Усилительные элементы системы «ТРАНСЛОГ-1».

Усилительные элементы предназначены для усиления входных сигналов по уровню и мощности и выдачи в цепь управления сигнала об исправной работе того или иного устройства. В системе элементов «Транслог-1» к ним относятся:

Модуль 1Р40 - «Усилитель с опрокидывающей характеристикой» - состоит из быстродействующего триггера Шмидта, выполненного на транзисторах Т₁ и Т₂ с коммутационным гистерезисом в диапазоне -U_E = 1,0 до 3,5 Bольт и транзистора Т₃ – усилителя мощности (рис.4.7)

Усилитель мощности 1Р40 имеет три входа E₁,Е₂,Е₃ с развязывающими диодами (функция "ИЛИ" в точке "б") и два выхода –A₁ (контактный вывод 11); А₂ –(контактный вывод 10). При отсутствии сигнала "1" на входах 7,8,9 диоды заперты и база транзистора T₁ находится под положительным потенциалом, транзистор Т₁ закрыт. На выходе транзистора T₁ имеется сигнал "1", который подается на базу транзистора Т₂, транзистор Т₂ открыт, на выходе А₁ (контактный вывод 11) имеется сигнал "0".

При подаче сигнала "1" на вход 7 или 8 или 9 соответствующий диод открывается и база транзистора T₁ становится более отрицательной по отношению к его эмиттеру, транзистор T₁ открывается. На выходе транзистора T₁ появляется сигнал "0". Теперь база транзистора Т₂ будет под положительным потенциалом и транзистор Т₂ закроется. На выходе A₁ (контактный вывод 11) будет сигнал "1". Итак, после двукратного отрицания сигнала на входе подготовлен непосредственный сигнал выхода А₁, который реализует функцию "ИЛИ" от сигналов на входах 7,8 и 9 и может быть подан на входы других логических элементов для дальнейших логических операций.

Рисунок 4.7. Логический элемент 1Р40

Выход A₂ (контактный вывод 10) является инверсным относительно А₁. При сигнале "1" на выходе А₁ (контактный вывод 11) транзистор усилителя мощности Т₃ открыт и на его выходе А₂ (контактный вывод 10) будет потенциал Мр контактного вывода 2. Выход А₂ транзистора мощности, благодаря наружному соединению с нагрузочным сопротивлением Rн, при открытом транзисторе Т₃ может быть нагружен максимальным током длительной нагрузки в 100 мA. Для предотвращения пиков напряжений при запирании транзистора мощности при индуктивной нагрузке (катушке реле) к контактному выводу 4 подсоединен диод. Полярность диода включена из расчета постоянной работы в непроводящем направлении и служит в качестве обратного замыкания для индуктивного тока нагрузки при запирании транзистора мощности. Диод рассчитан для импульсной нагрузки начальным током, который соответствует максимально допустимому току нагрузки коллектора в 100мA. Выход А₂ элемента 1Р40 используется при управлении электромеханическими коммутационными звеньями и звеньями сигнализации, коммутационными магнитными усилителями и газоразрядными электровакуумными приборами, индикаторными лампами или крупноцифровыми элементами на выходе электронных управляющих устройств. Максимально допустимое коммутационное напряжение - 60 Вольт.

Итак, сигнал "1" на выходе А₂ означает отсутствие тока через нагрузку усилителя, сигнал же "0"' на выходе А₂ означает наличие тока через нагрузку.

В качестве примера приведем электронную схему управления пускателя электропривода (рис.4.8).

При нажатии на кнопку «Пуск» модуль 1NN11, снабженный перемычками между контактами 10-8 и 11-4, «запоминает «1» и подает ее на вход 8 модуля 1Р40. Усиленный потенциал на выходе 11 этого элемента зажигает сигнальную зеленую лампу ЛЗ и с выхода 10 включат реле К1, которое своим блок-контактом (на схеме не показан) подает питание на катушку пускового контактора и электропривод запускается.

Рисунок 4.8. Электронная схема управления пускателя электропривода.

Для остановки электропривода достаточно нажать кнопку «Стоп» для обнуления элемента памяти.

Модуль 1PP43 - «Двойной усилитель мощности» -представляет собой одноместный конструктивный элемент с двумя разделенными между собой в коммутационном отношении двухкаскадными усилителями мощности, из которых каждый имеет два входа, связанных логической функцией "ИЛИ" и два выхода (см.рис.4.9).

Рисунок 4.9. Логический элемент 1РР43

Выход A₁₁ (контактный вывод 8) представляет выход сигнала напряжения с функцией "ИЛИ–НЕ", а выход А₁₂ (контактный вывод 10) представляет выход мощности с коллекторной нагрузкой. Схема не имеет опрокидывающей характеристики и не должна быть возбуждена в диапазоне -U_E = 1,0 до 3,5 Вольт. Из рис. 39 и таблицы сигналов видно, что при отсутствии сигнала "I" на входах база транзистора T₁ находится под положительным потенциалом, транзистор Т₁ закрыт, на выходе A₁₁ (контактный вывод 8) имеется сигнал "1". Транзистор T₂ также закрыт, т.е. через его коллекторную нагрузку ток не течет.

При подаче на вход 4 или 5 сигнала "1" в диапазоне -U_E = 3,5 до 12 Вольт транзистор T₁ открывается и через него потечет ток от контактного вывода 1 -Р₁₂ до контактного вывода 3 -N₁₂. Потенциал базы транзистора Т₂ становится более отрицательным по отношению к его эмиттеру и транзистор Т₂ также открывается. С открытием транзистора Т₂ на коллекторном выводе А₁₁ (8) будет "0" сигнал, на контактном выводе A₁₂ (10) будет потенциал Мp и через его коллекторную нагрузку (соленоид, реле, сигнальную лампу) потечет ток.

И так, сигналы выходов А₁₁ (8), А₂₁ (9) могут быть поданы на входы других логических элементов и использованы для дальнейших логических операций, а выходы мощности А₁₂ (10) и А₂₂ (11) используются для коммутирования реле и других коммутационных звеньев.

При индуктивной нагрузке, например, подключается катушка реле, то параллельно последней переключается диод холостого хода, который служит в качестве об­ратного замыкания для индуктивного тока нагрузки при запирании транзистора мощности.

Рисунок 4.10. Схема использования модуля 1РР43

Один из примеров использования модуля 1РР43 схема подключения сигнальных ламп в электронных схемах показана на рис.4.10. При подаче единицы на входы 7 или 6, 4 или 5 элемента 1РР43 загорается сигнальная лампа. Чтобы избежать большого пускового тока при включении лампы, продлить срок службы сигнальной лампы и не перегрузить силовой транзистор модуля, устанавливается резистор 1kOm для поддержания нити лампы в прогретом состоянии.

Модуль 5Р41 - «Усилитель мощности» представляет собой пятиместный конструктивный модуль из пяти частей стандартной ширины В = /5х15/-2 = 73 мм. Находящиеся справа и слева в конструктивном элементе платы размещают на себе делители напряжения и транзистора каскадов предварительного усиления. На средней монтажной плате расположены делитель напряжения выходного каскада и транзистор мощности. Для более эффективного охлаждения средняя плата не залита синтетической смолой и в защитном кожухе предусмотрены вентиляционные отверстия.

Конструктивно элемент 5Р14 (см.рис.4.11) имеет два входа, связанных логической функцией "ИЛИ" и три выхода. Выходы A₂(e₉) и A₃(e₁₁) представляют собой выходы сигналов напряжений, которые могут быть поданы на входы других логических элементов для дальнейших логических операций. Выход A₁(а₁₁) представляет собой выход мощности с коллекторной нагрузкой. Он имеет 70000 кратное усиление мощности и предназначен для коммутирования реле, контакторов, электродвигателей, ламп накаливания, нагревательных элементов, соленоидных клапанов, магнитных муфт сцепления, магнитных тормозов и т.д.

Рисунок 4.11. Логический элемент 5Р41

Необходимые условия для этого:

1.Звенья управления должны коммутироваться постоянным напряжением U ≤ 60В.

2. Допустимая сила тока управления не должна превышать 1,3 А при длительном режиме работы и 2 А при импульсном режиме.

При отсутствии на входах сигнала "1" транзистор T₁ закрыт, база транзистора Т₂ находится под отрицательный потенциалом; транзистор Т₂ открыт и на входе А₂ (е9) имеется сигнал "0". Транзистор Т₃ и Т₄ закрыты. На входе А₃ (е₁₁) сигнал "1" и ток через нагрузку на выходе A₁(а₁₁) не течет. При подаче на вход сигнала "1" транзистор T₁ откроется, транзистор Т₂ закроется - на выходе A₂(e₉) будет сигнал "1", транзисторы Т₃ и Т₄ открываются и, соответственно, на выходе A₃(e₁₁) будет сигнал "0", а через нагрузку на выходе A₁(a₁₁) потечет ток.

Рисунок 4.12. Схема блокировки на элементах 5Р41.

В качестве примера использования модуля 5Р41 приведем схему блокировки через выходы усилителя 5Р41 (рис 4.12).

В этом случае при появлении на входе усилителя №1 сигнала "1" исполнительный механизм, подключенный к выходу a₁₁, будет включен, в то же время на выходе e₁₁ - сигнал "0". Следовательно, на входе 4 логического элемента "И" будет сигнал "0", на выходе 10 также сигнал "0". На входе 9а усилителя №2 - сигнал "0" и, следовательно, на его выходе будет сигнал "0"для тока, т.е. исполнительный механизм выключен независимо от наличия сигнала на входе 2. Аналогичное положение имеет место при управлении по входу 2.

Модуль 1U01 - «Элемент замера напряжений» -служит для контроля положительного напряжения блоков питания ХV54 и XV55 (см. рис. 4.13). Его назначение подать сигнал на отключение блока питания при понижении положительного напряжения ниже + 9,2В. На рис.12.8 представлена электросхема модуля 1U01, которая представляет собой опрокидывавшуюся ступень.

Базовые делители R₁ и R₂ транзистора подбираются таким образом, что при значении напряжения на контактном выводе "1 – Р₁₂" выше +9,2В база транзистора T₁ находится под положительным потенциалом контактного вывода "1-P₁₂" и транзистор T₁ заперт. База транзистора Т₂ будет иметь потенциал коллектора транзистора T₁ и транзистор Т₂ будет открыт, на выходе транзистора Т₂ будет сигнал "0", который подается на базу транзистора Т₃, транзистор Т₃ закрыт и на его выходе 11 будет сигнал "1". Этот сигнал может быть подан на усилитель тока, т.е. служит для контроля положительного напряжения блоков питания.

Рисунок 4.13. Логический элемент 1U01

При понижении положительного напряжения ниже + 9,2 вольта база транзистора T₁ будет более отрицательна по отношению к его эмиттеру и транзистор T₁ откроется. На базе транзистора T₂ будет сигнал "0" и транзистор Т₂ закроется, на его коллекторе будет сигнал "1", который через сопротивление R₄ оказывает положительную обратную связь на транзистор Т₁ и поступает на базу транзистора Т₃. Транзистор Т₃ открывается, на его выходе 11 сигнал сменится с "1" на "0".

Подстроечным сопротивлением R₁₁ точка контроля положительного напряжения +9,2В блока питания может быть смещена в ту или другую сторону в зависимости от технических требований.

В качестве примера использования элемента 1U01 приведем схему контроля положительного напряжения блока питания логических элементов (рис.12.14). Для нормальной работы логических элементов системы "Транслог" питающее напряжение должно составлять ± 12 вольт /P₁₂;N₁₂)относительно нейтрали /Мр/. Для получения указанных напряжений применяются сетевые блоки питания для создания ± I2В. Однофазное питание не допускается. Первичная сторона трансформаторов защищена от перегрузки и коротких замыканий предохранителями.

Для контроля наличия положительного напряжения блок питания снабжен защитным конструктивным элементом 1U01. Этот элемент при напряжении свыше + 9,2 В подает непрерывный сигнал "1" на усилитель мощности 1P40, вследствие чего реле Р1 включается и удерживает под питанием блок питания. При понижении положительного напряжения ниже + 9,2 В элемент 1U01 выдает "0" сигнал, реле Р1 теряет питание, размыкает свой контакт Р1.1 в цепи катушки К1 и блок питания отключается.

Рисунок 4.14. Схема контроля положительного напряжения блока питания.

2U40 - «Усилитель переменного напряжения» – двухместный конструктивный модуль. Он содержит усилитель переменного напряжения с большим коэффициентом усиления. В схемах автоматики он применяется как промежуточный (предварительный) усилитель, который усиливает малое входное напряжение, например, от измерительного моста Винстона, до уровня срабатывания порогового элемента (обычно 1В21). Установленный на торцовой стороне потенциометр обеспечивает полную регулировку усиления от нуля до максимального значения,

Принцип работы:

Усилитель (см.рис.4.15) состоит из трех каскадов с R – С связью с общим -эмиттером. 1-й каскад выполнен на транзисторе T₁; второй – на транзисторе Т₂; третий – на транзисторе Т₃. Переменное напряжение с измерительного моста подается на вход усилителя (контактный вывод 8а) и через разделительный конденсатор С₁ на базу транзистора T₁. Сопротивления R₁ и R₂ базового делителя предназначены для выбора рабочей точки транзистора T₁ на прямолинейном участке его характеристики. Конденсатор С₁ служит для разделения переменной и постоянной составляющих базового тока транзистора T₁. R₄–сопротивление нагрузки транзистора T₁.

Усиленное напряжение снимается с коллектора транзистора Т₁, через разделительный конденсатор С₅ поступает на базу транзистора T₂. Сопротивления R₆ и R₇ базового делителя предназначены для выбора рабочей точки транзистора Т₂ на прямолинейном участке его характеристики. С₅ – разделительный конденсатор между 1-м и 2-м каскадами, R₅ – сопротивление нагрузки транзистора Т₂.

Рисунок 4.15. Логический элемент 2U40

Усиленное напряжение, снимаемое с коллектора транзистора T₂, через разделительный конденсатор C₆, переменное сопротивление R₈, конденсатор С₇ поступает на базу транзистора Т₃. Сопротивления R₉ и R₁₀ базового делителя предназначены для выбора рабочей точки транзистора Т₃ на прямолинейном участке его характеристики. С₇ предназначен для предотвращения влияния R₈ на рабочую точку транзистора Т₃ по постоянному току. R₁₁–сопротивление нагрузки транзистора Т₃.

Напряжение, снимаемое с коллектора транзистора Т₃ через разделительный конденсатор С₉ поступает на контактный вывод 11b. Конденсатор С₂ служит для завала частотной характеристики усилителя на высоких частотах. Через конденсатор С₄ осуществляется обратная связь по переменному току для подавления усиления на высоких частотах. Сопротивление R₃ и конденсатор С₃ выполняют роль фильтра для устранения самовозбуждения на высоких частотах.

Рисунок 4.16. Трехпозиционное звено при использовании элемента 2U40.

Данный усилитель может быть использован в системе электронного регулятора оборотов дизеля, в автоматической системе удержания судна на курсе, в регуляторах изменения производительности механических устройств, в автоматическом устройстве подгона частоты вращения и т. д. (см.рис.4.16).

Позиционным звеном мостовой схемы (рис.4.16,а) является переменный резистор 1Rp, который может быть механически связан с устройством контроля стабильности одного из параметров механизма. При равновесии моста по диаграмме (рис.4.16,б) мы видим отсутствие какого-либо сигнала на позиции 5.

При рассогласовании моста - в ту или другую сторону

Модуль1F60 - «Усилитель фототока» - представляет из себя усилитель с опрокидывающей характеристикой, который при превышении или при не достижении заданной величины тока срабатывания (например, фототок) усиливает его до уровня логических сигналов системы "Транслог" (рис. 4.17).

Входная величина (например, от фотоэлемента) подается на контактный вывод "8" базы транзистора T₁. При значении этой величины ниже значения срабатывания база находится под положительным потенциалом (контактный вывод 1-Р₁₂) и транзистор Т₁ - закрыт. На коллекторе его будет сигнал "1", который подается на базу транзистора T₂. Транзистор T₂ открыт и на выходе А₁₁ находится сигнал "0".

Рисунок 4.17. Логический элемент 1F60

Если входная величина на контактной выводе "8" будет превышать значение срабатывания, то транзистор Т₁ откроется и закроет транзистор Т₂. На выходе А₁₁ будет находится сигнал "1" так долго, пока входная величина будет больше значения срабатывания.

Рисунок 4.18. Фрагмент схемы луча пожарной сигнализации.

Для наглядности рассмотрим схему (рис.4.18) сигнализации обнаружения дыма в помещении. Когда луч гелий-неонового лазера или другого источника света попадает на фотодиод FD1, диод открывается и к усилителю фототока 1F60 поступает небольшой по величине импульс напряжения постоянного тока. В свою очередь выходным напряжением этого усилителя управляемый выпрямитель VD1 закрывается, горит зеленая сигнальная лампа LG1 и сигнал тревоги отсутствует.

В случае прерывания светового луча дымом на выходе 11 усилителя 1F60 отсутствует отрицательный потенциал и положительный потенциал открывает тиристор VD1.. Последний в свою очередь подает сигнал «1» на вход а8 усилителя 5Р41, вследствие чего гаснет зеленая сигнальная лампа LG1, загорается красная сигнальная лампа LR1 и включается звуковой сигнал.