KEEN SIDE успешно заменяет аналогичные продукты таких известных брендов, как Phoenix Contact, Weidmueller, Degson, Winstar, Hsuan Mao, KLS, G-NOR, Mean Well и др.

Аналого-цифровые частотные реле

Texas Instruments CD4011B

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июль 2018

Михаил Шустов, г. Томск

Описывается принцип действия и приводятся схемы аналого-цифровых частотных реле, переключение которых происходит при превышении частотой входного сигнала некоторого заданного значения

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Аналого-цифровые частотные реле, рассматриваемые в статье, предназначены для реагирования исполнительного или индицирующего устройства на превышение контролируемой частотой заданного граничного значения. Неоспоримым преимуществом таких реле является то, что их можно легко настроить на работу в диапазоне частот от единиц Гц до сотен кГц.

Одноканальное аналого-цифровое частотное реле на fГР ≈ 10 кГц.
Рисунок 1. Одноканальное аналого-цифровое частотное реле на fГР ≈ 10 кГц.

Работа аналого-цифровых частотных реле основана на зарядно-разрядных процессах в RC-цепочках [1, 2]. На Рисунке 1 представлен один из вариантов такого реле. Входной сигнал КМОП-уровня скважностью 2 поступает на вход логического элемента DD1.1 CD4011 (К561ЛА7). К выходу этого элемента подключена RC-цепочка, определяющая граничную частоту срабатывания реле. Для указанных на схеме номиналов элементов fГР ≈ 10 кГц. Эту частоту можно определить по формуле

Конденсатор заряжается по экспоненциальному закону во время присутствия логической единицы на выходе элемента DD1.1 и практически мгновенно разряжается через диод VD1 в момент переключения логического элемента (см. диаграмму, Рисунок 2).

Диаграммы сигналов в контрольных точках устройства.
Рисунок 2. Диаграммы сигналов в контрольных точках устройства.

Второй логический элемент DD1.2 выполняет роль компаратора и, одновременно, элемента «И-НЕ», формируя на своем выходе сигнал логического уровня, длительность которого увеличивается с ростом частоты входного сигнала. Этот сигнал, а также ток через резистор R3 заряжает конденсатор C3 второй RC-цепочки (R2C3) при наличии высокого логического уровня на выходе DD1.2 и мгновенно сбрасывает заряд конденсатора через диод VD2 при переключении логического элемента.

В итоге в области входных частот f < fГР напряжение на конденсаторе C3 не превышает напряжения пробоя стабилитрона VD3, который предназначен для снижения вероятности ложного срабатывания выходного ключевого каскада. При дальнейшем повышении частоты (см. Рисунок 2), когда частота входных импульсов достигнет или превысит значения fГР, на выходе логического элемента DD1.2 будет постоянно присутствовать значение логической единицы, а напряжение на конденсаторе C3 достигнет максимального значения. На вход ключевого каскада на транзисторе VT1 поступит управляющий сигнал, включающий нагрузку (реле, светодиод т.п.). Переходная область частоты переключения для fГР = 10 кГц укладывается в полосу шириной менее 100 Гц.

На Рисунке 3 приведена схема трехканального аналого-цифрового частотного реле с использованием ранее незадействованных логических элементов КМОП-микросхемы CD4011 (К561ЛА7). Блоки Pf1–Pf3 выполнены по идентичной схеме (см. Рисунок 1). Граничная частота срабатывания первого канала (10 кГц) осталась без изменения, поскольку суммарное сопротивление параллельно включенных резистора R1 и потенциометров R2, R3 осталось неизменным (7.5 кОм). Частоты срабатывания остальных каналов можно плавно регулировать в сторону повышения потенциометрами R2 и R3.

К числу не столь существенных недостатков реле можно отнести их срабатывание в случае, если частота входного сигнала становится ниже 0.01fГР. Эта частота определяется постоянной времени цепочки R2C3, Рисунок 1.

Трехканальное аналого-цифровое частотное реле.
Рисунок 3. Трехканальное аналого-цифровое частотное реле.

Количество каналов реле может быть существенно расширено при использовании решения, показанного на Рисунке 3. Как уже говорилось ранее, частотные границы работы реле могут быть откорректированы в ту или другую стороны путем пропорциональной коррекции номиналов RC-цепочек.

Литература

  1. Шелестов И.П. Радиолюбителям полезные схемы. Вып. 4. – М.: Солон-Р, 2001. – С. 195–197.
  2. Шустов М.А. Цифровые частотные фильтры // Радиолюбитель. – 2018. – № 3. – С. 22–23.

Материалы по теме

На английском языке: Analog-to-digital frequency-dependent relays

9 предложений от 9 поставщиков
Логические элементы CMOS Quad 2-Input NAND Gate
AliExpress
Весь мир
CD4011BM96 SOIC-14 CD4011BM Логические ворота Quad 2-In. КМОП CD4011B КМОП Quad 2-вход NAND gate новый оригинальный
54 ₽
T-electron
Россия и страны СНГ
CD4011B=HEF4011BP PDIP14
876 ₽
Acme Chip
Весь мир
CD4011B
Texas Instruments
по запросу
Кремний
Россия и страны СНГ
CD4011B
по запросу
Электронные компоненты. Бесплатная доставка по России
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Чевой-то я не понял, как на схеме рис.3 происходит регулировка частоты подстроечниками... Используются "аналоговые" эффекты логических элементов, что ли? Я бы такие "реле" не советовал...
  • Да нет - обратных связей нет. Логические элементы используются по прямому назначению.