模拟量输入电路
1. 模拟量输入电路的任务
根据张老师的要求，小孙进行了预习。他说：
“变频器里的模拟量输入信号主要是频率给定信号，或者是PID控制时的目标信号和反馈信号。它有如下的基本特点：
（1）它可以是电压信号，也可以是电流信号。如图9－11（a）中之AVI和ACI端子所示。
图9－11 模拟量信号的接受电路
（a）模拟量输入 （b）0~5V （c）0~10V
（2）它的电压信号范围有：0～5V、0～10V、1～5V、和2～10V等；电流输入信号的范围有：0～20mA和4～20mA。
而CPU所能接受的模拟量信号范围是0~5V的电压信号。
所以，模拟量输入电路的任务，是把变频器的各种模拟量输入信号都转换成0~5V的电压信号。
2. 电压信号输入电路
（1）0~5V输入电路
因为变频器的模拟量输入信号正好和CPU所能接受的相配，所以，可以将变频器的输入信号直接输入到CPU就可以了，如图9－11（b）所示。图中的VD1和VD2是嵌位二极管，用于防止输入信号超越0~5V范围。
图9－12 1～5V输入电路
（2）0～10V输入电路
当变频器的输入信号为0~10V时，首先通过电阻R1和R2对输入电压进行分压，得到0～5V的信号电压，然后再输入给CPU，如图9－11（c）所示。
（3）1～5V输入电路
当输入信号为1～5V时，怎样把1～5V的电压信号，转换成0~5V，我想不起来了，请老师指点吧。”
张老师画出了一张图，然后说：“问题的关键是怎样把下限值1V转换成0V。这里可以分三个步骤：
第一步，首先将1～5V的电压信号输入到运算放大器A1的反相端，在A1的输出端A点得到（－5～－1）V的电压信号；
第二步，通过稳压管VS和电位器RP得到＋1V电压，并在B点合成为（－4～0）V的电压信号；
第三步，由运算放大器A2反相并略加放大，在C点得到0～5V的电压信号。”
小孙高兴地说：“下面，我就会了。
3. 电流信号输入电路
（1）0～20mA
当变频器输入电流信号时，首先要把电流信号转换成电压信号。
因为电流信号的上限值是20mA，所以，只要让电流信号通过250Ω电阻。就可以把0～20mA的电流信号转换成0～5V的电压信号了，其上限电压便是CPU能够接受的5V了。在图9－13中，运算放大器A接成电压跟随电路，用来作为功率放大。
图9－13 0～20mA输入电路
（2）4～20mA
首先，让输入信号通过250Ω电阻，就可以把4～20mA的电流信号转换成1～5V的电压信号了，如图9－14所示。后面的电路和1～5V电压输入时完全相同。
图9－14 4～20mA输入电路
开关量输入电路
1. 变频器的外接控制指令
变频器可以通过外接输入端子输入各种操作指令，如启动、停止、正转、反转等。这些操作指令都是开关量，如图9－15（a）所示。
图9－15 开关量信号的接受电路
（a）变频器输入端 （b）开关量输入电路
2. CPU的开关量接受电路
如图（b）所示。当继电器KA的触点断开时，光耦合器PC的发光二极管无电流，光敏三极管处于截止状态，A点为高电平，CPU未得到输入信号。
当KA闭合时，光耦合器有电流，光敏三极管饱和导通，A点降为低电平，CPU得到有效信号。
把许多开关量输入电路都集合起来，如图9－16所示。”
图9－16 开关量输入电路之集合
小孙见张老师似有话说，就停了下来，又回忆了一下方才说过的话，觉得没说错什么，不无疑惑地望着张老师。
张老师说：“你说得没错，但我想问问你，这里的光耦合器，用的是哪一种光耦合器？当用在开关状态时，对电路参数有什么要求？”
小孙说：“上一章中已经讲过了，光耦合器有两种：
（1）普通光耦合器
在中间段是线性的，但在起始段和饱和前，是非线性的，如图9－17（b）所示。这种光耦合器主要用于对线性度要求不高的场合。”
图9－17 光耦合器的特性
（a）光耦合器电路 （b）普通型 （c）线性型
张老师笑了，问：“举例说呢？”
小孙红着脸说：“一时想不起来。”
张老师说：“在自动控制电路里，常常需要开关量的控制。在这种情况下，我们需要的是：要么截止，要么饱和导通。用于这种控制的器件，其线性度如何当然就无关紧要了。”
小孙说：“我知道了。
（2）线性光耦合器
光敏三极管的电流和发光二极管的电流之间成正比的，或者说，是呈线性关系的，就是线性光耦合器，如图（c）所示。
在变频器的开关量输入电路里，光耦合器用于开关状态，所以用普通型的就可以了。
如图9－17（a）所示，对于电阻RD和RT的选择，应该满足：
（9－4）
式中，RD－光耦合器中，发光二极管的限流电阻，W；
l－光耦合器的传输比；
RT－光耦合器中，光敏三极管的集电极电阻，W。
?对吧？式（9－4）是光耦合器用于开关状态的基本条件?。张老师强调说。
3.键盘输入电路
小孙说：“变频器的面板上，除了显示屏外，就是操作键盘了，如图9－18（a）所示。键盘是通过按键向变频器发出各种指令的，每一个按键实际上就是一个按钮开关。这里的输入电路就是把按键的信号输入给CPU的电路。
图9－18 键盘输入电路
图9－18 键盘输入电路
如图（b）所示，未按键时，各输入线均为高电位。当按下某个按键时，该输入线即转为低电位，CPU得到信号。
例如，当按下FWD键时，3号线转为低电位，CPU得到正转信号。”
信号输入电路实例
张老师拿出了如图9－19所示的输入电路实例，要小孙归纳。
图9－19 输入控制电路实例
小孙说：“这个比较简单。左上角是键盘控制电路。当按键未被按下时，进入CPU的各端子都是高电位；当某一个按键被按下时，进入CPU的端子变成低电位，CPU就得到相关的控制信号。
左下角是模拟量信号的输入电路。AVI是电压信号的输入电路；ACI是电流信号的输入电路。
右边是开关量控制信号的输入电路。这里，二极管VD5～VD12的作用是什么？”
张老师说：“这是用于防止一些微弱的干扰信号引起光耦合器的误动作。就是说，输入信号必须大于二极管的管压降才能进入。”
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小 孙 的 笔 记
1．模拟量输入电路的核心，是把各种模拟量输入信号变换成CPU所能接受的0~5V电压信号。电路的主要特点有：
对于电压信号来说，应把大于0~5V的电压信号转换成0~5V；
对于电流信号，则首先要转换成0~5V的电压信号；
对于非零的下限信号，应首先把下限信号转换成0V。
2．开关量输入电路通常由光耦合器进行隔离并变换到0~5V的电路里。
3. 变频器的键盘输入电路和外接开关量输入电路基本相同。
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