Близостный переключатель Советский патент 1990 года по МПК H01H36/00 H03K17/945 

Фие./

баний, пороговый триггер 2, ключевой элемент 4, введен блок 3 регулировки чувствительности, который совместно с введенными в усилитель 1 автоколеба-г ний резисторами 24 и 25 образует замкнутую цепь обратной связи по питанию усилителя автоколебаний. В выходную цепь порогового триггера 2 дополнительно введен также диод 39. Благода-JQ ря введенным элементам и выполнению усилителя автоколебаний и блока регулировки чувствительности повышается надежность БП за счет снижения влияния изменения параметров внешних эле-15 ментов, определяющих чувствительность и стабильность характеристик переключения. Усилитель автоколебаний содержит также транзисторы 10-12, диодг Q 59855

ную цепочку 13, резисторы 14-25, дополняющий транзистор 26 и диод 27. Пороговый триггер 2 содержит транзисторы 34-ЗЬ, генератор 37 тока, дополняющий транзистор 38, диод 39 и резисторы 40-44. Блок 3 регулировки чувствительности содержит транзистор 45, диоды 46 и 47, повторитель 48 напряжения и резисторы 49,50. Введение блока 5 синхронизации, содержащего стабилитрон, диод, транзисторы, резисторы и дополняющие транзисторы, позволяет дополнительно расширить функциональные возможности БП за счет осуществления управления ключевым элементом сигналами разности полярности с минимально необходимой мощностью управления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, реагирующих на приближение объекта. Цель изобретения - повышение надежности близостного переключателя (БП). Для достижения поставленной цели в БП, содержащий усилитель 1 автоколебаний, пороговый триггер 2, ключевой элемент 4, введен блок 3 регулировки чувствительности, который совместно с введенными в усилитель 1 автоколебаний резисторами 24 и 25 образует замкнутую цепь обратной связи по питанию усилителя автоколебаний. В выходную цепь порогового триггера 2 дополнительно введен также диод 39. Благодаря введенным элементам и выполнению усилителя автоколебаний и блока регулировки чувствительности повышается надежность БП за счет снижения влияния изменения параметров внешних элементов, определяющих чувствительность и стабильность характеристик переключения. Усилитель автоколебаний содержит также транзисторы 10-12, диодную цепочку 13, резисторы 14-25, дополняющий транзистор 26 и диод 27. Пороговый триггер 2 содержит транзисторы 34-36, генератор 37 тока, дополняющий транзистор 38, диод 39 и резисторы 40-44. Блок 3 регулировки чувствительности содержит транзистор 45, диоды 46 и 47, повторитель 48 напряжения и резисторы 49, 50. Введение блока 5 синхронизации, содержащего стабилитрон, диод, транзистор, резисторы и дополняющие транзисторы, позволяет дополнительно расширить функциональные возможности БП за счет осуществления управления ключевым элементом сигналами разности полярности с миним

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, реагирующих на приближение объекта.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

Цель достигается путем введения в устройство блока регулировки чувствительности, включенного в цепь обратной связи по питанию усилителя автоколебаний, в который дополнительно введены два резистора с новыми связя

замыкающие цепь обратной связи, и

ми,

введения в выходную цепь порогового триггера диода. Введение указанных элементов и выполнение усилителя автоколебаний и блока регулировки чувстви тельности позволяют повысить надежность переключателя за счет снижения влияния изменения параметров внешних элементов устройства, определяющих чувствительность и стабильность ха- рактеристик переключения устройства. Введение блока синхронизации позволяет дополнительно расширить функциональные возможности переключателя за счет осуществления управления пере- ключением ключевого элемента сигналами разной полярности с минимально необходимой мощностью.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема близостного переключателя; на фиг. 2 - принципиальная схема блока синхронизации.

Устройство содержит усилитель 1 автоколебаний, пороговый триггер 2,

блок 3 регулировки чувствительности, ключевой элемент 4, блок 5 синхронизации. Выход 6 усилителя 1 автоколебаний подключен к входу 7 порогового триггера 2, выход 8 которого соединен с управляющим входом 9 ключевого элемента 4.

Усилитель 1 автоколебаний содержит три транзистора 10-12, диодную цепочку 13, двенадцать резисторов 14- 25, дополняющий транзистор 26, диод 27. База первого транзистора 10 соединена с первой шиной 28 резонансных элементов и через ыестой резистор 19 подключена к коллектору этого транзистора, а эмиттер первого транзистора 10 соединен с второй шиной 29 резонансных элементов. Первый 14 и седьмой 20, одиннадцатый 24 и двенадцатый 25 резисторы соединены попарно- последовательно и включены между эмиттером первого транзистора 10 и общей шиной 30. Общая точка первого 14 и седьмого 20 резисторов подключена к базе второго транзистора 11, эмиттер которого подключен к общей ыине, а коллектор соединен с базой дополняющего транзистора 26 и с первой ыиной 31 времлзадающих элементов. Коллектор дополняющего транзистора 20 соединен с общей ииной 30, а эмиттер соединен с базой этого транзистора через третий резистор 16, с шиной питания 32 - через восьмой резистор 2J и с общей шиной 30 через последовательно включенные диодную цепочку 13 и девя1 ав- вретритока, 39

тый резистор 22. Эмиттер третьего транзистора 12 подключен к общей шине 30, база - к точке соединения катода диодной цепочки 13 и девятого резистора 22, а коллектор через последовательно соединенные десятый 23 и четвертый 17 резисторы - к шине 32 питания. Точка соединения четвертого и десятого резисторов через пятый резистор 18 и параллельно ему включенный в обратном направлении диод 27 соединена с выходом 6 усилителя токолебаний и с второй шиной 33 мязадающих элементов.

Пороговый триггер 2 содержит транзистора 34-36, генератор 37 дополняющий транзистор 38, диод м пять резисторов 40-44. База первого транзистора 34 является входом 7 порогового триггера 2. Эмиттеры первого 34 и второго 35 ранзисторов объединены и через, генеатор 37 тока подключены к общей шине 0. Коллектор первого транзистора 34 оединен с базой дополняющего транзистора 38 и через первый резистор 40 - с шиной 32 питания, с которой соединены также коллектор второго транзистора 35 и эмиттер дополняющего транзистора 38, коллектор которого соединен с базой третьего транзистора 36 и через второй резистор 41 - с общей шиной 30. Третий 42 и четвертый резисторы соединены последовательно и включены между катодом диода 39, анод которого подключен к шине 32 питания, и коллектором третьего транзистора 36, эмиттер которого соединен с общей шиной 30. Точка соединения третьего 42 и четвертого 43 резисторов подключена к базе второго транзистора 35, а катод диода 39 через пятый резистор 44 соединен с общей шиной .30. Коллектор третьего транзистора 36 является выходом 8 порогового триггера 2.

Блок 3 регулировки чувствительноси содержит транзистор 45, два диода 6 и 47, повторитель 48 напряжения и два резистора 49, 50. База транзистора 45 соединена с общей точкой один- надцатого и двенадцатого резисторов 24 и 25 усилителя 1 автоколебаний, коллектор через первый резистор 49 соединен с шиной 32 питания, а через второй резистор 50 - с катодом второго диода 47, анод которого подключен к входу повторителя 48 напряжения и

153

соединен с третьей шиной времяза- дающих элементов. Эмиттер транзистора 45 через прямосмещенный первый диод 46 подключен к общей шине 30 и непосредственно соединен с третьей шиной 52 резонансных элементов. Выход повторителя 48 напряжения подключен к свободному выводу второго резистора 15 усилителя 1 автоколебаний.

10

6-

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Ключевой элемент 4 может быть выполнен на транзисторах, включенных по схеме составного транзистора. При подаче положительного сигнала на управляющий вход 9 происходит коммутация клемм 53 и 54.

Блок 5 синхронизации состоит из стабилитрона 55, диода $6, четырех транзисторов 57-60, восьми резисторов 61-68 и двух дополняющих транзисторов 69 и 70. Анод стабилитрона 55, катод которого подключен к первой шине 71 синхронизации, катод диода 56, анод которого подключен к второй шине 72 синхронизации, соединены с базами первого 57 и первого дополняющего 69 транзисторов, эмиттеры которых подключены к средней точке делителя напряжения на первом 61 и втором 62 резисторах, который включен между общей шиной 30 и дополнительной шиной 73 питания. Коллектор первого транзистора 57 через третий резистор 63 подключен к дополнительной шине питания 73 и непосредственно - к базе второго дополняющего транзистора 70, эмиттер которого соединен с дополнительной шиной питания 73. Коллектор первого дополняющего транзистора 69 подключен к базе второго транзистора 58, эмиттер которого соединен с общей шиной 34, и через четвертый резистор 64 - к общей шине 30. Коллекторы второго 58 и третьего 59 транзисторов объединены и подключены к базе четвертого транзистора 60 и через пятый резистор 65 - к дополнительной шине 73 питания. Коллектор второго дополняющего транзистора 70 через шестой резистор 66 соединен с базой третьего транзистора 59, которая через седьмой резистор 67 соединена с общей шиной 30. Эмиттер четвертого транзистора 60 соединен с общей шиной 30, а коллектор подключен к выходу 74 блока 5 синхронизации и через восьмой резистор 68 - к дополнительной шине 73 питания. Выход 74 блока Ь синхрониза

1

2

ции подключен к управляющему вкоду 9 ключевого элемента,.

. Близостный переключатель работает следующим образом.

К шинам 28, 29, 52 резонансных элементов подключаются чувствительные датчики, в качестве которых могут быть использованы колебательные контуры с переменной емкостью, величина которой зависит от положения объекта. В результате усилитель 1 автоколебаний с резонансными цепями, подключенными к шинам 28, 29 и 52, образует автогенератор, условия генерации которого зависят от вносимой приближающимися объектами емкости и сопротивления потерь таким образом, что приближение объекта вызывает срыв автоколебаний/ При этом усилитель 1 автоколебаний совместно с пороговым триггером 2 работает следующим образом.

При отсутствии автоколебаний транзисторы 11 и 26 закрыты, транзистор 12 открыт и времязадающий элемент, напри-2 мер конденсатор, подключенный между шиной 33 и общей шиной 30, разряжается через диод 27, резистор 23 и малое сопротивление открытого транзистора 12. В результате пороговый триггер 2 3 устанавливается в одно из устойчивых состояний, которое, например, соответствует включенному состоянию устройства. В данном случае транзистор 36 порогового триггера 2 оказывается в закрытом состоянии, что при закрытом транзисторе 60 блока 5 синхронизации, должно приводить к отпиранию ключевого элемента k. При этом на управляющий вход 9 ключевого элемента 4 подается ток через резистор 68 блока 5 синхронизации .

Если же автоколебания присутствуют в усилителе 1 автоколебаний, то времязадающий элемент, например конденса- 4 тор, включенный между шинами 31 и 30, разряжается через транзистор 11. При этом дополняющий транзистор 26 закрывается , что вызывает закрытие транзистора 12 и запирание диода 27. Вре

5

мязадающии элемент, например конденсатор, подключенный к шине 33, заряжается через резисторы 17 и 18.

Постоянная времени и величина гистерезиса порогового триггера определяют величину задержки времени, необходимой для стабильной работы переключателя при кратковременных колебаниях, вносимых объектом приближения емкос

8

9

0

0

5

5 0 Q

5

0

ти. С достижением на шине 33 величины напряжения, соответствующей верхней границе опрокидывания порогового триггера 2, транзистор 36 открывается, запрещая, например, включение ключевого элемента 4.

Верхняя граница опрокидывания порогового триггера определяется потенциалом базы транзистора 35. котооый должен быть поэтому стабилизирован и сделан по возможности независимым от ухода параметров времязадающих элементов, в частности электролитических конденсаторов. С этой целью, т.е. для предотвращения сбоев в работе порогового триггера, база транзистора 35 смещается относительно шины 32 питания за счет введения диода 39 в пороговый триггер 2 и соответствующего включения пятого резистора 44 порогового триггера 2. Тем самым исключаются сбои в работе переключателя при повышении утечки времязадающего элемента, подключенного к шине 33.

Чувствительность переключателя определяется коэффициентом усиления усилителя 1 автоколебаний и параметрами внешних резонансных элементов. Повышение чувствительности устройства путем настройки параметров резонансных элементов вблизи порога срыва автоколебаний при постоянном коэффициенте усиления усилителя 1 автоколебаний приводит к потере стабильности работы устройства из-за изменения параметров резонансных элементов (например емкости или тангенса угла, потерь) под воздействием внешних факторов. Поэтому в данном устройстве повышение надежности при обеспечении высокой чувствительности достигается введением блока 3 регулировки чувствительности, принцип действия которого основан на увеличении напряжения питания входного каскада усилителя 1 автоколебаний с большой постоянной времени при сры- ве или уменьшении амплитуды автоколебаний. При наличии автоколебаний транзистор 45 блока 3 регулировки чувствительности приоткрывается положительными пиками напряжения и образует цепь заряда времязадающего элемента, включенного между шиной 51 и шиной 32 питания, через диод 47, резистор

50и транзистор 45. Потенциал шины

51повторяется повторителем 48 напряжения и подается через резистор 15 усилителя 1 автоколебаний в качестве

напряжения питания Входного каскада этого усилителя. При этом обеспечива- ется режим работы автогенератора, близкий к срыву автоколебаний, и высокая чувствительность устройства на приближение объекта.

При уменьшении амплитуды автоколебаний под воздействием внешних факторов сопротивление транзистора 5 блока 3 регулировки чувствительности повышается, уменьшая ток заряда вре- мязадающего элемента, подключенного к шине 51. который начинает разряжаться с большей постоянной времени. Потенциал .шины 51 и коллекторное напряжение транзистора 10 усилителя 1 автоколебаний при этом также повышаются, обеспечивая восстановление исходного режима работы. Большая постоянная времени, обусловленная высоким значением входного сопротивления повторителя 8 напряжения блока 3 автоматического регулирования чувствитель30

ности, обеспечивает отсутствие сбоев в работе устройства при приближении объекта и срыве автоколебаний.

Блок 5 синхронизации обеспечивает выработку сигнала запрета включения ключевого элемента k после того, как сработал коммутирующий элемент, обеспечивая минимальную мощность управления и повышение надежности ключевого элемента.

При использовании ключевого элемен- с та с положительной полярностью импульсов управления в качестве общей шины используется общая шина 30 устройства. Клемма 53 ключевого элемента h через ограничительный резистор соединяется с дополнительной шиной 73 питания.

Первая шина 71 синхронизации и соответствующий вход через стабилитрон

25 Формула изобретения

40

вого транзистора соединен с базой дополняющего транзистора, эмиттер которого подключен к шине питания и к кол

этом открываются в зависимости от полярности напряжения транзисторы 57, 59, 70 либо транзисторы 69 и 58, а

9855

10

транзистор 60 закрывается, обеспечивая подачу управляющего сигнала через резистор 68 на управляющий вход 9 ключевого элемента . После включения ключевого элемента k напряжение на нем падает, вызывая включение транзистора 60, в результате чего импульс управления прекращается, обеспечивая

.Q минимальную мощность управления ключевым элементом.

Таким образом, введение автоматической регулировки чувствительности, введение диода в пороговый триггер

15 повышают надежность устройства при снижении требований к стабильности параметров применяемых конденсаторов и при высокой чувствительности. Использование и конкретное выполнение

20 блока синхронизации расширяет функциональные возможности устройства при широком выборе типов ключевых элементов и нагрузок,

25 Формула изобретения

0

с

0

лителя автоколебаний, соединенным с второй шиной времязадающих элементов обличены и через генератор тока со- единены с общей шиной, коллектор первого транзистора соединен с базой дополняющего транзистора, эмиттер которого подключен к шине питания и к коллектору второго транзистора, а коллектор - к базе третьего транзистора и через второй резистор - к общей щине эмиттер третьего транзистора подключен к общей шине, а коллектор через четвертый резистор соединен .с базой второго транзистора и с одним из вы- водов третьего резистора, выход порогового триггера подключен к управля- ющему входу ключевого элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен блок регулировки чувствительности содержащий транзистор, два диода, пов торитель напряжения и два резистора, причем эмиттер транзистора соединен с третьей шиной резонансных элементов и через первый прямосмещенный диод подключен к общей шине, а коллектор соединен через первый резистор с ши

ной питания, и через второй резистор с катодом второго диода, анод которого подключен к третьей шине время- задающих элементов и к входу повторителя напряжения, выход которого соединен с вторым выводом второго резистора усилителя автоколебаний, в который дополнительно введены одиннадцатый и двенадцатый резисторы, соединенные последовательно и включен- ные между эмиттером первого транзистора этого усилителя и общей шиной, общая точка которых подключена к базе транзистора блока регулировки чувствительности, причем в усилителе автоколебаний шестой резистор включен между базой и коллектором первого транзистора, седьмой резистор включен между общей шиной и вторым выводом перво- др тельной шиной питания и точкой соедиго резистора, подключенным к базе второго транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной времязада- ющих элементов и с базой дополняющего транзистора, коллектор которого 45 подключен к общей шине, а эмиттер соединен с вторым выводом третьего резистора и с анодом диодной цепочки, а через восьмой резистор - с шиной пита- .ния, анод диода соединен с выходом 50 усилителя автоколебаний, а катод соединен с общей точкой четвертого и пятого резисторов и через десятый резистор подключен к коллектору третьенения коллекторов второго и третьего и базы четвертого транзисторов, эмиттеры которых подключены к общей шине, база третьего транзистора через седьмой резистор соединена с общей шиной, а через шестой резистор - с коллектором второго дополняющего транзистора, эмиттер которого соединен с дополнительной шиной питания, к которой подключен также один из выводов восьмого резистора, второй вывод которого подключен к коллектору четвертого транзистора и к выходу блока синхронизации, подключенному к управляющему

го транзистора того же усилителя, ба- 55 ВХ°ДУ ключевого элемента близостного

за которого подключена к катоду диодч

ной цепочки и через девятый резистор соединена с общей шиной, а в пороговый триггер дополнительно введен диод, анод которого подключен к шине питания, а катод соединен с вторым выводом третьего резистора этого триггера и через пятый резистор подключен к общей шине, причем первый резистор порогового триггера включен между коллектором первого транзистора порогового триггера и шиной питания.

ч

дополняющих транзистора, причем анод стабилитрона, катод которого подключен к первой шине синхронизации, и катод диода, анод которого подключен к второй шине синхронизации, объединены и подключены к базам первого и первого дополняющего транзисторов, эмиттеры которых подключены к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к дополнительной шине питания и к общей шине, коллектор первого транзистора соединен с базой второго дополняющего транзистора и через третий резистор - с дополнительной

шиной питания, а коллектор первого дополняющего транзистора соединен с базой второго транзистора и через четвертый резистор - с общей шиной, пятый резистор включен между дополнинения коллекторов второго и третьего и базы четвертого транзисторов, эмиттеры которых подключены к общей шине, база третьего транзистора через седьмой резистор соединена с общей шиной, а через шестой резистор - с коллектором второго дополняющего транзистора, эмиттер которого соединен с дополнительной шиной питания, к которой подключен также один из выводов восьмого резистора, второй вывод которого подключен к коллектору четвертого транзистора и к выходу блока синхронизации, подключенному к управляющему

переключателя .

63

7/

55

57

12

55

69

64

т

Q ги И

Редактор И. Рыбченко

Составитель В. Лементуев

Техред А.Кравчук Корректор С. Шекмар

Заказ

Тираж 460

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. V5

- - - i. -- - - - ----.- - - - - -.-- - - - - - -- - -« - - - - - - ------ - - - --- - - ---- - - -- - --- - ---- ----

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул.Гагарина , 101

И

65

68

70

%

66

О

т

«

50

И

30

-0

Ф//г.2

Подписное