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

Так как

цендентное уравнение общего решения относительно t не имеет. По­

Поэтому

И (*) = U т .1 — -Г ~ ~ j е

где Т = tj = ~2-

Приближенное решение этого трансцендентного уравнения можно

u(t) = u m[%-,-£)■

Следует отметить, что ток коллектора транзистора изменяется по экспоненте только в частном случае, когда отсутствует насыще­ ние и отсечка коллекторного тока. Практически форма коллектор­ ного тока (напряжения) представлена отрезком экспоненты, ко­ торый приближенно может быть экстраполирован прямой с на­ клоном касательной к экспоненте базового тока в точке 2 отсечки *ю или при выходе из насыщения ti3 (точка 5, рис. 44, г). Так. для схемы 44, в

81

происходит свободный заряд конденсатора Ск через резистор /?„ Постоянная заряда при этом х = CKR H, а время

§ 18. Транзисторные схемы повышенной помехоустойчивости

Элемент И-НЕ (И-ИЛИ-НЕ с внешними диодными приставка­ ми) повышенной помехоустойчивости (рис. 45) системы элемен­ тов «Сейма» имеет два интегрирующих конденсатора в базовой и коллекторной цепях. Процессы в нем в принципе аналогичны рас­ смотренным для инвертора с резисторной связью. Некоторые отли­ чия имеют место лишь для цепи базы. Здесь выражение для uc(t) можно представить в виде

откуда

82

закрыты до момента, пока напряжение на них вследствие разряда конденсатора в цепи базы не достигнет величины 2НДК, т. е., пола­ гая, что динамическое сопротивление диодов Д к гяк^>гвх, то за­ держки tl3 и tzз могут быть определены с помощью выражений (117) и (119) для инвертора с резисторной связью.

Задержки, вносимые конденсатором коллекторной цепи, также аналогичны соответствующим задержкам в инверторе с резистор­ ной связью.

Следует отметить, что при включении конденсаторов Ск в мо­ мент переключения ток коллектора может превысить допустимый. Этого, однако, не произойдет, если правильно выбрано соотноше­ ние между величиной и скоростью нарастания тока в базовой це­ пи и емкостью Ск.

Закон изменения тока в базовой цепи (при наличии конденса­ тора Сб) может быть представлен экспонентой, либо ее отрезком. Точное решение задачи в этом случае приводит к трансцендент­ ному уравнению, не разрешимому в общем виде. Примем для уп­ рощения закон изменения тока базы в пределах х\ линейным. При

83

= Uк = Ек, получим т = ] / " ~д’к . Наибольшее значение тока КОЛ- лектора при этом

так как реальный процесс нарастания тока в базе отличается от линейного. Правильно выбрав входящие в это выражение величи­

(рис. 46), каждый из которых содержит конденсаторы в коллек­ торной и базовой цепях. Однако процесс переключения инверторов в триггере несколько отличается от переключения отдельного ин­ вертора, так как инверторы в триггере взаимосвязаны.

При запуске положительным импульсом, поступающим на базу открытого транзистора, первоначально базовое напряжение умень­

Рис. 46. Триггер повышенной помехоустойчивости (а) и диаграмма его пере­ ключения (б)

84

На втором этапе транзистор 77 выходит из насыщения и на­ чинает закрываться. Одновременно начинает понижаться потен­ циал на базе транзистора Т2. Этот этап (7)0) заканчивается, когда

напряжение на конденсаторе (на базе транзистора) достигнет ве­ личины — U6o.

Процесс изменения напряжения на коллекторе транзистора, как было показано, не является строго экспоненциальным. Получить точное аналитическое выражение, характеризующее процесс от­ носительно времени переключения, невозможно вследствие нераз­ решимости сложных трансцендентных уравнений. Для упрощения задачи экстраполируем процесс на коллекторе транзистора экспо­ ненциальным, приняв за критерий эквивалентности равенство вре­ мен закрытия транзистора Пз=П (полагая Пз>7зз). Для реаль­ ного процесса на основании выражения (141)

Тогда, рассматривая процесс включения базовой цепи на экспо­ ненциальное напряжение, можно определить время По как

Для триггера обычно У —2-Д 6.

8 5

Значения т6о, тк, тбз и S' вычислены при /?с = 1,8 кОм; /?к =

=4,3 кОм; /?см = 9,1 кОм, Ск = 6,8 кФ, Сб = 10 нФ;

Аналогично время t2o (см. рис. 46) можно определить как

Постоянная времени т' базовой цепи транзитора Т2 в активной зоне зависит как от хб0, так и от тк. Практически т б 0 < т к . Тогда

переключения реального ненагружезного триггера ТГ-4К показывает,

что Л<п = 13 мкс при Пз = 2 мкс; <13+<ю = 10 мкс, <ю = 8 мкс; t2o = = 3 мкс. Как видим, точность вычисления приемлемая.

Более высокую помехоустойчивость при той же предельной ско­ рости переключения можно обеспечить в триггере с диодной свя­ зью (рис. 47). Здесь диоды связи закрываются при относительно небольшом изменении напряжения на коллекторе относительно ну­ ля. Так, практически диоды связи закрываются в случае пониже­ ния его до —2 ч- —ЗВ. При этом ток в базе второго транзистора до­ стигает максимума. Поэтому задержка, вносимая конденсатором

86

место при емкости конденсаторов Ск = Сб = 0,05 мкФ. Как видим,, примерно такая же задержка, как в триггере ТГ-4К достигается при существенно больших емкостях конденсаторов.

§ 19. Улучшенные схемы счетных входов для помехоустойчивых триггеров

В связи с увеличением времени переключения помехоустойчи­ вого триггера возникает необходимость улучшения импульсно-по­ тенциальной схемы счетного входа и ее параметров с целью дости жения большего частотного предела работы. Подобной проблемы в низкочастотных непомехоустойчивых схемах не возникало, так как эффективность даже простейших схем обеспечивала необходи­ мое быстродействие.

На рис. 48 представлено пять различных схем счетного запуска триггера, выполненных с помощью емкостных импульсно-потен­ циальных схем. Все схемы предназначены для запуска импульсами

с ^ - > 0 (с положительным перепадом).

Схемы рис. 48, а и б очень критичны к длительности пускового импульса. В схеме а пусковой импульс поступает одновременно на оба входа триггера, что препятствует его перебросу. Если же дли­ тельность входного импульса (сформированного конденсатором С) превысит время разряда опрокидывающих конденсаторов С0, то оба транзистора триггера могут одновременно закрыться и пос­ ле окончания пускового импульса триггер остановится в случайном положении.

В схеме б с запуском на коллектор диод со стороны открытого транзистора закрыт некоторым отрицательным потенциалом точки а и импульс в первый момент поступает только на коллектор

87

закрытого транзистора. Однако, как только открытый транзистор начинает закрываться, пусковой импульс поступает сразу на оба транзистора (если пусковой импульс еще не окончился). В резуль­ тате триггер, как и в предыдущем случае, может установиться в случайное положение. Эти причины снижают как надежность, так

ичастотный предел работы схемы.

Всхеме в пусковой импульс поступает всегда только на базу открытого транзистора триггера и работа схемы не зависит от дли­ тельности пускового импульса. Однако токи разряда и заряда кон­ денсатора проходят через резистор RK, создавая ток со стороны закрытого транзистора триггера.

Нагрузка со стороны закрытого транзистора является нежела­

тельной, так как значительно снижает нагрузочную способность триггера (см. главу II). Для уменьшения этого приходится зна­ чительно увеличивать сопротивления R, что в свою очередь сни­ жает частотный предел схемы.

Схема рис. 48, г была разработана для устройств телеуправ­ ления БНТУ-58 и БСТ-59, а позднее применена в системе элемен­ тов ДТЛ-62 и «Сейма» (модуль ФС), однако вследствие относи­ тельной сложности схема использовалась только для образования раздельных входов в триггере. Необходимость повышения частот­ ного предела относительно медленнодействующих помехоустойчи­ вых схем создает благоприятные предпосылки для применения ее и в счетном входе. Для этой же цели была разработана достаточно эффективная и более простая схема счетного входа с одним кон­ денсатором (рис. 48, д).

Рассмотрим процессы разряда и заряда конденсаторов (рис. 49) в триггерах рис. 48, а и д. За условие оптимальности по часто­ те примем, что конденсатор за время подготовки (паузы, заряда)

/3= -4^-7 при наивысшей частоте импульсов на входе успевает за­ рядиться настолько, что при последующем разряде обеспечивает импульс на уровне потенциала 0 на базе длительностью tp = t3=^-T (где Т — период наивысшей частоты входных импульсов).

Рис. 48. Схемы образования импульсно-потенциального счетного входа в триггере

88

tp __

Рис. 49. Эквивалентные схемы счетных входов (а), (б) и зависимости ~г~ —

Согласно эквивалентным схемам напряжение на конденсаторе за время t3достигает

жение на базе закрываемого транзистора триггера (точка а) бу­ дет равно 0, можно представить выражением

89