Близостный переключатель

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, реагирующих на приближение объекта. Цель изобретения - повышение надежности близостного переключателя (БП). Для достижения поставленной цели в БП, содержащий усилитель 1 автоколебаний, пороговый триггер 2, ключевой элемент 4, введен блок 3 регулировки чувствительности, который совместно с введенными в усилитель 1 автоколебаний резисторами 24 и 25 образует замкнутую цепь обратной связи по питанию усилителя автоколебаний. В выходную цепь порогового триггера 2 дополнительно введен также диод 39. Благодаря введенным элементам и выполнению усилителя автоколебаний и блока регулировки чувствительности повышается надежность БП за счет снижения влияния изменения параметров внешних элементов, определяющих чувствительность и стабильность характеристик переключения. Усилитель автоколебаний содержит также транзисторы 10-12, диодную цепочку 13, резисторы 14-25, дополняющий транзистор 26 и диод 27. Пороговый триггер 2 содержит транзисторы 34-36, генератор 37 тока, дополняющий транзистор 38, диод 39 и резисторы 40-44. Блок 3 регулировки чувствительности содержит транзистор 45, диоды 46 и 47, повторитель 48 напряжения и резисторы 49, 50. Введение блока 5 синхронизации, содержащего стабилитрон, диод, транзистор, резисторы и дополняющие транзисторы, позволяет дополнительно расширить функциональные возможности БП за счет осуществления управления ключевым элементом сигналами разности полярности с миним

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„539855

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОР :НОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4420292/24-21 (22) 04.05.88 (46) 30.01.90. Бюл. !! 4 (72) P.Ý. Курыло, П.А. Иацявичюс и Д.A. Пашкявичюс (53) 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !! 1274145, кл. H 01 н 36/00, 1985.

Radio Fernsehen Е1е tlonik, 1977, Г 12, с. 403, рис. 3 . (51)5 í 0! н 36/00, н 03 к 17/945

2 (54) ьниэостнь!и пеРБклОчАТБнь (57) ИзоЬретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в устройствах автоматики, реагирующих на приближении объекта.

Цель изобретения - повышение надежности Ьлизостного переключателя (БП).

Для достижения поставленной цели в

БП, содержащий усилитель 1 автоколе1939855 баний, пороговый триггер 2, ключевой элемент 4, введен блок 3 регулировки чувствительности, который совместно с введенными в усилитель 1 автоколебаний резисторами 24 и 29 образует замкнутую цепь обратной связи по питанию усилителя автоколебаний ° В выходную цепь порогового триггера 2 дополнительно введен также диод 39. Благода- lð ря введенным элементам и выполнению усилителя автоколебаний и блока регулировки чувствительности повышается надежность БП за счет снижения влияния изменения параметров внешних эле- 15 ментов, определяющих чувствительность и стабильность характеристик переключения, Усилитель автоколебаний содержит также транзисторы 10-12, диодИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано 25 в устройствах автоматики, реагирующих на приближение объекта, Целью изобретения является повышеwe надежности устройства.

Цель достигается путем введения в р устройство блока регулировки чувстви тельности, включенного в цепь обратной связи по питанию усилителя автоколебаний, в который дополнительно введены два резистора с новыми связя- 35 ми, замыкающие цепь обратной связи, и введения в выходную цепь порогового триггера диода. Введение указанных элементов и выполнение усилителя автоколебаний и блока регулировки чувстви-40 тельности позволяют повысить надежность переключателя за счет снижения влияния изменения параметров внешних элементов устройства, определяющих чувствительность и стабильность ха- 45 рактеристик переключения устройства.

Введение блока синхронизации позволяет дополнительно расширить функциональные воэможности переключателя за счет осущ<ествления управления переключением ключевого элемента сигналами разной полярности с минимально необходимой мощностью.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема близостного переключателя;

55 на фиг. 2 — принципиальная схема блока синхронизации.

Устройство содержит усилитель 1 автоколебаний, пороговый триггер 2, ную цепочку 13, резисторы 14-25, дополняющий транзистор 26 и диод 27е

Пороговый триггер 2 содержит транзис" торы 34-36, генератор 37 тока, дополняющий транзистор 38, диод 39 и резисторы 40-44. Блок 3 регулировки чувствительности содержит транзистор 45, диоды 46 и 47, повторитель 48 напряжения и резисторы 49,90. Введение блока з синхронизации, содержащего стабилитрон, диод, транзисторы, резисторы и дополняющие транзисторы, позволяет дополнительно расширить функциональные возможности БП за счет осуществления управления ключевым элементом сигналами разности полярности с минимально необходимой мощностью управления. 1 з,п. ф-лы, 2 ил, блок 3 регулировки чувствительности, ключевой элемент 4, блок синхронизации. Выход 6 усилителя 1 автоколеба-. ний подключен к входу 7 порогового триггера 2, выход 8 которого соединен с управляющим входом 9 ключевого элемента 4. "

Усилитель 1 автоколебаний содержит три транзистора l0-12, диодную цепочку 13, двенадцать резисторов 142г9, дополняющий транзистор 26, диод 27. База первого транзистора 10 соединена с первой шиной 28 резонансных элементов и через ыестой резистор

l9 подключена к коллектору этого транзистора, а эмиттер первого транзистора 10 соединен с второй шиной 29 резонансных элементов. Первый 14 и седьмой 20, одиннадцатый 24 и двенадцатый 29 резисторы соединены попарнопоследовательно и включены между эмиттером первого транзистора 10 и общей шиной 30. Обцая точка первого l4 и седьмого 20 резисторов подключена к базе второго транзистора 11, эмиттер которого подключен к общей ыине, а коллектор соединен с базой дополняющего транзистора 26 и с первой шиной

31 времязадаюцих элементов, Коллектор дополняющего транзистора 26 соединен с обцей ыиной 30, а змиттер соединен с базой этого тра«зистора через третий резистор 16, с шиной питания 32 через BocbMol! резистор 2) и с общей

ыиной 30 — через пгследовательно включенные ди д«ую цепочку 13 и девямой резистор 67 соединена с общей шиной 30. Эмиттер четвертого транзистора 60 соединен с общей шиной 30, а коллектор подключен к выходу 74 блока

5 синхронизации и через восьмой резистор 68 - к дополнительной шине 73 питания. Выход 74 блока 5 синхрониэа5

153985 тый резистор 22. Эмиттер третьего транзистора 12 подключен к общей шине 30, база - к точке соединения катода диодной цепочки 13 и девятого резистора 22, а коллектор через последовательно соединенные десятый 23 и четвертый 17 резисторы - к шине 32 питания. Точка соединения четвертого и десятого резисторов через пятый резистор 18 и параллельно ему включенный в обратном направлении диод 27 соединена с выходом 6 усилителя 1 автоколебаний и с второй шиной 33 еремязадающих элементов. 15

Пороговый триггер 2 содержит три транзистора 34-36, генератор 37 тока, дополняющий транзистор 38, диод 39 и пять резисторов 40-44. База первого транзистора 34 является входом 20

7 порогового триггера 2 ° Эмитте- ры первого 34 и второго 35 транзисторое объединены и через. генератор 37 тока подключены к общей шине

30. Коллектор первого транзистора 34 соединен с базой дополняющего транзистора 38 и через первый резистор

40 - с виной 32 питания, с которой соединены также коллектор второго транзистора 35 и эмиттер дополняющего транзистора 38, коллектор которого соединен с базой третьего транзистора 36 и через второй резистор 41 " с общей шиной 30. Третий 42 и четвертый 43 резисторы соединены последовательно и включены между катодом диода 39, анод которого подключен к шине 32 питания, и коллектором третьего транзистора 36, эмиттер которого соединен с общей шиной 30. Точка соединения третьего 42 и четвертого 43 резисторов подключена к базе второго транзистора

35, а катод диода 39 через пятый резистор 44 соединен с общей шиной 30.

Коллектор третьего транзистора 36 является выходом 8 порогового триггера 2.

Блок 3 регулировки чувствительности содержит транзистор 45, два диода

46 и 47, повторитель 48 напряжения и два резистора 49, 50. База транзистора 45 соединена с общей точкой один надцатого и двенадцатого резисторов

24 и 25 усилителя 1 автоколебаний, коллектор через первый резистор 49 соединен с шиной 32 питания, а через второй резистор 50 - с катодом второго диода 47, анод которого подключен к входу повторителя 48 напряжения и

5 6 соединен с третьей шиной 51 времязадающих элементов. Эмиттер транзистора 45 через прямосмещенный первый диод 46 подключен к общей шине 30 и непосредственно соединен с третьей шиной 52 резонансных элементов. Выход повторителя 48 напряжения подключен к свободному выводу второго резистора 15 усилителя 1 автоколебаний.

Ключевой элемент-4 может быть выполнен на транзисторах, включенных по схеме составного транзистора. При подаче положительного сигнала .на управляющий вход 9 происходит коммутация клемм 53 и 54.

Блок 5 синхронизации состоит из стабилитрона 55, диода 56, четырех транзисторов 57-60, восьми резисторов 61-68 и двух дополняющих транзисторов 69 и 70. Анод стабилитрона 55, катод которого подключен к первой шине 71 синхронизации, катод диода 56, анод которого подключен к второй шине 72 синхронизации, соединены с базами первого 57 и первого дополняющего 69 транзисторов, эмиттеры которых подключены к средней точке делителя напряжения на первом 61 и втором 62 резисторах, который включен между общей виной 30 и дополнительной шиной

73 питания, Коллектор первого транзистора 57 через третий резистор 63 подключен к дополнительной шине питания 73 и непосредственно - к базе второго дополняющего транзистора 70, эмиттер которого соединен с дополнительной шиной питания 73. Коллектор первого дополняющего транзистора 69 подключен к базе второго транзистора

58, эмиттер которого соединен с общей шиной 30, и через четвертый резистор

64 — к общей шине 30. Коллекторы второго 58 и третьего 59 транзисторов объединены и подключены к базе четвертого транзистора 60 и через пятый резистор 65 - к дополнительной шине

73 питания. Коллектор второго дополняющего транзистора 70 через шестой резистор 66 соединен с базой третьего транзистора 59, которая через седь.! 5398 ции подключен к управляющему вкоду 9

1 ключевого элемента.4. . Ьлизостный переключатель работает следующим образом.

К шинам 28, 29, 52 резонансных эле5 ментов подключаются чувствительные датчики, в качестве которых могут быть использованы колебательные контуры с переменной емкостью, величина которой 0 зависит от положения объекта. В результате усилитель 1 автоколебаний с резонансными цепями, подключенными к шинам 28, 29 и 52, образует автогенератор, условия генерации которого за- 1 висят от вносимой приближающимися объектами емкости и сопротивления потерь таким образом, что приближение объекта вызывает срыв автоколебаний.

При этом усилитель 1 автоколебаний совместно с пороговым триггером 2 работает следующим образом.

При отсутствии автоколебаний транзисторы 11 и 26 закрыты, транзистор 12 открыт и времязадающий элемент, напри-25 мер конденсатор, подключенный между шиной 33 и общей шиной 30, разряжается через диод 27, резистор 23 и малое сопротивление открытого транзистора

12. В результате пороговый триггер 2 30 устанавливается в одно из устойчивых состояний, которое, например, соответствует включенному состоянию устройства. В данном случае транзистор 36 порогового триггера 2 оказывается в зак35 рытом состоянии, что при закрытом транзисторе 60 блока 5 синхронизации, должно приводить к отпиранию ключевого элемента 4. При этом на управляющий вход 9 ключевого элемента 4 подается 40 ток через резистор 68 блока 5 синхронизации.

Если же автоколебания присутствуют в усилителе 1 автоколебаний, то времязадаюций элемент, например конденса- 4> тор, включенный между шинами 31 и 30, разряжается через транзистор 11. При этом дополняющий транзистор 26 закрывается, что вызывает закрытие транзистора 12 и запирание диода 27 ° Времязадающий элемент, например конденсатор, подключенный к шине 33, заряжается через резисторы 17 и 18.

Постоянная времени и величина гистерезиса порогового триггера определя55 ют величину задержки времени, необходимой для стабильной работы переключателя при кратковременных колебаниях, вносимых объектом приближения емкости. С достижением на шине 33 величины напряжения, соответствующей верхней границе опрокидывания порогового триггера 2, транзистор 36 открывается, запрещая, например, включение ключевого элемента 4.

Верхняя граница опрокидывания порогового триггера определяется потенциалом Ьазы транзистора 35, котооый должен быть поэтому стабилизирован и сделан по возможности независимым от ухода параметров времязадающих элементов, в частности электролитических конденсаторов. С этой целью, т,е, для предотвращения сЬоев в работе порогового триггера, база транзистора 35 смещается относительно шины 32 питания за счет чведения диода 39 в поро говь:й триггер 2 и соответствующего включения пятого резистора 44 порогового триггера 2, Тем самым исключаются сбои в работе переключателя при повышении утечки времязадающего элемента, подключенного к шине 33.

Чувствительность переключателя определяется коэффициентом усиления усилителя 1 автоколеЬаний и параметрами внешних резонансных элементов. Повышение чувствительности устройства путем настройки параметров резонансных элементов вЬлизи порога срыва автоколебаний при постоянном коэффициенте усиления усилителя 1 автоколебаний приводит к потере стаЬильности работы устройства из-за изменения параметров резонансных элементов (например емкости или тангенса угла потерь) под воздействием внешних факторов. Поэтому в данном устройстве повышение надежности при обеспечении высокой чувствительности достигается введением блока 3 регулировки чувствительности, принцип действия которого основан на увеличении напряжения питания входного каскада усилителя 1 автоколебаний с Ьольшой постоянной времени при срыве или уменьшении амплитуды автоколебаний. При наличии автоколебаний транзистор 45 блока 3 регулировки чувствительности приоткрывается положительными пиками напряжения и образует цепь заряда времязадающего элемента, включенного между шиной 91 и шиной

32 питания, через диод 47, резистор р0 и транзистор 45. Потенциал шины 1 повторяется повторителем 48 напряжения и подается через резистор 15 усилителя 1 автоколебаний в качестве транзистор 60 закрывается, обеспечивая подачу управляющего сигнала врез резистор 68 на управляющий вход 9 ключевого элемента 4. После включения ключевого элемента 4 напряжение на нем падает, вызывая включение транзистора 60, в результате чего импульс управления прекращается, обеспечивая минимальную мощность управления клю-. чевым элементом °

Таким образом, введение автоматической регулировки чувствительности, введение диода в пороговый триггер повышают надежность устройства при снижении требований к стабильности параметров применяемых конденсаторов и при высокой чувствительности. Использование и конкретное выполнение блока синхронизации расширяет функци-. ональные возможности устройства при широком выборе типов ключевых элементов и нагрузок.

1, Близостный переключатель, содержащий ключевой элемент, усилитель автоколебаний, состоящий из. трех транзисторов, диодной цепочки, диода, дополняющего транзистора и с первого по десятый резисторов, база первого транзистора соединена с первой шиной резонансных элементов, эмиттер— с первым выводом первого резистора и с второй шиной резонансных элементов, а коллектор, — с одним из выводов второго резистора, эмиттеры второго и третьего транзисторов подключены к общей шине, коллектор второго транзистора соединен с первым выводом

1ретьего резистора, а четвертый и пятый резисторы включены последовательно между шиной питания и выходом усилителя автоколебаний, соединенным с второй шиной времязадающих элементов и с входом порогового триггера, который состоит из трех транзисторов, генератора тока, дополняющего транзистора и пяти резисторов, база первого и коллектор третьего транзисторов подключены соответственно к входу и выходу порогового триггера, эмиттеры первого и второго транзисторов объединены и через генератор тока соединены с общей шиной, коллектор первого транзистора соединен с базой дополняющего транзистора, эмиттер которого подключен к шине питания и к кол9 1539855 10 напряжения питания входного каскада этого усилителя, При этом обеспечива ется режим работы автогенератора, близкий к срыву автоколебаний, и выcoKBR чувствительность устройства на приближение объекта.

При уменьшении амплитуды автоколебаний под воздействием внешних факторов сопротивление транзистора 45

10 блока 3 регулировки чувствительности повышается, уменьшая ток заряда времязадающего элемента, подключенного к шине 51, который начинает разряжаться с большей постоянной времени. Потенциал .шины 5 . и коллекторное напряжение транзистора 10 усилителя 1 автоколебаний при этом также повышаются, обеспечивая восстановление исходного режима работы. Большая постоян- 20 ная времени, обусловленная высоким значением входного сопротивления повторителя 48 напряжения блока 3 автоматического регулирования чувствительности, обеспечивает отсутствие сбоев 25 ф о р и у л а и з о б р е т е н и я в работе устройства при приближении объекта и срыве автоколебаний.

Блок 5 синхронизации обеспечивает выработку сигнала запрета включения ключевого элемента 4 после того, как 30 сработал коммутирующий элемент, обеспечивая минимальную мощность управления и повышение надежности ключевого элемента.

При использовании ключевого элемен та 4 с положительной полярностью импульсов управления в качестве общей шины используется общая шина 30 устройства . Клемма 53 ключевого элемента 4 через ограничительный резистор 40 соединяется с дополнительной шиной

73 питания.

Первая шина 71 синхронизации и соответствующий вход через стабилитрон

55 используются, когда требуется уп- 45 равлять ключевым элементом с отрицательной полярностью импульса запуска.

Тогда соответственно изменяются функции общей шины 30 и дополнительной шины 73 питания, а также клемм 53 и sp

54 ключевого элемента 4. Входные вентили (стабилитрон 55 и диод 56) блока

5 синхронизации служат для обеспечения включения ключевого элемента после достижения определенной величины нап- у ряжения сети переменного тока. При этом открываются в зависимости от полярности напряжения транзисторы 57, 59, 70 либо транзисторы 69 и 58, а

11

153 лектору второго транзистора, а коллектор - к базе третьего транзистора и через второй резистор - к общей шине„ эмиттер третьего транзистора подключен к общей шине, а коллектор через четвертый резистор соединен„с базой второго транзистора и.с одним из вы- водов третьего резистора, выход порогового триггера подключен к управляющему входу ключевого элемента, о тл и ч а ю ц и и с я тем, что, с це-. лью повышения надежности, в него введен блок регулировки чувствительности, содержащий транзистор, два диода, повторитель напряжения и два резистора, причем эмиттер транзистора соединен с третьей шиной резонансных элементов и через первый прямосмещенный диод подключен к общей шине, а коллектор соединен через первый резистор с шиной питания, и через второй резисторс катодом второго диода,.анод которого подключен к третьей шине время- . задающих элементов. и к входу повторителя напряжения, выход которого соединен с вторым выводом второго резистора усилителя автоколебаний, в который дополнительно введены один- . надцатый и двенадцатый резисторы, соединенные последовательно и включен ные между эмиттером первого транзистора этого усилителя и общей шиной, общая точка которых подключена к базе транзистора блока регулировки чувствительности, причем в усилителе автоколебаний шестой резистор включен между Ьазой и коллектором первого транзистора, седьмо" резистор включен между общей шиной и вторым выводом первого резистора, подключенным к базе второго транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной времязадающих элементов и с базой дополняющего транзистора, коллектор которого подключен к оЬщей шине, а эмиттер соединен с вторым выводом третьего резистора и с анодом диодной цепочки, а через восьмой резистор - с шиной пита.ния, анод диода соединен с выходом усилителя автоколебаний, а катод соединен с общей точкой четвертого и пятого резисторов и через десятый резистор подключен к коллектору третьего транзистора того же усилителя, Ьаза которого подключена к катоду диод98д 12 ной цепочки и через девятый резистор соединена с общей шиной, а в пороговый триггер дополнительно .введен диод, 5 анод которого подключен к шине питания, а катод соединен с вторым выводом третьего резистора этого триггера и через ятый резистор подключен к оЬщей шине, причем первый резистор по1О рогового триггера включен между кол" лектором первого транзистора порогового триггера и шиной питания.

2. Переключатель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен блок синхронизации, содержащий стабилитрон, диод, четыре транзистора, восемь резисторов и два дополняющих транзистора, причем анод стабилитрона, катод которого подключен к первой шине синхронизации, и катод диода, анод которого подключен к второй шине синхронизации, объедине25 ны и подключены к базам первого и первого дополняющего транзисторов, эмиттеры которых подключены к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых подключены соотЗО ветственно к дополнительной шине питания и к общей шине, коллектор первого транзистора соединен с базой второго дополняющего транзистора и через третий резистор - с дополнительной шиной питания, а коллектор первого дополняющего транзистора соединен с базой второго транзистора и через четвертый резистор - с общей шиной, пятый резистор включен между дополни4р тельной шимой питания и точкой соединения коллекторов второго и третьего и базы четвертого транзисторов, эмиттеры которых подключены к общей шине, база третьего транзистора через седьмой резистор соединена с общей шиной, а через шестой резистор — с коллектором второго дополняющего транзистора, эмиттер которого соединен с дополнительной шиной питания, к которой подключен также один из выводов восьмого резистора, второй вывод которого подключен к коллектору четвертого транзистора и к выходу блока синхронизации, подключенному к управляющему входу ключевого элемента близостного переключателя, 1539855

Составитель В. Лементуев

Техред A.Êðàâ÷óê " Корректор С. Шекмар

Редактор И. Рыбченко

Тираж 460

Заказ 224

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101