книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики

Т а б л и ц а 8-6

ристорное устройство ПТУ-63-380' являются нереверсивными, а пускате­ ли тиристорные типа ПТ-16-380Р, ПТ-40-380Р являются реверсивными.

J -380B; W CH

Рис. 8-14. Принципиальная схема тиристорного, пуско­ вого устройства.

Основу пускателей составляют шесть тиристоров типа Т -150 7-го класса для ПТ-40-380 и десять для ПТ-40-380Р, включенных встречно­ параллельно попарно в каждой фазе. Управление тиристорами широт­ но-импульсное. Импульсы формируются из анодного напряжения тири­ стора. Пускатель имеет две защиты: тепловую от перегрузок и от токов короткого замыкания с регулируемым порогом срабатывания. Управле­ ние пускателями кнопочное, как с фиксацией, так и без фиксации команды. Возможно управление от бесконтактных логических элементов.

Принципиальная схема пускового тиристорного устройства приве­ дена на рис. 8-14.

Технические данные тиристорных пускателей приведены в табл. 8-7.

171

8-5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ СЕРИИ К155

Внедрение в промышленность автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ-ТП) на базе управляющих цифро­ вых вычислительных машин может быть обеспечено только в том слу­ чае, если системы управления будут приспособлены к приему, перера­ ботке и хранению цифровых сигналов задания, а также смо­ гут вырабатывать цифровые сигналы обратной связи. Поэтому в систе­ мах автоматического управления все чаще используются метод и сред­ ства цифровой техники.

Цифровые устройства имеют ряд преимуществ перед аналоговыми устройствами. К этим преимуществам относятся: высокая точность и воспроизводимость измерения величин, возможность представления ре­ зультатов измерений в цифровой форме, четкость, различимость на рас­ стоянии, яркость цифровых индикаторов.

Цифровые устройства отличаются высокой надежностью, малыми габаритами, быстродействием, малой потребляемой мощностью.

Цифровые устройства в настоящее время легко могут быть реали­ зованы с помощью интегральных микросхем.

Интегральные микросхемы (ИС)— это микроэлектронные изделия, состоящие из активных элементов (транзисторов, диодов), пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей) и соединитель­ ных проводников, которые изготавливаются в едином технологическом процессе в объеме или на поверхности материала основания, электри­ чески соединены между собой, заключены в общий корпус и представ­ ляют неразделимое целое.

Интегральные схемы предназначены для выполнения различных видов преобразования электрических сигналов. Простейшие интеграль­ ные схемы выполняют функции переключения сигналов, логические опе­ рации, осуществляют запоминание информации, усиление сигналов по­ стоянного и переменного тока и т. п.

Исходным материалом для производства большинства ИС является пластина кремния р-проводимости с выращенным на ее поверхности слоем кремния re-проводимости. На этой пластине методами групповых повторяющихся операций: окисления (создания непроводящего слоя двуокиси кремния), фотолитографии (нанесения рисунка активных об­ ластей и проводников), диффузии (образования полупроводящих уча-

172

стков в соответствии с рисунком) —■создают одновременно несколько сотен кристаллических структур, каждая из которых представляет собой законченную ИС. Затем пластину разрезают на отдельные кристаллу, которые монтируются в корпуса и герметизируются. Технологический процесс состоит из 20— 30 операций. Такие ИС называются монолитны­ ми или твердыми.

Выпускаются также гибридные ИС, представляющие собой набор отдельных миниатюрных компонентов (транзисторов, диодов, резисто­ ров и т. п.), собранных на диэлектрическом плёночном основании, на которое нанесены металлизированные межсоединения. В качестве от­ дельных компонентов иногда используются монолитные ИС.

Высокая надежность ИС достигается:

изготовлением активных и пассивных элементов, а также межсоеди­ нений в едином технологическом процессе на специализированных предприятиях, оснащенных современным технологическим и контроль­ но-испытательным оборудованием;

контролем качества изделий на каждой технологической операции (на пластине, после резки, сборки, герметизации и т. п .);

герметизацией всей схемы в едином корпусе; уменьшением числа внешних контактов;

небольшим потреблением мощности от источников питания; малой массой, обеспечивающей стойкость к ударам и вибрациям;

миниатюрными габаритами, позволяющими построить систему из легкозаменяемых функциональных блоков.

По данным зарубежных фирм, надежность монолитной ИС пример­ но равна надежности одного кремниевого транзистора. Сравнительные данные по надежности узлов цифровых систем, выполненных на различ­

Одним из основных критериев, определяющих надежность, стои­ мость и размеры интегральных схем, является степень интеграции. Сте­ пень интеграции характеризуется количеством элементов и межэлемент­ ных соединений интегральной схемы. В настоящее время создаются весьма сложные устройства, содержащие от 500 до 5000 компонентов или до 500 основных логических схем на одном кристалле. Эти устрой­ ства называются большими интегральными схемами (БИС) и обеспе­ чивают снижение стоимости оборудования систем управления в 20 раз, повышение надежности в 10 и уменьшение габаритов в 5 раз. Созданы большие интегральные схемы, выполняющие функции целой вычисли­ тельной машины. На основе этих БИС строятся карманные счетные машины.

173

По функциональному назначению ИС делятся на логические (циф­ ровые) и аналоговые (линейные). Логические ИС предназначены для обработки дискретных сигналов, имеющих только два возможных зна­ чения. Одному значению сигнала соответствует высокий уровень напря­ жения, что обозначается 1, другому — 0, что соответствует низкому уровню напряжения сигнала. Логические ИС являются основной эле­ ментной базой цифровых систем автоматического управления и регу­ лирования.

В зависимости от назначения и условий работы Логические ИС проектируются и выпускаются сериями.

М

sxs Вх?

ВхЧ-

Для создания систем промышленной автоматики наиболее перспек­ тивной является серия монолитных цифровых ИС К 155. Эта серия ИС принята в разработках ряда научно-исследовательских и проектных институтов и учреждений [45].

Микросхемы серии К155 представляют собой транзисторно-тран­ зисторные интегральные логические схемы и служат для создания вы­ числительных устройств и систем дискретной автоматики широкого при­ менения.

В состав серии К 155 входят 14 типов интегральных микросхем, вы­ полняющих различные логические функции, функции счета, размноже­

ных схем является то, что во входной цепи их используются многоэмиттерные транзисторы (рис. 8-15), основное отличие которых от обыч­ ных транзисторов заключается в том, что они имеют т эмиттеров, объ­ единенных одним слоем базы, и общий коллектор [61]. Основным элементом серии К155 является элемент, реализующий логическую функцию И— НЕ. Функция И выполняется с помощью многоэмиттерного транзистора, к эмиттерам которого подводятся входные сигналы, а выходной сигнал снимается с общего коллектора. Функция НЕ реали­ зуется двухкаскадным транзисторным усилителем (Ti, Тг), в нагрузку которого включен эмиттерный повторитель на транзистореТ3 (рис. 8-16).

Некоторые элементы серии К155 имеют возможность расширения по ИЛИ. Для этой цели элементы имеют выводы 12(К) и 11 (Э ), к ко-

174

175

п

Рис. Т8-9-8.

176

10

К

Э

в

—““■Xэ

Рис. Т8-9-18.

Д 1

11

1Z

13

Рис. Т8-9-20.

178

Рис, T8-S-24.

S1319

Рис. Т8-9-28,

Рис. Т8-9-27.

торым присоединяются специальные элементы — расширители по ИЛИ типа К1ЛП551 и К1ЛП553 (табл. 8-9).

Расширитель микросхемы К1ЛП551, К1ЛП553 представляет собой схему И, выполненную на многоэмиттерном транзисторе, в коллектор которого включен транзистор. При открывании транзистора расширите­ ля на выходе основной микросхемы получается логический сигнал нуль. Логические микросхемы К1ЛР551, К1ЛР553 и К1ЛР554 допускают при­ соединение до семи расширителей по ИЛИ, т. е. имеют коэффициент объединения по входу ИЛИ не более восьми.

Условия эксплуатации интегральных микросхем серии KI55

Основные электрические параметры интегральных микросхем серии К 155

Реализация функций И, ИЛИ, ИЛИ— И, И— ИЛИ на микросхемах серии К155 приведена в табл. 8-10—8-13.

Реализация временных логических функций и функций памяти с по­

180