Трехпозиционное реле

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЕСОЮЗЩД 7,13ИРЛ 013 А НИЯ н и В.Е,ПолехинГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения устройств трехпо,ЯО 1413713(51) 4 Н 03 К 5/24, С 05 В 1/О 1 зиционного регулирования и сигнализации технологических параметров. Цельизобретения - повышение точности -достигается за счет повышения точности трехпозициоиной характеристики и симметричности ее границ относительно нулевого значения входногонапряжения и уменьшения влияния дестабилизирующих факторов, Устройство содержит операционные усилители 1 и 2,источник 4 входного напряжения, шину 6 питания, выходные транзисторы 8 и 9 соткрытыми коллекторами, выходные шины 10 и 11, резистивные делители 12и 13, транзистор 19, диоды и резисторы, показанные на чертеже. 1 ил.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения устройств трехпозиционного регулирования и сигнализации технологических параметров.Целью изобретения является повы- шение точности за счет повышения точности его трехпозиционной характеристики и симметричности ее границ относительно нулевого значения входного напряжения за счет уменьшения влияния дестабилизирующих Факторов.На чертеже представлена структур" ная схема трехпоэиционного реле,Трехпозиционное реле содержит первьй и второй операционные усилители 1 и 2, неинвертирующий вход пер ного операционного усилителя 1 соединен через первый резистор 3 с источником 4 входного напряжения, через второй резистор 5 - с шиной 6 питания, через третий резистор 7 - со своим выходом, неинвертирующий вход второго операционного усилителя 2 соединен с общей шиной устройства, первый и второй выходные транзисторы 8 и 9 с открытыми коллекторами, соединенными с первой и второй выходными шинами 10 и 11 устройства соответственно, первый и второй резистивные делители 12 и 13, выходы которых соединены параллельно база-эмиттерным переходом соответствующих выходных транзисторов 8 и 9, эмиттеры которых подключены к общей шине устройства,неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен че. рез четвертый резистор 14 с общей шиной устройства, а его инвертирующий вход соединен непосредственно с инвертирующим входом второго операционного усилителя 2, через пятый резистор 15 - с источником 4 входного напряжения,через первый диод 16 - с выходом второго операционного усилителявыход первого операционного усилителя 1 соединен через второй диод 17 с входами первого и второго резистивных делителей 12 и 13 согласно с база-эмиттерными переходами первого и второго выходных транзисторов 8 и 9 выход второго операционного усилителя 2 соединен через шестой резистор 18 с базой третьего транзистора 19, через третий диод 20 - с базой второго выходного транзистора 9 встречно его база-эмиттерному переходу и встречно первому диоду 16, коллекторно-эмит 30 рационного усилителя 2 равно напряже.нию смещения, близкому к нулю. Таким об 40 45 50 5 10 15 20 25 терный переход третьего транзистора19 соединен параллельно база-эмиттерному переходу первого выходного транзистора 8.Трехпозиционное реле работает следующим образом,Напряжение входного сигнала черезрезистор 15 приложено к инвертирующимвходам операционных усилителей 1 и 2(в дальнейшем порядковые числительные элементов, выраженные словесно,например "второй", опущены, а элементы охарактеризованы лишь номерами,соответствующими чертежу ). Операционный усилитель 2 инвертирует входнойсигнал, изменяя его полярность насвоем выходе на противоположную, В зависимости от этого диод 16 либо проводит (при положительном входномсигнале),либо заперт (при отрицательном). В первом случае отрицательнаяобратная связь операционного усилителя 2 замкнута, а во втором - разомк"нута. Первый случай характеризуетсятем, что отрицательное напряжение навыходе операционного усилителя 2 рав-,но падению напряжения на открытом диоде 16, а напряжение между входами операзом, потенциал инвертирующих входов операционных усилителей 1 и 2 в этом случае отличается от нулевого потенциала общей шины устройства навеличину малого напряжения смещения операционного усилителя 2, что соответствует известному понятию "виртуальная земля". Во втором случае напряжеиие на выходе операционного усилителя 2 равно максимальному положительному выходному напряжению около 12 В. Из-за того, что диод 16 заперт, напряжение между входами операционного усилителя 2 равно входному (ток смещения входов операционного усилителя 2 незначителен), Основным для дальнейшего описания является следующее.При положительном входном сигнале трехпозиционного реле инвертирующий вход операционного усилителя 1 соеди" нен через операционный усилитель 2 с его связями (в дальнейшем ключ 21) с общей шиной устройства, при этом резистор 15 является пассивной нагрузкой для источника входного сигнала, на выходе операционного усилителя 2 присутствует напряжение минус 0,6 В.При отрицательном входном сигнале трехпоэиционного реле на инвертирующий вход операционного усилителячерез резистор 15 приложено полное5 напряжение входного сигнала, напряжение на выходе операционного усили - теля 2 равно около плюс 12 В. На операционном усилителе 1 собран триггер Шмитта с переменной структурой (в дальнейшем - триггер). При положительном входном напряжении триггер работает как неинвертирующий, а при отрицательном является инвертирующим. В том или другом случае переключение триггера происходит при напряжении между входами операционного усилителя 1 близко к нулю. В первом случае оказываются эквипотенциальными выводы резистора 14, а во втором - резисторов 3 и 15Таким образом, резистор 14 можно исключить иэ рассмотрения при положительном входном сигнале (мысленно отключив этот резистор от схемы), резистор 3 можно исключить из рассмотрения при отрицательном входном сигнале (мысленно отключив этот резистор от схемыи, напротив, во втором случае выводы резистора 15 считать закороченными. При увеличении входного напряжения от нуля в сторону положительных значений ключ 21 замкнут. Под действи 4ем отрицательного напряжения смещения прикладываемого от соответстРвующей шины питания через резистор 5 к неинвертирующему входу операционного усилителя 1, на этом входе действует пока результирующее отрицательное напряжение, что приводит к максимальному отрицательному напряжению (около минус 12 В) на выходе операционного усилителя 1, В общую точку резисторов 3, 5, 7 втекает ток через резистор 3 (под действием поло жительного входного сигнала) и вытекают два тока: один через резистор 5 на шину питания устройства, второй через резистор 7 на выход операционного усилителя 1. Когда возрастающий втекающий ток станет равен сумме двух50 упомянутых вытекающих токов, что соответствует нулевому напряжению в общей точке резисторов 3, 5, 7, произойдет первое . прямое переключение триггера. Оно будет релейным под действием положительной обратной связи через резистор 7. Это приведет к максимальному положительному напряжению около плюс 12 В) на выходе операционного усилителя 1. После этого ток через резистор 7 будет также втекающим в общуюточку резисторов 3,5,7, что приводитв дальнейшем к точке первого обратного (инверсного) переключения триггера, отстоящей от точки первого прямого переключения в сторону нуля навеличину зоны возврата ЛВ (гистерезиса) трехпоэиционного реле. Послеэтого начнем плавное уменьшениевходного напряжения. Когда сумма втекающего (в общую точку резисторов3,5,7) тока через резистор 3 (поддействием входного сигнала) и втекающего тока через резистор 7 (поддействием выходного напряжения операционного усилителя 1) будет равнавытекающему току через резистор 5(под действием напряжения смещенияшины питания), т.е. в момент, когда потенциал общей точки резисторов3,5,7 станет равным (блиэким) нулю,произойдет первое инверсное (обратное) переключение триггера, Оно будет соответствовать меньшему значе"нию входного сигнала. Выходное напря"жение операционного усилителя 1 станет равным около минус 12 ВЗатемпри изменении полярности выходногосигнала на отрицательную выключается электронный ключ 21. Будем далееплавно увеличивать входной сигналот нуля в отрицательном направлении, Теперь необходимо рассматривать общую точку резисторов 5,7,14,Под действием вытекающих из общейточки резисторов 5,7,14 двух токов;тоха через резистор 5 и тока черезрезистор 7 возникает равный суммедвух упомянутых токов втекающий вэту точку ток с общей шины устройства через резистор 4. Это вызывает на резисторе 14 падение напряжения отрицательной полярности. Когдаувеличивающееся в отрицательном направлении входное напряжение станетравным падению напряжения на резисторе 14, напряжение между входамиоперационного усилителя 1 станет равным нулю, произойдет второе релейное (под действием положительнойобратной связи через резистор 7)переключение триггера. Напряжениена выходе операционного усилителястанет равным около плюс 12 В. Токчерез резистор 7 после этого такжестанет втекающим в общую точку резис-, 1413713работу выходной части устройства. При отрицательном напряжении на выходе операционного усилителя 1 диод 7 заперт, база-эмиттерные переходы транзисторов 8 и 9 зашунтированы соответственно нижними плечами реэистивных делителей 12 и 13.; Базовые токи транзисторов 8 и 9 равны нулю. Транзисторы 8 и 9 заперты. Положительное напряжение на выходе операционного усилителя 1 отпирает диод 17 и вызывает через резистивные делители 12 и 13 токи баэ транзисторов 8 и 9. При отсутствии транзистора 19 и диода 2 О выходные транзисторы 8 и 9 открылись бы одновременно. Однако при положительном входном сигнале на выходе операционного усилителя 2 присутствует напряжение минус О;б В. Оно воздействует через диод 20 и приводит к нулевому напряжению на базе выходного транзистора 9, что вызывает закрытие этого транзистора.При отрицательном входном напряжении на выходе опе/рационного усилителя 2 напряжение равно плюс 12 В. Оно открьвает транзистор 19, который шунтирует база-эмиттерный переход транзистора 8, запирая его. Таким образом, при положительном входном сигнале и при условии П О открыт транзистор 8, который закрывается при выполнении условия П 8 д с П . При отрицательном входном сигнале и при условии 11( 11( открыт транзистор 9, который закрывается при выполнении условия Ух Ъ Ю , Для вьвода расчетных выражений трехпоэиционного реле введем следующие обозначения. Сопротивление резисторов будем обозначать буквой К с индексом, соответствующим номеру резистора на чертеже. Положительное максимальное напряжение на выходе операционного усилителя обозначим П , отрицательное 0 После этого можно записать следующие выражения:Е П(2) а", - и" - 10" 1, (3) торов 5,7,14,что вызывает снижение падения напряжения на резисторе 14 на величину эоны возврата ДВ ( гистереэиса 7 трехпозиционного реле.5 При плавном снижении входного напряжения в направлении нуля в момент,когда входное напряжение будет равно новому значению падения напряжения на резисторе 14, т.е. опять при 1 О нулевом напряжении между входами операционного усилителя 1, произойдет скачкообразно второе инверсное переключение триггера и напряжение на выходе операционного усилителя станет равным около минус 12 В, Сс(стояние трехпоэиционного реле, когда на выходе операционного усилителя 1 напряжение отрицательно, называют состояние "норма" Противопо-, ложное состояние выхода операционного усилителя 1 соответствует включению одного из выходных транзисторов 8 или 9 в зависимости от полярности входного сигнала. Состояние трехпоэиционного реле, соответствующее включению одного из выходов (одного иэ выходных транзисторов 8 или 9) называют подачей соответственно первой или второй команд применительно к трехпозиционным регуляторам.Обозначим значения входного напряжения,соответствующие первомупрямому переключению триггера, через 11(, пер 35 вому инверсному - через И , второму прямому переключению - через ад, второму инверсному переключению - через П . С учетом этого параметры трех- позиционного реле можно выразить следующим образом.Зона нечувствительности Д трехН ,позиционного реле равна:где 1 П 1 - модуль соответствующегозначения входного напряжения.Первая и вторая зоны возврата(гистерезис) трехпозиционного реле равны: Рассмотрим далее условия включения выходных транзисторов 8 и 9, т,е.1413713 В выражениях 4-7 величины напряжений следует считать алгебраическими, а именно: П+ - 1 П 1, П- - -1 ц 1,Е-1 Е 1 10(в соответствии с чертежом). Величины П , 0 будут иметь положитель(я фный знак и величины ПП - отрицательный. Из выражений 4-7 следует, что для обеспечения симметричности работы трехпозиционного реле, т,е,ювыполнения равенств П1 с( 1, 0= 1 О"1,требуется выполнить следующее равенство: 1 1 1 1 , (8) 20щ- ++ ф.3 5 7 ЕИ 35 Формула изобретения КоРРектоР Л.Пилипенко Заказ 3793/56 Тираж 928 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, гУжгород, ул. Проектная, 4 Выполнение равенства 8 не .представляет практических затруднений. Точность и симметричность предложен ного трехпоэиционного реле повышена структурными методами. На симметричность не влияет ни разброс опорного напряжения шины питания Е, ни разброс величин П , П , а также взаимное отклонение величин П , П , так как величина П входит одинаковым образом в выражения 4 и 6 и величина 0 входит одинаковым образом в выражения 5 и 7. Трехпозиционное реле, содержащее первый и второй операционные усилите ли, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соедикен через первый резистор с источником Составитель Н,МаркинРедактор Н.Горват Техред М.Дидык входного напряжения, через второйрезистор - с шиной питания реле, через третий резистор - с своим выходом, неиквертирующий вход второго операционного усилителя соединен с об"щей шиной реле, первый и второй выходные транзисторы с открытыми коллекторами, соединенными с первым и вторым выходами реле соответственно, первый и второй реэистивные делители,выходы которых подсоединены параллельно база-эмиттерным переходом соответствующих выходных транзисторов,змиттеры которых подключены к общейшине реле, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности,неинвертируннций вход первого опера"ционного усилителя соединен черезчетвертый резистор с общей шиной реле, а его инвертирукиций. вход соединеннепосредственно с иквертирующим входом второго операциоккого усилителя кподключен через пятый резистор к источнику входного напряжения, черезпервый диод - с выходом второго опера"ционного усилителя, при этом выход первого операционного усилителя соединен через второй диод с входами первого и второго резистивньос делителейсогласно с база-эмиттерными перехода"ми первого и второго выходкьпс транзисторов, выход второго операционногоусилителя соединен через шестой резистор с базой третьего транзисторачерез третий диод - с базой второговыходного транзистора встречно егобаза-эмиттерному переходу и встречнопервому диоду, а коллекторно-эмиттерный переход третьего транзистора под".соединен параллельно база-эмиттерному переходу первого вьпсодного транзистора.