ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ,

ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ

Unified system of design documentation.

Graphical symbols for diagrams. Electrochemical, electrothermal and heat sources

ОКСТУ 0002

Дата введения 01.01.92

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по управлению качеством продукции и стандартам

2. Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 26. 10.90 № 2706 стандарт Совета Экономической Взаимопомощи СТ СЭВ 853—89 «Единая система конструкторской документации СЭВ. Обозначения условные графические в электрических схемах. Источники электрохимические, электротермические и тепловые» введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта СССР с 01.01.92

3. СТАНДАРТ СООТВЕТСТВУЕТ стандарту МЭК 617—6—83 в части табл. 1, 3, 4, за исключением пп. 3—5 табл. 1 и п. 4 табл. 3, и стандарту МЭК 617—8—83 в части табл. 2, за исключением п. 2 табл. 2

4. переиздание. Ноябрь 2000 г.

Настоящий стандарт распространяется на схемы изделий всех отраслей промышленности, выполняемые вручную или автоматизированным способом, и устанавливает условные графические обозначения электрохимических, электротермических и тепловых источников и генераторов мощности.

1. Условные графические обозначения электрохимических источников должны соответствовать приведенным в табл. 1.

Таблица 1

2. Условные графические обозначения электротермических источников должны соответствовать приведенным в табл. 2.

Допускается не зачернять или опускать окружности в условных графических обозначениях электротермических источников.

Таблица 2

3. Условные графические обозначения источников тепла должны соответствовать приведенным в табл. 3.

Таблица 3

4. Условные графические обозначения генераторов мощности должны соответствовать приведенным в табл. 4.

Таблица 4

Примечания:

1. Числовые обозначения, указанные в скобках после наименования или под условным графическим обозначением, по Международному идентификатору.

2. Соотношения размеров (на модульной сетке) основных условных графических обозначений приведены в приложении.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Справочное

СООТНОШЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ

ГРАФИЧЕСКИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Генераторы Схемы — Энциклопедия по машиностроению XXL

Сварочные газы — см. Газы сварочные Сварочные генераторные станции ацетиленовые — Планировка 5—398 Сварочные генераторы—Схемы параллельного включения 5 — 290 Технические данные 5 — 280 Эксплоатация 5 — 290  [c.252]

В зависимости от системы сварочных генераторов схемы параллельного их включения могут быть различны. Но при использовании генераторов на параллельную работу и генераторов различных марок и систем необходимо соблюдать определенные условия, без которых нельзя создать нормальной работы генераторов в параллельном режиме.  [c.85]

Промышленность выпускает сварочные преобразователи с генераторами, схема которых соответствует первому типу. Это —ПСО-120 ПСО-300 ПСО-500, где числа обозначают максимальный ток. Сварочные преобразователи с генераторами, схема которых соответствует второму типу, имеют обозначения ПСО-300, АСБ-300-2 ПС-500 и т. д.  [c.607]

Устройства индукционного нагрева, обеспечивающие проведение технологического процесса, являются частью всей индукционной установки, в которую входят также источник питания (трансформатор промышленной частоты, машинный или тиристорный преобразователь средней частоты или ламповый генератор), схема питания и согласования (токопроводы, конденсаторы, согласующие трансформаторы, регуляторы), система контроля и управления.  [c.7]

При большом количестве Эксплуатируемых аккумуляторных батарей для их заряда целесообразно использовать электродвигатели-генераторы. Схема включения одной аккумуляторной батареи для заряда показана на рис. 9.  [c.36]

Для получения большого сварочного тока при отсутствии мощных источников питания можно использовать генераторы малой мощности, включив их на параллельную работу. При параллельной работе генераторы соединяют одноименными полюсами (плюс-плюс минус — минус). В зависимости от системы сварочных генераторов схемы параллельного включения могут быть различными. Но во всех случаях для обеспечения нормальной параллельной работы необходимо соблюдать ряд общих условий  [c.54]

Частота генератора схемы задания частоты взята равной 40 кГц, что позволяет подавать на схему преобразования частоты в пределах от 40 кГц до 800 Гц (с дискретностью 800 Гц). Указанный диапазон частоты позволяет отрабатывать команду за время от 0,05 до 500 с (без учета числа повторений). Минимальное время отработки команды ограничивается только скоростью считывания информации с перфоленты, так как при минимальном значении Дтр, подаваемом на вход I схемы преобразования, время отработки команды составляет 0,01 с.  [c.95]

Ему также принадлежит заслуга создания автоматического регулятора длины дуги и первого сварочного генератора. Схема сварки по способу Славянова приведена на фиг. 1.  [c.6]

Панель управления ПУ-ЗД в отличие от ПУ-ЗГ имеет четырехполюсный рубильник переключения генераторов, схема предусматривает возможность раздельной работы генераторов управления при высокой скорости вентиляторов. У панелей ПУ-ЗД и ПУ-ЗК отсутствуют перемычки с клеммами Г — Б и 5 — О, так как в настоящее время все электрифицированные участки  [c.231]

Твердые и хрупкие материалы в последнее время стали обрабатывать ультразвуковым методом, который в настоящее время применяется преимущественно для получения отверстий и разрезки. Ультразвуковая установка для обработки твердых и хрупких материалов состоит из рабочей головки и ультразвукового генератора. Схема ультразвуковой головки показана на фиг. 221.  [c.327]

Пример. Значения э в и 2в для эквивалентного генератора схемы (рис. 22. 12)  [c.614]

Две параллельно включенные мостовые схемы выпрямления при X. X. генератора (схема рис. 1, диаграммы рис. 35). Существенным для работы таких схем выпрямления является длительность отпирающего импульса, с которой связана возможность повторной коммутации между форсировочным и рабочим вентилем одной фазы. При построении диаграмм рис. 35 учитывалась коммутация.  [c.79]

Генераторы включаются в сеть по двум схемам на сборные шины генераторного напряжения и на сборные шины высокого напряжения (блочная схема). В соответствии с этим статизм регулирования устанавливается из условия поддержания напряжения на выводах генератора (схема стабилизации) или на шинах повышенного напряжения за блочным трансформатором (схема компенсации) [Л. 21].  [c.167]

Основные механизмы экскаватора приводятся во вращение двигателями постоянного тока, которые получают питание от индивидуальных управляемых генераторов. Схемы управления главными приводами в основном сходны между собой они имеют главную цепь, узлы управления возбуждением генераторов и двигателей и элементы схем управления магнитного усилителя.  [c.206]

Регулирование токов короткого замыкания в главных цепях механизмов целесообразно производить при помощи сопротивлений, которые включены в цепь обмоток независимого возбуждения генераторов. Схема соединений сопротивлений приведена на рис. 160.  [c.253]

Однако далеко не всегда допустимо отбрасывать все малые параметры, так как среди них могут оказаться параметры, существенные для процессов в рассматриваемой колебательной системе. Например, при рассмотрении генератора, схема которого приведена на рис. 504, нельзя пренебречь малой паразитной, так называемой проходной емкостью лампы С , так как только через нее осуществляется обратная связь анодного колебательного контура с сеточным, необходимая для возбуждения автоколебаний. Поэтому, пренебрегая малой емкостью мы не сможем объяснить даже самовозбуждение схемы.  [c.729]

Принцип лампового генератора. Схема, представленная на рис. 124, — одна из простейших схем лампового генератора. На ней отчетливо выступает принцип действия, обилий для обширного класса  [c.116]

Неудачи прн попытках возбудить еще более короткий вибратор привели к мысли попробовать воспользоваться обмоткой возбуждения излучателя в качестве контурной катушки генератора. Так был построен генератор, схема которого изображена на  [c.56]

Кристаллические генераторы с автоматической стабилизацией сигнала по амплитуде обычно содержат многокаскадные транзисторные усилители с автоматической регулировкой усиления с помощью обратной связи по постоянному току от выходного напряжения генератора. Схемы данного типа должны обеспечивать главным образом компенсацию изменения параметров активной части генератора от времени, температуры и напряжения питания с целью улучшения стабильности частоты н других параметров генератора.  [c.253]

Тип генератора Схема соединений обмотки ротора полюсов обмотки возбуждения минималь- ная максималь- ная не менее мм вод. ст. при температуре продуваемого воздуха выше, °С  [c.75]

Генератор схемы разбора осуществляет разметку текста формализованного описания входного языка. Лексический анализатор выделяет из текста главные лексемы языка описания проблемных входных языков комплексной САПР, такие как ЯЗЫК, РАЗДЕЛ, ПРЕДЛОЖЕНИЕ, УРОВЕНЬ, СИНТАКСИС, СЕМАНТИКА, ДИАГНОСТИКА, КОНЕЦ и осуществляет начальную размет-  [c.123]

Дисковые генераторы. Схема дискового генератора приведена на рис. 15.2, в, варианты конструкции —на ]тис. 15.6. Гибкое колесо, деформируемое генератором, расположено по окружностям дисков на дуге 2у ( шс. 15.2, в), что способствует сохранению формы деформирования в наг )ужснной передаче. Радиусы / дисков и эксцентриситет сподбираюттакими, чтобы угол у Достигал 20—40 при заданном размере деформирования Обычно е/И , 3. ..3,6, где меньшие значения для больших у и малых и.  [c.239]

Перемещение короткозамкнутой катушки Ькз и катушки связр /-СВ2 позволяет в широких пределах регулировать режим работы генератора. Схема обладает меньшей склонностью к срыв колебаний и обеспечивает более высокий к. п. д.  [c.130]

Те же свойства тепловых труб могут быть использованы для конструирования термоэлектрического генератора, схема которого-показана на рис. 1.12. Здесь тепловые трубы концентрируют тепло внешнего источника (например, пламя природного топлцва, распад изотопов, ядерные реакции) на небольшом горячем спае и отводят тепло от небольшого холодного спая к большому радиатору.  [c.30]

Для обеспечения постоянства напряжения вспомогательного генератора применяется специальный регулятор напряжения типа ТРН-1 (рис. 4). Напряжение в пределах 73—77 в достигается введением и выведением сопротивланий, в цепи возбуждения вспомогательно го генератора (схему включения катушек и резисторов регулятора см. на рис. 14). Регулятор напряжения имеет неподвижную 15 и подвижную 10 катушки. Мапкито-про.вод регулятора со-стоит из основания 17, привернутого к нему сер деч ника 14, наконечника 13, чугунного корпуса 9 и цилиндрического стакана 16 с отверстиями для охлаждения неподвижной катушки 15, надетой на сердечник.  [c.14]

Наличие отрицательного участка вольтамперной характеристики германиевых детекторов (участок V—Z на фиг. 183) и сложного механизма электропроводности германиевых триодов позволяют использовать их и в качестве генераторов высокочастотных колебаний. На фиг. 188 показаны две простейшие схемы генераторов. Схема а позволяет получать незатухающие колебания до 1 мггц, схема б дает пилообразное напряжение.  [c.332]

Усилители низкой частоты, видеоусилители, катодные повторители и экономичные генераторы напряжения различ-рой формы на 1—2 лампах Парафазные генераторы, видеоусилители, кварцевые генераторы, схемы сравнения, балансные усилители, дискриминаторы и генераторы напряжения специальной формы на 1—4 лампах  [c. 17]

Дисковый генератор схема-конструкция — рис. 6.12, а, б. Радиус дисков К принимают больше радиуса кривизны гибкого колеса, растянутого двумя силами. При этом гибкое колесо располагается по окружности ролика на некоторой дуге 2у. Радиусы дисков и расстояние между их центрами 2 е подбирают такими, чтобы угол у достигал 20-ь—Ь-40°. Гибкое колесо получает опору по всей зоне зацепления, что способствует сохранению формы деформации под нагрузкой. В этом преимущество перед четырехроликовым генератором. Отсутствие специальных подшипников и кулачка специального профиля упрощает конструкцию по сравнению с кулачковым генератором, что имеет значение главным образом для индивидуального и мелкосерийного производств. Для массового производства кулачковый генератор проще и дешевле. Кроме того, форма деформации по дуге окружности менее благоприятна по сравнению с формой по закону четырех сил (см, рис 6.2). Момент инерции и окружные скорости подшипников у дискового генератора значительно меньше, чем у кулачкового. Это может оказаться решающим при выборе типа генератора для передач, к которым предъявляют требо 5ния малой инерционности. Смещенное положение дисков 186  [c.186]

СЕТОР СМ включает набор языковых средств, состоящий из языка описания данных (ЯОД) для описания схем базы данных языка описания подсхем базы данных (ЯОП) и языка манипулирования данными (ЯМД). Кроме того, система имеет различные сервисные средства для форматирования и разблокирования файлов, загрузки базы данных, ведения журнала системы, восстановления базы данных, сбора и выдачи статистики, а также диалоговый процессор ЯМД, генераторы схемы и подсхемы базы данных.  [c.238]

Источником ультразвуковых колебаний обычно служит магнитострик-ционный нреобразователь с инструментом, который является одновременно трансформатором а.милитуд ультразвуковых колебаний. Длина инструмента обычно соответствует целому числу полуволн ультразвуковой волны (см. кривую 6, фиг. 38, 6). Питание иодводится к преобразователю от специального высокочастотного генератора, схема которого допускает плавную настройку частоты тока. Рабочая частота определяется собственной частотой колебаний сварочной головки, когда наконечник прижат к изделию.  [c.606]

Монтажные схемы автотракторных генераторов различных фирм. Трехщеточные Д. а. различных фирм имеют сходную конструкцию и различаются лишь деталями. На фиг. 21 изображена схема Д. а. производства завода АТЭ (Москва) типа ГБФ с реле типа ЦБ, применяемая на автомобилях Форд А и ГАЗ. Напряжение 6 V, моуцность ок. 75 W. Один из концов обмотки возбуждения присоединен к третьей 1цетке, другой — к корпусу Д. а. Реле смонтировано на корпусе генератора. Схема близко соответствует принципиальной схеме фиг. 19. Правильное положение третьей щетки находится опытом нри работе аккумуляторная батарея должна поддерживаться в заряженном состоянии и баланс заряд — разряд за сутки д. б. сведен без дефицита. Ориентировочно для автомобиля ГАЗ зарядный ток д. б. летом ок. 6 А, зимой ок. 10 А. Разница вызвана изменением соотношения числа часов дневной и ночной езды зимой по сравнению с летом.  [c.369]

Для примера опишем схему, разработанную В. Бовшеверэвым [140] для зарисовки фазовых портретов ламповых генераторов. Схема эта приведена на рис. 599. В емкостную ветвь колебательного контура генератора включено небольшое сопротивление и падение напряжения на нем, пропорционал- нэе силе тока г в емкостной ветки, подается на одну пару отклоняющих пластин трубки осциллографа.  [c.899]

Трансформатор постоянного напряжения ТПН-ЗА. Трансформатор постоянного напряжения (ТПН), также являющийся источником тока, позволяет получить сигнал (рабочий ток), пропорциональный напряжению тягового генератора. Схема включения трансформатора изображена на рис. 85. Управляющая обмотка УУ охватывает оба сердечника и через резистор СТН включена на напряжс ние тягового генератора.  [c.118]

Однако, 1фи изготовлении ультразвуковых аппаратов, тгредназначенных для длительной эксплуатации а производственных условиях используют более сложные схемы генераторов с независимым возбуждением и автоматической подстройкой частоты. Одна из таких схем тгредставлена на рис. 4. 6. (задающий генератор, схемы уттравления и предварительный усилитель) и рис.4.7. (источники питания, усилитель мощности и схемы формирования сигнала обратной связи и защиты генератора).  [c.62]

Структурно генератор трансляторов входных языков состоит та монитора, автоматически управляющего работой всех модулей, генератора схемы разбора, включающего в себя лексический и синтаксический анализаторы, активизатора базы, генератора деревьев разбора метавыражений, блока анализа определений атрибутов, блока анализа корректности семантики, синтезатора управляющего текста на атомарной атрибутной транслирующей грамматике и системы диагностики ошибок.  [c.123]

Последовательная обмотка в большинстве генераторов, выполненных по таким схемам, имеет несколько сетсций, что дает возможность ступенчатого изменения числа витков этой обмотки.  [c.130]

Схема такого генератора с электромагиитныл коммутирующим устройством показана на рис. 75, б. Конденсаторы 67 и С2 заряжаются от источника постоянного тока. Обмотка управления ОУ мощного поляризованного реле РИ питается неносредствеиио от сварочного трансформатора СТ. В цепи обмотки ОУ включены индуктивность L1 и сонротивление R4, позволяющие регулиро-  [c.139]

Рассмотрим схему автоматической систел ы программного управления станков типа токарных или револьверных (рис. 28.10). Иа этой схеме каждглй из электродвигателей W является приводом соответствующего исполнительного механизма станка. Блок программы представляет собой устройство, протягивающее магнитную лепту 5 последовательно мимо двух магнитных головок 3 и 4. Для управления каждым из электродвигателей 10 установлен магнитный пускатель 9 и кнопка /. При нажиме кнопки 1 одновременно включается двигатель 10 и соответствующий генератор 2, генерирующий электрические колебания определенной частоты.  [c.587]

14. Устройства связи — Условные графические обозначения на электрических схемах — Компоненты — Инструкции

В схемах устройств связи используют УГО, символизирующие отдельные функциональные части [16]. Такими частями могут быть и функциональные группы элементов (например, преобразователи частоты, фильтры и т. п.), и устройства (блоки питания, записывающее или воспроизводящее устройство и т. п.). Ниже приводятся УГО, которые используются также в структурных и функциональных схемах других электронных устройств.

 
 Функциональные части изображают в виде квадратов, прямоугольников или треугольников. Для большей наглядности внутри этих общих обозначений помещают различные знаки, придающие частным УГО индивидуальность и мнемоничность.

 
 Большинство символов устройств связи построено на основе квадрата 12×12 мм (рис. 14.1). Рассмотрим, как на его основе строятся УГО различных генераторов электрических колебаний. Отличительный признак этих устройств — латинская буква (7, которая является и буквенным кодом в позиционных обозначениях (см. табл. 1.1). Если нужно указать форму генерируемых колебаний, в квадрат помещают знаки, упрощенно воспроизводящие их осциллограммы (см. разд. 13). На рис. 14.1 генератор синусоидальных колебаний — G2, пилообразных — G3, а прямоугольных — G4.

 Чтобы отличить генераторы звуковой и радиочастоты от устройств, вырабатывающих ток низкой частоты, вместо одного символа синусоиды изображают соответственно два (G5 на рис. 14.1) или три таких символа (G6 на рис. 14.1). Можно указать под обозначением формы колебаний даже значение частоты (G7 на рис. 14.1).

 
 Возможность перестройки генератора по частоте показывают стрелкой, пересекающей либо само УГО (G8 на рис. 14.1; рядом со стрелкой в этом случае указана букву/), либо символ формы колебаний (G9 на рис. 14.1). Генератор, стабилизированный кварцевым резонатором, выделяют на схемах символом пьезоэлектрического элемента (G10 на рис. 14.1), генератор шума (G11 на рис. 14.1) — буквами kT (k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура).

Позиционное обозначение УГО усилителей — буквенный код А. Знак усиления — небольшой равносторонний треугольник, вершина которого указывает направление передачи сигнала (рис. 14.2, А1). Такой же треугольник, но со стороной 12 мм (А2 на рис. 14.2), часто используют в качестве самостоятельного символа усилителей. Знаки, характеризующие вид усилителя или принцип его работы, разрешается указывать только в этом обозначении. Для примера на рис. 14.2 (A3 на рис. 14.2) приведено УГО так называемого магнитного усилителя (цепочка полуокружностей символизирует его обмотки).

 Стандарт предусматривает при необходимости возможность отображения в УГО усилителей числа каскадов, особенностей выходного каскада, способности передачи сигнала в обоих направлениях (такие усилители применяют, например, в переговорных устройствах), возможности регулировки усиления и т. д. Число каскадов указывают соответствующими цифрами. На рис. 14.2 — А4 — трехкаскадный усилитель, А5 — пятикаскадный. Для обозначения двухтактного усилителя используют два знака усиления, помещая их один над другим (см. рис. 14.2, А6). Такими же знаками, но направленными встречно, выделяют на схемах усилители, способные передавать сигнал в обоих направлениях, причем в случае, если усилитель двухпроводный, их располагают на одной линии (А1 на рис. 14.2), а если четырехпроводный — разносят по вертикали (AS на рис. 14.2).

 
 Регулируемые усилители обозначают любым из основных символов, пересекая его знаком регулирования — стрелкой (А9, А10 на рис.14.2). Рядом со стрелкой можно указывать буквенное обозначение регулируемой величины. Например, усилитель с регулируемым выходным напряжением —A11. Если усиление регулируется электронным способом, УГО дополняют еще одним (управляющим) выводом, рядом с которым указывают вид регул и рующего сигнала. На рис.14.2 усилитель с внешним управлением поспит ным током — А12,

 Общее условное графическое обозначение частотных фильтров —  квадрат с перечеркнутым символом синусоиды (буквенный код — Z, см. табл. 1.1). Такое УГО (рис. 14.3, Z1) используют в тех случаях, когда важно показать именно наличие фильтра в цепи сигнала.

 
 Более информативны остальные УГО, изображенные на рис. 14.3 (знаки, используемые при их построении, подробно рассмотрены в разд. 13). Здесь Z2 и Z3 — фильтры соответственно нижних и верхних частот, Z4 и Z5 — соответственно полосовой и режекторный фильтры. От символов фильтров следует отличать УГО подавителя радиочастотных помех Z6, в котором знаки синусоид перечеркнуты косым крестом.

 
 Позиционные обозначения УГО устройств, предназначенных для ограничения сигнала — буквенный код ZL. Работа этих устройств заключается в выделении его части сигнала, лежащего ниже или выше определенного уровня или заключенного между ними. Уровни ограничения указывают отрезками горизонтальных прямых, пересекающих синусоиду — символ сигнала в соответствующих местах. УГО ограничителей больших и малых напряжений, а также двустороннего ограничителя показаны на рис. 14.4 (ZLl, ZL2 и ZL3).

 Устройства, предназначенные для ограничения минимальных и максимальных значений сигнала (или и тех, и других), обозначают иначе. Знак такого ограничения — вертикальная черточка, пересекающая наклонную линию (символ сигнала) с горизонтальными полочками (уровни ограничения) в середине (ограничитель минимума) или на концах (ограничители максимумов). Изображенный на рис. 14.4 символ ZL4 обозначает ограничитель минимальных значений амплитуды, ZL5 — максимальных, ZL6 — и тех, и других. Если же необходимо показать ограничитель только максимальных положительных значений сигнала, знак ограничения изображают на нижнем конце наклонной линии (ZL7 на рис. 14.4), а если только отрицательных — на верхнем (ZL8 на рис. 14.4). Ограничения амплитуды без искажения формы сигнала (например, за счет действия АРУ) показывают знаком синусоиды с горизонтальными черточками, не касающимися ее (ZL9 на рис. 14.4).

 Отличительный признак корректоров — две линии с полочками на концах (рис. 14.5, А1): наклонная символизирует искажение, а вертикальная — коррекцию искажения. Корректируемые параметры указывают общепринятыми буквенными обозначениями физических величин, обозначениями единиц их измерения или специальными знаками. Например, частотный корректор выделяют буквой ƒ(A2 на рис.14.5), фазовый — греческой буквой φ (A3), выравниватель времени задержки — обозначением Δt (A4), затухания — обозначением единицы его измерения dB (A5 на рис.14.5). Например, частотную коррекцию с подъемом АЧХ в области высших частот показывают дужкой четвертой четверти окружности (А6 на рис. 14.5), а со спадом — первой {А7 на рис. 14.5). Символ искажения в двух последних случаях не изображают.

 В условных графических обозначениях устройств для сжатия динамического диапазона (т.е. нелинейного уменьшения разницы больших и малых амплитуд) — компрессоров (рис. 14.5, A8) — используют предельно упрощенный график зависимости амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного: наклонная линия символизирует сужение динамического диапазона. В экспандерах (расширителях динамического диапазона) решается обратная задача, поэтому график в их УГО (А9 на рис. 14.5) имеет противоположный характер.

 На основе квадрата построены УГО и таких функциональных частей устройств связи, как аттенюаторы, линии задержки, фазовращатели и т. п. (буквенный код — А). Отличительный признак аттенюатора — вписанное в квадрат международное обозначение логарифмической единицы — децибела (рис. 14.6, A1), фазовращателя — общепринятое обозначение угла — греческая буква φ (A4). Если необходимо указать на схеме величину вносимого устройством затухания или сдвига фаз, над линией выхода помещают соответствующую надпись (А2, A3, А5).

 Общее условное графическое обозначение линий задержки — квадрат с символом временной задержки, состоящим из отрезка горизонтальной прямой с засечками на концах и общепринятого обозначения временного интервала Δt (A6). В УГО конкретных устройств на месте этих букв можно изображать знаки, характеризующие их конструктивные особенности. Для примера на рис. 14.6 показаны символы электромагнитной линии задержки с распределенными параметрами А1 и двух ультразвуковых: с пьезоэлектрическими A8) и магнитострикционными преобразователями А9. У линий задержки может быть несколько выходов. В частности наличие двух выводов у символа А9 говорит именно об этом. При необходимости время задержки указывают и у символов линий с одним выходом или внутри УГО вместо Δt.

 В технике средств связи широко применяют всевозможные преобразователи электрических величии в электрические (код — буква U, см. табл. 1.1). Общее УГО этой группы устройств — квадрат, разделенный диагональю на две части, со стрелкой на нижней стороне, указывающей направление преобразования (рис. 14.7, U1). В левом треугольнике помещают знаки, характеризующие преобразуемый сигнал, в правом — преобразованный. Таким образом устройство U2 — преобразователь переменного тока в постоянный (выпрямитель!), U3 — постоянного в переменный, U4 — постоянного в постоянный   ток.    Аналогично   расшифровываются общие УГО преобразователя частоты U6 (сигнал частотой ƒ₁ преобразуется им в сигнал частотой ƒ₂, символах умножителей U6 и делителей частоты U7. Частоту выходного сигнала выражают через частоту входного с помощью коэффициентов п и 1/п соответственно (где п — целое число).

 Остальные условные графические обозначения, изображенные на рис. 14.7, символизируют следующие устройства: U8 — формирователь прямоугольных импульсов, U9 — преобразователь однополярных (в данном случае — положительных) импульсов в двухполярные, U10 — инвертор импульсов, U11 — преобразователь переменного тока в сигналы пятизначного бинарного кода, U12 — преобразователь сигналов пятизначного бинарного кода в сигналы семизначного (обозначение прямоугольного импульса в подобных случаях допускается не показывать).

 Модуляторы, демодуляторы (детекторы), частотные дискриминаторы и другие подобные устройства обозначают на схемах символами, показанными на рис. 14.8 (U1, U2). Первый из них используют в качестве общего УГО, второй — в качестве основы для построения УГО конкретных устройств. Вместо букв А и В (над выводами) второго символа помещают знаки, характеризующие соответственно модулирующий и модулированный сигналы (для модуляторов) или модулированный и демодулированный (для демодуляторов), на месте буквы С — обозначение несущей частоты. Дополнительные знаки (например, символы звуковой и радиочастоты) указывают внутри УГО на месте букв а, в, с.

 
 За основу знаков вида модуляции при импульсной передаче принято упрощенное изображение прямоугольного импульса. Амплитудную модуляцию выделяют двунаправленной вертикальной стрелкой (см. рис. 14.8, а), фазовую — такой же горизонтальной (б), частотную — символом синусоиды (в). Двунаправленную стрелку используют также для обозначения временной (г) и широтной (д) модуляции. Признаком импульсно-кодовой модуляции служит знак в виде ячейки прямоугольной сетки (е), рядом с которым при необходимости указывают и сам код (для примера на рис. 14.8, ж показано обозначение пятизначного бинарного кода).

Характеристики автомобильных генераторов, схемы, инструкции. — Главная — Статьи

Рис.8

Выходные характеристики автомобильных генераторов:

1 — токоскоростная характеристика, 2 — КПД по точкам токоскоростной характеристики

Наконец, генераторную установку характеризует диапазон ее выходного напряжения, при изменении в определенных пределах частоты вращения, силы тока нагрузки и температуры. Обычно в проспектах фирм указывается напряжение между силовым выводом «+» и «массой» генераторной установки в контрольной точке или напряжение настройки регулятора при холодном состоянии генераторной установки частоте вращения 6000 мин^-1, нагрузке силой тока 5 А и работе в комплекте с аккумуляторной батареей, а также термокомпенсация — изменение регулируемого напряжения в зависимости от температуры окружающей среды. Термокомпенсация указывается в виде коэффициента, характеризующего изменение напряжения при изменении температуры окружающей среды на ~1°С. Как было показано выше, с ростом температуры напряжение генераторной установки уменьшается. Для легковых автомобилей некоторые фирмы предлагают генераторные установки со следующим напряжением настройки регулятора и термокомпенсацией:

Напряжение настройки,В …………………………… 14,1±0,1    14,5+0,1

Термокомпенсация, мВ/°С …………………………. —7+1,5     —10±2

Электрические схемы генераторных установок:

Рис. 2. Схемы генераторных установок.

1 — генератор;

2 — обмотка статора генератора;

3 — обмотка возбуждения генератора;

4 — силовой выпрямитель;

5 — регулятор напряжения;

6,8 — резисторы в системе контроля работоспособности генератора;

7 — дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения;

9 — лампа контроля работоспособности генератора;

10 — замок зажигания;

11 — конденсатор;

12 — аккумуляторная батарея

От электрической схемы генераторной установки зависит вариант подключения обмотки возбуждения к бортовой сети автомобиля и отклонение уровня напряжения при работе. Соединение генератора с регулятором напряжения и элементами контроля работоспособности генератора выполняются, в основном, по схемам, приведенным на рис.2. Обозначения выводов на схемах 1,2 соответствует принятому фирмой BOSCH, а 3 — NIPPON DENSO. Однако другие фирмы могут применять отличные от этих обозначения.

Схема 1 применяется наиболее широко особенно на автомобилях европейского производства Volvo, Audi, Mercedes, Opel, BMW и др. В зависимости от типа генератора, его мощности, фирмы изготовителя и особенно от времени начала его выпуска, силовой выпрямитель может не содержать дополнительного плеча выпрямителя, соединенного с нулевой точкой обмотки статора, т.е. иметь не 8, а 6 диодов, собираться на силовых стабилитронах как показано на схеме 3.

Подробнее об этом 

Привод генераторов.

Привод генераторов осуществляется от шкива коленчатого вала ременной передачей. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива генератора (отношение диаметров называют передаточным отношением), тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток.

Привод клиновым ремнем не применяется для передаточных отношений больше 1,7-3. Прежде всего это связано с тем, что при малых диаметpax шкивов клиновой ремень усиленно изнашивается.

На современных моделях, как правило, привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра и, следовательно, получать более высокие передаточные отношения, то есть использовать высокооборотные генераторы. Натяжение поликлинового ремня осуществляется, как правило, натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Крепление генераторов.

Генераторы крепятся в передней части двигателя болтами на специальных кронштейнах. Крепежные лапы и натяжная проушина генератора находятся на крышках. Если крепление осуществляется двумя лапами, то они расположены на обеих крышках, если лапа одна — она находится на передней крышке. В отверстии задней лапы (если крепежные лапы — две) обычно имеется дистанционная втулка, устраняющая зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лапы.

Регуляторы напряжения.

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Все регуляторы напряжения имеют измерительные элементы, являющиеся датчиками напряжения, и исполнительные элементы, осуществляющие его регулирование.

В вибрационных регуляторах измерительным и исполнительным элементом является электромагнитное реле. У контактно-транзисторных регуляторов электромагнитное реле находится в измерительной части, а электронные элементы — в исполнительной части. Эти два типа регуляторов в настоящее время полностью вытеснены электронными.

Полупроводниковые бесконтактные электронные регуляторы, как правило, встроены в генератор и объединены со щеточным узлом. Они изменяют ток возбуждения путем изменения времени включения обмотки ротора в питающую сеть. Эти регуляторы не подвержены разрегулировке и не требуют никакого обслуживания, кроме контроля надежности контактов.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации — изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С. Некоторые модели выносных регуляторов (2702.3702, РР-132А, 1902.3702 и 131.3702) имеют ступенчатые ручные переключатели уровня напряжения (зима/лето).

Подробнее об этом Принцип действия регулятора напряжения.

В настоящее время все генераторные установки оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки — тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить — увеличивается.

Принцип работы электронного регулятора удобно продемонстрировать на достаточно простой схеме регулятора типа ЕЕ 14V3 фирмы Bosch, представленной на рис. 9:

Рис.9

Схема регулятора напряжения EE14V3 фирмы BOSCH:

1 — генератор, 2 — регулятор напряжения, SA — замок зажигания, HL — контрольная лампа на панели приборов.

Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжениях, ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины, стабилитрон «пробивается» и по нему начинает протекать ток. Таким образом, стабилитрон в регуляторе является эталоном напряжения, с которым сравнивается напряжение генератора. Кроме того, известно, что транзисторы пропускают ток между коллектором и эмиттером, т.е. открыты, если в цепи «база — эмиттер» ток протекает, и не пропускают этого тока, т.е. закрыты, если базовый ток прерывается.Напряжение к стабилитрону VD2 подводится от вывода генератора «D+» через делитель напряжения на резисторах R1(R3 и диод VD1, осуществляющий температурную компенсацию. Пока напряжение генератора невелико и напряжение на стабилитроне ниже его напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 ток не протекает, транзистор VT1 также закрыт. В этом случае ток через резистор R6 от вывода «D+» поступает в базовую цепь транзистора VT2, который открывается, через его переход эмиттер — коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, который также открывается. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается, подключена к цепи питания через переход эмиттер — коллектор VT3.

Соединение транзисторов VT2 и VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а питание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, называется схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом усиления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния. Если напряжение генератора возросло, например, из-за увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD2, при достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации, стабилитрон VD2 «пробивается», ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается и своим переходом эмиттер — коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VT3 на «массу».  Составной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются стабилитрон VT2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2,VT3, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и процесс повторяется. Таким образом регулирование напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения в цепь питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется так, как показано на рис.10. Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается. В схеме регулятора (см. рис.9) имеются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD3 при закрытии составного транзистора VT2,VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за обрыва цепи обмотки возбуждения со значительной индуктивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD3 носит название гасящего. Сопротивление R7 является сопротивлением жесткой обратной связи.

Рис.10. Изменение силы тока в обмотке возбуждения J_B по времени t при работе регулятора напряжения: t_вкл, t_выкл — соответственно время включения и выключения обмотки возбуждения регулятора напряжения; n₁ n₂ — частоты вращения ротора генератора, причем n₂ больше n₁; J_B1 и J_B2 — средние значения силы тока в обмотке возбуждения

При открытии составного транзистора VT2, VT3 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R3 делителя напряжения, при этом напряжение на стабилитроне VT2 резко уменьшается, это ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения, что благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной установки. Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе. Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочастотных помех на работу регулятора, либо, ускоряют переключение транзисторов. В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разряжается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разрядного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая его нагрев и потери энергии в нем.

Из рис.9 хорошо видна роль лампы HL контроля работоспособного состояния генераторной установки (лампа контроля заряда на панели приборов автомобиля). При неработающем двигателе автомобиля замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA через эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва. После запуска двигателя, на выводах генератора «D+» и «В+» появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генератор при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генератора или обрыве приводного ремня. Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора в случае обрыва цепи обмотки возбуждения при работающем двигателе автомобиля лампа HL загорается. В настоящее время все больше фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя обмотки возбуждения. В этом случае в регулятор заводится вывод фазы генератора. При неработающем двигателе автомобиля, напряжение на выводе фазы генератора отсутствует, и регулятор напряжения в этом случае переходит в режим, препятствующий разряду аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения. Например, при включении выключателя зажигания схема регулятора переводит его выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера. После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы. Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.

Рис.11. Температурная зависимость напряжения, поддерживаемого регулятором EE14V3 фирмы Bosch при частоте вращения 6000 мин^-1 и силе тока нагрузки 5А.

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с понижением температуры электролита, напряжение, подводимое к батарее от генераторной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры — уменьшалось. Для автоматизации процесса изменения уровня поддерживаемого напряжения применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включенный в схему регулятора напряжения. Но это удел только продвинутых автомобилей. В простейшем же случае термокомпенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от температуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генераторной установки изменяется в заданных пределах. На рис.11 показана температурная зависимость напряжения, поддерживаемая регулятором EE14V3 фирмы Bosch в одном из рабочих режимов. На графике указано также поле допуска на величину этого напряжения. Падающий характер зависимости обеспечивает хороший заряд аккумуляторной батареи при отрицательной температуре и предотвращение усиленного выкипания ее электролита при высокой температуре. По этой же причине на автомобилях, предназначенных специально для эксплуатации в тропиках, устанавливают регуляторы напряжения с заведомо более низким напряжением настройки, чем для умеренного и холодного климатов.

Работа генераторной установки на разных режимах:

При пуске двигателя основным потребителем электроэнергии является стартер, сила тока достигает сотен ампер, что вызывает значительное падение напряжения на выводах аккумулятора. В этом режиме потребители электроэнергии питаются только от аккумулятора, который интенсивно разряжается. Сразу после пуска двигателя генератор становится основным источником электроснабжения. Он обеспечивает требуемый ток для заряда аккумулятора и работы электроприборов. После подзарядки аккумулятора разность его напряжения и генератора становится небольшой, что приводит к снижению зарядного тока. Источником электропитания по-прежнему является генератор, а аккумулятор сглаживает пульсации напряжения генератора.

При включении мощных потребителей электроэнергии (например, обогревателя заднего стекла, фар, вентилятора отопителя и т.п.) и небольшой частоте вращения ротора (малые обороты двигателя) суммарный потребляемый ток может быть больше, чем способен отдать генератор. В этом случае нагрузка ляжет на аккумулятор, и он начнет разряжаться, что можно контролировать по показаниям дополнительного индикатора напряжения или вольтметра.

Замена генератора отечественным аналогом. Рекомендации.

Замена одного типа генератора на автомобиле другим всегда возможна, если соблюдаются четыре условия:

• генераторы имеют одинаковые токоскоростные характеристики или по энергетическим показателям характеристики заменяющего генератора не хуже, чем узаменяемого;
• передаточное число от двигателя к генератору одинаково;
• габаритные и присоединительные размеры заменяющего генератора позволяют установить его на двигатель. Следует иметь в виду, что большинство генераторов зарубежных легковых автомобилей имеют однолапное крепление, в то время как отечественные генераторы крепятся на двигателе за две лапы, поэтому замена зарубежного генератора отечественным, скорее всего, потребует замены кронштейна крепления генератора на двигателе;
• схемы заменяемой и заменяющей генераторной установки идентичны.

Подробнее об этом 

Общие рекомендации.

При установке аккумуляторной батареи на автомобиль убедитесь в правильной полярности подключения. Ошибка приведет к немедленному выходу из строя выпрямителя генератора, может возникнуть пожар. Такие же последствия возможны при запуске двигателя от внешнего источника тока (прикуривании) при неправильной полярности подключения. При эксплуатации автомобиля необходимо:

• следить за состоянием электропроводки, особенно за чистотой и надежностью соединения контактов проводов, подходящих к генератору, регулятору напряжения. При плохих контактах бортовое напряжение может выйти за допустимые пределы;
• отсоединить все провода от генератора и от аккумулятора при электросварке кузовных деталей автомобиля;
• следить за правильным натяжением ремня генератора. Слабо натянутый ремень не обеспечивает эффективную работу генератора, натянутый слишком сильно приводит к разрушению его подшипников;
• немедленно выяснить причину загорания контрольной лампы генератора.

Недопустимо производить следующие действия:

• оставлять автомобиль с подключенным аккумулятором при подозрении на неисправность выпрямителя генератора. Это может привести к полному разряду аккумулятора и даже к возгоранию электропроводки;
• проверять работоспособность генератора замыканием его выводов на «массу» и между собой;
• проверять исправность генератора путем отключения аккумуляторной батареи при работающем двигателе из-за возможности выхода из строя регулятора напряжения, электронных элементов систем впрыска, зажигания, бортового компьютера и т. д.;
• допускать попадание на генератор электролита, «Тосола» и т. д.

Похожие материалы

Разбираем кварцевый генератор и его крохотную интегральную схему / Хабр

Кварцевый генератор – важный электронный компонент, обеспечивающий очень точную генерацию тактовой частоты за небольшие деньги. Из-за пьезоэлектрического эффекта его электрические свойства меняются в процессе вибрации. Поскольку можно сделать кристалл, который будет вибрировать с определённой частотой, кварцевые генераторы очень полезны для множества применений. Появились они в 1920-х, и сначала обеспечивали точную генерацию волн для радиостанций. В 1970-м году произошла революция наручных часов, когда в них стали использовать кварцевые генераторы высокой точности. Компьютеры, от ENIAC 1940-х годов и до сей поры используют кварцевые генераторы для генерации тактовой частоты.

В современных ПК всё ещё используются кварцевые генераторы, но для получения многогигагерцовых тактовых частот применяются более сложные технологии. ПК использует кристалл с частотой гораздо меньшей, чем рабочая, и умножает её при помощи фазовой автоподстройки частоты. Компьютеры часто используют кристалл на 14 318, поскольку эту частоту использовали в старых телевизорах, и такие кристаллы были недорогими и широко распространёнными.

Для того, чтобы кристалл вибрировал, его схеме требуются дополнительные компоненты. В 1970-х набрали популярность модульные кварцевые генераторы – в этих компактных и лёгких в использовании микросборках комбинировались сам кристалл, ИС и дискретные компоненты. Мне стало интересно, как работает один из таких модулей, поэтому я вскрыл один из них и провёл реверс-инжиниринг его чипа. В данном посте я расскажу, как он работает, и опишу крохотную КМОП-схему, им управляющую. Оказалось, что внутри модуля происходит больше интересного, чем можно было ожидать.

Модуль генератора

Я изучал модуль от карточки для IBM PC. Модуль находится в прямоугольном металлическом корпусе с 4-мя контактами, защищающем электронику от электрического шума (это Rasco Plus в прямоугольном корпусе справа на фото, а не квадратная ИС от IBM). Модуль генерирует сигнал в 4,7174 МГц, что следует из надписи на его корпусе.

Почему же карточка использует кристалл с такой необычной частотой — 4,7174 МГц? В 1970-х IBM 3270 был очень популярным терминалом с ЭЛТ. Терминалы соединялись коаксиальным кабелем и использовали протокол Interface Display System Standard, работавший с тактовой частотой в 2,3587 МГц. В конце 1980-х IBM производила интерфейсные карточки для подсоединения IBM PC к сети 3270. Мой кристалл как раз с одной из таких карточек (тип 56X4927), и частота кристалла равняется 4,7174 МГц – ровно в два раза больше, чем 2,3587 МГц.

Модуль кварцевого генератора находится справа внизу. Надпись на корпусе: Rasco Plus. 4.7174 MHZ, Motorola 1987. Квадратный модуль слева – это ИС от IBM.

Я вскрыл корпус модуля, чтобы посмотреть на его гибридную схему. Я ожидал увидеть там кварцевый кристалл, напоминающий драгоценный камень в шкатулке, однако обнаружил, что кварцевые генераторы используют очень тонкий кварцевый диск. Я повредил его при вскрытии, поэтому у него не хватает кусочка справа вверху. Он виден в левой части фото – с двух сторон к нему подходят металлические электроды. Те, в свою очередь, соединяются с небольшими штырьками, на которых кристалл поднят над поверхностью корпуса, чтобы он мог свободно вибрировать.

Внутри корпуса кварцевого генератора – компоненты, закреплённые на керамической подложке. Они подсоединяются к схеме крохотной золотой проволочной разваркой. Конденсатор на 3 нФ и плёночный резистор на 10 Ом, расположенные на подложке методом поверхностного монтажа, отфильтровывают шум, поступающий от контакта питания.

Схема работы ИС

На фото ниже показан крохотный кристалл ИС под микроскопом. Размечены контактные площадки и основные функциональные блоки. Зелёно-коричневые участки – это кремний, формирующий ИС. Жёлтоватый металлический слой соединяет компоненты с ИС. Под металлом находится красноватый слой поликремния, где формируются транзисторы – но он практически полностью закрыт металлическим слоем. По краям чипа расположена проволочная разварка, подсоединённая к контактным площадкам, соединяющим чип с остальными частями модуля. Две площадки (select и disable) не подсоединены. Чип произведён компанией Motorola в 1986. По артикулу SC380003 информации я не нашёл.

Кристалл ИС с разметкой основных блоков. «FF» обозначает триггеры. «sel» – контактные площадки [select pads]. «cap» – площадки, подсоединённые к внутренним конденсаторам.

У ИС есть две задачи. Во-первых, её аналоговые компоненты заставляют кристалл колебаться. Во-вторых, её цифровые компоненты делят частоту на 1, 2, 4 или 8, и выдают сигнал тактовой частоты с большим током (делитель задаётся двумя контактами выбора на ИС).

Кварцевый генератор реализован по приведённой ниже схеме, которая называется «генератор Колпитца». Она сложнее обычной схемы кварцевого генератора. Суть в том, что кристалл и два конденсатора колеблются с заданной частотой. Однако колебания быстро затухли бы, если бы не поддерживающая обратная связь с поддерживающего транзистора.

Типичный кварцевый генератор строится по простой схеме под названием «генератор Пирса», в которой из кристалла и инвертера формируется цепь обратной связи. Два заземлённых конденсатора в середине делают её очень похожей на классический генератор Колпитца.

Не уверен, по какой причине разобранный мною кварцевый генератор использует более сложную схему, которая требует хитрого смещения напряжения.

В 1918 году Эдвин Колпитц, главный исследователь в компании Western Electric, изобрёл кварцевый генератор на катушке индуктивности и конденсаторе. Сегодня эта схема известна, как генератор Колпитца. Идея в том, что катушка индуктивности с конденсатором формируют «резонансный резервуар», колеблющийся с частотой, зависящей от характеристик компонентов. Можно представлять, что электричество в этом резервуаре как бы плещется туда и сюда между катушкой индуктивности и конденсаторами. Сами по себе колебания быстро затухли бы, поэтому для их подпитки используется усилитель. В оригинальном генераторе Колпитца усилителем была электронная лампа. Позднее схемы перешли на транзисторы, но этот усилитель может быть операционным или другого типа. В других схемах конец заземляется, чтобы в середине шла обратная связь. Тогда конденсаторы ничего не инвертируют, поэтому используется не инвертирующий усилитель.

Упрощённая схема генератора Колпитца с базовыми компонентами.

Ключевая особенность генератора Колпитца заключается в двух конденсаторах, формирующих делитель напряжения. Поскольку они в середине заземлены, на двух концах у них будет напряжение противоположных значений: когда одно повышается, второе понижается. Усилитель берёт сигнал с одного конца, усиливает его, и подаёт на другой. Усилитель инвертирует сигнал, а конденсаторы дают второе инвертирование, так, что обратная связь усиливает оригинальный сигнал (обеспечивая фазовый сдвиг на 360°).

В 1923 году Джордж Вашингтон Пирс, профессор физики в Гарварде, заменил катушку индуктивности в генераторе Колпитца на кристалл. Благодаря этому генератор стал более точным, и его стали широко использовать в радиопередатчиках и других устройствах. Пирс запатентовал своё изобретение и заработал приличные деньги на таких компаниях, как RCA и AT&T. Наличие патентов привело к многолетним судебным тяжбам, дошедшим в итоге до Верховного суда.

Несколько десятилетий генератор Пирса было принято называть генератором Колпитца с кристаллом. В генераторе Пирса часто отсутствовали характерные конденсаторы, вместо которых использовалось паразитная ёмкость электронной лампы. Терминология постепенно менялась, и два разных типа кварцевых генератора начали называть генератором Колпитца (с конденсаторами) и генератором Пирса (без них).

Ещё одно изменение терминологии произошло в связи с тем, что генератор Колпитца, генератор Пирса и генератор Клаппа были топологически идентичными кварцевыми генераторами, отличавшимися только в том, какая часть схемы считалась землёй (коллектор, эмиттер или база соответственно). Все эти генераторы можно называть генераторами Колпитца, только с общим коллектором, общим эмиттером или общей базой.

Этот экскурс в историю я сделал с тем, чтобы показать, что в различных источниках эти генераторы называют по-разному, генераторами Колпитца или Пирса, причём противоречивым образом. Тот генератор, что изучал я, можно назвать генератором Колпитца с общим стоком (по аналогии с общим коллектором). Также его можно назвать генератором Колпитца на основании расположения заземления. Но исторически его можно назвать генератором Пирса, поскольку он использует кристалл. Также он называется кварцевым генератором с одним контактом, поскольку только один контакт кристалла подсоединён к внешней схеме (другой заземлён).

Упрощённая схема генератора

Увеличение напряжения на кристалле включает транзистор, ток идёт в конденсаторы, увеличивая напряжение на них (и на кристалле). Уменьшение напряжения на кристалле выключает транзистор, сток тока (кружок со стрелкой) вытягивает ток из конденсаторов, уменьшая напряжение на кристалле. Таким образом, обратная связь с транзистора усиливает колебания кристалла, поддерживая их.

Цепи напряжения смещения и тока являются важной частью этой схемы. Напряжение смещения устанавливает вентиль транзистора где-то посередине между включённым и выключенным состоянием, поэтому колебания напряжения на кристалле включают его и выключают. Ток смещения находится посередине между значениями токов включённого и выключенного транзистора, поэтому ток, приходящий и уходящий из конденсаторов, сбалансирован (я упрощаю, говоря о включённых и выключенных состояниях – в реальности сигнал будет иметь синусоидальную форму).

Цепи напряжения смещения и тока – это умеренно сложные аналоговые схемы, состоящие из кучки транзисторов и нескольких резисторов. Подробно описывать их не буду, скажу лишь, что они используют цепи обратной связи для генерации нужных фиксированных значений напряжения и тока.

Значительную часть ИС занимают пять конденсаторов. На схеме один расположен сверху, три идут параллельно, формируя нижний конденсатор на схеме, а один стабилизирует цепь напряжения смещения. На фото кристалла ниже показан один из конденсаторов после растворения верхнего металлического слоя. Красные и зелёные участки – это поликремний, формирующий верхнюю пластину конденсатора вместе с металлическим слоем. Расположенный под поликремнием розоватый участок – вероятно, нитрид кремния, формирующий диэлектрический слой. Кремний с добавками, которого на фото не видно, формирует нижнюю пластину конденсатора.

Конденсатор на кристалле. Большой бледный квадрат слева – площадка для подсоединения проволочной разварки к ИС. Сложные структуры слева – фиксирующие диоды контактов. Похожие на клевер структуры справа – это транзисторы.

Интересно, что конденсаторы на чипе не соединяются вместе. Они подсоединены к трём площадкам, связанным между собой проволочной разваркой. Возможно, это придаёт схеме гибкость – ёмкость цепи можно изменить, удалив проводник, ведущий к конденсатору.

Цифровая схема

С правой части чипа находится цифровая схема делителя выходной частоты кристалла на 1, 2, 4 или 8. Благодаря ей один и тот же кристалл может выдавать четыре частоты. Делитель составлен из трёх триггеров, подключённых последовательно. Каждый делит входящий импульс пополам. Мультиплексор 4 к 1 выбирает между оригинальной частотой импульсов или выходом с одного из триггеров. Выбор осуществляется при помощи проводников, подходящих к двум площадкам для выбора с правой части кристалла. Итоговая частота фиксируется на этапе производства. Для декодирования контактов и генерации четырёх управляющих сигналов мультиплексору и триггерам используются четыре вентиля NAND вместе с инверторами.

Реализация логики КМОП

Кип построен на логике КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Она использует совместно работающие транзисторы двух типов, N-МОП и P-МОП. На диаграмме ниже показано устройство N-МОП транзистора. Транзистор можно считать переключателем между истоком и стоком, который контролирует вентиль. Исток и сток (зелёные) состоят из участков кремния с добавками, меняющими его полупроводниковые свойства – из N+ кремния. Вентиль сделан из особого кремния, поликремния, отделённого от кремниевой подложки очень тонким изолирующим слоем оксидным слоем. N-МОП транзистор включается, когда вентиль подтягивается вверх.

Структура N-МОП транзистора. Структура P-МОП транзистора похожа, однако участки кремния N- и P-типа меняются местами.

Строение P-МОП транзистора противоположно N-МОП: исток и сток состоят из P+ кремния, включённого в N кремний. Работает он тоже противоположно N-МОП транзистору: включается, когда вентиль подтягивается вниз. Обычно P-МОП транзисторы подтягивают сток вверх, а N-МОП – вниз. В КМОП транзисторы работают, дополняя друг друга, подтягивая выходной сигнал вверх или вниз по необходимости.

На диаграмме ниже показано, как в КМОП реализован вентиль NAND. Если на вход подать 0, соответствующий P-МОП транзистор (вверху) включится и притянет выход вверх. Если на оба входа подать 1, N-МОП транзистор (внизу) включится и подтянет выход вниз. Таким образом схема реализует функцию NAND.

На диаграмме ниже показано, как NAND-вентиль выглядит на кристалле. В отличие от изображений в учебниках, у реальных транзисторов бывает сложная, извилистая форма. С левой стороны находятся P-МОП транзистор, а с правой – N-МОП. Красноватые дорожки над кремнием – это поликремний, формирующий вентили. Большая часть кремния в подложке благодаря добавкам проводит ток, и выглядит чуть темнее непроводящего кремния без добавок с левого и правого краёв, а также в центре. Для изготовления этого фото металлический слой был вытравлен. Жёлтые линии обозначают места, где раньше были металлические проводники. Кружочки — это связи металлического слоя с нижними слоями, кремния или поликремния.

Как NAND-вентиль выглядит на кристалле

Транзистор на фото можно сопоставить со схемой NAND-вентиля. Посмотрите на сформированные поликремнием вентили транзистора, и на то, что они разделяют. От участка +5 есть дорожка к выходу через длинный P-МОП транзистор слева. Второй путь идёт через небольшой P-МОП транзистор в центре – это показывает, что транзисторы подключены параллельно. Каждый вентиль контролирует один из входов. Слева дорожка от земли к выходу должна пойти через оба концентрических N-МОП транзистора – они подключены последовательно.

В этой ИС также используется много транзисторов с кольцевыми вентилями. Эта необычная техника расположения элементов позволяет с большой плотностью разместить множество параллельных транзисторов. На фото ниже показано 16 транзисторов с кольцевыми вентилями. Похожие на клевер узоры медного цвета – это сток транзисторов, а снаружи находится исток. Металлический слой (тут он удалён) объединяет соответственно все истоки, вентили и стоки. Параллельные транзисторы работают как один большой. Параллельные транзисторы используются для подачи больших токов на выход. В схеме смещения вместе соединяются различное количество транзисторов (6, 16 или 40), чтобы получать нужное соотношение токов.

Передаточный вентиль

Ещё одна ключевая схема чипа – это передаточный вентиль. Он работает как переключатель, через который сигнал либо проходит, либо нет. На схеме ниже показано, как передаточный вентиль делается из двух транзисторов, N-МОП транзистора и P-МОП транзистора. Если по линии enable подаётся большое напряжение, включаются оба транзистора, и входной сигнал проходит на выход. Если напряжение низкое, они выключаются, блокируя сигнал. Справа показано условное обозначение передаточного вентиля на схемах.

Мультиплексор

Мультиплексор используется для выбора одного из четырёх тактовых сигналов. На диаграмме ниже показано, как мультиплексор реализован на основе передаточных вентилей. Мультиплексор принимает на вход четыре сигнала: A, B, C и D. Один из входов выбирается через активацию соответствующей линии выбора и её дополнения. Этот вход связывается через передаточный вентиль с выходом, а другие входы блокируются. Хотя мультиплексор можно построить и на стандартных логических вентилях, его реализация на передаточных вентилях получается эффективнее.

Мультиплексор 4 к 1 на основе передаточных вентилей

На схеме ниже показаны транзисторы, из которых состоит мультиплексор. Ко входам B и С подключено по паре транзисторов. Думаю, это сделано потому, что у пары транзисторов сопротивление получается половинным. Поскольку входы В и С предназначены для высокочастотных сигналов, пара транзистора позволяет уменьшить задержки и искажения.

На фото ниже показано, как мультиплексор реализован на кристалле физически. Лучше всего видно поликремниевые вентили. Металлический слой удалён. Металлические проводники шли вертикально, соединяя соответствующие сегменты транзисторов. Истоки и стоки соседних транзисторов объединены в единые участки, расположенные между вентилями. В верхнем прямоугольнике находятся N-МОП транзисторы, а в нижнем – P-МОП. Поскольку P-МОП транзисторы менее эффективны, нижний прямоугольник должен быть больше.

Триггер

На чипе есть три триггера, делящие тактовую частоту. Кварцевый генератор использует переключаемые триггеры, которые переключаются между 0 и 1 каждый раз, когда получают входящий импульс. Поскольку два входящих импульса дают один исходящий (0→1→0), триггер делит частоту пополам.

Триггер состоит из передаточных вентилей, инверторов и NAND-вентиля – см. схему ниже. Когда входящий тактовый сигнал равен 1, выход проходит через инвертор и первый передаточный вентиль в точку А. Когда входящий сигнал переключается на 0, открывается первый передаточный вентиль, и в точке А остаётся предыдущее значение. Тем временем закрывается второй передаточный вентиль, поэтому сигнал проходит через второй инвертор и передаточный вентиль в точку В. NAND-вентиль снова его инвертирует, в результате чего значение выхода меняется на противоположное. Второй цикл входящего сигнала тактовой частоты повторяет этот процесс, благодаря чему выход возвращается к изначальному значению. В итоге два цикла входящих сигналов дают один цикл выходящего сигнала, так что триггер делит частоту на 2.

У каждого триггера есть разрешающий вход. Если триггер для выбранного выхода не нужен, он отключается. К примеру, если выбирается режим деления на 2, используется только первый триггер, а два другие отключаются. Полагаю, это делается для уменьшения энергопотребления. Это не зависит от контакта отключения на модуле, который полностью блокирует выходящий сигнал. Это отключаемое свойство опционально; в данном модуле такой функции нет, а контакт отключения не подключен к ИС.

На схеме выше инвертеры и передаточные вентили показаны в виде отдельных структур. Однако в триггере используется интересная структура вентилей, комбинирующая инвертер и передаточный вентиль (слева) в единый вентиль (справа). Пара транзисторов, подключенных к data in, работают как инвертер. Однако если сигнал тактовой частоты нулевой, питание и земля блокируются, и вентиль не влияет на выход, сохраняя предыдущее напряжение. Так работает передаточный вентиль.

Комбинированные инвертер и передаточный вентиль

На фото ниже показано, как один из таких вентилей выполнен на кристалле. На фото видно металлический слой сверху. Под ним видно красноватые вентили из поликремния. Слева расположены два P-МОП транзистора в виде концентрических кругов. Справа находятся N-МОП транзисторы.

Заключение

Хотя модуль кварцевого генератора снаружи кажется простым, внутри него больше компонентов, чем можно было бы ожидать. Там находится не только кристалл кварца, но и дискретные компоненты, и крохотная ИС. В ИС скомбинированы конденсаторы, аналоговые цепи, обеспечивающие колебания, и цифровые цепи для выбора частоты. Можно выбрать одну из четырёх частот, изменяя проводку ИС на этапе производства.

Больше информации по кварцевым генераторам можно найти на сайтах EEVblog, electronupdate и WizardTim. Про генератор Колпитца можно посмотреть на Hackaday.

Закончу фотографией чипа после удаления слоёв металла и оксида, чтобы было видно кремний и поликремний. Больше всего выделяются крупные розоватые конденсаторы, однако можно рассмотреть и транзисторы.

Кликабельно

%PDF-1.4
%
2949 0 объект
>
эндообъект
внешняя ссылка
2949 315
0000000016 00000 н
0000006675 00000 н
0000006932 00000 н
0000007089 00000 н
0000007155 00000 н
0000008249 00000 н
0000008486 00000 н
0000008573 00000 н
0000008661 00000 н
0000008751 00000 н
0000008887 00000 н
0000008950 00000 н
0000009013 00000 н
0000009128 00000 н
0000009242 00000 н
0000009305 00000 н
0000009418 00000 н
0000009481 00000 н
0000009596 00000 н
0000009659 00000 н
0000009822 00000 н
0000009885 00000 н
0000009969 00000 н
0000010123 00000 н
0000010186 00000 н
0000010313 00000 н
0000010376 00000 н
0000010480 00000 н
0000010589 00000 н
0000010652 00000 н
0000010769 00000 н
0000010832 00000 н
0000010957 00000 н
0000011020 00000 н
0000011139 00000 н
0000011202 00000 н
0000011319 00000 н
0000011427 00000 н
0000011490 00000 н
0000011553 00000 н
0000011616 00000 н
0000011679 00000 н
0000011841 00000 н
0000011998 00000 н
0000012061 00000 н
0000012155 00000 н
0000012257 00000 н
0000012320 00000 н
0000012383 00000 н
0000012512 00000 н
0000012618 00000 н
0000012769 00000 н
0000012832 00000 н
0000012928 00000 н
0000013057 00000 н
0000013180 00000 н
0000013242 00000 н
0000013391 00000 н
0000013453 00000 н
0000013559 00000 н
0000013660 00000 н
0000013768 00000 н
0000013830 00000 н
0000013892 00000 н
0000013954 00000 н
0000014016 00000 н
0000014078 00000 н
0000014193 00000 н
0000014255 00000 н
0000014370 00000 н
0000014432 00000 н
0000014546 00000 н
0000014608 00000 н
0000014718 00000 н
0000014780 00000 н
0000014889 00000 н
0000014951 00000 н
0000015064 00000 н
0000015126 00000 н
0000015188 00000 н
0000015251 00000 н
0000015373 00000 н
0000015436 00000 н
0000015547 00000 н
0000015661 00000 н
0000015724 00000 н
0000015787 00000 н
0000015906 00000 н
0000015969 00000 н
0000016081 00000 н
0000016144 00000 н
0000016207 00000 н
0000016270 00000 н
0000016334 00000 н
0000016367 00000 н
0000016676 00000 н
0000016987 00000 н
0000017348 00000 н
0000017631 00000 н
0000017653 00000 н
0000045486 00000 н
0000045511 00000 н
0000045794 00000 н
0000045816 00000 н
0000083016 00000 н
0000083041 00000 н
0000084082 00000 н
0000084699 00000 н
0000084721 00000 н
0000084850 00000 н
0000084872 00000 н
0000085004 00000 н
0000085026 00000 н
0000085158 00000 н
0000085180 00000 н
0000085312 00000 н
0000085334 00000 н
0000085468 00000 н
0000085490 00000 н
0000085622 00000 н
0000085644 00000 н
0000085776 00000 н
0000085798 00000 н
0000085847 00000 н
0000085979 00000 н
0000086001 00000 н
0000086133 00000 н
0000086155 00000 н
0000086290 00000 н
0000086312 00000 н
0000086445 00000 н
0000086467 00000 н
0000086600 00000 н
0000086622 00000 н
0000086755 00000 н
0000086777 00000 н
0000086910 00000 н
0000086932 00000 н
0000087065 00000 н
0000087087 00000 н
0000087220 00000 н
0000087242 00000 н
0000087375 00000 н
0000087397 00000 н
0000087530 00000 н
0000087552 00000 н
0000087685 00000 н
0000087707 00000 н
0000087840 00000 н
0000087862 00000 н
0000087995 00000 н
0000088017 00000 н
0000088150 00000 н
0000088172 00000 н
0000088303 00000 н
0000088325 00000 н
0000088458 00000 н
0000088480 00000 н
0000088613 00000 н
0000088635 00000 н
0000088768 00000 н
0000088790 00000 н
0000088923 00000 н
0000088945 00000 н
0000089078 00000 н
0000089100 00000 н
0000089233 00000 н
0000089255 00000 н
0000089388 00000 н
0000089410 00000 н
0000089543 00000 н
0000089565 00000 н
0000089698 00000 н
0000089720 00000 н
0000089853 00000 н
0000089875 00000 н
00000

00000 н
00000