Реле времени Советский патент 1981 года по МПК H03K17/28 

(54) РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

1

Изобретение относится к элементам автоматики и может быть использовало в аппаратуре и приборах автоматики и связи различного назначения для коммутации электрических цепей через заданные интервалы времени.

Известны реле времени, содержащие времязадающую RC-цепь, сравнивающее устройство на стабилитроне и усилитель постоянного тока. В этих реле времени напряжение на накопительном конденсаторе, изменяясь по экспоненциальному закону, достигает величины опорного напряжения V о, при которой срабатывает сравнивающее уст ройство. Время выдержки реле пропорционально постоянной времени 1: RC времязадающей цепи и коэффициенту d. использования напряжения „ источника питания 1.

Однако поскольку увеличение tограничено сопротивлением утечки конденсатора, а при увеличении о Vo/V из-за уменьшения крутизны экспоненты значительно возрастает нестабильность времени выдержки, с помощью таких реле времени не удается получить больщие выдержки времени с приемлемой точностью.

Известно также реле времени, содержащее RC-цепь, сравнивающее устройство на динисторе и генератор пилообразного напряжения (ГПН). Повыщение стабильности времени выдержки в этом ре.те достигается тем, что при заряде накопительного конденсатора до напряжения, близкого к величине V о. конденсатор дозаряжается импульсным напряжением, непрерывно генерируемым ГПН 2.4

Недостатками такого реле времени являются дискретность установки времени выдержки,, обусловленная тем, что момент пуска реле не синхронизирован с релаксацией ГПН, и неполное использование напряжения источника питания. Известные реле являются однопозиционными, т. е. позволяют после пуска получить только одну выдержку времени.

Известно реле времени, содержащее RCцепь, подключенную между выходом и входом истокового повторителя, и сравнивающее устройство, выполненное в виде аналога четырехслойного р-п-р-п-переключателя и включенное между выходами повторителя и делителя опорного напряжения. Стабильность выдержки времени достигается тем. что до момента срабатывания сравнивающего устройства напряжение на накопительном конденсаторе в процессе его заряда возрастает не по экспоненте, а по линейному закону, поскольку заряд осуществляется током неизменной величины 3. Однако при больших выдержках времени у этого реле времени возникает нестабильность выдержки времени из-за того, что в процессе заряда конденсатора величина зарядного тока все же изменяется по следующей причине. Напряжение V на выходе повторителя, являющееся зарядным напряжением, непрерывно следит за напряжением Vfc на конденсаторе, при этом ток заряда конденсатора в каждый момент времени определяется как Ч где Нз- неизменное сопротивление зарядного резистора. Поскольку величина Уц ограничена напряжением источника питания, то по мере заряда конденсатора ток заряда и, следовательно, крутизна нарастания напряжения на конденсаторе уменьшаются. Это приводит к нестабильности момента срабатывания сравнивающего устройства и реле в целом. Известное реле времени также является однопозиционным. Цель изобретения - повыщение стабильности работы реле и расширение функциональных возможностей путем получения N последовательных запрограммированных выдержек времени. Поставленная цель достигается тем, что в реле времени, содержащем времязадающую RC-цепь, истоковый повторитель, выход и вход которого соответственно подключены ко входу и выходу RC-цепи, и сравнивающее устройство, подключенное к выходу повторителя, введены N цепочек и N-1 диодов. Каждая из цепочек содержит последовательно соединенные сравнивающие устройство на стабилитроне, усилитель постоянного тока и нормально разомкнутый транзисторный ключ. При этом зарядный резистор времязадающей RC-цепи выполнен из N секций. Объединенные входы всех цепочек и объединенные первые выходные точки всех ключей подключены к выходу истокового повторителя, вторая выходная точка ключа каждой цепочки подключена к соответствующей секции зарядного резистора, а вход усилителя постоянного тока каждой цепочки через обратно смещенный диод соединен с выходом усилителя постоянного тока последую.щей цепочки. Гальваническая связь схемы реле времени с внешними электрическими цепями исключена тем, что коммутация этих цепей осуществляется исполнительным электромагнитным реле, которое, в зависимости от функций реле времени, является нагрузкой первого усилителя постоянного тока либо дополнительного усилителя. Для компенсации температурной погрещности в состав каждой секции резистора времязадаюи.ей цепи может быть введено термосопротивление с обратной температурной зависимостью. На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема реле времени; на фиг. 2 - временные диаграммы изменения напряжения на накопительном конденсаторе и тока его заряда в схеме для двух выдержек времени. Реле времени (см. фиг. 1) содержит истоковый повторитель 1, выход и вход которого соответственно подключены ко входу и выходу RC-времязадающей цепи, зарядный резистор 2, которой выполнен в виде N секций 3, 4 и 5, N цепочек 6, 7 и 8, каждая из которых содержит последовательно соединенные сравнивающее устройство на стабилитроне 9, усилитель 10 постоянного тока и нормально разомкнутый транзисторный ключ 11. Напряжение пробоя стабилитрона 9 возрастает с ростом номера цепочки, в которую он включен. Выход усилителя 10 каждой цепочки, за исключением первой, через обратно смещенный диод 12 соединен со входом усилителя 10 предществующей цепочки. Объединенный вход всех цепочек 6, 7 и 8 и объединенные первые выходные точки всех ключей подключены к выходу повторителя 1. Вторая выходная точка ключа каждой цепочки 6, 7 и 8 соответственно подключена к секции (3, 4 и 5) зарядного резистора. Выход усилителя 10 цепочки 6 нагружен на исполнительное реле 13, контакты 14 которого предназначены для коммутации внешних электрических цепей. Контакты 15 кнопки 16 включены в цепь питания реле, размыкающие контакты 17 этой кнопки замыкают накопительный конденсатор 18. С момента нажатия кнопки 16 (момент времени to) ее контакты 17 размыкаются и начинается линейный заряд конденсатора 18, одновременно линейно возрастает выходное напряжение повторителя 1. При достижении этим напряжением в момент времени 11 порога, при котором пробивается стабилитрон 9 цепочки 6, ранее запертый усилитель 10 отпирается, напряжение на его выходе понижается, что приводит к открыванию ключа 11 и протеканию следующих взаимосвязанных процессов. Шунтирующее действие ключа 11 уменьшает сопротивление секции 3 зарядного резистора 2, что приводит к возрастанию зарядного тока и напряжения на конденсаторе 18 и на выходе повторителя 1, а это, в свою очередь, приводит к увеличению тока, протекающего через стабилитрон 9, насыщению транзисторов усилителя 10 и ключа 11. В результате секция 3 оказывается замкнутой ключом 11. За счет возникновения в схеме реле положительной обратной связи описанный процесс протекает практически мгновенно, в результате чего зарядный ток и напряжение на конденсаторе 18

возрастают скачком. Поскольку в момент окончания выдержки времени (ti) выходное напряжение повторителя также скачком проходит через порог сравнения, переход усилителя 10 цепочки 6 из закрытого состояния в режим насыщения и срабатывание реле 13 происходят мгновенно. Этим достигается существенное повыщение стабильности первой выдержки времени Ti ti -

-to.

Далее заряд конденсатора 18 происходит через секции 4 и 5 резистора 2 до момента времени t г, когда выходным напряжением повторителя оказывается пробитым стабилитрон 9 цепочки 7. При этом описанные выше процессы повторяются в цепочке 7, в результате транзисторы ее усилителя 10 и ключа 11 оказываютсянасыщенными, а секция 4 резистора - замкнутой ключом 11. Выходное напряжение повторителя 1 снова скачкообразно возрастает.

Перепад выходного напряжения усилителя 10 цепочки 7 через диод 12 передается на вход усилителя 10 цепочки 6, в результате чего последний усилитель запирается, и реле 13 оказывается обесточенным. Контакты 14 реле 13 возвращаются в исходное состояние. Таким образом длительность второй выдержки времени определяется интервалом Т 2 tj- t 1.

Поскольку заряд накопительного конденсатора по окончании второй выдержки времени через оставшиеся незамкнутыми секции резистора 2 продолжается, то последующие срабатывания и отпускания реле 13 могут происходить 1ногократно до тех пор, пока не окажется замкнутой N-ая секция зарядного резистора. В зависимости от выбора числа N реле 13 по окончании работы реле времени оказывается в следующем состоянии: обесточенном при четном N, под током при нечетном N. Таким образом выбор числа N определяется функциями, которые должно выполнять реле времени, а выбор напряжений стабилизации (порогов срав нения) стабилитронов определяет длительности последовательных выдержек времени.

Возможность получения различных функциональных характеристик, относительная

простота схемы и повышенная стабильность работы расширяют сферу применения предлагаемого реле времени в устройствах автоматики, микропрограммирования, фототехнике и в медицинскоей аппаратуре. Испытания показывают, что суммарная нестабильность выдержек времени не выходит аа пределы ±1% в течение длительного периода эксплуатации реле.

Формула изобретения

10

Реле времени, содержащее времязадаюшую RC-цепь, истоковый повторитель, выход и вход которого соответственно подключены ко входу и выходу RC-цепи, и сравнивающее устройство, подключенное к выходу повторителя, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности работы и расширения функциональных возможностей путем получения N последовательных запрограммированных выдержек времени, в него введены N цепочек, каждая из которых содержит последовательно соединенные сравнивающие устройство на стабилитроне, усилитель постоянного тока и транзисторный ключ, и N-1 диодов, а зарядный резистор времязадающей RC-цепи выполнен из N секций, при этом объединенные входы всех цепочек и объединенные первые выходные точки всех ключей подключены к выходу упомянутого истокового повторителя, вторая выходная точка ключа каждой цепочки подключена к соответствующей секции зарядного резистора, а вход усилителя постоянного тока каждой цепочки через обратно смещенный диод соединен с выходом усилителя постоянного тока последующей цепочки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Лукес Ю. X. Схемы на полупроводниковых диодах. Пер. с нем. М., «Энергия, 1972, с. 175-176. 2. Там же, с. 321-323.

3. Авторское свидетельство СССР № 300903, кл. Н 01 Н 47/18, Н 03 К 17/28 (прототип).