Электронные переключающие устройства
В промышленной автоматике все большее применение находят различные электронные переключающие устройства, которые обладают рядом положительных свойств: отсутствием контактов, что определяет большой срок службы; высокой скоростью срабатывания; быстрым ритмом работы и т.д.
Транзисторное переключающее устройство. Это устройство представляет собой двухкаскадный усилитель с глубокой положительной обратной связью (рис. 5.1, а). Положительная обратная связь между транзисторами VT1 и VT2 осуществляется через резистор R1, который включен в цепь эмиттера. При отсутствии сигнала управления (Uвх = 0) VT1 закрыт, a VT2 открыт, выходной сигнал Uвых имеет минимальное значение (Uвых → min).
При подаче на вход VT1 сигнала управления отрицательной полярности он открывается, a VT2 запирается и на выходе появляется напряжение Uвых, значение которого равно значению напряжения источника питания Eсм. При уменьшении сигнала управления Uвх до определенного значения VT1 закрывается, а транзистор VT2 открывается; при этом Uвых → 0, в результате чего схема возвращается в исходное состояние.
Статический триггер. На рис. 5.1, б показана принципиальная схема симметричного триггера, представляющая собой два усилительных каскада VT1 и VT2 с одинаковыми параметрами. Он может работать в режиме раздельных входов и режиме общего входа. При работе раздельных входов переключение VT1 и VT2 производится подачей импульсов поочередно на Bx.1 и Вх.2 или подачей на один из входов импульсов изменяющейся полярности. В исходном состоянии один из транзистор VT1 или VT2 закрыт. Например, если VT2 закрыт, то напряжение вых на его коллекторе близко к напряжению питания Есм. При этом транзистор VT1 откроется, так как на его базу подан отрицательный потенциал через перекрестную связь от транзистора VT2 и на выходе VT1 имеется минимальное значение выходного напряжения Uвых.
При подаче на вход Bx.1 управляющего положительного импульса VT1 закроется, a VT2 откроется, т.е. будет иметь место переключение цепей управления. Следует отметить, что время переключения составляет миллисекунды.
Тиристорный переключатель. Это переключающее устройство применяется при управлении цепями большой мощности. На рис. 5.1, в приведена схема такого тиристорного переключателя. При отсутствии на входе логического элемента И — HE напряжение Uвх = 0 оптрон VT1 закрыт и ток нагрузки на сопротивлении Rн = 0. При подаче на вход Uвх положительного потенциала (лог. 1) открывается VT1, который открывает тиристор VT2, включенный в диагональ моста выпрямителя В последовательно с нагрузкой, и по нагрузке Rн протекает ток. При снятии сигнала управления (Uвх = 0) ток в нагрузке будет протекать до окончания длительности полупериода переменного напряжения (~ 220 В), так как оптрон VT1 закроется при значении напряжения, равном нулю.
Управление тиристорами можно производить и при помощи конденсатора C1 и диода VD1. На рис. 5.1, г приведена эта схема управления. При положительной фазе переменного напряжения питания Uп и подаче тока сигнала управления на управляющий электрод тиристора VT1 он откроется и по нагрузке Rн потечет ток. Одновременно при этом заряжается конденсатор C1 через диод VD1. При отрицательной фазе переменного напряжения VT1 отключится, но включится тиристор VT2 за счет разряда конденсатора через резистор R1. Таким образом по нагрузке будет постоянно протекать переменный ток.
Фотоэлектрическое переключающее устройство. В качестве фотоэлектрического переключающего устройства обычно применяют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и другие полупроводниковые фотоэлементы. Они преобразуют световой поток в изменение своего сопротивления или генерируют собственную ЭДС (рис. 5.2).
На рис. 5.2, а показана схема фотореле с фоторезистором BLR и реле K1 и К2, которые срабатывают при освещении BLR. В электрическую цепь фоторезистора включена обмотка реле K1. Это реле является промежуточным усилителем. Оно управляет мощным выходным реле К2. При затемнении BLR его сопротивление велико, поэтому ток в цепи катушки реле K1 мал и реле K1 находится в исходном состоянии. При освещении BLR его сопротивление резко падает (в десятки и сотни раз), что приводит к возрастанию тока в цепи катушки реле K1 и оно срабатывает, а его контакт K1 в цепи реле К2 включает реле К2, которое тоже срабатывает.
В схеме фотореле с фотодиодом (см. рис. 5.2, б) в качестве промежуточного усилителя применен полупроводниковый усилитель на транзисторе VT, в коллекторную цепь которого включена катушка выходного реле К. При затемнении фотодиода BLD, включенного в цепь в непроводящем направлении, его сопротивление велико и транзистор VT заперт. При освещении фотодиода его сопротивление в непроводящем направлении уменьшается во много раз, что обусловливает возникновение тока в цепи базы, и транзистор отпирается, возникающий ток в цепи коллектора обеспечивает срабатывание выходного реле К. Диод VD защищает транзистор VT от перенапряжений при его запирании.