Pierwszenstwo: Opublikowano: 20.X.1967 26.IV.1966 (P 114' 245) 54081 KI. 21 c, 44 MKP H03k,l7jZS UKD Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Henryk Mroczek, mgr inz. Marek Dzi¬ kowski Wlasciciel patentu: Politechnika Lódzka (Katedra Techniki Sterowania Lódz (Polska) Tranzystorowy uklad opózniajacy Przedmiotem wynalazku jest tranzystorowy uklad sluzacy do realizacj wiekszych opóznien cza¬ sowych, a mianowicie rzedu kilku minut, w bez- stykowych ukladach sterowania.W znanych ukladach opózniajacych, realizowa¬ nie opóznien wiekszych niz rzedu kilkunastu se¬ kund nastrecza duze trudnosci.Wartosc realizowanego opóznienia jest propor¬ cjonalna do stalego iloczynu opornosci i pojemnos¬ ci obwodu ladowania lub rozladowania kondensa¬ tora. Zatem przy stalej wartosci pojemnosci war¬ tosc realizowanego opóznienia bedzie tym wieksza im wieksza bedzie wartosc opornosci. W znanych ukladach tranzystorowych wartosc opornosci ze wzgledu na pradowy charakter sterowania tranzys¬ tora nie przekracza kilkudziesieciu kiloomów. Co nie pozwala na realizowanie opóznien wiekszych niz kilkanascie sekund.Niedogodnosci te zmniejszono zgodnie z wynalaz¬ kiem w ten sposób, ze zastosowano dodatkowy ob¬ wód pradu zmiennego, zapewniajacy przerzut prze- rzutnika bistabilnego po czasie okreslonym przez staly iloczyn opornosci i pojemnosci, co w rezulta¬ cie zapewnia napieciowy charakter sterowania tranzystora, a tym samym mozliwosc zastosowania opornosci rzedu kilkunastu megaomów, co z kolei pozwala realizowac wieksze wartosci opóznien.Na rysunku fig. 1 przedstawia schemat budowy ukladu wedlug wynalazku.Tranzystorowy uklad opózniajacy wedlug wyna- 10 15 20 25 30 2 lazku zbudowany jest z nastepujacych podukladów; opisanych ponizej. Z generatora impulsów 1, któ¬ rego schemat przedstawiono na fig. 2, ze stop¬ nia sterujacego skladajacego sie z tranzystora 2 i oporników 3, 4, 5, 6 i 7, kondensatora 8 i diody 9, z elementu iloczynu opornosci i pojemnosci skla¬ dajacego sie z opornika 10 i kondensatora 11, z przerzutnika bistabilnego, zbudowanego na tran¬ zystorach 12 i 13 oraz opornikach 14, 15, 16, 17, 18 i 19, a ponadto ze stopnia dopasowujacego, skla¬ dajacego sie z tranzystora 20, oporników 21, 22, 23, 24. Uklad ten sklada sie równiez z filtru w posta¬ ci kondensatora 25 i opornika 26 oraz z elementu oddzielajacego, który stanowi dioda krzemowa 27.Wszystkie tranzystory w ukladzie pracuja dwu- stanowo, albo sa nasycone albo zatkane.Stan nasycenia odpowiadajacy poziomowi sygna¬ lu napieciowego okolo zero nazwano „zerem — 0", zas poziom sygnalu napieciowego od —7 V do —12 V „jedynka — 1" przy napieciu zasilajacym Ec = —12 V.Na fig. 4 przedstawiono wykres zaleznosci stanu sygnalu wyjsciowego oznaczonego WY od stanu sygnalu wejsciowego oznaczonego WE. Z wykresu tego wynika, ze po podaniu sygnalu „1" na wejs¬ cie, sygnal „ten" na wyjsciu pojawi sie dopiero po czasie T. Czas T jest czasem realizowanego opóz¬ nienia. , Dzialanie tranzystorowego ukladu opózniajacego wedlug wynalazku jest nastepujace. 5408154081 4 Generator 1 sluzy do wytwarzania impulsów na¬ piecia w uzwojeniu 28. Impulsy te maja amplitu¬ de 0,6 — 1,0 V, a odstep miedzy nimi jest duzy w stosunku do czasu trwania impulsu.Oznaczajac zgodnie z fig. 5 t2 — czas miedzy dwoma impulsami tej samej biegunowosci i ti — czas trwania impulsu wówczas uzyskuje sie stosunek t2 — = 500+1000 Jezeli na jednym z dwu wejsc WE wystepuje syg¬ nal^,!)" wtejpy tranzj^tor 2 jest zatkany, a impul¬ sy wytwarzane w uzwojeniu 28 nie odgrywaja wte¬ dy zadnej roli. Kondensator 11 jest naladowany do napiecia bliskiego napieciu zasilajacemu, zas dioda krzemowa 27 przewodzi.W przerzutniku bistabilnym nasycony jest tran¬ zystor 13, na wyjsciu WY ukladu wystepuje syg¬ nal „O", gdyz tranzystor 20 jest nasycony poprzez opornik 22l Jesli na jeden z dwóch oporników wej¬ sciowych 3 i 4 podac sygnal „1" wtedy tranzystor „ 2, ulegnie nasyceniu. Jednoczesnie uklad rózniczku- • jacy zlozony z kondensatora 8, opornika 7 i diody 9 poda na baze tranzystora 13 impuls dodatni i spo¬ woduje jego zatkanie. Przerzutnik zmieni swój stan. Na wyjsciu WY ukladu bedzie dalej wystepo¬ wal sygnal „O", gdyz tranzystor bedzie nasycony poprzez opornik 21. W opisywanej chwili konden¬ sator 11 rozpoczyna rozladowywac sie w obwodzie pokazanym na fig. 8. Potencjal prawej okladki kondensatora 11 zmienia sie wedlug krzywej wy¬ kladniczej pokazanej na fig. 7. Dioda 27 jest w tym czasie zatkana. Impulsy indukowane w uzwojeniu 28 nie maja dalej zamknietego obwodu. W chwili, gdy potencjal prawej okladki kondensatora 11 osiagnie wartosc bliska potencjalowi bazy tranzy¬ stora 13, a wiec okolo zera, dioda 27 zaczyna prze¬ wodzic i gdyby wartosc opornosci opornika 10 byla dostatecznie miala, wtedy prad okreslany ta opor¬ noscia spowodowalby przerzut przerzutnika bista- bilnego. Poniewaz jednak opornosc opornika 10 ma duza wartosc — przerzut nie nastapi.Po otwarciu diody 27 zamyka sie obwód dla im¬ pulsów wytwarzanych przez uzwojenie 28. Obwód ten pokazano' na fig. 6. Impulsy pradowe plyna w obwodzie uzwojenia 28, zlacza kolektor-emiter nasyconego tranzystora 2, zlacza emiter-baza tran¬ zystora 13, diody 27 i kondensatora 11. Poniewaz obwód ten dla pradu zmiennego przedstawia nie¬ wielka opornosc, zatem prad w tym obwodzie osia¬ ga wartosc wystarczajaca do uruchomienia prze¬ rzutnika juz przy amplitudach impulsów rzedu 0,6 — 1,0 V. Po przerzucie nasycony jest tranzy¬ stor 13 i na jego kolektorze wystepuje sygnal „O".Powoduje to zatkanie tranzystora 20 i na wyjsciu WY ukladu pojawia sie sygnal „1". Sygnal ten be¬ dzie wystepowal tak dlugo, jak dlugo bedzie wy¬ stepowal sygnal na wejsciu WE. Po zmianie syg¬ nalu wejsciowego z „1" na „O" tranzystor 2 za¬ tyka sie i na wyjsciu WY sygnal zmienia sie takze z „1" na „O'1', gdyz tranzystor 20 nasyca sie po¬ przez opornik 22. Jednoczesnie kondensator 11 la¬ duje sie w obwodzie pokazanym na fig. 9 do na¬ piecia bliskiego napieciu zasilania. Kondensator 8 takze zostaje naladowany do napiecia bliskiego na¬ pieciu zasilania. W ten sposób uklad powraca do stanu wyjsciowego.Odstep t2 pomiedzy impulsami musi byc dosta- 5 tecznie duzy, gdyz w przeciwnym przypadku nie nastapilby przerzut. Musi byc spelniony warunek tL Ecc gdzie: I.P — oznacza prad zadzialania przerzutnika Ecc — napiecie zasilajace R — wartosc opornosci opornika 10 ii — czas trwania impulsu W przypadku zastosowania generatora 1 daje sie t2 latwo uzyskac wartosci—rzedu ponad 1000.Generator przedstawiony na fig. 2 jest multiwi¬ bratorem astabilnym, w którego obwody kolekto¬ rów tranzystorów 29 i 30 wlaczono uzwojenia rdze¬ nia ferrytowego. Opornosc oporników kolektoro¬ wych 31 i 32 oraz 33 i 34 sa rozdzielone diodami 35 i 36, gdyz tylko wówczas mozna uzyskac duze t2 wartosci stosunku —. ti Jezeli tranzystory 12 i 13 przerzutnika bistabil- nego sa tranzystorami o sredniej czestotliwosci gra¬ nicznej to impuls o zbyt krótkim czasie trwania moze nie spowodowac zadzialania przerzutnika.Dlatego tez zastosowano kondensatory 37 i 38 o niewielkiej pojemnosci dla wydluzania czasu przemagnesowania rdzenia. Dobierajac odpowied¬ nio wartosci tych pojemnosci mozna uzyskac im¬ puls o czasie trwania rzedu kilkunastu mikrose¬ kund. Na rdzeniu ferrytowym nawiniete sa trzy uzwojenia 39, 40 i 28, jak to pokazano na fig. 3.Uzwojenia 39 i 40 sluza do przemagnesowywania rdzenia, a uzwojenie 28 jest uzwojeniem wyjscio¬ wym i jako zródlo impulsów wlaczone jest w ob¬ wód jak pokazano na fig. 1, 6, 8, 9. Czestotliwosc pracy generatora okreslona jest opornosciami opor¬ nika 41 i 42 i pojemnosciami kondensatorów 43 i 44.Poniewaz podczas przemagnesowywania rdzenia na szynie napiecia zasilajacego powstaja impulsy zaklócajace, zastosowano filtr zlozony z kondensa¬ tora 25 i opornika 26.Podczas pracy ukladu, gdy konczy sie proces roz¬ ladowania [kondensatora 11 i zostala otwarta dioda 27, wówczas zanim nastapi przerzut, na kolektorze zatkanego tranzystora 13 pojawiaja sie skoki napie¬ cia od wartosci napiecia zasilajacego np. —12 V do wartosci —6 lub —5 V. Aby skoki te nie prze¬ nosily sie na wyjscie WY ukladu, opornik 21 po¬ winien byc tak dobrany aby tranzystor 20 pozosta¬ wal w tym czasie nasycony.Jesli zamiast opornika 24 wlaczyc cewke prze¬ kaznika elektromechanicznego, wtedy przekaznik ten bedzie posiadal zwloke przy otwieraniu.Dokladnosc odmierzanego czasu opóznienia zale¬ zy tylko od jakosci zastosowanej diody krzemowej 27 i jakosci zastosowanego kondensatora 11. Poza¬ dany jest tu kondensator 11 o duzej opornosci izo¬ lacji np. papierowej. Dla zapewnienia dostatecznej dokladnosci w szerokim zakresie temperatur, opor¬ nosc wsteczna diody 27 i opornosc izolacji konden¬ satora 11 winny byc w podwyzszonej temperaturze ziacznie wieksze od opornosci opornika 10. 20 25 30 35 40 45 50 55 605 54081 6 Uklad odznacza sie bardzo malym czasem regene¬ racji. Jest to czas jaki musi uplynac miedzy jed¬ nym, a drugim odmierzeniem czasu opóznienia.Czas ten Tr okresla sie wedlug nastepujacej za¬ leznosci: Tr = (4+ 6)Rk2C gdzie: Rk2 — stanowi wartosc opornosci opornika 6, zas C — pojemnosc kondensatora 11 Czas ten wynosi zwykle okolo 1% odmierzonego czasu opóznienia.Uklad odznacza sie ponadto mala wrazliwoscia na zmiany napiecia zasilajacego, gdyz kondensator 11 ma tendencje do przeladowania sie do napiecia o takiej samej wartosci lecz przeciwnej bieguno¬ wosci (fig. 7). Stromosc 'sygnalu wyjsciowego jest dostatecznie duza, co umozliwia wspólprace z ele¬ mentami zliczajacymi. PL