Устройство для мажоритарного выбора непрерывных сигналов Советский патент 1983 года по МПК H03K19/23 H05K10/00 

t10 Изобретение относится к приборо- строению и может быть использовано для построения резервированных систем повышенной надежности. Известно устройство, содержащее п каналов резервирования, каждый из ко торых содержит два ограничителя тока и два балансных, резистора, причем первый и второй балансные резисторы последовательно соединены между выходом резервируемого канала и общей выходной точкой, которая через нагрузочный резистор соединена с нулевой клеммой блока питания, парал лельно второму резиртору. подключены Два ограничителя ;тока, содержащие по два транзистора различной проводимос ти , соединенных по схеме общая база .- общий эмиттер, клеммы питания первого и второго ограничителей тока каждого канала резервирования соединены соотеетственно с отрицательной и положительной клеммами блока питания til Недостатком данного устройства яв ляется невозможность устройством скомпенсировать отказ транзисторов типа пробоя переходов коллектор-эмит тер или база-коллектор, что снижает надежность устройства, понижая чувст еительность устройства И37за наличия высокоомного входного балансного резистора. Наиболее близким к предлагаемому является устройство,содержащее л диодных мостов (где п - число резервируемых приборов, нечетно и более 2 2п балансных сопротивлений и источни напряжения постоянного тока, у которого одни диагонали диодных мостов, имеющие однонаправленную проводимост через балансные сопротивления подклю чены, к общему источнику напряжения, а вторые диагонали с одной стороны соединяются с резервируемыми прибора ми , ас другой - образуют общую выходную точку 23. Недостатком известного устройства является наличие дополнительного источника напряжения повышенного уровня, что снижает надежность устройств Цель изобретения - повышение надежности устройства посредством исключения дополнительного высоковоль ного источника напряжения постоянног тока. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее нагрузо .ный резистор и по числу резервируемых каналов диодные мосты, однонаправленная диагональ каждого из которых своими выводами подключена к первому и второму балансным резисторам, соединенным с клеммами различной полярности блока питания, в каждый диодный мост введены дваограничителя тока, содержащих по одному транзистору различной проводимости, и четыре измерительных резистора, каждый из которых включен последовательно с одноименным диодом и соответствующим выводом однонаправленной диагонали диодного моста, входы ограничителей тока подключены параллельно соответствующему измерительному резистору, расположенному в ветви моста, средняя точка которой соединена с аналогичными точками других диодных мостов и с выходом устройства, который через нагрузочный резистор соединен с нулевой шиной устройства и со средней точкой блока питания, клеммы отрицательной и пoлoжиteльнoй полярности которого подключены к соответствующим выходам ограничителей тока, а средняя точка другой ветви каждого диодного моста соединена с соответствующим резервируемым каналом. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит нагрузочный резистор 1,П диодных мостов 2 (где п -число резервируемых каналов), 2п балансных резисторов 3 и А, блок 5 питания, 2п ограничителей 6 и 7 тока, п измерительных резисторов 8-11 и диоды 12-15. Нагрузочный резистор 1 включен между выходом устройства и нулевой шиной; соединенной со средней точкой блока 5 питания. Однонаправленная диагональ каждого диодного моста 2 подключена к первому и второму балансным резисторам 3 и , соединенным с клеммами различной полярности бло(% 5 питания Каждый диодный мост 2 содержит два ограничителя 6 и 7 токз, имеющих по одному транзистору различной проводимости, и четыре измерительных резистора 8-11, каодый из которых включен последовательно с одноименным диодом и соответствующим выводом однонаправленной диагонали диодного моста 2. Входы ограничителей 6 и 7 тока подключены параллельно соответствующему измерительному резистору ТО и 11, рас310положенному в ветви моста 2, средняя точка которой (Н) боединена с аналогичными точками других диодных мостов 2 и с выходом устройства. Клеммы отрицательной и положитель ной полярности блока 5 питания подключены к соответствующим выходам ог раничителей б и 7 тока, а средняя точка другой ветви каждого диодного моста 2 соединена с соответствующим резервируемым каналом. Устройство осуществляет выбор непрерывного аналогового сигнала, равного среднему арифметическому из п входных сигналов резервируемых канаг лов информации, отличакяцихся от осредненного выходного напряжения на величину, не превышакщую заданный по рог отсечки. Передаточная функция устройства имеет вид, определяемый выражением G} .,, Щ) A9i |€o|M vi-ni vnax где f(&V) сигнал на выходе устройства;мгновенное значение напряжения входного сигнал ре зервируемого i-ro канала;у - среднее арифметическое из п входных сигналов зн чение вы ходного напряжения устройства; Ду. - значение абсолютной раз ности напряжений между мгновенными значениями входного сигнала резервируемого I-го канала и выходного 4У общее число резервируемы каналов информации ( число неисправных резервируемых каналов информа ции (т заданный порог отсечки,з ,чение которогоопределяет ;Ся среднеквадратической погрешностью 1-го канала; заданное максимальное зн чение напряжения выходно характеристики устройств в линейной зоне; мгновенные значения напряжений входных сигнало исправных резервируемых каналов. Устройство может работать в двух качественно различных режимах. 1.Все п каналов резервирования исправны. Зтому режиму соответствуют условия, определяемые выражением (1а). 2.В устройстве имеет место m неисправных каналов резервирования (где m т планируемое допустимое число неп - 1л исправных каналов, RL.-, -Т-/ Этому режиму соответствуют условия, определяемые выражением (16). К ЭТОМУ режиму работы устройства следует отнести и отказ транзисторных ограничителей 6 и 7 тока типа пробоя переходов коллектор-змиттер или коллектор-база. Рассмотрим первый режим работы устройства. Требуемое значение суммы балансного резистора Вз(1Ц) и измерительного RQ(( ) в каждом канале определяется условием обеспечения устройством заданного максимального значения напряжения выходной характеристики в линейной зоне в соответствии с выражениемl nR( О RA при условий R -,- 4 о где R;, номинальное значение сопротивления нагрузочного резистора I; Е - значение биполярного напряжения блока 5 питания относительно средней точки; , е„ - .падение напряжения на открытом диояе.в диодных мост ах 2. Значение заданного максимального значения напряжения выходной характеристики устройства в линейной зоне () определяется условием kvwQxh/y-fWQxI. 3) - максимальное значение мгновенного напряжения входного сигнала I-го резервируемого канала в рабочей зоне его выходной характеристики. Требуемые значения сопротивления и R, R определяются выражеR 2U5pn,(i,) 9 Vo E47/R2;(1 - . . (5)

где и - напряжение отпирания за-эмиттерного перехода транзисторов в ограничителях 6 и 7 тока.

В начальный момент, когда напряжения входных сигналов всех резервируемых каналов равны между собой и равны Og,, через однонаправленную диагональ каждого диодного моста (точки А - В) протекает установочное значение тока ограничения - о, уровень которого определяется выражением Е - епр

(6)

Эо 2

R,,4R

При идентичности характеристик примененных типов диодов можно считать, что через кажды диод протекает начальный ток, равный половине тока ограничения - Зо/2.

Уровни напряжений в отдельных вершинах диодных мостов 2 будут равны

и .;

S -V;

UA

При синхронном воздействии всех входных сигналов и их относительной . разности, не превышающей заданный порог отсечки р, на выходе устройства формируется достоверный сигнал, равный среднему арифметическому из всех п входных сигналов.

Одновременно происходит линейное .перераспределение токов в отдельных диодах, причем синхронное изменение будет происходить в попарно и противоположно расположенных диодах в диод ных мостах 2.

Линейно изменяются и.уровни напряжений в отдельных вершинах диодных мостов 2, но исходное соотношение разности напряжений в вершинах А и 8 будет сохраняться - | UA Мь |

2е

прУровень напряжения в точке N также будет линейно следовать за изменениями напряжения входного сигнала в точке М.

Коэффициент передачи устройства по напряжению определяется выражением

-(7)

Ra 4- R.

Падение напряжения на измерительных резисторах R и R от тока в его ветвях не достигает знамения отпирания база-эмиттерных переходов транзисторов в ограничителях 6 и 7 тока. Транзисторы находятся.в непроводящем состоянии и не влияют на пропорциональность изменения токов и пряжений.

При значениях уровней напряжений входных сигналов |у.| « у /происходит попарное запирание диодов в противоположных ветвях диодных мостов. При этом напряжение На выходе устройства достигает своей максимальной величины и не зависит от дальнейшего возрастания напряжений входных сигналов.

Рассмотрим второй режим работы устройства.

Предположим, что крутизна изменения напряжений входных сигналов в m неисправных каналах выше крутизны изменения напряжений входных сигналов в п - m исправных каналах.

В m диодных мостах наблюдается непропорциональное изменение токов в отдельных ветвях и напряжений в отдельных точках (точки А, В, М и N).

Для конкретности дальнейшего изложения, рассмотрим физические процессы, происходящие в устройстве, с учетом следующего допущения: все сигналы положительной полярности ();крутизна изменения входных сигналов в m неисправных каналах также имеет положительный -знак ().

Напряжение в точке А m диодных мостов будет возрастать медленнее, чем напряжение в точке В благодаря демпфирующему действию токов в п - m диодных мостах исправных каналов.

Одновременно с возрастанием напряжения в точке А возр астают и значения токов в ветвях АМ(Эд|) т-диодных мое тов, приращения которых формируют на выходе устройства напряжение ошибки сравнения - (Г Токи дц будут возрастать до значения, при котором падение напряжения на измерительных резисторах достигнет значения отпирающего напряжения база-эмиттерных переходов транзисторов в ограничителях 6 тока.

При дальнейшем увеличении напряжений входных сигналов в m неисправных каналах избыток тока :)f будет ответвляться через коллекторы открытых транзисторов на клемму отрицательной полярности блока 5 питания.

С этого момента влияние напряжений входных сигналов m неисправных каналов на осредненноезначение выходного напряжения устройства прекращается из.38 стабилизации текущего уровня напряжения в точке А. « 7 .10 Приращение токов1 Д}1 перераспреде ляются в п - m ветвях диодных мостов исправных кзналов и вызывают в них увеличение токов и уменьше ние токов д иЗмь- Ошибка результата сравнения ( по напряжению, приведенная к выходу устройства,, определяется выражением {., о (nR,-2R)Rfc h-Vn пТп-тТRf () Порог отсечки (оп|) приведенный к входам m неисправных каналов, определяется выражением е 1 ч/ Rfo() .л n-w ) при m - 0-, Uonp|- 0. При изменении знака приращения на пряжений входных сигналов (Ау.)т неисправных каналов происходит увели чение тока в ветви NB - 5 до значения , при котором падение напряжения на измерительном резисторе не превысит напряжения отпирания базаЭмиттерного перехода транзистора в ограничителе 7 тока. С этого момента изменения потенциала в точке В стабилизируются притекающими от клеммы положительной по лярности блока питания коллекторными токами открытых транзисторов в m ограничителях 7 тока. Величина ошибки результата сравне ния А;) и величина приведенного к входу порога отсечки (of,p) будут оп ределяться соответственно выражениями (8) и (9), но со знаком минус. При отрицательной полярности вход ных сигналов физические процессы в устройстве повторяются. Для примера рассмотрим физические процессы, происходящие в устройстве при пробое переходов транзисторов в m ограничителях 6 тока. При положительной полярности вход ных сигналов f У V О ( значения токов в верхних половинах m диодных мостов будут иметь максимальные значения, определяемые выражением Ог -р-(10) OvnQii RO, Верхние диоды будут заперты напря жением отрицательной полярности источника (-Е), исключая токовое влияние верхних диодов в m диодных моста на текущее .значение осредненного выходного напряжения устройства. Исчезновение токов Зуц в ветвях m диодных .мостов будет компенсироватьс 6 токами 7дf4 в п - m диодных мостах исправных каналов. В результате уменьшится исходное , значение коэффициента передачи rio напряжениюХ.К - ct) Максимальное значение выходного напряжения в нелинейной зоне выходной характеристики устройства уменьшится до значения, определяемого выражением 1,а.и-/Чс Г- - Таким образом, отказы транзисторов в ограничителях 6 тока в m диодных мостах приводят к снижению максимального диапазона выходной динамической характеристики устройства в положительной полярности без изменения этой характеристики в ее ртрицательной области и без потери работоспособности всего устройства в целом. При пробое переходов транзисторов в ограничителях 6 и 7 тока в m диодных мостах будет наблюдаться снижение максимального диапазона выходной характеристики в обеих полярностях. Достаточность использования в ограничителях тока одного транзистора определяется высокой чувствительностью связи входа и выхода, что следует из значения коэффициента передачи устройства по напряжению (выражение 7) Для сохранения заданного линейного диапазона выходной характеристики устройства, с учетом планируемого количества пробоев транзисторов, необходимо увеличивать соотношение исправных и отказавших резервируемых каналов . Предлагаемое устройство имеет сравнительно высокое значение входного сопротивления,(несколько кОм) в отличие от прототипа (десятки Ом), что ослабляет взаимные перекрестные искажения выходов резервируемых каналов на отдельные составляющие спектра передаваемого сообщения. Технико-экономический эффект от внедрения изобретения заключается , прежде всего, в повышении надежности устройства и в возможности наилучшим образом осуществлять сопряжение устройства с приборами и аппаратами, использующими низковольтные источники питания.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАЖОРИТАРНОГО ВЫБОРА НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее нагрузочный резистор и по числу резервируемых каналов диодные мосты, однонаправленная диагональ каждого из которых своими выводами подключена к первому и второму балансным резисторам,соединенным склем мами различной полярности блока питания , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в каждый диодный мост введены два ограничителя тока, содержащих по одному транзистору различной проводимости , и четыре измерительных резистора , каждый из которых включен последовательно с одноименным диодом и соответствующим выводом однонаправленной диагонали диодного моста входы ограничителей тока подключены параллельно соответствующему измерительному резистору, расположенному в ветви моста, средняя точка которой соединена с аналогичными точками других диодных мостов и с выходом устройства, который через нагрузочный резистор соединен с нулевой шиной устройства и со средней точкой блока питания, клеммы отрицательной и положительной полярности которого подО) ключены к соответствующим выходам ограничителей тока, а средняя точка другой ветви каждого диодного моста Q соединена с соответствующим резервируемь(м каналом.