книги / Электрические аппараты. Общий курс

Содержание функций, выполняемых некоторыми другими логическими элементами, расшифровано в табл. 13-4.

Логические функции, выполняемые элементами, могут быть обозначены алгебраически (табл. 13-4). Так, операция И может быть записана уравнением

X = аха2 а3.

Если отсутствует хотя бы один входной сигнал (допу­ стим, ai = 0), то выходной сигнал также равен 0.

Наряду с рассмотренными в табл. 13-4 функциями для работы схем автоматики необходимо выполнить ряд других операций, например «память с запретом» и др. Содержание таких функций и их релейные эквиваленты описаны в [Л .13-5].

Описанные выше логические элементы могут выпол­ няться и на базе бесконтактных аппаратов, в качестве которых могут быть использованы БМР, магнитно-полу­ проводниковые и чисто полупроводниковые элементы.

13-6. Логические элементы на бесконтактных магнитных реле (БМ Р). Магнитно-полупроводниковые логические элементы

Если БМР не имеет обмотки смещения, то при отсутствии сиг­ нала в обмотке управления (подается 0) ток в нагрузке имеет максимальное значение (на выходе выдается 1). При подаче отри­ цательного сигнала (подается 1) ток в нагрузке падает до неболь­ шой величины (на выходе выдается 0). Таким образом, БМР может выполнять логическую операцию НЕ.

Если снабдить усилитель обмоткой смещения и двумя обмотка­ ми управления, то БМР может выполнять функции И, ИЛИ, «За­ прет», «Память».

Для выполнения логической операции И с помощью обмотки смещения начальная точка перемещается влево (рис. 13-9, а). Если входные сигналы подаются на обе обмотки управления и осущест­

вляется равенство /yit0yi+/2a;2^/y.cpa>y, появляется сигнал на выходе.

в насыщенном состоянии. В нагрузке Rn протекает максимальный ток (на выходе элемента появляется 1). При замыкании управляю­ щего контакта К в управляющий полупериод происходит размагни­ чивание сердечника до —Bs и ток в нагрузке падает до нуля (на выходе элемента появляется 0). Таким образом, МУС выполняет логическую функцию НЕ.

Для того чтобы иметь возможность управлять элементом с по­ мощью импульсов напряжения, включаются диоды Д2 и Дг соглас­ но схеме рис. 13-17. При отсутствии сигнала на входе (^««О) источник смещения Есм открывает диод Д2 и размагничивающее напряжение î/y.p додается на обмотку w7. В результате на выходе

элемента появляется 0.

При подаче на вход сигнала Uc указанной на схеме полярно­ сти диод Д2 закрывается, так как к его катоду подан положитель­ ный потенциал, а к аноду — отрицательный. Это равносильно от-

ключению размагничивающего напряжения ~(Уур. При этом на выходе появляется 1. Таким образом, при подаче сигнала на вход на выходе появляется сигнал. Эту функцию называют ф ункцией повторения.

Рис. 13-18. Магнитно-диодный логический элемент И

На базе схемы рис. 13-17 легко получить логические элементы И (рис. 13-18) сИЛИ (рис. 13-19).

Размагничивающее напряжение i/y.p не подается на обмотку Wy только в том случае, если на все три входа поданы управляю­ щие напряжения. Если хотя бы на один вход, например 3, напря­ жение не подается, то остается открытым диод Д8, через который подается размагничивающее напряжение Uv р.

от входного сигнала. Элемент Т-106 может быть включен на вход элемента Т-101, соединенного по схеме ИЛИ. При этом увеличива­ ется число входов и выходной сигнал поднимается до необходимого уровня (активный элемент).

Рис. 13-23. Согласующий элемент Т-201.

Элемент Т-107 (рис. 13-22,6) работает следующим образом. При отсутствии входных сигналов диоды Д\—Д3 открыты источни­ ком ип. Внутреннее сопротивление источников сигналов управления

и сопротивлением Rc. Поскольку эти сопротивления малы, напря­ жение на выходе равно нулю. При подаче сигналов на все три вхо­ да диоды Дх—Дъ запираются напряжением сигнала и на выходе появляется напряжение (выполняется функция И). Сигнал с вы­ хода может подаваться на два блока ИЛИ-HE, соединенные по­ следовательно (рис. 13-21). Использование элементов Т-106 и Т-107 позволяет упростить схему автоматики.

Число входов элементов Т-106 (ИЛИ) не более десяти. При подаче сигнала на один вход через диоды остальных входов про­ текает обратный ток, который вызывает понижение напряжения ис­ точника сигнала.

Число входов элемента Т-107 (И) также не более десяти. До­ пускается последовательное соединение только двух диодных ячеек И. Дело в том, что при последовательном соединении диодов воз­ растает падение напряжения на них в открытом состоянии и уве­ личивается значение сигнала 0.

В случае необходимости гальванической развязки цепей приме­ няются специальные согласующие элементы Т-201 (рис. 13-23). При замкнутой кнопке К сердечник трансформатора глубоко насыщен магнитным полем обмотки о>3, питаемой постоянным током. Поэто­ му между обмотками w\ и w2 трансформаторная связь отсутству­ ет, При размыкании кнопки К сердечник трансформатора становит-

что при работе схемы автоматики возникают сигналы помехи, ко­ торые могут, попадая на вход элемента «Логика», приводить к лож­ ному срабатыванию. Кроме того, ряд элементов дискретной техники в положении нуля на выходе имеет небольшой сигнал, отличный от

в состояние насыщения. Запрещенная зона, когда транзистор нахо­ дится в активном состоянии, простирается от —1 до —3,6 В.

В каждом элементе содержатся два совершенно независимых логических блока ИЛИ-HE. При отсутствии отрицательного сигнала на входах 1, 3, 5, 7 транзистор Т1 закрыт напряжением смещения Uсм. На выходном зажиме 9 имеется выходное напряжение 12 В, которое в данном случае является выходным сигналом, элемента, принимаемым за 1.

При подаче на один из входов отрицательного напряжения транзистор Т1 открывается и потенциал на выходе 9 практически падает до нуля. Таким образом, при использовании одного входа реализуется функция НЕ. Если одновременно использовать все три входа 3, 5, 7, то один триод реализует функцию ИЛИ-HE. Соединив выход 9 с любым из входов 2, 4, 6 второго триода 72, можно по­ лучить схему, осуществляющую логическую функцию ИЛИ (рис. 13-21, а).

При подаче сигнала на любой вход 3, 5, 7 транзистор 72 рабо­ тает в режиме насыщения. Транзистор 72 при этом заперт, так как на вход 72 подается 0. На выходе 8 выдается 1. Диоды, включен­ ные на входе каждого блока, обеспечивают развязку управляющих источников сигнала, включаемых на входы 3, 5, 7, 2, 4, 6.

Нагрузка на выходе каскада может включаться параллельно транзистору (соединение выводов 11 и 2) и последовательно с ним

(соединение вывода 8 с выводом 5 элемента Т-107, выполняющим логическую функцию И). Описание этого элемента приведено далее (см. рис. 13-22,6).

В первом случае выходное напряжение каскада определяется формулой

с транзистором Т2. При насыщении транзистора Т2 ток проходит от нулевой шины (вывод 15) транзистор Т2, диод Д7 и сопротивление нагрузки R2. Ток через коллектор транзистора Т2 в режиме насы­ щения равен:

7к = Uк/7?ах2,

где Rb*2 — значение сопротивления между выводами 5 и 13 элемен­ та Т-107.

Номинальное значение Rax2 одного элемента Т-107 равно 2200 Ом. Разрешается подключение к выводу 8 не более трех эле­ ментов Т-107. При большем числе цепей /к превышает допустимую величину 17 мА. Параметры элементов Т-101 выбраны так, что обеспечивают надежную работу при колебаниях окружающей тем­ пературы —40ч-+50°С, колебаниях питающего напряжения плюс 10%, минус 15% и использовании резисторов класса ±5%.

С помощью логических элементов ИЛИ-HE можно осущест­ вить все логические операции. Схема соединений элементов ИЛИ-НЕ для осуществления функции И на три входа представлена на рис* 13-21,6.

Выполнение логических функций ИЛИ и И может быть также легко осуществлено с помощью элементов Т-106 и Т-107 (рис. 13-22).

При подаче отрицательного напряжения на входы —х4 схемы рис. 13-22, а на выходе появляется отрицательное напряжение, ко­ торое является выходным. В отличие от элемента Т-101 элемент Т-106 является пассивным, его выходное напряжение зависит от входного сигнала. Элемент Т-106 может быть включен на вход элемента Т-101, соединенного по схеме ИЛИ. При этом увеличива­ ется число входов и выходной сигнал поднимается до необходимого уровня (активный элемент).

Рис. 13-23. Согласующий элемент Т-201.

Элемент Т-107 (рис. 13-22,6) работает следующим образом. При отсутствии входных сигналов диоды Д\—Д3 открыты источни­ ком Un. Внутреннее сопротивление источников сигналов управления

и сопротивлением Rc. Поскольку эти сопротивления малы, напря­ жение на выходе равно нулю. При подаче сигналов на все три вхо­ да диоды Д\—Дг запираются напряжением сигнала и на выходе появляется напряжение (выполняется функция И). Сигнал с вы­ хода может подаваться на два блока ИЛИ-HE, соединенные по­ следовательно (рис. 13-21). Использование элементов Т-106 и Т-107 позволяет упростить схему автоматики.

Число входов элементов Т-106 (ИЛИ) не более десяти. При подаче сигнала на один вход через диоды остальных входов про­ текает обратный ток, который вызывает понижение напряжения ис­ точника сигнала.

Число входов элемента Т-107 (И) также не более десяти. До­ пускается последовательное соединение только двух диодных ячеек И. Дело в том, что при последовательном соединении диодов воз­ растает падение напряжения на них в открытом состоянии и уве­ личивается значение сигнала 0.

В случае необходимости гальванической развязки цепей приме­ няются специальные согласующие элементы Т-201 (рис. 13-23). При замкнутой кнопке К сердечник трансформатора глубоко насыщен магнитным полем обмотки ш3,. питаемой постоянным током. Поэто­ му между обмотками wi и w2 трансформаторная связь отсутству­ ет? При размыкании кнопки К сердечник трансформатора становит­

ся ненасыщенным. Вследствие трансформации на обмотке w2 появ­ ляется переменное напряжение, которое после выпрямления и сглаживания подается на вход логического элемента.

В заключение отметим, что выходная мощность логических эле­ ментов и функциональных блоков недостаточна для воздействия на исполнительные элементы (мощные электромагниты и др.). Поэтому логические элементы питают выходные элементы, которые могут выполняться на магнитных усилителях, транзисторных усилителях или тиристорах. Так, в серии «Логика Т» усилитель Т-405 имеет мощность 100 Вт. Подробно параметры, схемы, указания по экс­ плуатации приведены в [Л. 13-6],

13-8. Полупроводниковые функциональные элементы

Для схем автоматики часто бывает необходимым выполнить функции «память», «время» и др.

а) Элемент памяти. В качестве элемента памяти в серии «Логика Т» используется т р и г г е р . Условное

Рис. 13-24. Условные обо­ значения триггеров.

обозначение триггера представлено на рис. 13-24. Триг­ гер может иметь два входа — рис. 13-24, а или один вход — рис. 13-24,6. Один выход всегда находится в со­ стоянии 0, другой — в состоянии 1. При подаче сигнала

на вход А на выходе Q появляется 1, а на выходе Q — 0. Эта информация будет сохраняться в триггере до тех пор, пока не будет подан сигнал на вход В. Вторичная подача импульса на вход А не меняет состояние триггера. Входы А и В могут быть объединены. Тогда при подаче первого импульса триггер запоминает информацию. При подаче второго он возращается в исходное состояние. Такие устройства называют т р и г г е р а м и со с ч е т ­

н ы м в х о д о м .

Схема триггера приведена на рис. 13-25. Устройство состоит из двух транзисторных ключей (на Т1 и Т2) и двух потенциально им­

пульсных ячеек Ди Си R^ Ro на входе 77 и Д2, С2, /?8, Rio на вхо­ де Т2. Каскады на 77 и Т2 имеют глубокую положительную обрат­ ную связь через резисторы Rz и R4, обеспечивающие релейный ре­ жим работы.

Рассмотрим вначале работу потенциально-импульсной ячейки (рис. 13-26). При подаче на вход 1 сигнала 1 на выходе 4 появля­ ется отрицательный импульс напряжения, равный /зарядаЯь Диод Д закрыт, и на выходе 3 сигнал отсутствует. После снятия сигнала со