Компараторы и их применение, градиентные реле

February 15, 2011 by admin Комментировать »

 

Компаратор представляет собой устройство сравнения сиг­налов, своеобразные электрические весы. Если на один из входов компаратора (чашу весов) подать эталонный сигнал (положить i ирьку), а на другой — подать контролируемый сигнал (положить груз неизвестной массы), на выходе устройства сигнал будет иметь значение 0 (или ипит ) до тех пор, пока один сигнал «не пе­ревесит» другой. После этого компаратор переключится: выход­ной сигнал сменит значение до ипит (или 0, соответственно). На основе компараторов можно собрать множество релейных и иных схем, малая часть которых будет представлена ниже.

К градиентным реле (рис. 19.1 — 19.6) можно отнести уст­ройства, реагирующие на скорость изменения контролируемого параметра. Такие реле используют для контроля меняющихся во времени величин [Рл 10/00-28].

Рис. 19.1

В исходном состоянии напряжения на входах компаратора равны. Градиентное реле находится в режиме ожидания сигнала. При изменении напряжения на делителе R1 —датчик на одном из входов компаратора напряжение изменяется мгновенно, на дру­гом — изменение напряжения во времени происходит с задерж­кой, обусловленной наличием RC-цепочки (рис. 19.2 — 19.4). Для срабатывания компаратора достаточно, чтобы разница напряже­ний между его входами составила несколько мВ. Если считать, что заряд (или разряд) конденсатора происходит по, линейному закону, то при изменении сопротивления датчика градиентное реле сработает в момент времени И (рис. 19.1). При дальнейшей стабилизации сопротивления датчика или возвращения его к ис­ходному уровню на входах компаратора вновь устанавливается состояние равновесия, градиентное реле выключается.

Ниже приведены практические примеры применения гради­ентных реле.

Градиентное фотореле. Индикатор изменения освещенно­сти (рис. 19.2) предназначен для использования в телевизионных охранных системах и не требует вмешательства в их работу. Чув­ствительным элементом индикатора является фотодиод VD3. Фо­тодиод направляют на участок телевизионного экрана, наиболее критичный к условиям охраны.

Рис. 19.2

При неизменной освещенности на телевизионном экране рабочая точка компаратора DA1 (К554САЗ) устанавливается ав­томатически: напряжение с делителя R1, VD3 через диоды VD1 и VD2 подается на входы компаратора DA1. В силу равенства этих напряжений чувствительность компаратора близка к предельной, и даже небольшая разность напряжений при изменении сопро­тивления фотодатчика (VD3) вызовет срабатывание исполнитель­ного устройства (светодиод HL1, реле К1, управляющее системой тревожной сигнализации).

Если в поле контролируемого участка изображения появля­ется какой-либо объект, изменяется освещенность экрана, и, со­ответственно, ток через фотодиод. Это приведет к изменению напряжения на неинвертирующем входе (вывод 3) компаратора

DA1. На инвертирующем же входе микросхемы (вывод 4) измене­ние напряжения во времени происходит с задержкой, обусловлен­ной RC-цепочкой (R3C1). Схема может быть настроена для работы на понижение или повышение освещенности экрана подключени­ем конденсатора С1 к тому или иному входу компаратора.

Градиентное фотореле можно использовать и в оптиче­ских охранных системах, а также для подсчета изделий на кон­вейере. При пересечении объектом светового луча устройство сработает.

Градиентное термореле (рис. 19.3) можно применять для пожарной, охранной сигнализации, реагирующей на изменение температуры при перемещении нагретого воздуха, человека или животного.

Рис. 19.3

Начальное сопротивление термодатчика, например, термо­резистора типа ММТ-6, должно быть соизмеримо с сопротивлени­ем R1 (верхним плечом делителя напряжения). Подключение нагрузки к компаратору DA1 (рис. 19.3) осуществляется в эмиттер- ную цепь выходного транзистора микросхемы, который управляет тиристором VS1 (КУ104Г). При срабатывании устройства тири­стор отпирается, самоблокируется и включает нагрузку, напри­мер, реле К1. Нажатием на кнопку SB1 «Сброс» можно разблокировать тиристор и обесточить нагрузку.

Устройство реагирует на перемещение тела человека вбли­зи датчика или на дыхание на расстоянии до 50 см.

Градиентный индикатор электрического поля (рис. 19.4). При отсутствии постоянного электрического поля сопротивление датчика (полевого транзистора) минимально; напряжение на входах компаратора близко к напряжению питания. При появле­нии источника постоянного электрического поля сопротивление сток — исток полевого транзистора возрастает, напряжение на средней точке входного делителя уменьшается, и градиентное реле срабатывает.

Индикатор имеет высокую чувствительность: без антенны (антенна — вывод затвора полевого транзистора) реагирует на пе­ремещение наэлектризованного предмета на расстоянии до 1,5 м.

Рис. 19.4

Рис. 19.5

Сенсорно-емкостное реле градиентного типа (рис. 19.5). Реле включается при касании сенсорного контакта (сенсорное реле) или срабатывает при приближении к антенне устройства (емкостное реле). Принцип действия устройств заключается в на­ведении переменного электрического тока частотой 50 Гц через тело человека на вход схемы.

В емкостном реле входная цепь представляет собой одну из обкладок развернутого в пространстве конденсатора, что обусловливает чувствительность к появлению в поле это- ю конденсатора токопроводящих объектов (человека, живот­ных). Сенсорную площадку или антенну можно подключить к иходу схемы через резистор (1…10 МОм) либо конденсатор

(1 …50 пФ).

Сейсмореле и реле ударного срабатывания (рис. 19.6 цепь с и цепь Ь). Для реализации сейсмореле, реагирующего на микровибрации, к входу устройства (рис. 19.6 цепь с) через раз­делительный конденсатор подключают сейсмодатчик, например, СВ-10Ц, либо просто электродинамический капсюль телефона. Датчиком реле ударного срабатывания может служить пьезоке- рамический излучатель типа ЗП-З, ЗП-19 (рис. 19.6 цепь Ь). Уст­ройство реагирует на легкое постукивание по столу, на котором расположены датчики. В качестве датчика можно использовать и пьезоэлектрический звукосниматель электропроигрывающего устройства. Для повышения чувствительности устройства крем­ниевые диоды следует заменить на германиевые.

Рис. 19.6

Акустическое градиентное реле. К входу устройства (рис. 19.6 цепь с, рис. 19.7) подключают цепочку из конденсатора емкостью 0,1 мкФ и динамического микрофона, роль которого может выполнять телефонный капсюль. Устройство чувствитель­но к 6Ч-составляющей звуковых сигналов.

Магниточувствительное реле градиентного типа может быть выполнено по схеме на рис. 19.3. В качестве датчика ис­пользуют магниторезистор СМ-1. Датчиком переменного магнит­ного поля может служить и телефонный капсюль без мембраны или многовитковая катушка с железным сердечником. Датчик

Рис. 19.7

подключают к входу устройства (вместо терморезистора) через конденсатор емкостью свыше 10 мкФ. Реле сработает, если дат­чик поднести к источнику переменного магнитного поля (катушке электромагнита).

Детектор ВЧ-сигналов — может быть выполнен по схеме (рис. 19.6 цепь а) с использованием диодов Д9Ж и подбором резистивных элементов R1 — R3 для установки рабочей точки на ВАХ диодов. Выбор рабочей точки на наиболее крутом уча­стке этой характеристики обеспечит повышенную чувствитель­ность детектора к ВЧ-сигналам: малое изменение напряжения на диоде вызовет заметное изменение тока через него. Чем больше начальный ток через диоды, тем выше чувствитель­ность устройства. В то же время заметно возрастет потребляе­мый устройством ток.

ВЧ-сигнал подают на диоды через конденсатор емкостью 10… 100 пФ. Светодиод HL1 в цепи нагрузки начинает светиться при уровне входного сигнала 60… 100 мВ (частота свыше 200 кГц). В НЧ-диапазоне (несколько кГц) переходную емкость следует увеличить.

При использовании соответствующих датчиков на основе градиентных реле могут быть собраны реле влажности, измене­ния атмосферного давления и др. устройства.

Преобразовать, например, изменение атмосферного давле­ния в изменение электрического сопротивления можно с исполь­зованием запаянного сильфона. Это металлическая тонкостенная гофрированная камера, сопряженная с движком потенциометра. Изменение атмосферного давления вызовет изменение объема сильфона и изменение его размеров с последующим перемеще­нием движка потенциометра. В более простых по механике конст­рукциях на сильфон может быть наклеен тензорезистор или закреплен вывод специального полупроводникового прибора (ге- дистора), сопротивление которого изменяется при деформации.

Компараторы часто используют для преобразования «ана­логового» сигнала в «цифровой»: сигнал любой формы на входе преобразуется на выходе в сигнал прямоугольной формы.

Преобразователи амплитуды входного сигнала в шири­ну выходного импульса (рис. 19.8, 19.9) используют в измеритель­ной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях [Рл 5/00-29].

Рис. 19.8

Рис. 19.9

При подаче на устройство входного сигнала синусоидаль­ной или иной формы с увеличением амплитуды, начиная с некото­рого порогового значения, на выходе устройства сформируются прямоугольные импульсы, ширина которых будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Схемы не требуют настройки, установки порогов. Полоса рабочих частот определяется емко­стью конденсаторов С1 и С2. Устройства на рис. 19.8 и 19.9 отличаются способом подключения входов компаратора и, соот­ветственно, «полярностью» выходных сигналов.

Для германиевых диодов пороговое напряжение начала ра­боты преобразователей в полосе частот 5…200 кГц составляет 80…90 мВ, для кремниевых — 250…270 мВ. Максимальная ам­плитуда входного сигнала — в пределах 2…2,5 В.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты