В) Дополнительные функциональные элементы логических схем



Кроме основных логических элементов ИЛИ, И, НЕ имеются дополнительные элементы. В качестве дополнительных элементов логических схем применяются: усилители сигналов; элементы замедления на срабатывание и возврат (осуществляющие функции реле времени и промежуточных реле замедленного действия); релейные элементы, реагирую­щие на появление сигнала; элементы памяти.

Усилители служат для увеличения мощности выходных сигна­лов до значения, необходимого для надежного действия элементов схемы, реагирующих на этот сигнал. Усилители применяются на выходе схем сравнения измерительных органов для обеспечения надежной работы реагирующего элемента и на выходе логических схем (ИЛИ и И) в активных сопротивлениях, в которых, как указы­валось выше, теряется значительная мощность приходящих сиг­налов.

В логических схемах обычно используются однокаскадные усилители с нормально открытым или закрытым транзистором. Для усиления сигнала в измерительных органах в большинстве случаев применяются двух- и трехкаскадные усилители.

Однокаскадный усилитель с нормально закрытым транзисто­ром Т1 показан на рис. 11-48, а. Транзистор Т1 включен по схеме с общим эмиттером1, так как эта схема по сравнению со схемами с общей базой и общим коллектором (рис. 11-48, в и г) обеспечивает наибольший коэффициент усиления по мощности.

На входные зажимы 1 и 2 (база — эмиттер) подается положи­тельное относительно эмиттера напряжение смещения + Ес и управляющий сигнал Uвх, противоположный по отношению к Ес  полярности (рис. 11-48, а). Результирующее напряжение база — эмиттер

              U бс- U вх                                                      (11-45)

Коллектор транзистора с проводимостью р-п-р должен полу­чать отрицательный по отношению к эмиттеру потенциал — Ек, напряжение между коллектором и эмиттером U э.к является выход­ным напряжением усилителя и, как видно из схемы, равно:

               U э.к = U вых = E к - I к R к .                                          (11-46)

При Uвх = 0 на базу подается положительное смещение Ес, запирающее триод. В этом случае ток коллектора, питающий нагрузку, Iк = 0, а коллекторное напряжение Uk = — Ек (при этом потенциал точки 3 имеет отрицательный знак).

При появлении входного сигнала Uвх > Е c напряжение на базе (база — эмиттер) согласно (11-45) становится отрицательным, триод Т1 открывается, в нагрузке R к появляется ток коллектора Ik выходное напряжение согласно (11-46) уменьшается и в пределе при полном открытии триода становится равным нулю, если пре небречь очень малым внутренним сопротивлением открытого три­ода. Величина коллекторного тока Iк будет меняться с изменением тока базы Iб (или напряжения базы U б ) (рис. 11-48, д)

Эта характеристика показывает, что при Iб = Iб.нас ток Iк достигает максимального значения (Iк.макс = Ек/ R к ) и при даль­нейшем росте Iб не изменяется. Точке В соответствует (рис. 11-48,д) полное  открытие  триода. Этот режим называется режимом «н а с ы щ е н и я».

Начальной точке А кривой I к = f ( I б ) соответствует полное закрытие триода. Этот режим работы триода называется ре­жимом «о т с е ч к и». В промежутке между точками А и В триод работает в режиме линейного усиления

Усиление тока, осуществляемое усилителем, характеризуется коэффициентом усиления тока β = Ik/Iб. Величина β в зависи­мости от типа триода лежит в пределах от 10 до 100. Усиление по мощности определяется отношением выходной мощности Рвых = I2kRвых к входной Рвх = I2бRвых ЦВВХ с учетом, что Iк = βIб получим коэффициент усиления по мощности:

 

 

Различают два режима работы усилителя: режим линей­ного усиления, при котором триод работает на прямоли­нейном участке А В кривой I к = f ( I б ), и ключевой режим, когда триод нормально закрыт, а при появлении входного сигнала U вх , которому соответствует I б > I б.нас, скачком переходит в режим насыщения и полностью открывается (рис. 11-48, д).

В этом режиме триод работает как ключ или контактное реле, замыкающее и размыкающее цепь нагрузки (рис. 11-48, ё). Поэтому такой режим работы усилителя называется ключевым или релейным. В схемах релейной защиты усилители обычно ра­ботают в ключевом режиме. Параметры усилителя, работающего в ключевом режиме, подбираются так, чтобы при появлении вход­ного сигнала U вх (рис. 11-48, д) триод полностью открывался и да­вал на выходе ток I к.ма k с .

Усилитель снормально открытым триодом показан на рис. 11-48, б. Нормально при отсутствии входного сигнала (Uвх = 0) триод Т1 открыт отрицатель

1 В этой схеме эмиттер непосредственно связан с входным 2 и с выход­ным зажимом 4 триода, т. е. является общим элементом входа я выхода схемы. Потенциал общих выводов 2, 4 условно принимается равным нулю.

ным напряжением (током), поданным через сопротивление R 2 на базу триода. Сопротивление триода в этом режиме равно нулю, и поэтому нагрузка R н , подключенная на выходные зажимы 2 и 4. зашунтирована.

Двухкаскадные усилители. Принцип выполнения и работа двухкаскадного усилителя были рассмотрены в § 2.

Триггер 1. В бесконтактных схемах релейной защиты находят применение двухкаскадные усилители с положительной обрат­ной связью, работающие в релейном режиме. Такие схемы, называемые триггерами, переходят из состояния недействия (Uвых = 0) в состояние работы (Uвых= U ) мгновенно (скачкообраз­но), если входное напряжение достигает определенного значения: U вх ≥ U с. p . При снижении U вх до Uвоз выходное напряжение U вых мгновенно падает до нуля и схема возвращается в исходное состояние.

Такая схема работает как обычное электромеханическое реле. Наряду с подобными самовозвращающимися схемами, называе­мыми схемами с одним устойчивым состоянием, применяются триггерные схемы с двумя устойчивыми состояниями, действующие так же, как и предыдущая схема. Она мгновенно переходит в новое состояние при появлении Uвх ≥ U с. p , но остается в новом положе­нии как угодно долго, пока не появится новый сигнал, возвра­щающий ее в первоначальное состояние.

Подобные схемы позво­ляют фиксировать появление сигнала, «запомнить» его.

 

Имеется и третья разновидность — это схема с одним устойчи­вым состоянием, возвращающаяся в начальное положение через определенное время t воз . Такие схемы используются в качестве элемента с замедленным возвратом, фиксирующего на некоторое время появление сигнала.


 

На рис. 11-49, а и б приведены схема и характеристика работы триггера с одним устойчивым состоянием и самовозвратом, выпол­няющего функции бесконтактного реле. Особенностью схемы яв­ляется наличие обратной связи, осуществляемой с помощью сопро­тивления R э , через которое проходят эмиттерные токи Iэ1 и IЭ2 обоих триодов T 1 и Т2.

Состояние схемы — недействие, срабатывание, возврат — зависят, как уже было отмечено, от значе­ния Uвх. При Uвх = 0 триод Т1 закрыт, а Т2 под действием отрицатель­ного потенциала, подаваемого на его базу через сопротивление R 3 , открыт. По сопротивлению R э протекает эмиттерный ток Iэ2 открытого триода Т2.

__________________

1 Триггер — (trigger), английское слово, означающее в переводе спус­ковое устройство, курок (ружья); образно характеризует принцип дей­ствия схемы.

 

Ток Iэ2 создает падение напряжения на за­жимах R э U э= I э2 R Э = U 'э. Принимая внутреннее сопротивление открытого триода Т2 равным нулю, можно считать, что (рис. 11-49,а) и UвыхU э . Это напряжение мало и недостаточно для создания выходного сигнала, соответствующего срабатыванию схемы. Триггер находится в состоянии недействия. Напряжение U 'э через сопротивления R6, R 1 и R 2 прикладывается между эмит­тером и базой триода T1, запирая последний. Это состояние триггера характеризуется на диаграмме работы триггера точкой 1.

Для срабатывания триггера необходимо подать на его входные зажимы 1 и 2 напряжение Uвх= U с. p (точка 2 на рис. 11-49, б). Это напряжение должно быть противоположно по знаку и равно по величине или больше напряжения U 'э , запирающего триод Т1. В результате этого триод Т1 начинает открываться, его сопротивление уменьшается, при этом отрицательный потен­циал, подаваемый через сопротивление R 3 на коллектор T1 и на базу T2, начинает уменьшаться. Вследствие этого триод Т2 начи­нает закрываться, ток эмиттера I э2 уменьшается, что влечет за собой уменьшение напряжения U э , определяющего смещение на базе Т1. Это способствует открытию триода T1 и закрытию триода Т2 из-за снижения отрицательного потенциала на базе последнего. Процесс протекает лавинообразно и завершается полным откры­тием T 1 и закрытием Т2.

В результате закрытия Т2 Uвыхскачком увеличивается до Ек (точка 3 на рис. 11-49,6). Триггер сработал. Дальнейшее увеличение Uвх> U с. p не изменит Uвых, так как оно достигло своего предельного значения Ек. Теперь Uэ = Iэ1Rэ= U "э.

При уменьшении Uвх, подводимого к базе Т1, до Uвх> U "э потенциал базы Т1 становится положительным и триод Т1 начинает закрываться. В результате этого потенциал на базе Т2 начинает уменьшаться, вызывая открытие Т2. Как и в предыдущем случае, процесс нарастает лавинообразно, завершаясь закрытием Т1 и открытием Т2, Выходное напряжение Uвых скачкообразно падает от Ек до U 'э , и схема возвращается в начальное состояние.

Лавинообразный процесс закрытия и открытия триодов про­исходит практически мгновенно, т. е. скачком, как это требуется от устройства, работающего в релейном режиме.

Характеристика триггера на рис. 11-49, б является типовой характеристикой бесконтактного реле. При увеличении входного напряжения от нуля до U с. p = U 'э выходное напряжение скачком изменяется от Uвых1 до предельного значения Uвых3= Ек иреле срабатывает. Напряжение, при котором происходит скачкообраз­ное увеличение выходного напряжения, называется напряже­нием срабатывания бесконтактного реле. При уменьше­нии входного напряжения от U с. p до Uвоз= U "э  выходное напря­жение скачком падает от Uвых3 до Uвых1 (точка 5); это означает, что бесконтактное реле вернулось в начальное положение. Соот­ветствующее этому входное напряжение U "э называется напряже­нием возврата бесконтактного реле.

 


Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 260; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!