Измерительный орган со сравнением длительности импульсов с продолжительностью паузы между ними

Рис. 4.10. Выполнение ИО со сравнением длительности импульсов с продолжительностью паузы между ними (а), его потенциально-временные диаграммы (б)

Принципиальная схема ИО, основанного на сравнении длительности импульсов с продолжительностью паузы между ними, приведена на рис. 4.10, а, а его потенциально-временные диаграммы — на рис. 4.10, б. В схеме индикатор уровня выполнен на ОУ по схеме компаратора (А1) с положительным опорным напряжением, поданным на Н-вход, а триггер Шмитта - также на ОУ, который включен на транзистор VT1 с реле KL1.

При u_вх = 0 (или пока его амплитуда ниже U_оп) на выходе А1 имеется максимальное положительное напряжение, близкое к Е_п. Двуполярный стабилитрон VD4, имеющий равные положительное и отрицательное напряжения стабилизации, открыт через резистор R5 и ограничивает напряжения на конденсаторе С1 значением U_огр. Это положительное напряжение подается на Н-вход А2, поэтому на его выходе имеется максимальное отрицательное напряжение, близкое к —Е_п, а на резисторе R8 выделяется также отрицательное напряжение, соответствующее напряжению срабатывания триггера Шмитта (А2). Для его срабатывания на И-вход А2 должно быть подано отрицательное напряжение, равное или большее (по абсолютному значению) U_ср. Диод VD5 открыт через R1O, транзистор VT1 закрыт, реле KL1 обесточено.

Когда амплитуда u_вх превышает U_оп, то на время, когда u_вх > U_оп, А1 переключается и на его выходе появляется импульс максимального отрицательного напряжения, близкого к —Е_п. Диод VD3 открывается и конденсатор С1 с меньшей постоянной времени перезаряжается через включенные параллельно резисторы R5, R6, напряжение на нем снижается и, переходя через 0, становится отрицательным. В паузу между импульсами VD3 вновь запирается, а С1 с большей постоянной времени заряжается через R5 положительным выходным напряжением А1. Если продолжительность выходных импульсов А1 мала и за время импульса отрицательное напряжение на конденсаторе С1 не достигает напряжения срабатывания триггера Шмитта, то ИО в целом не работает (рис.4.10,б). При увеличении амплитуды u_вх продолжительность выходных импульсов А1 возрастает, а пауза между ними уменьшается, соответственно растет продолжительность перезаряда конденсатора, а время его заряда снижается. Отрицательное напряжение на С1 достигает U_ср, А2 переключается, на его выходе появляется максимальное положительное напряжение, близкое к Е_п, диод VD5 запирается, VT1 открывается, срабатывает KL1, а напряжение на R8 меняет знак, сохраняя значение, причем оно соответствует напряжению возврата триггера Шмитта (U_в). Напряжение U_в выбирается более высоким, чем амплитуда положительного напряжения на С1, что обеспечивает непрерывный выходной сигнал А2 при наличии пилообразного напряжения на его входе. Когда отрицательное напряжение на С1 достигает напряжения стабилизации VD4, он открывается и ограничивает напряжение на С1, которое выбирается несколько выше U_cp (рис. 4.10, б). После исчезновения u_вх конденсатор С1 заряжается в пределе от —U_огр до U_в и это соответствует времени возврата ИО. Напряжение стабилизации VD4 выбирается несколько большим напряжения U_cp (U_b), что способствует снижению времени срабатывания и возврата ИО. Уставка ИО регулируется изменением U_оп, которое определяется суммарным сопротивлением резисторов R3, R4 и может осуществляться плавно или малыми ступенями. Входное сопротивление ИО при срабатывании и малой кратности велико и превышает входное сопротивление ОУ. При большой кратности u_вх открываются диоды VD5, VD2, защищая вход А1 от недопустимых напряжений, и при этом входное сопротивление ИО равно сопротивлению резистора R1, которое обычно в десятки раз превышает внутреннее сопротивление источников u_вх и поэтому позволяет включать несколько ИО с разными уставками на один источник u_вх практически без взаимовлияния ИО.

При подаче напряжении питания на ИО за счет заряда конденсатора С2 на Н-вход А2 подается отрицательное напряжение и триггер Шмитта немедленно устанавливается в положение нормального режима (возврата), чем предотвращается возможность кратковременного срабатывания ИО при подаче напряжений питания. При поданном питании конденсатор С2 заряжен, а при срабатывании несколько замедляет переключение А2, дополнительно способствуя помехоустойчивости ИО.

Рассмотренный ИО может применяться при выполнении полупроводниковых органов тока и напряжения.