книги из ГПНТБ / Электронные устройства релейной защиты и автоматики в системах тягового энергоснабжения

нее исследуемой помехи в качестве чувствительного элемента при­ менен микропленочный элемент, на транзисторах Т2 и ТЗ (рис. 40) которого собран триггер. Транзистор Т2 является усилителем. При поступлении отрицательной помехи на его базу через рези­ стор R триггер срабатывает (транзистор Т2 закрывается, ТЗ от­ крывается), открывается транзистор Т1 усилителя, подтягивает якорь реле Р1 и своим контактом запускает транзисторную линию задержки (Т5 и Тб). Спустя время ti = 0,7RiCi кратковременно от­ крывается транзистор Т7, срабатывает реле Р2 и переключает триг­ гер в исходное состояние. Время t\ должно быть достаточным для срабатывания электромеханического счетчика Сч, фиксирующего число срабатываний триггера. К триггеру и усилителю 77 подводят питание от отдельного изолированного источника, чтобы исключить другие возможные пути проникновения помехи, кроме входной цепи а. Для этой же цели триггер с помощью малогабаритного безъякорного реле Р1 гальванически развязан с регистрирующим счетчиком и схемой управления им. Меняя параметры резистора R и конденсатора С, можно задавать определенные амплитуды и длительности помех, на которые будет реагировать триггер.

С помощью этого устройства были исследованы помехи, соз­ даваемые различными источниками в разных условиях. Источни­ ком помех служила индуктивность, включаемая на переменное си­ нусоидальное напряжение и на постоянное напряжение 110В, реле КДР, РКН и др.

Амплитуда эквивалентной помехи (в виде прямоугольного им­ пульса) достигала нескольких сотен вольт при длительности, рав­ ной нескольким единицам или десяткам микросекунд (рис. 41). Наблюдение же за реальной помехой показывает, что амплитуда и длительность ее могут быть и значительно большими (при одина­ ковом эквивалентном воздействии). Так, при коммутации реле РКН с сопротивлением обмотки 600 Ом на напряжение 24В в слу­ чае однопроводной системы связи с реле и однопроводной иссле-

70

входных и выходных цепях аппаратуры необходимо осуществлять гальваническую развязку с помощью контактов, полупроводнико­ вых свето- и фотоприборов (оптронов) либо с помощью трансфор­ маторных связей. Последние, однако, не исключают полностью проникновение помехи в аппаратуру вследствие наличия емкостных связей между первичными и вторичными обмотками. При емкости между первичной и вторичной обмотками несколько десятков пикафарад проникающая доля помехи оказывается уже значительной.

Наиболее перспективным кажется использование оптронов, в которых гальваническая развязка осуществляется через световой канал. В аппаратуре «Сейма», «Миасс», «Лисна» гальваническая развязка осуществляется с помощью герконов и магнитных сердеч­ ников с ППГ. Для питания входных устройств, цепей датчиков и выходных устройств предусмотрен отдельный источник, гальва­ нически развязанный с источником питания логической части.

§17. Процессы переключения транзисторов

впомехоустойчивых схемах

с интегрирующими конденсаторами

Одно из важнейших мероприятий повышения помехоустойчиво­ сти систем ЭСА и ТУ — разработка помехоустойчивых транзистор­ ных элементов с порогами срабатывания по амплитуде и длитель­ ности. Порог срабатывания по амплитуде позволяет повысить помехоустойчивость по отношению к схемным импульсным и стати­ ческим помехам (см. главу II). Порог срабатывания по длительно­ сти повышает импульсную помехоустойчивость. Остановимся на способах создания порога, срабатывания по длительности.

В транзисторных схемах наиболее удобно для замедления сра­ батывания использовать различные схемы с конденсаторами. Про­ цесс открытия транзистора с конденсатором в цепи базы (рис. 42)

можно разбить на три этапа: от момента поступления на вход сиг­ нала Е с до момента достижения напряжением базы Uб0 (первый этап), далее до момента насыщения транзистора (второй) и затем

72

Рис. 42. Включение интегрирующего конденсатора в цепь базы транзистора (а), эквивалентные схемы (б, в, г) и диаграмма процесса переключения (д)

Первый этап заканчивается, когда напряжение на конденсаторе Uc(t)— — U во. Решая для этого момента уравнение (109) относитель­ но t = tlQ, получим

Uc (t) = ib ( 0 бвх- r t f 6o!

Eк = / к н Rn = бн Rh,

где гвх — дифференциальное входное сопротивление перехода базаэмиттер.

73

Решая систему уравнений относительно ie, найдем

гб( 0 = л (

где

Транзистор насыщается, когда ток базы достигнет величины /б(0 = = — /бн = ~ д КН ■ Время переходного процесса открытия транзистора

В дальнейшем базовый ток продолжает возрастать по экспонен­ циальному закону и достигает максимального значения /бт= Л . Однако ток коллектора при этом уже не изменяется.

При исчезновении входного импульса либо при подаче положи­ тельного импульса процесс идет в обратном направлении. Кон­ денсатор, предварительно заряженный до напряжения — U§m (точ­ ка 4 на диаграмме рис. 42, д), начинает разряжаться. Когда на­ пряжение на нем достигнет — UбН (точка 5), транзистор выходит на границу насыщения. При напряжении на базе— Uб0 транзистор закроется (точка 6). По аналогии с рассмотренным нетрудно уста­ новить, что базовый ток будет изменяться в соответствии с выра­ жением

74

Так как транзистор начинает закрываться при снижении тока ба­ зы до /бн = -g- (точка 5 на рис. 42, д), то время t13 от начала

(отрезок 2'—3') и спад (5'—6') импульса достаточно круты, что имеет важное значение для работы совместно с таким инвертором

понижается до —■Uб0; второй — транзистор из режима отсечки пе­ реходит в режим насыщения; третий этап — продолжается нара­ стание базового тока до максимальной величины I'бН (или напря­ жения на базе до — U'бн, рис. 43, б).

Первому этапу соответствует следующая система уравнений (см.

рис. 43):

/с —/см + ic (/) = 0;

75

Рис. 43. Включение интегрирующего конденсатора в цепь отрицательной обрат­ ной связи транзистора (а), эквивалентные схемы (б, в, г) и диаграмма рабо­ ты (д)

Ре'иая систему уравнений относительно ис(0» получим

( 122)

Первый этап заканчивается тогда, когда напряжение на базе до­ стигнет Uб0. При этом

— U во = — Ек -г Uc(t) + ic(t) R h,

Решая уравнение относительно tl0, получим

При всех значениях R u > 0 возможно t10 = 0 (т. е. задержка на первом этапе отсутствует полностью), если

76

Во всех других случаях при тех же значениях т задержка на первом этапе в этой схеме меньше, чем в схеме рис. 42, а.

Переключение транзистора на втором этапе (от точки 2 до 3, рис. 43, д) в соответствии с эквивалентной схемой рис. 43, в описы­ вается системой уравнений:

Послеоткрытия транзистора продолжает увеличиваться базо­ вый ток. Напряжение на коллекторе при UK( t ) = 0. Поэтому на этом этапе (от точки 3 до 4, рис. 43, (9), процесс аналогичен рас­ смотренному для схемы рис. 42, а. Процесс закрытия транзистора

£CMRz

Uc = Uc (0) - Uc = - U6o - Eк

■Rc+ /?CM

7 T

= С (^ с+^ “ 4 R e) ■ Необходимо учитывать, что обратная связь дей­

ствует только в момент, когда рабочая точка находится в активной зоне.

При открытом и закрытом транзисторах интегрирующие свой­ ства конденсатора практически незначительны и транзистор под действием помехи легко переходит в активную зону. Этого может

воздействии помехи на коллектор закрытого транзистора. Напря­ жение помехи через конденсатор связи поступает на базу транзи­ стора и при отрицательной полуволне приоткрывает его. При по­ ложительной полуволне вследствие эффекта рассасывания носите­ лей в базе и действия отрицательной обратной связи транзистор полностью закрыться не успевает. Происходит выпрямление, сгла­

добная обратная связь существует также вследствие диффузион­ ной емкости коллектор — база, что является причиной воздействия помехи на схему не только через входные, но и через выходную коллекторную цепь.

Для повышения помехоустойчивости схемы по цепи коллектора целесообразно, кроме конденсатора в цепи база — эмиттер, уста­ навливать конденсатор в цепи коллектор — эмиттер. Такой кон­ денсатор уменьшает амплитуду помехи прежде чем она через цепь ■отрицательной обратной связи (диффузионная емкость коллектор­ ного перехода) попадет на базу транзистора.

Экспериментальные исследования схем с шунтирующими кон­ денсаторами в коллекторных и базовых цепях показывают, что они имеют большую помехоустойчивость, чем схемы с конденсато­ ром в цепи обратной связи (при равных задержках сигналов).

Для транзисторной схемы с заземленным эмиттером и интег­ рирующими конденсаторами, включенными параллельно с перево­ дом база—эмиттер и коллектор—эмиттер задержка, вносимая вход­ ным конденсатором, определена ранее, а задержку, вносимую вы-

78

Рис44. Включение интегрирующих конденсаторов одновременно в коллекторной и базовой цепях (а), эквивалентные схемы (б, в) и диаграмма переключе­ ния (г)

ходным конденсатором, можно определить, .пользуясь эквивалент­ ной схемой рис. 44.

В данном случае транзистор является генератором тока iK(7), который меняется по закону, описываемому формулой (122). Для удобства дальнейших преобразований эквивалентную схему рис. 44, б можно привести к виду рис. 44, в. Если пренебречь от­ сечкой базового тока, то можно записать

ГДе / к т — ^ б т В .

Тогда для схемы рис. 44, в

Для определения закона изменения выходного напряжения схемы воспользуемся интегралом Дюамеля, который приведем к виду

торе в схеме рис. 44, в в момент t при включении в момент х еди­ ничного постоянного напряжения. Можно показать, что

t —x

V(t — x)= 1 — е ,

где т, = Ск R н

7 9