CN209947226U - 一种教学用信号发生设备 - Google Patents

Abstract

一种教学用信号发生设备，涉及电子仪表技术领域，包括交流系统，其包括交流控制板、自耦变压器、交流旋转编码器以及步进电机，步进电机和交流旋转编码器均连接交流控制板，自耦变压器的次级线圈连接交流输出端；至少一个直流系统，其包括变压器、整流滤波电路、直流旋转编码器、DC‑DC可调降压电路以及直流控制板，直流旋转编码器与直流控制板相连，变压器依次连接整流滤波电路和DC‑DC可调降压电路，DC‑DC可调降压电路连接直流输出端；信号发生系统，其包括信号发生器和主控板，主控板分别连接信号发生器、交流控制板和直流控制板。本实用新型不仅能提供交流和直流供电，还具备交流无级别调压功能。

Description

一种教学用信号发生设备

技术领域

本实用新型涉及电子仪表技术领域，具体为一种教学用信号发生设备。

背景技术

信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备，在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。信号发生器又称信号源或振荡器，不仅被用在生产实践和科技领域中，在教学实验中也被广泛的应用。但是在教学实验的过程中，信号发生器存在着一些缺陷：

1、在做信号测试的实验过程中，直流电源和交流电源经常会被用到，但是需要单独提供，不便于学生实验。

2、实验室的交流电源基本都是通过变压器分抽头来实现调压，只能实现固定几组电压输出，不能无级调压。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种教学用信号发生设备，不仅能提供交流和直流供电，还具备交流无级别调压功能。

为达到以上目的，本实用新型采用一种教学用信号发生设备，包括交流系统，其包括交流控制板、自耦变压器、交流旋转编码器以及控制自耦变压器初级线圈与次级线圈之比的步进电机，所述步进电机和所述交流旋转编码器均连接所述交流控制板，所述自耦变压器的次级线圈连接交流输出端；至少一个直流系统，其包括变压器、整流滤波电路、直流旋转编码器、DC-DC可调降压电路以及控制DC-DC可调降压电路的直流控制板，所述直流旋转编码器与所述直流控制板相连，所述变压器依次连接所述整流滤波电路和所述DC-DC可调降压电路，所述DC-DC可调降压电路连接直流输出端；信号发生系统，其包括有信号发生器和主控板，所述主控板分别连接所述信号发生器、所述交流控制板和所述直流控制板。

在上述技术方案的基础上，所述信号发生系统还包括显示所述信号发生器参数的第一显示板，所述第一显示板与所述主控板相连。

在上述技术方案的基础上，所述步进电机还带有减速器。

在上述技术方案的基础上，所述交流输出端连接电流互感器和交流电压采样装置，所述电流互感器和所述交流电压采样装置均连接所述交流控制板，且所述交流控制板还连接一个第二显示板。

在上述技术方案的基础上，所述自耦变压器与交流输出端之间还连接双输出变压器。

在上述技术方案的基础上，所述直流输出端连接电流采样装置和直流电压采样装置，所述电流采样装置和直流电压采样装置均连接所述直流控制板，且所述直流控制板还连接一个第三显示板。

在上述技术方案的基础上，所述主控板通过RS485连接外部PC机，所述主控板与所述信号发生器通过RS232相连。

在上述技术方案的基础上，所述直流输出端和所述交流输出端分别设置有继电器，所述继电器连接所述直流控制板或所述交流控制板，所述直流控制板和所述交流控制板还分别连接一个控制所述继电器的输出按钮。

在上述技术方案的基础上，所述直流控制板和所述交流控制板分别连接一个+5V电源。

在上述技术方案的基础上，所述交流控制板和所述直流控制板均通过光电隔离串口与所述主控板相连。

本实用新型的有益效果在于：

1、教学用信号发生设备具备交流系统和直流系统，在做信号测试的实验过程中，不用单独连接额外的交直流电源，只需要教学用信号发生设备连接市电，该教学用信号发生设备就能同时实现交流和直流对外供电，减少了学生实验过程中使用的仪器数量，极大地方便了学生教学实验。

2、交流系统包括交流控制板、自耦变压器、交流旋转编码器以及步进电机；交流旋转编码器通过交流控制板控制步进电机，步进电机控制自耦变压器的初级线圈与次级线圈之比，以此来达到无级调压和控制交流输出端电流电压的目的，改变了传统交流电源通过变压器分接头分级调压方式，能提供更多的电压选择。同时，自耦变压器与交流输出端之间还连接有双输出变压器，使得交流输出端有双路交流电输出，方便学生实验使用。

3、外部PC机通过RS485总线连接多台信号发生设备的主控板，主控板又分别连接信号发生器、交流系统和直流系统；以此实现同一台PC机对多台信号发生设备的全面监控。具体地，同一台PC机不仅能实时监控每台信号发生设备的所有输出参数以及状态，包括电压、电流、波形、频率以及是否过载保护等；还能通过交流控制板控制交流输出端的电流电压；同时还能通过控制直流控制板控制直流输出端的电流电压。当需要考核学生测试信号的能力时，PC机可以通过主控板让信号发生器发出信号，同时关闭第一显示板的显示功能，便于教学考核。当需要教学讲课时，PC机可以实现一对多的远程教学，同时便于老师对信号发生设备的维护。

附图说明

图1为本申请实施例的信号发生设备的结构框图。

图2为本申请实施例的交流系统示意图。

图3为本申请实施例的直流系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，教学用信号发生设备包括交流系统、信号发生系统、和至少一个直流系统。本实施例中，直流系统包含有两个。

信号发生系统包括信号发生器、主控板和第一显示板，且第一显示板与主控板相连。具体地，主控板与信号发生器通过RS232相连。在使用过程中，通过主控板调节信号发生器发出信号的参数，例如波形、频率和幅值等；相应的，第一显示板显示信号发生器发出信号的各个参数。

如图1和图2所示，交流系统包括交流控制板、自耦变压器、交流旋转编码器以及步进电机。步进电机和交流旋转编码器分别连接交流控制板，自耦变压器的次级线圈连接交流输出端。具体地，市电与自耦变压器初级线圈相连，经过自耦变压器降压输出。在此过程中，交流旋转编码器通过交流控制板控制步进电机，步进电机控制自耦变压器的初级线圈与次级线圈之比，以此来达到控制输出电压且无级调压的目的。优选地，步进电机还带有减速器，减速器使得步进电机在接收来自交流控制板的同等信号时，产生更小的角位移，即自耦变压器的初级线圈与次级线圈之比变化更小，实现更精准的控制。

优选地，自耦变压器与交流输出端之间还连接有双输出变压器，使得交流输出端有双路交流电输出，便于学生做实验。

交流系统还包括电流互感器、交流电压采样装置和第二显示板。交流输出端连接电流互感器和交流电压采样装置，电流互感器、交流电压采样装置和第二显示板均连接交流控制板。在电路连通状态下，第二显示板显示交流输出端的电流电压值；当需要改变电流电压时，通过旋转交流旋转编码器来调节交流控制板，带动步进电机改变自耦变压器的初级线圈与次级线圈之比，进而改变输出端电流电压，同时第二显示板上的数值也随之改变，直到调节到合适的电流电压值。

交流系统还包括继电器和一个输出按钮，继电器设置在交流输出端，交流控制板还分别连接继电器和输出按钮。当关闭输出按钮时，交流控制板控制继电器断开，使交流输出端输出归零。

如图1和图3所示，直流系统包括变压器、整流滤波电路、直流旋转编码器、DC-DC可调降压电路以及直流控制板。直流旋转编码器与直流控制板相连。变压器依次连接整流滤波电路和DC-DC可调降压电路，DC-DC可调降压电路连接直流输出端。具体地，市电首先经过变压器降压，然后经过整流滤波电路变为直流电；直流电再经过DC-DC可调降压电路输出。在此过程中，通过旋转直流旋转编码器来调节直流控制板，直流控制板通过控制DC-DC可调降压电路，来控制输出端电流电压。

直流系统还包括电流采样装置、直流电压采样装置和第三显示板。直流输出端连接电流采样装置和直流电压采样装置，电流采样装置、直流电压采样装置和第三显示板均连接直流控制板。在电路连通状态下，第三显示板显示直流输出端的电流电压值。当需要改变电流电压时，通过旋转直流旋转编码器来调节直流控制板，直流控制板控制DC-DC可调降压电路调节输出端电流电压，同时第三显示板显示的电流电压值也随之改变，直到获得理想的电流电压。

直流系统还包括继电器和一个输出按钮，继电器设置在直流输出端，直流控制板还分别连接继电器和输出按钮。当关闭输出按钮时，直流控制板控制继电器断开，使直流输出端输出归零。

如图1、图2和图3所示，多台信号发生设备的主控板经RS485总线连接一台PC机，主控板还通过光电隔离串口分别连接交流控制板和直流控制板，以此实现同一台PC机对多台信号发生设备的全面监控。具体地，同一台PC机不仅能实时监控每台信号发生设备的所有输出参数以及状态，包括电压、电流、波形、频率以及是否过载保护等；还能通过交流控制板控制交流输出端的电流电压；同时还能通过控制直流控制板控制直流输出端的电流电压。该监控方式不仅便于老师一对多的远程教学，还便于老师对信号发生设备的维护。

在本实施例中，直流控制板和交流控制板还分别连接一个+5V电源。+5V电源输出稳定的直流电对直流控制板和交流控制板供电。

本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种教学用信号发生设备，其特征在于，包括：

交流系统，其包括交流控制板、自耦变压器、交流旋转编码器以及控制自耦变压器初级线圈与次级线圈之比的步进电机，所述步进电机和所述交流旋转编码器均连接所述交流控制板，所述自耦变压器的次级线圈连接交流输出端；

至少一个直流系统，其包括变压器、整流滤波电路、直流旋转编码器、DC-DC可调降压电路以及控制DC-DC可调降压电路的直流控制板，所述直流旋转编码器与所述直流控制板相连，所述变压器依次连接所述整流滤波电路和所述DC-DC可调降压电路，所述DC-DC可调降压电路连接直流输出端；

信号发生系统，其包括有信号发生器和主控板，所述主控板分别连接所述信号发生器、所述交流控制板和所述直流控制板。

2.如权利要求1所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述信号发生系统还包括显示所述信号发生器参数的第一显示板，所述第一显示板与所述主控板相连。

3.如权利要求1所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述步进电机还带有减速器。

4.如权利要求1所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述交流输出端连接电流互感器和交流电压采样装置，所述电流互感器和所述交流电压采样装置均连接所述交流控制板，且所述交流控制板还连接一个第二显示板。

5.如权利要求1所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述自耦变压器与交流输出端之间还连接双输出变压器。

6.如权利要求1所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述直流输出端连接电流采样装置和直流电压采样装置，所述电流采样装置和直流电压采样装置均连接所述直流控制板，且所述直流控制板还连接一个第三显示板。

7.如权利要求1所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述主控板通过RS485连接外部PC机，所述主控板与所述信号发生器通过RS232相连。

8.如权利要求1-7任意一项所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述直流输出端和所述交流输出端分别设置有继电器，所述继电器连接所述直流控制板或所述交流控制板，所述直流控制板和所述交流控制板还分别连接一个控制所述继电器的输出按钮。

9.如权利要求1-7任意一项所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述直流控制板和所述交流控制板分别连接一个+5V电源。

10.如权利要求1-7任意一项所述的教学用信号发生设备，其特征在于：所述交流控制板和所述直流控制板均通过光电隔离串口与所述主控板相连。

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