基本信息
書名:傳感器技術及應用電路項目化教程
定價：35.00元
售價：23.8元,便宜11.2元,摺扣68
作者:錢裕祿
齣版社：北京大學齣版社
齣版日期：2016-04-01
ISBN：9787301221105
字數：
頁碼：
版次：1
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.341kg
編輯推薦
內容提要
本書整體編寫思路是“模塊化 項目化”，模塊化突齣的是以“被測物理量為研究對象”，每個模塊由若乾個項目組成，每個項目以某一個具體傳感器應用設計為依托。本書內容主要包括：現代檢測技術及傳感器基礎知識；典型傳感器及其應用：主要包括超聲波傳感器、光電傳感器、紅外傳感器、霍爾傳感器、氣體傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和智能化數字傳感器等；物聯網與傳感器網；傳感器技術在現代檢測係統中的應用。本書可以作為普通高等學校電子信息工程、自動控製、電子工程、應用電子技術、電氣工程、工業自動化等相關專業的教學用書。
目錄
作者介紹
文摘
序言
《光電耦閤與隔離技術》 內容概述 本書深入探討瞭光電耦閤器（Optocoupler）及其在電子電路設計中的應用。光電耦閤器作為一種重要的隔離元件，在現代電子係統中扮演著至關重要的角色，能夠有效隔離高壓與低壓電路，防止電網噪聲和瞬態乾擾，提高係統的可靠性和安全性。本書將從光電耦閤器的基本原理齣發，詳細介紹其種類、工作特性、選型原則，並結閤大量的實際應用案例，展示如何在電源、通信、控製、醫療設備等多個領域靈活運用光電耦閤器，解決實際工程問題。 第一章 光電耦閤器原理與結構 1.1 光電耦閤器的基本概念與功能 什麼是光電耦閤器？ 光電耦閤器（Optocoupler），也稱為光隔離器（Optical Isolator）或光電耦閤器件（Optoelectronic Coupler），是一種利用光作為信號傳輸媒介來實現輸入端與輸齣端電隔離的器件。它通過內部的光電器件（發光二極管和光電探測器）將電信號轉化為光信號，再由光信號驅動輸齣端的器件，從而實現電信號的隔離。 隔離的必要性： 安全性： 在高壓電路與低壓控製電路之間，或在不同電位參考點的電路之間，隔離可以防止高壓擊穿，保護人員安全和低壓元器件。 抗乾擾： 隔離可以有效阻止來自電源綫、通信綫等外部的電磁乾擾（EMI）和瞬態電壓衝擊（如浪湧），保護敏感的控製電路。 接地環路消除： 在復雜的係統中，不同設備之間可能存在接地電位差，形成接地環路，導緻信號失真和噪聲。光電耦閤器可以切斷這些接地環路。 信號電平轉換： 光電耦閤器還可以用於不同信號電平的電路之間的接口，實現電平的兼容。 光電耦閤器的基本組成： 輸入端（驅動端）： 通常是一個發光二極管（LED），將輸入的電信號轉換為光信號。 輸齣端（響應端）： 通常是一個光電探測器，接收光信號並將其轉換為電信號。常見的有光電晶體管（Phototransistor）、光電達林頓晶體管（Photodarlington）、光電二極管（Photodiode）、光控矽（Photo-SCR）、光控雙嚮可控矽（Photo-TRIAC）等。 封裝： 輸入端和輸齣端被封裝在一個絕緣的材料中，通過透明窗口或光導材料實現光信號的傳輸，實現電隔離。 1.2 光電耦閤器的分類與工作原理 按輸齣器件分類： 光電晶體管型： 最常見，輸齣信號可以放大，但響應速度相對較慢。 光電達林頓晶體管型： 具有更高的電流傳輸比（CTR），但響應速度更慢，飽和電壓更高。 光電二極管型： 響應速度快，適用於高速信號傳輸，但輸齣信號需要外部放大。 光控矽/光控雙嚮可控矽型： 能夠控製較大的功率，常用於交流電源控製。 按傳輸特性分類： 直流型： 適用於傳輸直流信號或低頻交流信號。 交流型： 內部通常包含兩個反並聯的發光二極管（輸入端）和/或兩個反並聯的光電輸齣器件，可以傳輸交流信號。 工作原理詳述： 輸入端： 當輸入電信號（電流）流過發光二極管時，LED發光。發光的強度與輸入的電流成正比。 光信號傳輸： 發齣的光信號通過透明的封裝材料傳播到輸齣端的光電探測器。 輸齣端： 光電探測器接收到光信號後，會産生相應的電響應。例如，光電晶體管會導通，産生輸齣電流；光電二極管會産生光電流。 隔離： 輸入端和輸齣端之間通過光信號進行信息傳遞，物理上是絕緣的， thus achieving electrical isolation. 1.3 關鍵參數詳解 電流傳輸比（CTR, Current Transfer Ratio）： 輸齣端（集電極電流）與輸入端（正嚮驅動電流）的電流比值。這是衡量光電耦閤器傳遞效率的重要參數。CTR隨輸入電流、溫度、器件老化等因素變化。 隔離電壓（Isolation Voltage）： 輸入端與輸齣端之間能夠承受的最大電壓而不發生擊穿。通常有AC peak, DC, or RMS values. 輸入正嚮壓降（Forward Voltage, VF）： 發光二極管正常工作時所需的正嚮電壓。 輸入正嚮電流（Forward Current, IF）： 發光二極管正常工作時所需的正嚮電流。 輸齣飽和壓降（Saturation Voltage, VCE(sat)）： 光電晶體管等器件導通時，集電極與發射極之間的壓降。 響應時間（Response Time）： 包括上升時間（rise time）和下降時間（fall time），錶示輸齣信號跟蹤輸入信號變化的快慢。 隔離電阻（Isolation Resistance）： 輸入端與輸齣端之間的絕緣電阻。 共模抑製比（CMR, Common-Mode Rejection）： 光電耦閤器對共模信號的抑製能力，特彆是在高速數字隔離應用中很重要。 第二章 光電耦閤器的選型與應用電路設計 2.1 光電耦閤器的選型原則 確定隔離需求： 根據被隔離電路的電壓等級、噪聲環境、接地情況等，選擇閤適的隔離電壓和隔離類型。 匹配信號特性： 直流/交流信號： 選擇直流型或交流型光電耦閤器。 信號頻率： 對於高速數字信號，需要選擇響應時間短的光電耦閤器。 信號幅度： 確保光電耦閤器的輸齣能力能夠滿足後續電路的需求。 考慮電流傳輸比（CTR）： 選擇CTR足夠大的器件，以減少輸入驅動電流，降低對輸入驅動電路的要求。同時也要考慮CTR的穩定性。 功率和效率： 對於需要驅動大功率負載的應用，需要選擇光控矽或光控雙嚮可控矽等功率型光電耦閤器。 環境適應性： 考慮工作溫度範圍、濕度等環境因素對器件性能的影響。 可靠性和壽命： 選擇知名品牌、質量可靠的器件，並考慮器件的老化特性。 2.2 基礎應用電路設計 直流信號隔離： 基本電路： 使用光電晶體管型光電耦閤器，簡單地將LED串聯在輸入信號綫上，輸齣端連接到後續電路。 驅動電阻的設計： 根據LED的正嚮電壓、工作電流和輸入信號電壓，計算閤適的限流電阻。 上拉電阻的設計： 在輸齣端，通常需要一個上拉電阻來確定輸齣的邏輯電平。 交流信號隔離： 使用交流型光電耦閤器： 直接用於交流信號的隔離。 使用兩個直流型光電耦閤器： 將兩個具有相反極性的LED串聯作為輸入端，或者使用兩個輸齣極性相反的光電耦閤器，組閤成交流隔離電路。 邏輯電平轉換： 從低壓邏輯到高壓邏輯： 利用光電耦閤器的隔離和一定程度的放大作用，實現電平的提升。 從高壓邏輯到低壓邏輯： 配閤電阻和穩壓元件，實現電平的降低。 提高輸齣驅動能力： 使用光電達林頓晶體管型： 直接提供更大的輸齣電流。 外接驅動電路： 將光電耦閤器作為觸發信號，驅動更強大的晶體管或MOSFET來控製大功率負載。 第三章 光電耦閤器在不同領域的典型應用 3.1 電源管理與隔離 開關電源（SMPS）的反饋隔離： PWM控製器反饋： 在反激式、正激式等開關電源中，利用光電耦閤器將輸齣電壓信息隔離地反饋給PWM控製器，實現精確的輸齣電壓穩定。 過壓/過流保護： 通過檢測輸齣電壓或電流，利用光電耦閤器將保護信號隔離地傳遞給控製電路。 AC-DC和DC-DC轉換器的隔離： 高壓與低壓部分的隔離： 確保用戶安全，防止高壓竄入低壓控製電路。 差模和共模噪聲的抑製： 通過隔離，有效降低噪聲對電路性能的影響。 電池充電器和電源適配器： 提高産品的安全性，特彆是在與市電連接的應用中。 3.2 通信與數據傳輸 RS-232/RS-485接口隔離： 防止共地電壓差： 在長距離通信或多點連接時，接地電位差是常見問題。光電耦閤器可以有效隔離這些電位差，保證數據傳輸的穩定性和準確性。 增強抗乾擾能力： 隔離可以阻止通信綫上的電磁乾擾進入設備內部。 以太網隔離： 在一些工業以太網應用中，為瞭提高可靠性和安全性，會使用光電耦閤器進行信號隔離。 USB隔離： 保護計算機免受USB設備引起的瞬態電壓和噪聲乾擾，同時防止USB設備之間的接地環路。 3.3 工業控製與自動化 PLC（可編程邏輯控製器）輸入/輸齣隔離： 輸入端隔離： 隔離來自現場傳感器（如開關、接近開關、限位開關）的各種信號，保護PLC內部的CPU。 輸齣端隔離： 隔離PLC的輸齣信號，用於驅動執行器（如繼電器、接觸器、電機控製器），保護PLC本身並隔離高壓負載。 電機驅動與控製： 高壓電機驅動： 隔離低壓控製信號與高壓大電流的電機驅動電路。 伺服係統控製： 在精密運動控製係統中，確保控製信號的完整性和抗乾擾能力。 儀器儀錶與測量設備： 隔離測量： 在測量高壓或噪聲環境中，保證測量結果的準確性和設備的安全。 數據采集係統的隔離： 保護數據采集卡和計算機不受被測設備的影響。 3.4 醫療電子設備 患者隔離： 保護患者免受電擊： 在與人體接觸的醫療設備中，如心電圖儀、血壓計等，光電耦閤器用於隔離設備內部電路與患者身體之間的電連接，防止意外電流通過患者。 生物信號采集： 隔離微弱的生物電信號，防止噪聲乾擾，並保護操作人員。 醫療影像設備： X射綫機、CT掃描儀等： 在高壓大功率的醫療影像設備中，光電耦閤器用於隔離控製和高壓電路，確保設備運行的可靠性和安全性。 3.5 消費電子産品 傢用電器控製： 如洗衣機、空調、微波爐等，利用光電耦閤器實現麵闆按鍵信號的隔離，以及控製電路與電源電路的隔離。 LED照明驅動： 在一些LED驅動電源中，光電耦閤器用於隔離反饋信號，提高恒流精度和穩定性。 第四章 光電耦閤器的高級應用與未來發展 4.1 高速光電耦閤器與數字隔離器 CMOS/LVDS隔離： 針對高速數字信號傳輸的需求，介紹具有更高傳輸速率、更低功耗和更好共模抑製能力的光電耦閤器和專門的數字隔離器。 多通道隔離： 集成多個隔離通道的光電耦閤器，簡化設計，節省空間。 電容耦閤隔離器（Capacitive Couplers）： 作為光電耦閤器的替代方案，在某些應用中具有更高的速度和更長的壽命。 4.2 光電耦閤器在嵌入式係統中的應用 微控製器（MCU）接口隔離： 方便地將MCU連接到各種外部環境，而無需擔心乾擾和安全問題。 傳感器信號的可靠采集： 即使在惡劣環境下，也能保證傳感器數據的準確傳輸。 4.3 光電耦閤器麵臨的挑戰與發展趨勢 集成度的提高： 更多功能（如集成驅動電路、保護電路）集成到單個器件中。 性能的提升： 更高的傳輸速率、更低的功耗、更好的噪聲抑製能力。 成本的降低： 隨著技術的進步和市場的競爭，高性能隔離器件的成本也在逐步下降。 新材料與新工藝的應用： 探索更優化的光電器件和封裝技術，以滿足未來電子係統日益增長的隔離需求。 總結 光電耦閤器作為一種成熟且不可或缺的電子元器件，在保障電路安全、提高係統可靠性和抗乾擾能力方麵發揮著核心作用。本書係統地介紹瞭光電耦閤器的原理、分類、關鍵參數，並結閤大量實際應用案例，為讀者提供瞭詳實的選型和電路設計指導。通過深入理解和靈活運用光電耦閤器技術，工程師們能夠設計齣更安全、更穩定、更高效的各類電子係統。
我不得不提一下我最近在研究的關於《高精度信號調理與模數轉換技術》的專業書籍。這本書的定位非常明確，就是麵嚮那些對前端信號處理有苛刻要求的應用，比如醫療儀器或精密測量設備。作者對噪聲抑製和抗乾擾設計著墨甚多，簡直可以稱得上是一本“防噪聖經”。從基礎的濾波器設計（從巴特沃斯到切比雪夫，再到橢圓濾波器的適用場景分析），到運放的選型標準（考慮失調漂移、共模抑製比等關鍵參數），講解得細緻入微。最讓我受益匪淺的是關於ADC的非綫性誤差補償技術，書裏詳細介紹瞭如何利用軟件算法來修正硬件固有的精度缺陷，這種軟硬件結閤的思路非常實用。這本書的排版和圖錶設計也極其齣色，復雜的電路原理圖和時域/頻域分析圖都清晰明瞭，讓人在麵對復雜的數學推導時，也能保持清晰的思路，強烈推薦給所有從事高精度數據采集工作的工程師。