مرحلات الوقت الإلكترونية

تم تطوير الساعات الإلكترونية لتحل محلها مرحل زمني مع تأخير كهرومغناطيسي وميكانيكي… تم إنتاج مرحلات الوقت الإلكترونية الأولى بناءً على دوائر الترانزستور. بعد ذلك ، بدأ استخدام الدوائر المتكاملة في المرحلات الإلكترونية ، وبعد ذلك كان هناك انتقال إلى المتحكمات الدقيقة.

بشكل عام ، أي مرحل إلكتروني هو جهاز يتم التحكم فيه بواسطة جهد إدخال (إمداد) وتبديل جهات اتصال الخرج مع تأخير زمني محدد.

تعتمد كتلة التزامن لمعظم مرحلات الوقت الإلكترونية على دارات RC (الشكل 1 ، أ). يتم وصف التغير في الجهد عبر مكثف دائرة RC المتصلة بمصدر جهد التيار المستمر من خلال دالة أسية للوقت. يسمح ذلك ، من خلال مراقبة جهد المكثف ، بتشكيل فترات زمنية محددة ، على سبيل المثال ، من لحظة توصيل دائرة RC بالمصدر حتى يصل جهد المكثف إلى المستوى المحدد. تُستخدم أيضًا وظيفة أسية لتفريغ المكثف المشحون مسبقًا لدائرة RC المتوازية.يتم استخدام هذه الدوائر في مرحلات الوقت التي يجب أن تقوم بتبديل جهات الاتصال الخاصة بها بعد فقدان جهد الإمداد.

أرز. 1. متغيرات نظم التوقيت المستخدمة في مرحلات الوقت الإلكترونية

في بعض مرحلات الوقت ، يتم استخدام شحنة مكثف دائرة RC بتيار ثابت (الشكل 1 ، ب ، ج). في هذه الحالة ، يتغير الجهد في المكثف خطيًا بمرور الوقت ، مما يجعل من الممكن الحصول على مزيد من الدقة في تكوين التأخيرات الزمنية. يتم تنفيذ دور مصدر تيار مستقر في مثل هذه المرحلات بواسطة دائرة إلكترونية. ومع ذلك ، فإن مرحلات الوقت مع مصدر تيار مستقر يكون من الصعب تنفيذها وبالتالي لا يتم استخدامها على نطاق واسع.

لا يتجاوز وقت الشحن (التفريغ) لدائرة RC في الدوائر الحقيقية بضع ثوانٍ. هذا يرجع إلى عدة ظروف. أولاً ، يجب أن تكون مقاومة مقاوم التوقيت في دائرة RC محدودة (في غضون بضعة ميغا أوم) حتى لا تتأثر شحنة المكثف بتيارات التسرب عبر مادة العزل للوحة الدائرة المطبوعة وتيارات الإدخال في الدائرة التي تتحكم في الجهد في المكثف.

ثانيًا ، في دائرة RC ، من الضروري استخدام المكثفات مع الحد الأدنى من امتزاز الشحن. خلاف ذلك ، فإن خاصية المكثف لاستعادة الجهد على الألواح بعد تفريغه على المدى القصير ستؤدي إلى التوزيع في الوقت الذي يكون فيه المرحل جاهزًا للعمل مرة أخرى. لسوء الحظ ، فإن المكثفات المصنعة ذات الحد الأدنى من امتصاص الشحنات لها سعة منخفضة نسبيًا (من أجل بضعة ميكروفاراد).

يمكن تنفيذ المرحلات ذات فترات التأخير القصيرة بناءً على دورة شحن واحدة (تفريغ) لدائرة RC.إذا كان من الضروري توفير تأخيرات طويلة ، يتم إجراء المرحلات على أساس دوائر شحن وتفريغ متعددة لدائرة RC. في مرحلات التوقيت متعددة الدورات ، يتم تضمين دائرة RC في دائرة تتأرجح ذاتيًا توفر دوريًا شحنة وتفريغ مكثفها... على سبيل المثال ، يمكن تنفيذ دائرة تتأرجح ذاتيًا تعتمد على دائرة RC على بوابات منطقية كما هو موضح في الشكل. 1 سنة

يحدث شحن وتفريغ المكثف C من خلال المقاوم R2 نظرًا لاختلاف مستويات الجهد عند الإدخال والإخراج لعنصر المنطق العكسي DD2. يتم تبديل حالة العنصر المنطقي DD2 بواسطة نفس العنصر المنطقي DD1 ، ولكن يتم استخدامه كجسم عتبة الجهد (يتم إدراك الظرف أن العناصر المنطقية لـ IC تنتقل إلى حالة المنطق صفر والعكس بالعكس ، عند اختلاف مستويات جهد الدخل). وهكذا ، عندما يتم تشغيله ، يتم تكوين سلسلة من النبضات ذات فترة مستقرة إلى حد ما عند الإخراج DD2. عن طريق حساب نبضات الخرج من بداية دائرة التذبذب الذاتي ، من الممكن الحصول على مرحل إلكتروني بمدى كبير من الوقت التأخير بقيم صغيرة نسبيًا لثابت سلسلة التوقيت.

يتم توفير أعلى دقة من خلال مرحلات الوقت الإلكترونية ذات الدوائر ذاتية التأرجح القائمة على رنانات الكوارتز (انظر الشكل 1 ، هـ).

يتطلب استخدام المكونات الإلكترونية ذات الجهد المنخفض والتيار المنخفض في مرحلات الوقت الإلكترونية استخدام واجهات مع دوائر الإدخال والإخراج الخارجية فيها.

يتم عرض المخططات الهيكلية للمرحلات الزمنية لمرة واحدة ومتعددة الدورات في الشكل. 2 ، أ و ب على التوالي.تشتمل كلتا الدائرتين على كتل متطابقة: محول إدخال ، ووحدة لضبط دارة الوقت في حالتها الأولية ، وجسم تنفيذي (ناتج).

أرز. 2. كتلة الرسوم البيانية للمرحلات الوقت

الغرض من محول الإدخال هو تكوين جهد منخفض بمستوى طبيعي لتشغيل دائرة التزامن ، وكذلك لإنشاء الإمكانات المرجعية اللازمة لتشغيل أعضاء العتبة.

تعتبر عقدة ضبط الدائرة الزمنية في حالتها الأولية ضرورية لإحضار جميع عناصر الترحيل المشاركة في تشكيل التأخير الزمني إلى الوضع الأولي المحدد بدقة. يمكن أن يتم بدء التتابع إما في نهاية الدورة السابقة للترحيل أو في الوقت الذي يتم فيه تنشيط التتابع.

في مرحلات التأخير الفردي ، يتم ضبط الوقت إما عن طريق تغيير ثابت الوقت لدائرة المزامنة أو عن طريق تغيير عتبة المقارنة (عضو العتبة) ، الذي يقارن الجهد في مكثف دائرة التزامن بالإعداد ويعمل على جهاز الإخراج (التنفيذي).

في مرحلات الوقت متعددة الدورات ، يتم توفير التأخير ، كقاعدة عامة ، عن طريق حساب نبضات مولد الساعة في عداد النبض ويتم تصحيحه (للتعويض عن تشتت معلمات العناصر) عن طريق تغيير ثابت الوقت RC -سلاسل مولد الساعة. عندما يتم تطبيق جهد الإمداد ، يبدأ مولد الساعة وتبدأ النبضات في الوصول إلى دخل العداد.

يتم توفير التعرف على الوصول إلى الحالة المطلوبة للعداد من خلال دائرة لفك تشفير حالته بناءً على مفاتيح ميكانيكية تحدد القيمة المحددة.في لحظة التراكم في عداد عدد معين من النبضات ، والذي يتزامن مع إعداد وحدة فك التشفير ، يتم إنشاء إشارة تحكم لوحدة الإخراج التنفيذية.

أرز. 3. مرحل الوقت الإلكتروني VL-54

في السنوات الأخيرة ، تم تنفيذ مرحلات الوقت الإلكترونية القائمة على متحكم دقيق. يتطلب المتحكم الدقيق نبضات على مدار الساعة ذات تردد ثابت بدرجة كافية للعمل. وكقاعدة عامة ، تتشكل هذه النبضات بواسطة مذبذب مدمج يعتمد على رنانات الكوارتز (الشكل 1 ، هـ). عند تلقي إشارة بدء مرحل التوقيت ، يبدأ المتحكم الدقيق في حساب نبضات الساعة. على عكس مرحلات الوقت الإلكترونية المستندة إلى دوائر RC ، فإن التأخيرات الزمنية لمرحلات وقت الكوارتز مستقلة عمليًا عن درجة الحرارة المحيطة والجهد الإمداد بالترحيل.

من المزايا المهمة لترحيل الوقت باستخدام المتحكمات الدقيقة القدرة على برمجتها مباشرة في الجهاز المجمع. لا تتطلب مرحلات الوقت الإلكترونية التي تستخدم متحكمات دقيقة تمت إزالتها من البرامج أي إعداد وتبدأ في العمل بمجرد توصيل الطاقة.

مرحلات الوقت الإلكترونية الداخلية الأكثر شيوعًا: RV-01 ، RV-03 ، RP-18 ، VL-54 ، VL-56 ، RVK-100 ، RP21-M-003

Shumriev V. Ya. مرحلات زمنية لأشباه الموصلات.