Формирующие и запоминающие элементы

К формирующим относятся элементы, предназначенные для генерирования (создания) импульсов заданной формы и длительности, а также регенерирования (восстановления) импульсов, форма и длительность которых отличается от заданной. В системе элементов «Транслог -1» к таким элементам можно отнести следующие модули:

Модуль - 1A81 - неустойчивый мультивибратор - предназначен для генерирования непрерывной серии прямоугольных импульсов. 1A81 представляет собой одноместный конструктивный элемент и оборудован тремя транзисторами, причем Т₃ представляет собой мощный усилительный транзистор.

Благодаря этому частота импульсов и их амплитуда на выходе А не зависит от нагрузки. Схема имеет два неустойчивых состояния равновесия. Переход из одного состояния неустойчивого равновесия в другое происходит скачком, почти мгновенно.

Рисунок 12.19. Логический элемент 1А81

Принцип работы элемента 1А81 (см.рис.12.19) следующий: предположим, что в начальный момент времени Т₀ = 0 транзистор T₁ открыт, а транзистор Т₂ закрыт. Конденсатор C₁ заряжается через открытый транзис­тор T₁ и резистор R₃, а конденсатор С₂ разряжается через резистор R₂ и открытый транзистор T₁ с постоянной времени R₂ ∙C₂ поддерживая на базе T₂ положительный потенциал, закрывающий его. По мере разрядки кон­денсатора С₂ напряжение на базе транзистора T₂ становится все менее по­ложительным и, наконец, через промежуток времени t₁ транзистор Т₂ ска­чком откроется, конденсатор C₁ начнет разряжаться через открытый тран­зистор T₂ и резистор R₁ с постоянной времени R₁ ∙C₁, закрывая при этом транзистор T₁. Конденсатор С₂ в это время будет заряжаться через R₄ и открытый транзистор Т₂.

По мере разряда конденсатора C₁ напряжение на базе транзистора T₁ становится все менее положительным по отношению к эмиттеру и транзистор T₁ откроется, а транзистор T₂ закроется и т.д. Посредством внешне подключенных конденсаторов C₁ и С₂ к контактам 6,10 и 5,9 длительность сигнала "I" и "0" на выходе А а, значит, и частоту повторения импульсов можно регулировать. Транзистор Т₃, как видно из схемы, закрывается с открытием транзистора Т₂ и наоборот. С выхода А снимается серия прямоугольных импульсов 0/1 сигналов.

Как пример применения элемента 1А81 может служить схема сигнализатора 2А80 (рис. 12.7 вход b6).

Модуль - 1 М 20 - мoностабильный одновибратор - представляет собой одноместный конструктивный модуль (см.рис.12.20) и служит для формирования определенных по длительности импульсов прямоугольной формы или сигналов-меток времени. 1M20 представляет собой один двухкаскадный усилитель, выполненный на транзисторах T₁ и T₂ с обратной связью, причем вторая ступень имеет емкостную связь с выхода первой, а первая - гальваническую с выхода второй (см.рис.12.20).

Рисунок 12.20. Логический элемент 1М20

Эта схема обладает опрокидывающей характеристикой только с одним устойчивым положением и одной неустойчивой фазой и дает двоичные коммутационные сигналы. В устойчивом состояний элемента при сигнале "0" на входах E₁, E₂ транзистор Т₁ заперт, а транзистор T₂ открыт и насыщен, так как база транзистора Т₂ подключена постоянно через сопротивление к N12. Сопротивление резистора базового делителя R₂ транзистора T₁ выбирают так, чтобы при открытом транзисторе T₂ на базе его действовало положительное напряжение, закрывающее транзистор T₁. Конденсатор С при этом заряжен через открытый транзистор Т₂ и резистор R₃. Конденсатор подсоединяется снаружи конструктивного элемента и является чаще всего электролитическим конденсатором, либо конденсатором из металлизированной бумаги. Это делается для большей точности длительности генерируемого импульса и надежности эксплуатации.

Сигнал на выходе A равен "0". При подаче на вход Е₂ импульса отрицательной полярности транзистор T₁ откроется, конденсатор С начнет разряжаться через открытый транзистор T₁ и сопротивление R₄, R₅, создавая на базе транзистора T₂ положительное напряжение и тем самым закрывает его. По мере перезарядки конденсатора положительное напряжение на базе Т₂ изменяется. Таким образом на выходе "А", пока транзистор Т₂ закрыт, поддерживается сигнал "I", т.е. формируется отрицательный прямоугольный импульс длительности "Т". Конденсатор С разряжается в соответствии с постоянной времени, зависящей от его емкости и последовательно соединенных сопротивлений R₄ и R₅. Через промежуток времени потенциал базы транзистора Т₂ понижается настолько, что транзистор T₂ открывается. Одновременно цепь обратной связи закроет транзистор T₁. Благодаря этому на выходе А исчезнет сигнал "I". Нестабильная фаза закончена и опять достигнуто устойчивое положение, которое будет сохраняться сколь угодно долго, т.е. до прихода следующего запускающего импульса на входе E₂. Однако между запускающими импульсами должно пройти некоторое время, требуемое для зарядки конденсатора С, называемое временем восстановления. Только после этого может быть подан очередной запускающий отрицательный сигнал, Отрицательные игольчатые импульсы запуска подаются на вход Е₂, а прямоугольные импульсы запуска- на вход Е₁. Дифференцирую­щая цепочка этого входа формирует игольчатый импульс из прямоугольного.

Подсоединяя внешним образом к выводам 8 и 6 сопротивления Rн, можно изменять длительность «Т» формируемого импульса (сигнала «I ») на выходе А. Выдержка времени рассчитывается по формуле:

Рисунок 12.21. Вариант использования элемента 1 М20

а) принципиальная схема; б) эпюры напряжений

в) регулятор производительности.

Одним из примеров использования элемента 1М20 можно назвать систему управления регулятором изменения производительности винтового компрессора главной холодильной установки (ГХУ) транспортного рефрижератора (см.рис.12.21).

Запуск компрессора осуществляется при нулевой производительности во избежание больших пусковых токов с помощью кнопки «Пуск» КП1, которая сообщает импульс в качестве логической единицы (изм. гнездо 1) элементу памяти, собранного на модуле 1NN11 и который запоминает «1» (изм. гнездо 2), подавая ее на вход 4 элемента «И» 1КК01. На вход 5 данного элемента логическая единица подается от мультивибратора 1А81 (изм. гнездо 3), поэтому на выходе 10 элемента 1КК01 мы имеем аналогичный сигнал (изм. гнездо 4).

На вход 9 элемента 1М20 поступают сигналы в виде остроконечных, коротких по длительности импульсов (изм. гнездо 5), которые преобразуются данным элементом в сигналы прямоугольной формы (изм. гнездо 6). С помощью электролитического конденсатора С2 с определенно выбранной емкостью сигнал с выхода 11 элемента 1А81 сглаживается (изм. гнездо 7) и поступает на вход 9а усилителя мощности 5Р41, который подает питание на электромагнитные клапана КУП1 и КУП2 для уменьшения производительности (см.рис.12.21,в)

Поршень регулятора производительности перемещается в сторону нулевой производительности, пока не разомкнется н.з. контакт концевого выключателя КВ1, вследствие чего теряют питаниевентили КУП1 и КУП2. Н.о. контакт концевого выключателя КВ1 подает питание на схему управления запуска электропривода винтового компрессора.

Модуль - 1В21 - усилитель сигналов с опрокидывающей характеристикой (пороговый элемент) - представляет собой одноместный конструктивный элемент (см.рис.12.22) и служит для преобразования плавно меняющегося входного напряжения в прямоугольное напряжение, т.е. является формирователем напряжения двух уровней «0» и «I»

Модуль 2 Е 01 - нуль – индикатор - применяется в качестве входного элемента и с большим усилением преобразует электрический аналоговый (медленно изменяющийся) входной сигнал в дискретный (постоянный «0»-«1») выходной сигнал с нормированным уровнем напряжения системы "Транслог" (см.рис.12.13). В случае использования для управления постоянной входной величины при выбранном варианте управления выходное напряжение представляет собой статический (стабильный) "1" или "0" сигнал.

Рисунок 12.13. Логический элемент 2Е01

В случае использования для управления переменной входной величины (синусоидальное напряжение), выходное напряжение после превышения пределов опрокидывания (порога срабатывания) представляет собой серию прямоугольных импульсов, которая при достаточно сильном усилении приблизительно синфазна с прохождением через нуль входной величины.

Таким образом, характерным примером применения схемы является регистрация прохождения через нуль входных напряжений или токов. Схема входа нуль-индикатора 2Е01 позволяет варьировать схему в широком диапазоне, благодаря чему этот элемент может применяться для самых разнообразных целей.

Конструкция и принцип действия:

Нуль-индикатор выполнен двухместным конструктивным модулем. На лицевой стороне расположен фиксируемый потенциометр. Конструктивно элемент 2Е01 состоит из опрокидывающей схемы триггера (см. рис.12.13) и выходного усилителя инвертора и схемы управления с диодами ограничения амплитуд. В зависимости от выбранного варианта управления необходимо делать перемычки между контактами.

Опрокидывающая схема представляет бистабильный (два устойчивых положения) триггер со стабилизированным отрицательный и положительным напряжением питания. При управлении на оба или одно из подключений базы (6а, 7а, 8а» 9а) подается анализируемое напряжение. Схема имеет два устойчивых положения. Предположим, что в начальный момент транзистор T₁ открыт, транзистор Т₂ закрыт. На выходе транзистора Т₂ контакт 10а будет сигнал "1". База транзистора Т₃ будет находиться под потенциалом, отрицательным по отношению к эмиттеру, и транзистор Т₃ будет открыт. На выходе 11с будет устойчивый сигнал "0". Если подаваемое напряжение будет больше критического значения (значения срабатывания), то. транзистор Т₁ закрывается, на обратной связи R₅ появляется сигнал "1", который откроет транзистор T₂.

На коллекторном выходе транзистора Т₂ сигнал сменится с "1" на "0" и база транзистора Т₃ будет под положительный потенциалом. Транзистор Т₃ закрывается, на выходе 11с будет устойчивый сигнал "1". При помощи регулировочного потенциометра R₂₁ имеется возможность регулирования напряжения срабатывания в определенных пределах. Конденсаторы С₁ и С₂ предназначены для повышения надежности в отношении помех. Работу нуль–индикатора можно проследить на диаграмме входного и выходного напряжения. По оси "Y" откладывается выходное напряжение U_А на контактном ноже 11c. По оси "X" откладывается напряжение управления. Допустим, что оно изменяется по синусоиде. В какой-то момент, во время отрицательного полупериода и при значении напряжения –Es₂ транзистор Т₂ откроется, а транзистор Т₃ закроется, на выходе 11с будет сигнал "1". В дальнейшем отрицательный полупериод заканчивается и начинается положительный полупериод и при некотором положительном значении напряжения + Es₁ произойдет закрывание транзистора Т₂ и открытие транзистора Т₃. На выходе 11с будет сигнал "0", который будет до тех пор, пока не закончится положительный полупериод и не начнется отрицательный полупериод. И опять, при значении срабатывания Es₂ на выходе 11с будем иметь сигнал "1" и т.д. Таким образом, 2 Е 01 является регистратором прохождения через нуль напряжений или токов.

В качестве примера применения элемента 2Е01 можно привести фрагмент схемы автоматического и ручного управления гидравлической системой рулевой машиной. С одной из вторичных обмоток трансформатора Тр на входы 6а и 9а модуля 2Е01 подается напряжение U₂ синусоидальной формы по частоте и величине, равное напряжению, изображенному на диаграмме (измерительное гнездо 2, позиция I), которое преобразуется модулем 2Е01 в отрицательное напряжение прямоугольной формы (измерительное гнездо 1, позиция III).

При уходе судна влево от курса датчик гирокомпаса нарушает равновесие измерительного моста и на измерительном гнезде 2 (позиция диаграммы I) образуется синусоидальный сигнал, который модулем 1В21 преобразуется в отрицательное напряжение прямоугольной формы (измерительное гнездо 4, позиция II). Переключатель ПП1 находится в положении «А» (автоматическое управление) и на входе 4 элемента «И» 1КК01 (верхний) присутствует сигнал «1». На входах 5 и 6 этого элемента поступает совпадающие по такту и величине отрицательные напряжения прямоугольной формы от модулей 2Е01 и 1В21 (см. позиции II и III диаграммы). С выхода 10 сигнал прямоугольной формы поступает на вход 7 элемента «И» 1КК01 (верхний). На вход 8 этого элемента приходит сигнал «1» с выхода е11 усилителя мощности 5Р41 (нижний), т.к. входы этого усилителя «обнулены». С выхода 10 элемента 1NN11 (верхний) поступает единица на вход 9 элемента «И» 1КК01 (верхний), реализуется функция «И» и на выходе 11 имеем отрицательное напряжение прямоугольной формы, который поступает на вход а9 усилителя мощности 5Р41 (верхний) и на его выходе а11 имеем такой же, но усиленный сигнал, в такт которого включается и выключается соленоидный клапан гидравлики правого борта.

Рисунок 12.14. Фрагмент схемы управления системой гидравлики рулевой машины.

Судно постепенно выравнивается по курсу и датчик гирокомпаса стремится к согласованию измерительного моста и на измерительном гнезде 2 исчезает синусоидальный сигнал (см. позицию V диаграммы). Оба клапана обесточены.

При уходе судна вправо от курса датчик гирокомпаса нарушает равновесие измерительного моста и на измерительном гнезде 2 (позиция VII) образуется синусоидальный сигнал обратный по фазе напряжению U₂. Этот сигнал преобразуется модулем 1В21 в отрицательное напряжение прямоугольной формы (измерительное гнездо 4, позиция VIII). Переключатель ПП1 находится в положении «А» (автоматическое управление) и на входе 4 элемента «И» 1КК01 (нижний) присутствует сигнал «1». На входах 5 и 6 этого элемента поступает совпадающие по такту и величине отрицательные напряжения прямоугольной формы от модулей 1NN11 (измерительное гнездо 3) и 1В21 (см. позиции VIII и IX диаграммы). С выхода 10 сигнал прямоугольной формы поступает на вход 7 элемента «И» 1КК01 (нижний). На вход 8 этого элемента приходит сигнал»1» с выхода е11 усилителя мощности 5Р41 (верхний), т.к. входы этого усилителя «обнулены». С выхода 10 элемента 1NN11 (нижний) поступает единица на вход 9 элемента «И» 1КК01 (нижний), реализуется функция «И» и на выходе 11 имеем отрицательное напряжение прямоугольной формы, который поступает на вход а9 усилителя мощности 5Р41 (нижний) и на его выходе а11 имеем такой же, но усиленный сигнал, в такт которого включается и выключается соленоидный клапан гидравлики левого борта до тех пор, пока не исчезнет синусоидальный сигнал на измерительном мосту при согласовании моста.

Модуль 2 Е 10 - Реле напряжения - представляет собой двухместный конструктивный элемент и предназначен для контроля пороговых значений переменного напряжения, переменного тока и постоянного напряжения.

Принцип работы:

Автоматический предохранительный выключатель представляет собой двойной модуль системы "Транслог" предназначенный для. контроля предельных значений постоянных и переменных сигна­лов судовых систем автоматики. На электрических схемах обо­значается так же, как модуль 2Е01 (рис.12.15). Там же. пpедставле­ны клеммная колодка и принципиальная: схема модуля, содержащая усилитель постоянного тока на транзисторах Т1 и Т 2 и интегрирующую схему на транзисто­ре Т3 совместно с конденсатором С2, диодом VD1 и резистором R12.

Рисунок 12.15 - Логический элемент 2Е10

Для регyлировки уровня срабатывания модуля на его верхнюю торцевую сторону выведена ручка потенциометра R14. На шка­лу нанесены цифры от 1 до 6. Параметры элементов каждого модуляподобраны так. что при нормальной эксплуатации пово­рот рукоятки R14 на цифру 1 соответствует срабатыванию 2E10 при подаче на его вход 4 В постоянного напряжения.

Измерение постоянного напряжения осуществляется с помощью. усилителя постоянного тока с положительной обратной связью. При этом необходимо поставить nepeмычку между контактными выводами 7а-8а. Входное напряжение подводится к выводам 9а (отрицательный полюс) и 1a (положительный полюс). Так как контактный вывод 1a подключен к источнику питания PI2. то вxоднoe напряжение необходимо гальванически отделить отнапряжения источника питания модуля. В исходном состоянии при отсутствии сигнала на входе схемы транзистор Т1 от­крыт. а Т2 закрыт. На выходе модуля 11а «0» - сигнал: - (0.1 ÷ 0.75)B. При подаче на вход Е5 (9а) постоянного на­пряжения и достижении им уровня срабатывания,. тран­зистор Т2 открывается, а Т1 закрывается. На выходе А появится уровень «L» - сигнала:: - (З.5+I2)В.

Измерение переменного напряжения производится всей схе­мой модуля. При этом дополнительно устанавливаются nepeмычки между выводами 9а-7b-8b и переменное напряжение в проти­вофазе подается на выводы 6b-1b и 5b-4b c трансформатора, имею­щего две вторичные обмотки одинакового числа виткqв. В ис­ходном состоянии при отсутствии входного сигнала транзистор Т2 закрыт. а Т1 и Т3 открыты. Причем Т3 открыт за cчет напряжения, приложенного минусом к базе, а плюсом к эмиттеру этого транзистора. На выходе 11а модуля- «0» - сигнал. При положительной полуволне напряжения, подаваемого на выво­ды 5b-4b, транзистор Т3 закрывается. Одновременно при отри­цательной полуволне напряжения, подаваемого на выводы 1b -6b,. конденсатор С2 заряжается. Как только напряжение заряда кон­денсатора достигает установленного порога срабатывания моду­ля, транзистор Т2 открывается, а Т1 закрывается.. На выходе 11а модуля появится сигнал «1». В следующий полупериод тран­зистор Т3 открывается (отрицательная полуволна напряжения на 5в-4в). а конденсатор С2 разряжается через открытый Т3. Схема приходит в исходное состояние. Таким образом, при подаче на входы 6b-1b, 5b-4b переменного напряжения на выходе 11а модуля формируется последовательность прямоугольных импульсов. частота следования которых зависит от частоты входного сиг­нала и изменяется от 17 до 65 Гц.

Рисунок 12.16. Схема отключения второстепенных потребителей на ГРЩ.

В качестве примера использования модуля 2Е10 приведем схему отключения второстепенных потребителей на ГРЩ (рис. 12.16). Напомним, если включение резерва мощности на судовой электростанции не предусмотрено или система автоматического включения резервного генераторного агрегата отключена, автоматическая разгрузка генераторов проводится путем отключения неответственных приемников. При увеличении нагрузки на любом из работающих генераторов до (1,0-1,1)P_ном отклю­чение происходит в 2 ступени с выдержкой времени между ними.

С помощью резистора RP2 происходит настройка величины порога предельной нагрузки генераторного агрегата (1,0-1,1)P_ном и при его достижении в точке «е» образуется сигнал «1» (изм. гнездо 4), который поступает на вход 9а модуля 2Е10-1 (в данном случае он работает в качестве усилителя постоянного тока). С выхода 11а данного элемента сигнал «1» поступает на вход 3 мультивибратора 1А81 (изм. гнездо 5), который и запускает его. На выходе 11 элемента 1А81 появляются отрицательные прямоугольные импульсные сигналы (изм. гнездо 6), который поступает на вход 7 элемента «И» 1КК05.

На входы 6b-1b и 5b-4b модуля 2Е10-2 подается переменное напряжение в проти­вофазе от трансформаторов TV3 и TV4 (изм. гнезда 1 и 2). На выходе 11а модуля 2Е10-2 образуются отрицательные прямоугольные импульсные сигналы (изм. гнездо 3), синхронные по форме и времени с сигналом измерительного гнезда 6. который подается на вход 6 элемента «И» 1КК05. Т.к. на входы 4 и 5 этого же элемента постоянно подаются сигналы «1», то на его выходе его 10 формируется такие же прямоугольные импульсные сигналы (изм. гнездо 7), которые после прохождения через конденсатор С5 преобразовываются в игольчатые импульсные сигналы (изм. гнездо 8). Данные игольчатые импульсные сигналы поступают на вход 9 моностабильного одновибратора 1М20, на выходе которого образуются прямоугольные сигналы с малым интервалом между сигналами «1» (изм. гнездо 9). После прохождения диодно-резисторно-емкостного звена (VD3-R7-C6) сигнал сглаживается (изм. гнездо 10). Конденсатор С7 создает выдержку по времени от случайных пиков нагрузки и пропускает сигнал «1» на вход 8а усилителя мощности 5Р41, который отключает первую ступень второстепенных потребителей. Если же нагрузка после отключения второстепенных потребителей первой ступени не снизилась, с выдержкой по времени (конденсаторы С8 и С9) отключается вторая ступень второстепенных потребителей.

Счетный конструктивный элемент 1Z33 (триггер) представляет собой одноместный конструктивный модуль и предназначен для счета импульсов и запоминания входных сигналов. Этот элемент может быть возбужден динамически, т.е. перепадом «1»-«0» входного сигнала или положительным импульсом и статически, т.е. подачей постоянного сигнала "I". Динамические входы подклю­чены к контактным ножам 5 и 10, а статические входы - к контактным но­жам 6 и 9. Контактные кожи 7 и 8 соединены с выходами, а контактные ножи 4 и 11 с подготовительными входами.

Так как схема триггера представляет ступень с двумя устойчивыми положениями, то при рассмотрении работы следует исходить из какого-нибудь начального устойчивого пояснения. Допустим, что транзистор T₁ открыт (насыщен) и на выходе А₁(8) находится сигнал "0" (см.рис.12.17).

Рисунок 12.17. Логический элемент 1Z33

База транзистора Т₂ при этом находится под положительным потенциалом с делителя R₅-R₂, подсоединенного к контактному ножу 1 (+12В). Транзистор Т₂ закрыт и на выходе А₂ (7) будет сигнал "I". Этот сигнал через дели­тель R₆-Rз обеспечивает подачу отрицательного потенциала на базу тран­зистора T₁, поддерживая его в открытом состоянии. Это первое устойчи­вое состояние триггера. И наоборот, при открытом транзисторе Т₂ на выходе А₂ (7) сигнал "0", а транзистор T₁ будет закрыт и на выходе A₁ (8) будет сигнал "I" /второе устойчивое положение (триггера).