1.3 Контактные дискретные элементы

Исполнительным органом контактных дискретных элементов является механический контакт между двумя пружинами, приводимыми в соприкосновение механическим перемещением одной из пружин. Реагирующим органом у контактных элементов служат обмотки, создающие магнитное поле, воздействующее через якорь на контактные пружины при перемещении.

В зависимости от конструкции контактные элементы подразделяются на элементы с памятью и без памяти. Память достигается за счет механического или магнитного удержания элемента в определенном состоянии.

Одним из наиболее распространенных контактных дискретных элементов является электромагнитное реле (Рис. 5).

.

Рис. 5. Электромагнитное реле

Реагирующим органом реле, воспринимающим внешнее воздействие в виде электрического тока, служит обмотка 3, исполнительным органом, выдающим выходные сигналы (0 – цепь разомкнута, 1 – цепь замкнута) – контакт 1. Промежуточный орган, передающий воздействие от реагирующего органа к исполнительному, имеет сердечник 5, ярмо 4 и подвижную часть 2, называемая якорем, которая приводится в действие электромагнитным потоком и воздействует на контакт 1. Реле может содержать от одной до восьми контактных групп.

Притяжение якоря к сердечнику и замыкание контактов называют срабатыванием реле.

Фронтовой контакт (рис. 6, а), называемый нормально разомкнутым, или замыкающим, в исходном состоянии разомкнут: под воздействием якоря пружина изгибается и контакт замыкается.

Тыловой контакт (рис. 6, б), называемый нормально замкнутым, или размыкающим, в исходном состоянии замкнут. При срабатывании реле контакт размыкается. Переключающий контакт (рис. 6, в) состоит из комбинации замыкающего и размыкающего контактов. При срабатывании реле движение якоря вызывает размыкание одного и замыкание другого контакта.

Контакты обладают двусторонней проводимостью, что является их особенностью. В принципиальных схемах обмотки и контакты реле обозначают прописными буквами любого алфавита (рис. 7).

рис. 6. Условное обозначение контактов реле

Когда отсутствует ток через обмотку реле, значение входного сигнала будем считать равным нулю (х = 0). В этом случае фронтовые контакты реле разомкнуты, что соответствует состоянию выходов z ₁= 0, z₃ = 0, а тыловые контакты замкнуты и выходы z₂ = 1, z₄ = 1.

Когда через обмотку реле проходит ток (х = 1) замыкаются фронтовые контакты, (состояние выходов z ₁= 1, z₃ = 1) и размыкаются тыловые контакты (состояние выходов z₂ = 0, z₄ = 0).

Таким образом, фронтовой контакт является повторителем входного сигнала, а тыловой контакт – инвертором.

Рис. 7. Условное обозначение обмотки реле и его контактов

1.4 Бесконтактные дискретные элементы

Принцип работы бесконтактных дискретных элементов основан на нелинейном изменении их проводимости под влиянием напряжения, тока или магнитного поля, воздействующих на элемент. Например, при подаче на анод полупроводникового диода (рис. 8) напряжения положительной полярности (входной сигнал х = 1), тот его сопротивление составит несколько Омов и он будет открыт. Напряжения на входе и выходе открытого диода примерно равны, поэтому выходной сигнал z = 1.

Рис. 8. Схема дискретного элемента на диоде

При подаче на вход напряжения обратной полярности (входной сигнал х = 0) сопротивление диода станет очень большим, диод закрыт. Напряжение на входе закрытого диода близко к нулю, поэтому выходной сигнал z = 0.

У дискретного элемента, приведенного на рис. 8 состояние выхода повторяет состояние входа. Такие элементы называют повторителями.

Транзисторы в дискретных устройствах используются в режиме переключения. Транзистор может находится в двух состояниях: закрытое, соответствующее максимальному сопротивлению между эмиттером и коллектором, и открытое, при котором сопротивление между эмиттером и коллектором минимальное. Переключение транзистора из одного состояния в другое обеспечивается изменением входного сигнала.

При подаче входного сигнала положительной полярности (х = 1) на базу транзистора n-p-n проводимости (рис. 9, а), сопротивление между коллектором и эмиттером будет минимальное, напряжения источника питания будет приложент к резистору R_К. Выходное напряжение будет примерно равно нулю, поэтому выходной сигнал z = 0. Это схема положительной логики. Она может быть реализована на МОП -транзисторе с индуцированным каналом типа n (рис. 9, б).

У рассмотренных схем на транзисторах наличие сигнала на входе (х = 1) соответствует отсутствию сигнала на выходе (z = 0) и на оборот. Схему, выполняющую такую функцию, называют инвертором.

а б

Рис. 9. Схемы дискретных элементов на транзисторах

В дискретных элементах на транзисторах и диодах отсутствует четкое разделение реагирующих, промежуточных и исполнительных органов.

Ферромагнитный элемент (рис. 10, а) чаще всего используют в качестве элемента памяти. Дискретный элемент представляет собой ферритовое кольцо с тремя обмотками. Материал кольца имеет прямоугольную петлю гистерезиса (рис. 10, б) Одно из направлений намагничивания, вызванное например, положительным импульсом в записывающей обмотке ω1, принимают за положительное + В и считают, что сердечник находится в состоянии 1. Импульс тока другого направления вызовет противоположное, отрицательное, намагничивание –В, что соответствует состоянию 0. Обмотка ω2 является считывающей. Импульсы в ней переводят сердечник в состояние 0. Если в момент поступления считывающего импульса сердечник находится в состоянии 1, в выходной обмотке ω3 появляется импульс тока, т.е. считывается записанная единица. Если сердечник находится в состоянии 0, он остается в этом состоянии и импульса на выходе не будет. При записи 1 в выходной обмотке индуцируется э.д.с. такого направления, что тока на выходе диода не будет. После считывания 1 сердечник переходит в состояние 0, т.е. записанная информация стирается.

Для сохранения информации после считывания применяют специальную схему для перезаписи (регенерации), подающую с задержкой и усилением выходной импульс в записывающую обмотку.

а б

Рис. 10. Схема и кривая намагничивания ферромагнитного дискретного

элемента