Файл: Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры.pdf

Рис. 3-8. Схема двухполюсной коммутации мостовых измеритель­ ных схем.

нагрузка Rm соединенные общим проводом, подключены к другой диагонали.

Для двухполюсного разделения с помощью мостового ключа источника сигнала и нагрузки последние необхо­ димо включить не в диагональ моста, а в его плечи (рис. 3-9,б). Полученный таким образом двухполюсный ключ позволяет строить весьма экономичные по числу элементов матричные коммутаторы, которые рассмотре­ ны в следующем разделе.

3-3. МАТРИЦЫ ДИОДНЫХ КЛЮЧЕВЫХ УСТРОЙСТВ

Структура ключевых устройств коммутатора во мно­ гом определяется характером коммутируемых источни­ ков сигнала ИС. В случае, если ИС независимы и не имеют между собой гальванических связей, их переклю­ чение может быть осуществлено ключами К, число кото-

54

Рис. 3-10. Блок-схема линейного коммутатора.

Рис. 3-11. Блок-схема коммутатора с матричным рас­ пределителем и ключевым устройством.

рых равно числу ИС (рис. 3-10). Кроме того, такие ИС допускают построение матричных коммутаторов (рис- 3-11), в которых количество ключей и выходов уменьшится по сравнению с линейными коммутаторами

враз:

____N

(3-8)

Pl т + п'

где N — общее количество ИС; т, п — число строк и столбцов матрицы (N = mn).

55

Для квадратной матрицы, т. е. при т = п = Y N п0' лучим:

В обоих рассмотренных случаях коммутация осуще­ ствляется однополюсными ключами. Во многих устрой­ ствах, однако, НС имеют дополнительные гальваннче-

Рис. 3-12. Блок-схема коммутатора многоветвевых мосто­ вых схем.

скпе связи, в частности, в МБСТ, в которых отдельные мосты объединены в многоветвевую измерительную схе­ му при помощи общего источника питания. Схема комму­ татора для таких НС изображена на рис. 3-12. Здесь для переключения каждого источника требуется два ключа, обеспечивающих совместно двухполюсную ком­ мутацию. При этом, как видно из рисунка, даже для матричного коммутатора общее число ключей составляет 2N, т. е. столько же, сколько в линейном двухполюсном коммутаторе.

Рассмотрим схему двухполюсного матричного комму­ татора, построенного на биполярных диодных ключах

56

(рис. 3-13). Чтобы обеспечить открывание обоих ключей, соединенных с каким-либо ИС, эти ключи выполнены со взаимно противоположным включением диодов; с рас­ пределителей на ключи подаются разнополярные сиг­ налы.

При анализе рис. 3-13 нетрудно установить, что каж­ дая группа диодов Д, Д', Д", Д'", обеспечивающая ком-

Рнс. 3-13. Диодная матрица на биполярных ключах.

мутацию одного источника, представляет собой двухпо­ люсный диодный ключ (см. рис. 3-9,б ). Применение та­ кого ключа позволяет осуществить минимизацию диодов в матрице.

Действительно, как видно из рис. 3-13, все диоды Д' каждого столбца включены параллельно. Также парал­ лельно включены диоды Д "’ в каждой строке матрицы. Это позволяет заменить в каждом столбце и в каждой строке группу параллельно включенных диодов одним групповым диодом Д' и Д"' (рис. 3-14). Групповой диод, входя как элемент в ряд ключей, выполняет свои функ-

57

шш поочередно в каждом нз ключей, объединенных об­ щей с диодом шиной столбца или строки.

Благодаря использованию групповых диодов общее количество диодов в минимизированной матрице может быть уменьшено в рг раз:

минального количества (400 диодов).

Столь значительное уменьшение количества деталей дает возможность существенно уменьшить габариты уст­ ройства. Дальнейшее уменьшение габаритов п веса мо­ жет быть достигнуто применением элементов, построен-

Рис. 3-14. Диодная матрица с групповыми диодами.

58

ных на базе микроэлектронной технологии, которая потенциально позволяет строить миниатюрные схемы с очень большой плотностью упаковки.

3-4. РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ БЕСКОНТАКТНЫХ КОММУТАТОРОВ МЕСТ

Рассмотрим вторую составную часть коммутатора — распределитель. Схемные распределители обычно пред­ ставляют собой регенеративную схему млн набор реге­ неративных схем, генерирующих распределенные в про­ странстве п времени импульсы с резко выраженными участками быстрого изменения напряжения (фронтами) и участками медленного изменения напряжения (вер­ шинами).

Известно, что основным недостатком распределителя, выполненного в виде набора регенеративных схем (на­ пример, бистабильных триггеров), каждая из которых потребляет постоянно определенную мощность, является пропорциональная зависимость полной мощности от ко­ личества каскадов распределителя. Этот недостаток осо­ бенно усугубляется при переходе на микроминиатюрное исполнение коммутатора, при котором к схемам предъяв­ ляются весьма серьезные энергетические требования. От этого недостатка свободны многофазные релаксаторы: триггеры и мультивибраторы. Схемы этого типа описаны в литературе [Л. 4, 6].

Многофазные релаксаторы в зависимости от типа схемы могут работать в циклическом, старт-стопном, шаговом режимах, а также по заданной программе. В устройствах автоматического контроля чаще всего ис­ пользуются два режима работы коммутатора: цикличе­ ский н шаговый. Рассмотрим схемы, соответствующие этим режимам.

Основная схема транзисторного многофазного муль­ тивибратора изображена на рис. 3-15. Транзисторы вклю­ чены по схеме с общим эмиттером. Напряжение смеще­ ния, необходимое для нормальной работы схемы, сни­ мается с делителя R ь Нг и подается на базы транзисто­ ров через резисторы Rq. Элементом обратной связи слу­ жит общеэмиттерный резистор R3.

Схема многофазного мультивибратора весьма эконо­ мична по числу деталей, так как в ней используется лишь одни активный элемент на канал. Недостатками схемы,

59

- Е

затрудняющими ее использование в качестве распредели­ теля коммутатора, являются ограниченная нагрузочная способность и экспоненциальная форма вершины выход­ ного импульса, обусловленные работой транзисторов на активном участке характеристики. Устранить эти недо­ статки можно путем добавления к каждому каскаду мультивибратора буферного формирующего каскада [Л. 4], но в этом случае число активных элементов на ка­ нал увеличивается до двух.

Для построения коммутатора, работающего в шаго­ вом режиме, может быть использована схема многофаз­ ного триггера (рис. 3-16).

60

Для многофазного триггера при небольших скоростях переключения наиболее целесообразным является режим, при котором транзисторы открытого каскада насыщены, т. е. режим переключения из состояния отсечки в насы­ щение. Схема многофазного триггера в этом случае обладает значительной нагрузочной способностью и пло­ ской вершиной выходного импульса, что позволяет ис­ пользовать ее непосредственно, без промежуточных каскадов в качестве распределителя коммутатора.

Очевидно, что наиболее экономичной по числу дета­ лей является схема триггера (рис. 3-16), которая содер­ жит по одному резистору на каскад. Статическое состоя­ ние схемы иллюстрирует табл. 3-1, в которой приведены напряжения на электродах транзисторов при значениях сопротивлений Я'э—\0 ком, RK= 8,2 ком и напряжении питания 19 в.

Из таблицы видно, что если в открытом каскаде оба транзистора действительно находятся в режиме насыще­ ния и открыты практически полностью, то в закрытом ка­ скаде лишь транзистор Т' надежно закрыт. На базе транзистора Т имеется, хотя и небольшое по величине, отпирающее отрицательное напряжение. Рост тока /ко транзистора Т' увеличивает это напряжение, а отсутствие какого-либо сопротивления, фиксирующего потенциал базы транзистора Т, делает этот потенциал неопределен­ ным. При температуре свыше 50—60 °С этот процесс может привести к срыву нормальной работы схемы за счет открывания нескольких каскадов. В связи с этим в схемах, соответствующих рис. 3-16, используются глав­ ным образом кремниевые транзисторы, отобранные пред­ варительно по величине тока /ко. Однако в случае работы при температуре до 50 °С этот недостаток компенсирует­ ся исключительной простотой схемы, позволяющей ис­ пользовать ее для многих целей. Рекомендации по выбо­ ру и расчету элементов схемы приведены в [Л. 4, 6].

61

Неопределенность значений напряжения на базах транзисторов Т в закрытых каскадах рассмотренной схе­ мы молено исключить введением еще одного источника автоматического смещения — общего эмиттерного рези­ стора R0 и резисторов R'K, через которые это смещение

подается на базы транзисторов Т (рис. 3-17). Распреде­ ление напряжений на электродах этой схемы показано в табл. 3-2.

Как видно из табл. 3-2, в этой схеме на базах обоих транзисторов закрытого каскада имеется запирающее напряжение, что делает схему некритичной к изменению тока /ко и допускает ее надежную работу при высоких температурах, приближающихся к предельной темпера­ туре транзисторов.

Сопротивление Rg выбирается небольшой величины (до 1 ком), так как падение напряжения на нем вызы-

62