- •Оглавление Введение
- •8.1. Общие сведения 2
- •14.1. Общие сведения
- •Введение
- •Раздел I элементы автоматики и телемеханики
- •Глава 1. Свойства элементов автоматики, телемеханики и связи
- •1.1. Общие сведения о системах автоматики и телемеханики
- •1.2. Классификация элементов
- •1.3. Характеристики элементов
- •1.4. Датчики
- •1.5. Исполнительные элементы
- •Глава 2. Электрические реле
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Классификация реле
- •2.3. Основные параметры реле
- •2.4. Эксплуатационно-технические требования к реле
- •2.5. Реле железнодорожной автоматики
- •Глава 3. Контактная система электрических реле
- •3.1. Требования к контактам
- •3.2. Виды и конструкция контактов
- •3.3. Замкнутое состояние контактов
- •3.4. Размыкание контактов
- •3.5. Способы искрогашения
- •3.6. Герметизированные контакты
- •Глава 4. Электромагнитные нейтральные реле постоянного ток а
- •4.1. Механическая характеристика реле
- •4.2. Особенности магнитной цепи реле
- •4.3. Тяговая характеристика реле
- •Сила притяжения электромагнита
- •4.4. Растет магнитодвижущей силы электромагнита реле
- •4.5. Нейтральные реле железнодорожной автоматики и связи
- •Глава 5. Переходные процессы в электромагнитных реле постоянного тока
- •5.1. Переходные процессы
- •5.2. Способы замедления и ускорения работы реле
- •Полная проводимость гильзы
- •5.3. Временные диаграммы работы реле
- •6.1. Виды реле
- •6.2. Однополярное реле пл
- •6.3. Комбинированное реле
- •6.4. Временная диаграмма работы поляризованного реле
- •Глава 7. Реле переменного тока
- •7.1. Реле с выпрямителями
- •7.2. Реле непосредственного действия
- •7.3. Индукционные двухэлементные реле
- •Глава 8. Реле зарубежных фирм
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Реле постоянного тока
- •Глава 9. Бесkohtaktkныe реле
- •9.1. Сравнительная характеристика контактных и бесконтактных реле
- •9.2. Бесконтактное магнитное реле
- •9.3. Магнитные элементы с прямоугольной петлей гистерезиса
- •9.4. Элементы релейного действия на негатронах
- •9.5. Элементы релейного действия на оптронах
9.4. Элементы релейного действия на негатронах
Негатроном называется элемент, имеющий нелинейную вольт-амперную характеристику с областью отрицательного сопротивления. Таким элементом является тиристор — четырехслойный полупроводниковый прибор типа р — п — р — п (рис. 9.7, а). Его вольт-амперная характеристика (рис. 9.8, а) имеет три области А, В и С.
Область А соответствует закрытому состоянию тиристора. При этом анодный ток iа мал, так как п — р-переход J2 смещен в обратном (непроводящем) направлении. Область B соответствует отрицательному сопротивлению. При uа = uвкл происходит обратимый лавинный пробой тиристора, и напряжение на нем резко уменьшается. Область С соответствует открытому состоянию тиристора. В триодом тиристоре имеется дополнительный отвод от одной из баз (рис. 9.7, б). Наличие тока базы iб позволяет уменьшить или увеличить пробивное напряжение uвкл (см. рис. 9.8, а) в зависимости от полярности напряжения Uб и направления тока iб -
Построим релейную характеристику триодного тиристора. Выберем величины Еа и Rн такими, чтобы нагрузочная прямая пересекала характеристику тиристора в трех точках (рис. 9.8, б). Напряжение Еа < uвкл Поэтому, если iб = 0, тиристор выключен, что соответствует точке А на нагрузочной прямой. В нагрузке протекает ток І1, определяемый ординатой точки А. Увеличение тока iб приводит к уменьшению uвкл. При некотором значении iбвкл, когда окажется, что Еа > uвкл, тиристор открывается, и ток в нагрузке скачком возрастает до І2 (рис. 9.8, в), определяемого ординатой точки В (см. рис. 9.8, б). Время включения тиристора измеряется десятками микросекунд. Дальнейшее увеличение базового тока не влияет на ток нагрузки.
При выключении базового тока тиристор остается открытым. Для его выключения подается отрицательный потенциал на базу и изменяется направление базового тока. Увеличение iб приводит к увеличению Івыкл. При некотором значении тока iбвыкл, когда Івыкл > І2, тиристор выключается, и ток в нагрузке скачком падает до І1, (см. рис. 9.8, в).
Таким образом, релейная характеристика тиристора с управлением по базе аналогична характеристике поляризованного реле. В отличие от транзисторов тиристоры являются одновременно и усилителями и элементами памяти. Они имеют более высокие рабочие напряжения (до 2000 В) и токи (сотни и тысячи ампер) и большие коэффициенты усиления iн /iэ (до 103). Тиристоры целесообразно использовать как выходные элементы управляющих систем для включения объектов большой мощности.
Другим примером негатрона является туннельный диод (рис. 9.9, а), который аналогичен обычному полупроводниковому диоду. Отличие его в том, что для изготовления используют полупроводниковые материалы с большой электропроводностью (германий, арсенид галия), и содержание примеси в материалах примерно в 100 раз больше, чем в обычных диодах. В этих условиях при очень малой толщине р — n-перехода в нем возникает так называемый "туннельный" эффект, когда при небольших напряжениях (доли вольта) ток диода сильно возрастает. Это связано с наличием туннельного механизма перехода электронов через р — n-переход, при котором электрон не затрачивает энергии на преодоление потенциального барьера.
Вольт-амперная характеристика туннельного диода (рис. 9.9, б) имеет три области. Область А соответствует протеканию туннельного тока. Область В — это область отрицательного сопротивления. При увеличении напряжения и > и max уменьшается число электронов, способных совершать туннельный переход, и ток резко убывает. При и = иmin туннельный ток исчезает. В области С возрастает обычный диффузионный ток диода.
Схема реле на туннельном диоде (рис. 9.10, а) имеет два устойчивых состояния, определяемых точками А и В нагрузочной характеристики (рис. 9.10, б). Релейная характеристика показана на рис. 9.10, а. В исходном состоянии (iвх = 0) туннельный диод открыт (точка 1), и по нагрузке протекает ток І1 (реле включено). При подаче на вход схемы импульса положительной полярности возрастает напряжение на диоде до значения umax, и диод закрывается. Ток в нагрузке скачком уменьшается до І2 (точка В). Реле выключается. Для включения диода на вход схемы подается импульс отрицательной полярности. Это вызывает уменьшение напряжения на диоде до иmin, и ток в нагрузке скачком увеличивается до значения І1 (точка А).
Достоинством туннельных диодов является высокая рабочая частота (десятки мегагерц), поскольку туннельный переход электронов происходит практически мгновенно за время примерно 10-13 с. Недостатком их с точки зрения построения схем является отсутствие входного электрода, что вызывает трудности при соединении в схемах диодов друг с другом. Поэтому часто используют транзисторно-диодные элементы. В них туннельный диод служит для запоминания информации, а транзистор — для согласования входных и выходных цепей и для усиления сигналов (рис. 9.10, г).