книги из ГПНТБ / Автоматическое управление газотурбинными установками

V

П р им еч а н и е. Под нагрузочной способностью элемента понимается максимально допустимая нагрузка, которая может быть Ьодключена к данному элементу без нарушения его нормального функционирования. Если входной ток последующего элемента течет к от­ рицательной шине питания схемы, то такая нагрузка считается последовательной (пл), если на общую шину—параллельной (пр). Под способностью потребления входом элемента понимается, насколько вход данного элемепта способен подгрузить выход предыдущего.

82

Следует отметить ряд особенностей транзисторных логических элементов и схем, построенных на элементах «Логика Т».

1. В связи с тем что транзисторы в элементах работают в клю­ чевом режиме, входные сигналы, поступающие на логические эле­ менты, во избежание ошибок должны быть представлены также только двумя уровнями. Таким образом, при наличии непрерывно изме­ няющегося сигнала, поступающего от какого-либо датчика в логи­ ческую схему, его необходимо предварительно преобразовать в ди­ скретный с помощью релейного элемента (Т202) или нуль-органа

(Т203).

2.Во избежание ложного срабатывания памяти, пересчетных схем, счетчиков (и т. п.), построенных на потенциально-импульсных ячейках, не допускается включать непосредственно в эти цепи датчики дискретных уровней, у которых переходный процесс при срабатывании и отпускании носит колебательный характер (напри­ мер, бесконтактный датчик положения типа КВД-3). В подобных случаях следует применять дополнительные устройства, фильтру­ ющие входной сигнал.

3.В связи с тем что время срабатывания транзисторных логи­ ческих элементов не постоянно и не одинаково даже у элементов одного типа, нельзя рассчитывать на строго одновременную работу логических элементов, возбужденных одним и тем же сигналом. Поэтому, для того чтобы избежать возникновения ложных сигналов, необходимо там, где возможно кратковременное образование лож­ ных цепей, т. е. где вероятны «состязания» сигналов, либо устанавли­ вать задержки сигналов или схемы совпадения, либо синхронизи­ ровать сигналы с помощью генераторов тактовых импульсов.

4.Чтобы не происходило искаяшния информации в полупровод­ никовых элементах, не допускается непосредственного последова­ тельного включения пассивных логических элементов. В таких слу­ чаях между ними следует устанавливать элементы «или—не» (Т101). Исключение из этого правила составляет только один случай — до­

пускается подключение диодной схемы «или» к выходу диодной приставки, реализующей логическую функцию «и».

5. Количество элементов, которое можно подключить к какомулибо элементу, определяется нагрузочной способностью последнего и мощностью, потребляемой входной цепыо элемента нагрузки

(см. табл. III.3).

6.Необходимо учитывать, что транзисторные схемы подвержены импульсным помехам, так как схемы памяти и счетные схемы, стро­ ящиеся на потенциально-импульсных элементах, управляются им­ пульсами.

7.При перерывах (исчезновении и восстановлении) напряже­

ния питания пересчетные схемы и схемы памяти устанавливаются, в произвольное случайное состояние. Чтобы это не приводило к возникновению ложных сигналов и к аварийным ситуациям, не­ обходимо принимать специальные меры, например строить систему таким образом, чтобы при восстановлении питания эти схемы уста­

навливались только в определенное состояние, не вызывающее аварии агрегата.

8. В сложных многоэлементных схемах, которые потребляют значительную мощность от источника питания, необходимо обра­ щать особое внимание на сопротивление общих проводов схемы, так как протекающий по ним ток создает противоположное прираще­ ние напряжениям смещения и питания коллекторных цепей. Это приводит к сужению и без того довольно небольшого допустимого предела изменения напряжения питания элементов.

Интегральные элементы

С развитием космических исследований и расширением исполь­ зования и производства различных счетно-решающих и управляющих цифровых машин возникла проблема миниатюризации полупровод­ никовых логических элементов с одновременным повышением их надежности. В СССР было создано и освоено серийное производство ряда новых систем потенциальных логических элементов, которые предназначены для работы в электронных цифровых вычислитель­ ных машинах (ЭЦВМ) и устройствах дискретной автоматики. К ним относятся так называемые интегральные элементы. Из-за малых размеров их также часто называют микромодульными. Интеграль­ ные элементы представляют собой монолитную структуру, внутри или на поверхности которой в едином технологическом процессе формируются все компоненты электрической схемы. В отечественном приборостроении широкое распространение получила гибридно­ пленочная технология создания микросхем дискретного действия. В качестве активных компонентов в них используются навесные микроминиатюрные полупроводниковые приборы (диоды, транзи­ сторы), монтируемые на подложке. На подложку нанесены (напы­ лены) пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, монтажные соединения) в виде тонких пленок из различных материалов.

Все большее распространение получают также интегральные микросхемы на основе структуры металл — диэлектрик (окисел) — полупроводник (МДП, МОП). Их перспективность основана на ряде важных особенностей, присущих МДП-транзистору, таких как: 1) совместимость технологии изготовления МДП-транзисторов с процессом изготовления интегральных схем; 2) техническая воз­ можность построения схем на базе одного компонента, а именно МДП-транзистора, что позволяет выполнять все элементы интеграль­ ной схемы (резисторы, транзисторы) на единой пластине кремния; 3) высокое входное Сопротивление, малая потребляемая мощность, возможность изменения полярности напряжения между затвором и истоком без шунтирования источника; 4) технологическая выпол­ нимость высокой степени интеграции при низкой стоимости, что обусловлено малой площадью, занимаемой МДП-траизистором на поверхности полупроводниковой пластины, и относительной просто­ той технологии.

84

Недостатком современных МДП-транзисторов являются сравни­ тельно низкие граничные частоты. Поэтому схемы на основе МДПтранзисторов целесообразно использовать в системах, где не тре­ буется высокого быстродействия, но которые должны обладать высокой надежностью, малой .потребляемой мощностью и низкой

Рис. III .10- К объяснению принципа действия МДП-транзистора.

а — поперечное сечение МДП-тран8истора; вольт-амперные характеристики МДП-транзистора: б — с обогащением, в — с обеднением.

электрод — затвор МДП-транзистора — управляет проводимостью канала, соединяющего две области р+-типа (исток и сток). Причем ток в канале зависит от разности напряжения между затвором и одним из электродов (истоком) и от величины напряжения, приложенного к стоку, по отношению к истоку. В зависимости от типа проводи­ мости и концентрации примеси в канале различают транзисторы с обогащенным и обедненным каналами. Семейство выходных харак-

. теристик для таких транзисторов изображено соответственно на рис. 10, б, в. Входное сопротивление МДП-транзистора определяется утечкой диэлектрика и может составлять сотни и тысячи мегом. Таким образом, вход такого транзистора практически не нагружает

зпредыдущий каскад, что позволяет просто согласовывать схемы друг с другом.

Внастоящее время номенклатура интегральных элементов до­ вольно широка и они производятся во все возрастающих количествах.

Втабл. III.4 для ознакомления приведены основные характери­ стики нескольких серий полупроводниковых микросхем.

85

86

Будучи полупроводниковыми, интегральные элементы обладают практически теми же свойствами, особенностями, достоинствами и недостатками, которые присущи описанным элементам «Логика Т». Вместе с тем, характеризуя микроминиатюрные логические элементы в целом, можно сказать, что по сравнению с элементами «Логика Т»

( они могут работать в более широком диапазоне температур (от —60

В заключение следует отметить основные достоинства и недостатки микромодульных элементов, которые проявляются при применении их в схемах промышленной автоматики.

К достоинствам в первую очередь следует отнести:

1) высокую надежность работы (вероятность безотказной работы X = 3 • ІО-8 1/ч); 2) малые потребляемые мощности, что значительно упрощает решение вопросов, связанных с обеспечением питания схем; 3) малые размеры, что упрощает борьбу с помехами в производ­ ственных условиях и позволяет строить сложные многоэлементные схемы, занимающие небольшие объемы. Это обстоятельство имеет значение и при решении вопросов централизованного управления на компрессорной станции.

Из недостатков серий интегральных элементов необходимо ука­ зать: 1) отсутствие предназначенных для них типовых усилителей мощности; кроме того, сравнительно низкие напряжения питания элементов большинства серий и малая выходная мощность затруд­ няют использование тиристорных выходных усилителей; 2) необхо­ димость в ряде случаев связующих элементов между датчиками и логической схемой; 3) усложнение контроля «земли» на шипах питания в связи с малыми токами управления; 4) отсутствие в сериях микромодулей потенциально-импульсных элементов, что приводит к увеличению количества элементов, используемых при построении различных пересчетных схем.

Однако, несмотря на указанные недостатки, использование инте­ гральных элементов для построения схем автоматики представляется перспективным. Это определяется в первую очередь высокой надеж­ ностью и малыми размерами интегральных схем, стоимость которых должна в будущем резко снизиться благодаря возможности полной автоматизации их производства, чего нельзя ожидать для элементов, содержащих, например, сердечники с обмотками.

Магнитно-диодные логические элементы

Логические элементы этого типа относятся к устройствам ключе­ вого режима и по схеме представляют собой однополупериодный быстродействующий магнитный усилитель Рейми с диодной раз­ вязкой. Для автоматизации промышленных установок и техноло­

88