Логический элемент

 

Использование: изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных системах автоматики, например, на железнодорожном транспорте. Устройство содержит: два диодных моста /1, 28/, три узла гальванической развязки /5, 18, 31/, три транзистора /14, 18, 25/, два конденсатора /4, 21/, диод 6, преобразователь полярности 7, развязывающую цепь 13, семь резисторов /17, 22, 24, 26, 27, 29, 32/, пороговый элемент 30, задающий генератор 11, цепь запуска 19. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных системах автоматики, например на железнодорожном транспорте.

Известен логический элемент, содержащий выходной выпрямитель, диодный мост, первая диагональ которого подключена к первому и второму информационным входом логического элемента, а во вторую диагональ последовательно с входным элементом узла гальванической развязки включен, коллекторно-эмиттерный переход транзистора, выходной элемент узла гальванической развязки подключен к входу усилителя [1] .

Недостатком данного известного устройства является его недостаточная надежность при дефектах электрической схемы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является логический элемент, содержащий диодный мост, соединенный диагональю переменного тока с первым и вторым информационными входами, первый конденсатор, первый узел гальванической развязки на оптроне, диод, преобразователь полярности, выполненный на основе последовательно соединенных первым и вторым диодах, точка соединения которых подключена к первому выводу конденсатора, причем первый конденсатор подсоединен одним концом к аноду диода, задающий генератор, соединенный через первый резистор развязывающей цепи с базой первого транзистора, которая через второй резистор развязывающей цепи соединена со вторым входом развязывающей цепи, второй транзистор база которого через базовый резистор соединена с его эмиттером и минусовым входом диодного моста, а через выходную цепь второго узла гальванической развязки с плюсовым выходом диодного моста, цепь запуска, вход которой является входом запуска устройства, а выход соединен с одним выводом второго конденсатора и одним выводом первого резистора, причем второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной первого и второго информационных входов [2] .

Недостатками данного устройства являются появление ложного выходного сигнала при возбуждении усилителя; при появлении утечек в узле гальванической развязки на оптроне, на входе усилителя и изменение пороговых свойств последнего; отсутствие защиты от ложного сигнала на первом и втором информационных входах; недостаточность порогового стабильного сигнала по первому и второму информационным входам из-за разбросов падения напряжения на цепи коллектор-эмиттер транзистора и входе узла гальванической развязки в емкости конденсатора в цепи обратной связи логического элемента, что приводит к накоплению дефектов.

Целью изобретения является повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что с целью повышения надежности, в него введены коллекторный резистор первого транзистора, дополнительный транзистор с базовым и коллекторным резисторами, точка соединения которых подключена к плюсовому выходу дополнительного диодного моста, коллекторный резистор второго транзистора, второй вывод которого соединен с плюсовым выходом диодного моста, а также второй конденсатор, пороговый элемент, первый вывод которого соединен с общей шиной и эмиттером первого транзистора, а второй вывод через последовательно соединенные входной элемент дополнительного узла гальванической развязки на оптроне и входные элементы первого и второго узлов гальванической развязки на оптронах - со вторым выводом коллекторного резистора первого транзистора и вторым выводом первого резистора, второй вход развязывающей цепи соединен с общей точкой дополнительного узла гальванической развязки на оптроне и порогового элемента, выходной элемент дополнительного узла гальванической развязки на оптроне является выходом устройства, а выходной элемент первого узла гальванической развязки на оптроне подключен к цепи база-эмиттер дополнительного транзистора, эмиттер которого соединен с минусовым выходом дополнительного диодного моста и катодом диода, анод которого соединен с катодом второго диода преобразователя полярности, второй вывод конденсатора преобразователя полярности соединен с коллектором дополнительного транзистора, первый вывод первого конденсатора соединен с анодом диода, второй вывод первого конденсатора соединен с коллектором второго транзистора, минусовые выходы диодных мостов и их диагонали переменного тока объединены, а выход цепи запуска соединен с первым выводом второго конденсатора и через второй резистор - с анодом первого диода преобразователя полярности, второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной.

На чертеже представлена принципиальная схема логического элемента.

Логический элемент содержит диодный мост 1, соединенный диагональю переменного тока с первым 2 и вторым 3 информационными входами, первый конденсатор 4, первый узел 5 гальванической развязки на оптроне, диод 6, преобразователь полярности 7, выполненный на основе последовательно-соединенных первом 8 и втором 9 диодах, точка соединения которых подключена к первому выводу конденсатора 10, причем первый вывод конденсатора 4 подсоединен одним концом к аноду диода 6, задающий генератор 11, соединенный через первый резистор 12 развязывающей цепи 13 с базовой первого транзистора 14, которая через второй резистор 15 развязывающей цепи 13 соединена со вторым входом развязывающей цепи 13, второй транзистор 16, база которого через базовый резистор 17, соединена с его эмиттером и минусовым входом диодного моста 1, а через выходной элемент второго узла гальванической развязки 18 с плюсовым выходом диодного моста, цепь запуска 19, вход которой является входом 20 запуска устройства, а выход соединен с первым выводом второго конденсатора 21 и первым выводом первого резистора 22 причем второй вывод конденсатора 21 соединен с общей шиной 23 первого 2 и второго 3 информационных входов, коллекторный резистор 24 первого транзистора 14, дополнительный транзистор 25 с базовым 26 и коллекторным 27 резисторами, точка соединения которых подключена к плюсовому выходу дополнительного диодного моста 28, коллекторный резистор 29 второго транзистора 16, второй вывод которого соединен с плюсовым выходом первого диодного моста 1, а также пороговый элемент 30, соединенный одним концом с общей шиной 23 и эмиттером первого транзистора 14, а вторым выводом через последовательно соединенные входной элемент дополнительного узла 31 гальванической развязки на оптроне и входные элементы первого 5 и второго 18 узлов гальванической развязки на оптронах со вторым выводом коллекторного резистора 24 первого транзистора 14 и вторым выводом первого резистора 22, а второй вход развязывающей цепи 13 соединен с общей точкой дополнительного узла гальванической развязки на оптроне 31 и порогового элемента 30, причем выходной элемент дополнительного узла 31 гальванической развязки являются выходом устройства, а выходной элемент 5 узла гальванической развязки на оптроне подключен к цепи база-эмиттер дополнительного транзистора 25, эмиттер которого соединен с минусовым выходом дополнительного диодного моста 28 и катодом диода 6, анод которого соединен с катодом второго диода 9 преобразователя полярности 7, причем второй вывод конденсатора 10 преобразователя полярности 7 соединен с коллектором дополнительного транзистора 25, а второй вывод первого конденсатора 4 соединен с коллектором второго транзистора 16, при этом минусовые выходы и их диагонали переменного тока 1 и 28 объединены, кроме того выход цепи запуска 19 соединен через второй резистор 32 с анодом первого диода 8 преобразователя полярности 7.

Устройство работает следующим образом.

Вводные информационные сигналы поступают синхронно и противофазно на информационные входы 2 и 3 относительно общей шины 23 источника (питание на схеме не показано). При их противофазной работе на диагоналях переменного тока диодных мостов 1 и 28 присутствуют сигналы, обеспечивающие на диагоналях постоянного тока этих же мостов постоянное напряжение, для обеспечения питания соответствующих каскадов усиления, выполненных на втором 16 и дополнительном 25 транзисторах с соответствующими коллекторными резисторами 29 и 27. Управление каскадами осуществляется через первый и второй узлы гальванической развязки на оптронах 5 и 18. Второй узел гальванической развязки на оптроне 18 обеспечивает открытие второго 16 транзистора (закрытие обеспечивает резистор 17), а первый узел гальванической развязки на оптроне 5 обеспечивает открытие и выключение дополнительного транзистора 25 (открытие обеспечивает базовый резистор 26).

Рассмотрим работу схемы с момента подачи сигнала через вход 20 запуска устройства на цепь запуска 19, при этом на ее выход и соответственно на емкости второго конденсатора 21 появляется отрицательный потенциал, который через первый резистор 22 поступает на цепь питания первого транзисторного каскада 14 с коллекторным резистором 24 и вторым резистором 15 развязывающей цепи 13, который выполнен по схеме с общим эмиттером, как насыщенный ключ, запирание которого обеспечивается динамическим положительным сигналом задающего генератора 11 через первый резистор 12 развязывающей цепи 13. Общая точка второго 22 резистора и коллекторного резистора 24 первого транзистора 14 является одновременно цепью питания входных цепей первого 5, второго 18 и дополнительного 31 узлов гальванической развязки на оптронах и порогового элемента 30, при этом если в этой точке отрицательное напряжение больше чем порог порогового элемента 30 и суммированных с ним прямых напряжений на входы второго 18, первого 1 и дополнительного 31 узлов гальванической развязки на оптронах, то через эту цепь протекает ток обеспечивающий соответственно открытие второго транзистора 16, закрытие дополнительного транзистора 25 и сигнала на выходе узла гальванической развязки на оптроне, условием этого является закрытие первого транзистора 14, если последний открывается, то делитель на первом резисторе 22 и коллекторном резисторе 24 первого транзистора 14 обеспечивает в точке соединения этих резисторов уровень отрицательного напряжения меньше требуемого порога порогового элемента 30 и соответственно закрытие выходных цепей второго 18, первого 5 и дополнительного 31 узлов гальванической развязки на оптронах. Таким образом, переменное положение сигнала от задающего генератора 11 при наличии отрицательного заряда на емкости второго конденсатора 21 обеспечивается периодическое закрытие второго 16 и дополнительного 25 транзисторов, а также динамический выходной сигнал на выходе дополнительного узла 31 гальванической развязки на оптроне. Такой режим работы первого 16 и дополнительного 25 транзисторов обеспечивает их противофазную работу и заряд первого конденсатора 4 через диод 6 и коллекторный резистор 29 второго транзистора 16 до напряжения на выходе диагонали постоянного тока диодного моста 1, конденсатор же 10 преобразователя полярности 7 заряжается через коллекторный резистор 27 дополнительного транзистора 25 одним полюсом потенциала постоянного тока на выходе дополнительного диодного моста 28, а через второй диод 9 преобразователя полярности 7 до отрицательного потенциала накопленного на первом конденсаторе 4. Таким образом, конденсатор 10 преобразователя полярности 7 при противофазной работе второго 16 и дополнительного 25 транзисторов обеспечивает умножение напряжения (приблизительно в 1,6 раза), которое через первый диод 8 преобразователя полярности 7 и второй резистор 32 поступает на второй конденсатор 21, в этом случае первоначальная подача через цепь запуска 19 отрицательного потенциала обеспечивает прохождение динамического сигнала от задающего генератора 11 через транзисторные каскады второго 16 и дополнительного 25 транзисторов и преобразователя полярности 7 для цепи подпитки второго конденсатора 21 после снятия отрицательного запускающего сигнала, это обеспечивает нормальный режим работы схемы.

В случае наличия расхождения противофазного сигнала на первом 2 и втором 3 информационных входах, на выходах диодных мостов 1 и 28 на величину этого рассогласования пропадает напряжение питания каскадов второго 16 и дополнительного 25 транзисторов, которое соответственно не обеспечивает заряд конденсатора 10 преобразователя полярности 7 и первого конденсатора 4 подзаряд второго конденсатора 21, которое через первый резистор 22 и коллекторный резистор 24 первого транзистора 14 разряжается тем самым блокируя все устройство в выключенном состоянии до прихода нового сигнала запуска.

Ложная генерация первого 16 и дополнительного 25 транзисторов или генерация в первом 2 и втором 3 информационных входах не обеспечивает оптимальных режимов заряда конденсатора 10 преобразователя полярности 7 первого конденсатора 4 и соответственно уровень на втором конденсаторе 21 недостаточен для нормальной работы устройства т. е. меньше пороговых свойств задаваемых последовательной цепью первого 5, второго 18 и дополнительного узлов гальванической развязки на оптроне тем самым исключается ложный выходной сигнал при этих дефектах.

Отказы порогового элемента 30 приводят либо к постоянному открытию первого 5 и второго 18 узлов гальванической развязки на оптронах, либо к их постоянному закрытию, что исключает динамическую работу второго 16 и дополнительного 25 транзисторов, подзарядку второго конденсатора 21 и фиксируется как отказ устройства. К аналогичному результату приводят дефекты аналогичных элементов схемы, поскольку при этом либо не обеспечивается динамический режим работы элементной схемы, либо не обеспечивается оптимальный режим заряда первого конденсатора 4 и конденсатора 10 преобразователя полярности 7 и соответствующий уровень на второй конденсатор 21 все перечисленные дефекты приводят к отсутствию динамического выходного сигнала на выходе дополнительного узла 31 гальванической развязки на оптроне (выход устройства). Таким образом динамический выходной сигнал на этом выходе возможен только при синхронных противофазных сигналах на первом 2 и втором 3 информационных входах и исправности всех элементов схемы, что обеспечивает выполнение требования высокой надежности работы устройства и возможность применения его в отечественных системах обеспечения безопасности движения поездов на железнодорожном транспорте. (56) 1. Заявка Японии N 57-224, кл. Н 03 К 9/14, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР N 1236605, кл. Н 03 К 19/14, 1984.

Формула изобретения

ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий диодный мост, который диагональю переменного тока соединен с первым и вторым информационными входами, первый конденсатор, первый узел гальванической развязки на оптроне, диод, преобразователь полярности, выполненный на последовательно соединенных первом и втором диодах, точка соединения которых подключена к первому выводу конденсатора, задающий генератор, выход которого соединен с первым входом развязывающей цепи, выход которого подключен к базе первого транзистора, выход развязывающей цепи соединен со своими первым и вторым входами соответственно через первый и второй резисторы развязывающей цепи, второй транзистор, база которого через базовый резистор соединена с его эмиттером и минусовым выходом диодного моста, а через выходной элемент второго узла гальванической развязки - с плюсовым выходом диодного моста, цепь запуска, вход которой является входом запуска устройства, а выход соединен с первым выводом первого резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введены второй конденсатор, коллекторный резистор первого транзистора, дополнительный транзистор с базовым и коллекторными резисторами, точка соединения которых подключена к плюсовому выходу дополнительного диодного моста, коллекторный резистор второго транзистора, второй вывод которого соединен с плюсовым выходом диодного моста, а также пороговый элемент, первый вывод которого соединен с общей шиной и эмиттером первого транзистора, а второй вывод через последовательно соединенные входной элемент дополнительного узла гальванической развязки на оптроне и входные элементы первого и второго узлов гальванической развязки на оптронах - с вторым выводом коллекторного резистора первого транзистора и вторым выводом первого резистора, второй вход развязывающей цепи соединен с общей точкой дополнительного узла гальванической развязки на оптроне и порогового элемента, выходной элемент дополнительного узла гальванической развязки на оптроне является выходом устройства, а выходной элемент первого узла гальванической развязки на оптроне подключен к цепи база-эмиттер дополнительного транзистора, эмиттер которого соединен с минусовым выходом дополнительного диодного моста и катодом диода, анод которого соединен с катодом второго диода преобразователя полярности, второй вывод конденсатора преобразователя полярности соединен с коллектором дополнительного транзистора, первый вывод первого конденсатора соединен с анодом диода, второй вывод первого конденсатора соединен с коллектором второго транзистора, минусовые выходы диодных мостов и их диагонали переменного тока объединены, а выход цепи запуска соединен с первым выводом второго конденсатора и через второй резистор - с анодом первого диода преобразователя полярности, второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1