Differentielle Verstärkung und differentielle Phase (Differential Gain, Differential Phase). Differentialsignalverdrahtung Differentialbalg-Messgerät

Das Auftreten von Bränden ist durch einen Temperaturanstieg gekennzeichnet Umfeld. Daher in Systemen Zähler Feueralarm am häufigsten verwendet Wärmemelder.

Sie sind in der Lage, Brände in der Anfangsphase zu erkennen, wodurch sie rechtzeitig Maßnahmen zu ihrer Beseitigung ergreifen können. Solche Sensoren sind jedoch in verschiedenen Modifikationen auf dem Markt erhältlich.

Um die richtige für einen bestimmten Raum auszuwählen, sollten Sie sich so gut wie möglich darüber informieren.

Konstruktionsmerkmale des Geräts

Was ist ein Ansager? Dies ist ein temperaturempfindliches Element, das darin eingeschlossen ist Plastikbehälter. Das Arbeitsprinzip der meisten einfache Modelle basierend auf dem Schließen/Öffnen von Kontakten, was zur Bildung eines Signals führt.

Damit das Gerät funktioniert, muss die Umgebungstemperatur über den Schwellenwert des Geräts steigen.

Im Betrieb verbrauchen solche Wärmemelder keinen Strom. Sie werden passiv genannt. Sie verwenden eine bestimmte Legierung als Thermoelement. Früher waren diese Sensoren zum einmaligen Gebrauch und konnten nicht wiederhergestellt werden, aber heute sind wiederverwendbare Modelle aufgetaucht. In ihnen beeinflusst das Bimetallelement unter Temperatureinfluss den Kontakt, indem es seine Form ändert.

Es gibt Proben von magnetisch gesteuert. Der darin befindliche Permanentmagnet verändert durch Erwärmung seine Eigenschaften, was zum Betrieb des Gerätes führt.

Bei der Auswahl eines Wärmemelders für einen Raum ist es erforderlich, dass die Temperaturschwelle für ihn um mindestens 10 ° C höher ist als der Durchschnitt des Gebäudes. Dadurch werden Fehlalarme vermieden.

Arten von Geräten und ihre Funktionen

Jedes Gerät ist für einen bestimmten kontrollierten Bereich ausgelegt. Durch die Art seiner Erkennung auf:

• Punkt
• Linear

Punktwärmebrandmelder wiederum werden in zwei Typen hergestellt:

• Maximal
• Differential

Die Arbeit des ersteren beruht auf einer Zustandsänderung des Thermoelements, wenn die Temperatur auf einen Schwellwert ansteigt. Es sollte beachtet werden, dass es für den Betrieb notwendig ist, dass vor dem angegebenen in technische Spezifikationen Wert, hat sich der Detektor selbst aufgewärmt. Und das wird einige Zeit dauern.

Dies ist ein offensichtlicher Nachteil des Geräts, da es nicht erlaubt, einen Brand in einem frühen Stadium zu erkennen. Es kann eliminiert werden, indem die Anzahl der Sensoren in einem Raum erhöht und ihre anderen Typen verwendet werden.

Differentialwärmemelder dienen zur Überwachung der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit. Dadurch konnte die Trägheit des Geräts reduziert werden. Das Design solcher Sensoren umfasst elektronische Elemente, was sich in den Kosten widerspiegelt.

In der Praxis werden diese beiden Typen meistens in Kombination verwendet. Ein solcher Maximum-Differential-Brandmelder wird nicht nur durch die Tausgelöst, sondern auch durch dessen Schwellwert.

Lineargeräte oder Thermokabel sind Twisted-Pair wo jeder Draht mit thermoresistivem Material bedeckt ist. Wenn die Temperatur ansteigt, verliert es seine Eigenschaften, was zu einem Kurzschluss im Stromkreis und der Bildung eines Feuersignals führt.

Das Thermokabel wird anstelle der Systemschlaufe angeschlossen. Aber es hat einen Nachteil - ein Kurzschluss kann nicht nur durch Feuer verursacht werden.

Um solche Momente zu eliminieren, werden lineare Sensoren über Schnittstellenmodule angeschlossen, die ihre Verbindung mit dem Alarmgerät herstellen. Ein großer Teil von ihnen wird in technologischen Aufzugsschächten und anderen ähnlichen Strukturen verwendet.

Hersteller - wählen Sie das beste Modell

Am weitesten verbreitet in Binnenmarkt Brandbekämpfungsgeräte finden thermische Sensoren Russische Unternehmen. Dies liegt sowohl an den Eigenschaften von Signalisierungssystemen, regulatorischen Anforderungen und moderate Preise für sie.

Zu den beliebtesten thermischen Brandmeldern gehören:

• Aurora TN (IP 101-78-A1) – Arguspektr
• IP 101-3A-A3R - Sibirisches Arsenal

Der Aurora-Detektor gehört zu den maximal differenziellen konventionellen. Es wird verwendet, um Brände in einem Raum zu erkennen und ein Signal der Zentrale zu übertragen.

Sehen Sie sich ein Produktvideo an:

Zu den Vorteilen dieses Modells gehören:

1. Hohe Empfindlichkeit
2. Zuverlässigkeit
3. Verwendung des Mikroprozessors als Teil des Instruments
4. Einfache Wartung

Die Kosten betragen mehr als 400 Rubel, stimmen jedoch voll und ganz mit der Qualität des Geräts überein.

Explosionsgeschützte Wärmemelder IP 101-3A-A3R gehören ebenfalls zur maximalen Differenz. Sie sind für den Einsatz in beheizten Räumen konzipiert und können mit DC- und AC-Schleifen arbeiten.

Zu den Vorteilen dieses Modells gehören:

• Elektronische Steuerschaltung
• Das Vorhandensein einer LED-Anzeige, mit der Sie den Betrieb des Geräts steuern können
• Modernes Design

Die Kosten für dieses Modell sind viel niedriger und betragen 126 Rubel, was sie für eine breite Palette von Benutzern erschwinglich macht.

Wir sehen uns ein Video über explosionsgeschützte Produkte nach IP 101-7 an:

Es gibt viele mehr verschiedene Arten. Dies ist ein thermischer explosionssicherer Detektor und viele andere. Welche für einen bestimmten Raum zu wählen ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab, auf die weiter unten eingegangen wird.

Worauf ist bei der Auswahl zu achten?

Jeder Wärmesensor hat bestimmte Klassifizierungsmerkmale. Sie spiegeln sich in der Regel wider technische Dokumentation. Hier sind einige davon, auf die Sie achten sollten:

1. Ansprechtemperatur
2. Funktionsprinzip
3. Design-Merkmale
4. Trägheit
5. Art der Kontrollzone

Für Räume mit großen Flächen wird beispielsweise empfohlen, thermische Brandmelder mit linearem Erfassungsbereich zu installieren. Achten Sie bei der Auswahl eines Geräts unbedingt auf die Ansprechtemperatur, sie sollte nicht mehr als 20 ° C vom Durchschnitt abweichen. Scharfe Änderungen in der Kontrollzone sind nicht akzeptabel, sie können zu Fehlalarmen führen

Ist es möglich Sensoren überall einzusetzen?

Es gibt eine Liste von Dokumenten, die die Verwendung von Feuerlöschgeräten regeln. Sie weisen darauf hin, dass Wärmemelder für den Einsatz in den meisten Industrie- und Wohnanlagen akzeptabel sind. Aber gleichzeitig gibt es eine Liste von Räumlichkeiten, in denen ihre Arbeit unangemessen ist:

• Rechenzentren
• Räume mit Zwischendecken

Differentielle Verstärkung und differentielle Phase (Differential Gain, Differential Phase) sind Indikatoren für die lineare Verzerrung des Verstärkers. Die Differenzverstärkung wird als zwei Werte ausgedrückt, die zwei Spitzen-Hilfsträgeramplituden relativ zu der Schwarzpegel-Hilfsträgeramplitude sind. Die Differenzverstärkung wird aus der maximalen und minimalen Amplitude der Stufen eines speziellen Testsignals am Ausgang des Demodulators gemäß dem Oszillogramm des differenzierten Signals berechnet, das am Ausgang des Messdifferenzierschaltkreises mit einer Zeitkonstante von 300 nsec erhalten wird. Die differentielle Phase wird in zwei Grad ausgedrückt, die die zwei Spitzen-Hilfsträgerphasen relativ zu der Schwarzpegel-Hilfsträgerphase sind. Der Wert der differentiellen Phase wird als Differenz zwischen den maximalen und minimalen Phasen des überlagerten Elements 1 im Pegelbereich von Schwarz bis Weiß berechnet. Gemäß EN 50083 darf in jedem Fernsehkanal die maximale differentielle Verstärkung (Peak-to-Peak) 14 % und die maximale differentielle Phase 12 % nicht überschreiten.
Weitere Parameter sind Eingangs- und Ausgangsimpedanz, Stromverbrauch und Versorgungsspannung, Gewicht und Abmessungen. Als Beispiel geben wir die reduzierten Spezifikationen von zwei Verstärkern an - dem Hauptverstärker VX96 von WISI und dem Universalverstärker DXE 853 GA von Teleste (Tabelle 10.2). Die in der Spezifikation angegebenen Parameter sollten nicht als Standard angesehen werden, auf den sie sich beziehen spezifische Modelle Verstärker. Beide Verstärker haben einen Vorwärtskanal-Frequenzbereich von 47 - 862 MHz und sind mit einem Rückwärtskanal-Verstärkungsmodul ausgestattet. Die Verstärker werden mit der lokalen oder entfernten Stromversorgungseinheit komplettiert. Die Fernstromversorgung erfolgt über einen beliebigen Signalanschluss oder eingebauten Stromeingang und kann in jede Richtung gesendet werden. Der VX96-Verstärker wurde entwickelt, um hochwertige Trunk-Sektionen zu erstellen. Es basiert auf zwei hybriden Mikroschaltungen. Die Eingangsstufe ist eine rauscharme Push-Pull-Schaltung, die Ausgangsstufe eine leistungsstarke Silizium- oder Galliumarsenid-Push-Pull- oder Power-Double-Schaltung. Der DXE 853 GA-Verstärker kann in Stamm- und Wohnverteilungsbereichen des Kabelnetzes verwendet werden und verfügt über zwei Ausgänge, die durch Installation von Abgriffen konfiguriert werden können. Beide Verstärker verfügen über einen einstellbaren Interstage-EQ und Abschwächer, austauschbare Diplexfilter und Platz für einen zusätzlichen Equalizer und Abschwächer (Kabeläquivalent).

Ein Differenzverstärker ist eine wohlbekannte Schaltung, die verwendet wird, um die Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingangssignalen zu verstärken. Idealerweise hängt das Ausgangssignal nicht vom Pegel der einzelnen Eingangssignale ab, sondern wird nur durch deren Differenz bestimmt. Wenn sich die Signalpegel an beiden Eingängen gleichzeitig ändern, wird eine solche Änderung des Eingangssignals als gleichphasig bezeichnet. Das differenzielle oder differenzielle Eingangssignal wird auch als normal oder nützlich bezeichnet. Ein guter Differenzverstärker hat ein hohes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR), das das Verhältnis des gewünschten Ausgangs zum Gleichtaktausgang ist, vorausgesetzt, dass der gewünschte und der Gleichtakteingang die gleiche Amplitude haben. CMRR wird normalerweise in Dezibel definiert. Der Eingangs-Gleichtaktbereich gibt die akzeptablen Spannungspegel an, in Bezug auf die das Eingangssignal variieren muss.

Differenzverstärker werden dort eingesetzt, wo schwache Signale durch Rauschen verloren gehen können. Beispiele für solche Signale sind digitale Signale, die über lange Kabel übertragen werden (das Kabel besteht normalerweise aus zwei verdrillten Drähten), Tonsignale(in der Funktechnik wird das Konzept der „symmetrischen“ Impedanz normalerweise mit einer differentiellen Impedanz von 600 Ohm in Verbindung gebracht), Hochfrequenzsignalen (ein zweiadriges Kabel ist differentiell), Elektrokardiogrammspannungen, Signalen zum Lesen von Informationen aus Magnetspeichern und vielem mehr Andere.

Reis. 2.67. Klassischer Transistor-Differenzverstärker.

Der Differenzverstärker auf der Empfangsseite stellt das ursprüngliche Signal wieder her, wenn das Gleichtaktrauschen nicht sehr hoch ist. Differenzstufen werden häufig beim Bau von Operationsverstärkern verwendet, die wir im Folgenden betrachten. Sie spielen gerade wichtige Rolle Beim Entwerfen von DC-Verstärkern (die Frequenzen bis zu DC verstärken, dh keine Kondensatoren für die Zwischenstufenkopplung verwenden): Ihre symmetrische Schaltung ist von Natur aus angepasst, um Temperaturdrift zu kompensieren.

Auf Abb. 2.67 zeigt die Grundschaltung eines Differenzverstärkers. Die Ausgangsspannung wird an einem der Kollektoren gegen Erdpotential gemessen; Ein solcher Verstärker wird als Single-Ended-Ausgangs- oder Differenzverstärker bezeichnet und ist der am weitesten verbreitete. Dieser Verstärker kann als ein Gerät betrachtet werden, das ein Differenzsignal verstärkt und in ein unsymmetrisches Signal umwandelt, das herkömmliche Schaltungen (Spannungsfolger, Stromquellen usw.) verarbeiten können. Wenn ein Differenzsignal benötigt wird, wird es zwischen den Kollektoren entfernt.

Was ist der Gewinn dieser Schaltung? Die Berechnung ist einfach: Angenommen, am Eingang liegt ein Differenzsignal an, während die Spannung am Eingang 1 um einen Betrag ansteigt (Spannungsänderung bei kleinem Signal gegenüber dem Eingang).

Solange beide Transistoren im aktiven Modus sind, ist das Potential von Punkt A fest. Die Verstärkung lässt sich wie bei einem Eintransistor-Verstärker bestimmen, wenn man merkt, dass das Eingangssignal zweimal an der Basis-Emitter-Strecke eines beliebigen Transistors anliegt: . Der Widerstandswert des Widerstands ist normalerweise klein (100 Ohm oder weniger), und manchmal ist dieser Widerstand überhaupt nicht vorhanden. Die Differenzspannung wird typischerweise mehrere hundert Mal verstärkt.

Zur Bestimmung der Gleichtaktverstärkung müssen an beiden Eingängen des Verstärkers die gleichen Signale anliegen. Wenn Sie diesen Fall sorgfältig betrachten (und daran denken, dass beide Emitterströme durch den Widerstand fließen), erhalten Sie . Den Widerstand vernachlässigen wir, da der Widerstand meist groß gewählt wird – sein Widerstandswert beträgt mindestens einige tausend Ohm. Tatsächlich kann der Widerstand auch vernachlässigt werden. CVSS ist ungefähr gleich . Ein typisches Beispiel eines Differenzverstärkers ist die in Abb. 1 dargestellte Schaltung. 2.68. Mal sehen, wie es funktioniert.

Der Widerstandswert des Widerstands wird so gewählt, dass der Kollektorruhestrom gleich genommen werden kann. Wie üblich wird das Kollektorpotential auf 0,5 eingestellt, um einen maximalen Dynamikbereich zu erhalten. Der Transistor hat keinen Kollektorwiderstand, da sein Ausgangssignal vom Kollektor eines anderen Transistors abgegriffen wird. Der Widerstandswert des Widerstands wird so gewählt, dass der Gesamtstrom gleich und gleichmäßig zwischen den Transistoren verteilt ist, wenn das Eingangssignal (Differenzsignal) Null ist.

Reis. 2.68. Berechnung der Kennlinie eines Differenzverstärkers.

Gemäß den soeben hergeleiteten Formeln beträgt die differentielle Signalverstärkung 30 und die Gleichtaktverstärkung 0,5. Wenn Sie 1,0-kΩ-Widerstände aus der Schaltung ausschließen, wird die Differenzsignalverstärkung 150, aber der Eingangs-(Differenz-)Widerstand sinkt von 250 auf 50 kΩ (wenn es erforderlich ist, dass der Wert dieses Widerstands in der Größenordnung von Megaohm liegt). , dann können Sie in der Eingangsstufe Darlington-Transistoren verwenden).

Erinnern Sie sich daran, dass in einem Single-Ended-Verstärker mit geerdetem Emitter bei einer Ruheausgangsspannung von 0,5 die maximale Verstärkung ist, wobei sie in Volt ausgedrückt wird. Bei einem Differenzverstärker ist die maximale Differenzverstärkung (at) halb so groß, also numerisch gleich dem zwanzigfachen Spannungsabfall am Kollektorwiderstand bei ähnlich gewähltem Arbeitspunkt. Das entsprechende maximale CMRR (sofern es numerisch ebenfalls 20 beträgt mal der Spannungsabfall über

Übung 2.13. Stellen Sie sicher, dass die angegebenen Verhältnisse korrekt sind. Gestalten Sie den Differenzverstärker nach Ihren eigenen Anforderungen.

Ein Differenzverstärker kann bildlich als "Long-Tailed Pair" bezeichnet werden, da die Länge des Widerstands gleich ist Symbol proportional zum Wert seines Widerstands, kann die Schaltung wie in Abb. 2.69. Der lange Schwanz bestimmt die Gleichtaktunterdrückung, während die kleinen Kopplungswiderstände zwischen den Emittern (einschließlich der intrinsischen Emitterwiderstände) die Differenzverstärkung bestimmen.

Verschiebung mit einer Stromquelle.

Die Gleichtaktverstärkung in einem Differenzverstärker kann stark reduziert werden, indem der Widerstand durch eine Stromquelle ersetzt wird. In diesem Fall wird der Effektivwert des Widerstands sehr groß und die Gleichtaktverstärkung wird fast auf Null gedämpft. Stellen Sie sich vor, dass der Eingang in Phase ist; Die Stromquelle im Emitterkreis hält den gesamten Emitterstrom konstant und wird (aufgrund der Symmetrie der Schaltung) gleichmäßig auf die beiden Kollektorkreise verteilt. Daher ändert sich das Signal am Ausgang der Schaltung nicht. Ein Beispiel für ein solches Schema ist in Abb. 1 gezeigt. 2.70. Für diese Schaltung, die ein monolithisches Transistorpaar vom Typ (Transistoren und ) und eine Stromquelle vom Typ verwendet, wird der CMRR-Wert durch das Verhältnis dB) bestimmt. Der Eingangs-Gleichtaktbereich ist auf -12 und ; die untere Grenze wird durch den Arbeitsbereich der Stromquelle im Emitterkreis und die obere Grenze durch die Kollektorruhespannung bestimmt.

Reis. 2.70. Erhöhung des CMRR eines Differenzverstärkers mit einer Stromquelle.

Denken Sie daran, dass dieser Verstärker, wie alle Transistorverstärker, DC-Vorspannungsschaltungen haben muss. Wird zB ein Kondensator zur Interstage-Kopplung am Eingang verwendet, müssen geerdete Referenzwiderstände eingebaut werden. Eine weitere Einschränkung gilt insbesondere für Differenzverstärker ohne Emitterwiderstände: Bipolartransistoren können einer Basis-Emitter-Sperrspannung von nicht mehr als 6 V standhalten, dann tritt ein Durchbruch auf; das heißt, wenn eine differenzielle Eingangsspannung mit einem größeren Wert an den Eingang angelegt wird, wird die Eingangsstufe zerstört (sofern keine Emitterwiderstände vorhanden sind). Der Emitterwiderstand begrenzt den Durchbruchstrom und verhindert die Zerstörung der Schaltung, allerdings können sich dabei die Eigenschaften der Transistoren verschlechtern (Koeffizient, Rauschen etc.). In jedem Fall fällt die Eingangsimpedanz erheblich ab, wenn eine Rückwärtsleitung auftritt.

Anwendungen von Differenzschaltungen in Gleichstromverstärkern mit einpoligem Ausgang.

Ein Differenzverstärker kann auch mit Single-Ended (Single-Ended) Eingangssignalen perfekt als DC-Verstärker arbeiten. Dazu müssen Sie einen seiner Eingänge erden und dem anderen ein Signal geben (Abb. 2.71). Ist es möglich, den "unbenutzten" Transistor aus der Schaltung auszuschließen? Nein. Die Differenzschaltung kompensiert die Temperaturdrift, und selbst wenn ein Eingang geerdet ist, erfüllt der Transistor eine Funktion: Wenn sich die Temperatur ändert, ändern sich die Spannungen um denselben Betrag, während sich der Ausgang nicht ändert und die Schaltung nicht unsymmetrisch ist . Dies bedeutet, dass die Spannungsänderung nicht um den Faktor Kdif verstärkt wird (ihre Verstärkung wird durch den Faktor Xinf bestimmt, der auf nahezu Null reduziert werden kann). Außerdem müssen durch die wechselseitige Spannungskompensation keine Spannungsabfälle von 0,6 V am Eingang berücksichtigt werden.Die Qualität eines solchen DC-Verstärkers wird nur durch die Inkonsistenz der Spannungen oder deren Temperaturkoeffizienten verschlechtert. Die Industrie produziert sehr Transistorpaare und integrierte Differenzverstärker ein hohes Maß Anpassung (z. B. wird für ein standardmäßig angepasstes monolithisches Paar von Transistoren vom n-p-n-Typ die Spannungsdrift durch oder pro Monat bestimmt).

Reis. 2.71. Der Differenzverstärker kann als Präzisions-DC-Verstärker mit einpoligem Ausgang arbeiten.

Im vorherigen Diagramm können Sie jeden der Eingänge erden. Je nachdem, welcher Eingang geerdet ist, invertiert der Verstärker das Signal oder nicht. (Aufgrund des in Abschnitt 2.19 diskutierten Miller-Effekts wird jedoch die hier gezeigte Schaltung für die Reichweite bevorzugt hohe Frequenzen). Die vorgestellte Schaltung ist nicht invertierend, was bedeutet, dass der invertierende Eingang darin geerdet ist. Die auf Differenzverstärker bezogene Terminologie gilt auch für Operationsverstärker, bei denen es sich um die gleichen hochverstärkenden Differenzverstärker handelt.

Verwendung eines Stromspiegels als aktive Last.

Es ist manchmal wünschenswert, dass ein einstufiger Differenzverstärker wie ein einfacher Verstärker mit geerdetem Emitter eine hohe Verstärkung hat. schöne Lösung ergibt die Verwendung eines Stromspiegels als aktive Last des Verstärkers (Abb. 2.72). Die Transistoren bilden mit einer Stromquelle im Emitterkreis ein Differenzpaar. Transistoren, die einen Stromspiegel bilden, wirken als Kollektorlast. Dadurch wird ein hoher Wert des Kollektor-Lastwiderstands gewährleistet, wodurch die Spannungsverstärkung 5000 und mehr erreicht, sofern am Verstärkerausgang keine Last anliegt. Ein solcher Verstärker wird in der Regel nur in Schaltungen verwendet, die von einer Schleife bedeckt sind Rückmeldung, oder in Komparatoren (wir betrachten sie im nächsten Abschnitt). Denken Sie daran, dass die Last für einen solchen Verstärker unbedingt eine große Impedanz haben muss, da sonst die Verstärkung erheblich geschwächt wird.

Reis. 2.72. Differenzverstärker mit Stromspiegel als aktive Last.

Differenzverstärker als Phasenteilerschaltungen.

An den Kollektoren eines symmetrischen Differenzverstärkers erscheinen Signale mit gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Phase. Wenn wir die Ausgangssignale von zwei Kollektoren nehmen, erhalten wir eine Phasenteilungsschaltung. Natürlich können Sie einen Differenzverstärker mit differenziellen Ein- und Ausgängen verwenden. Der Differenzausgang kann dann verwendet werden, um eine weitere Differenzverstärkerstufe zu treiben, wodurch das CMRR für die gesamte Schaltung stark erhöht wird.

Differenzverstärker als Komparatoren.

Mit hoher Verstärkung und stabiler Leistung ist der Differenzverstärker das Wichtigste Bestandteil Komparator - eine Schaltung, die Eingangssignale vergleicht und auswertet, welches größer ist. Komparatoren werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt: zum Einschalten von Beleuchtung und Heizung, zum Gewinnen von Rechtecksignalen aus Dreiecksignalen, zum Vergleichen des Signalpegels mit einem Schwellwert, in Klasse-D-Verstärkern und in der Pulscodemodulation, zum Schalten von Netzteilen, etc. Die Grundidee beim Bau eines Komparators besteht darin, dass der Transistor in Abhängigkeit von den Pegeln der Eingangssignale ein- oder ausgeschaltet werden sollte. Der lineare Verstärkungsbereich wird nicht berücksichtigt - die Funktionsweise der Schaltung basiert darauf, dass sich zu jedem Zeitpunkt einer der beiden Eingangstransistoren im Cutoff-Modus befindet. Eine typische Erfassungsanwendung wird im nächsten Abschnitt anhand einer beispielhaften Temperatursteuerschaltung erörtert, die temperaturabhängige Widerstände (Thermistoren) verwendet.

Für die Störfestigkeit müssen komplementär übertragene Signale gut symmetrisch sein und die gleiche Impedanz haben.

Differenzielle Übertragung impliziert das Vorhandensein von zwei komplementären Signalen mit gleicher Amplitude und einer Phasenverschiebung von 180°. Eines der Signale wird als positiv (direkt, nicht invers) bezeichnet, das zweite als negativ (invers). Differentialgetriebe sind weit verbreitet in elektronische Schaltkreise und ist für die Erhöhung der Datenübertragungsrate unerlässlich. Die Hochgeschwindigkeits-Taktsignale von Computer-Motherboards und Servern werden über differentielle Leitungen übertragen. Zahlreiche Geräte wie Drucker, Switches, Router und Signalprozessoren verwenden die LVDS-Technologie (Low Voltage Differential Signaling).

Im Vergleich zu Single-Wire erfordert eine differenzielle Übertragung große Menge Sender (Treiber, Sender) und Empfänger (Empfänger) sowie die doppelte Anzahl von Stiften von Elementen und Leitern. Andererseits bietet der Einsatz eines Differenzialgetriebes mehrere attraktive Vorteile:

Große Timing-Genauigkeit
- hohe mögliche Übertragungsgeschwindigkeit,
- weniger Anfälligkeit für elektromagnetische Störungen,
- weniger Rauschen im Zusammenhang mit Übersprechen.

Beim Verlegen von Differenzleitern ist es wichtig, dass beide Differenzleiterbahnen die gleiche Impedanz haben, die gleiche Länge haben und der Abstand zwischen ihren Kanten konstant ist.

Sehen wir uns anhand eines Beispiels einige wichtige Konzepte an differentielle Verkabelung. Abbildung 1 zeigt einen differentiellen Bus Hauptplatine, verlegt zwischen den Ausgängen einer spezialisierten Mikroschaltung (ASIC) und einem Stecker zum Anschließen einer Tochterplatine mit Speicherchips. Direkter Signalleiter hervorgehoben in grün, und das Gegenteil - in rot. Jeder Leiter hat zwei Durchkontaktierungen und einen Serpentinenabschnitt entlang seiner Länge.

Reis. 1. Differentialpaar auf der Hauptplatine

Die differentielle Verdrahtung in dieser Abbildung folgt einigen Regeln:

Die Stifte von Komponenten, die zum Senden oder Empfangen von Differenzsignalen verwendet werden, liegen nahe beieinander;
- auf jeder einzelnen Schicht gibt es Reifensegmente gleicher Länge, und der Abstand zwischen den Reifen wird auf verschiedenen Schichten gleich gehalten;
- Beim Wechseln der Schicht wird der Abstand zwischen den Pads der Durchkontaktierungen minimal gemacht (wobei der Abstand zwischen den Reifen nicht überschritten wird, wenn dies möglich ist);
- Die Serpentinenabschnitte der beiden Busse befinden sich im selben Bereich, so dass die positiven und negativen Signale über die gesamte Länge der Kette die gleichen Ausbreitungsverzögerungen haben.

Das Abrunden von Ecken und die gleichmäßige Länge der Differenzleiter erfordern besondere Sorgfalt.

Außer Dirigenten Leiterplatte, gibt es im Gehäuse der integrierten Schaltung Busse, die jeden Stift des Gehäuses mit dem Stift des IC-Chips verbinden. Die unterschiedlichen Längen dieser Reifen können in manchen Fällen eigene Anpassungen bewirken.

Betrachten Sie als numerisches Beispiel differenzielle Busse mit den folgenden Segmentlängen:

für Direktsignal

Segmentlänge vom Steckerstift bis zum ersten Via = 3022,93 mils (76,78 mm)

Segmentlänge zwischen Vias = 747,97 mils (19,0 mm)

Gesamtlänge der direkten Signalkette = 3.798,70 mils (96,49 mm);

Für inverses Signal

Segmentlänge vom Steckerstift bis zum ersten Via = 3025,50 mils (76,78 mm)

Segmentlänge zwischen Vias = 817,87 mils (19,0 mm)

Segmentlänge vom zweiten Via zum IC-Lead = 27,8 mils (0,71 mm),

Gesamtlänge der direkten Signalkette = 3.871,17 mils (98,33 mm).

Somit beträgt der Unterschied in den PCB-Leiterbahnlängen 72,47 mils (1,84 mm).

Ein Teil des resultierenden Unterschieds kann durch Berücksichtigung der unterschiedlichen Busbar-Längen innerhalb des IC-Gehäuses kompensiert werden. In diesem Fall liegt die Differenz der Gesamtlängen der Spuren innerhalb der angegebenen Toleranz.

Abbildung 2 zeigt, dass die Gesamtlänge des Busses im Hinblick auf die Minimierung der Längendifferenz der Differenzleiter berücksichtigt werden muss.

Reis. 2. Die Summe (L0 + L1) muss innerhalb der Fehlergrenze gleich der Summe (L2 + L3) sein

Um es noch einmal zu wiederholen, es ist wünschenswert, den Abstand zwischen den Rändern der Leiter über ihre gesamte Länge konstant zu halten. Eine Untersuchung des Differentialpaars zeigt, dass die Busse in der Nähe der Steckerstifte ihre Parallelität zueinander verlieren. Abbildung 3 zeigt ein Schaltbild, das diesen Nachteil minimiert und gleichzeitig die Parallelität aufrechterhält Große länge(Der daraus resultierende spitze Winkel des Leiters des inversen Signals kann zum Verlust seiner Integrität mit den daraus resultierenden Folgen führen - Anmerkung des Übersetzers). Ein solches Schema kann in Fällen verwendet werden, in denen Differenzsignale eine starke Verbindung haben müssen oder wenn Hochgeschwindigkeitssignale übertragen werden.

Reis. 3. Parallelverdrahtung

Wenn der Abstand zwischen zwei Spuren relativ groß ist (die Verbindung zwischen dem Leiter und dem Polygon übersteigt die Verbindung zwischen den Leitern), dann wird das Paar lose gekoppelt. Wenn umgekehrt zwei Spuren nahe genug beieinander liegen (die Beziehung zwischen ihnen ist größer als die Beziehung zwischen einem einzelnen Leiter und einem Polygon), bedeutet dies, dass die Leiter des Paares stark gekoppelt sind. Eine starke Verbindung ist normalerweise nicht erforderlich, um die anfänglichen Vorteile einer differenziellen Struktur zu erreichen. Um jedoch eine gute Störfestigkeit zu erreichen, ist eine starke Kopplung für komplementär übertragene, gut symmetrische Signale wünschenswert, die eine symmetrische Impedanz in Bezug auf die Referenzspannung haben.

Das Konzept der Differenzverdrahtung umfasst in diesem Fall koplanare Paare (d. h. in derselben Schicht angeordnet), die an den Rändern der Leiter verbunden sind. Differenzsignale können auch auf andere Weise geroutet werden, indem die Leiter der direkten und inversen Signale auf verschiedenen (benachbarten!!!) Lagen der Platine liegen. Dieses Verfahren kann jedoch Probleme mit der Impedanzkonsistenz verursachen. Abbildung 4 zeigt diese beiden Optionen sowie einige kritische Abmessungen wie Breite (W), Abstand zwischen Kanten (S), Dicke der Leiter (T) und Abstand zwischen Leiter und Polygon (H). Diese Parameter, die die Querschnittsgeometrie eines differentiellen Paares bestimmen, werden häufig (zusammen mit den Materialeigenschaften der Leiter und des Substratdielektrikums) verwendet, um Impedanzwerte (für unregelmäßige, symmetrische, gleichphasige und gegenläufige) zu bestimmen -Phasenmodi) und zur Berechnung des Kopplungsbetrags zwischen den Leitern eines Paares.

Reis. 4. Geometrische Abmessungen Querschnitt eines differentiellen Paares

Abbas Riazi
ROUTING-ANFORDERUNGEN FÜR DIFFERENZSIGNALE
Entwurf und Herstellung von gedruckten Schaltungen
Februar-März 2004
Wir danken der Seite elart.narod.ru für die zur Verfügung gestellte Übersetzung

Ein thermischer Brandmelder ist ein automatischer PI, der auf einen bestimmten Temperaturwert und (oder) die Rate seines Anstiegs reagiert (GOST R53325-2012).

Bei der Ausstattung von Einrichtungen automatische Einstellungen Drei Arten von thermischen Brandmeldern werden häufig für Feueralarme verwendet: mit Sensoren mit maximaler, differenzieller und maximal differenzieller Wirkung

Klassifizierung von thermischen PIs nach der Art der Reaktion auf das kontrollierte Brandzeichen:

Maximaler thermischer Brandmelder- ein Brandmelder, der eine Brandmeldung generiert, wenn die Umgebungstemperatur den eingestellten Schwellwert überschreitet - die Ansprechtemperatur des Melders.

Thermischer Maximal-Differential-Brandmelder- ein Brandmelder, der die Funktionen von maximalen und differentiellen thermischen Brandmeldern kombiniert.

Differenzieller thermischer Brandmelder- einen Brandmelder, der eine Brandmeldung generiert, wenn die Anstiegsrate der Umgebungstemperatur den eingestellten Schwellenwert überschreitet.

Melder mit Sensoren maximaler Wirkung werden bei einer bestimmten, vorgegebenen Temperatur ausgelöst.

Melder mit Differenzsensoren reagieren auf eine bestimmte Temperaturanstiegsrate.

Maximum-Differential-Detektoren umfassen Sensoren mit maximaler und differentieller Wirkung und arbeiten sowohl bei einer bestimmten, vorbestimmten Temperatur als auch bei einer bestimmten Anstiegsrate.

Bei der Auswahl von thermischen Brandmeldern ist zu berücksichtigen, dass die Betriebstemperatur der Maximum- und Maximum-Differentialmelder mindestens 200 C über dem Maximum liegen muss zulässige Temperatur Luft im Raum.

Thermische Brandmelder werden nach dem verwendeten Sensorelement klassifiziert.

Schmelzsensoren gelten aufgrund ihrer Einfachheit, Zuverlässigkeit und geringen Kosten als die gebräuchlichsten. Da es sich um eine einmalige Aktion handelt, können sie nicht als Information über die Wiederherstellung normaler Bedingungen in kontrollierten Räumlichkeiten dienen.

Gegenwärtig sind Detektoren weit verbreitet, bei denen Thermoelemente Sensoren sind. Der Thermoelement-Differentialdetektor enthält eine Thermosäule, die bei Anzeichen eines Anstiegs der Umgebungstemperatur über den maximal zulässigen Wert ein Feuersignal liefert. Je schneller die Temperatur ansteigt, desto früher wird ein Feueralarm gegeben.

Klassifizierung von thermischen PIs nach dem Funktionsprinzip:

IP101 - Verwendung der Abhängigkeit der Änderung des Wärmewiderstandswerts von der Temperatur der kontrollierten Umgebung;

IP-102 - Nutzung der beim Erhitzen auftretenden ThermoEMF;

IP-103 - Verwendung der linearen Ausdehnung von Körpern;

IP-104 - Verwendung von schmelzbaren Materialien;

IP-105 - Verwendung der Abhängigkeit der magnetischen Induktion von der Temperatur;

Einteilung nach Konfiguration der Messzone Thermal PI sind:

Punktbrandmelder - ein Brandmelder, der auf Brandfaktoren in einem kompakten Bereich reagiert.

Mehrpunkt-Brandmelder (thermisch) - ein Melder mit einer diskreten Anordnung punktempfindlicher Elemente in der Messleitung.

Linearer Brandmelder – ein Brandmelder, der auf Brandfaktoren in einer ausgedehnten, linearen Zone reagiert.

Zum Beispiel:

Thermischer Punktmelder maximal 70°C IP-103-4/1 MAK-1

Gerät: Der Detektor besteht aus einem Kunststoff schützendes Gehäuse und einen Kunststoffsockel mit zwei Befestigungslöchern für Schrauben, in dem ein Temperaturrelais direkt an den Schraubklemmen installiert ist. An denselben Klemmen ist ein Shunt-Widerstand angeschlossen.

Arbeitsprinzip: In normale Vorraussetzungen das Kontaktsystem des Melders ist geschlossen. Beim Erreichen der Schwellentemperatur öffnen die Melderkontakte, beim Unterschreiten der Schwellentemperatur schließen die Kontakte wieder.

Thermischer Mehrpunktmelder IP 102-2x2

Der Sensor des Detektors besteht aus empfindlichen Elementen (Thermoelementen), die gleichmäßig auf einem langen, verdrillten Draht verteilt sind.

Arbeitsprinzip: Thermische EMK, die entstehen, wenn Thermoelemente Wärmeströmen ausgesetzt werden, werden an den Drahtenden summiert und in einer speziellen Elektronikeinheit (Schnittstelleneinheit) in ein Alarmsignal umgewandelt. Wenn der Draht mit Thermoelementen gleichmäßig über den gesamten Bereich der Decke des geschützten Raums gelegt wird, werden Brände durch Scannen der Wärmeströme im Raum schnell erkannt. Die Ergebnisse von Brandversuchen zeigten, dass die Ansprechzeit von Mehrfachpunktmeldern wenig von der Höhe des zu schützenden Objekts abhängt und bis zu einer Höhe von H = 20 m mehrere zehn Sekunden beträgt.

Linearer Wärmemelder (Thermokabel)

Thermokabelgerät:

Zeilendetektor(Thermokabel) besteht aus zwei Stahlleitern, die jeweils mit einem thermoplastischen Material ummantelt sind. Die Leiter sind miteinander verdrillt, um eine mechanische Spannung zwischen ihnen zu erzeugen, und sind zusätzlich mit einem äußeren schützenden PVC-Mantel umhüllt.

Arbeitsprinzip:

Der Steuerstrom vom Schnittstellenmodul fließt ständig durch das Thermokabel. Bei der Ansprechtemperatur wird durch die mechanische Spannung der Leiter das thermoplastische Isolationsmaterial durchgedrückt und diese schließen sich. Das Thermokabel funktioniert als ein durchgehender Sensor. Die lineare Erkennung hat einzigartige Vorteile beim Einsatz in schwer zugänglichen Bereichen, an Orten mit hoher Verschmutzung, Staub, korrosiven oder explosiven Umgebungen.

Umfang der thermischen PI

Thermische PIs werden verwendet, um Räumlichkeiten zu schützen, brennbare Ladung die sich im Brandfall durch eine erhebliche Wärmefreisetzung auszeichnet. Wenn die Kontrollzone ein ausgedehntes Objekt mit komplexer geometrischer Form ist, wird lineares TPI verwendet.

Die maximale TPI sollte nicht in Räumen verwendet werden, in denen die Lufttemperatur unter 0 ° C liegen kann, und in Räumen, die für die Lagerung von Kulturgütern bestimmt sind, für den Inhalt brennbarer Materialien in geringen Mengen und / oder mit niedrigem Kaloriengehalt.

Differential-TPIs können effektiv zum Schutz von Objekten mit niedriger Umgebungstemperatur verwendet werden. Die Trägheit von Differentialmeldern ist geringer als die von Maximalmeldern, was bedeutet, dass ein Brand schneller erkannt wird. Gleichzeitig sollte Differential-TPI nicht zum Schutz von Räumlichkeiten verwendet werden, in denen erhebliche Temperaturschwankungen möglich sind, die nicht durch ein Feuer verursacht werden, sondern beispielsweise mit dem Betrieb von Klimaanlagen verbunden sind.