自动化专业英语》作者王军孙舒重庆大学出版社教材部分课文翻译.docx

1、自动化专业英语作者王军孙舒重庆大学出版社教材部分课文翻译自动化专业英语-作者：王军-孙舒-重庆大学出版社-教材部分课文翻译Unit 1 现在工业电子系统使用的是被称为晶体管的装置。每一类型的晶体管有区别于其他晶体管的不同特点和操作条件。在讨论的第一部分，我们来关注双极性晶体管。从结构上看，这个晶体管被描述为双极性的，是因为它有两个不同的电流载体极性。空穴是阳极电流载体，而电子是阴极电流载体。这两个不同性质的半导体晶体通过一个公共部分连接在一起。这个装置的结构类似于两个二极管背靠背连接，其中一个晶体充当另外两个晶体的公共部分。中间的材料通常被做得比外面的两片都要薄。图1.1表示的是此晶体管的结构

2、，原件名称，和不同双极性晶体管的语义符号。一个双极性晶体管主要被用做放大器来限制流经它的电流。电流从电源流入发射极，经过基极，再流出集电极。集电极的电流量通常被定义为晶体管的输出量。集电极电流由基极电流中的一小部分控制。这个关系被描述为电流增量或。数学表达式如下：电流增量=集电极电流基极电流公式中希腊字母表示变化的值。它用来表示当有交流输入时晶体管的响应。这种类型的状态被称为动态特性。公式中的的省略部分表示直流或静态工作条件。表中用三角形来表示放大功能。这个简图显示了运算放大器有三个基本的放大功能。这些功能一般叫作放大级。一个放大级包含一或更多有源器件，所有相联元件需实现放大。3 第一阶段或一

3、个运算放大器的输入常常是一个差动放大器。这个放大器有两个输入，标记为V1和V2。它提供供应两个输入信号的差模信号高增益，同时提供应用于两个输入的共模信号低增益。对于任何的输入信号，输入阻抗是很大的。放大器的输出一般是两个等幅反向的信号。这可以描述为推挽式的输入和输出。4 放大器一个或多个中间阶段都跟随着差动放大器。图1.7即是一个有一个中间阶段的运算放大器。功能上讲，设计这个放大器用来改变工作点，使输出为0，有较高的电流电压增益能力。增益可以驱动输出级而不用给输入级加以重负。中间阶段一般有两个输入和一个单端输出。5 运算放大器的输出有一个相当低的输出阻抗，因此可以保持一些必须的电流来驱动负载。

4、它的输入阻抗必须足够大以至于不必给中间放大器的输出加以重负。输出阶段是可能是一个射级跟随放大器或者在互补对称组态中连接的两个晶体管。在这个阶段，电压增益相当低，电流增益极大。6 差动放大器是运算放大器的关键或者运放的基础。这个放大器最贴切的描述是有共享一个单端射级电阻的双平衡晶体管。每一个晶体管有一个输入和输出。图1.8即是简化的差动放大器的简图。通过一个双极性的电源供给这个电路才能通电。电源端标记为+Vcc和-Vcc，从一个公共接地端测量得出。7 差动放大器的工作基于应用于基极的输入信号的响应。一个基级接地，另一个基极加输入信号就会产生两个输出信号。这些信号有相通的增幅但反向180度。这种类

5、型的输入在差动环节放大器的响应。8 当两个有相同幅值和极性的信号同时加在基极上，最终输出即为0.这种类型的输入引起一个响应，通过共同连接的射级电阻产生一个抵消电压。在某种意义上，这种差动放大器相当于一个有相同输入信号的平衡桥。当电路平衡的时候没有输出，不平衡时有输出。这被称为共模工作条件。设计差动放大器可以抑制相同的输入信号。术语共模抑制比就用来描述放大器的这种情况。共模抑制比是差动放大器的特性。在这种工作条件下，不想要的噪音，干扰或交流噪声都可以被排除。图1.9表示的是一个被连接到不同工作模式的差动放大器的简化示意图。在这个图中输入信号进入Q1的基极，Q2为开路或者被悬空。这种情况导致信号在

6、输出端和发射极电阻上形成。发射极信号，正如所表示的，和输入信号同相。这两个输出信号相互反相，并且有相当程度的放大。输出Vo1与输入反相，与Vo2同相。仅当有一个输入信号时，差动放大器才会产生两个输出信号。通过发射极电阻来实现来自Q1和Q2的输入信号的耦合。输入信号的积极交替，例如会Q1正向偏置的增加。这会增强Q1导电性。如果有更多的Ie，那么在发射极电阻上会产生更大的电压。这样反过来会导致两个发射极更显负极性。而这个电压对Q1的导电性的影响不大是因为有外部信号进入其输入端。然而，流向发射极的负极性电压的减小会直接影响Q2。这会导致Q2的导电性降低。流经Q2的电流的减少会在Rl2上产生更少的电压

7、降，并且会使集电极的电压倒向正极性。实际上，流入Q1基极的输入信号减少了Q2的Ve电压，而这种情况反过来又增加了输出电压Vo2的值，因此通过公共连接的发射极电阻，使一个输入信号和Q2耦合。输入信号的负极性交替导致了刚才所描述动作的翻转。例如，Q1的导电性降低，而Q2的导电性将会增加。这种行为导致了流经Q1的Ic的减少，并且加剧了Vo1的不稳定。Q2导电性的增加相应的导致了Vo2的减少。这两个输出信号继续保持180的反相。事实上两个输入信号的交替出现在输出端。被连接到不同工作模式的差动放大器将会产生两个对整个输入信号反应的输出信号。当输入反相时，差动放大器的几乎是以一样的方式产生响应。在这个事例

8、中，在Q1的基极开路或者悬空时，输入信号流入Q2基极。Vo2与输入反相而与Vo1同相。这个放大器放大输出信号的水平取决于两个输入信号的差异。一次只有一个信号流经输入端，这个放大器会见证一个区别很大的输入并且会产生可观的输出电压。现在在运算放大器中几乎用的都是图1.9中的差动放大器。一般说来，需要很大阻值的Re来产生很好的耦合和共模抑制比率。在IC结构中大的电阻很难制造。可以用一个晶体管代替Re。这种晶体管和与其相连的组件被称作为恒流源。 Unit 3 如今，几乎所有的电子数字系统使用的是二进制。这种系统是以2作为基数的。能被这个系统的特定的某一位表示的最大数值是1。这意味着二进制系统只有数字0

9、和1。电子学中，用0表示低电压或没有电压。数字1表示比0大得多的电压或比0更有意义。二进制系统使用这种电压分配方式叫作正逻辑。相比较而言负逻辑就是把零电压和没有电压用数字1表示。在下面的讨论中，仅使用正逻辑。一个二进制系统的两种工作状态，0和1，可以比作实际电路。当电路断开或没有电压输入时，就可认为是处于关断或0状态。电路有输入电压或运行时，就处于工作或1状态。一个二进制数字要么是1要么是0。术语位就是用来描述这种状况的。位是单词二进制数字的缩写形式。十进制计数的基本规则通常都是应用二进制数字。比如二进制系统的级数是2。这就是说只能用0和1来表示某一个特定的位置。从点号开始往左第一位，也就是二

10、进制点号，代表单元或1的位置。剩下的词往左都是2的次幂。二进制点号往左的数值是2的0次等于1，2的1次等于2，2的2次等于4，2的3次等于8，2的4次等于16，2的5次等于32，2的6次等于64，2的7次等于128等等。一般地讲，当在一个讨论中用到多种计数体系时，必须加一个下标数值来表示它的进制。数值（110）.2就是这种形式的一个典型代表。它表示的是1-1-0而不是十进制的一百和十。二进制的110代表十进制的6。从二进制点号往左的第一位开始，这个数字可以表示为0乘以2的0次+1乘以2的1次+1乘以2的2次或0+（2）.10+(4).10=(6).10。二进制数字到相等的十进制数字的转换步骤如

11、图1.14所示。二十进制间简单的转换步骤如图1.14所示。使用这种转换方法时先得写出二进制。从二进制点号开始，当某一位为1时，标示出与2的次方数等价的十进制数。对于二进制中的每一个0，留一个空位或表示0。把所有位置上的数加起来就得到对应的十进制数。在多个二进制数中使用这种方法直到能熟练掌握这种转换过程。十进制数转换成二进制数时可以通过除以2完成。当商没有余数时，记为0。当商有余数时，记为1。十进制转换为二进制的步骤如图1.15所示。这个转换过程可以通过写下十进制数字35完成。把这个数字划分成体系的基数或2。记下商数和余数。把第一步的商移到第二位并重复这个过程，直到商数为0。把余数的值按照从后往

12、前的顺序读取就是等价的二进制数。用这种方法多试几个数以增加熟练程度。当用二进制计数大量数值时，使用起来会很困难。因此，就出现了二?十进制码。这种系统形式是用四个二进制数表示一个十进制数的。为了说明这个过程，我们选择了将十进制的392转变为二十进制码或BCD码。直接转换成二进制数时，（392）.10=(101 001 001).2为了应用BCD转换过程，基数10首先根据放置的数值被分成散裂的数字。数值（392）.10等于数字3-9-2。把每个数字都转换成二进制数就可得到所需的数为0011-1001-0010.BCD。用这种方法只需12个二进制数字就可将直到999的十进制数都迅速的表示出来。当用B

13、CD码表示时，每一组中的破折号是非常重要的。在BCD码中每一位能被表示的最大数字是9。也就是说一个由六个数字组成的数在这个系统中是完全没有办法适用的。因此八进制和十六进制就出现了。数字系统中仍然使用二进制形式但是通常用BCD，八进制或十六进制表示。Unit 4触发器通常用于产生信号，形状波，实现分工。除了这些功能外，触发器也被用作储存设备，在这方面的能力，即使输入完全被改变，它的输入也保持先前的状态，当输入仅仅适当的改变的时候，它也可以改变它的输入图1.22的RS触发器是一个典型的数字系统控制器，触发器的状态转化，逻辑电路图和真值表都在图表中体现，这一种器件的真值表比普通的逻辑门电路要稍微更复

14、杂一点，例如：它必须在输入脉冲发生之前表示不同的状态，然后表示出它的状态时怎样改变的当输入脉冲到达时，记录两种操作状态条件下产生的一种不能预测的输出，在这种操作状态下，第一个到来的脉冲在符合条件下就会产生适当的输出在许多数字系统应用中，触发器在特别时刻被设置和装配，用于操作其他的电路，这种典型的操作可以通过触发器的和时钟脉冲的同步操作来实现完成。在这种情况下，为了产生状态的改变，RS端的正确输入和时钟脉冲必须同时出现。这种装置叫做RS触发器或者简单的RST触发器这种RST触发器的真值表和图表1.22的RS触发器基本一致，当输入脉冲从T端输入时，它开始一个状态的改变，一个双输入的AND门被加在设

15、置和再设置上仅仅是去实现这项操作，图表1.23表示了RST触发器的状态转化，相应的ANS逻辑图和真值表另一种经常在数字系统中用到的重要器件是JK触发器，这种装置有一定的特殊性在于它没有意想不到的输出状态，它可以在J端输入1而且在K端也输入1,1信号同时用于JK的输入，同时引起输出状态的改变或者封锁，而当输入同时为0状态时，不会引起输出状态的改变，JK触发器的输入直接由输入的时钟脉冲给予控制图表1.24表示了JK触发器逻辑电路图，逻辑符号和真值表，注意这种装置没有意想不到的状态。许多种类的基本触发器以及它们的改装在今天被广泛用到，它们包括了装置输入的预置和预判以及在精确时刻来解释连续操作，触发器

16、通常被用作计数操作，寄存器和连续转换中最基本的逻辑部分计数器是数字系统中最通用且重要的逻辑器件之一，常规情况下，该器件用来对大量不同数字系统应用中的对象进行大范围的计算，而这种装置或许被用作一种事物最后的计算。它实质上记录着电子脉冲的数目。一些脉冲可能是机械，电子机械，电信，音响或者其它过程的。可是，完全独立的产生脉冲是计算器的最基本功能用二进制的形式记录大量的信息是数字计算器通常会用到的一个作用，这种典型的信号装置需要许多触发器相连然后第一个装置的Q输出端驱动触发器或者作为下一个装置的输入脉冲，因此，每一个触发器都拥有2中功能图1.25展示了由JK触发器联接而成的二进制计数器。图1.25（A

17、）中所示的计数器通常被称作二进制脉动计数器。电路中的每一个脉冲都会使J、K计数器的输入到达逻辑1。作用在FF1的输入端上的每一个时钟脉冲都会引起FF1的状态的改变。触发器旨在时钟脉冲的下降沿被触发。FF1的输出将随着脉冲变化在0与1之间交替变化。每两个脉冲将会在FF1的Q端出现一个逻辑1。这就是说每一个触发器都有二分频功能。在这类触发器中5个触发器的级联将产生计数值为25或者32的计数器。当所有计数器都置1时，这一部分所能表示的最大二进制数为1111，十进制数为31。下一个可用计数脉冲清楚计数使Q的输出全为0。把三个触发器结合起来归为一组，就可以构造出一个二八进制的单元或二八计数器。因此，（1

18、11）.2可以表示计数7或八进制计数器的7个单元。用这种方式把三个触发器归为两组产生的最大数为（111-111）.2表示（77）.8或（63）.10。把四个触发器结合起来归为一组，就可以构造出一个二十六进制的单元或二十六计数器。因此，（1111）.2可以表示（F）.16或（15）.10。把四个触发器归为两组产生的最大计数为（1111-1111）.2，表示（FF）.16或（225）.10。每四个触发器成功的进行归组都能提高技术能力到接近于16.。包含有四个相互连接的触发器的二进制计数器通常建立在集成电路芯片上。图1.26即为有四位二进制计数器的逻辑连接。当用作四位计数器时，（FF）.A可产生的最

19、大计数为（1111）.2或（15）.10。(FF).A与（FF）.B不连接，从（FF）.B输入时钟信号，就得到3位或二八计数器。触发器（FF）.A到（FF）.B的输出分别记为A,B,C,D。Unit 5滤波电路在很多应用中，需要不含交流脉动的平稳的直流电压输出。在经过整流的直流量中去除交流成分的电路叫做滤波电路。图表1.30表示的是整流器的输出中包含直流量与交流脉动成分。为了表示出输出交流变量的相对指标系数，整流器输出波形的脉动系数可以表示为：（省略书上的公式）其中 r 表示脉动系数 V r表示交流成分 Vdc表示整流所得直流电压的平均值另一个用来表示整流器输出交流变量值的指标是脉动百分比。脉

20、动百分比可以表示为： （省略公式）全波整流器的输出电压中包含的脉动百分比比半波整流器输出的要低，当需要直流电源中输出的脉动较低时，就需要使用全波整流器。电容滤波器 一个简单的电容滤波器可以平缓整流器输出的交流脉动成分。图表1.31表示的是在一个60Hz、单相、全桥整流器的输出添加电容滤波器（的电路图）。图表1.31（c）添加电容滤波器后的输出波形。理想的经过整流后的直流电压不包含交流脉动成分，并且其值与整流器输出电压的峰值相等。图表1.31（c）中记录的Vdc的值与Vmax的值想接近。将其值的大小与图表1.31（b）中的值相比较。两次的时间间隔在图表1.31（c）中也标注出来了。在t1期间二极

21、管导通，在t2期间电容通过负载RL放电。滤波电容值的不同会导致放电时间上的差异。如果电容放电一小部分，Vdc的值会更加接近Vmax（我也没看明白）。在小负载（高阻抗）情况下，电容滤波器会输出低脉系数的高电压。然而，在大负载（低阻抗）接入情况下，直流输出电压会下降，脉动系数增大。脉动系数增加是由于电容滤波器放电回路的低阻抗引起的。电容滤波器由于大负载带来的影响在图表1.31（D）中表示。通过在图表1.31中标注出来的值，我们可以将Vdc与Vrms表示为： （公式省略）我们也可以将在60Hz、全波电容整流器、小负载情况下工作的输出脉动系数表示为： （省略公式 again）其中： 直流电压的平均值可

22、以表示为： （省略公式 and again）同样的，以上平均值是在60Hz、小负载、全波电容整流器工作的情况下得出的。在大负载（低电阻）接入情况整流电路情况下，会引发电流（Idc）的上升。在Idc上升时Vdc便下降。然而，如果滤波电容的值很大，Vdc的值就变得与Vmax接近。在60Hz、全波整流情况下，电容C的值可以由公式算得 （省略公式 and again）然而，应当指出的是，在电容C增大的同时，流经二极管的电流峰值会跟着增大。因而，电容C的值应当根据前面所述的公式关于实际的限制。电容滤波器在小负载时输出包含脉动成分较小的高值电压。然而，它主要的缺点在于在大负载时输出电压较小且脉动成分较大，

23、电压调节上的缺陷以及流经二极管的高峰值电流。RC滤波器可以通过使用RC滤波器来改善上述滤波器性能。图表1.32表示的就是RC滤波器。这种滤波器相比于电容滤波器其脉动较小，但是由于经过R1产生压降，它的电压输出相比较小。R1与C2的作用是增加另一个滤波网络，其可以进一步减小脉动。这种电流在小负载时工作更好。也可以使用多级滤波器来减小脉动系数。型滤波器 哥认为，由于RC滤波器中的R1减小了输出电压，所以在RC滤波器中R1的作用很是让人不爽。为了补偿直流电压的损失，可以使用型滤波器。图表1.33展示的就是型滤波器。代替RC滤波器中R1的电感L1的优势在于它的直流阻抗较小。但是其交流阻抗那是相当的大的

24、。因而它可以是整流后的电压的直流成分通过，阻止交流成分。可以利用多个这种类型的整流电路来进一步削弱交流脉动成分。Unit6在工业化的今天出现的另一个非常重要的数字应用系统是数字控制或NC。在这个应用中，用一系列的数码指令自动控制机器的运行。通过这个过程可以产生相同的部件，或可以自动执行特定的汇编操作。制造工艺一致性是这个工程中机械控制的一个最主要优势。术语数字控制实指相互关联的两个不同功能。术语数字的特指应用于机器的指令信息。这个通常表示打入磁盘或卡片的能使系统的输入部分读取的数字信息。两种工作状态如纸带上有洞或没洞是用来控制机器的。数字控制台通常就是用来控制机器运行的。一个数控系统的控制作用

25、指机器接到指令后发生的物理变化。计时，排序，定位，引导，定向，变速，嵌位是典型的机械控制操作。机电的，液压的和气压的操作可用来单独完成这项功能或三者结合起来一起完成。操作控制台位于机器的右边。这个单元使用一个纸带驱动单元和数字逻辑器件控制不同的机器操作。电子分离开关，控制转换器，主轴变速控制和辅助操作功能都是这个系统的控制台控制的。一个NC系统在运行时发生的物理变化是电力的，气压的或液压传动完成的。通常用直流步进电机和伺服电机来驱动工作台上各轴。用同步电动机来监视工作台的位置，把准确的位置信息传回到主控制台以达到精确修正。工作台的垂直定位，工具选择，冷循环，进轴量和转台的转动是典型的液压和气压

26、控制操作。这种类型的控制可由电力或液压，气压传动机械装置来提供能量。NC机械控制可通过将其放置在一个基本的系统框架结构中得以简化。图1.38所示即为两种典型的NC控制系统。开换系统是最简单的形式仅需要一个逻辑处理器和放大器来驱动步进电机完成特定的控制操作。这种系统操作的理论前提是步进电机能够足够可靠的无误的执行命令。这种形式的系统和闭环系统比起来，价格低廉，易于维修和操作。这种类型系统的关键是步进电机要可靠。大部分的铣床和车床就是这种系统控制的。通常NC控制系统都是闭环的。输入指令经处理后加到传动装置上。传动装置上产生的反馈信号返回到处理器中用于比较。输入和反馈信号进行比较，一个正确的信号就用

27、于修正控制过程。和开环系统比起来这种系统就显得非常复杂。NC系统的工作方式通常决定了是使用开环还是闭环控制。NC系统在运行时，必须从输入端接收数字信息。编码的数字指令通常提前准备好放置在打孔的纸带，卡片或磁盘上。如今，打孔的纸带已成为NC系统的标准输入信息。纸带上的指令打在顺着纸带长度方向滚动的8个水平槽道上。打在不同槽道位置上的洞与预先设置的代码是一致的。图1.39所示为EIA244A和ASCII所代表的编码。电子工业协会提出了EIA代码。美国标准信息交换研究所提出了ASCII代码。通常将EIA码描述为奇校验码。这指的是每一个字符在纸带上产生奇数个孔。3槽和4槽之间的小的链轮齿驱动孔不算。E

28、IA244码是由EIA最初提出的代码。如今这种代码已被新的RS358代替。通常，大部分的NC系统都可以不加任何修改的同时接受这两种EIA代码。图1.39所示的ASCII是偶校验码。每一个打在纸带上的字符产生偶数个孔。由于奇校验和偶校验之间的不同，在NC系统输入中EIA和ASCII不能交互使用。穿孔带由一个特殊的电子打字机来完成。这个打字机和标准的电子打字机很相似。除了标准的托盘和键盘外，这个打字机还配备有纸带穿孔器和纸带阅读器。一个特殊的NC系统要同时具备打孔纸带和打入磁盘。磁盘的读功能允许已经准备好的磁盘读取并作为打字机的输出，使其易于读取。打字机准备好的打孔纸带是为NC输入磁盘的读取作准备

29、。Unit 77.1 Phase Control改变“门级-阴极”交流电压相对于“阳极-阴极”的交流电压的相位能够用于控制一个整流电路的导通。在相位控制的应用中，门级电压的波形和幅值保持不变，而其相位则随着时间发生改变。电容和电感通常被用来实现这种控制。一个正弦波的相移通常包含一个LR或LC的器件组合。这些器件用于改变电路中电流和电压的关系。在一个RC组合中，电感的自感会使得电流滞后于电压90。改变这个组合中电阻器件的阻值将引起整个电路阻抗的变化，这反过来又将引起相位的改变。相比而言，一个RC网络则能够使得电流超前于电压90。调整这种类型的电路中R的值会改变整个电路的阻抗，这反过来又将引起相位

30、的改变。用来表述电流与电压相位关系的一个常用的方法是用叫做“移相器”的直线来描述这些值。移相器直线的长度用来表示它的值，而直线的方向则用来表述其相位关系。LR Phase Shifters图1.44（A）中给出了一个LR相移网络。直流电源电压V和电感和电阻器件上的电压分别被标记为VL和VR。这个电路中电阻的只是可变的，并且可以用来改变电路电压的值。当调整电阻的值使得VL=VR时，相位电流图如图1.44（B）所示。在这幅图中VR和VL长度相同，同时I和VR同相。如图所示，电路中的感性元件使得电压超前于电流90。相对于V，VR滞后45，而VL超前45。当改变R的阻值使得VR小于VL时，相位图如图1

31、.44（c）所示。在这种情况下，就像R移相器延伸部分表示的，VL仍然比VR超前90。这时候VR长度变得比VL短得多。此时V与VR之间的相位为60，而V与VL间的相角仅为30。电流I保持与VR同相，而滞后于VL90。当将R的值调整为任意小于XL的值时，VR相对于V的相角将在45到90之间。调整R的值，使它大于XL，将使得相位图如图1.44（D）所示。在这种情况下，VR移相器的长度比VL长得多。如图所示，相对于V，VR滞后30，VL超前60。串联电流I保持与VR同相，但却仍然滞后于VL90当把R的值调整为大于XL的任意值时，VR的相位将于I同步，或称为0相角。并且VR相对于V滞后45。RC Pha

32、se Shifters图1.45（A）是一个连接到一个交流电源的RC移相网络。这个网络中的电阻器件是可变的，可以调整为一系列不同的阻值。电阻和电容两端的阻值分别被标记为VR和VC。当将电阻R调整为不同值时，将会再V和VC间产生一个0到90的相角。当调整R的值使得VR=VC时，相位图如图1.45（B）所示。在这种情况下，VR和VC长度相等，同时电流与VR同相。VR的一条延长线用来表示电流I的相位关系。在每一幅相位图中电压VC都表示为滞后于电流I90相角，并且这种关系将保持不变。然而，随着R值的改变，这个网络中VC与V以及VR与V的相位关系将会改变。图1.45（C）是R值大于XC时的相位图。在这幅图中，电流I 仍然保持与VR同相。VC的长度比VR短得多。这类型的图说明当调节R的值大于XC时，V和VC间的相角关系将在45到90之间。图1.45（D）是调整R的值使之小于XC时的相位图。电压移相器的长度在这种情况下变得比VR长。电