Реле частоты Советский патент 1989 года по МПК H01H47/20 H03K5/19 

фш.1

Изобретение относится к электроехнике и может быть использовано в системах автоматического контроля и правления.5

Цель изобретения - повьшение наежности устройства за счет его упрощения или одновременном упрощении настройки на заданную частоту срабатывания.10

На фиг.1 показана структурная электрическая схема устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - возможные характеристики реле; на 5 фиг,4 - зависимости напряжения на выходе интегрирующей цепи от частоты сигнала.

Устройство (фиг.1) содержит формирователь 1 импульсов, вход которого 20 соединен с. входной щиной, а выход - с входом интегрирующей цепи 2 и С-входом триггера 3. Вьжод интегрирующей цепи 2 соединен с D-входом ; триггера 3 и первым йыводом резисто- 25 ра 4, второй вывод которого соединен с прямым или инверсным выходом триггера 3, прямой вьжод которого соединен с выходной шиной.

Последовательно соединенные диод зо 5 и резистор 6, зашунтированные зистором 7, образуют зарядную цепь конденсатора 8. Резистор 7 образует разрядную цепь конденсатора о.

На фиг.2 показаны следующие вре- , ценные диаграммы; а - на С-входе триггера 3; б - на D-входе триггера 3; в уНа прямом выходе триггера 3.

На фиг.4 показаны следующие зависимости: а - зависимость напряжения на выходе интегрирующей цепи 2 от частоты без резистора 4; б - зависи- . мость напряжения на выходе интегрирующей цепи 2 от частоты при соединении второго вывода резистора 4 к шине потенциала логической в - зависимость напряжения на выходе интегрирующей цепи 2 от частоты при соединении второго вьшода резистора 4 с общей шиной.

Реле частоты работает следующим 50 образом.

На .вход формирователя 1 импульсов подается сигнал переменного тока. Формирователь 1 - вырабатывает прямо- угольные импульсы постоянной длительности, частота которых равна частоте входного сигнала. Последовательность импульсов с формирователя

1 подается на С-вход триггера 3, осуществляя периодическую перезапись информации в триггер 3.

Одновременно импульсы с выхода формирователя 1 импульсов поступают на вход интегрирующей цепи 2. Постоянная времени зарядной цепи интегрирующей цепи 2 меньше, чем постоянная времени разрядной цеп и, следовательно, происходит быстрый заряд конденсатора 8 и его медленный разряд. В конце цикла разряда конденсатора 8 происходит перезапись информации в триггер 3 в зависимости от величины напряжения на выходе интегрирующей цепи 2.

Рассмотрим работу устройства в случае без резистора 4 и определим частоту срабатывания реле в зависимости от параметров интегрирующей цепи 2 от порога срабатывания триггера 3, длител1 ности импульсов на выходе формирователя 1 импульсов.

Для упрощения выводов будем считать, что напряжение при заряде и разряде конденсатора 8 изменяется линейно, т.е. ток через конденсатор 8 остается постоянным и равным Un-Up

Ь

R.

I, Un Ra Т Up

P-R; ..

де Uo - напряжение на выходе интег- рирую1цей цепи 2 в конце процесса разряда;

зарядный ток конденсатора 8{ разрядный ток конденсатора 8; напряжение питания; сопротивление зарядной цепи конденсатора 8, состоящий из параллельно соединенных резисторов Rg и RY и определяется соотношением

RT

5

где R RT - сопротивление разрядной цепи.

ч

В установившемся режиме изменение напряжения fiU, на выходе интегрирующей цепи 2 за время заряда равно из- менению напряжения uUp за время разряда, т.е. AU,uUp и определяются следующим образом

(U,-Up)

R,C

1,г

ли -г,-

(1)

UU.

3145

Ip(T-t:) UpCT-t:)

Jp --Q- - - -R-Q

где - длительность импульсов на выходе формирователя импуль- сов; Т г - период сигнала на входной

шине реле частоты; С - емкость конденсатора 8, Решив систему уравнений (1), определим функциональную зависимость напряжения Up от частоты входного сигнала

f- -г- --:- :-.--

(2) (|-1)R,Pp (f,-1)K

Для реле без резистора 4 зависимость между напряжением Up и частотой f является однозначной, т.е. .каждому значению частоты f соответствует единственное значение Up и наоборот.Такая однозначность обусловлена перезаписью информации в триггер 3 в определенные моменты времени, соответствующие переднему фронту импульса на выходе формирова- теля 1 импульсов. Таким образом, пороговому напряжению триггера 3 будет соответствовать е динст- венное значение частоты f„, которое является час - той срабатывания реле без резистора i.

Частота отпускания реле без дополнительного резистора определяется напряжением , причем оги зависит от типа испо,.ьзуемого . гера 3.

В рассматриваемом случае &f «О, т.е. реализована характеристика, представленная на 4иг.3а.

Пороговую частоту f реле без резистора 4 можно определить из уравнения (2) при условии, что Ue« Ujy,.. Для конкретной микросхемы 564

™.2 пор

f RI

0 (Rp-i-Rj)t где - пороговое напряжение триг-

гера 3.

В качестве примера на фиг.4 приведена зависимость Up(f) (кривая а) для значений В, кОм кОм, Z 1 мс.

Рассмотрим работу реле частоты с резистором 4.

При подаче на резистор 4 питающего напряжения U ,зарядный ток конден1

сатора 8 увеличится, а разрядный уменьшится -на величину тока через резистор 4, имеющий сопротивление R

При этом зарядный и разрядный токи конденсатора 8 определяются выражениями

Un-yg yn-U.

кГ R,

т У - yc-iHi

Р

R.

В этом случае характеристика Up F(f) (фиг.4, кривая б) будет находиться вьшре характеристики фиг.4, кривая а.

При подаче на резистор Р4 нулевого напряжения значения 1 f деляются выражениями

т - УшУр, У.

J Р R К, К

У ц. У Р R-i

при этом характеристика (f). (фиг.4, кривая в) будет находиться ниже характеристики фиг.4, кривая а Проведя расчеты, аналогичные расчетам для реле без резистора 4,

получим при и

:; и.

пор 2

К„ fj-f, f,j-f,

fj+f7 2f7

Р

R4l-J -Г

Зная величину f, можно определить пороговую частоту реле f, при подаче на резистор 4 питающего напряжения, а также пороговую частоту реле f при подаче на резистор 4 напряжения логического С.

В том случае, когда резистор 4 соединен с прямым выходом триггера 3, частота f является частотой срабатывания реле с гистерезисом, а частота f, - частотой отпускания,

В том случае, когда резистор 4 соединен с инверсным выходом триггера 3, -частота fj является первой пороговой частотой трехпозиционного реле, а fj. - второй.

Рассмотрим работу трехпозиционного реле. В том случае, когда на входную шину реле подан сигнал с частотой f f , триггер 3 находится в нулевом состоянии независимо от напряжения, поданного на резистор 4, так как характеристики на фиг.4(кривые б, в) находятся ниже уровня порогового напряжения Unop.

1А57011

При частоте f f D-триггер нахог; дится в единичном сосгоянии.

В диапазоне частот f, f записать: если , (Фиг.4 кривая в), то Up.i и„ор; если , (фиг.А, кривая б), то Up Unop

Учитывая, что напряжение Up на D-входе триггера 3 можно считать единичным при и. и„ор и нулевым при Up«iUnop, полученные соотношения запишем в виде логического условия D Q,

Таким образом, в диапазоне частот

органа с фильтром, которые снижают быстродействие.

В предлагаемом реле упрощена настройка на заданную частоту срабатыва ния за счет того, что настройка на заданную частоту и настройка ширины гистерезиса производятся одновременно путем изменения, например, ширины

Q импульсов, вырабатываемых формирователем 1 импульсов. 1ри этом соотношение, между шириной гистерезиса и порагом срабатывания б.удет постоянным и определяется соотношением сопаГгорГ™ ра5Г ГелГк Г,;™ , ро.ивл.ний резис ра 4 „ резисторе.

dJliUpMira .. f е. „ 1 ,, ПЛ1-ТЯП ИНТегОИОУЮ

«

с подключенным к инверсному выходу

триггера 3 резистором 4 совпадает с .известным алгоритмом работы счетного триггера (Т-триггера). При этом скваж1 ость импульсов на-выходной шине реле равна двум и они имеют удвоенный по отношению к вх;одному сигналу период.

Предлагаемое устройство, обеспе6.и 7, входящих в состав интегрирующей цепи 2.

Формула изобретения

20

Реле частоты, содержащее формирователь импульсов, вход которого соединен с входной шиной, а выход - с С-входом триггера, а также выход „,„ -уяпяктеоисти- 9к ную шину и интегрирующую цепь, о т - чивающее .гистерезисную характеристи.. 25 „ ,. „ а том что с

- с™г :„гг:г,::.ггг«г.-L. -i.: dii: .

ГаеГ™™ . . „.ес„е™.а™е„

ную частоту срабатывания, в него введен резистор, первый вывод которого соединен с В-входс м триггера и выходом интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом фЬрмирователя импульсов, причем выход триггера соеди- 35 нен с выходной шиной, а второй вывод резистора - с прямым или инверсным выходом триггера.

гистерезисную характеристику. Такой эффект достигается за сиет того, что в предлагаемом устройстве о наличии срабатывания реле судят по наличию единичного сигнала на выходе .триггера 3, в то время-как в, известном устройстве срабатывание реле определяется, по вибрации на выходе первого одновибратора, что требует введения в схему реле и сполнительного

30

7011

органа с фильтром, которые снижают быстродействие.

В предлагаемом реле упрощена настройка на заданную частоту срабатыва ния за счет того, что настройка на заданную частоту и настройка ширины гистерезиса производятся одновременн путем изменения, например, ширины

Q импульсов, вырабатываемых формирователем 1 импульсов. 1ри этом соотношение, между шириной гистерезиса и порагом срабатывания б.удет постоянным и определяется соотношением соп, ро.ивл.ний резис ра 4 „ резисторе.

ро.ивл.ний резис ра 4 „

е. „ 1 ,, ПЛ1-ТЯП

6.и 7, входящих в состав щей цепи 2.

Формула изобр

Изобретение относится к электротехнике и может быть исп. гьзовано в системах автоматического контроля и управления. Реле частоты содержит формирователь 1 импульсов, интегрирующую цепь 2, триггер,3, резистор 4. Настройка на заданную частоту срабатывания и настройка ширины гистерезиса производятся одновременно путем изменения длительности импульса фор.- мирователя 1 импульсов при сохранении соотношения мезкду шириной гистерезиса и порогом срабатывания, что позволяет упростить настройку на заданную частоту срабатывания. 4 ил.

$i/e.2

i

ых

/loe.Y

J,/л

f

J/x. 1

ЛогТ

У

VrvF

1457011