Электронные элементы

К электронным элементам относятся электронные ключи, используемые в устройствах автоматики и телемеханики для формирования импульсов и перепадов напряжений. Требования к ключам аналогичны требованиям к контактам:

минимальное сопротивление во включенном состоянии и максимальное в включенном состоянии, т.е. отношение сопротивлений Rот. и Rв. должно лежать в пределах

(20)

быстродействие электронных ключей, т.е. скорость перехода от одного состояния к другому противоположному. Важно, чтобы входная величина (х) изменялась дискретно. Устройства автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта по сравнению с устройствами радиолокации, вычислительной техники считаются низкочастотными устройствами, т.е. такие, у которых период следования импульсов или перепадов напряжения Т> > 1мкс.

Диодные ключи

Применение диодов в качестве коммутирующих приборов в ключах возможно благодаря их нелинейным свойствам – способности проводить ток в одном направлении, когда на аноде диода положительный потенциал относительно его катода. Вольтамперная характеристика диода приведена на рис.3.1.

Рис.3.1.

При линейной аппроксимации характеристики, показанной пунктиром, диод можно рассматривать как активное сопротивление, величина которого зависит от полярности приложенного напряжения. В прямом направлении, когда диод открыт, его сопротивление

составляет 10…100 Ом.

В обратном направлении, когда диод заперт

составляет от десятков кОм до десятков МОм.

В зависимости от способа подключения нагрузки различают схемы последовательного и параллельного диодных ключей.

Последовательный диодный ключ

Простейшая схема последовательного диодного ключа представлена на рис.3.2,а. В этой схеме резистор нагрузки Rн включен последовательно с диодом. Свойства ключа, без учета переходных процессов, удобно отображать с помощью статической характеристики передачи Uвых = f(Uвх). Предполагаем, что внутреннее сопротивление источника напряжения (Uвх) равно нулю (Rг = 0), а сопротивление нагрузки Rн ® ¥ . Заменяя диод эквивалентными сопротивлениями, переходим к эквивалентной схеме ключа (рис.3.2,б), из которой находим

> (21)

Уравнение (21) характеристики передачи показывает, что оно представляет прямую, проходящую через начало координат под углом

a = arctg 1/1+(Rд/R). (22)

Рис.3.2.

Если резистор R выбран так, что его сопротивление значительно превышает сопротивление открытого диода Rд и оказывается много меньше обратного сопротивления запертого диода Rд.обр, т.е.

Rд.обр > R > Rд.пр, (23)

Но при положительном напряжении на входе a = 450, а когда обратное напряжение a =0 (см.рис.3.2,в).

Значение входного напряжения, определяющее начало отпирания диода, называется уровнем включения ключа. Как видно из рис.3.2,в уровень включения равен 0. Для регулирования величины уровня включения в схему вводится источник напряжения смещения Е, как показано на рис.3.3,а.

Рис. 3.3.

В этом ключе диод заперт пока напряжение на входе Uвх меньше Е и открыт, когда Uвх> > Е. При запертом состоянии напряжение на выходе поддерживается равным Е. Т.е., момент отпирания диода зависит от величины и знака напряжения источника смещения, т.е. уровень включения ключа: U01 = Е.