Многопозиционные коммутаторы модульного типа
Кулачковый пакетный переключатель — наиболее распространенный тип данных устройств, как и другие коммутаторы, он применяется для управления различными видами электрических нагрузок.
Кулачковые переключатели
Сфера применения кулачковых коммутаторов довольно обширна, приведем несколько примеров их использования:
- коммутационные щиты управления переменным и постоянным током;
- системы аварийного выключения, автоматического ввода резерва, переключения режимов работы электродвигателей;
- управление трансформаторными подстанциями и освещением;
- оборудование для подстанций (управление заземлителями, секционными выключателями, разъединителями и т.д.);
- переключение режимов нагревательного оборудования (включение, выключение, переключение электронагревательных элементов нагрузки);
- выбор режима работы электросварочного оборудования и т.д.
Кулачковые переключатели состоят из нескольких пакетов (каждый из которых отвечает за коммутацию одной линии), помещенных в один корпус. На нижнем рисунке показано устройство такого пакета.
Пакет кулачкового коммутатора
Обозначения на рисунке:
- a — зафиксированные контакты (4 шт.), к которым подключаются провода;
- b – специальный выступ «кулачек», который позволяет удерживать и перемещать шток;
- c – группа передвижных контактов (в данном типе их две);
- d – два направляющих паза (позволяют штоку совершать поступательные движения);
- e – покрытые изолирующей оболочкой два штока;
- f – контакты (8 шт.), как правило, изготовленные из сплава, содержащего серебро;
- g – пакет;
- h – две резьбовых шпильки (фиксируют пакет и крышку);
- I – ротор;
- J – четыре пружины (возвращают шток в замкнутое положение);
- k- соединяющий рукоять с ротором вал;
- l – четыре винта для зажима проводов кабеля.
Заметим, что пакетный рубильник (кулачковый коммутатор) может быть на несколько положений, включая нулевое, то есть когда контакты разъединены. На рисунке показано состояние коммутатора в нейтральном положении.
Схематическое изображение переключателя в нулевом положении
Коммутатор ABB в режиме нулевого положения
Заметим, что все основные характеристики коммутаторов указываются на корпусе устройств, там отображаются:
- тип коммутатора;
- номинальный ток, на который рассчитан переключатель;
- схема и таблица коммутации;
- класс защиты.
Ниже показана схема и таблица коммутации, изображенная на корпусе переключателя направления вращения SPAMEL.
Схема и таблица коммутации переключателя SPAMEL
Благодаря такой таблице наглядно видно, в каком положении, какие группы контактов соединяются.
Основные характеристики
ОУ, как и другие радиодетали, имеют ТХ, которые можно разделить на типы:
- Усилительные.
- Входные.
- Выходные.
- Энергетические.
- Дрейфовые.
- Частотные.
- Быстродействие.
Коэффициент усиления является основной характеристикой ОУ. Он характеризуется отношением выходного сигнала ко входному. Его еще называют амплитудной, или передаточной ТХ, которая представлена в виде графиков зависимости. К входным относятся все величины для входа ОУ: Rвх, токи смещения (Iсм) и сдвига (Iвх), дрейф и максимальное входное дифференциальное U (Uдифмакс). Iсм служит для работы ОУ на входах. Iвх нужен для функционирования входного каскада ОУ. Iвх сдвига — разность Iсм для 2 входных полупроводников ОУ.
Во время построения схем нужно учитывать эти I при подключении резисторов. Если Iвх не учитывать, то это может привести к созданию дифференциального U, которое приведет к некорректной работе ОУ. Uдифмакс — U, которое подается между входами ОУ. Его величина характеризует исключение повреждения полупроводников каскада дифференциального исполнения.
Для надежной защиты между входами ОУ подключаются встречно-параллельно 2 диода и стабилитрона. Дифференциальное входное R характеризуется R между двумя входами, а синфазное входное R — величина между 2 входами ОУ, которые объединены, и массой (земля). К выходным параметрам ОУ относятся выходное R (Rвых), максимальное выходное U и I. Параметр Rвых должен быть меньшим по значению для обеспечения лучших характеристик усиления.
Для достижения маленького Rвых нужно применять эмиттерный повторитель. Iвых изменяется при помощи коллекторного I. Энергетические ТХ оцениваются максимальной мощностью, которую потребляет ОУ. Причина некорректной работы ОУ — разброс ТХ полупроводников дифференциального усилительного каскада, зависящего от температурных показателей (температурный дрейф). Частотные параметры ОУ являются основными. Они способствуют усилению гармонических и импульсных сигналов (быстродействие).
В ИМС ОУ общего и специального вида включается конденсатор, предотвращающий генерацию высокочастотных сигналов. На частотах с низким значением схемы обладают большим коэффициентом Kу без обратной связи (ОС). При ОС используется неинвертирующее включение. Кроме того, в некоторых случаях, например при изготовлении инвертирующего усилителя, ОС не используется. Кроме того, у ОУ есть динамические характеристики:
- Скорость нарастания Uвых (СН Uвых).
- Время установления Uвых (реакция ОУ при скачке U).
Модификации транзистора
| Тип | Pc | Ucb | Uce | Ueb | Tj | Cc | Ic | hfe | ft | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BC547 | 0.5 W | 50 V | 50 V | 6 V | 150 °C | 6 pf | 0.1 A | 110 | 300 MHz | TO92 |
| BC547A | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 110 | 200 MHz | TO92 |
| BC547ABK | 0.5 W | 50 V | 45 V | 5 V | 150 °C | 3.5 pf | 0.1 A | 90 | 300 MHz | TO92 |
| BC547AP | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 110 | 200 MHz | TO92 |
| BC547B | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 200 | 200 MHz | TO92 |
| BC547BA3 | 0.625 W | 60 V | 50 V | 6 V | 150 °C | 2.1 pf | 0.2 A | 200 | 100 MHz | TO92 |
| BC547BBK | 0.5 W | 50 V | 45 V | 5 V | 150 °C | 3.5 pf | 0.1 A | 150 | 300 MHz | TO92 |
| BC547BP | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 200 | 200 MHz | TO92 |
| BC547C | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 420 | 200 MHz | TO92 |
| BC547CBK | 0.5 W | 50 V | 45 V | 5 V | 150 °C | 3.5 pf | 0.1 A | 270 | 300 MHz | TO92 |
| BC547VI | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 75 | 150 MHz | TO92 |
| LBC547 | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 110 | 200 MHz | TO92 |
| LBC547A | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 110 | 200 MHz | TO92 |
| LBC547AP | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 110 | 200 MHz | TO92 |
| LBC547B | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 200 | 200 MHz | TO92 |
| LBC547BP | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 200 | 200 MHz | TO92 |
| LBC547C | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 420 | 200 MHz | TO92 |
| LBC547VI | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 75 | 150 MHz | TO92 |
| SBC547 | 0.625 W | 50 V | 45 V | 5 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 110 | 150 MHz | TO92 |
| TBC547 | 0.5 W | 50 V | 45 V | 6 V | 150 °C | 4.5 pf | 0.1 A | 110 | 200 MHz | TO92 |
Принципиальная схема
Максимальный выходной уровень (положение 1/1 S2) синусоидального напряжения (RMS) 3,1 V. Соответственно в других положениях S2 максимальный выходной сигнал (RMS) составляет 310mV и 31mV. Питается генератор от электросети через встроенный источник питания на маломощном силовом трансформаторе.
Схема генератора представляет собой УНЧ с двухтактным выходным каскадом, охваченный положительной обратной связью RC-схемой моста Винна. Частота определяется переменными резисторами R2 1 и R2.2, являющимися составляющими частями сдвоенного переменного резистора, используемого как орган плавной настройки частоты в пределах выбранного диапазона. И конденсаторов, переключаемых сдвоенным переключателем S1.1-S1.2.
Рис. 1. Принципиальная схема лабораторного генератора сигнала низкой частоты 15 Гц — 160 КГц.
При монтаже переменные резисторы нужно паять так, чтобы при вращении рукоятки их сопротивления менялись одинаково (при неправильном включении при вращении рукоятки сопротивление одного переменного резистора будет уменьшаться в то время как сопротивление другого будет расти).
Чем ближе характеристики регулировки резисторов, составляющих блок переменных резисторов, тем меньшие искажения сигнала будут на выходе. Это же касается и конденсаторов, образующих мост Винна, — их емкости одновременно работающие в одном диапазоне должны быть максимально одинаковы (С1=С5, С2=С6, C3=С7, С4=С8 с увеличением неравенства этих емкостей возрастают искажения).
Коэффициент нелинейных искажений не более 0,3% во всем диапазоне частот (при условии тщательной настройки генератора, и малом разносе емкостей и резисторов плеч моста Винна).
При наличии только моста Винна схема усилителя (генератора) будет выходить на режим ограничения сигнала То есть, в данном случае, это перегрузка, которая обрежет вершины синусоид и сигнал будет более похож на прямоугольный, чем на синусоидальный.
Поэтому необходима так же и система отрицательной обратной связи, которая будет снижать коэффициент передачи усилителя так чтобы размах выходного сигнала не вылезал в зоны ограничения и нелинейности.
К тому же, должна быть автоматическая регулировка глубины ООС, придерживающая коэффициент передачи на оптимальной величине, которая здесь образована резисторами R7, R6, R5, а так же конденсатором С9. Элементом, регулирующим глубину ООС является лампа накаливания Н1.
Как известно, сопротивление лампы накаливания сильно зависит от тока через неё, так как ток вызывает нагрев нити из высокоомного сплава металла Чем больше ток, тем больше нагрев и тем больше сопротивление лампочки. Здесь лампа включена в цепи ООС, при увеличении сопротивления в этой цепи глубина ООС увеличивается и коэффициент передачи усилителя снижается.
Через лампу протекает выходной переменный ток, поэтому от его величины зависит и нагрев лампы. Таким образом происходит стабилизация выходного уровня сигнала в пределах линейного участка характеристики усилителя НЧ.
Усилитель, составляющий основу ГНЧ построен на транзисторах по трехкаскадной схеме с мостовым выходным каскадом и непосредственными связями между каскадами.
Для устранения «ступеньки» напряжение смещения на базах VT3 и VТ4 различаются на величину, заданную цепью из трех диодов VD1-VD3. Плавная регулировка выходного сигнала осуществляется переменным резистором R11, ступенчатая, — переключателем S2, переключающим резисторы делителя R12-R14.
Источник питания вырабатывает двухполярное постоянное напряжение около + 11V. В источнике питания используется маломощный силовой трансформатор Т1 с одной вторичной обмоткой на напряжение 9V. Для того чтобы от такого трансформатора получить двухполярное напряжение здесь используется два одно-полупериодных выпрямителя на диодах VD4 и VD5.
В результате для формирования положительного постоянного напряжения используется положительная полуволна переменного тока, а для формирования отрицательного постоянного напряжения используется отрицательная полуволна переменного тока.
Генератор НЧ радиолюбителя-конструктора
Генератор НЧ является одним из самых необходимых приборов в радиолюбительской лаборатории. С его помощью можно налаживать различные усилители, снимать АЧХ, проводить эксперименты. Генератор НЧ может быть источником НЧ сигнала, необходимого для работы других приборов ( измерительных мостов, модуляторов и др. )
Желательно чтобы генератор вырабатывал не только синусоидальное, но и прямоугольное напряжение, логического уровня, скважность и амплитуду которого можно регулировать.Принципиальная схема генератора показана на Рис.1. Схема состоит из низкочастотного синусоидального генератора на операционном усилителе А1 и формирователя прямоугольных импульсов на микросхеме D1
Схема синусоидального генератора традиционная. Операционный усилитель, при помощи положительной обратной связи ( С1-С3, R3, R4, R5, C4-C6 ) выполненной по схеме моста Винна, приведён в режим генерации. Избыточная глубина положительной обратной связи, приводящая к искажению выходного синусоидального сигнала, компенсируется отрицательной ОС R1-R2. Причём R1 подстроечный, чтобы с его помощью можно было установить величину ОС такой, при которой на выходе операционного усилителя неискажённый синусоидальный сигнал наибольшей амплитуды. Лампа накаливания включена на выходе ОУ в его цепи обратной связи. Вместе с резистором R16 лампа образует делитель напряжения, коэффициент деления которого зависит от протекающего через него тока ( лампа Н1 выполняет функции терморезистора, увеличивая своё сопротивление от нагрева, вызванного протекающим током ). Частота устанавливается двумя органами управления, – переключателем S1 выбирают один из трёх поддиапазонов «20-200 Гц», «200-2000 Гц» и «2000-20000 Гц». Реально диапазоны немного шире и частично перекрывают друг друга. Плавная настройка частоты производится сдвоенным переменным резистором R5. Желательно чтобы резистор был с линейным законом изменения сопротивления. Сопротивления и законы изменения составных частей R5 должны быть строго одинаковыми, поэтому применение самодельных сдвоенных резисторов ( сделанных из двух одиночных ) недопустимо. От точности равенства сопротивлений R5 сильно зависит коэффициент нелинейных искажений синусоидального сигнала. На оси переменного резистора закреплена ручка со стрелкой и простая шкала для установки частоты. Для точной установки частоты используют цифровой частотомер. Выходное напряжение плавно регулируют переменным резистором R6. С этого резистора поступает НЧ напряжение на милливольтметр, чтобы можно было установить необходимое выходное напряжение. Понизить установленное значение в 10 и 100 раз можно при помощи аттенюатора на резисторах R12-R14. Максимальное выходное напряжение НЧ генератора 1,0V. Для формирования импульсов служит ключ на транзисторе VT2 и три логических элемента на микросхеме D1. Выходной уровень КМОП логики. Транзистор VT2 включён по схеме ключа. Это значит, что при достижении на эго базе напряжения определённого уровня он лавинообразно открывается. На базу транзистора переменное напряжение с выхода генератора подаётся через делитель R9-R10. При помощи R9 можно установить величину минимального напряжения, при котором открывается VT2. Благодаря диоду VD1, который создаёт на эмиттере транзистора небольшое отрицательное напряжение смещения, этот порог можно устанавливать от 0,1 до 1V. То есть, до максимального значения выходного напряжения генератора. В зависимости от того, как установлен этот порок, транзистор VT2 будет открываться и закрываться на определённых участках положительной полуволны низкочастотного напряжения. И от этого будет зависеть ширина импульсов, возникающих на коллекторе транзистора. Окончательно прямоугольную форму импульсам предают элементы микросхемы D1. С гнёзд Х4 и Х5 можно снимать противофазные импульсы. Регулируют амплитуду выходных прямоугольных импульсов изменяя напряжение питания микросхемы D1 в пределах от 9,5 до 3,5V. Регулятор напряжения выполнен на транзисторе VT1. Выключают генератор тумблером на два положения S2, отключающим генератор от источника двуполярного напряжения ±10V.
Источник
Недостатки пары Дарлингтон
- Низкая скорость переключения
- Пропускная способность ограничена
- На определенных частотах в цепи отрицательной обратной связи эта конфигурация вводит фазовый сдвиг.
- Требуемое напряжение базы-эмиттера высокое и в два раза больше, чем у стандартного транзистора.
- Высокое рассеивание мощности из-за высокого напряжения насыщения.
- Общий ток утечки высокий, потому что ток утечки первого транзистора усиливается следующим транзистором. Вот почему три или более ступений Дарлингтона невозможны.
Следовательно, пара Дарлингтона очень полезна в большинстве приложений, поскольку она обеспечивает высокий коэффициент усиления по току при низких базовых токах.
Хотя это имеет некоторые ограничения, эти пары широко используются в приложениях, где не требуется высокочастотная характеристика, а требуются высокие уровни усиления по току. В случае схем усилителя мощности звука эта конфигурация обеспечивает лучшую выходную мощность.
Портативный паяльник TS80P
TS80P- это обновленная версия паяльника TS80 Smart, работающий от USB…
Подробнее
Использование в быту
Переключатели не так часто используются в быту, как выключатели, но, тем не менее, есть задачи, в которых без них обойтись невозможно. Например, когда необходимо управлять освещением с разных мест. Переключатели могут быть установлены на входе в комнату и возле кровати (чтобы не подниматься выключать свет) или в разных концах длинного коридора.
Реализация такой схемы управления довольно простая, ее изображение показано на рисунке ниже.
Схема включения освещения с двух разных мест
Обозначения на рисунке:
- А, В – переключатели;
- L – осветительный прибор.
При необходимости управлять освещением из большего количества мест, схему можно незначительно усложнить, добавив в нее промежуточный коммутатор.
Управление освещением из трех разных мест
Обозначения на рисунке:
- A,B – двухпозиционные коммутаторы;
- С – промежуточный двойной переключатель двух направлений;
- L1 – осветительный прибор.
Заметим, что взяв данную схему за основу, можно управлять освещением с трех и более мест. Для этого достаточно добавить в нее необходимое количество промежуточных коммутаторов, подключаются они так же, как и устройство «С» на представленной выше схеме.
Аналоговый коммутатор
Диоды могут коммутировать аналоговые сигналы. Обратно смещенный диод, очевидно, является разрывом в цепи. Диод с прямым смещением является проводником с низким сопротивлением. Единственная проблема заключается в отделении сигнала переменного напряжения, который коммутируется, от управляющего сигнала постоянного напряжения. На схеме на рисунке ниже показан параллельный резонансный контур: индуктивность контура включена параллельно с одним (или более) конденсатором контура. Этот параллельный LC контур может быть фильтром преселектора в радиоприемнике. Он может определять частоту автогенератора (не показан). Цифровые линии управления могут управляться через интерфейс микропроцессора.
Диодный коммутатор: сигнал цифрового управления (логический ноль) выбирает конденсатор резонансного контура с помощью прямого смещения коммутирующего диода
Большой конденсатор, блокирующий постоянный ток, соединяет индуктивность резонансного контура с землей по переменному току, блокируя постоянный. Он должен иметь низкое реактивное сопротивление по сравнению с реактивными сопротивлениями параллельного LC контура. Он предотвращает замыкания постоянного напряжения на аноде с землей через индуктивность контура. Коммутируемый конденсатор резонансного контура выбирается путем подтягивания соответствующего входа цифрового управления к логическому низкому уровню. Это смещает коммутирующий диод в прямом направлении. Постоянный ток протекает от точки +5В через радиочастотный дроссель (RFC), коммутирующий диод и на землю через цифровое управление. Назначение радиочастотного дросселя (RFC) в цепи +5В состоит в том, чтобы предотвратить протекание переменного тока через источник +5В. Дроссель в цепи цифрового управления должен препятствовать протеканию переменного тока через внешнюю линию управления. Развязывающий конденсатор замыкает маленький переменный ток, протекающий через радиочастотный дроссель, на землю, обходя внешнюю линию цифрового управления.
При высоком логическом уровне (≥+5В) на всех трех линиях цифрового управления не выбран ни один коммутируемый конденсатор резонансного контура из-за обратного смещения на диодах. Подтягивание одной или более линий к низкому логическому уровню выбирает один или более коммутируемых конденсаторов резонансного контура, соответственно. Поскольку последующие конденсаторы подключаются параллельно с индуктивностью контура, резонансная частота уменьшается
Емкость диода, смещенного в обратном направлении, может оказывать влияние в схемах, работающих на очень высоких частотах и ультравысоких частотах. В этом случае для коммутации могут использоваться PIN диоды, имеющие меньшую паразитную емкость.
Устройства серии 4G10
Переключатель кулачковый 4G10 подходит как для понижающих, так и для импульсных трансформаторов. Параметр проводимости тока у моделей равняется 6 мк. В данном случае рабочая частота колеблется в районе 45 Гц. Большинство модификаций этой серии работают на фазовых расширителях. Для таких устройств подходят модуляторы с трансиверами.
Регуляторы часто устанавливаются без тетрода. Параметр чувствительности у них не превышает 10 мВ
Также важно отметить, что есть модификации на резонансных расширителях. Их отличительной особенностью является высокий параметр перегрузки тока
Рабочая частота у моделей — около 55 Гц. Проводимость тока у моделей составляет 12 мк. Пороговое напряжение равняется 8 В. Для силовых трансформаторов устройства данного типа не подходят. Стоит переключатель кулачковый (цена рыночная) около 1500 руб.
Устройства для двухобмоточных двигателей
Кулачковый переключатель для двухобмоточных двигателей является довольно сильно востребованным. В среднем параметр выходного напряжения у моделей равняется 3 В. Модуляторы в устройствах используются импульсного либо оперативного типа. Коммутируемые аналоги встречаются очень редко.
Для стабилизации процесса коммутации цепей используются фильтры. Во многих устройствах имеются защитные тетроды. Указанные элементы устанавливаются через проводник. Параметр выходной частоты у моделей равняется 40 Гц. Показатель чувствительности колеблется в районе 3 мВ. Однако если рассматривать модификации с двухразрядными триггерами, то у них вышеуказанный параметр составляет 5 мВ.
