Трехпозиционное реле

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения устройств трехпозиционного регулирования и сигнализации технологических параметров. Цель изобретения - повьтение точности - достигается за счет повьппения точности трехпозиционной характеристики и симметричности ее границ относительно нулевого значения входного напряжения и уменьшения влияния дестабилизирующих факторов.Устройство содержит операционные усилители 1 и 2,источник 4 входного напряжения,шину 6 питания , выходные транзисторы 8 и 9 с открытыми коллекторами, выходные шины 10 и 11, резистивные делители 12 и 13, транзистор -19, диоды и резисторы , показанные на чертеже. 1 ил. в ВЫХ. f W (С (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU» 1413713 А1 (51) 4 Н 03 К 5/24, G 05 В I /01

ВСЕСРЮ3Щ1(1I3 -, . „ I3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ t

ИР Л ОТО„:g а

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ б -(Е/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4184886/24-21 (22) 20.01.87 (46) 30 .07.88. Бюл. В 28, (7I) Специальное конструкторское бюро по приборостроению и средствам автоматизации (72) Н.И.Коровин и В.Е,Полехин (53) 621.374.5 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1182560, кл.с 08 В 23/00, 08.08.83. (54) ТРЕХПОЗИЦИОННОЕ РЕЛЕ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения устройств трехпозиционного регулирования и сигнализации технологических параметров. Цель изобретения — повышение точности— достигается за счет повышения точности трехпозициоиной характеристики и симметричности ее границ относительно нулевого значения входного напряжения и уменьшения влияния дестабилизирующих факторов. Устройство содержит операционные усилители 1 и 2,источник 4 входного напряжения, шину 6 питания, выходные транзисторы 8 и 9 с открытыми коллекторами, выходные шины 10 и 11, резистивные делители 12 и 13, транзистор 19, диоды и резисторы, показанные на чертеже. 1 ил.

1413713

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 ex о 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, 15

Трехпозиционное реле содержит первь?й и второй операционные усилители 1 и 2, неинвертирующий вход пер

soro операционного усилителя 1 соедиНен через первый резистор 3 с источ- 20 ником 4 входного напряжения, через второй резистор 5 — с шиной 6 питания, через третий резистор 7 — со своим выходом, неинвертирующий вход второго операционного усилителя 2 25 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 сост- 30 ветственно, первый и второй резистивные делители 12 и 13, выходы которых соединены параллельно база-эмиттерным переходом соответствующих выкодных 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 40 вход соединен непосредственно с инвертирующим входом второго операционного усилителя 2, через пятый резис тор 15 — с источником 4 входного напряжения,через первый диод 16 - с выхо- 45 дом второго операционного усилителя выход 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-эмиттерный переход третьего транзистора

19 соединен параллельно база-эмиттерному переходу первого выходного транзистора 8.

Трехпозиционное реле работает следующим образом, Напряжение входного сигнала через резистор 15 приложено к инвертирующим входам 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 входной сигнал, изменяя его полярность на своем выходе на противоположную. В зависимости от этого диод 16 либо проводит (при положительном входном сигнале),либо заперт (при отрицательном). В первом случае отрицательная обратная связь операционного усилителя 2 замкнута, а во втором — разомкнута. Первый случай характеризуется тем, что отрицательное напряжение на выходе операционного усилителя 2 рав-, но падению напряжения на открытом диоде 16, а напряжение между входами операционного усилителя 2 равно напряжению смещения,близкому к нулю. Таким образом, потенциал инвертирующих входов операционных усилителей 1 и 2 в этом случае отличается от нулевого потенциала общей шины устройства на величину 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 !2 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 (a 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.

1413713

При отрицательном входном сигнале трехпоэиционного реле на инвертирующий вход операционного усилителя 1 через резистор 15 приложено полное

5 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 15 ° Таким 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 схемы ) и, напротив, во втором.. случае выводы резистора 15 считать закороченными.

При увеличении входного напряжения от нуля в сторону положительных значений ключ 21 замкнут. Под действи4 ем отрицательного напряжения смещения прикладываемого от соответстР вующей 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- 45 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 двух

50 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 общую точку резисторов 3,5,7, что приводит в дальнейшем к точке первого обратного (инверсного) переключения триггера, отстоящей от точки первого прямого переключения в сторону нуля на величину зоны возврата dB (гистерезиса) трехпоэиционного реле. После этого начнем плавное уменьшение входного напряжения. Когда сумма втекающего (в общую точку резисторов

3,5,7) тока через резистор 3 (под действием входного сигнала) и втекающего тока через резистор 7 (под действием выходного напряжения операционного усилителя 1) будет равна вытекающему току через резистор 5 (под действием напряжения смещения шины питания), т.е. в момент, когда потенциал общей точки резисторов

3,5,7 станет равным (блиэким) нулю, произойдет первое инверсное (обратное) переключение триггера, Оно будет соответствовать меньшему значе" нию входного сигнала. Выходное напряжение операционного усилителя 1 станет равным около минус 12 В ° Затем при изменении полярности выходного сигнала на отрицательную выключается электронный ключ 21. Будем далее плавно увеличивать входной сигнал от нуля в отрицательном направлении, Теперь необходимо рассматривать общую точку резисторов 5,7,14, Под действием вытекающих из общей точки резисторов 5,7,14 двух токов; тоха через резистор 5 и тока через резистор 7 возникает равный сумме двух упомянутых токов втекающий в эту точку ток с общей шины устройства через резистор 14. Это вызывает на резисторе 14 падение напряжения отрицательной полярности. Когда увеличивающееся в отрицательном направлении входное напряжение станет равным падению напряжения на резисторе 14, напряжение между входами операционного усилителя 1 станет равным нулю, произойдет второе релейное (под действием положительной обратной связи через резистор 7) переключение триггера. Напряжение на выходе операционного усилителя

1 станет равным около плюс 12 В. Ток через резистор 7 после этого также станет втекающим в общую точку резис-, 1413713 1н "вх + !" вх! ( (1 ) 45 (( где l U g — модуль соответствующего значения входного напряжения.

Первая и вторая зоны возврата

It ((в (гистерезис) трехпозиционного реле равны:

Д U — U

t (!

8 (2) в П вЂ” IU 1, (3) Рассмотрим далее условия включения выходных транзисторов 8 и 9, т.е. торов 5, 7, 14,что выэьгв ает снижение падения напряжения на резисторе 14 на величину эоны возврата 8B (гистереэиса ) трехпозиционного реле.

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 1О 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, Ссгстояние 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 первому прямому переключению триггера, через U(, пер(35 вому инверсному — через U, второму прямому переключению — через U", второму инверсному переключению — че(( рез U . С учетом этого параметры трехпозиционного реле можно выразить следующим образом.

Зона нечувствительности Д трехН ,.позиционного реле равна: работу выходной части устройства. При отрицательном напряжении на выходе операционного усилителя 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 2О 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 открывает трап истор 19, который шунтирует база-эмиттерный переход транзистора 8, запирая его. Таким образом, при положительном входном сигнале и при условии Us„ j U открыт транзистор 8, который закрывается при выполнении ( условия U вд с U . При отрицательном входном сигнале и при условии

U „ (U " открыт транзистор 9, который закрывается при выполнении условия U(!x Ъ U . Для вывода расчетных выражений трехпоэиционного реле введем следующие обозначения. Сопротивление резисторов будем обозначать буквой R с индексом, соответствующим номеру резистора на чертеже.

Положительное максимальное напряжение на выходе операционного усилителя обозначим П, отрицательное U

После этого можно записать следующие выражения: (Е U

- -R (-- — + — -) (4) в Rr R7

Е U+

= -R (- — + ---) (5)

R 7

1 Е U"

U, (- — + --), 1 1 К R

+ — — + Ю 7

5 R7 R(4 (6)

1 Е П»

U (— + †)

1 1 R

+ -- + 5 7

R ф 1 (7) 1413713

В выражениях 4-7 величины напряжений следует считать алгебраическими, а именно:

U+ (U+I U - (U (Е *- (Е(10 (в соответствии с чертежом) . Величины U, U будут иметь положитель(( я II ный знак и величины U „ U — отрицательный. Из выражений 4-7 следует, что для обеспечения симметричности работы трехпозиционного реле, т.е. р выполнения равенств U (U (, U

= (0 I,òðåáóåòñÿ выполнить следующее равенство:

1 1 1 1 . (8) 20

+ - - °

9 5 7 И

Формула изобретения

КоРРектоР Л.Пилипенко

Заказ 3793/56 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4

Выполнение равенства 8 не .представляет практических затруднений.

Точность и симметричность предложен- 25 ного трехпоэиционного реле повышена структурными методами. На симметричность не влияет ни разброс опорного напряжения шины питания Е, ни разброс величин U,,U, а также взаимное отклонение величин U,,U,,так как величина U входит одинаковым образом в выражения 4 и 6 и величина

U+ входит одинаковым образом в выражения 5 и 7.

Трехпозиционное реле, содержащее первый и второй операционные усилите- 40 ли, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соедикен через первый резистор с источником

Составитель Н.Маркин

Редактор Н.Горват Техред М,Дидык входного напряжения, через второй резистор — с шиной питания реле, через третий резистор — с своим выходом, неиквертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей 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 общей шине реле, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, неинвертируннций вход первого операционного усилителя соединен через четвертый резистор с общей шиной реле, а его инвертирукиций вход соединен непосредственно с иквертирующим входом второго операциоккого усилителя к подключен через пятый резистор к источнику входного напряжения, через первый диод — с выходом второго опера" ционного усилителя, при этом выход первого операционного усилителя соединен через второй диод с входами первого и второго резистивных делителей согласно с база-эмиттерными перехода ми первого и второго выходных транзисторов, выход второго операционного усилителя соединен через шестой резистор с базой третьего. транзистора через третий диод — с базой второго выходного транзистора встречно его база-эмиттерному переходу и встречно первому диоду, а коллекторно-эмиттерный переход третьего ТраН9НсТора под". соединен параллельно база-эмиттерному переходу первого выходного транзистора.