Реле с коллекторной обратной связью

Реле с коллекторной обратной связью

В схеме двухкаскадного усилителя (рис. 13) приращение потенциала базы ЦэЬ| транзистора V7"/ вызывает одинаковое по знаку и усиленное по величине приращение потенциала коллектора 1/кЭа выходного транзистора I '• Следовательно, для осуществления положительной обратной связи достаточно соединить коллектор транзистора с базой транзистора У7\% через

сопротивление обратной связи Й о . Один из возможных вариантов такого усилителя с коллекторной положительной параллельной обратной связью пр току с. соответствующими характеристиками приведен на рис. 15 и 14, б, в. Назначение всех элементов схемы кроме диода УД4 был» определено при рассмотрении схемы двухкаскадного усилителя. Диод УД^ ограничивает обратное напряжение входной цепи транзистора 1/7"/ , при чрезмерном увеличении обратной величины Uy , что возможно, например при подэче на вход реле нескольких сигналов управления U у t

Известно» что условие существования релейного режима работы усилителя с положительной обратной связью определяется веравенством

где Кос коэффициент обратной связи.

где с/IS/ входное сопротивление

йз (26)?(26,а) следует, что для обеспечения релейного режима величина сопротивления обратной связи должна удовлетворять

неравенству о о о

где По критическое значение сопротивления обратной связи.

йз (27) следует, что если эквивалентное выходное сопротивление источника сигнала равно нулю Ry*^ (источник напряжения), то релейный режим работы в случае коллекторной обратной связи невозможен.

Если Ry >> *1 э$1 (источник тока), то для сохранения релейного режима необходимо выполнить условие

Следовательно, реле с коллекторной обратной связью хорошо согласуется с источником тока в качестве источника управляющего сигнала.

Характеристики изменения коллекторных токов обоих транзисторов и выходного напряжения в зависимости от тока сигнала • ly" I&f 1о приведены на рис. 14. Из рис. 14,6,в видно, что при увеличении входного сигнала (от 1\%*0) смена состоят" ЯжЗ'

6)

Рис. 14. Характеристики двухкаокадного усилителя: в) беэ обратной связи; б)при "слабой” обратной связи; в) при сильной обратной связи

вий схемы происходит в оледующей последовательности ОН.—-АН —

АА -«-НО. Последовательность смены состояний при уменьшении сигнала: Н0-*-А0-~АА(АН)ОН ; состояние АН лри глубокой (pic. 14,®) НОС отсутствует. Рассмотрим последовательно эти состояния при увеличении уменьшении входного сигнала Гу

Увеличение входного сигнала от ^<0 до 2^ = Igp сопровождается сменой состояний реле , При этом разность потенциалов на концах резрстора U ro «близка к нулю и поэтому ток обратной связи также близок к нулю ( 1о~0 ). Следовательно, состояния реле ОН-»-АН в этом случае полностью определяются рассмотренными выше характеристиками усилителя без обратной связи (точки 1-2 на рис. 14»а)„

При (точка 2 на рис. 14,6) реле переходит в состоя

ние АА и возникает лавинообразный (релейный) процесс перехода схемы иэ состояния АА ъ состояние НО (рис. 14,6). Рассмотрим подробнее этот лавинообразный процесс. При как

было показано выше, транзистор MTg входит в активный режим, его напряжение увеличивается, следовательно, увеличи

вается разность потенциалов U$q и ток ОС 1о . Увеличение тока 1е , даже при постоянноу значении тока управления 51^ увеличивает ток базы транзистора УГ/ „ что приводит

к увеличению тока хщ , уменьшению согласно (23) тока' 1 Si и тока Хк2 s увеличению напряжения Ц#Э1 и дальнейшему увеличению напряжения Ur& и тока Iо и т.д., пока схема лавинообразно не перейдет в состояние НО. Этот процесс смены состояний АА~в~Нв будем называть срабатыванием реле, а величины напряжения истока управления, соответствующие срабатыванию, обозначим UyP и (рис. 14,б,в).

Определим эти параметры срабатывания реле при допущении, что лавинообразный процесс срабатывания возникает сразу после перехода транзистора ЧТц в активный режим. Иначе говоря, будем пренебрегать конечной величиной приращения входного сигнале, соответствующей работе усилителя в состоянии АА. Это допущение тем ближе к действительности, чем глубже обратная связь.

Из схемы рис. 15,6 имеем

т _ т, __ Г (29)

Рис. 15. Реле с коллекторной обратной связью:

аз реле отпущено; б;реле сработано; в;динаии^ ческие характеристики транзисторов УГ> и V

Таким образом, параметры отпускания K()fy определяются параметрами усилителя без обратной (ЦТ,, ІШ ) U 9$, ) и величиной сопротивления обратной связи fio • Эти параметры могут быть положительными при "слабой" ОС и отрицательными при "сильной" ОС.

Реле с эмиттерной обратной связью

Схема реле с эмиттерной (последовательной) обратной связью представлена на рис. 16. Обратная связь в этой схеме обеспечивается за счет общего для двух каскадов эмиттерного сопротивления Р, э . Напряжение обратной связи Uoc , снимаемое с сопротивления Rр , поступает на вход уоилителя последовательно с источником сигнала

Положительное приращение входного напряжения усилителя вызывает обратное приращение тока нагрузки Iк2 и соответственно отрицательное приращение напряжения обратной связи Ug , которое по цепи обратной связи вызывает положительное приращение напряжения t/sSf. Таким образом, знак обратной связи получается положительным.

Рассмотрим схемную реализацию данного механизма последовательной положительной обратной связи (рис. 16).

В исходном состоянии (рис. 16,а) при транзистор Uz

Рис. 16. Реле с эмиттерной обратной связью: а) реле отпущено; б) реле сработано; в) * г)динамические хараклеристики транзисторов ИГ* и У 7*; Д)характерне тик* реле

будет находиться в состоянии глубокого насыщения (10), а тран-_ аистор УТ<{ в состоянии отсечки (точка I на рио. 16 в,г,д). Токи, протекающие в схеме реле л атом состоянии, которое будем называть ОН, пока8вны на рио. 16,а,

По мере увеличения Цу' , пока оно меяьае Цое* 1$гтранзистор /Т4 остается закрытым (рис, 16, в и д) и состояние схемы не изменяется.

При и^Цос х Ц* (рио. 16,д) напряжение Ыэ$*90 , транзистор У7~4 выходит из режима отсечки и его коллекторный ток становится больше 1ко1 . Увеличение тока 1к< уменьшает так как согласно закону Кирхгофа из рис. 16,а можно записать, что. Решая это уравнение относительно токе базы, находим

Таким образом, по мере дальнейшего увеличения сигнала коллекторный ток увеличивается, а ток базы Их транзисторе VТг уменьшается. Однако коллекторный ток транзистора УТг остается при этом практически неизменным (точки 1,2 на рис. 16,20) до тех пор, пока остается справедливым выражение (10).

При 11ц * коллекторный ток Тм1 увеличивается настолько, что ток 1$х становится меньше величины, необходимой для насыщения транзистора /7~? . Поэтому транзистор вый

дет из состояния насыщения и перейдет в активный режим, его ток Гк£ станет пропорциональным току базы 2К2 = Рх1 $2 т.е. начнет уменьшаться с уменьшением 1\%1 • Теперь оба транзистора находится в активном режиме состоянии АА.

Уменьшение тока Iкъ приводит к уменьшению тока Iэд и напряжения ОС .

Нос * (IЭ1 * (^5)

Ток 292 уменьшается существенно быстрее, чем увеличивается191 •

Уменьшение и ос даже при постоянном значении напряжения

У** иг увеличивает напряжение что приводит к

45

дальнейшему росту тока /к/ , уменьшению токоз I5*, Хк2, 1эх ы напряжения Цое и так до тех пор, пока схема не перейдет состояния НО. Рассмотренный переходный процесс протекает лавинообразно. Напряжение Ц\% называют напряжением срабатывания Ц &р . Направление токов показано на рис. 16,б. При дальнейшем незначительно» увеличении (ПО модулю) иу состояние схемы не изменится. Снижение величины и у сопровождается уменьшением тока базы 15{ ( но состояние схемы не изменяется, пока транзистор У Ту находится в состоянии насыщения, т.е, пока. При Ну и<4 ток !$1 станет меньше определяемого выражением (46) ж транзистор выйдет из насыщения и перейдет в активный режим (точка 4 на рио. 16,д). Однако транзистор У'Т^ при этом будет оставаться в состоянии отсечки, так как и981 8 ~ ^*1*0 , поскольку потенциал составляет лиеь некоторую долю потенциала Км . Эта доля определяется делителем Н< , . Транзистор У 7* выйдет из отсечки только тогда, когда потенциал и к/ , пониженный делителем А* , /?2 * станет равным , т.е. когда Это необходимое уоловие для перехода транзистора УТ* в активный режим выполняется при • В этом случае снова наступает состояние схемы АА и реле за счет действия положительной обратной связи лавинообразно переходит в первоначальное состояние ОН (рис. 16,а). Напряжение и$ навыверт напряжением отпускания Цотп •

Таким образом, напряжения И </» и Мом в схеме реле с эмиттерной обратной связью всегда положительны. Определим эти параметры срабатывания и отпускания. Для входной цепи во всех режимах работы реле из рис. 16,6 можно записать, что

При определении напряжения сраоатывания будем считать, что лавинообразный процесс срабатывания реле происходит сразу жэ, как только транзистор 1/7*2 переходит из состояния насыщения в активное состояние,

46

Поэтому все переменные в момент срабатмвания будут соответствовать границе насыщения транзистора 1/7”г '

п,‘\%) 1и1

При определении напряжения отпускания примем, что лавинообразный процесс отпускания реле происходит сразу же после перехода транзистора УТ2 ия состояния отсечки в активный режим. Поэтому все переменные в момент отпускания буадт соответствовать границе отсечки транзистора

При больших значениях коэффициентов усиления транзисторов по току 01 . И Рг И при условии, ЧТО, что обычно выполняется, -выражения (48) и (49) упрощаются и принимают вид

В заключение следует отметить, что в данной схеме релейный режим поступает при условии, что

При увеличении сопротивления увеличивается значение

напряжения и практически не изменяется иЦ™

Из выражения (52) следует, что для сохранения релейного а необходимо, чтобы

т.е реле с эыиттерной ОС хорошо согласуется с источником напряжения в качестве источника управляющего сигнала ( Йу 0).

Реле с комбинированной обратной связью

Схема реле с комбинированной обратной связью и его характеристики приведены на рис. 17. Коллекторная обратная связь обеспечивается с хгомощью резисторе Р>ок ; эмиттерная обратная связь с помощью Яоэ •

Быке было показано« 4T0J

резистор Я о* определяет лишь величину сигнала отпускания (ЦуТп, Iy”) (рис. 17,6) и практически не влияет на величину сигнала срабатывания, поскольку при насыщенном выходном транзисторе VTi ток коллекторной обратной овязи I ом близок к нулю (рис. 17,а);

резистор Я о» определяет лишь величину сигнала срабатывания t 1уГ (рис. 17,а) и практически не влияет на величину сигнала отпускания, поскольку в режиме отсечки выходного транзистора VTz ток 191 * О (рис. 17,6).

Таким образом, в случае комбинированной обратной связи величина параметров срабатывания определяется только эмиттерной обратной связью (ток 1ои*0)\% а величина параметров отпускания только коллекторной ОС (ток 1п*0), Тогда характеристика вход-выход реле по схеме рис. 17 а,6 буде^т иметь вид, изображенный на рис, 17 в,г, грв величина Ug определяетоа в соответствии о (50), а U^r в соответствии с (42)

Из(54) и (55) видно, что параметры орабатмваниа и отпускания могут неаавиожмо регулироваться реаясторамя Й09 ж Йок.

При комбинированной обратной связи релейный режим можно обеспечить при управлении как от источника напряжения так и от источника тока(Яу ъ первом случае будет

действовать маханием эмиттерной ОС, а во втором коллекторный ОС.

При достаточно глубокой обратной одою ка (54), (55) поду»

т.е. параметры рею о комбинированной ОС «о aasaots от параметров транзисторов»

Рис. 17. Реле с комбинированной обратной связью:

а) реле отпущено; б) реле сработано; в) и г) характеристики реле с комбинированной обратной связью; д) и е) характеристики реле соответственно с эмиттерной и коллекторной обратной связью