，共性是主要的，也就是說，不同應(yīng)用領(lǐng)域的測控儀器只是“大同小異”罷了！我們沒有那么多時(shí)間也沒有必要去逐個(gè)學(xué)習(xí)不同應(yīng)用領(lǐng)域的具體的測控儀器，只要抓住它們的共性，學(xué)習(xí)各類測控儀器通用的電路模塊和整機(jī)原理，努力掌握各類測控儀器共同的理論基礎(chǔ)和核心技術(shù)，就能增強(qiáng)對備類測控儀器的適應(yīng)性，以不變應(yīng)萬變?！　∫话阏f來，各類微機(jī)化測控儀器基本上都是由圖0-1所示的幾大部分電路組成，只不過不同的測控儀器，性能指標(biāo)有所不同，使用的元器件或電路結(jié)構(gòu)可能有些不同罷了。因此，如果要掌握各類測控儀器通用的電路或模塊，就必須學(xué)習(xí)和掌握圖0-1所示各部分的組成電路或模塊。對于圖0-1中的單片微機(jī)和傳感器這兩部分在先修的微機(jī)原理和感測技術(shù)課中已學(xué)習(xí)過了，但是圖0-1中其余的幾個(gè)部分，在先修的電子技術(shù)等課程中大多沒有學(xué)習(xí)過，而這些沒有學(xué)習(xí)過的模塊或部件，恰恰是測控儀器中必不可少的重要組成部分。因此，完全有必要專門開設(shè)一門《測控電路及裝置》課程來講述這些內(nèi)容，以填補(bǔ)先修技術(shù)基礎(chǔ)課與后續(xù)專業(yè)課之間的鴻溝，或者說在兩者之間架起一道橋梁，為今后學(xué)習(xí)和掌握各類測控儀器打下完整而扎實(shí)的硬件基礎(chǔ)?！　　皽y量與控制電路”課程的內(nèi)容除重點(diǎn)介紹圖0-1中的測量電路和控制電路外，還講述了圖0-1中的顯示、記錄、報(bào)警裝置和常用控制器件、控制電機(jī)及可編程控制器，也就是說課程內(nèi)容包括了圖0-1中除單片微機(jī)和傳感器以外的各個(gè)部分。因此，這門課程實(shí)際上是整個(gè)測控儀器的“硬件基礎(chǔ)”。為了避免重復(fù)，有些電路或模塊雖然也是測控儀器常用的，但先修課程已學(xué)習(xí)過，在“測控電路及裝置”課程中就被刪略了。本課程介紹的電路模塊，只注重它們的外部特性和應(yīng)用，而不強(qiáng)調(diào)其內(nèi)部電路的分析和計(jì)算?？梢哉f，“測量與控制電路”課程是先修技術(shù)基礎(chǔ)課的補(bǔ)充、深化和提高。

編輯推薦

　　第1章為模擬信號調(diào)理電路，第2章為模數(shù)轉(zhuǎn)換式測量電路，第3章為脈沖計(jì)數(shù)式測量電路，第4章為常用控制器件，第5章為控制電動(dòng)機(jī)，第6章為模擬量控制電路，第7章為開關(guān)量控制電路，第8章為顯示與報(bào)警電路，第9章為可編程序控制器。每一章都附有習(xí)題與思考題。

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