4.3. Коммутационные устройства

Под коммутационными устройствами (КУ) понимаются устройства, скачкообразно изменяющие значения своих параметров при определенном (пороговом) значении управляющего сигнала. В устройствах, предназначенных для коммутации электрических цепей, это реализуется практически мгновенным изменением электрического сопротивления или проводимости их исполнительных систем (непосредственно коммутирующих элементов). Коммутационные устройства программы EWB 4.1 представлены на рис. 4.25.

Устройство на рис. 4.25, а — переключатель типа однополюсного тумблера, управляемого нажатием назначенной клавиши клавиатуры (по умолчанию клавиши Space — пробел). Имя клавиши устанавливается в диалоговом окне на рис. 4.26.

КУ на рис. 4.25, б — реле времени (переключатель с программируемым временем переключения). Его параметры задаются с помощью диалогового окна на рис. 4.27. Параметр Ton — время включения разомкнутого в исходном состоянии контакта после начала моделирования; параметр Toff — время выключения (перевод контактов в исходное состояние), это время также отсчитывается от момента начала моделирования.

Рис. 4.26. Окно установки клавиши управления ключом

Рис. 4.27. Окно установки параметров реле времени

В качестве примера рассмотрим схему на рис. 4.28. Она содержит источник питания U=5 В, два переключателя SI, S2 и алфавитно-цифровой индикатор. Параметры переключателей выбраны следующим образом: для первого Топ=3 с, Toff=10 с; для второго Топ=6 с, Toff=15 с. После включения питания (начало моделирования) сигнал логической единицы (+5 В) будет подан на выводы 0 и 2 индикатора. Поскольку индикатор работает в коде 8-4-2-1, то при этом высвечивается цифра 5 (сумма чисел 4 и 1). Через 3 с ключ S1 переводится в верхнее положение и сигнал +5 В подается на вход 3 — загорится цифра 9 (сумма чисел 8 и 1). Поскольку начало отсчета для всех промежутков времени одинаково, то через 3 с сработает переключатель S2, в результате чего сигнал +5 В будет подан на вход 1 — загорится буква А (шестнадцатеричный эквивалент десятичной цифры 10=8+2). Затем через 4 с сработает переключатель S1, в результате чего напряжение +5 В будет подано на вход 2 и загорится цифра 6 (сумма 4+2). И, наконец, через 5 с сработает переключатель S2, и схема вернется в исходное состояние.

КУ на рис. 4.25, в, г — однополюсные выключатели, управляемые напряжением или током. Параметры цепи управления задаются с помощью диалогового окна на рис. 4.29 (для компонента на рис. 4.25, в). Первый параметр диалогового окна — напряжение включения, второй — напряжение выключения (для компонента на рис. 4.25, г — ток включения и выключения соответственно).

Рис. 4.30. Схема включения КУ, управляемого напряжением

В качестве примера рассмотрим еще одну схему на рис. 4.30. В ней имеются два управляемых напряжением ключа SI, S2. Управление ключами осуществляется от функционального генератора, выходное напряжение которого контролируется осциллографом. В силовой части схемы использованы источник напряжения U, логический пробник Р и лампочка L. Параметры цепи управления ключей выбраны следующим образом: для первого ключа Uon=l В, Uoff=2 В;

для второго ключа Uon=5 В, Uoff=7 В. Режим работы функционального генератора показан на рис. 4.31, а, осциллограмма его выходного напряжения — на рис. 4.31, б. Как видно из осциллограммы, генератор позволяет получить пилообразные однополярные импульсы. Из рис. 4.31 видно, что скорость нарастания пилообразного напряжения составляет 10 В/с. Если рассмотреть работу схемы за один период, то включение логического пробника произойдет через 0,1 с после начала формирования пилообразного импульса, поскольку для ключа S1 напряжение срабатывания выбрано равным 1 В ("пройденный путь" в 1 В нужно разделить на скорость 10 В/с). Затем при напряжении 2 В, т.е. через 0,1 с, ключ S1 размыкается и логический пробник выключается. Когда пилообразное напряжение достигает 5 В (0,5 с после начала формирования импульса), срабатывает ключ S1, зажигается лампочка и остается в таком состоянии 0,2 с, пока пилообразный импульс не достигнет значения 7 В, при котором ключ S2 размыкается. Через 0,3 с процесс повторяется, поскольку пилообразный импульс достигает своего максимального значения 10В.

Устройство на рис. 4.25, д — электромагнитное реле с перекидными контактами. Параметры его управляющей цепи задаются с помощью диалогового окна на рис. 4.32. Первый параметр — индуктивность катушки реле, второй и третий — ток срабатывания и удержания.

Рис. 4.33. Схема включения электромагнитного реле

В качестве примера на рис. 4.33 приведена схема включения реле с управлением от КУ, включенным по схеме рис. 4.29 (напряжение включения 1 В, выключения 8 В). Для индикации состояния контактов реле используется логический пробник Р. Второй канал осциллографа подключен в цепь питания обмотки после токозадающего резистора Rd. Осциллограммы сигналов (второй канал смещен вниз) показаны на рис. 4.34 при индуктивности обмотки 0,001 и 0,1 Гн. Из сравнения осциллограмм видно, что при большой индуктивности в цепи управления наблюдаются затухающие колебания.

Контрольные вопросы и задания

Вопросы составлены с учетом сведений, приведенных в Приложении 2.

1. Какие КУ Вы знаете и где они применяются?

2. Назовите основные характеристики КУ.

3. Какие физические явления происходят при замыкании и размыкании контактов реле?

4. Составьте схему из четырех программируемых переключателей (реле времени) и четырех громкоговорителей. Подберите параметры этих компонентов таким образом, чтобы проигрывался фрагмент позывных радиостанции "Маяк".

5. Используя принципы построения схемы на рис. 4.28, составьте схему, которая бы обеспечивала последовательный во времени (например, через 5 с) вывод на индикатор символов О...9, A...F. Подскажем, что для этого придется добавить еще два ключа.

6. Используя принципы построения схемы на рис. 4.30, замените в схеме на рис. 4.22 компараторы напряжения на КУ с окном срабатывания 0,5 В (разность между напряжением включения и выключения) и непрерывным слежением (напряжение включения очередного КУ должно равняться напряжению выключения предыдущего КУ). Выберите форму и амплитуду сигнала управления.

7. Объясните явление возникновения колебаний в схеме на рис. 4.33 при увеличении индуктивности катушки реле.