18-4. Электронные и ионные реле

а) Общие замечания

Реле — это автоматический аппарат, в котором при достижении известного значения входной (воздействующей) величиной х, например тока выходная (управляющая) величина у, например напряжение II, изменяется скачком. Из характеристики реле (рис. 18-14) видно, что при изменении входной величины х от нуля до выходная величина у остается неизменной и равной . В момент достижения воздействующей величиной значения называемого параметром срабатывания, реле производит скачкообразное изменение выходной величины от значения до значения Дальнейшее изменение величины х не изменяет у.

При уменьшении входной величины до значения выходная величина не меняется. В момент достижения входной величиной значения , называемой параметром возврата, реле скачкообразно уменьшает выходную величину до начального значения которое сохраняется при уменьшении х до нулевого значения.

Отношение параметров возврата и срабатывания носит название коэффициента возврата реле

Он имеет значение 0,3-0,95.

Реле можно разделить на две группы: контактные (§ 11-13) и бесконтактные. Контакты первой группы реле являются наиболее ненадежной частью их.

Бесконтактные электронные и ионные реле обладают большей точностью, безинерционностью, надежностью и долговечностью вследствие отсутствия подвижных частей и поэтому находят себе все более широкое и разнообразное применение в технике. Электронными реле иногда называются сочетания электромеханических реле с электронными усилителями. Простейшее реле такого типа состоит из электромагнитного реле, включённого в анодную цепь электронной лампы. Такие схемы часто применяются в автоматике и телемеханике, так как позволяют свести к минимуму мощности управления. В этих реле сохраняются подвижные части и контакты и поэтому быстродействие их определяется временем работы электромеханического реле.

Рис. 18-14. Характеристика реле.

Рис. 18-15. Реле напряжения с неоновой лампой.

б) Реле напряжения с неоновой лампой

Простейшее реле с неоновой лампой (рис. 18-15, а) состоит из неоновой лампы, ограничительного сопротивления и электромагнитного реле Р.

При увеличении входного напряжения до напряжения зажигания лампы в цепи проходит ничтожный ток. При напряжении зажигания произойдет скачок тока (рис. 18-15, б) и электромагнитное реле замкнет исполнительную цепь ИЦ. При уменьшении напряжения до величины потухания лампы ток скачком уменьшится до ничтожной величины вследствие увеличения сопротивления лампы, и электромагнитное реле разомкнет исполнительную цепь. Рассмотренное реле потребляет ничтожную энергию, оно просто и дешево. Главный недостаток — его зависимость срабатывания от температуры.

в) Реле напряжения на электронных лампах

Левая часть схемы (рис. 18-16), состоящая из двух полупроводниковых вентилей и и двух конденсаторов и представляет собой выпрямитель переменного тока. Конденсатор заряжается через вентиль в течение одного полупериода, конденсатор — через второй вентиль в течение второго полупериода.

Рис. 18-16. Реле напряжения переменного тока на электронных лампах.

По отношению к потребителю, подключенному к выходным зажимам выпрямителя 2, 2, конденсаторы оказываются соединенными последовательно. Если каждый из них заряжается до амплитудного значения входного напряжения (зажимы 1,1), то напряжение на выходных зажимах 2,2 в пределе будет равно Поэтому рассмотренная схема называется схемой выпрямителя с удвоением напряжения.

При работе с пониженным напряжением накала анодный ток диода с вольфрамовым катодом мало зависит от анодного напряжения

Но он очень резко растет при увеличении напряжения накала.

Двойной триод является усилителем постоянного тока.

Нагрузочным сопротивлением для левого триода служит Напряжение на сетке правого триода, от которого зависит величина напряжения отключения реле Р, регулируется движком реостата а напряжение срабатывания реле — реостатом

Увеличение входного напряжения вызывает значительное увеличение тока, идущего через диод вследствие роста напряжения накала . В то же время анодный ток не изменяется из-за изменения напряжения (режим насыщения). Поэтому падение напряжения на дичится, а напряжение на аноде лампы уменьшится. Это вызовет увеличение отрицательного смещения на сетке левого триода, которое равно разности падения напряжения на и анодного напряжения диода . Анодный ток левого триода и падение напряжения на уменьшаются. Отрицательное напряжение смещения на сетке правого триода, равное разности падения напряжения на и напряжения на нижней, части реостата также уменьшается.

В результате этого уменьшения анодный ток правого триода увеличится до величины, при которой произойдет срабатывание электромагнитного реле Р и замыкание его исполнительной цепи.

Уменьшение входного напряжения вызывает уменьшение анодного тока диода увеличение его анодного напряжения и уменьшение отрицательного сеточного смещения левого триода. Анодный ток этогр триода увеличивается и вызывает рост падения напряжения на Отрицательное напряжение смещения на сетке правого триода также увеличивается, а анодный ток уменьшается и происходит размыкание исполнительной цепи реле Р.

г) Триггер

Триггер представляет собой бесконтактное электронное реле с двумя устойчивыми состояниями.

Одна из возможных схем триггера на электронных лампах показана на рис. 18-17.

В этой схеме триггера с положительной обратной связью анод первой лампы через делитель напряжения соединен с сеткой второй лампы а анод второй лампы через такой же делитель связан с сеткой первой лампы.

Допустим, первая лампа заперта, тогда анодный ток ее и падение напряжения на сопротивлении анодной нагрузки равны нулю, следовательно, потенциал анода равен напряжению источника питания

Напряжение на сетку второй лампы подводится с зажимов резистора принадлежащего делителю напряжения Сопротивление подобрано так, что лампа открыта и через нее проходит анодный ток, создающий падение напряжения на так что потенциал анода лампы низкий.

Напряжение на сетку первой лампы подводится с зажимов резистора принадлежащего делителю а так как это напряжение недостаточное, то лампа заперта.

Рис. 18-17. Схема триггера.

Такое состояние будет продолжаться до тех пор пока положительный импульс, поданный на входные зажимы, скачком не отопрет первую лампу При этом потенциал анода этой лампы скачком понизится, что вызовет подобное понижение потенциала сетки второй лампы. Вследствие этого анодный ток лампы понизится, потенциал ее анода возрастет, что вызовет повышение потенциала сетки лампы Ли потенциал этот повышается до тех пор, пока лампа не окажется запертой скачком, а лампа останется открытой. Потенциалы сеток ламп без внешнего воздействия остаются неизменными и схема сохраняет состояние, при котором через одну лампу проходит ток, а вторая заперта. Схему можно перевести из одного устойчивого состояния в другое устойчивое состояние, воздействуя на сетку запертой лампы внешним напряжением, отпирающим запертую лампу, при этом другая лампа запирается.

Напряжение, возникающее на резисторе при пусковом сигнале, почти полностью передается на сетку запертой лампы, так как сопротивление между сеткой к катодом ее велико, сопротивление между теми же электродами у открытой лампы мало и потенциал ее сетки почти не меняется. Таким образом, пусковой сигнал переводит схему из одного устойчивого состояния в другое, независимо от того, какая лампа в момент поступления сигнала заперта.

Время перевода схемы из одного состояния в другое мало доли микросекунды.

Положительными свойствами триггеров являются скорость срабатывания и отсутствие контактов. Из недостатков отметим относительно малые значения рабочего тока.

Триггер широко применяется в электронных вычислительных устройствах как один из их основных элементов.

д) Реле времени

Электронные устройства, дающие возможность получить выдержку времени между моментом замыкания или размыкания командной цепи и моментом замыкания исполнительной цепи, называются электронными реле времени. Выдержка времени колеблется от нескольких миллисекунд до нескольких минут.

Рис. 18-18. Схема электронного реле времени.

В электронных реле времени основным измерительным элементом времени служит контур RC (резистор—конденсатор). Одна из возможных схем такого реле дана на рис. 18-18. Нормально контакты К замкнуты и на сетку лампы подано отрицательное напряжение, при котором лампа заперта. При размыкании контактов К — начало действия реле, конденсатор С начинает разряжаться на резистор R. Напряжение на зажимах конденсатора не а следовательно, и напряжение между сеткой и катодом лампы начинает уменьшаться (16-6):

При определенном значении анодный ток лампы возрастет настолько, что реле Р сработает. Это напряжение

откуда определяется время срабатывания реле Р:

Регулировка времени срабатывания реле производится изменением величины постоянной времени контура путем изменения сопротивления

Эти реле используются в устройствах автоматического управления электроприводами.

е) Фотореле

Фотореле нашли широкое применение в промышленной электронике, так как они дают возможность контролировать большое число самых различных величин, например: освещенность; прозрачность сред, нагрев тел; размеры деталей, качество обработки поверхности, считать количество деталей, прошедших по конвейеру и т. д.

Рис. 18-19. Схемы фотореле.

Вследствие малых величин фототоков в большинстве фотореле применяются электронные или другие усилители.

В качестве примеров рассмотрим несколько схем фотореле.

На рис. 18-19, а дана одна из возможных схем фотореле. Фотореле состоит из фотоэлемента Ф, который управляет анодным током усилительной лампы Л. Этот ток, проходя по обмотке электромагнитного реле Р, вызывает его срабатывание, в результате чего оно включает или отключает цепь управления или измерения.

При отсутствии освещения фототок в цепи фотоэлемента практически отсутствует, лампа Л заперта, так как сетка ее имеет большой отрицательный потенциал, сообщенный источником сеточного смещения При освещении фотоэлемента, фототок создает на резисторе падение напряжения, которое уменьшает отрицательный потенциал сетки, вследствие чего лампа отпирается, анодный ток ее по мере увеличения освещенности увеличивается и при достижении некоторой предельной освещенности реле Р срабатывает, замыкая контакты в цепи управления (измерения).

При отсутствии освещения, анодный, ток равен нулю, контакты реле разомкнуты.

Рис. 18-20. Схема реле с фотореэисторами.

Реле, схема которого дана на рис. 18-18, б, работает от сети переменного тока.

Здесь в цепи фотоэлемента включен не резистор, а конденсатор С. Изменение освещенности вызывает изменение тока в цепи фотоэлемента, изменение напряжения на конденсаторе С и смещение фазы сеточного напряжений по отношению к анодному напряжению. Вследствие этого изменяется проводящая часть положительного полупериода, а следовательно и среднее значение анодного тока лампы, которым определяется срабатывание реле.

Схемы простейших фотореле с фоторезисторами для постоянного и переменного токов даны на рис. 18-20, а и б. Так как интегральная чувствительность и токи фоторезисторов значительно больше, чем у электронных и ионных фотоэлементов, то во многих случаях схемы фотореле не содержат усилителей, что значительно их упрощает. Так, например, схема 18-20, а, работающая от источника с постоянной э. д. с. Е, состоит из последовательно соединенных резистора и электромагнитного реле Р.

Вторая схема (рис. 18-20, б), работающая от источника переменного тока, отличается от первой только наличием полупроводникового диода В и конденсатора С, предназначенного поддерживать ток в реле в течение тех полупериодов, когда через диод не проходит ток.