Электронное реле Советский патент 1982 года по МПК H03K17/00 

(54) ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ,

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики для преобразования входного переменного напряжения произвольной частоты в импульсный сигнал той же частоты или релейный сигнал.

Известно электронное реле, содержащее входной компаратор, фильтр нижних частот, источйик опорного напряжения, зашунтированный резис торным делителем напряжения, выходной компаратор и аналоговые ключи С1 .

Недостатком этого электронного реле является низкая стабильность порогового уровня, обусловленная Гсшьванической связью между входом и выходом. Кроме того, это устройство имеет низкие функциональные возможности, так как оно не-обеспечивает преобразования входного импульсного сигнала в релейный сигнал.

Известно-также электронное реле, . содержащее входной компаратор, фильтр нижних частот из резистора и. двух конденсаторов, источник опорного,напряжения, зашунтированный резисторным делителем напряжения, выходной компаратор, выход которого подключен к входу блока временной задерж- ,

ки, первц аналоговый ключ, выходная шина которого подключена к об1цей шине, второй аналоговый ключ, выходная шина которого подключена к выходу резисторного делителя, третий аналоговый ключ, первая входная шина которого объединена с вых:рдной шиной первого аналогового ключа 2.

Такое устройство обеспечивает

10 преобразователь импульсного сигнала в релейный сигнал, однако оно также имеет нйзкук) стабильность порогового уровня и невысокие функциональ ные возможности из-за работы от

15 сигнала только известной частоты.

Цель изобретения- повЕЛнение стабильности порогового уровняИ расширение функциональных возможностей устройства.

20

Поставленная цель достигается тем, что в электронное реле, содержащее входной компаратор, фильтр нижних частот из резистора и двух конденсаторов,.источник опорного

25 напрязкения, зашунтированный резисторным делителем напряжения, выходной компаратор, выход которого подключен к входу блока временной задержки, первый аналоговый ключ, выходная

30 шина которого подключена к общей шине, второй аналоговый ключ, выход ная шина которого подключена к выхо ду резисторного делителя напряжения третий аналоговый ключ, первая вход ная шина которого объединена с выходной Чиной первого аналогового ключа, введены дополнительные фильт резистор и два защитных диода, при этом вход устройства связан с входом фильтра нижних частот и через дополнительный фильтр с первым вхот дом входного компаратора, выход которого соединен с шинами управления аналоговых,ключей, а второй вхо с выходом резисторного делителя напряжения, защитные диодал включены встречно-параллельно между входными шинами первого и второго аналоговых ключей и первыми выводами. конденсаторов фильтра нижних частот вторые выводы которых через дополнительный резистор подключены к выходной шине третьего аналогового ключа, вторая входная шина которого связана с источником опорного напряжения, а входная шина второго аналогового ключа - с входом выходного компаратора. На фиг. 1 представлена схема электронного реле; на фиг. 2 - пример выполнения дополнительного филь ра; на фиг. 3 - фазовая характеристика фильтра на фиг. 2; на фиг. 4 осциллогргиимы сигналов, поясняющие принцип действия электронного реле.. Электронное реле содержит выходной компаратор 1, фильтр нижних час тот из резистора 2 и конденсаторов 3 и 4. Фильтр нижних частот с первы 5 и вторым б аналоговыми ключами и входным компе1ратором 7 образуют ком мутируемый фильтр, настроенный на частоту сигнала. Дополнительный фильтр 8 включен между входом реле и первым входом 10 входного компара тора 7, выход которого соединен с шинами управления первого 5, второго 6 и третьего 11 аналоговых ключей. Выходная шина третьего аналого вого ключа 11 через дополнительный резистор 12 связана с точкой соединения конденсаторов 3 и 4 . Одна из входных шин третьего аналогового кл ча соединена с источником 1 опорно го напряжения, который зашунтирован делителем напряжения на резисторах 14 и 15, выход которого схэединен с выходной шиной второго аналоговогчэ ключа и вторым выходом входного ком ратора 7. Дополнительные защитные диоды 16 и 17 включены встречно-параллельнО между входными шинами аналоговых ключей 5 и б. Блок.18 временной задержки подключен к выходу выходного компаратора 1. Устройство работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала с делителя на резисторах 14 и 15 на вход компаратора 7 подается небольшое (несколько милливольт напряжение. На выходе компаратора будет положительное напряжение. Такое же напряжение будет подаваться через резистор 12 на конденсаторы фильтра нижних частот. На фиг. 4 обозначены осциллограммы: входного испытательного сигнала 19 с треугольной огибающей (линией 20 показан начальный порог входного компаратора, а линией 21 - порог электронного реле); выходного сигнала 22 входного компаратора 7 (фиг.1 и форма напряжения, подаваемого через третий аналоговый ключ 11 на конденсаторы 3 и 4 фильтра низких частот} сигнала 22 на входе компаратора 1 (линией 24 обозначен уровень ограничения напряжения на конденсаторах фильтра низких частот, задаваемый защитными диодами 16 и 17, величина ограничиваемого напряжения 25 определяется диодами и для кремниевых диодов составляет 0,50,7 В выходного сигнала 26 электронного реле на выходе компаратора 1} выходного сигнала 27 электронного реле на выходе блока 18 задержки с временем отпускания 28 и малым временем срабатывания. При подаче на вход электронного реЛе переменного входного--напряжения через резистор 2 (.фиг. I) поступает сигнсш на конденсаторы 3 и 4 и через фильтр 8 на компаратор 7. Фаза сигнала на выходе компаратора 7 зависит от фазочастотной характеристики фильтра 8. Например, для фильтра 8, изобраясенного на фиг. 2, фазочастотная характеристика показана на фиг. 3. Напряжение с выхода компаратора 7 (фиг. 1) управляет третьим аналоговым ключом 11 и через резистор 12 на конденсаторы 3 и 4 поступает напряжение- с фазой сигнала с компаратора. Фаза сигнала с компаратора, определяемая фильтром 8, выбирается на определенной частоте противоположной фазе входного сигнала. При напряжении сигнала на входе электронного реле, ниже порогового, напряжение с ключа определяет фазу и величину напряжения на входе компаратора 1, как это показано на фиг. 4 (участок 29, 30). По мере увеличения входного сигнала положительные импульсы на входе компаратора 1 (фиг. 1) сменятся на отрицательные (фиг.4) участок 30,31. На этом участке на выходе компаратора 1 появляется сигнал 26 (фиг. 4), указываюиий на превышение порога и идущий с фазой сигнала входного компаратора 7 (фиг. 1). Для получения релейного сигнала используется блок временной задержки с временем 28 |Хфиг. 4) отпускания, превышающим пе риод входного сигнала. Напряжение на выходе блока 18 (фиг. 1 показано на ocциллoгpcl lмe сигнала 27 (фиг. 4 ). Защитные диоды 16 и 17 (фиг. 1 ограничивают напряжение на конденсаторах 3 и 4 и напряжения на входе компаратора 1 и позволяют уменьшить время сброса электронного реле. При применении фильтра по фиг. 2 с фазочастотной характеристикой фиг. 3 предлагаемое реле становится резонансным. При этом порог электро ного реле не зависит от изменений добротности кгоэффициента передачи резонансного фильтра. А за Ьчет сдвига фазы выходного сигнала входного компаратора на .Л/2, при больших расстройствах входлого сигнала резонансной частоты фильтра, уменьшается величина напряжения на конденсаторах 3 и 4 (фиг. 1 . Таким образом, предлагаемое реле прове, чем известные, и содержит 1меньше элементов. В электронном реле отсутствует прямая связь по по тоянному току между входом электрон ного реле и входом компаратора 1. Утечки конденсаторов 3 и 4, как показывает расчет, влияют на порог электронного реле только через их разность. С помощью резистора 12 (фиг. 1) при применении электролитических конденсаторов может йлть подано начальное положительное смещение. При изменении входного си .нала разность напряжения на конденсаторах 3 и 4 не превышает 0,5-0,7 при применении кремниевых диодов. Точность указанного реле определяется при применении электролитических конденсаторов и компараторов типа 521САЗ только разностным током утечки конденсаторов. В предлагаемом электронном реле на двух аналоговых ключах, двух кон денсаторах и резисторе выполнен усредняющий. фильтр, а на третьем ключе - преобразователь опорного напряжения в импульсный сигнал, который в своём спектре содержит гармонику по частоте, соответствующую частоте входного сигнала, и эта гармоника через резистор связи пода ется на усредняющий фильтр в противофазе с входным сигнешом. Таким об разом, в предлагаемом электронном реле порог задается сравнением переменного входного сигнала с переменным .опорным напряжением, в то вр мя как в известном Г2 сравнивается переменный сигнал с постоянным опор ным напряжением, а в известном Cl выпрямленный постоянный сигнал- с постоянным опорным напряжением. Информация о величине входного сигнсша оказывается заложенной в фазе сигнала коммутируемого фильтра низких частот. С выхода электронного реле при превышении порогового уровня может быть снят или импульсный сигнал с частотой и фазой входного сигнсша, прошедшего через фильтр на входе входного компаратора , или релейный сигнал. Порог электронного реле при применении фильтра на входе входного компаратора зависит от фазовой характеристики этого фильтра, что расширяет функционсшьные возможности. ПовьЕиение стабильности предлагаемого электронного реле достигнуто благо- , даря .сравнению входного сигнала с опорным на переменном токе, усреднению входного сигнала с использованием коммутируемого фильтра низких частот на конденсаторах и аналоговых ключах и работой всех активных элементов электронного реле в релейном режиме. Формула изобретения Электронное реле, содержащее входной компаратор, фильтр нижних частот из резистора и двух конденсаторов, источник опорного напряжения, зашунтированный резисторным делителем напряжения, выходной компаратор, выход которого подключен к входу блока временной задержки, первый аналоговый ключ, выходная шина которого подключена к общей шине, второй аналоговый ключ, выходная шина которого подключена к выходу резисторного делителя напряжения, третий аналоговый ключ, первгш входная шина которого объединена с выходной шиной первого аналогового ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности порога срабатывания и расширения функциональных возможностей, в него введевы дополнительные фильтр, резистор и два защитных диода, при этом вход устройства -связан с входом фильтра нижних частот и через дополнительный фильтр - с первым входом входного компаратора, выход которого соединен с шинами управления аналоговых ключей, а второй вход - с выходом резисторного делителя напряжения, защитные ДИОДЫ включены встречно-параллельно между входными шинами, первого и второго ансшоговых ключей и первыми выводс1ми конденсаторов фильтра нижних частот, вторые выводы которых через дополнительный резистор подключены к выходной шине третьего аналогового ключа, вторая входная шина которого связана

с источником опорного напряжения, а входная шина второго аналогового ключа - с входом выходного компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Фаг.1

свидетельство СССР 03 К 17/00, 1974.

свидетельство СССР 03 К 17/00, 1979 А.

..f

J

О, t

Фuг.

22

njnnj riin пгтгтгт

tf

27

2f