Путевой фильтр ФПМ

Путевой фильтр ФПМ (рис. 3) предназначен для защиты выходных цепей генератора ГП3 от влияния атмосферных перенапряжений, гармоник тягового тока и кодовых токов автоматической локомотивной сигнализации. Важнейшей его задачей является также обеспечение требуемого по условиям работы тональной рельсовой цепи малого обратного входного сопротивления её питающего конца. Кроме того, фильтр служит для гальванического разделения выходной цепи генератора ГП3 и кабельной линии.

Входной сигнал от путевого генератора подаётся на выводы 11 – 71. Конденсаторы С1 – С8 совместно с обмоткой 4 – 1 трансформатора TV представляют собой последовательный резонансный контур, настраиваемый на нужную частоту внешними перемычками. При этом могут подключаться один или несколько конденсаторов параллельно и любая часть обмотки трансформатора. Одновременное изменение индуктивности и ёмкости контура фильтра при настройке позволяет достигнуть примерного равенства его сопротивления для различных частот. В результате нагрузка на генератор при любой частоте будет одинаковой, что обеспечивает независимость уровня его выходного сигнала от частоты. Выводы 12, 63, 62 и 61 используются для подключения кабеля, по которому сигнал через согласующий трансформатор и элементы защиты, размещённые в путевом ящике, подаётся в рельсовую линию. Выводы для подключения кабеля определяются в зависимости от рода тяги и минимального сопротивления балласта.

Путевой фильтр ФПМ выпускается в двух модификациях – ФПМ/8, 9, 11 и ФПМ/11, 14, 15, которые предназначены для работы с частотно-манипулированными сигналами с несущими частотами 420, 480, 580 и 580, 720, 780 Гц соответственно. Модификации отличаются параметрами устанавливаемого трансформатора T. Элементы фильтра размещаются в корпусе реле НШ.

1.3. Путевой приёмник ПП.

Путевой приёмник ПП (рис. 4) предназначен для приёма сигналов из рельсовой цепи и включения путевого реле.

Принимаемый из рельсовой линии сигнал через согласующий трансформатор ПТ (см. рис. 1) подаётся на вход приёмника 11 – 43. Импульсные помехи из рельсовой линии ограничиваются на уровне примерно 12 В двумя встречно включёнными стабилитронами VD1 и VD2. Трансформатор TV1 обеспечивает гальваническую развязку входной цепи и совместно с конденсаторами С1 и С2 выполняет роль первого каскада полосового фильтра. Входной фильтр приёмника представляет собой систему резонансных контуров с транзисторным согласующим каскадом.

Второй каскад фильтра TV3 – C3 и TV4 – C4 связан с первым при помощи транзисторного усилителя VT1 с глубокой отрицательной обратной связью по току (резисторы R34 и R2). Это даёт возможность регулировать чувствительность приёмника с помощью R34. Под чувствительностью понимается величина действующего значения входного частотно-манипулированного напряжения, при которой нагрузка приёмника – реле АНШ-1230 притягивает свой якорь. Для приемника типа ПП при напряжениях питания от 15,7 до 18,4 (выводы 21 и 22) в диапазоне температуры окружающей среды от – 40 до + 65 °С чувствительность должна быть не менее 0,35 В. Параллельно резистору R2 для снижения коэффициента возврата приёмника может подключаться R3.

Транзисторная связь между каскадами входного фильтра уменьшает нагрузку на первый каскад, что обеспечивает полосу пропускания около 24 Гц и затухание по соседнему каналу не менее 38 дБ.

С части обмотки TV4 (отводы 3 – 4) выделенный фильтром сигнал подаётся на демодулятор, выполненный на транзисторе VT2. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером с отрицательной обратной связью по току (R5). Нагрузкой каскада является цепочка C5, R4, на которой выделяется сигнал с частотой манипуляции (8 или 12 Гц). Выделенный низкочастотный сигнал через разделительный конденсатор С6 поступает на вход амплитудного ограничителя. Амплитудный ограничитель выполнен на транзисторе VT3, включенном по схеме с общим эмиттером с глубокой отрицательной обратной связью по току (резистор R10). Он ограничивает амплитуду низкочастотного сигнала на уровне примерно 4 В и тем самым защищает от перегрузки последующие каскады приёмника при больших уровнях входного сигнала. Заметим, что частотной селективностью этот каскад не обладает. А это значит, что он будет ограничивать по амплитуде любые поступающие на вход сигналы. Глубокая отрицательная обратная связь стабилизирует режим работы амплитудного ограничителя при изменениях

температуры окружающей среды. Небольшое отпирающее смещение, формируемое цепочкой R8, VD3, R9 и подаваемое на базу VT3 через резистор R7, уменьшает влияние на чувствительность приёмника нелинейности входной характеристики VT3 при малых уровнях входного сигнала. Диод VD3 выполняет роль термокомпенсирующего элемента. При увеличении температуры окружающей среды прямое падение напряжение на этом диоде уменьшается, и, соответственно, уменьшается напряжение смещения.

С выхода амплитудного ограничителя через буферный каскад VT4 сигнал поступает на первый НЧ фильтр C7, C8, TV5, настроенный на частоту 8 или 12 Гц. Транзистор VT4 включен по схеме с общим коллектором. Каскад представляет собой усилитель тока с большим входным сопротивлением и малым выходным, которое хорошо согласуется с малым входным сопротивлением фильтра. Температурная стабильность каскада обеспечивается отрицательной обратной связью по напряжению (резисторы R12 и R13).

Выделенный первым НЧ фильтром сигнал через буферный каскад VT5, VT6 подаётся на вход порогового элемента, представляющего собой симметричный триггер на транзисторах VT7 и VT8 с эмиттерной связью (триггер Шмидта). Транзисторы буферного каскада включены по схеме с общим коллектором, что существенно уменьшает нагрузку фильтра C7, C8, TV5. Следовательно, полоса пропускания фильтра и уровень снимаемого с него сигнала будут в основном определяться его добротностью, которая на частотах 8 или 12 Гц примерно равна шести. Поскольку за фильтром включен пороговый элемент, даже такая небольшая добротность обеспечивает снижение уровня сигнала, не соответствующего частоте манипуляции, до уровня ниже порога срабатывания триггера. Фильтр НЧ в комбинации с пороговым элементом хорошо защищает последующие каскады приёмника от помех, создаваемых гармониками тягового тока и другими источниками.

Буферный каскад VT5, VT6 питается напряжением 18 В (полюсы –6 и +12 В источника питания), что позволяет обеспечить амплитуду и сдвиг уровня сигнала, необходимые для нормальной работы триггера и оконечного усилителя. При этом отпадает необходимость в установке между буферным каскадом и триггером разделительного конденсатора, ёмкость которого при малом входном сопротивлении триггера и низкой частоте должна быть достаточно большой (сотни мкФ).

При действии входного НЧ сигнала на выходе триггера формируются практически прямоугольные отрицательные относительно нулевого уровня питающего напряжения импульсы с частотой, определяемой контуром C7, C8, TV5 и скважностью, равной двум. Коэффициент возврата триггера с эмиттерной связью близок к единице. Это значит, что при малых входных сигналах, близких к порогу чувствительности приёмника, не будет обеспечиваться устойчивое включение путевого реле. Иначе говоря, если входной сигнал несколько превысит уровень чувствительности, триггер начнёт переключаться, и реле сработает. При незначительном уменьшении сигнала триггер перестанет переключаться и реле выключится. Такое уменьшение сигнала может быть случайным, например, из-за колебаний питающего напряжения, и совсем не говорит о шунтировании рельсовой цепи. Для устойчивой работы путевого реле нужно, чтобы после его срабатывания выключение происходило только при существенном уменьшении входного сигнала, т. е. чтобы порог срабатывания триггера был несколько выше порога прекращения его работы. С этой целью пришлось уменьшить коэффициент возврата приёмника до 0,8 путём введения слабой положительной обратной связи между транзисторами VT7 и VT2 через резистор R16.

Выходной усилитель мощности представляет собой двухтактную двухкаскадную схему с двухполярным питанием. Транзисторы первого каскада VT9 и VT10 включены по схеме с общим коллектором, а второго VT11 и VT12 – с общим эмиттером. Первый каскад увеличивает входное сопротивление оконечного усилителя и обеспечивает усиление сигнала по току. Транзисторы второго каскада работают в режиме переключения. Это значит, что при необходимом усилении сигнала рассеиваемая на них мощность мала. Кроме того, такое включение существенно повышает температурную стабильность схемы и позволяет устанавливать транзисторы без подбора по коэффициентам передачи тока.

К выходу оконечного усилителя подключен второй НЧ фильтр С9, С10, TV6, также настроенный на частоту 8 или 12 Гц. Для выделения полезного сигнала используется свойство увеличения напряжения на индуктивности контура (обмотка 1 – 4) при последовательном резонансе (резонанс напряжений). При действии сигнала, частота которого соответствует настройке контура, создаваемое на обмотке 1 – 4 TV6 напряжение будет в примерно в 6 раз больше выходного напряжения усилителя мощности. Здесь число 6 соответствует добротности резонансного контура на рабочей частоте. Коэффициент трансформации TV6 выбран так, чтобы при минимальном уровне входного сигнала постоянное напряжение на путевом реле (АНШ2-1230) было равным 4 В. Реле подключено к трансформатору через мостовой выпрямитель VD5 с фильтром С13. При любом повреждении элементов выходного каскада и источника питания, появлении на выходе пульсаций или гармоник тягового тока, а также при самовозбуждении усилителя резонанса в контуре C9 - TV6 не будет, т. е. напряжение на путевом реле будет недостаточным для его срабатывания или удержания якоря.

Применение в фильтре трансформатора обеспечивает гальваническое разделение выхода усилителя мощности и цепи включения реле. Иначе говоря, ни один из полюсов питания к реле не подключен. Следовательно, при одиночном коротком замыкании транзисторов VT11 или VT12 ложного включения реле не произойдёт.

Примерные формы сигналов в различных точках схемы приёмника показаны на рис. 5.

Для формирования постоянных питающих напряжений каскадов приёмника используются выпрямитель с удвоением напряжения (VD9, C11 и VD10, C12) и три параметрических стабилизатора R29 – VD6, R30 – VD7 и R31 – VD8. Схема удвоения даёт возможность контролировать отказы элементов выпрямителей. Например, если один из диодов пробьётся, то второй сможет обеспечить постоянное напряжение не более 18 В. Следовательно, стабилитроны не перейдут в режим стабилизации и напряжения питания схемы резко снизятся.

Общая мощность, потребляемая приемником от сети питания, не превышает 6 ВА.

При помощи светодиодов VD11 и VD12 обеспечивается световая индикация состояния приёмника. Поочерёдное мигание светодиодов с частотой 8 или 12 Гц говорит о том, что на входе приёмника присутствует сигнал выше порога чувствительности, и все его каскады до выходного фильтра работают нормально. Ровное свечение одного из светодиодов указывает на занятие рельсовой цепи или повреждение аппаратуры релейного конца.

В зависимости от несущих и манипулирующих частот принимаемых сигналов выпускаются 10 вариантов исполнения приёмников ПП. Они отличаются настройками фильтров и номерами выводов для подключения нагрузки. Конструктивно схема приемника размещается в корпусе реле ДСШ.

В некоторых вариантах автоблокировки с тональными рельсовыми цепями к каждому приемнику подключаются дополнительные путевые реле. Для этой цели приемник ПП имеет специальный выход 61, к которому подключается внешний выпрямитель для дополнительных реле. Конструктивно выпрямители размещаются в блоках БВС4Л, аналогичных корпусам реле НМШ. Каждый из таких блоков содержит четыре мостовых выпрямителя с конденсаторами фильтров и используется для подключения 4-х дополнительных реле. Заметим, что выбранный способ подключения дополнительных реле не исключает возможности их ложного включения при отказах в схеме приёмников и действии сильных помех, так как отсутствуют резонансный контур второго НЧ фильтра и гальваническое разделение выходного каскада приёмника и цепей включения дополнительного реле.

2. Методика выполнения работы:

2.1. Ознакомиться с аппаратурой и изучить принципиальные схемы приборов тональной рельсовой цепи ТРЦ3.

2.1. На стенде СП-ТРЦ снять характеристики ГП3, ПП и ФПМ (методика выполнения измерений и исследований блоков имеется на рабочем месте).

2.3. Определить неисправности проверяемых приборов (по заданию преподавателя).

3. Содержание отчёта.

3.1. Анализ одного из функциональных узлов ГП3, ПП и ФПМ (по указанию преподавателя).

3.2. Осциллограммы и уровни сигналов по результатам исследований.

Составили: проф. Борисенко Л. И.

доц. Ёлкин Б. Н.