На основе схем с конденсаторным дозированием возможно по­строение разнообразных устройств с релейной характеристикой. В та­ких устройствах широкое применение могут найти реле частоты.

В наиболее распространенных реле частоты функции преобразо­вания частоты в постоянный ток и релейного преобразования выпол­няют разные элементы, например конденсаторные частотомеры и триггеры.

Эти функции могут быть объединены, а реле частоты построены по блок-схеме, приведенной на рис. 31.

Схема содержит дозирующее устройство ДУ, фильтр нижних частот ФНЧ и цепь положительной обратной связи, содержащую вычитающий элемент (осуществляющий вычитание величины уставки /уст из выходной величины) и ограничитель Огр.

При частоте, меньшей чем частота срабатывания /ср, сигнал об­ратной связи не проходит через ограничитель, и величина дозирован­ного заряда (на выходе ДУ) постоянна. При возрастании входной

частоты до fср разность выходного сигнала и сигнала уставки приводит к появлению сигнала на выходе огра­ничителя и лавинообразно нарастаю­щему выходному сигналу. (По ука­занной блок-схеме могут выполнять­ся и устройства с дозированием вольт-секундной площади [Л. 20].)

Рассмотрим некоторые конденса­торные устройства, выполненные по блок-схеме, представленной на рис. 31.

Схемы рис. 32,а, б содержат в цепи пороговой положительной об­ратной связи стабилитрон Дз, выпол­няющий функции источника напряже­ния уставки и ограничителя напря­жения. В качестве фильтра нижних частот использована интегри­рующая цепочка ЯСф. Пока напряжение на цепочке RCф в схеме

(рис. 32,а) меньше напряжения U3 стабилитрона Дз, транзистор Тг

заперт и напряжение U на цепочке RCф определяется соотношением:

C(Ut-Ut)UR и - 1 +CfnR * <61>

где Ui и U2 — напряжения стабилитронов Ді и Д2.

При этом характеристика преобразования соответствует участ­ку ОА на рис. 33,а, на котором представлена зависимость тока / в цепи зарядки или разрядки конденсатора С от входной частоты.

Когда входная частота /Вх становится равной частоте срабаты­вания /ср, напряжение U превышает напряжение Us и через стаби­литрон Дз начинает проходить ток, отпирающий транзистор Т2. При этом минимальное напряжение на конденсаторе С становится меньше напряжения U2 стабилитрона Д2, перепад напряжения на конденса­торе С возрастает, что приводит к увеличению тока через стабили-

трон Дз и еще большему отпиранию транзистора Т2. Процесс отпи­рания транзистора Т2 происходит лавинообразно (участок АВ на

рис. 33,а). Частота срабатывания /Ср определяется из соотношения:

U

/ср= RC (и, — и2—и3)‘ (62)

Значение тока / после срабатывания устройства (участок СД на рис. 33,а) определяется соотношением

I = С (U і t/3) / вх* (63)

При уменьшении частоты отпускания до значения /отп ток базы транзистора Т2 уменьшается до значения, при котором транзистор

■г

f6x

*)

Рис. 33. Характеристики преобразования реле ча­стоты.

выходит из режима насыщения. При этом наступает обратное опро­кидывание схемы (участок DE на рис. 33,а). При достаточно боль­шом коэффициенте усиления транзистора частота отпускания /0тп определяется соотношением:

и 3

foтл = Rc (i, t_U3y (64)

Из соотношений (62) и (64) определяются коэффициент возвра­та kB и дифференциал А (разность частот срабатывания и отпуска­ния) :

, fОТП Uі U2 U3 '

fc9 U,-U3 » (65)

и2и3

А = fcp — f ОТП = Rc {IJ1 _ ц2 _ UJ (t/i _ изу (66)

Если необходимо, чтобы до срабатывания устройства выходной ток был равен нулю, нагрузка может включаться в цепь базы тран­зистора Т2 последовательно со стабилитроном Д3. На рис. 33,6 пред­ставлена зависимость тока базы /б от частоты. Точки А', ВС D' и Е' соответствуют точкам А, В, С, D и Е на рис. 33,а.

Схема, представленная на рис. 32,6, отличается от рассмотренной выше (рис. 32,а) тем, что цепочка RC$ включена в цепь разрядки дозирующего конденсатора С, а стабилитрон Д2, шунтированный транзистором Г2, включен в цепь источника опорного напряжения (стабилитрон Ді). Транзистор Т2 открыт при /Bx<fcp и запирается

Если напряжение на выходе источника входной частоты имеет достаточную амплитуду, реле частоты может быть выполнено по бо­лее простой схеме (рис. 34) [Л. 22], а питание схемы осуществляется от источника входного сигнала. Схема содержит дозирующее устрой­ство, выполненное на конденсаторе Си диодах Д и Дг, стабилитро­нах Дз и Д4, в цепь нагрузки которого включен фильтрующий кон­денсатор Сф. Дозирующее устройство управляется транзистором Г,

базовая цепь которого включена на выход дозирующего устройства, бла­годаря чему замыкается цепь поло­жительной обратной связи. Уставка задается током смещения /см, проте­кающим от источника смещения Ес м через сопротивление /?см. Схема ра­ботает следующим образом. При ча­стоте, меньшей частоты срабатыва­ния, транзистор Т поддерживается током /см в режиме насыщения. При отрицательной полярности входного напряжения дозирующий конденса­тор Сі заряжается через диод Ді до напряжения U3 стабилитрона Дз - При положительной полярности входного напряжения заряд конденсатора Сі положительного знака поступает че­рез диод Дг на фильтрующий кон­денсатор Сф. С ростом частоты по­стоянная составляющая тока, проходящего через диод Дг, возрас­тает и на частоте срабатывания fcр транзистор выходит из насыще­ния.

При выходе транзистора из насыщения напряжение на его кол­лекторе возрастает, соответственно возрастают перепад напряжения на дозирующем конденсаторе Сі и ток, протекающий через диод Дг, что приводит к полному запиранию транзистора.

При запертом транзисторе на его коллекторе появляются им­пульсы напряжения с амплитудой £/4, равной напряжению стабилигрона Д4. При уменьшении частоты обратное опрокидывание схемы происходит на частоте отпускания /отп, при которой ток смещения Iсм по величине становится больше тока, протекающего через диод Д2. Частота /отп соответствует условию:

г А М

'от" = С (U 3 + U4) • (72)

Как следует из соотношения (71), величину (73/Р7?К можно выби­рать таким образом, что частота срабатывания не будет зависеть о г коэффициента усиления транзистора. При этом частота срабатыва­ния, коэффициент возврата и дифференциал соответственно опреде­ляются по соотношениям:

^ср= С, из ’ (73)

CUз (Uз + </4)

В качестве выходной величины может использоваться напряже­ние или ток коллектора транзистора. Зависимости тока коллектора /к и амплитуды импульсов напряжения на коллекторе от входной ча­стоты /их в схеме по рис. 34 представлены на рис. 35,а, б.

Преимуществом рассмотренного реле частоты является удобство задания уставки и возможность применения такого реле в качестве сравнивающего устройства — компаратора, осуществляющего сравне­ние величин различной физической природы, например постоянного тока и частоты. С применением такого компаратора возможно по­строение различных устройств, имеющих новые функциональные воз­можности.

При воздействии на вход устройства, соответствующего блок - схеме (рис. 31), постоянной частоты, оно может действовать как реле тока. При плавном изменении тока (или напряжения) уставки вы­ходной сигнал реле изменяется скачкообразно. При обратном изме­нении тока уставки скачкообразному возвращению выходного сигна­ла к исходной величине сопутствует определенный гистерезис. Вели­чина гистерезиса характеризуется токовым дифференциалом, зави­сящим от частоты, которая здесь определяет величину уставки. Бла­годаря этому, если в схеме постоянно действует ток уставки /о, а то­ки уставки, соответствующие срабатываниям реле, равны соответст­венно /1 и /2, т. е.

то оказывается возможным, воздействуя на цепь уставки импульса­ми тока разной полярности (т. е. кратковременно уменьшая или увеличивая ток уставки), изменять состояние реле.

Таким образом, реле ведет себя как двустабильный элемент — триггер, управляемый разнополярными импульсами. Ниже будут рас­смотрены некоторые из таких схем, отличающиеся использованием переменно-полярного напряжения питания.