книги / Элементы автоматики и счетно-решающие устройства

зывающихся при этом проводимостей утечки лампы и конденса­ тора. Сопротивление R c не рекомендуется брать больше 5— 10 Моя, а емкость С больше 10—20 мкф. При этом максимально дости­

жимая выдержка времени ограничивается несколькими десятками секунд.

Аналогично работает схема, представленная на рис. 3. 13, б, со

срабатыванием реле при замыкании контакта. В этом случае при разомкнутом контакте батарея Ес0 создает на сетке лампы запи­

рающий отрицательный потенциал. При замыкании контакта кон­ денсатор через сопротивление Ял постепенно заряжается положи­ тельным напряжением Ux, уменьшая отрицательный потенциал на сетке до величины Ux— Ucо, т. е. увеличивая анодный ток лампы.

При достижении анодным током величины тока срабатывания элек­ тромагнитного реле оно сработает. Рассуждая аналогично преды­ дущему, можно получить формулу для времени срабатывания та­ кого реле. Эта формула имеет более сложный вид и здесь не при­ водится, так как схема электронного реле (рис. 3.13, а) получила наиболее широкое распространение.

При размыкании контакта К конденсатор С постепенно разря­ жается ма сопротивление Rc и отрицательный потенциал на сетке

лампы также постепенно увеличивается до ее запирания, поэтому схема на рис. 3. 13, б может быть использована и для замедления

отпускания электромагнитного реле. Схема на рис. 3. 13, а для этой цели не может быть использована, так как в ней при замы­ кании контакта К отрицательный потенциал на сетке лампы уста­ навливается сразу и время отпускания электромагнитного реле практически не увеличивается.

3. 2.3. Электронные реле по мостовой схеме

На рис. 3.14, а показана мостовая схема электронного реле, составленная из двух внутренних сопротивлений Ri ламп и двух постоянных сопротивлений Rg. Электромагнитное реле R включено в диагональ мостовой схемы. При отсутствии входного сигнала Ux

на сетки обеих ламп подается одинаковое напряжение смещения Uc0 и анодные токи в них одинаковы. Следовательно, напряжение и ток в диагонали а—Ь равны нулю. Некоторая неидентичность

ламп или сопротивлений может вызвать разбаланс моста, поэтому в схеме обычно имеется небольшой реостат Rp для дополнитель­

ного регулирования равновесия мостовой схемы в начальном по­ ложении. Сигнальное напряжение Ux подается на сопротивления смещения R c. Для одной половины лампы (Л[) напряжение сиг­

нала при этом складывается с начальным отрицательным напря­ жением смещения, уменьшая ее анодный ток / аь а для другой половины (Лг) вычитается, увеличивая ее анодный ток / аг за счет уменьшения отрицательного напряжения смещения на ее сетке. При этом в диагонали а—b появляется ток разбаланса и электро­ магнитное реле R срабатывает.

Мостовая схема удобна тем, что ток в реле при отсутствии сиг­ нала равен нулю, а при наличии сигнала пропорционален его ве­ личине, так как начальные рабочие точки обеих ламп могут быть выбраны на середине прямолинейных участков их характеристик соответствующим подбором начального смещения Uc0. Колебания

напряжения питания и одновременные изменения параметров со­ ответственных элементов схемы вызывают почти одинаковые изме­ нения анодных токов левой и правой ламп и поэтому мало сказынаются на балансировке схемы.

ч-

Рис. 3. 14. Электронное реле по мостовой схеме (а) и его эквивалентная схема (б)

Начальное отрицательное напряжение смещения Uc0 создается током / ai+ /a 2 в сопротивлении R*. При отсутствии сигнала Ux токи

/ а1 = / а2 = / а0 и t/co = 2/ao#K. Так как начальные рабочие точки ламп выбираются приблизительно в средней части линейного участка их •сеточных характеристик (соответствующим подбором Uc0), то при

включении сигнала уменьшение одного анодного тока будет ком­ пенсироваться соответствующим увеличением другого анодного тока и величина Uco при работе схемы будет оставаться неизмен­

ной. Это обстоятельство позволяет ликвидировать лишний источ­ ник питания Есо во всех подобных схемах, заменяя его соответст­

венно выбранным сопротивлением /?„. При определении величины 7?к обычно исходят из необходимого Ос0. Для заданного Uc0, считая ■напряжение питания равным U— Uc0, на семействе анодных харак­

теристик лампы проводят прямую нагрузки под углом y = arctg

Rа

:и находят величину анодного тока / ао (считая Ux= 0). Тогда легко

2/до

Найдем величину сигнала Их, необходимую для срабатывания

электромагнитного реле в диагонали мостовой схемы. При отсут­ ствии сигнала падение напряжения t/p на реле равно нулю. Для определения Up при наличии сигнала Ux составим эквивалентную

схему (рис. 3.14,6), причем, пользуясь принципом наложения, исключим анодную батарею, не создающую в данном случае на­ пряжения t/p. Это справедливо, если рабочие точки ламп не выхо­ дят за пределы прямолинейных участков характеристик и сумма их внутренних сопротивлений при любых Ux остается постоянной. Небольшим регулировочным сопротивлением Rp будем при этом

пренебрегать ввиду малости. Для этой схемы

(AUх

и п

2R3R " 2Яа + R

2Л,+ 2Rа

откуда после несложных преобразований получим

(3.22)

Если известны параметры р, и Ri лампы, сопротивление R И ток

срабатывания / ср электромагнитного реле, то необходимое напря­ жение рассогласования моста

t f p = / c p Я ,

откуда напряжение сигнала, необходимое для срабатывания реле, будет равно

Для простейшего случая равноплечей мостовой схемы, чувстви­ тельность которой близка к максимальной, Ra~Ri и

М*

т. е. чувствительность рассматриваемого электронного реле прямо пропорциональна коэффициенту усиления р, и обратно пропорцио­ нальна внутреннему сопротивлению лампы Ri.

Во избежание недоразумений следует напомнить, что в экви­ валентной схеме Ri — дифференциальное внутреннее сопротивле­

ние лампы в рабочей точке. Если же рассчитывать рассматривае­ мую схему, как обычную мостовую, питаемую напряжением U—Uсо, то включение сигнала Ux вызовет изменение в разные сто­

чается: зазоры и контактные давления могут быть малыми, пере­ ходное контактное сопротивление не играет существенной роли, отсутствует явление «залипания» контактов.

Комбинация электронного фазочувствительного реле со схемой сеточного контакта показана в качестве примера на рис. 3. 15. На выходе фазочувствительного реле использовано маломощное по­ ляризованное реле РП-5, контакты К которого включены в сеточ­ ные цепи второго каскада. При отсутствии входного сигнала лампы второго каскада заперты начальным отрицательным напряжением смещения Uc2о. При появлении входного сигнала в зависимости от

его фазы контакты поляризованного реле закорачивают одну из сеток ламп второго каскада, что вызывает резкое увеличение ее анодного тока. В анодных цепях ламп второго каскада могут быть

при заданных постоянных значениях ее параметров и напряжений питания обладает двумя состояниями равновесия, характеризую­ щимися двумя устойчивыми значениями токов в ее цепях. Исполь­ зование таких схем заключается в том, что при подаче небольших управляющих напряжений или незначительных изменениях пара­ метров схемы их можно заставить резко, скачком, переходить из одного равновесного состояния в другое. Впервые это свойство об­ наружено было в 1918 г. М. А. Бонч-Бруевичем. Бесконтактные реле, не являясь усилителем мощности, обладают очень малым вре­ менем срабатывания и получают все большее распространение для автоматизации процессов.

3.3.1. Принцип действия

Рассмотрим принцип действия бесконтактного реле на примере эквивалентной схемы, приведенной н«а рис. 3.16, а. Работа схемы требует наличия обязательно двух элементов: линейного R и нели­

нейного N, причем вольт-амперная характеристика нелинейного элемента (рис. 3.16,6) всегда должна иметь «падающий» участок (А—В). Именно этой особенностью и объясняется возможность на­ личия в схеме двух устойчивых состояний равновесия. Аналитиче­ ски уравнение схемы записывается в виде

£/ = £/* + //?

или

Графическим решением этого уравнения (3.25) являются точки пересечения характеристик линейного R и нелинейного N элемен-

?бв. Как видно из рис. 3. 16, 6, в общем случае может быть три таких точки (1, 2 и 5), т. е. при одних и тех же напряжении пита­ ния U и сопротивлении R схема может иметь три состояния равно­

весия, определяющие три возможных значения тока / в ней. Покажем вначале, что только два из них (/ и 3) являются устой­ чивыми, а третье, соответствующее точке 2, будет неустойчиво.

Если значения тока и напряжений соответствуют точке 2, то вы­

званное любой причиной (например, изменением напряжения ис­ точника питания U) незначительное увеличение тока Д/г сопро­ вождается уменьшением напряжения на элементе N на величину

Рис. 3.16. К принципу действия бесконтактного реле

AU2 в соответствии с ходом вольт-амперной характеристики этого элемента. Но уменьшение UN2, как видно из равенства (3.25), соответствует увеличению доли UR общего напряжения, падающей на элементе R, т. е. еще большему увеличению общего тока I= U n/R

вцепи. Следовательно, ток в цепи будет непрерывно нарастать. Аналогично можно показать, что небольшое уменьшение тока 12

вызовет его дальнейшее уменьшение. Так как практически никогда нельзя точно выдержать значения тока 12 и напряжения UN2, со­

ответствующие точке 2, то это означает, что состояние равновесия

вэтой точке будет неустойчивым и возможно только теоретически. Процесс нарастания тока возможен до другого положения рав­

новесия (в точке 1). Как видно из графика, любое увеличение тока

сверх значения /[ должно быть обязательно связано с увеличением UN1, т. е. с уменьшением UR и I. Любое уменьшение тока ниже значения 1\ должно быть связано с уменьшением Um , т. е. с уве­ личением UR и /. Следовательно, в точке 1 при любом произволь­ ном изменении тока 1\ он обязательно стремится вернуться к преж­

нему значению, и равновесие схемы в этой точке будет устойчи­ вым. Аналогичными рассуждениями можно показать, что равновесие схемы будет устойчивым и в точке 3.

Процесс скачка тока может быть создан путем изменения на­ пряжения U или сопротивления R. При увеличении U (если исход­ ной точкой была точка 1) характеристика R перемещается вправо

■параллельно самой себе и ток / вначале несколько увеличивается (до точки А). Любое дальнейшее увеличение U сдвигает рабочую

точку схемы на падающий участок характеристики нелинейного элемента, и ток скачком уменьшится до значения, соответствую­ щего второму устойчивому состоянию равновесия (точка D). Если теперь уменьшать напряжение U, то аналогичный скачок тока (уве­ личение) произойдет из точки В в точку С. Аналогичные резуль­ таты дает изменение величины R за счет изменения угла у наклона характеристики R. Характерной особенностью бесконтакных реле

является возможность срабатывания от импульсных сигналов ма­ лой длительности.

3.3. 2. Бесконтактные электронные реле

Вкачестве нелинейного элемента можно использовать четырех­ электродную лампу (тетрод) при небольших анодных напряже­ ниях, пятиэлектродную лампу (пентод) в режиме тетрода либо два триода, суммарная характеристика которых может обладать тре­ буемой формой, т. е. наличием падающего участка. Принципиаль­ ная схема и характеристики бесконтактного электронного реле на двух триодах показаны на рис. 3. 17. Действие схемы основано на том, что в каждый данный момент анодный ток может протекать только через одну лампу.

Действительно, теоретически предположим, что осуществлены

условия, при которых через обе лампы протекают одинаковые анод­ ные токи. Вызванное любой причиной незначительное уменьшение анодного напряжения одной из ламп (например, Лг) вызовет умень­

пряжения (Uai). Но увеличение t/al повысит положительный по­ тенциал на сетке Л2, т. е. увеличит ее анодный ток и еще больше

анодного тока / аг лампы Л2, величина которого определяется ра­ бочей точкой 1. Для лампы Л 1 можно построить аналогичную ха­ рактеристику, но ее рабочей точкой будет точка 3. Если теперь подать на сетку Л] напряжение сигнала Ux указанной на рисунке

полярности, то начинает отпираться лампа Л ь что приводит к уменьшению положительного смещения Лг и ее запиранию. Как видно, скачок тока произойдет в точке А при UX= + ‘UXср. Ток лампы Лг уменьшится до величины 1а2т> (точка D). Одновременно ток лампы Л 1 увеличится скачком от величины, определяемой точ-

надежно его отпирающий, а на базе Т2 — относительно небольшой отрицательный потенциал, надежно его запирающий. Чтобы пере­ бросить схему в другое устойчивое состояние, необходимо к базе Т[ приложить положительный потенциал напряжения сигнала Ux.

Это приведет к уменьшению тока через Ть соответствующему уве­ личению тока через Тг и т. д. При определенной величине Ux этот

процесс протекает лавинообразно и приводит к запиранию Ti и от­ пиранию Т2. Чтобы перебросить схему в первоначальное состояние, необходимо приложить напряжение Ux другой полярности или по­

дать сигнал на базу Т2. Характеристика схемы аналогична рис. 3.17, б. Падение напряжения ва сопротивлении Ra за счет тока

эмиттера открытого триода играет роль автоматического смещения. В некоторых случаях для создания напряжения смещения вместо сопротивления Ra используют отдельный источник питания. Этот

Вариант счетного входа триггера показан на рис. 3. 18 пункти­ ром. Выходом триггера в этом случае считается потенциал одного из выходных зажимов по отношению к общей земле, а обе поло­ вины триггера имеют общий вход. Каждый из импульсов, посту­ пающих на счетный вход, перебрасывает триггер в противополож­ ное состояние. Поэтому на одном из выходов будет то высокий по­ тенциал (обычно принимаемый за 1), то низкий (обычно принимае­ мый за 0). Состояния второго выхода при этом будут обратные.

Наиболее существенным недостатком бесконтактных реле на полупроводниковых триодах является зависимость работы от коле­ баний температуры окружающей среды.

3. 3. 4. Магнитные бесконтактные реле

Магнитный усилитель с обратной связью легко превратить в бесконтактное реле, аналогичное по характеристикам электрон­ ному бесконтактному реле. Действительно, при достаточно боль­ шом коэффициенте обратной связи прямая ОС обратной связи Пе­

ресекает (рис. 3. 19, а) характеристику магнитного усилителя в трех точках, если ток в управляющей обмотке /_ = 0 . Как известно, усло­

самой себе вправо до точки В. Ток /~ будет плавно изменяться от

величины /~ j до величины /_ в . При любом дальнейшем увеличе­ нии I- рабочая точка системы скачком перемещается во второе устойчивое положение (точка D), а ток в нагрузке скачком увели­ чивается до значения 1~д (рис. 3. 19, б) и при дальнейшем уве­ личении I- меняется незначительно.

Таким образом, значение /_ = /_ ср соответствует току «срабаты­ вания» схемы. Если теперь уменьшать ток /_ до нуля, а затем уве­