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 + Е_с и управляющий сигнал U_вх, противоположный по отношению к Е_с  полярности (рис. 11-48, а). Результирующее напряжение база — эмиттер

              U _б =Е_с- U _вх                                                      (11-45)

Коллектор транзистора с проводимостью р-п-р должен полу­чать отрицательный по отношению к эмиттеру потенциал — Е_к, 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 U_вх = 0 на базу подается положительное смещение Е_с, запирающее триод. В этом случае ток коллектора, питающий нагрузку, I_к = 0, а коллекторное напряжение U_k = — Е_к (при этом потенциал точки 3 имеет отрицательный знак).

При появлении входного сигнала U_вх > Е _c напряжение на базе (база — эмиттер) согласно (11-45) становится отрицательным, триод Т₁ открывается, в нагрузке R _к появляется ток коллектора I_k 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 I_к будет меняться с изменением тока базы I_б (или напряжения базы U _б ) (рис. 11-48, д)

Эта характеристика показывает, что при I_б = I_б.нас ток I_к достигает максимального значения (I_к.макс ⁼ Е_к/ R _к ) и при даль­нейшем росте I_б 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 = I_k/I_б. Величина β в зависи­мости от типа триода лежит в пределах от 10 до 100. Усиление по мощности определяется отношением выходной мощности Р_вых = I²_kR_вых к входной Р_вх = I²_бR_вых ЦВ_ВХ с учетом, что I_к = βI_б 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 (U_вх = 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 (U_вых = 0) в состояние работы (U_вых= U ) мгновенно (скачкообраз­но), если входное напряжение достигает определенного значения: U _вх ≥ U _{с. p} . При снижении U _вх до U_воз 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 U_вх ≥ 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 I_э1 и I_Э2 обоих триодов T ₁ и Т₂.

Состояние схемы — недействие, срабатывание, возврат — зависят, как уже было отмечено, от значе­ния U_вх. При U_вх = 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 I_э2 открытого триода Т₂.

^{__________________}

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

 

Ток I_э2 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 U_вых— U _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 U_вх= 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 U_выхскачком увеличивается до Е_к (точка 3 на рис. 11-49,6). Триггер сработал. Дальнейшее увеличение U_вх> U _{с. p} не изменит U_вых, так как оно достигло своего предельного значения Е_к. Теперь U_э = I_э1R_э= U "_э.

При уменьшении U_вх, подводимого к базе Т₁, до U_вх> 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 U_вых скачкообразно падает от Е_к 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 U_вых1 до предельного значения U_вых3= Е_к иреле срабатывает. Напряжение, при котором происходит скачкообраз­ное увеличение выходного напряжения, называется напряже­нием срабатывания бесконтактного реле. При уменьше­нии входного напряжения от U _{с. p} до U_воз= U "_э  выходное напря­жение скачком падает от U_вых3 до U_вых1 (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: 342; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!