входного сигнала А. При достижении входной величиной А пре
дельного значения Лпр происходит скачкообразное изменение значения выходного сигнала Я. Минимальное значение выходного
|
|
|
|
|
сигнала |
ЯМИ11 |
при Л < Л пр (положение «отключено») условно обо |
значается 0, |
максимальное Ямакспри Л >Л пр (положение «вклю |
чено») |
условно обозначается 1. У идеального релейного элемента |
-^мин = 0 |
и поэтому легко отличить переход |
от одного |
состояния |
элемента к другому. |
элементы |
имеют не |
Реальные релейные (переключающие) |
сколько отличную характеристику (рис. 9.18,6). Здесь для надеж ного перехода от одного состояния элемента к другому необхо димо конечное изменение входной величины от Л <Л ПР] к Л >Лпр2. Выходной сигнал в положении «отключено» у реального элемента
не равен нулю, |
а имеет определенное конечное |
значение |
Ямин- |
Для надежной |
работы релейных |
элементов |
необходимо, |
чтобы |
входной сигнал в положении «отключено» |
был |
меньше значения |
Ащп (точка Ai), а в положении |
«включено» был больше |
Аща |
(точка Л2). |
|
|
элемента являются |
Выходные сигналы Ямин и ЯМакс одного |
входными для следующего. Поэтому для надежного выполнения логических операций следует стремиться к увеличению отношения
Ямакс/Ямин-
Сигнал Ямин принято называть сигналом «помеха» в отличие
от «полезного» |
сигнала Ямакс. Отношение полезного |
сигнала к |
сигналу |
помехи |
называется к о э ф ф и ц и е н т о м п е р е п а д а |
|
|
&п = |
-Кмакс/^мнн- |
(9 -8 ) |
Для |
идеальных релейных |
элементов kn=l/0 = oo. |
Наиболее |
близкими к идеальным релейным элементам являются контакт ные устройства (электромагнитные реле и др.), так как сопротив ление замыкающих контактов близко к нулю при включенном устройстве и к бесконечности (в случае достаточно хорошей изо ляции) при отключенном.
Бесконтактные логические элементы выполняются на основе нелинейных электрических или магнитных элементов, характери стики которых приближаются к характеристике идеального релей ного элемента (см. рис. 9.18,а).
Для бесконтактных логических элементов £п= Ю-г-103. При £п;^10 построение логических схем на бесконтактных элементах считается возможным. При /гп^ 1 0 такое построение вызывает за труднения. В этом случае полезный сигнал может уменьшиться, а сигнал помехи увеличиться до такой степени, что станет невоз можным отличить их друг от друга. Такое сближение значений сигналов может произойти за счет отклонений параметров элемен та от расчетных при его изготовлении, в процессе эксплуатации, при работе в широком температурном диапазоне и при колебаниях питающих напряжений.
§9.7. Логические операции без усиления
Простейшим нелинейным элементом, позволяющим осу ществить логические операции ИЛИ и И, является диод. Идеаль
ный диод в зависимости от полярности приложенного к нему напряжения имеет два значения сопротивления: в прямом направ лении Яд.пр= 0 и в обратном Яд.обр = °°- Реальные же полупровод
никовые диоды имеют конечные величины сопротивлений как в прямом, так и в обратном направлениях (см. рис. 5.3).
Рис. |
9.19. |
Логическая |
опера- |
Рис. 9.20. Логическая операция И |
ция |
ИЛИ |
с использованием |
с |
использованием |
диодов |
|
|
диодов |
|
|
|
|
На рис. 9.19 представлена схема, реализующая посредством |
диодов |
и резисторов |
операцию |
ИЛИ. |
При наличии |
достаточно |
большого напряжения на одном из входов на нагрузке получается входной сигнал, соответствующий 1. Остальные диоды закрыты (Я д = Я д.обр) и внутренние сопротивления источников сигналов Явн
не шунтируют нагрузку. Для надежной работы схемы необходимо выполнить условие
Яд. пр + Я иН ^ Янагр “С Яд.обр. |
(9 -9) |
Логическая операция И реаливуется посредством схемы, пред
ставленной на рис. 9.20. Если на входы всех диодов поданы доста точно большие напряжения входов:
то все диоды будут закрыты, а на нагрузке появится сигнал, соот ветствующий 1, в виде большого напряжения. Если хотя бы на одном из входов напряжение отсутствует, то соответствующий ди од открыт и выходной сигнал мал (0). Резистор Я0п предназначен для ограничения тока через диоды в случае их открытия. Значе ние его сопротивления определяется следующими условиями:
а) получение напряжения t/Harp> близкого к Еоп, в случае ра
венства всех входных сигналов 1;
б) получение напряжения Umrp<g.Eon и ограничение тока че рез диоды до допустимого значения /д.доп в случае равенства хотя
бы одного из входных сигналов 0.
Для выполнения этих условий необходимо: |
|
Ад.,д«п . |
(9.11) |
Яоп + Явн Яд.нр |
|
R bH“Ь ^д.пр 'С Ron “С ^ н агр ’ |
(9.12) |
Схемы И и ИЛИ обычно чередуются (рис. 9.21). |
Выходное |
напряжение одного элемента является входным напряжением од
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ного или нескольких следую |
Л |
щих элементов. Поэтому со |
противление |
нагрузки |
каж |
|
дого |
последующего элемен |
|
та |
необходимо |
увеличить |
|
хотя |
бы |
на |
порядок |
(в |
10 |
|
раз) |
по сравнению с сопро |
|
тивлением |
нагрузки преды |
|
дущего элемента (являюще |
|
гося |
внутренним |
сопротив |
|
лением |
источника входного |
|
сигнала). |
|
|
|
учета |
|
|
Необходимость |
|
этих |
условий |
приводит |
к |
Рис. 9.21. Схема, реализующая логиче |
тому, |
что |
практически |
на |
скую операцию А = (Л+ В) (C+D) по |
диодах и резисторах не вы |
средством диодов и сопротивлений |
полняются логические функ |
более чем двух каскадов последова |
ции, |
требующие |
включения |
тельно (Л. 47].
§9.8. Выполнение логических элементов
свнутренним усилением.
Полупроводниковый триод как логический элемент
Необходимость увеличения сопротивления нагрузки от элемента к элементу приводит в цепях с пассивными нелинейными элементами (диодами) к постепенному уменьшению мощности сигнала, т. е. к его затуханию. Поэтому при большом числе после довательных логических операций необходимо в определенных участках схемы применять усилители. В логической части устройств релейной защиты и автоматики необходимость усиления входных сигналов связана, кроме того, с довольно частым приме нением сложной логической операции «память», которая выпол няется с применением положительной обратной связи с коэффици ентом &0.с>1 (см. § 9.4).
Усилитель в логических элементах работает в режиме пере ключающего устройства, т. е. при подаче на вход сигналов в виде дискретных величин, соответствующих состояниям «включено» и
«выключено» (1 или 0), на выходе усилителя также |
появляются |
|
сигналы дискретного |
характе |
|
ра. В настоящее время в каче |
|
стве такого усилителя |
широко |
|
используется полупроводнико |
|
вый триод в режиме переклю |
|
чения. |
|
|
|
На рис. 9.22 представлена |
|
схема включения триода Т с |
|
общим эмиттером, используе |
|
мая для построения логиче |
|
ских |
элементов. |
Триод в ре |
|
жиме переключения в зависи |
|
мости от его состояния (насы |
|
щения или отсечки) шунтирует |
|
либо |
дешунтирует |
нагрузку. |
Рис. 9.22. Схема триодного переклю |
Таким образом, триод в дан |
чателя |
ной схеме эквивалентен ключу |
|
при условии полного закрытия |
его при входном сигнале 0 и полного открытия при входном сигна ле 1. При этом триодный переключатель по схеме с общим эмитте ром производит инвертирование входного сигнала. Действительно, при входном сигнале 1 триод открыт и насыщен, т. е. UBых мало и
соответствует выходному сигналу 0, а при входном сигнале 0 триод закрыт (режим отсечки) и UBых достаточно велико, что
соответствует выходному сигналу 1.
Режим отсечки обеспечивается в случае положительного (за пирающего) напряжения база—эмиттер. В отличие от нуль-инди катора входной сигнал логических элементов однополярен и раз личается для случаев 0 и 1 по абсолютному значению. Поэтому в
данной схеме для изменения знака напряжения |
база — эмиттер |
используется дополнительный источник, смещения |
Ес с поляр |
ностью, противоположной полярности входного сигнала.
В режиме отсечки ток базы протекает в запирающем направ лении и равен
1б — |
Ль к 0- |
|
Т ок коллектора в этом режиме очень мал: |
|
/ K= |
W |
(9.13) |
Напряжение эмиттер — коллектор в режиме |
отсечки близко |
к £„, но несколько меньше его за счет падения |
напряжения на |
сопротивлении Rlt от токов / б.ко и нагрузки / Нагр'- |
|
£Д.К = Е к — R A h . K O + I нагр) = Е ц — Я к (^б.к 0 4~ У э. к/Я нагр)-
