Релейні підсилювачі

У позиційних системах керування для перетворення безперервних сигналів у дискретні застосовуються релейні підсилювачі. Для них характерним є те, що при досягненні вхідним сигналом заданого значення вихідний сигнал змінюється стрибком. Як релейні елементи переважно використовують електромагнітні реле, герметичні контакти (геркони) і перемикаючі напівпровідникові схеми.

Електромагнітне реле з поворотним якорем (рис. 3.4, а) працює у такий спосіб. При протіканні на обмотці 1 струму керування І_к виникає магнітний потік, що замикається через осердя 2, магнітопровід 3, якір 4 і повітряний проміжок між якорем і осердям. Утворена магнітним потоком електромагнітна сила притягання зумовлює спрацювання реле і його розмикаючий контакт 6 розмикається, а замикаючий контакт 7 замикається. Відпускання реле відбувається під дією пружини 5.

Рис.3.4. Конструктивна схема електромагнітного реле (а) і його характеристика (б).

Із статичної характеристики (рис. 3.4, б) випливає, що при І_к=І_спр відбувається замикання контактів 7 і вихідний сигнал стрибком досягає граничного значення. Подальше зростання струму І_к не викликає зміни вихідного сигналу. При зменшенні струму І_у розмикання відбувається при І_к=І_відпр<І_спр. Це зумовлене тим, що відпусканню якоря перешкоджає залишковий магнітний потік.

Основний недолік реле - швидкий знос контактів в умовах підвищеної вологості. Щоб підвищити час безвідмовної роботи, контакти герметизують

Геркон являє собою скляну колбочку 1, у яку впаяні контактні пружини 2 з магнітного матеріалу (рис.3.5). Пружини виконують роль магнітопровода. Замикання контактів відбувається під дією магнітного поля, створеного струмом у котушці 3, або постійним магнітом. Геркони випускаються з замикаючим, розмикаючим і пермикаючим контактами. Число спрацювань герконів досягає 10⁹, що на два порядки вище, ніж число спрацювань реле.

Рис. 3.5. Схема магнітно-керованого геркона.

Крім контактних, усе більш широко застосовують безконтактні релейні підсилювачі, виконані на основі транзисторних, тиристорних і інших елементів.

Схема релейного підсилювача на основі транзистора p-n-p типу наведена на рис. 3.6, а. У вихідному стані транзистор закритий напругою U_зм і через опір навантаження R_H протікає невеликий струм . При подачі на вхід від’ємної напруги транзистор повністю відкривається, його опір зменшується майже до нуля і струм колектора зростає до значення, обумовленого опором R_H. Для зменшення часу відкриття опору R₁ шунтують ємністю С₁. При знятті вхідного сигналу транзистор закривається і струм колектора зменшується до значення І_к0.

Рис. 3.6. Схеми релейних підсилювачів: а - на основі транзистора типу p-n-p; б - на основі тиристора.

Коли необхідно керувати релейним підсилювачем за допомогою імпульсів, то як підсилюючі елементи використовують тиристори, що можуть знаходитися в двох стійких електричних станах: у відкритому (велика провідність) і у закритому (мала провідність). Схема тиристорного підсилювача складається з двох тиристорів (рис. 3.6,б). У вихідному стані обидва тиристори закриті і напруга на ємності С дорівнює нулю. При подачі на керуючий електрод імпульсу тривалістю від однієї до десятків мікросекунд відбувається відмикання тиристора VT1 і струм у зовнішньому колі практично миттєво зростає від струму витоку І_ВИТ, що не перевищує декількох мікроампер, до значення, обумовленого опором навантаження R_H. Одночасно через резистор R_Т заряджається конденсатор С до напруги, близької до Е_к. У цьому стані схема може знаходитися як завгодно довго.

Щоб закрити тиристор VT1, на тиристор VT2 подають керуючий імпульс і тиристор VT2 відкривається. При відкритому тиристорі VT2 конденсатор С розряджається на тиристор VT1, струм навантаження переривається і VT1 закривається. Після цього конденсатор С знову заряджається через опір R_H і схема підготовлюється для повторного включення. Так як заряд і розряд комутуючої ємності С через тиристор VT2 триває короткочасно, то його вибирають значно меншої потужності. Шунтуючий діод VД застосовують при індуктивному навантаженні.

Перемикаючі схеми на тиристорах характеризуються високою надійністю, великим терміном служби і високим к.к.д. Сучасні тиристори дозволяють комутувати струми до сотень кілоампер при напрузі до декількох тисяч вольт.

Для комутації напруги в колах змінного струму застосовують двопровідні тиристори (семістори).