2-4. 마그네틱 로터리 엔코더

 

자기 엔코더는 로터와 센서의 두 부분으로 구성된다. 로터는 샤프트와 함께 회전하며 원주 주위에 균등 한 간격의 북극과 남극을 포함한다. 센서는 N >> S 및 S >> N 위치에서 이러한 작은 이동을 감지한다. 자기장 변화를 감지하는 방법에는 여러 가지가 있지만 엔코더에 사용되는 두 가지 주요 유형은 홀 효과 및 자기 저항이다. 홀 효과 센서는 전자의 자기 편향에 의한 전압 변화를 감지하여 작동한다. 자기 저항 센서는 자기장으로 인한 저항의 변화를 감지한다.

 

 

홀 효과 감지

센서는 광학 엔코더와 마찬가지로 직교 신호를 생성하는 홀 효과 신호를 생성 및 처리한다. 칩 표면의 자속 분포를 측정하여 출력을 생성한다. 출력 정확도는 타겟 자석에 대한 IC의 방사형 배치에 따라 다르다. 칩 대면은 자석과 평행해야하며 자석 대 센서 에어 갭이 센서면에서 일관된다.

 

자기 엔코더는 광학 엔코더가 직면하는 세 가지 취약점을 피한다.

• 오염 물질 유입을 허용하는 밀봉 실패

• 진동이나 충격으로 인해 광 디스크가 깨질 수 있다

• 베어링 고장

 

자기 장치는 처음 두 가지 고장 모드를 효과적으로 제거하고 베어링 고장을 줄일 수있는 기회를 제공한다. 자기 엔코더는 센서가 로터에 내장 된 자기장의 변화를 감지하고 오일, 오물 및 물이 이러한 자기장에 영향을 미치지 않기 때문에 오염으로 인해 오류가 발생하지 않다.

 

홀 효과 센서는 일반적으로 자기 저항 센서보다 비용이 저렴하고 정확도가 떨어집니다. 이것은 엔코더에 사용될 때 홀 효과 센서가 더 많은 "지터 (jitter)"를 생성하거나 센서 변형으로 인한 신호 오류를 발생 시킨다는 것을 의미한다.

 

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2-5. 정류 엔코더

 

정류 엔코더에는 증분 엔코더와 동일한 기본 구성 요소가 포함되어 있지만 U / V / W 출력을 위해 디스크의 외부 가장자리와 함께 정류 트랙이 추가되었다.

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정류 엔코더는 어떻게 작동하는가?

 

정류 엔코더는 움직임을 결정하기 위해 간격이 같은 불투명 한 섹션이 포함 된 투명 디스크를 사용한다. 발광 다이오드는 유리 디스크를 통과하는데 사용되며 광 검출기에 의해 검출된다. 이로 인해 엔코더는 동일한 간격의 펄스 트레인을 생성한다. 증분 형 로터리 엔코더의 출력은 회 전당 펄스로 측정되며 위치를 추적하거나 속도를 결정하는 데 사용된다.

 

엔코더 디스크의 바깥 부분에는 컨트롤러에 모터 극의 정확한 위치에 대한 정보를 제공하는 정류 트랙이 포함되어있어 적절한 컨트롤러 입력을 모터에 공급할 수 있다. 엔코더의 정류 트랙은 모터 위치를 읽고 컨트롤러에 모터에 효율적이고 적절한 전류를 제공하여 회전을 일으키는 방법에 대해 컨트롤러에 지시한다. U / V / W의 정류 출력은 차동 출력 또는 오픈 컬렉터 (제조업체에 따라 다름)의 형태 일 수 있다.

 

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3. 엔코더는 어떻게 제어되는가?

 

엔코더는 샤프트가 장착 된 회전을 통해 제어된다. 샤프트는 엔코더 내부의 허브와 접촉한다. 샤프트가 회전함에 따라 디스크는 투명한 선과 실선이있는 디스크가 엔코더의 회로를 따라 회전한다. 엔코더의 회로는 광전 다이오드에 의해 캡처되고 펄스를 사용자에게 출력하는 LED를 포함한다. 디스크가 회전하는 속도는 엔코더가 연결된 샤프트의 속도에 따라 다르다. Anaheim Automation의 광학 및 자기 엔코더 라인은 단일 + 5VDC 전원에서 전력을 공급받으며 각각 8mA를 노래 및 소싱 할 수 있다.

 

물리적 성질

 

3-1. 리니어 엔코더

 

리니어 엔코더의 주요 구성 요소는 위치를 인코딩하는 투과형 또는 반사 형 스케일과 쌍을 이루는 스캔 장치, 센서, 트랜스 듀서 또는 판독 헤드이다. 리니어 엔코더의 스케일은 일반적으로 유리로 만들어지고 지지체에 장착되며 스캐닝 유닛은 광원, 광전지 및 스캐닝 레티클이라 불리는 제 2 유리 조각을 포함한다. 리니어 엔코더는 집합 적으로 모션을 디지털 또는 아날로그 신호로 변환하여 시간에 따른 위치 변화를 결정할 수 있다.

 

3-2. 로터리 엔코더

 

로터리 엔코더의 주요 구성 요소는 디스크, 광원 및 탐지기, 전자 제품이다. 디스크에는 고유 한 동심 에칭 원 패턴이 포함되어 있으며 불투명 세그먼트와 투명 세그먼트가 교대로 표시된다. 이 패턴은 고유 한 비트 구성을 제공하며 특정 위치를 할당하는 데 사용된다. 로터리 엔코더의 모든 동심 링에는 디스크에 에칭 된 선을 식별하는 광원 및 광 검출기가 있다. 전자 장치는 센서 (광 / 검출기 소스)에서 얻은 신호를 가져와 위치 및 / 또는 속도의 피드백을 제공하는 출력 장치로 구성된다. 이러한 구성 요소는 모두 단일 하우징 장치에 포함되어 있다.

 

 

3-3. 증분형(Incremental) 엔코더

 

 

 

 

증분 형 엔코더의 주요 구성 요소는 유리 디스크, LED (발광 다이오드) 및 광 검출기이다. 투명 디스크에는 빛을 편향시키기 위해 균등하게 이격 된 불투명 한 섹션이 포함되어 있으며 투명한 섹션은 아래 그림 2와 같이 빛을 통과시킵니다. 광학 엔코더는 디스크의 투명한 부분을 통해 빛을 비추는 발광 다이오드를 사용한다. 빛을 통과하는 빛은 전기 신호 출력을 생성하는 광 검출기에 의해 수신된다.

 

 

4. 엔코더는 어디에 사용되는가?

 

엔코더는 피드백 정보를 필요로하는 많은 애플리케이션의 필수 소스가되었다. 어플리케이션이 속도, 방향 또는 거리에 관계없이 엔코더의 광범위한 기능을 통해 사용자는이 정보를 사용하여 정확한 제어가 가능하다. 더 높은 해상도, 견고성 및 저렴한 비용의 출현으로, 엔코더는 점점 더 많은 영역에서 선호되는 기술이되었다. 오늘날 엔코더 애플리케이션은 우리 주변에 있다. 프린터, 자동화, 의료 스캐너 및 과학 장비에 사용된다.

 

Anaheim Automation의 비용 효율적인 엔코더 제품 라인은 피드백 제어가 필요한 애플리케이션에 현명한 선택이다. 엔코더 제품 라인에 대한 Anaheim Automation의 고객은 식품 가공, 라벨링, 절단 길이 응용, 컨베이어, 자재 취급, 로봇 공학, 의료 진단 및 CNC 기계와 관련된 자동화 기계를 운영하거나 설계하는 산업 회사가 다양하다.

 

엔코더는 많은 산업 분야에서 사용된다

 

엔코더는 다양한 산업 분야의 응용 프로그램에 필수적인 구성 요소가되었다. 다음은 엔코더를 사용하는 산업의 일부 목록이다.

 

• 자동차 – 자동차 산업은 속도 제어에 기계식 모션 센서가 적용될 수 있으므로 엔코더를 사용한다.

• 소비자 가전 및 사무 기기 – 가전 제품 산업에서 엔코더는 PC 기반 스캐닝 장비, 프린터 및 스캐너와 같은 사무 기기로 널리 사용된다.

• 산업 – 산업 산업에서 엔코더는 단일 및 다중 축 모터 컨트롤러를 사용하여 라벨링 기계, 포장 및 공작 기계에 사용된다. 엔코더는 CNC 기계 제어에서도 찾을 수 있다.

• 의료 - 의료 산업에서 엔코더는 의료 스캐너, 자동화 된 장치의 미세 또는 나노 모션 제어 및 디스 펜싱 펌프에 사용된다.

• 군사 - 군은 또한 위치 결정 안테나 적용에 엔코더를 사용한다.

• 과학 장비 – 과학 장비는 관측 망원경의 위치에 엔코더를 구현한다.

 

엔코더 어플리케이션

 

위치, 속도, 거리 등의 피드백이 필요한 응용 분야에서 엔코더를 사용할 수 있다. 아래 나열된 예는 엔코더의 광범위한 기능과 구현을 보여줍니다.

 

• 로봇 공학

• 라벨링 기계

• 의료 장비

• 섬유

• 드릴링 머신

• 모터 피드백

 

• 조립기

• 포장

• X 및 Y 표시 시스템

• 프린터

• 시험기

• CNC 기계

 

5. 엔코더를 선택하는 방법

 

적절한 엔코더를 선택하는 데 관련된 몇 가지 중요한 기준이 있다.

1. 출력

2. 희망 해상도 (CPR)

3. 소음 및 케이블 길이

4. 색인 채널

5. 커버 /베이스

 

산출

 

출력은 응용 프로그램에 필요한 사항에 따라 다르다. 증분과 절대의 두 가지 출력 형태가 있다. 증분 출력 형태는 구형파 출력 형태이다. 증분형(Incremental) 엔코더가 필요한 어플리케이션의 경우 출력 신호는 0 또는 공급 전압이다. 증분형(Incremental) 엔코더의 출력은 높은 (입력 전압 값) 및 낮은 (제로) 신호 값의 전환으로 인해 항상 구형파이다. 앱솔루트 엔코더는 증분형(Incremental) 엔코더와 동일한 방식으로 작동하지만 출력 방법이 다르다. 앱솔루트 엔코더의 해상도는 비트 단위로 설명된다. 앱솔루트 엔코더의 출력은 디지털 워드 형태의 위치와 관련이 있다. 증분형(Incremental) 엔코더에서 볼 수있는 연속적인 펄스 흐름 대신 앱솔루트 엔코더는 각 위치에 대해 고유 한 단어를 비트 형태로 출력한다. 회 전당 1,024 펄스에 해당하는 절대(Absolute) 엔코더는 10 비트 (210 = 1024)를 갖는다.

 

원하는 해상도 (CPR)

 

증분형(Incremental) 엔코더의 분해능은 CPR (cycles per revolution)로 자주 설명된다. 회 전당 사이클은 엔코더 디스크의 전체 회 전당 출력 펄스 수이다. 예를 들어, 분해능이 1,000 인 엔코더는 엔코더가 완전히 회전 할 때마다 1,000 개의 펄스가 생성됨을 의미한다.

 

소음 및 케이블 길이

 

모든 응용 분야에 적합한 엔코더를 선택할 때 노이즈와 케이블 길이도 고려해야한다. 케이블 길이가 길수록 노이즈에 더 취약한다. 시스템이 올바르게 작동하려면 적절한 케이블 길이를 사용해야한다. 커패시턴스 값이 낮은 차폐 형 연선 케이블을 사용하는 것이 좋다. 커패시턴스 값의 정격은 일반적으로 피트 당 커패시턴스이다. 이 등급의 중요성은 노이즈의 간섭으로 인한 펄스처럼 "톱니 모양"또는 "톱니 모양"이 아닌 엔코더에서 잘 정의 된 구형파 펄스 출력에 중요하다.

 

인덱스 채널

 

인덱스 채널은 회 전당 1 회 출력 펄스를 제공하는 옵션 출력 채널이다. 이 펄스를 통해 사용자는 위치를 추적하고 기준점을 설정할 수 있다. 이 출력 채널은 전원 중단이 발생할 때 증분형(Incremental) 엔코더에 매우 유용하다. 정전이 발생한 경우 마지막 지속 인덱스 채널을 재시작 지점의 참조 마커로 사용할 수 있다. 따라서 이러한 상황이 발생하면 증분형(Incremental) 엔코더를 사용하는 애플리케이션에서 인덱스 채널이 상당히 가치가있는 것으로 입증 될 수 있다. 모든 위치에 고유 한 비트 구성이 할당되어 있기 때문에 절대(Absolute) 엔코더는 전력 손실 상황에서 위치 추적을 잃는 데 문제가 없다.

 

커버 /베이스

 

커버 및 기본 옵션은 특정 응용 프로그램 요구 사항에 대한 고려 사항이다. 밀폐 된 덮개 옵션은 먼지 입자로부터 엔코더를 보호한다. 기본 옵션은 대규모 진동 환경에서 중요한 역할을한다. 이러한 장착 옵션은 엔코더의 후면에 직접 장착 할 수있는 몰드형 귀에 장착 된 트랜스퍼 접착제이다. 애너하임 자동화는 또한 장착 목적으로 다양한 기본 옵션을 제공한다.

 

애너하임 오토메이션은 어플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 커버 및 기본 옵션을 제공한다.

 

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6. 엔코더를 설치하는 방법

 

적절한 모터를 선택한 후에는 올바르게 설치하는 방법을 알아야한다. 각 엔코더의 설치는 마운팅 또는베이스 옵션에 따라 다르다. 엔코더를 모터 샤프트에 장착하는 경우 센터링 도구를 사용하여 엔코더 구멍을 샤프트에 맞출 수 있다. 다양한 장착 옵션에는 다양한 기능이 있다. R 옵션을 사용하면 엔코더가 앞뒤로 회전 할 수있는 +/- 15 도의 모션을 재생할 수 있다. 그러나 T- 옵션은 접착제를 사용하여 모터 후면에 달라 붙다.

 

Anaheim Automation 엔코더 설치에 대한 단계별 지침은 비디오 자습서를 참조하십시오. Anaheim Automation은 엔코더 가산기 옵션도 제공한다. 여기서 엔코더를 장착하면 번거 로움이 없다!

 

7. 엔코더의 장단점

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엔코더의 장점

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-매우 안정적이고 정확한

-저비용 피드백

- 높은 해상도

-통합 전자

-광학 및 디지털 기술 퓨즈

-기존 애플리케이션에 통합 가능

-컴팩트 한 크기

 

엔코더의 단점

 

-자기 또는 무선 간섭의 영향을 받음 (자기 엔코더)

-직접 광원 간섭 (광 엔코더)

-먼지, 기름 및 먼지 오염에 취약

 

8. 문제 해결 및 진단

 

참고 : 엔코더 라인 및 Anaheim Automation에서 제조 또는 배포 한 모든 제품에 대한 기술 지원은 무료로 제공된다. 이 지원은 고객이 특정 응용 분야에 대해 Anaheim Automation 제품을 선택할 때 도움을주기 위해 제공된다. 그러나 Anaheim Automation 직원, 대표자 또는 배급 업체가 제공하는 엔코더 또는 기타 제품에 대한 선택, 인용 또는 적용 제안은 고객을 돕기위한 것이다. 모든 경우에 특정 시스템 설계에서 맞춤형 엔코더의 적합성을 결정하는 것은 전적으로 고객의 책임이다. 엔코더 제품 라인 및 기타 모션 제어 제품에 대한 확실한 조언을 제공하고 기술 데이터와 일러스트레이션을 정확하게 생성하기 위해 모든 노력을 기울이고 있지만, 이러한 조언과 문서는 참조 용일 뿐이며 사전 통지없이 변경 될 수 있다.

 

문제 : 출력 없음

해결책 : output 다양한 요인으로 인해 출력이 없을 수 있다. 엔코더의 올바른 기능을 보장하기위한 단계를 수행 할 수 있다. 기계적 움직임이 없으면 엔코더에서 신호가 출력되지 않다. 이 문제를 해결하려면 엔코더가 회전하고 있는지 확인하십시오. 엔코더와 드라이버 / 컨트롤러 사이의 모든 배선이 올 바르고 적절한 전압 공급이 사용되는지 확인하십시오. 연결이 느슨하거나 전압 공급이 부적절하면 엔코더가 제대로 작동하지 않을 수 있다. 마지막으로 어플리케이션에 올바른 신호 유형 (예 : 개방형 컬렉터, 풀업, 라인 드라이버 또는 푸시 풀)을 사용하고 있는지 확인하십시오. 문제가 지속되면 가능한 경우 엔코더를 교체하여 엔코더가 문제인지 확인하십시오.

 

문제 : 인덱스 펄스를 찾을 수 없다

솔루션 : index 인덱스 펄스 또는 기준 마커는 엔코더의 회 전당 1 회 출력이며 오실로스코프를 사용하는 것이 가장 좋다. 엔코더와 드라이버 / 컨트롤러 사이의 모든 배선이 올 바르고 적절한 전압 공급이 사용되는지 확인하십시오. 그래도 문제가 해결되지 않으면 드라이버 / 컨트롤러가 매우 높은 RPM 값에서 인덱스 펄스를 식별하지 못할 수 있으므로 모터의 RPM을 낮추십시오.

 

문제 : 카운트 출력이 잘못된 방향을 나타냅니다

해결책 : the 카운트 출력에 잘못된 방향이 표시되면 와이어 구성을 확인하십시오. 전선이 반대로되어 있는지 확인하십시오. 반대로 바뀌면 간단히 와이어를 교체하십시오.

 

참고 : 응용 프로그램이 색인을 사용하는 경우 와이어 구성을 반대로하면 참조 정렬도 변경된다. 그렇다면 응용 프로그램을 적절히 변경하십시오.

 

문제 : 엔코더가 회전하지 않다

해결책 : open 개방 된 환경에서 엔코더가 노출되면 샤프트 주위에 먼지와 이물질이 쌓일 수 있다. 노출 된 부분을 청소하고 엔코더의 회전을 방해하는 물체가 없는지 확인하십시오.

 

문제 : 소음 간섭

해결책 : encoder 엔코더의 노이즈 내성을 향상 시키려면 다른 전기 장비를 근처에 두거나 거리를 두지 않는 것이 좋다. 엔코더 케이블도 차폐되어야하며 전기적 노이즈를 최소화하기 위해 적절한 전선을 접지해야한다.

 

문제 : 왜곡되거나 잘못된 출력

솔루션 : 왜곡되거나 잘못된 출력은 느슨한 배선 연결, 드라이버 / 컨트롤러와 호환되지 않는 엔코더 출력, 전기 노이즈 또는 부적절한 정렬의 조합 일 수 있다. 이 문제를 해결하려면 와이어 연결, 엔코더 및 드라이버 / 컨트롤러와의 호환성 문제, 엔코더 및 샤프트 정렬을 확인하십시오.

9. 부록

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공식

 

엔코더 CPR 주파수와 모터 속도 (RPM)의 관계는 다음 방정식으로 계산된다.

 

f = (사이클 / rev) * (rev / sec) / 1000 = kHz

 

RPM = 분당 회전 수

CPR = 회 전당 사이클

 

거리 변환 :

 

(PPR) / (2 * pi * 샤프트 반경) = 인치당 펄스

(인치당 펄스) ^-1 = 펄스 당 인치

 

용어 사전

 

앱솔루트 엔코더-비트 구성으로 샤프트 위치를 제공하며 정전 / 실패가 발생한 후에도 절대 위치를 유지하거나 제공 할 수 있다.

 

정확도 – 이론적 위치와 실제 위치 사이의 거리 차이.

 

CPR (사이클 당 회전 수)-회 전당 사이클은 엔코더 디스크의 전체 회 전당 출력 펄스 수이다.

 

엔코더-는 모션에 응답하여 디지털 신호를 생성하는 기계식 모션 센서이다.

 

증분형(Incremental) 엔코더 (Incremental Encoder)-장치는 기계적인 움직임에 반응하여 펄스열을 제공한다. 이 엔코더의 출력은 구형파 형태이다.

 

Index-샤프트 회 전당 단일 펄스를 제공하는 별도의 출력 채널. 시작 위치에 대한 참조 또는 마커를 설정하는 데 사용할 수 있다.

 

보간-엔코더의 해상도를 높이는 방법이다. 이 방법을 사용하면 디스크와 엔코더의 전체 크기를 늘리지 않고도 엔코더가 더 높은 해상도 출력을 생성 할 수 있다.

 

라인 드라이버-는 소싱 출력이다. 이것은 "ON"상태 일 때 라인 드라이버가 Vcc를 공급하고 "OFF"상태 일 때 드라이버가 플로팅됨을 의미한다. 라인 드라이버 애플리케이션에는 싱킹 입력이 필요하다.

 

Open Collector-는 싱킹 출력이다. 'OFF'상태에서는 오픈 컬렉터가 접지되고 'ON'상태에서는 오픈 컬렉터가 플로팅된다. 오픈 컬렉터 애플리케이션에는 소싱 입력이 필요하다.

 

 

PPR (Pulse Per Revolution)-엔코더 샤프트의 최대 회 전당 생성 된 총 펄스 수이다.

푸시 풀-라인 드라이버와 오픈 컬렉터의 조합이다. 'OFF'상태에서는 접지되고 'ON'상태에서는 Vcc를 공급한다.

 

구적 엔코더 (Quadrature Encoder)-90도 전기 위상이 다른 2 개의 출력 채널. 위상차로부터 회전 방향을 결정할 수도 있다.

 

해상도 – 디스크의 줄 단위 수이다. 증분 형 엔코더의 분해능은 종종 분해능 당 사이클이라고하며 절대(Absolute) 형 엔코더의 경우 비트 단위이다.

 

단일 채널 엔코더 (Single Channel Encoder) – 출력 채널이 하나만 있으며 속도 애플리케이션에 사용된다.

 

구형파-고 및 저 신호에 해당하는 반복 파형.

 

엔코더 퀴즈

 

1. 단일 출력 채널 증분형(Incremental) 엔코더는 무엇에 사용되는가?

 

A. 감지 방향

B. 감지 속도 (타코미터)

C. 위치 피드백

 

2. 절대(Absolute) 엔코더와 증분형(Incremental) 엔코더의 차이점이 아닌 것은 무엇입니까?

 

A. 앱솔루트 엔코더는 고유 한 위치를 제공한다.

B. 앱솔루트는 투명 디스크에서 동심원을 사용하는 반면 증분 형 엔코더는 균등 한 간격의 불투명 섹션을 사용하여 움직임을 결정한다.

C. 절대(Absolute) 엔코더와 증분형(Incremental) 엔코더 모두 전력 손실 / 실패로 인해 위치가 손실된다.

 

3. 다음 중 인덱스 채널에 적용되는 것은 무엇입니까?

 

A. 위치 추적기

나. 참조 / 원점

C. 거리 결정

D. 위의 모든 것

 

4. 엔코더는 무엇을하는가?

 

A. 기계적인 움직임을 감지한다.

B. 위치, 속도 및 방향에 관한 정보를 제공한다.

C. 아날로그를 디지털 정보로 변환한다.

D. 위의 어느 것도 아니다.

E. 위의 모든 것.

 

5. CPR은 무엇을 의미하는가?

 

A. 회 전당 사이클

B. 회 전당 카운트

C. A와 B 둘 다

D. 위의 어느 것도 아니다.

 

6. 아래에 다양한 유형의 엔코더 출력을 설명하십시오.

 

TTL-는 두 가지 유형의 신호 상태 (높음 (1) 및 낮음 (0))를 입력 및 출력하도록 설계된 로직 게이트 회로이다. 높은 신호와 낮은 신호 사이의 전환은 TTL 구형파 출력을 생성한다.

 

Open Collector-는 싱킹 출력이다. 'OFF'상태에서는 오픈 컬렉터가 접지되고 'ON'상태에서는 오픈 컬렉터가 플로팅된다. 오픈 컬렉터 애플리케이션에는 소싱 입력이 필요하다.

 

라인 드라이버-는 소싱 출력이다. 이것은 "ON"상태 일 때 라인 드라이버가 Vcc를 공급하고 "OFF"상태 일 때 드라이버가 플로팅됨을 의미한다. 라인 드라이버 애플리케이션에는 싱킹 입력이 필요하다.

 

푸시 풀 -ull는 라인 드라이버와 오픈 컬렉터의 조합이다. 'OFF'상태에서는 접지되고 'ON'상태에서는 Vcc를 공급한다.

 

7. 다음 중 엔코더 장점은 무엇입니까?

 

A. 저렴한 비용

B. 고해상도

C. 높은 신뢰성과 정확성

D. 컴팩트 사이즈

광학 기술과 디지털 기술의 통합

F. 위의 모든 것

 

8. 직각 채널은 몇 개의 전기 각도로 위상이 맞지 않습니까?

 

A. 45

B. 120

C. 60

D. 90