晶体管时间继电器

晶体管时间继电器是自动化装置中的重要元件，它能按照一个预定的时间接通或断开某一装置，它具有体积小、重量轻、精度高、寿命长、防震等优点，在冶金、机械、电力、化工、轻工、石油等部门自动控制系统中有着广泛的应用。

晶体管时间继电器由稳压电源、分压器、延时电路、触发器和执行机构（继电器）五部分组成。接通电源后，交流电源经整流、稳压得到一稳定的直流电压，供给触发器，同时向由电阻R、电容C组成的延时电路充电，经一段延迟时间t\(_{1}\)，延时电路中电容C的电位略高于触发器的门限电位，触发器被触发，推动继电器动作，从而接通或断开外接电路，达到被控电路的延时目的。方框图见图1。

延时电路是由RC充电回路组成，如图2所示。当K未闭合时，电容器C两端上没有电荷，因此电容器C两端的电压V\(_{C}\)=0。当K闭合时，电源E通过电阻R向C充电。当接通的瞬时，VC=0，充电电流最大，I=\(\frac{E}{R}\)。随着电容器极片上电荷的积累，V\(_{C}\)逐渐增大，其方向与E相反，电阻R上的电压VR=E-V\(_{C}\)，充电电流I=E-VC;R，它随着V\(_{C}\)的增大而越来越小，VC的增长也就越来越慢。当V\(_{C}\)=E时，I=0，充电过程结束。在图2中画出了充电过程VC与时间t的关系曲线，V\(_{C}\)是按指数规律上升的。R与C的乘积τ称为电路的时间常数，τ=RC，R单位用欧姆，C的单位用法拉，则τ的单位为秒。充电的快慢，可以用时间常数τ来衡量，τ越大，充电就越慢。如果在电容器C充电过程中，VC达到了触发器的门限电压V\(_{P}\)时，触发器中用作动作阀门的硅二极管D导通，触发器被触发翻转，带动继电器动作，达到延时控制的目的。接通电源后，从VC=0到V\(_{C}\)=VP时的充电时间t\(_{1}\)为延时时间。

触发器是由二级反相器组成，用简化后的线路图3来说明它的工作原理。当输入信号电压为零时，V\(_{P}\)=0，电源通过BG1的发射结R\(_{1}\)形成BG1的基极电流I1b，使BG\(_{1}\)处于导通状态。Vce≈0，BG\(_{2}\)无基极电流，处于截止状态。当有输入时，VP≥0，使BG\(_{1}\)管发射结处于反偏置，无基极电流，迫使BG1管截止，同时使BG\(_{2}\)管发射结处于正偏置，通过发射结和电阻R2形成基极电流I\(_{2b}\)，使BG2管导通，吸动继电器J。输入信号完结时又恢复到BG\(_{1}\)管导通，BG2管截止的起始状态。使触发器翻转、继电器J吸合时的输入电压V\(_{P}\)为触发器的门限电压。

依据方框图1组成的实际电路如图4所示。在延时电路与触发器之间加入了动作阀门D\(_{2}\)。当电流经R和R0向电容器C充电时，V\(_{C}\)逐渐增大，在VC＜V\(_{P}\)时，D2处于反向偏置，反向电阻很大，呈不通状态。这就防止经电阻R和R\(_{0}\)向电容器C充电电流的一部分向BG1管的基极泄漏，影响延时准确性。当V\(_{C}\)≥VP＋V\(_{D}\)时，D2正向导通，正向电阻很小，触发器被触发动作。D\(_{2}\)应选用反向漏电流小的硅二极管。

锗二极管D\(_{3}\)的作用是：①作为触发器的温度补偿。因为锗管BG1的V\(_{eb}\)在定流情况下的温度系数是-2～-2.5mV／℃，故引入与BG1管发射结同类型的D\(_{3}\)，且反向偏置，用以减少漂移。②保护晶体管BG1避免受到过大的反向电压。但是二极管D\(_{3}\)也带来了一个副作用。从图4可以看出，D3是跨接在BG\(_{1}\)的发射极和基极之间（设R8不存在，d、e直接连通），使触发器的灵敏度降低。当b点电位高于e点时，D\(_{3}\)是正向连接的，它将分去令BG1基极截止的反向电流。为了防止这个现象，增加电阻R\(_{8}\)，使D3负端接至较BG\(_{1}\)发射极电位更正的d点，这样当b点电位稍高于e点时，D3仍保持截止，没有分流作用，使触发器的灵敏度不致降低。

R\(_{5}\)为正反馈电阻，可以加速触发器翻转。当VC达到触发器门限电压V\(_{P}\)时（VD≈0.5伏忽略不计），BG\(_{1}\)管集电极电流减少，BG2管集电极电流增加，集电极电位升高，升高的电位经R\(_{5}\)反馈至BG1基极，使BG\(_{1}\)迅速截止，从而提高了触发器的翻转速度。

电容器C\(_{2}\)是避免在接通电源的瞬间造成不经延时的误动作。在接点K闭合时，要求BG1导通，BG\(_{2}\)截止。为了保证BG1导通，BG\(_{1}\)基极内必须有足够电流通过。BG1基极电流的通路是这样的：从电源正端开始，经过电阻R\(_{9}\)、R8、BG\(_{1}\)的发射极及基极、电阻R3、R\(_{5}\)、继电器J的线圈至电源负端。由于继电器线圈的电感，不允许电流突变。所以在接点K闭合时，继电器线圈不让上述BG1的基极电流通过，使得BG\(_{1}\)不能导通，BG2导通，出现不经延时就吸动继电器J的错误动作。电容器C\(_{2}\)就是在接点K闭合瞬间，提供BG1基极电流能够畅通的一条通路。在接点K闭合瞬间，BG\(_{1}\)的基极电流经R9、R\(_{8}\)、BG1的发射极和基极、R\(_{3}\)和C2至电源负端。以后C\(_{2}\)充电电流逐渐减少，继电器J中电流逐渐上升，两者之和一直大于维持BG1导通所需的数值。

电阻R\(_{4}\)的作用是减少BG1管基极的输入阻抗、增加电路的抗干扰能力和热稳定性。

继电器J的两个常开触点用于线路中，J\(_{1}\)在闭合后与电阻R2构成延时电路中电容器C的放电回路，使电容器上的电荷很快消失，以便下一次延时动作的使用。J\(_{2}\)为继电器动作时闭合，形成自保。

各元件的数值如图4所示。R\(_{1}\)、R7宜用功率为1瓦，R\(_{8}\)、R9为0.5瓦的金属膜电阻，其它可为1/8瓦的炭膜电阻。BG\(_{1}\)、BG2两管的β值宜在50左右，穿透电流I\(_{CBO}\)越小越好。延时电路中充电时间的稳定取决于R与C值的变化，它是直接影响整机延时准确性的。为了减少延时误差，电阻R采用炭膜或合成膜电位器，它的温度系数为2.5～10×10\(^{－3}\)／℃，对延时误差的影响微不足道，但考虑到高阻值电位器不够稳定，容易老化损坏，在实际中选用R为1兆欧以下的。电容器C选用CA3型液式钽电解电容，耐压为25伏，在常温下漏电流I=0.002CU（微安），式中C为标称电容量（微法），U为额定工作电压（伏），这个漏电流仅为铝电解电容器的千分之一，且电容量随温度变化也较小。按照所需延时时间的不同，选取不同的R与C的值，如下表所示。由于充电过程中电容上的电压VC是按照指数规律上升的，通常认为t=（3～5）τ的时间为充电过程结束，所以宜选延时时间t\(_{1}\)≤3τ，否则充电电流过小，影响延时的准确性。

由于电容器C的制作有容许的偏差，所以对整机的延时时间必须进行校核和调整。调整时可接用401型电秒表或其它型式的时间测量仪，测出延时时间。电阻R为最大值时，所测出的为最长延时时间。若过大或过小，可调节改变触发器的门限电压，或变更R或C的数值，使V\(_{C}\)升至VP的时间恰为所需的延时时间t\(_{1}\)。R9的数值为120—220欧左右。

通过实验，上述晶体管时间继电器的重复误差、电压误差、温度误差均在±3％以内。

图5为照相冲洗自动曝光的例子。接通开关K，电源通过中间继电器的常闭接点J\(_{1}\)使红灯点燃，时间继电器1为t1延时。在时间间隔t\(_{1}\)内放置相纸。当t1延时时间结束时，时间继电器1动作，使中间继电器动作，常开触点J\(_{2}\)闭合，白灯点燃，相纸曝光，同时接通时间继电器2的电源。时间继电器2的延时时间为t2，即曝光时间。t\(_{2}\)延时时间结束后，时间继电器2动作，将时间继电器1的电源切断，继电器1释放，中间继电器断电，红灯点燃，时间继电器2也断电，停止工作，继电器释放，时间继电器1的电源又接通。如此自动反复进行工作。

使用晶体管时间继电器的环境温度0℃～+40℃，相对湿度不超过85％。继电器J为JRXB—1型，绕组消耗功率为288毫瓦，触点容量较小，要加接中间继电器和交流接触器。晶体管时间继电器有时出现延时时间不稳多发生于线路焊接不好，有虚焊或假焊现象，稳压不好，电压波动较大，电容C或D\(_{2}\)性能不好。误动作多发生在BC1管或电容C\(_{2}\)。没有最长延时多发生于稳压器损坏，电容C漏电过大，动作阀D2开断不好，使V\(_{C}\)没法增长到门限电压VP。可将损坏的元件修复或更换，即可正常工作。（承德市无线电厂）