Полупроводниковые приборы

В устройствах железнодорожной автоматики применяются бесконтактные элементы: диоды, транзисторы, тринисторы, стабилитроны, микросхемы различной степени интеграции, в том числе и микропроцессоры.

Транзистор типа п-р-п(кремниевый) имеет те же три электрода (рис. 2.14, а), что и у германиевого транзистора. Для открытия транзистора на базу подается плюс, отчего протекает ток по пере­ходу база-эмиттер, а после открытия протекает ток по переходу коллектор-эмиттер. За счет падения напряжения в резисторе на­пряжение на выходе равно нулю.

Транзистор типа р-п-р(германиевый) имеет три вывода: эмиттер Э, коллектор К и базу Б (рис. 2.14, б). Транзистор работает в режиме переключения, находясь в двух состояниях: выход открыт (полное напряжение); выход закрыт (напряжение равно нулю). Для открытия транзистора на базу подается минусовый потенци­ал, отчего протекает ток по переходу эмиттер-база, а после откры­тия протекает ток по переходу эмиттер-коллектор. Для закрытия транзистора на базу подается плюс, отчего оба перехода и выход закрываются.

Стабилитрон (рис. 2.14, в) используется для стабилизации на­пряжения. При заданном уровне напряжения +U₆ стабилитрон пробивается и пропускает ток в обратном направлении. Избыток напряжения +U₆ гасится в резисторе R_б; напряжение на нагрузке снимается с резистора R_н. При включении стабилитрона в прямом направлении он работает как обычный диод.

Тиристор (рис. 2.14, г) используется как управляемый диод. Нормально тиристор закрыт и ток от анода к катоду не проходит. Для открытия тиристора пропускается небольшой ток по управля­ющей цепи (управляющий электрод-катод). С момента открытия ток протекает по цепи анод-катод и после размыкания управля­ющей цепи. Закрытие тиристоров делается путем замыкания це­пи анод-катод, короткого замыкания между анодом-катодом, пе­реключения полярности анода с положительной на отрицательную.

Трансмиттерное бесконтактное реле (рис. 2.15) используется для передачи в рельсовую цепь импульсов кодового тока, которые вы­рабатывает трансмиттер КПТШ.

Реле состоит из двух тиристоров Т1 и Т2, контактного реле Р, повторяющего работу контакта КПТШ. Если замыкается контакт КПТШ, срабатывает реле Р и фронтовым контактом замыка­ет управляющие цепи тиристо­ров. При положительной поляр­ности замыкается управляющая цепь тиристора Т1: ПХ-220 — Д6 — R3 — фронтовой контакт Р — переход (У — К Т1) — фрон­товой контакт К — первичная об­мотка путевого трансформатора ПТ – ОХ-220. Затем открывается цепь Э-К, и тиристор пропускает положительную полуволну пере­менного тока в рельсовую цепь. При отрицательной полувол­не переменного тока тиристор Т1 закрывается, и образуется управ­ляющая цепь тиристора Т2: ОХ-220 — ПТ — К — Д5 — Р — R3 — (У —К Т2) — ПХ-220. Че­рез переход Э-К тиристор пропускает отрицательную полуволну переменного тока в рельсовую цепь.

2.15. Трансмиттерное бесконтактное реле

Симметричный триггер на транзисторах типа p-n-р (рис. 2.16) применяется как элемент релейного действия. Триггер со­стоит из двух транзисторов Т1 и Т2, связанных между собой через резисторы R_С1, R_С2, и имеет два устойчивых состояния: открыт транзистор Т2, закрыт транзи­стор Т1 (состояние 0), закрыт транзистор Т2, открыт транзи­стор Т1 (состояние 1). В состоя­ние 1 триггер переключается по входным цепям S, в состояние 0 — по цепям R.

При состоянии 0 открыт вы­ход , при состоянии 1 — вы­ход Q. Состояние триггера изме­няется путем подачи положитель­ных или отрицательных импуль­сов на входы x¹₁,x⁰₀,x⁰₁,x¹₀.

Переключение триггера из со­стояния 0 в состояние 1 произво­дится подачей на вход x¹₁ отри­цательного импульса или на вход x¹₀ положительного импульса. В первом случае сначала открыва­ется Т1, а затем закрывается Т2, и триггер переходит в состояние I; во втором случае сначала закрывается Т2, затем открывается Т1, и триггер также переходит в состояние I.

Рис. 2.16. Схема триггера

Триггер из состояния 1 в состояние 0 переключается подачей на вход x⁰₀ положительного импульса или на вход x⁰₁ — отрицательного.

Логические элементы. При построении логических схем уст­ройств автоматики выполняются заданные условия включения, переключения, отключения различных цепей. Эти условия опреде­ляются логическими зависимостями между отдельными элемента­ми, узлами, блоками автоматических устройств и называются ло­гическими зависимостями.

Выполнение логических зависимостей осуществляется с помо­щью логических элементов различных типов, определяющих ха­рактер зависимостей. Наиболее распространенными являются логические элементы типов И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

На рис. 2.17 с целью наглядности построение перечисленных элементов поясняется соединени­ем контактов реле, а также пока­зываются условные обозначения логических элементов.

Возбужденное состояние реле обозначается символом 1, обесто­ченное 0. Фронтовые контакты реле обозначают через х₁, х₂ и т. д., а тыловые — через ₁, ₂ и т. д.

Элемент И реализуется путем последовательного соединения фронтовых контактов х₁ и х₂, от­чего цепь замыкается только при условии, если х₁ = 1 и х₂ = 1. Следовательно, на выходе элемента И появление 1 будет только в том случае, когда на его двух входах будут 1.

Отсутствие 1 хотя бы на одном входе вызывает появление на вы­ходе 0. Операция И иначе называется логическим умножением и определяется произведением х₁ х₂.

Рис. 2.17. Логические элементы

Элемент ИЛИреализуется путем параллельного соединения контактов х₁ и х₂, отчего цепь образуется при условии замыкания хотя бы одного из контактов схемы. На выходе логического элемента ИЛИ появление 1 будет в случаях, когда на одном из его входов будет 1; появление 0 будет в случае, когда на всех входах будут 0. Операция ИЛИ иначе называется логическим сложением, имеющим отличный знак по сравнению со знаком арифметического сложения.

Элемент НЕпри подаче на вход значения 1 (0) обеспечивает появление на выходе обратного (инверсного) значения 0 (1). Логический элемент НЕ также называют инвертором.

Элемент И-НЕсочетает в себе элементы И и НЕ и обеспечивает при подаче на входы значений 1, на выходе значение 0. Контактная цепь с последовательным соединением фронтовых кон­тактов х₁ и х₂ элементом И-НЕ преобразуется в свою противопо­ложность, т. е. в цепь с параллельным соединением тыловых контактов ₁ и ₂.

Элемент ИЛИ-НЕ сочетает в себе элементы ИЛИ и НЕ и обес­печивает при подаче на входы значений 0, на выходе значение 1. Контактная цепь с параллельным соединением фронтовых контак­тов х₁ и х₂ преобразуется в свою противоположность — в цепь с по­следовательным соединением тыловых контактов ₁ и ₂.

Путем использования полупроводниковых приборов и логиче­ских элементов в системах телемеханического управления и конт­роля строятся распределители, регистры, шифраторы, дешифра­торы.

Распределитель Р(рис. 2.18, а) обеспечивает распределение по отдельным электрическим цепям серии импульсов, поданных на вход. Если на вход распределителя Р подаются импульсы 1—5, то с помощью счетной схемы, собранной на триггерах, эти импульсы в порядке последовательности распределяются по выходным це­пям распределителя.

Регистр РГ представляет собой устройство, служащее для запоминания импульсов, поступающих на его вход. Элементами запоминания являются триггеры с двумя устойчивыми состояниями 1 и 0.

Шифратор (рис. 2.18, б) является сложным узлом телемехани­ческой системы, с помощью которого шифруется кодовое сообще­ние и преобразуется в сигнал, передаваемый в канал связи. Для шифрации информация из источника сообщений ИС поступает в регистр РГ и запоминается.

Если в РГ хранится сообщение, при котором на его выходах 1—5, как показано на схеме, присутствуют сигналы 1 и 0, то на первом выходе Р на оба входа первого элемента И поступает 1 и на выходе элемента также появляется 1. Через элемент ИЛИ эта 1 подается в модулятор М, где преобразуется в частотный сигнал, который передается в канал связи.

Рис. 2.18. Распределители, регистры, шифраторы и дешифраторы

На втором выходе распределителя совпадение входов второго элемента И не получается и на его выходе сохраняется 0. При дальнейшей работе распределителя процесс шифрации протекает аналогично.

Дешифратор (рис. 2.18, в) также является сложным узлом телемеханической системы и обеспечивает дешифрацию (расшифровывание) принятого из канала частотного сигнала.

При поступлении из канала частотного сигнала на выходе демодулятора ДМ появляются сигналы 1 и 0. Сигнал 1 или 0 посту­пает на один вход элементов И, на другой вход поступает сигнал 1 от распределителя.

При поступлении на оба входа первого элемента И сигналов 1 на его выходе также появляется 1, которая передается в регистр РГ, где запоминается. При поступлении от демодулятора сигнала 0 очередной элемент И сохраняет на выходе 0 и в РГ сигнал не за­носится. Записанная в РГ информация хранится до поступления последнего импульса частотного сигнала, после чего реализуется.