? 第三节 ICE调节器
? 一、方框图
? 二、输入电路
? 三,PD电路
? 四,PI电路
? 五、输出电路
? 六、手动操作电路
? 七、指示电路
? 八、传递函数
本节重点内容提示,
一、基本定义
二线制,软手动,硬手动,保持特
性、无平衡无扰动切换
二、基本构成
输入电路,PD电路,PI电路的原理
电路（读图、各元件的作用）
三、基本原理
1.输入电路
（掌握为什么采用偏差、差动输入、电平
移动电路，利用叠加原理推导电路的输入
输出关系式）
2.PD电路和 PI电路
（掌握电路的定性分析,
即 t=0,t>0,t>>0时电路的变化过程）
3.双向无平衡无扰动切换
（掌握自动 →手动、手动 →自动无平无扰
切换的原因）
? 一、方框图
测量指示电路
输入电路
给定指示电路
PD电路
软手动电路
PI电路 输出电路
硬手动电路
Ui1-5VDC
Us1-5VDC
Uo1 Uo2 Uo3
测量指示
红针指示
1-5mADC
给定指示
黑针指示
1-5mADC
软
M
硬
H
A
自
输出指示
4-20mA
RL
测量指示 /给定指示电路
1～ 5V的测量信号 → 1～ 5 m ADC →
表头用红针指示，（同时送入输入电路）
1～ 5V的给定信号 → 1～ 5m A DC→
表头用黑针指示，（同时送入输入电路）
表头指示测量信号和给定信号 0 ～
100%的满刻度，故称为全刻度指示调
节器。
输入电路
2 (U i－ Us))→ U o1
PD电路
对 Uo1进行 PD运算 → Uo2
PI电路
对 Uo2进行 PI运算 → Uo3
输出电路
对 Uo3进行电压电流转换 → Io
软手动电路
开关打在 M时，软手操电压对时间的积
分和 Io有对应关系。
硬手动电路
当开关打在 H时，硬手操电压和 Io有对应
关系。
二、输入电路
（一）作用及原理电路
1.作用
2(U i－ Us)
0V→10V
2.原理电路
Rcm1
Ucm1
U i
R32
R33
Rcm2
Ucm2
R39
UB
R51
R52
R53
Uo1 A5
－△
＋
Us
R34
R35
A5— 理想 IC
应满足,
差模输入阻抗＝ ∞,
偏置电流 Ib1,Ib2≈0,
共模增益＝ 0
差模增益＝ ∞
R32,R33—Ui的输入电阻
R34,R35—Us的输入电阻
R39,R51—反馈电阻
R52,R53—输出电阻
Rcm1,Rcm2—导线的电阻
Ucm1,Ucm2—导线电阻上产生的压降
UB—基准电压
UO—输出电压
（ 二）工作原理
1.为何是偏差？
——调节器应接受偏差信号 U i－ Us
输入电路的作用是要获得偏差信号。
采用了 Ui和 Us并联比较的方式。
U i
Us
R32
R33
R34
R35
－
＋
差模输入阻抗
→∞ A5 ε
U i U
s
R=R32+R33 R=R
34+R35
－
＋
→∞
?ε＝ UiR/(R＋ R)
－ UsR/(R ＋ R)
?ε＝ Ui/2－ Us/2
?2ε＝ Ui－ Us
偏差信号
2.为何是差动？
——消除导线电阻压降 Ucm1和 Ucm2的影响
Rcm1
Ucm1
U i
250Ω
Ii
4-20mADC
＋
－
二线制变送器
24V Us
＋
－
二线制变送器 A5 调节器
? 由于 24VDC供电，二线制变送器和调节
器的都并联在 24VDC两端。
? 由于变送器是 二线制变送器。
测量信号和电源负端公用一根导线。
? 4 ~20mA流经负载电阻 250Ω产生了 U i
? Ui＝ 4 ~20mA× 250Ω＝ 1~5V
信号线和电源线公用 2根导线的变送器
? 4 ~20mA流经导线电阻 Rcm1产生了 U cm1
? Ucm1＝ 4 ~20mA× Rcm1Ω＝ 0~1V
? US ＝ 1~5V或
? US ＝ 4~20mA× 250Ω＝ 1~5V
? 调节器的输入信号＝ Ui ＋ U cm1 － US
? 输入信号 引入一个误差 U cm1,是不允许
的。
分析发现：导线电阻产生的 Ucm1作用在 IC
的两个输入端之间，是个差模信号，理想 IC对
差模信号有放大作用，对共模信号有抑制作用，
如果将 Ucm1由差模信号转换成共模信号，利用
理想 IC对共模信号的抑制作用就可以排除 Ucm1
的影响。
U i－ Us
采用差动输入的形式后,
Ucm1是个共模信号，不会被放大。
U i－ Us是个差模信号，可以被放大。
大小相等、方向相同的形式作用
IC两个输入端对地之间的信号
作用 IC两个输入端对地之间的信
号
3.为何是电平移动?
——满足共模输入电压范围的要求。
电平移动的定义,
共模输入电压范围的定义,
将电源负端为零电平的信号转换成以参考电位为基准
的信号
在保证 IC正常工作的情况下,IC的 UT或 UF的大小。
输入电路的 IC,
型号 μpc157A
电源 24VDC
共模输入电压范围 2~19.5VDC
UF ＝ UT
≤2~19.5VDC
把以 0V为基准的 Ui送入 IC，它的共
模输入电压范围 ≠2~19.5V,IC不工作。
把以？ V为基准的 Ui送入 IC，它的共
模输入电压范围＝ 2~19.5V，保证 IC正常
工作？
R32 R35 R33 R51
U i
Ucm1
Ucm2
UF
Uo1/2
UB Ucm1
Us
Ucm2
UT
∵ R32>>Rcm1 ∴ Rcm1忽略不计
∵ R33>>Rcm1 ∴ Rcm1忽略不计
R35>>Rcm2 ∴ Rcm2忽略不计
R34>>Rcm2 ∴ Rcm2忽略不计
R52=R53
R34
UB
R39
)(
3
1
)(
3
1
)
2
(
3
1
5 0 0
2
21
21
01
21
39513534
3332
343339
3433
393334
3933
2
39
3433
39341
353251
3532
01
513235
5132
2
513532
5135
1
B
cm
S
cm
TF
TF
B
cm
S
cm
T
B
cmcmi
F
B
cm
Scm
T
B
cmcmi
F
UUUUUU
UU
UUUUU
U
U
UUUU
KRRRRRR
RRR
RRU
RRR
RRUU
RRR
RRU
U
RRR
RRU
U
RRR
RRU
RRR
RRUU
U
??????
?
?????
??????
??????
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
‖
‖
‖
‖）（
‖
‖
‖
‖）（
‖
‖
‖
‖）（
∵ Ucm1=Ucm2=0～ 1V
∵ Us=U i=1～ 5V
若 UB=0V
则 UF=UT≈0.33～ 2.33V
若 UB=10V
则 UF=UT≈3.7 ～ 5.7V
结论,
UB=0V,无电平移动,
当 U i=1～ 5V变化时,IC两个输入端的电
位均为 0.33～ 2.33V,不在共模输入电压范围
2～ 19.5V之内,∴ IC不能正常工作。
若 UB=10V,有电平移动,
当 U i=1～ 5V变化时,IC的两个输入
端电位均为 3.7～ 5.7V,在共模输入电压
范围 2～ 19.5V之内,∴ IC可以正常工作。
∴ 必须进行电平移动，把基准电平
由 0V抬至 10V,否则 IC不能正常工作。
三,PD电路
（一）作用及原理电路
1.作用
Uo1进行 PD运算后放大 α倍 → Uo2
无电平移动
2.原理电路
无源 PD电路 P电路
R56
C18
R54
9.1K
R55
1K
R62
Uo1 Uo2
R74 10K
R73 39Ω
A6
＋△
－
R55,R54— 微分增益电阻
R56+R62— 微分电阻
C18— 微分电容
R74+R73— 比例电阻
Uo1— 输入信号
Uo2— 输出信号
（ 二）工作原理
PD电路
无源 PD电路 P电路
R54,R55
组成的分压电路
C18(R56+R62)
组成的微分电路
A6
R74+R73
组成的比例电路
U01经 R54和 R55分压后，在 R54上的压降为
在 R55上的压降为
分压比 n=10
0101 10
9
11.9
1.9 UU ?
?
0101 10
1
11.9
1 UU ?
?
2
7473
73
oU
RR
R
?
2
7473
7473
oU
RR
RR
?
?
U02经 R74和 R73分压后，若 R74的滑动触头
在最上端，则
即反馈信号 =输出信号。
若 R74的滑动触头在最下端，则
即反馈信号 =部分输出信号。
∵ R74=10K,R73=39Ω
250
1
1
1
10
039.0
039.10
039.10
7473
73
7473
9473 ～～～ ??
??
?
K
K
K
K
RR
R
RR
RR
2 5 01
2 5 0
1
1
11
～～即 ??? ?
?
定性分析
Uo1有阶跃变化,
t＝ t0，电容 C18上的电压不能突变，相当
于短路。 UT=Uo1
t＞ t0,R54上的电压经 C18,(R12+R13)形成
一个回路对 C18充电，随时间的增长,Uc18越来
越大,UT越来越少。
t＝ ∞，电容 C18上充满了电，相当于开路，
UT＝ UO1/n,UO2＝ αUT＝ αUO1/n
UC＝ ICt/C
Uo1,UT,Uo2的电路变化过程如图所示,
Uo1
Uo1
t=to
UT
Uo1
Uo1/n
Uo2
αUo1
αUo1/n
0 t 0 t 0 t
四,PI电路
（一）作用及原理电路
1.作用
UO2进行 PI运算 → UO3
无电平移动
2.原理电路
A7 R75
R76
C20
R78 R80
S4
－△
＋
C21
Uo3
UB
× 1 × 10
R75,R76—分压电阻
R78+R80—积分电阻
C21—积分电容
C20—比例电容
S4—积分时间换档开关
S4х10→m=10
S4х1→m=1
TI的大小与 m有关,m 不同 TI也不同
（二）工作原理
PI电路
P电路 I电路
C20,C21, A7
组成的电容分压
比例电路
A7, R78+R80, C21
组成的积分电路
定性分析,
Uo2有阶跃变化,
t＝ t0,C20和 C21组成分压式比例电路,
∴ Uo3（ t0）＝－ C20 UO2 /C21
∵ C20 ＝ C21
∴ Uo3（ t0）＝－ UO2
A7 Uo3
Uo2
1/C20S
1/C21S
＋
－△
2
20
21
03 1
1
oU
SC
SCU ??
t＞ t0,Uo2 /m →R78+R80 → C21 →Uo3形
成一个回路对 C21充电。 Uo2 /m ＝常量,I1＝ I2
＝常量恒定电流对 C21充电,UC21随时间线性增
长。
A7 －△ ＋
R78+R80
C21
I1
Uo2/m I2 U
o3
2
807821
2
21
20
3
2
807821
32
218078
2
3
8078
2
12
8078
2
12
21
2
213
0
ooo
ooo
o
o
o
F
F
o
co
U
RRmC
t
U
C
C
U
IPPI
U
RRmC
t
tUtU
CRRm
dtU
tU
RRm
U
IIU
RR
U
m
U
II
C
dtI
tUtU
）（
输出两部分合成的，故输出和电路的输出是由
）（
）（时当
）（
）（
）（
）（）（
?
???
?
????
?
???
?
????
?
?
??????
?
?
?
?
?
Uo2
t
C20Uo2/C21
t
Uo2
to
to
其输出曲线为
2
807821
oURRmC t ）（ ?
五、输出电路
（一）作用及原理电路
1.作用
Uo3→Io
10V→0V
2.原理电路
A8
R93 40K
R96
40K
R95 10K
24V
UF
UT
R99 10K
R100 －△
＋
RL
输出指示表
V13
I’o
If
Io
U f
Uo3
UB
R93, R96—输入电阻
R95, R99—反馈电阻
R100—限流电阻
RL—负载电阻
Uo3—输入信号
UB—基准电平 10V
Io—输出电流
24V—电源电压
（二）工作原理
R96 R95
UB 24V
UF R
93 R
99
Uo3
UB
U f
UT
MAIIVUR
R
U
IIII
U
RIRIU
U
UUU
UUUUUU
KRRKRR
RR
RU
RR
RUU
U
RR
R
RR
RU
U
bf
OOf
O
fFT
fBFBT
f
B
F
B
T
20~4'5~1625
4
'
4
''24
4
24
5
4
)(
5
1
),24(
5
4
5
1
10,40
)(
)24(
0003101
101
03
00
03
101101
3
03
99959693
9993
93
9593
9903
9596
96
9596
95
??????
??
????
????
??????
????
?
?
?
?
?
?
?
?
?
，令
，计，则均比较小，可以忽略不、假设
由原理同可知
又
?
?
?
分析输出电路的运算关系时,
假设 I b ＝ If ＝ 0
则 Io＝ I’ o＝ Uo3/4R
假设 Ib＝ 0，合理；假设 If＝ 0，不合理。
∵ I b本来就很小，再采用复合放大管，可
保证相同输出的情况下使 I b更小。
If是反馈电流，随着 Io的变化而变化，有不
同的输出就有不同的反馈。
I’o=4mA时,If最大。体现的误差就最大。
I’o=20mA时,If最小。体现的误差就最小
。
mA
K
VV
I
KRVVUU
VmAVRIVU
R
UU
ImAI
f
TF
f
Ff
f
255.0
10
2.2175.23
102.21240
5
44
10
5
1
75.23625424'24
4'
31
1010
99
0
?
?
??
???????
???????
?
??
）（
时，
?
?
可见 I’o=4mA时,If=0.255mA，它占 I’o的
6%以上，调节器的精度为 ± 0.5%，最大误差
为 1%，折合成电流为 0.16mA 。而
0.255mA>0.16mA，上述电路结构超出了误差
允许的范围。
只有采用非对称差动输入电路。使 Uo3的两
个输入电阻 R93≠R96,当
R93=40.25KΩ=4(R95+R101)，就可以获得精确的
转换关系。
1 0 1
03
0 4 R
U
I ?
六、手动操作电路
（一）作用
调节器有故障
控制系统有故障
系统开车投运时
需
要
手
动
操
作
A7
－△
＋
Uo2
R75
R76
C20
R78 R80
A
M H
C21
RH2
Uo3
R91
RH1
RH
VH
S5
A
M H
－ Um
＋ Um
Rm1
Rm1
Rm2
Rm2
S5-1
S5-2
S5-3
S5-4
S6
S6→A
自动操作 比例积分电路实
现
S6→ M 软手动操作 积分电路实现
S6→ H 硬手动操作 比例电路实现
S6→ 甩空 保持 浮空电路实现
A7
－△
＋ U03
C21
(二 )保持电路
S6→“M”时，不按动 S51～ S54,A7的输入端
悬空。 C21上的电压既无充电也无放电。 Uc21不
变,∵ UC21 = Uo3, Uo3不变，导致 IO不变。
保持特性定义,
理想状态下，调节器的输出信号长期保持不变
的特性称为保持特性
R c≠∞ C21通过本身的漏电阻 R c放电
rid≠∞ C21通过 IC的差模输入阻抗 rid放电
I b≠0
I b对 C21充电或放电
Uo s≠0
Uo s对 C21充电或放电
选用带前置级的 IC,
I b=10PA
U0S=10mV
rid=1011Ω
A7=105
C21 =10μf
RC=1012Ω
小时）（
小时）（
小时
）（
）（
小时
2
03
6
03
4
03
67
03
6
1011
1 0 0
40
11
1 0 0
40
1022
1 0 0
401
22
1 0 0
40
)(
???
??
??
?
?
??
U
CR
Ut
I
C
It
U
CrA
rt
U
CR
RCt
C
b
b
b
id
I i d
C
若 U03=5V时，使 U03产生 1%的误差，各个因素
所需的时间为,
使 UO3产生 1%的误差，漏阻 RC和静态偏流 I b
用的时间比较少，对保持特性的影响最严重，为
获得比 较好 的保持特性，选用 I b极小的 IC和 RC
极大的 C 21。
为了满足保持特性的指标，还要求切断 IC输
出和输入之间的漏电 (地绝缘 )。
（三）软手动电路
S6→“M”,S5按下任一档，形成软手动电
路
－ Um
＋ Um
C21
RM
IRM
IC21
A7
－△
＋ U03
软手动电路本质上就是一个积分电路
软手动定义,
? 软手动电路的输出总是在保持电路的输
出的基础上再增加 (或减少 )一个变化量
? U03软 =U03保 ±△ U03
输出信号和软手动操作电压对时间的积分成正比
M
M
RMC
F
M
FM
RMC
C
C
R
U
II
U
R
UU
II
C
tdI
UU
?
???
?
??
??
?
??????
?
21
21
21
21
2103
0?
?
21
0303
21
03
21
03
CR
tU
UU
CR
tU
U
tU
C
td
R
U
U
M
M
M
M
M
M
M
?
???
?
????
?
?
?
????
?
保软
??
软手动操作有五种状态,
慢升、快升、慢降、快降、断
慢升 →向右轻按 软手操扳键 S5, S5-2接通,
－ UM→RM1→RM2→S5-2→C21→U03，给 C21
反向充电 (放电 )，使 I0从 4mA→20mA用 100S，
称之为慢升。
快升 →向右重按 软手操扳键 S5, S5-1
接通
－ UM→RM1→S5-1→C21→U03,给 C21反
向充电 (放电 )，使 I0从 4mA→20mA用 6S，
称之为快升。
慢降 → 向左轻按 软手操扳键 S5,
S5-4接通,
+UM→RM1→RM2→S5-4→C21→U03,
给 C21正向充电，使 I0从 20mA→4mA用
100S，称之为慢降。
快降 →向左重按 软手操扳键 S5,S5-3接通
+UM→RM1→S5-4→C21→U03,给 C21正向
充电，使 IO从 20m A下降到 4m A用 6S，称之为
快降。
小结,
+ UM →IO↓，－ UM→ IO↑。
(RM1+RM2) →IO变化速度慢,
RM1→ IO变化速度快。
,断”就是一松手，软手操扳键 S5在弹簧作
用下，自动弹回到“断开”位置，即 S5的 1～ 4
全断开，电路处于保持状态,IO不变。
(四 ) 硬手动电路
S6→ 硬手动时，就变成了硬手动操作
电路
由于 C21和 RH2并联,
C21=10μF,RH2=30KΩ,τ=30KΩ× 10μF =0.3S,
时间常数非常小，故 C21可以忽略不计
C21
A7 U03
RH1
RH2
UH
－△
＋
?
? 硬手动电路本质上就是一个阻性的比
例运算电路。
? 硬手动的定义
输出信号和硬手动操作电压成正比
∵ RH1=RH2=30K,∴
UH和 U03有一 一的对应关系，被称为“硬手动”
操作。
HH
H
H UUU
R
R
U ???? 03
1
2
03 即
(二 )切换
尽管 M→H是有平衡无扰动切换，但是通常称为
双向无平衡无扰动切换。
A 无平无扰 M
有平无扰 H
A 无平无扰 M 无平无扰 H
无平衡无扰动切换 →两个信号不需要一个相等的
过程，在切换一瞬间输出信号没有变化
方式 切换 原因 方式 切换 原因 方式
A 无平无
扰
∵ S5没按下,
则 C21没有
充放电,形
成了保持特
性
M 有平
无扰
∵ Uh接通,
则 C21有充
放电,无保持
特性
H
PI电路 I电路 P电路
A 无平无
扰
∵ U02事前
储存在 C20
中,切换
时,C21无充
放电,形成
保持特性
M 无平
无扰
∵ S5没按
下,C21无充
放电,形成保
持特性
H
七、指示电路
（一）作用及原理电路
1.作用
1～ 5V→1～ 5mA
0 → 10V
2.原理电路
A2
－△
＋ U i
测量
校正
S2
R8
R9
R13 3V
V4
R4
R21
R29
R28
R23
R18
Io
If
U0
R15
R14
I’o
UB=10V
＋
－
（二） 工作原理
S2处于“校验”位置时,3V→3mA,在电
流
表上指示出标准信号的大小。
否则,
检查校验信号是否准确
检查电流表的机械零点是否准确
UF
R29 R23
U0
UB
UB
UT
R21 R
28
U i
UF＝ (UO+UB)R29
(R29+R23)
UT＝ UBR28 ＋ UiR21
(R21+R28) (R21+R28)
? ∵ UF＝ UT
? ∵ R29 ＝ R28 ＝ R23 ＝ R21
? ∴ UO ＝ Ui
? IO’ ＝ UO /(R14＋ R15) ＝ Ui /(R14＋ R15)
? ∵ IO ＝ IO’ ＋ If
? 忽略 If
? ∴ IO ＝ IO’ ＝ Ui /(R14＋ R15)
? Ui ＝ 1~5VDC，调节 R15, IO ＝ 1~5mA
电流表应指示 I’0，实际却指示 I0。因为表
头内阻会随温度的变化而变化，导致转换精度
出现误差。
八、传递函数
推导电路的传递函数时，利用变换阻抗是一
种比较简单的办法
（一）变换阻抗
电阻 电容
U(S) =R
I(S)
U(S) =1/CS
I(S)
R
I（ S） U（ S）
1
CS
I(S) U(S)
CS
R 1?
R 1 CS
变换阻抗的串联
CS
R
CS
R
CS
R
1
1
1
?
?‖
变换阻抗的并联
1
CS
R
（二）输入电路的 Wi(s)
利用阻容的变换阻抗，根据叠加原理先
求
UF(S)=? UT(S)=?
令 UF(S)=UT(S)
推出 U01(S)
Wi(S)=UO1(S)/[Ui(S)－ Us(S)]=
－ 2
（三） PD电路的 WPD(s)
利用阻容的变换阻抗，根据叠加原理先求
UF(S)=? UT(S)=?
令 UF(S)=UT(S)
推出 UO2(S)
WPD(S)=UO2(S)/UO1(S)=
S
K
T
ST
n
D
D
D
?
?
1
1?
（四） PI电路的 WPI(s)
利用阻容的变换阻抗，根据节点电流定
律先求流入的两股电流 =流出的一股电流
UO3(S) =A7*UF(S)
推出 UO3(S)
WPI(S)=UO3(S)/UO2(S)=
STK
ST
C
C
II
I
1
1
1
1
21
20
?
?
?
（五）输出电路的 WO(s)
利用阻容的变换阻抗，根据叠加原理
先求
UF(S)=? UT(S)=?
令 UF(S)=UT(S)
推出 IO(S)
WO(S)=IO(S)/UO3(S)=
250
1
（六）整机的 WPID(s)
1.方框图
－ 2
U i(S)-US(S) U02(S) U03(S)
S
K
T
ST
n
D
D
D
?
?
1
1?
STK
ST
C
C
II
I
1
1
1
1
21
20
?
?
?
250
1
U01(S) I0(S)
2 5 0
1
)
1
1(
)
1
1(
)1(
)1(2
)()(
)(
)(
21
20
STK
C
ST
C
S
K
T
ST
nSUSU
SI
SW
II
I
D
D
D
S
i
O
P I D
?
?
?
?
?
?
?
?
2.传递函数
I0转换成 U0，故方程两边同乘 250
D
D
II
D
I
P
II
I
D
D
D
Si
O
P I D
K
ST
STK
F
ST
SFT
FK
STK
ST
K
ST
ST
nC
C
SUSU
SU
SW
SISU
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?
?
?
?
?
?
?
?
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1
1
1
1
)
1
1(
)
1
1(
)1(
)1(2
)()(
)(
)(
2 5 0)()(
6
5
00
?
?
刻度实际
刻度
实际
刻度
实际
的存在由于
抗干扰系数
或整机积分增益
整机微分增益
）（整机积分时间
）（整机微分时间
整机比例增益
式中
II
D
D
B
B
I
D
II
DD
II
DD
P
BP
FTT
F
T
T
F
P
P
F
T
T
F
mK
mC
CA
K
KnK
TCRRmT
TCRRnT
K
P
nC
C
K
????
??
?
?
???
??
???
???
???
1
)
10
1
(1010
10
m i n25~01.0
m i n10~04.0
%500~2%100
12
:
54
20
217
208078
3
62
56
21
20
?
?
? 练习 1：推导 PD电路的传递函数 WPD(S)
R56
C18
R54
9.1
K
R55
1K
R62
Uo1 Uo2
R74 10K
R73 39
Ω
A6 ＋△
－
? UT(S)＝ UR55 (S)＋ UR56+R62(S)
? ＝ UO1(S)/n＋ (n－ 1)UO1(S)*(R56＋
R62)/n*(R56＋ R62＋ I/C18S)
? ＝ [1 ＋ n(R56＋ R62) C18S]UO1(S)/n[1＋
n(R56＋ R62)C18S]
? UF(S) ＝ UO2(S)/α
? UT(S) ＝ UF(S)
? UO2(S) ＝ α[1＋ n(R56＋ R62)C18S]UO1(S)/n[1
＋ n(R56＋ R62)C18S]
? WPD(S) ＝ UO2(S)/UO1(S)
? ＝ α (1 ＋ TDS) /n(1 ＋ TDS/KD)
? 练习 2,I系列手操器中的输入指示电路如图所
示，试回答
? 1.推导 Uo和 Ui的关系式。
? 2.如果 UB发生变化，会影响指示表的读数吗？
? 3.如果 Ui极性接反,Uo=?
? 4.电路对 Ucm有放大作用吗？
R5
R3
R4
R6
R7
Ui
Ucm
＋
－
UB
D3 指示表
? 作业,
?1.ICE调节器的输入电路为何采用差动输
入和电平移动电路？
?2,在 ICE调节器的 PD电路中，微分通断
开关从, 断, 切换到, 通, 时，为什么
输出信号保持不变？
?3,ICE调节器实现自动到软手动，硬手
动到自动无平衡无扰动切换的原因各是
什么？
?4,ICE调节器的调节精度和闭环跟踪误
差有什么不同？
ABC开关 —— 微分通断开关，当开关置于
A，表示微分作用接通，整个电路具有
PD作用；当开关置于 B，表示微分开关
作用切断，整个电路具有 P作用。
R61——保证 ABC切断开关从 B(断 )到 A(通 )
是无扰动切换。当开关处于” B”时，微分
作用切除,IC同相端电位
UT=UO1/n=UO1/10
而电阻 R54上的电压经过 C18、开关 CB,R61
形成一条回路对 C18进行充电，电阻 R54上的
电压全部充满 C18时，则
UC18=UR54=(n-1)UO1/n
=9UO1/10
当开关由,B”(断 )切向,A”(通 )时，由于 C18
上电压不能突变，仍旧为
UC18=9UO1/10
则,
UT=UO1/10
而表明 ABC开关由 B切向 A的一瞬
间,UT的电位不变，则 U02也就不变，表明
切换一瞬间输出无扰动 (即无变化 )
? 5,ICE调节器的 PI电路原理图如图所示。
试回答,
? （ 1）当 UO2=2V的阶跃信号时，
UO3(t=0)=?V。
? （ 2）在正常的工作范围内,C21上的电压
UC21和输出电压 UO3大小相等，方向相反，
对吗？
? （ 3）本电路的比例增益与那些元件有关？
C20
C21
UO2
UO3
? ?
? ?SCRRn
SCRRn
SU
SC
RRn
SC
RRn
SU
SC
RRn
RRn
SC
RR
SU
SC
RRn
RRn
n
SU
SC
RRn
RRSUn
n
SU
n
SUn
n
SU
SUSUSU
RRRT
186256
186256
01
18
6256
18
6256
01
18
6256
6256
18
6256
01
18
6256
6256
01
18
6256
625601010101
)(
)(1
)(1
)
1
(
1
)(
)
1
(
))(1()
1
(
)
1
(
))(1(1
)
1
(
)()1()1(
625655
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）（）（
）（）（）（）（
）（）（）（
? ?
? ?
10
m i n10~004.0)(
25~1.0
)((
)1(
)1(
*
)(1
)(1
186256
186256
)(01
)(02
)(
186256
186256
)(01186256
)(02
)()(
02
7374
730202
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??
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nKK
SCRRnTT
nn
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K
ST
n
ST
U
U
W
KnTCRRn
SCRRn
USCRRn
U
UU
SU
RR
RSUSU
SU
D
D
D
DDS
D
D
D
S
S
SPD
DD
S
S
SFST
F
本电路微分增益
本电路微分时间
本电路比例增益式中：
），含
）（令
）（）（）（
）（
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?
?
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?
SC
SU
A
SU
RR
A
SU
m
SU
SC
A
SU
SU
A
SU
SU
SUASU
ASU
SC
SUSU
RR
SU
m
SU
SC
SUSU
F
F
F
F
F
F
20
03
7
03
8078
7
0302
20
7
03
02
7
03
703
7
20
03
8078
02
20
02
1
)(
)()()(
1
)(
)(
13
)3..(.,,,,,,,,,
)(
)(2
)2...(),,,,,,,,,()(
0)(
)1..(.,,,,,,,,,
1
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)(
)(
1
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?
?
?
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）式，则）式代入（将（
）式推出从（
，实际状态下?
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C
C
A
SC
SCRRm
SC
SU
SU
SW
RRAA
SC
A
SC
SC
RRm
SC
SU
SU
SW
RRAA
SC
A
SC
SCSU
RRm
SCSU
SCSU
A
SCSU
RRA
SU
RRm
SU
A
SCSU
SCSU
PI
PI
21807877
21
20
7
21
208078
20
02
03
807877
20
7
21
21
8078
20
02
03
807877
20
7
21
2103
8078
2002
2103
7
2103
80787
03
8078
02
7
2003
2002
11
1
1
1
)(
)(
)(
]
1
[
1
)(
)(
)(
1
)(
1
)(
)(
)(
)()()(
)(
）（
）（
）（
）（
）（）（
）（）（
拆开各项
?
本电路积分增益本电路积分时间
本电路比例增益式中
）（
）（令
可以忽略
.,,,,,,,.,,,,,,,
.,,,,,,,
1
1
1
1
)(
,
)(
1
1
)(
1
1
)(
1
1
)(
1
)
1
(1
)(
1
1
)(
20
2121
20
20
217
208078
2180787
20807821
20
7
21
20
21807877
21
20
20807821
20
II
II
I
PI
I
I
PI
PI
KT
C
C
STK
STC
C
sW
K
C
C
m
A
TCRRm
SCRRA
SCRRmC
C
sW
A
C
C
SCRRAA
C
C
SCRRmC
C
sW
?
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???
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?
?
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?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
谢谢
光临
? 一、方框图
? 二、输入电路
? 三,PD电路
? 四,PI电路
? 五、输出电路
? 六、手动操作电路
? 七、指示电路
? 八、传递函数
本节重点内容提示,
一、基本定义
二线制,软手动,硬手动,保持特
性、无平衡无扰动切换
二、基本构成
输入电路,PD电路,PI电路的原理
电路（读图、各元件的作用）
三、基本原理
1.输入电路
（掌握为什么采用偏差、差动输入、电平
移动电路，利用叠加原理推导电路的输入
输出关系式）
2.PD电路和 PI电路
（掌握电路的定性分析,
即 t=0,t>0,t>>0时电路的变化过程）
3.双向无平衡无扰动切换
（掌握自动 →手动、手动 →自动无平无扰
切换的原因）
? 一、方框图
测量指示电路
输入电路
给定指示电路
PD电路
软手动电路
PI电路 输出电路
硬手动电路
Ui1-5VDC
Us1-5VDC
Uo1 Uo2 Uo3
测量指示
红针指示
1-5mADC
给定指示
黑针指示
1-5mADC
软
M
硬
H
A
自
输出指示
4-20mA
RL
测量指示 /给定指示电路
1～ 5V的测量信号 → 1～ 5 m ADC →
表头用红针指示，（同时送入输入电路）
1～ 5V的给定信号 → 1～ 5m A DC→
表头用黑针指示，（同时送入输入电路）
表头指示测量信号和给定信号 0 ～
100%的满刻度，故称为全刻度指示调
节器。
输入电路
2 (U i－ Us))→ U o1
PD电路
对 Uo1进行 PD运算 → Uo2
PI电路
对 Uo2进行 PI运算 → Uo3
输出电路
对 Uo3进行电压电流转换 → Io
软手动电路
开关打在 M时，软手操电压对时间的积
分和 Io有对应关系。
硬手动电路
当开关打在 H时，硬手操电压和 Io有对应
关系。
二、输入电路
（一）作用及原理电路
1.作用
2(U i－ Us)
0V→10V
2.原理电路
Rcm1
Ucm1
U i
R32
R33
Rcm2
Ucm2
R39
UB
R51
R52
R53
Uo1 A5
－△
＋
Us
R34
R35
A5— 理想 IC
应满足,
差模输入阻抗＝ ∞,
偏置电流 Ib1,Ib2≈0,
共模增益＝ 0
差模增益＝ ∞
R32,R33—Ui的输入电阻
R34,R35—Us的输入电阻
R39,R51—反馈电阻
R52,R53—输出电阻
Rcm1,Rcm2—导线的电阻
Ucm1,Ucm2—导线电阻上产生的压降
UB—基准电压
UO—输出电压
（ 二）工作原理
1.为何是偏差？
——调节器应接受偏差信号 U i－ Us
输入电路的作用是要获得偏差信号。
采用了 Ui和 Us并联比较的方式。
U i
Us
R32
R33
R34
R35
－
＋
差模输入阻抗
→∞ A5 ε
U i U
s
R=R32+R33 R=R
34+R35
－
＋
→∞
?ε＝ UiR/(R＋ R)
－ UsR/(R ＋ R)
?ε＝ Ui/2－ Us/2
?2ε＝ Ui－ Us
偏差信号
2.为何是差动？
——消除导线电阻压降 Ucm1和 Ucm2的影响
Rcm1
Ucm1
U i
250Ω
Ii
4-20mADC
＋
－
二线制变送器
24V Us
＋
－
二线制变送器 A5 调节器
? 由于 24VDC供电，二线制变送器和调节
器的都并联在 24VDC两端。
? 由于变送器是 二线制变送器。
测量信号和电源负端公用一根导线。
? 4 ~20mA流经负载电阻 250Ω产生了 U i
? Ui＝ 4 ~20mA× 250Ω＝ 1~5V
信号线和电源线公用 2根导线的变送器
? 4 ~20mA流经导线电阻 Rcm1产生了 U cm1
? Ucm1＝ 4 ~20mA× Rcm1Ω＝ 0~1V
? US ＝ 1~5V或
? US ＝ 4~20mA× 250Ω＝ 1~5V
? 调节器的输入信号＝ Ui ＋ U cm1 － US
? 输入信号 引入一个误差 U cm1,是不允许
的。
分析发现：导线电阻产生的 Ucm1作用在 IC
的两个输入端之间，是个差模信号，理想 IC对
差模信号有放大作用，对共模信号有抑制作用，
如果将 Ucm1由差模信号转换成共模信号，利用
理想 IC对共模信号的抑制作用就可以排除 Ucm1
的影响。
U i－ Us
采用差动输入的形式后,
Ucm1是个共模信号，不会被放大。
U i－ Us是个差模信号，可以被放大。
大小相等、方向相同的形式作用
IC两个输入端对地之间的信号
作用 IC两个输入端对地之间的信
号
3.为何是电平移动?
——满足共模输入电压范围的要求。
电平移动的定义,
共模输入电压范围的定义,
将电源负端为零电平的信号转换成以参考电位为基准
的信号
在保证 IC正常工作的情况下,IC的 UT或 UF的大小。
输入电路的 IC,
型号 μpc157A
电源 24VDC
共模输入电压范围 2~19.5VDC
UF ＝ UT
≤2~19.5VDC
把以 0V为基准的 Ui送入 IC，它的共
模输入电压范围 ≠2~19.5V,IC不工作。
把以？ V为基准的 Ui送入 IC，它的共
模输入电压范围＝ 2~19.5V，保证 IC正常
工作？
R32 R35 R33 R51
U i
Ucm1
Ucm2
UF
Uo1/2
UB Ucm1
Us
Ucm2
UT
∵ R32>>Rcm1 ∴ Rcm1忽略不计
∵ R33>>Rcm1 ∴ Rcm1忽略不计
R35>>Rcm2 ∴ Rcm2忽略不计
R34>>Rcm2 ∴ Rcm2忽略不计
R52=R53
R34
UB
R39
)(
3
1
)(
3
1
)
2
(
3
1
5 0 0
2
21
21
01
21
39513534
3332
343339
3433
393334
3933
2
39
3433
39341
353251
3532
01
513235
5132
2
513532
5135
1
B
cm
S
cm
TF
TF
B
cm
S
cm
T
B
cmcmi
F
B
cm
Scm
T
B
cmcmi
F
UUUUUU
UU
UUUUU
U
U
UUUU
KRRRRRR
RRR
RRU
RRR
RRUU
RRR
RRU
U
RRR
RRU
U
RRR
RRU
RRR
RRUU
U
??????
?
?????
??????
??????
?
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?
?
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?
?
‖
‖
‖
‖）（
‖
‖
‖
‖）（
‖
‖
‖
‖）（
∵ Ucm1=Ucm2=0～ 1V
∵ Us=U i=1～ 5V
若 UB=0V
则 UF=UT≈0.33～ 2.33V
若 UB=10V
则 UF=UT≈3.7 ～ 5.7V
结论,
UB=0V,无电平移动,
当 U i=1～ 5V变化时,IC两个输入端的电
位均为 0.33～ 2.33V,不在共模输入电压范围
2～ 19.5V之内,∴ IC不能正常工作。
若 UB=10V,有电平移动,
当 U i=1～ 5V变化时,IC的两个输入
端电位均为 3.7～ 5.7V,在共模输入电压
范围 2～ 19.5V之内,∴ IC可以正常工作。
∴ 必须进行电平移动，把基准电平
由 0V抬至 10V,否则 IC不能正常工作。
三,PD电路
（一）作用及原理电路
1.作用
Uo1进行 PD运算后放大 α倍 → Uo2
无电平移动
2.原理电路
无源 PD电路 P电路
R56
C18
R54
9.1K
R55
1K
R62
Uo1 Uo2
R74 10K
R73 39Ω
A6
＋△
－
R55,R54— 微分增益电阻
R56+R62— 微分电阻
C18— 微分电容
R74+R73— 比例电阻
Uo1— 输入信号
Uo2— 输出信号
（ 二）工作原理
PD电路
无源 PD电路 P电路
R54,R55
组成的分压电路
C18(R56+R62)
组成的微分电路
A6
R74+R73
组成的比例电路
U01经 R54和 R55分压后，在 R54上的压降为
在 R55上的压降为
分压比 n=10
0101 10
9
11.9
1.9 UU ?
?
0101 10
1
11.9
1 UU ?
?
2
7473
73
oU
RR
R
?
2
7473
7473
oU
RR
RR
?
?
U02经 R74和 R73分压后，若 R74的滑动触头
在最上端，则
即反馈信号 =输出信号。
若 R74的滑动触头在最下端，则
即反馈信号 =部分输出信号。
∵ R74=10K,R73=39Ω
250
1
1
1
10
039.0
039.10
039.10
7473
73
7473
9473 ～～～ ??
??
?
K
K
K
K
RR
R
RR
RR
2 5 01
2 5 0
1
1
11
～～即 ??? ?
?
定性分析
Uo1有阶跃变化,
t＝ t0，电容 C18上的电压不能突变，相当
于短路。 UT=Uo1
t＞ t0,R54上的电压经 C18,(R12+R13)形成
一个回路对 C18充电，随时间的增长,Uc18越来
越大,UT越来越少。
t＝ ∞，电容 C18上充满了电，相当于开路，
UT＝ UO1/n,UO2＝ αUT＝ αUO1/n
UC＝ ICt/C
Uo1,UT,Uo2的电路变化过程如图所示,
Uo1
Uo1
t=to
UT
Uo1
Uo1/n
Uo2
αUo1
αUo1/n
0 t 0 t 0 t
四,PI电路
（一）作用及原理电路
1.作用
UO2进行 PI运算 → UO3
无电平移动
2.原理电路
A7 R75
R76
C20
R78 R80
S4
－△
＋
C21
Uo3
UB
× 1 × 10
R75,R76—分压电阻
R78+R80—积分电阻
C21—积分电容
C20—比例电容
S4—积分时间换档开关
S4х10→m=10
S4х1→m=1
TI的大小与 m有关,m 不同 TI也不同
（二）工作原理
PI电路
P电路 I电路
C20,C21, A7
组成的电容分压
比例电路
A7, R78+R80, C21
组成的积分电路
定性分析,
Uo2有阶跃变化,
t＝ t0,C20和 C21组成分压式比例电路,
∴ Uo3（ t0）＝－ C20 UO2 /C21
∵ C20 ＝ C21
∴ Uo3（ t0）＝－ UO2
A7 Uo3
Uo2
1/C20S
1/C21S
＋
－△
2
20
21
03 1
1
oU
SC
SCU ??
t＞ t0,Uo2 /m →R78+R80 → C21 →Uo3形
成一个回路对 C21充电。 Uo2 /m ＝常量,I1＝ I2
＝常量恒定电流对 C21充电,UC21随时间线性增
长。
A7 －△ ＋
R78+R80
C21
I1
Uo2/m I2 U
o3
2
807821
2
21
20
3
2
807821
32
218078
2
3
8078
2
12
8078
2
12
21
2
213
0
ooo
ooo
o
o
o
F
F
o
co
U
RRmC
t
U
C
C
U
IPPI
U
RRmC
t
tUtU
CRRm
dtU
tU
RRm
U
IIU
RR
U
m
U
II
C
dtI
tUtU
）（
输出两部分合成的，故输出和电路的输出是由
）（
）（时当
）（
）（
）（
）（）（
?
???
?
????
?
???
?
????
?
?
??????
?
?
?
?
?
Uo2
t
C20Uo2/C21
t
Uo2
to
to
其输出曲线为
2
807821
oURRmC t ）（ ?
五、输出电路
（一）作用及原理电路
1.作用
Uo3→Io
10V→0V
2.原理电路
A8
R93 40K
R96
40K
R95 10K
24V
UF
UT
R99 10K
R100 －△
＋
RL
输出指示表
V13
I’o
If
Io
U f
Uo3
UB
R93, R96—输入电阻
R95, R99—反馈电阻
R100—限流电阻
RL—负载电阻
Uo3—输入信号
UB—基准电平 10V
Io—输出电流
24V—电源电压
（二）工作原理
R96 R95
UB 24V
UF R
93 R
99
Uo3
UB
U f
UT
MAIIVUR
R
U
IIII
U
RIRIU
U
UUU
UUUUUU
KRRKRR
RR
RU
RR
RUU
U
RR
R
RR
RU
U
bf
OOf
O
fFT
fBFBT
f
B
F
B
T
20~4'5~1625
4
'
4
''24
4
24
5
4
)(
5
1
),24(
5
4
5
1
10,40
)(
)24(
0003101
101
03
00
03
101101
3
03
99959693
9993
93
9593
9903
9596
96
9596
95
??????
??
????
????
??????
????
?
?
?
?
?
?
?
?
?
，令
，计，则均比较小，可以忽略不、假设
由原理同可知
又
?
?
?
分析输出电路的运算关系时,
假设 I b ＝ If ＝ 0
则 Io＝ I’ o＝ Uo3/4R
假设 Ib＝ 0，合理；假设 If＝ 0，不合理。
∵ I b本来就很小，再采用复合放大管，可
保证相同输出的情况下使 I b更小。
If是反馈电流，随着 Io的变化而变化，有不
同的输出就有不同的反馈。
I’o=4mA时,If最大。体现的误差就最大。
I’o=20mA时,If最小。体现的误差就最小
。
mA
K
VV
I
KRVVUU
VmAVRIVU
R
UU
ImAI
f
TF
f
Ff
f
255.0
10
2.2175.23
102.21240
5
44
10
5
1
75.23625424'24
4'
31
1010
99
0
?
?
??
???????
???????
?
??
）（
时，
?
?
可见 I’o=4mA时,If=0.255mA，它占 I’o的
6%以上，调节器的精度为 ± 0.5%，最大误差
为 1%，折合成电流为 0.16mA 。而
0.255mA>0.16mA，上述电路结构超出了误差
允许的范围。
只有采用非对称差动输入电路。使 Uo3的两
个输入电阻 R93≠R96,当
R93=40.25KΩ=4(R95+R101)，就可以获得精确的
转换关系。
1 0 1
03
0 4 R
U
I ?
六、手动操作电路
（一）作用
调节器有故障
控制系统有故障
系统开车投运时
需
要
手
动
操
作
A7
－△
＋
Uo2
R75
R76
C20
R78 R80
A
M H
C21
RH2
Uo3
R91
RH1
RH
VH
S5
A
M H
－ Um
＋ Um
Rm1
Rm1
Rm2
Rm2
S5-1
S5-2
S5-3
S5-4
S6
S6→A
自动操作 比例积分电路实
现
S6→ M 软手动操作 积分电路实现
S6→ H 硬手动操作 比例电路实现
S6→ 甩空 保持 浮空电路实现
A7
－△
＋ U03
C21
(二 )保持电路
S6→“M”时，不按动 S51～ S54,A7的输入端
悬空。 C21上的电压既无充电也无放电。 Uc21不
变,∵ UC21 = Uo3, Uo3不变，导致 IO不变。
保持特性定义,
理想状态下，调节器的输出信号长期保持不变
的特性称为保持特性
R c≠∞ C21通过本身的漏电阻 R c放电
rid≠∞ C21通过 IC的差模输入阻抗 rid放电
I b≠0
I b对 C21充电或放电
Uo s≠0
Uo s对 C21充电或放电
选用带前置级的 IC,
I b=10PA
U0S=10mV
rid=1011Ω
A7=105
C21 =10μf
RC=1012Ω
小时）（
小时）（
小时
）（
）（
小时
2
03
6
03
4
03
67
03
6
1011
1 0 0
40
11
1 0 0
40
1022
1 0 0
401
22
1 0 0
40
)(
???
??
??
?
?
??
U
CR
Ut
I
C
It
U
CrA
rt
U
CR
RCt
C
b
b
b
id
I i d
C
若 U03=5V时，使 U03产生 1%的误差，各个因素
所需的时间为,
使 UO3产生 1%的误差，漏阻 RC和静态偏流 I b
用的时间比较少，对保持特性的影响最严重，为
获得比 较好 的保持特性，选用 I b极小的 IC和 RC
极大的 C 21。
为了满足保持特性的指标，还要求切断 IC输
出和输入之间的漏电 (地绝缘 )。
（三）软手动电路
S6→“M”,S5按下任一档，形成软手动电
路
－ Um
＋ Um
C21
RM
IRM
IC21
A7
－△
＋ U03
软手动电路本质上就是一个积分电路
软手动定义,
? 软手动电路的输出总是在保持电路的输
出的基础上再增加 (或减少 )一个变化量
? U03软 =U03保 ±△ U03
输出信号和软手动操作电压对时间的积分成正比
M
M
RMC
F
M
FM
RMC
C
C
R
U
II
U
R
UU
II
C
tdI
UU
?
???
?
??
??
?
??????
?
21
21
21
21
2103
0?
?
21
0303
21
03
21
03
CR
tU
UU
CR
tU
U
tU
C
td
R
U
U
M
M
M
M
M
M
M
?
???
?
????
?
?
?
????
?
保软
??
软手动操作有五种状态,
慢升、快升、慢降、快降、断
慢升 →向右轻按 软手操扳键 S5, S5-2接通,
－ UM→RM1→RM2→S5-2→C21→U03，给 C21
反向充电 (放电 )，使 I0从 4mA→20mA用 100S，
称之为慢升。
快升 →向右重按 软手操扳键 S5, S5-1
接通
－ UM→RM1→S5-1→C21→U03,给 C21反
向充电 (放电 )，使 I0从 4mA→20mA用 6S，
称之为快升。
慢降 → 向左轻按 软手操扳键 S5,
S5-4接通,
+UM→RM1→RM2→S5-4→C21→U03,
给 C21正向充电，使 I0从 20mA→4mA用
100S，称之为慢降。
快降 →向左重按 软手操扳键 S5,S5-3接通
+UM→RM1→S5-4→C21→U03,给 C21正向
充电，使 IO从 20m A下降到 4m A用 6S，称之为
快降。
小结,
+ UM →IO↓，－ UM→ IO↑。
(RM1+RM2) →IO变化速度慢,
RM1→ IO变化速度快。
,断”就是一松手，软手操扳键 S5在弹簧作
用下，自动弹回到“断开”位置，即 S5的 1～ 4
全断开，电路处于保持状态,IO不变。
(四 ) 硬手动电路
S6→ 硬手动时，就变成了硬手动操作
电路
由于 C21和 RH2并联,
C21=10μF,RH2=30KΩ,τ=30KΩ× 10μF =0.3S,
时间常数非常小，故 C21可以忽略不计
C21
A7 U03
RH1
RH2
UH
－△
＋
?
? 硬手动电路本质上就是一个阻性的比
例运算电路。
? 硬手动的定义
输出信号和硬手动操作电压成正比
∵ RH1=RH2=30K,∴
UH和 U03有一 一的对应关系，被称为“硬手动”
操作。
HH
H
H UUU
R
R
U ???? 03
1
2
03 即
(二 )切换
尽管 M→H是有平衡无扰动切换，但是通常称为
双向无平衡无扰动切换。
A 无平无扰 M
有平无扰 H
A 无平无扰 M 无平无扰 H
无平衡无扰动切换 →两个信号不需要一个相等的
过程，在切换一瞬间输出信号没有变化
方式 切换 原因 方式 切换 原因 方式
A 无平无
扰
∵ S5没按下,
则 C21没有
充放电,形
成了保持特
性
M 有平
无扰
∵ Uh接通,
则 C21有充
放电,无保持
特性
H
PI电路 I电路 P电路
A 无平无
扰
∵ U02事前
储存在 C20
中,切换
时,C21无充
放电,形成
保持特性
M 无平
无扰
∵ S5没按
下,C21无充
放电,形成保
持特性
H
七、指示电路
（一）作用及原理电路
1.作用
1～ 5V→1～ 5mA
0 → 10V
2.原理电路
A2
－△
＋ U i
测量
校正
S2
R8
R9
R13 3V
V4
R4
R21
R29
R28
R23
R18
Io
If
U0
R15
R14
I’o
UB=10V
＋
－
（二） 工作原理
S2处于“校验”位置时,3V→3mA,在电
流
表上指示出标准信号的大小。
否则,
检查校验信号是否准确
检查电流表的机械零点是否准确
UF
R29 R23
U0
UB
UB
UT
R21 R
28
U i
UF＝ (UO+UB)R29
(R29+R23)
UT＝ UBR28 ＋ UiR21
(R21+R28) (R21+R28)
? ∵ UF＝ UT
? ∵ R29 ＝ R28 ＝ R23 ＝ R21
? ∴ UO ＝ Ui
? IO’ ＝ UO /(R14＋ R15) ＝ Ui /(R14＋ R15)
? ∵ IO ＝ IO’ ＋ If
? 忽略 If
? ∴ IO ＝ IO’ ＝ Ui /(R14＋ R15)
? Ui ＝ 1~5VDC，调节 R15, IO ＝ 1~5mA
电流表应指示 I’0，实际却指示 I0。因为表
头内阻会随温度的变化而变化，导致转换精度
出现误差。
八、传递函数
推导电路的传递函数时，利用变换阻抗是一
种比较简单的办法
（一）变换阻抗
电阻 电容
U(S) =R
I(S)
U(S) =1/CS
I(S)
R
I（ S） U（ S）
1
CS
I(S) U(S)
CS
R 1?
R 1 CS
变换阻抗的串联
CS
R
CS
R
CS
R
1
1
1
?
?‖
变换阻抗的并联
1
CS
R
（二）输入电路的 Wi(s)
利用阻容的变换阻抗，根据叠加原理先
求
UF(S)=? UT(S)=?
令 UF(S)=UT(S)
推出 U01(S)
Wi(S)=UO1(S)/[Ui(S)－ Us(S)]=
－ 2
（三） PD电路的 WPD(s)
利用阻容的变换阻抗，根据叠加原理先求
UF(S)=? UT(S)=?
令 UF(S)=UT(S)
推出 UO2(S)
WPD(S)=UO2(S)/UO1(S)=
S
K
T
ST
n
D
D
D
?
?
1
1?
（四） PI电路的 WPI(s)
利用阻容的变换阻抗，根据节点电流定
律先求流入的两股电流 =流出的一股电流
UO3(S) =A7*UF(S)
推出 UO3(S)
WPI(S)=UO3(S)/UO2(S)=
STK
ST
C
C
II
I
1
1
1
1
21
20
?
?
?
（五）输出电路的 WO(s)
利用阻容的变换阻抗，根据叠加原理
先求
UF(S)=? UT(S)=?
令 UF(S)=UT(S)
推出 IO(S)
WO(S)=IO(S)/UO3(S)=
250
1
（六）整机的 WPID(s)
1.方框图
－ 2
U i(S)-US(S) U02(S) U03(S)
S
K
T
ST
n
D
D
D
?
?
1
1?
STK
ST
C
C
II
I
1
1
1
1
21
20
?
?
?
250
1
U01(S) I0(S)
2 5 0
1
)
1
1(
)
1
1(
)1(
)1(2
)()(
)(
)(
21
20
STK
C
ST
C
S
K
T
ST
nSUSU
SI
SW
II
I
D
D
D
S
i
O
P I D
?
?
?
?
?
?
?
?
2.传递函数
I0转换成 U0，故方程两边同乘 250
D
D
II
D
I
P
II
I
D
D
D
Si
O
P I D
K
ST
STK
F
ST
SFT
FK
STK
ST
K
ST
ST
nC
C
SUSU
SU
SW
SISU
??
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
1
1
1
1
)
1
1(
)
1
1(
)1(
)1(2
)()(
)(
)(
2 5 0)()(
6
5
00
?
?
刻度实际
刻度
实际
刻度
实际
的存在由于
抗干扰系数
或整机积分增益
整机微分增益
）（整机积分时间
）（整机微分时间
整机比例增益
式中
II
D
D
B
B
I
D
II
DD
II
DD
P
BP
FTT
F
T
T
F
P
P
F
T
T
F
mK
mC
CA
K
KnK
TCRRmT
TCRRnT
K
P
nC
C
K
????
??
?
?
???
??
???
???
???
1
)
10
1
(1010
10
m i n25~01.0
m i n10~04.0
%500~2%100
12
:
54
20
217
208078
3
62
56
21
20
?
?
? 练习 1：推导 PD电路的传递函数 WPD(S)
R56
C18
R54
9.1
K
R55
1K
R62
Uo1 Uo2
R74 10K
R73 39
Ω
A6 ＋△
－
? UT(S)＝ UR55 (S)＋ UR56+R62(S)
? ＝ UO1(S)/n＋ (n－ 1)UO1(S)*(R56＋
R62)/n*(R56＋ R62＋ I/C18S)
? ＝ [1 ＋ n(R56＋ R62) C18S]UO1(S)/n[1＋
n(R56＋ R62)C18S]
? UF(S) ＝ UO2(S)/α
? UT(S) ＝ UF(S)
? UO2(S) ＝ α[1＋ n(R56＋ R62)C18S]UO1(S)/n[1
＋ n(R56＋ R62)C18S]
? WPD(S) ＝ UO2(S)/UO1(S)
? ＝ α (1 ＋ TDS) /n(1 ＋ TDS/KD)
? 练习 2,I系列手操器中的输入指示电路如图所
示，试回答
? 1.推导 Uo和 Ui的关系式。
? 2.如果 UB发生变化，会影响指示表的读数吗？
? 3.如果 Ui极性接反,Uo=?
? 4.电路对 Ucm有放大作用吗？
R5
R3
R4
R6
R7
Ui
Ucm
＋
－
UB
D3 指示表
? 作业,
?1.ICE调节器的输入电路为何采用差动输
入和电平移动电路？
?2,在 ICE调节器的 PD电路中，微分通断
开关从, 断, 切换到, 通, 时，为什么
输出信号保持不变？
?3,ICE调节器实现自动到软手动，硬手
动到自动无平衡无扰动切换的原因各是
什么？
?4,ICE调节器的调节精度和闭环跟踪误
差有什么不同？
ABC开关 —— 微分通断开关，当开关置于
A，表示微分作用接通，整个电路具有
PD作用；当开关置于 B，表示微分开关
作用切断，整个电路具有 P作用。
R61——保证 ABC切断开关从 B(断 )到 A(通 )
是无扰动切换。当开关处于” B”时，微分
作用切除,IC同相端电位
UT=UO1/n=UO1/10
而电阻 R54上的电压经过 C18、开关 CB,R61
形成一条回路对 C18进行充电，电阻 R54上的
电压全部充满 C18时，则
UC18=UR54=(n-1)UO1/n
=9UO1/10
当开关由,B”(断 )切向,A”(通 )时，由于 C18
上电压不能突变，仍旧为
UC18=9UO1/10
则,
UT=UO1/10
而表明 ABC开关由 B切向 A的一瞬
间,UT的电位不变，则 U02也就不变，表明
切换一瞬间输出无扰动 (即无变化 )
? 5,ICE调节器的 PI电路原理图如图所示。
试回答,
? （ 1）当 UO2=2V的阶跃信号时，
UO3(t=0)=?V。
? （ 2）在正常的工作范围内,C21上的电压
UC21和输出电压 UO3大小相等，方向相反，
对吗？
? （ 3）本电路的比例增益与那些元件有关？
C20
C21
UO2
UO3
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SCRRn
SU
SC
RRn
SC
RRn
SU
SC
RRn
RRn
SC
RR
SU
SC
RRn
RRn
n
SU
SC
RRn
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n
SU
n
SUn
n
SU
SUSUSU
RRRT
186256
186256
01
18
6256
18
6256
01
18
6256
6256
18
6256
01
18
6256
6256
01
18
6256
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SU
D
D
D
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D
D
D
S
S
SPD
DD
S
S
SFST
F
本电路微分增益
本电路微分时间
本电路比例增益式中：
），含
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SU
RR
A
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SC
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SU
A
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SU
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ASU
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RR
SU
m
SU
SC
SUSU
F
F
F
F
F
F
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03
7
03
8078
7
0302
20
7
03
02
7
03
703
7
20
03
8078
02
20
02
1
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C
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SC
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SU
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SC
A
SC
SC
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SU
SU
SW
RRAA
SC
A
SC
SCSU
RRm
SCSU
SCSU
A
SCSU
RRA
SU
RRm
SU
A
SCSU
SCSU
PI
PI
21807877
21
20
7
21
208078
20
02
03
807877
20
7
21
21
8078
20
02
03
807877
20
7
21
2103
8078
2002
2103
7
2103
80787
03
8078
02
7
2003
2002
11
1
1
1
)(
)(
)(
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1
[
1
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)(
1
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1
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）（）（
拆开各项
?
本电路积分增益本电路积分时间
本电路比例增益式中
）（
）（令
可以忽略
.,,,,,,,.,,,,,,,
.,,,,,,,
1
1
1
1
)(
,
)(
1
1
)(
1
1
)(
1
1
)(
1
)
1
(1
)(
1
1
)(
20
2121
20
20
217
208078
2180787
20807821
20
7
21
20
21807877
21
20
20807821
20
II
II
I
PI
I
I
PI
PI
KT
C
C
STK
STC
C
sW
K
C
C
m
A
TCRRm
SCRRA
SCRRmC
C
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A
C
C
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C
C
SCRRmC
C
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?
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??
?
?
谢谢
光临
