книги из ГПНТБ / Катков, Ф. А. Телемеханика учеб. пособие

костями. Максимальное количество комбинаций при К = 1 получается для частотно-временного кода на все сочетания:

При пв — 1 частотно-комбинационно-распределительный метод избирания преобразуется в частотно-комбинационный, а при пгч = 1 — в распределительно-комбинационный.

Таблица 11

Комбинации сменнокачественного временного кода на сочетания и размещения при К = 4 н п 0. = 2

Большое применение получил сменнопосылочный код на сочетания, обладающий свойством самораспределеиия. Для этого кода

90

на выходе усилителя Ух двухчастотные комбинации первых посылок*

Последовательность передачи посылок задается мультивибратором МВ, который последовательно во времени выдает импульсы с выходов I и 2. При замыкании контактов любого из ключей управления импульсы

91

последовательно во времени поступают на соответствующие входы кодеров К[ и К2-

На приемной стороне декодер ДКХдекодирует первую и вторую посылки кодовой комбинации. Он имеет 4 входа и 6 выходов. Деко­ дер ДК2 декодирует комбинации посылок. Он имеет 6 входов и 15 выходов.

При поступлении посылок кодовой комбинации из линии связи ЛС воздействие с выхода приемников частотных сигналов ПЧСХ— ПЧС4 передается на 4 входа декодера ДКц в результате чего срабатывают элементы кратковременного запоминания ЗЭ1—ЗЭ6, вы­ полненные, например, в виде одновибраторов. С выхода запоминающих элементов воздействие передается на входы декодера ДК2 и срабатыва­ ет одно из реле управления РУХ—РУ15, включающее или отключаю­ щее избранный объект управления.

Г л а в а 4. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ УСТРОЙСТВ ТУ—ТС

4.1.БЕСКОНТАКТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Кбесконтактным элементам и схемам, применяемым в устройствах ТУ—ТС, относятся диоды, транзисторы, магнитные элементы с пря­ моугольной петлей гистерезиса (ППГ), модули и специальные комплек­ сы субблоков, а также интегральные микросхемы.

Вустройствах ТУ—ТС диоды используются для построения логи­ ческих схем, кодирующих и декодирующих узлов, а также как вспо­ могательные элементы вентильного действия.

Транзисторы используются в усилительных, ключевых, логиче­

ских, триггерных схемах, распределителях и генераторах импульсов и синусоидальных колебаний.

Магнитные элементы с ППГ выполняются на тороидальных сердеч­ никах из магнитных материалов, петля гистерезиса которых имеет высокую степень прямоугольное™. Прямоугольность петли оценива­ ется отношением остаточной магнитной индукции Вг к максимальной индукции Вт, вызывающей магнитное насыщение материала:

Величина рп для ППГ лежит в пределах 0,85—0,95. Сердечники магнитных элементов с ППГ бывают двух видов: ленточные (из фер­ ромагнитных сплавов) и прессованные (ферритовые). Наиболее часто применяются ферритовые торроидальные сердечники, имеющие внеш­ ний диаметр от 10 до 1,4 мм и внутренний — от 5 до 1 мм.

4.2. СХЕМЫ НА МАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

На сердечнике магнитного элемента с ППГ помещаются две основ­ ные обмотки — входная (управления) давх и выходная (нагрузочная)

даВых (рис. 4.1, а).

92

В зависимости от направления предварительного намагничивания первоначальное магнитное состояние сердечника (рис. 4.1, б) соответ­ ствует точке 1 или 0. Допустим, что оно характеризуется точкой 1 (сердечник перемагничен вверх). Если в момент времени ^ (рис. 4.1, б) в обмотйу управления wBX подать импульс тока положительной по­ лярности и такой величины, чтобы сердечник перемагнитился вниз, то его состояние будет характеризоваться точкой 0'. При этом, бла­ годаря изменению магнитного потока в сердечнике, в выходной обмот­ ке wBblx наведется э. д. с. и через нагрузку Дн пройдет рабочий импульс

а!бх

/2 точка, характеризующая магнитное состояние сердечника, перемес­ тится в положение 0, а в выходной обмотке тшх возникнет импульс тока отрицательной полярности 2.

При поступлении в обмотку управления повторного импульса с положительной полярностью аналогичные импульсы (3 и 4) возник­ нут в моменты времени t3 и /4. Если во входную обмотку taw подать теперь импульс отрицательной полярности, то сердечник снова пере­ магнитится вверх и на выходе в моменты времени t5 и /в будут получе­ ны импульсы 5 и 6.

Импульсы 2, 3, 4 и 6 с меньшей амплитудой и длительностью, чем рабочие импульсы 1 и 5, получаются без перемагничивания сердечника за счет не совсем прямоугольной гистерезисной петли его материала. Эти импульсы в схемах, содержащих магнитные элементы с ППГ, иметь нежелательно. Соотношение амплитуд между рабочими и неже­ лательными (паразитными) импульсами определяется степенью пря­ моугольное™ гистерезисной петли материала сердечника.

Длительность паразитных импульсов намного меньше, чем рабочих. Это обусловлено малой магнитной проницаемостью материала на поло­ гих участках характеристики сердечника, благодаря чему индуктив­ ность обмотки wBX и постоянная времени ее цепи получаются незначи­ тельными. Так как количество электричества, переносимое импульсом, пропорционально его площади, то в паразитных импульсах намного меньше электричества, чем в рабочих импульсах.

93

Схемы, устраняющие паразитные импульсы. Магнитные элементы с ППГ, как правило, управляются однополярными импульсами, поэто­ му паразитные импульсы с противоположной полярностью по отноше­

Предположим, что в исходном состоянии сердечник / переключен вверх, а сердечник II — вниз. Сдвигающий импульс, подаваемый

Рис. 4.2. Схемы, устраняющие паразитные импульсы:

а — с конденсатором н диодами; 6 — с гтротивопаразитным сердечником.

рабочий импульс, который через диод Д х заряжает конденсатор С. После разряда конденсатора С через резистор R и входную обмотку

швх сердечник II перемагничивается вверх.

Последующий сдвигающий импульс перемагничивает второй сер­ дечник вниз. Положительный импульс, который возникает на выходе сердечника II, поступает на вход следующей ячейки. Одновременно,

под воздействием сдвигающего импульса в выходной обмотке м/оых появляется паразитный импульс положительной полярности, который проходит через диод Дх и конденсатор С. Поскольку в этом импульсе намного меньше электричества, чем в рабочем, то конденсатор С заря­ жается незначительно. Последующий разряд конденсатора С на об­

мотку да'вх происходит при токе, значительно меньшем, чем требуется для перемагничивания сердечника I I .

Диод Д2 и резистор R предотвращают возможность воздействия сердечника II на сердечник I при перемагничивании вниз от сдвигаю­ щих импульсов. При этом импульс, который появляется в обмотке

Шщ, проходит через резистор R и диод Д 2, минуя обмотку ге/вых. Практически полная компенсация паразитных импульсов по­

94

Сдвигающие импульсы, подаваемые на клеммы /, 2, стремятся пере­ магнитить сердечники вниз, а импульсы, подаваемые во входную об­ мотку wm сердечника /, перемагннчивают его вверх.

Когда основной сердечник I будет перемагничен вниз, то возни­ кающие под действием сдвигающих импульсов паразитные э. д. с.

в выходных обмотках щвых и wBbiX взаимно скомпенсируются, а когда ои перемагнитится вверх, то в выходной обмотке ауВЬІХпоявится э. д. с.

Рис. 4.3. Феррит-транзисторные схемы:

а — простая; б — е положительной обратной связью.

намного большей величины, чем паразитная э. д. с. в обмотке Довью и импульс тока пройдет через нагрузку Дн.

Феррит-транзисторные схемы. Для уменьшения мощности управля­ ющих импульсов магнитные элементы с ППГ часто используются в схемах совместно с транзисторами. Благодаря уменьшению коли­ чества диодов, конденсаторов и резисторов сами схемы при этом значи­ тельно упрощаются.

Наиболее простая феррит-транзисторная схема изображена на рис. 4.3, а. При перемагничивании сердечника на базу транзистора подается отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, тран­ зистор открывается и через нагрузки RHl и RUi в коллекторной цепи проходит импульс тока, усиленный транзистором.

Паразитный импульс обратной полярности запирает транзистор, и ток через нагрузку не проходит. С нагрузки R,,, снимается положи­ тельный импульс, а с нагрузки RUl — отрицательный. Длительность импульсов пропорциональна числу витков выходной обмотки давых.

стояний проницаемость магнитного материала мала и усиление в цепи обмотки обратной связи w0.c меньше единицы. На изгибе кривой пет­ ли гистерезиса магнитная проницаемость высокая и усиление в цепи обмотки обратной связи больше единицы. Насыщение сердечника осуществляется коллекторным током транзистора. Напряженность поля, необходимая для перемагничивания сердечника, будет несколько больше, чем величина коэрцитивной силы # с, тогда как в простой схе­ ме (рис. 4.3, а) для полного перемагничивания сердечника требуется

ЛС

95

пей движения распределителей в бесконтактных устройствах ТУ—ТС с временным разделением импульсов, применяется феррорезонансный формирователь импульсов, преобразую­

схему, сердечник перемагничивается. До насыщения сердечника почти все напряжение U приложено к обмотке дросселя Др и ток в цепи незначителен. В момент насыщения сердечника падение напря­ жения на обмотке дросселя резко уменьшается и ток в цепи нагрузки

г„ скачком увеличивается. Затем ток уменьшается до нуля приблизи­ тельно по экспоненциальному закону с малой постоянной времени. На следующем полупериоде конденсатор заряжается в обратном на­

правлении и импульс тока замыкается через нагрузку г”,.

4.3. СХЕМЫ НА ДИОДАХ И ТРАНЗИСТОРАХ

Ключи. Важнейшими элементами устройств телемеханики являют­ ся бесконтактные ключи, которые предназначены для коммутации раз­ личных цепей управления под воздействием входных сигналов. Ключ может находиться в одном из двух положений: замкнутом или разомк­ нутом. Когда ключ замкнут, сигнал проходит к нагрузке, а когда ра­ зомкнут, не проходит к ней.

Основные требования, предъявляемые к ключам: малое внутреннее сопротивление во включенном состоянии и максимальное — при вы­ ключенном; высокая скорость перехода ключа из одного состояния в другое (быстродействие); неискажение формы сигнала; стабильность уровней управления — уровней, при которых происходит переклю­ чение ключа.

Простейшим является диодно-резисторный ключ (рис. 4.5, а). Он управляется перепадами напряжения управления £/упр, принимаю­ щего два уровня. При поступлении на управляющий вход положи­ тельного потенциала ключ заперт, а при поступлении нулевого — открыт.

В транзисторных ключах могут ^пользоваться все основные схемы включения транзистора: с общим эмиттером, общей базой и общим

96

коллектором. Ключи с общим эмиттером (рис. 4.5, б) получили наи­ большее распространение.

В таком ключе при подаче управляющего сигнала отрицательной полярности \Jупр на вход управления транзистор Т находится в насы­ щенном режиме и полностью открыт. На выходе будет потенциал, близкий к нулевому. В отсутствии £/упр транзистор закрыт, так как на его базу в этом случае с делителя R^R^ поступает положительный потенциал. На выходе будет отрицательный потенциал. В таком ключе происходит инвертирование управляющего сигнала.

Р и с . 4 . 5 . С х е м ы к л ю ч е й :

а — днодно-резисторного; 6 — транзисторного; в — транзисторного для коммутации час­ тотных сигналов.

Для коммутации частотных сигналов и сигналов постоянного тока или напряжения могут использоваться как диодные, так и транзистор­ ные ключи. Схема одного из таких ключей изображена на рис. 4.5, в. В этом ключе использована способность транзистора проводить пере­ менный ток без постоянной составляющей, что является важным пре­ имуществом по сравнению с другими частотными ключами, так как при этом устраняются помехи от перезаряда разделительного конден­ сатора.

Чтобы транзистор пропускал переменный ток, к его базе достаточно приложить отрицательный потенциал относительно эмиттера. Этот потенциал создаст насыщение при любом из мгновенных значений переменного тока.

Особенность данной схемы заключается в том, что для полупериодов тока положительного направления транзистор Т работает как диод. Для полупериодов с отрицательным направлением он обеспечи­ вает жесткую связь. Это нарушает симметрию между скоростями заря­ да и разряда конденсатора связи с нагрузкой и может вызвать нелиней­ ные искажения. Для избежания последних применено инверсное вклю­ чение транзистора Т, при котором коэффициент усиления по току равен единице.

Напряжение управления £/упр, поступающее на диод Д, изменяет­ ся релейно. Чтобы транзистор Т надежно запирался нулевым потен­ циалом при любом из значений коммутируемого сигнала, в схеме ключа предусмотрено смещение, подаваемое на коллектор транзистора с де­ лителя RxRi через R3. Коммутируемый сигнал поступает на транзис­ тор Т через разделительный конденсатор Сх и R 3. Уровень сигнала

регулируется путем перемещения ползунка потенциометра Дл. Резис­ тор Ri устанавливает ток базы, необходимый для полного отпирания ключа. Диод Д является развязывающим элементом, устраняющим влияние сопротивления выхода управляющего узла па работу ключа. Сигнал с эмиттера снимается через разделительный конденсатор Са.

Триггер на транзисторах. В схеме триггера (рис. 4.6, а) один транзистор всегда открыт, а другой — закрыт. Например, если левый транзистор Тх открыт, то потенциал его коллектора близок к нулю,

и с делителя напряжения RiR-2 на базу транзистора Т2 подается поло­ жительный потенциал, который закрывает этот транзистор. С другой

Р и с . 4 . 6 . С х е м ы т р и г г е р о в :

а — простого; б — с диодными свя зям и.

стороны, напряжение с коллектора закрытого транзистора Т2, почти равное отрицательному напряжению источника питания Ек, через дели­

тель R \R i поступает на базу транзистора Тх и надежно открывает его. Для перехода схемы в другое устойчивое состояние на базу за­ крытого транзистора необходимо подать короткий отрицательный

импульс или на базу открытого — положительный импульс.

При управлении триггером с помощью коротких импульсов парал­

лельно резисторам R\ и R\ рекомендуется включить конденсаторы С' и С", повышающие быстродействие и чувствительность схемы.

Нагрузки Ra и Ra подключаются так, как показано на рис. 4.6, а. Триггерная схема рис. 4.6, а может работать и без дополнительного напряжения смещения £/см, однако температурная стабилизация такого триггера затруднительна.

В качестве бесконтактного выходного реле в устройствах ТУ—ТС применяется триггер на транзисторах с диодными связями, схема которого изображена на рис. 4.6, б. В этой схеме, благодаря диодам

Dg и De, ток базы открытого транзистора не замыкается через нагрузку R„ закрытого транзистора, а протекает по резисторам Rc и Rj, чем обеспечивается полный перепад напряжения на выходах, близкий к напряжению источника питания. При использовании мощных тран­ зисторов нагрузками коллекторных цепей являются промежуточные реле или сигнальные коммутаторные лампы.

Мультивибратор на транзисторах. В качестве генератора колеба­ ний прямоугольной формы используется мультивибратор на транзир-

98

торах, схема которого изображена на рис. 4.7, а. Поскольку схема симметрична, то можно предположить, что после включения источни­ ка питания на одноименных электродах транзисторов установятся одинаковые потенциалы, и схема уравновесится. Однако это состоя­ ние будет неустойчивым, так как неизбежно появление некоторой несимметрии, например, из-за флуктуаций.

Допустим, что коллекторный ток транзистора Тх получил прира­ щение и напряжение на его коллекторе понизилось. Тогда конденса­ тор С' начнет разряжаться через коллекторную цепь транзистора Тх и переход эмиттер — база транзистора Т2. Поскольку при этом разряд

в — форма импульоов на нагрузке.

конденсатора С будет проходить через переход эмиттер — база тран­ зистора Т2 в запирающем направлении, то коллекторный ток его умень­ шится, а напряжение на коллекторе возрастет. Вследствие этого кон­ денсатор С" начнет заряжаться через открытый переход база — эмит­ тер транзистора Тх, токи базы и коллектора транзистора Тх возрастут и он еще более отопрется.

Процесс развивается лавинообразно, и в конце его транзистор Tj окажется открытым, а транзистор Т2 — закрытым. При этом напря­ жение на коллекторе транзистора Тх будет минимальным, а на коллекто­ ре транзистора Т2 — почти равным напряжению источника питания Ек.

Схема остается в таком состоянии до тех пор, пока происходит разряд конденсатора С'. По мере уменьшения напряжения на конден­ саторе С' ток его разряда уменьшается и транзистор Т2 постепенно открывается.

Одновременно уменьшается и ток заряда конденсатора С-, что приводит к закрыванию транзистора Тх. В результате схема перехо­ дит в другое состояние, при котором транзистор Тх закрыт, а транзис­

(рис. 4.7, б), в которой температурная стабилизация частоты колеба­ ний обеспечивается с помощью стабилизирующего германиевого плос­

костного диода Д и резисторов Ra и Ra.