7. Полупроводниковые реле. Логические органы полупроводниковых реле. Полупроводниковые элементы измерительных органов.

Полупроводниковые реле.

Полупроводниковые реле и схемы автоматики - это релейная защита и автоматика нового, второго поколения.

Элементная база этих реле – диоды, транзисторы и интегральные микросхемы. В виде интегральных микросхем выполняются операционные усилители, компараторы, счетчики, дешифраторы и т.д.

В зависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делят на аналоговые и цифровые.

Аналоговые микросхемы преобразуют непрерывные сигналы. К ним относят, например, операционные усилители.

Цифровые микросхемы преобразуют и обрабатывают дискретные сигналы. На их основе выполняют логическую часть РЗиА.

Использование полупроводниковой элементной базы в устройствах РЗиА повышает их быстродействие, уменьшает массу и габариты. Значительно уменьшает потребляемую мощность. Из-за отсутствия движущихся частей и контактной системы полупроводниковые реле более надежны.

Недостаток – зависимость их характеристик и параметров от температуры.

Этот недостаток устраняется конструктивными и схемными решениями.

Логические органы полупроводниковых реле.

1. Комбинационные логические элементы. И, ИЛИ, НЕ.

2. Логический элемент времени. Используется для создании выдержки времени. Для создания выдержки времени используется процесс заряда или разряда конденсатора.

При отсутствии сигнала на входе переход ЭБ открыт. Через него проходит прямой ток. Поэтому транзистор открыт и конденсатор С закорочен. К диоду VD приложено обратное напряжение и он закрыт. Сигнал на выходе равен 0. На входе появляется Uвх. Транзистор закрывается и конденсатор заряжается. После его заряда диод VD открывается и замыкает цепь выхода. Возникает ток Iвых и напряжение Uвых на резисторе Rн. Выдержка времени равна времени от подачи Uвх до возникновения сигнала на выходе. Iвых, U вых.

Схема элемента времени.

3. Триггер.

4. Триггер со счетным входом.

5. Одновибратор. Это элемент с одним устойчивым и одним неустойчивым состоянием. При подаче внешнего сигнала одновибратор переходит в неустойчивое состояние. Затем по истечении заданной выдержки времени возвращается в устойчивое состояние. Может использоваться, например, в качестве расширителя импульсов.

6. Мультивибратор. Мультивибратор, как и триггер имеет два устойчивых состояния, но переход из одного в другое происходит без внешних воздействий. Используется в качестве генератора прямоугольных импульсов.

7. Блокинг-генератор. Применяется для получения кратковременных импульсов. Может работать как в ждущем режиме (посторонний запуск), так и в режиме автоколебаний.

Полупроводниковые элементы измерительных органов.

1. Двухкаскадные усилители.

2. Операционные усилители постоянного тока.

Операционный усилитель (ОУ) может работать в различных режимах, которые отличаются схемой включения ОУ.

2.1. Инвертирующий усилитель.

Неинвертирующий вход (Н-вход) соединяют с общей нулевой шиной, а на инвертирующий вход (И-вход) включить резистор R1 и соединить выход ОУ с И-входом отрицательной обратной связью.

Если на И-вход подать отрицательное напряжение, то напряжение на выходе будет положительным, и наоборот.

2.2. Неинвертирующий усилитель.

И-вход соединяется с общей нулевой шиной. Входной напряжение Uвх подается на Н-вход.

Напряжение на выходе uвых имеет одинаковый знак с напряжением u вх.

2.3. Дифференциальный усилитель.

При равенстве коэффициентов усиления по И-входу и Н-входу напряжение на выходе Uвых пропорционально разности входных напряжений

U вых = (Uвх2 – U вх1)*К,

а его знак определяется значениями и знаками этих напряжений.

2.4. Компаратор.

Компаратор сравнивает входные напряжения. При положительных напряжениях Uвх1 и Uвх2 на выходе компаратора положительное напряжение при Uвх2 > Uвх1 и отрицательное при Uвх2 < Uвх1.

Он переключается всякий раз при изменении знака разности сравниваемых напряжений.

2.5. Нуль-орган. Компаратор без положительной обратной связи, один из входов которого Uвх2 соединен с нулевой шиной. При этом напряжение Uвх1 сравнивается с нулевым Uвх2=0.

1.6. Схемы сравнения абсолютных значений двух величин.

Схема состоит из двух выпрямителей, выпрямляющих сравниваемые величины А и В и исполнительной части. В качестве исполнительной части используется нуль-орган. На его вход подается разность сравниваемых сигналов А и В. При |А|>|B| ток в исполнительном органе имеет одно направление, а при |А|<|B| - другое. При изменении направления тока нуль-орган срабатывает.

2.7. Схемы сравнения двух электрических величин по фазе. Две величины сравнивают по фазе путем определения доли полупериода, в течении которой их мгновенные значения совпадают по знаку. Например, если величины совпадают по фазе, то из знаки одинаковы в течении всего полупериода.