Устройство для мажоритарного выбора непрерывных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАЖОРИТАРНОГО ВЫБОРА НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее нагрузочный резистор и по числу резервируемых каналов диодные мосты, однонаправленная диагональ каждого из которых своими выводами подключена к первому и второму балансным резисторам,соединенным склем мами различной полярности блока питания , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства , в каждый диодный мост введены два ограничителя тока, содержащих по одному транзистору различной проводимости , и четыре измерительных резистора , каждый из которых включен последовательно с одноименным диодом и соответствующим выводом однонаправленной диагонали диодного моста входы ограничителей тока подключены параллельно соответствующему измерительному резистору, расположенному в ветви моста, средняя точка которой соединена с аналогичными точками других диодных мостов и с выходом устройства , который через нагрузочный резистор соединен с нулевой шиной устройства и со средней точкой блока питания, клеммы отрицательной и положительной полярности которого подО ) ключены к соответствующим выходам ограничителей тока, а средняя точка другой ветви каждого диодного моста Q соединена с соответствующим резервируемь (м каналом.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3C51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3387324/18-24 (22) 14. 01 . 82 (46) 07.07.83. Бюл. М 25 (72) В.И. Анисимов и Е.А. Лосев (53) 681.142(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР и 801251, кл. Н 03 К 19/23, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

N 190664, кл. H 03 К 19/23, 1963 (прототип). (54)(57) устРОйстВО для ИАжОРИТАРНОГО ВЫБОРА НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее нагрузочный резистор и по числу резервируемых каналов диодные мосты, однонаправленная диагональ каждого из которых своими выводами подключена к первому и второму балансным резисторам, соединенным с клеммами различной полярности блока питания, о т л и ч а ю щ .e e с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в каждый диодный мост введе ны два ограничителя тока, содержащих по одному транзистору различной проводимости, и четыре измерительных резистора, каждый из которых включен последовательно с одноименным диодом и соответствующим выводом однонаправленной диагонали диодного моста, входы ограничителей тока подключены параллельно соответствующему измерительному резистору, расположенному

s ветви моста, средняя точка которой соединена с аналогичными точками других диодных мостов и с выходом устройства, который через нагрузочный резистор соединен с нулевой шиной устройства и со средней точкой блока д питания, клеммы отрицательной и положительной полярности которого подключены к соответствующим выходам ограничителей тока, а средняя точка С другой ветви каждого диодного моста л соединена с соответствующим резер- с вируемым каналом.

1 102782

Изобретение относится к приборо-" строению и может быть использовано для построения резервированных систем повышенной надежности, Известно устройство, содержащее и каналов резервирования, каждый из ко" торых содержит два ограничителя тока и два балансных. резистора, причем первый и второй балансные резисторы последовательно соединены между вы- 1О ходом резервируемого канала и общей выходной точкой, которая через на" грузочный резистор соединена с ну" левой клеммой блока питания, параллельно второму резистору, подключены два ограничителя, тока, содержащие па два транзистора различной проводимости, соединенных по схеме общая 6аза .- общий эмиттер, клеммы питания первого и второго ограничителей тока zp каждого канала резервирования соеди-, нены соответственно с отрицательной и положительной клеммами блока питания (11.

Недостатком данного устройства яв- z5 ляется невозможность устройствам скомпенсировать отказ транзисторов типа пробоя переходов коллектор-эмиттер или база-коллектор, что снижает надежность устройства, понижая чувст" З0 вительность устройства иэ-за наличия высокоомного входного баланснаго ре" зистара.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее и

35 диодных мостов (где и - числа резервируемых приборов, нечетно и более 2), 2п балансных сопротивлений и источник напряжения постоянного тока, у которого одни диагонали диодных мостсв, имеющие однонаправленную проводимость, через балансные сопротивления подключены.к общему источнику напряжения, а вторые диагонали с одной стороны соединяются с резервируемыми приборами, а с другой - образуют общую вы45 . хадную точку !.2!.

Недостатком известного устройства является наличие дополнительного источника напряжения повышенного уров" 50 ня, что снижает надежность устройства.

Цель изобретения - повышение надежности устройства посредством исключения дополнительного высоковольтного источника напряжения постоянного 55 тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее нагрузоч.ный резистор и по числу резервируемых каналов диодные мосты, однонаправленная диагональ каждого из которых своими выводами подключена к первому и второму балансным резисторам, соединенным с клеммами различной полярности блока питания, в каждый диодный мост введены два ограничителя тока, содержащих по одному транзистору различной проводимости, и четыре измери» тельных резистора, каждый из которых включен последовательно с одноименным диодом и соответствующим выводом однонаправленной диагонали диоднаго моста, входы ограничителей тока подключены параллельно соответствующему . измерительному резистору, расположенному в ветви моста, средняя точка которой соединена с аналогичными точками других диодных мостов и с выходом устройства, который через нагрузочный резистор соединен с нулевой шиной устройства и со средней точкой блока питания, клеммы отрицательной и положительной полярности которого подключены к соответствующим выходам ограничителей тока, а средняя точка другой ветви каждого диодного моста соединена с соответствующим резервируемым каналом.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит нагрузочный резистор 1, ° и диодных мостов 2 (где

n - число резервируемых каналов), 2п балансных резисторов 3 и 4, блок 5 питания, 2п ограничителей 6 и 7 тока, 4п измерительных резисторов 8-11 и диоды 12-15.

Нагрузочный резистор 1 включен между выходом устройства и нулевой шиной; соединенной со средней точкой блока 5 питания.

Однонаправленная диагональ каждого диодного моста 2 подключена к первому и второму балансным резисторам 3 и 4, соединенным с клеммами различной полярности блаА 5 питания

Каждый диодный мост 2 содержит два ограничителя 6 и 7 тока, имеющих по одному транзистору различной проводимости, и четыре измерительных резистора 8-11, каждый из которых включен последовательно с одноименным диодом и соответствующим выводом однонаправленной диагонали диодного моста 2.

Входы ограничителей 6 и 7 тока подключены параллельно соответствующему измерительному резистору 10 и 11, рас-

RX R +R Î R4. Rм

= nR (R 1); (2)

"Иг0Х при условии Я = Я Я = Я Я R« .уо ир где R< - номйнальное значение сопро35 тивления нагруэочного резистора 1;

Е - значение биполярного напряжения блока 5 питания относительно средней точки; епо - .падение напряженияна открытом диодев диодныхмостах 2.

Значение заданного максимального значения напряжения выходной характеристики устройства в линейной зоне (у„ ) определяется условием

1у. » I /у (3) где у. - максимальное значение

1И10Х а- мгновенного напряжения входного сигнала i-ro pe1

50 зервируемого канала в рабочей зоне его выходной характеристики. требуемые значения сопротивления (Я(1-R „ и R>„ R определяются выражениями

"В Двг = Дар аи R ЯЯД> (4) 3 10278 положенному в ветви моста 2, средняя точка которой (й) Соединена с аналогичными точками других диодных мостов 2 и с выходом устройства.

Клеммы отрицательной и положительной полярности блока 5 питания подключены к соответствующим выходам ограничителей 6 и 7 тока, а средняя точка другой ветви каждого диодного моста 2 соединена с соответствующим 10 резервируемым каналом.

Устройство осуществляет выбор непрерывного аналогового сигнала, равного среднему арифметическому из и входных сигналов резервируемых каналов информации, отличающихся от ос" редненного выходного напряжения на величину, не превышающую заданный порог отсечки.

Передаточная функция устройства имеет вид, определяемый выражением

Q) У. фР((. «f (Л1.СЕ НЬЧ„ O аЧа б) Ri. Я рм. Яр}йоt и Чи (1) 25 где f(g$) - сигнал на выходе устройства;

" мгновенное значение на1 пряжения входного сигнала резервируемого i-ro ка" нала; у - среднее арифметическое из и входных сигналов зна чение выходного напряжения устройства; у.. - значение абсолютной раз1 ности напряжений между мгновенными значениями входного сигнала резервируемого i-ro канала и выходного ху =)у -у, n - общее число резервируемых каналов информации (n 7rj)

m - число неисправных резервируемых каналов информации (m » 2 )

- заданный порог отсечки,зн чение которогоопределяет-ся среднеквадратической погрешностью i-гоканала; у " заданное максимальное эна чение напряжения выходной характеристики устройства, в линейной зоне; у - мгновенные значения наQ IYI пряжений входных сигналов исправных резервируемых каналов.

26 4Устройство может работать в двух качественно различных режимах.

1. 8се и каналов резервирования исправны.

Этому режиму соответствуют условия, определяемые выражением {ia).

-2. В устройстве имеет место m неисправных каналов резервирования (где

m -. планируемое допустимое число неи - 1 исправных каналов, m

Этому режиму соответствуют условия, определяемые выражением (1б).

К этому режиму работы устройства следует отнести и отказ транзисторных ограничителей 6 и 7 тока типа пробоя переходов коллектор-эмиттер или коллектор-база.

Рассмотрим первый режим работы уст; ройства.

Требуемое значение суммы балансного резистора R>(Q) и измерительного

Я (Я - ) в каждом канале определяется

10 условием обеспечения устройством за" .данного максимального значения напря" жения выходной характеристики в линейной зоне в соответствии с выражением

R Е+?уЯЕ(,1 2 от" -, ()

1027826

Кэ км = 2 — Ф1 . (7)

R + R

Падение напряжения на измерительных резисторах К„ и В+, от тока в

его ветвях не достигает. значения отпирания база-змиттерных переходов транзисторов в ограничителях б и 7 тока. Транзисторы находятся в непроводящем состоянии и не влияют на про50

55 где U — напряжение отпирания баБЭ ото за-змиттерного перехода транзисторов в ограничителях б и 7 тока.

В начальный момент, когда напряже- 5 ния входных сигналов всех резервируемых каналов равны между собой и равны

0, через однонаправленную диагональ каждого диодного моста (точки А - В) протекает установочное значение тока ограничения - 3g, уровень которого определяется выражением (6)

О- Р +Р, При идентичности характеристик примененных типов диодов можно считать, что через каждый диод протекает начальный ток, равный половине тока ограничения - .)о/2.

Уровни напряжений в отдельных вер- 20 шинах диодных мостов 2 будут равны

Uм= U8=08;

UA = Ч-е Р, Ug = -е Р

При синхронном воздействии всех входных сигналов.и их относительной . 25 разности, не превышающей заданный порог отсечки Е, на выходе устройства формируется достоверный сигнал, равный среднему арифметическому из всех и входных сигналов. 30

Одновременно происходит линейное .перераспределение токов в отдельных диодах, причем синхронное изменение будет происходить в попарно и противоположно расположенных диодах в диод-35 ных мостах 2.

Линейно изменяются и.уровни напряжений в отдельных вершинах диодных мостов 2, но исходное соотношение разности напряжений в вершинах А и В будет coxp*H$ITI cR - J u J - О =

2еПр °

Уровень напряжения в точке N также будет лийейно следовать за изменениями напряжения входного сигнала в точке M.

Коэффициент передачи устройгтва по напряжению определяется выраже" нием порциональность изменения токов и пряжений.

При значениях уровней напряжений входных сигналов у,(у„„д происходит попарное запирание диодов в противоположных ветвях диодных мостов, При этом напряжение на выходе устройства достигает своей максимальной величины и не зависит от дальнейщего возрастания напряжений входных сигналов.

Рассмотрим второй режим работы устройства.

Предположим, что крутизна изменения напряжений входных сигналов в m неисправных каналах выше крутизны изменения напряжений входных сигналов в n - m исправных каналах.

В ш диодных мостах наблюдается непропорциональное изменение токов в отдельных ветвях и напряжений в отдельных точках (точки А, В, И и й).

Для конкретности дальнейшего изложения, рассмотрим физические процессы, происходящие в устройстве, с учетом следующего допущения: все сигналы положительной полярности (у О);

1 крутизна изменения входных сигналов в m неисправных каналах также имеет положительный - знак (y Q 0) .

Напряжение в точке A m диодных мос. тов будет возрастать медленнее, чем напряжение в точке В благодаря демпфирующему действию токов в n - m диодных мостах исправных каналов.

Одновременно с возрастанием напря- . жения в точке А возрастают и значения токов в ветвях AN (3A<) m.äèîäíûõ мос» тов, приращения которых формируют на выходе устройства напряжение ошибки сравнения - Д у.

Токи 3А будут. возрастать до значения, при котором падение напряжения на измерительных резисторах Rg< достигнет значения отпирающего напряжения база-змиттерных переходов транзисторов в ограничителях 6 тока.

При дальнейшем увеличении напряжений входных сигналов в m неисправных каналах избыток тока DAN будет ответвляться через коллекторы открытых транзисторов на клемму отрицательной полярности блока 5 питания.

С этого момента влияние напряжений входных сигналов m неисправных каналов на осредненное значение выходного напряжения устройства прекращается из.за стабилизации текущего уровня напряжения в точке А.

7. 1аг7826

Приращение токов 3дц перераспределяются в и - m ветвях диодных мостов и исправных каналов и вызывают в них увеличение токов 3NS и >AQu уменьше- . з ние токов 3Ag и 5 „1 . 5 и

Ошибка результата сравнения (д ) по напряжению, приведенная к выходу устройства, определяется выражением

2 (и "2R )R o (И УИ-Ь и nm Q R +К . 10 х

Порог отсечки (Я „ ), прйведенный д к входам m неисправных каналов, определяется выражением

В {пК1-2R ) 6 Р уи-в R4 К (п-П1 15 при > - 0 f8o J O °

При изменении знака приращения напряжений входных сигналов (tyg< О)в неисправных каналов происходит увеличение тока в ветви КВ - gp, до зна- 20 чения, при котором падение напряже" ния на измерительном резисторе К14 не превысит напряжения отпирания база-эмиттерного перехода транзистора в ограничителе 7 тока. 25

С этого момента изменения потенциала в точке В стабилизируются притекающими от клеммы положительной полярнооти блока питания коллекторными токами открытых транзисторов в m ограничителях 7 тока.

Величина ошибки результата сравнения (Ду) и величина приведенного к входу порога отсечки (f „ ) будут определяться соответственйо выражениями (8) и (9), но со знаком минус.

При отрицательной полярности входных сигналов физические процессы в устройстве повторяются.

Для примера рассмотрим физические процессы, происходящие в устройстве при пробое переходов транзисторов в

m ограничителях 6 тока.

При положительной полярности входных сигналов t у1y p значения токов 4 в верхних половинах m диодных мостов будут иметь максимальные значения, определяемые выражением

3 = -(10)

Оазис R

Верхние диодй будут заперты напряжением отрицательной полярности источника (-Е), исключая токовое влияние верхних диодов в m диодных мостах на текущее .значение осредненного выходного напряжения устройства.

Исчезновение токов 51 В в ветвях m диодных,мостов будет компенсироваться токами 3Ag в n - m диодных мостах исравных каналов.

В результате .уменьшится исходное начение коэффициента передачи по наряжению

Максимальное значение выходного апряжения в нелинейной зоне выходной арактеристики устройства уменьшится о значения, определяемого выражением

Таким образом, отказы транзисторов в ограничителях 6 тока в в диодных мостах приводят к снижению максимального диапазона выходной динамической характеристики устройства в положительной полярности без изменения этой характеристики в ее отрицательной области и без. потери работоспособности всего устройства в целом.

При пробое переходов транзисторов в ограничителях 6 и 7 тока s m диодных мостах будет наблюдаться снижение максимального диапазона выходной ха" рактеристики в обеих полярностях.

Достаточность использования в ограничителях тока одного транзистора определяется высокой чувствительностью связи входа и выхода, что следует из значения коэффициента передачи устройства по напряжению (выражение 7).

Для сохранения заданного линейного диапазона выходной характеристики устройства, с учетом планируемого количества пробоев транзисторов, необходимо увеличивать соотношение исправных и отказавших резервируемых каналов.

Предлагаемое устройство имеет сравнительно высокое значение входного сопротивления,(несколько кОм) в отличие от прототипа (десятки Ом), что ослабляет взаимные перекрестные искажения выходов резервируемых каналов на отдельные составляющие спектра передаваемого сообщения.

Технико-экономический эффект от внедрения изобретения заключается, прежде всего, в повышении надежности устройства и в возможности наилучшим образом осуществлять сопряжение устройства с. приборами и аппаратами, использующими низковольтные источники питания.

1027826

Составитель B. Иаксимов

Редактор Ю. Ковач ТехредИ.Гергель . Корректор A. Ференц

Заказ 4755/59

1

Ь

Ъ) Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4