1.2. Контактные и бесконтактные дискретные элементы
Контактные дискретные элементы. Исполнительным органом контактных элементов является механический контакт между двумя пружинами, приводимыми в соприкосновение механическим перемещением одной из них. Реагирующим органом у контактных элементов могут быть обмотки, создающие магнитное поле, воздействующее через якорь или другие устройства на контактные пружины; всевозможные механизмы (кнопки, ключи и т.п.), осуществляющие механическое воздействие на контактные пружины при перемещении.
В зависимости от конструкции существуют контактные элементы с памятью и без памяти. Память достигается за счет механического или магнитного удержания элемента в определенном состоянии.
Наиболее распространенным контактным дискретным элементом является электромагнитное реле .
Рис. 1.3
Реагирующим органом реле, воспринимающим внешнее воздействие в виде электрического тока, служит обмотка 3, исполнительным органом, выдающим выходные сигналы (0 – цепь разомкнута, 1 – цепь замкнута) – контакт 1. Промежуточный орган, передающий воздействие от реагирующего органа к исполнительному, имеет сердечник 5, ярмо 4 и подвижную часть 2, называемую якорем, которая приводится в действие электромагнитным потоком и воздействует на контакт 1. Реле может содержать от одной до восьми контактных групп. Притяжение якоря к сердечнику и замыкание контактов называют срабатыванием реле.
Рис. 1.4
Фронтовой контакт (рис. 1.4, а), называемый нормально разомкнутым, или замыкающим, в исходном состоянии разомкнут: под воздействием якоря пружина изгибается и контакт замыкается. Тыловой контакт (рис. 1.4, б), называемый нормально замкнутым, или размыкающим, в исходном состоянии замкнут. При срабатывании реле контакт размыкается. Переключающий контакт (рис. 1.4, в) состоит из комбинации замыкающего и размыкающего контактов. При срабатывании реле движение якоря вызывает размыкание одного и замыкание другого контакта. Контакты обладают двусторонней проводимостью, что является их особенностью. В принципиальных схемах обмотки и контакты реле обозначают прописными буквами (рис. 1.5).
Рис. 1.5
Когда отсутствует ток через обмотку реле, значение входного сигнала будем считать равным нулю (х = 0). В этом случае фронтовые контакты реле разомкнуты, что соответствует состоянию выходов z1 = 0, z3 = 0, а тыловые контакты замкнуты, и выходы z2 = 1, z4 = 1. При прохождении тока через обмотку реле (х = 1) замыкаются фронтовые (z1 = 1, z3 = 1) и размыкаются тыловые (z2 = 0, z4 = 0) контакты. Таким образом, фронтовой контакт является повторителем входного сигнала, а тыловой контакт – инвертором.
Бесконтактные дискретные элементы. Действие бесконтактных элементов основано на нелинейном изменении проводимости под влиянием напряжения, тока или магнитного поля, воздействующих на элемент. Например, если на диод (рис. 1.6) подается напряжение прямой полярности (входной сигнал х = 1), сопротивление диода составляет несколько Омов, он открыт, напряжения на выходе и входе равны (выходной сигнал z = 1).
Рис. 1.6
При подаче на вход напряжения обратной полярности (входной сигнал х=0) сопротивление диода становится очень большим, диод закрыт, значение напряжения на выходе близко к нулю (выходной сигнал z = 0).Как видно, у рассмотренного элемента состояние выхода повторяет состояние входа. Такие элементы называют повторителями.
Транзисторы в дискретных устройствах используются в режиме переключения. Транзистор может иметь два состояния: закрытое, соответствующее максимальному сопротивлению между эмиттером и коллектором, и открытое, при котором сопротивление между эмиттером и коллектором минимальное. Переключение транзистора из одного состояния в другое обеспечивается изменением входного сигнала.
Входной и выходной сигналы дискретного элемента на транзисторе с проводимостью типа n-p-n (рис. 1.7) имеют значение 1 при положительной полярности этих сигналов. Это схема положительной логики.
У рассмотренной схемы на транзисторе наличие сигнала на входе (х = 1) соответствует отсутствию сигнала на выходе (z = 0) и наоборот. Схему, выполняющую такую функцию, называют инвертором.
Рис. 1.7
В дискретных элементах на диодах и транзисторах отсутствует четкое разделение реагирующих, промежуточных и исполнительных органов.