SU1109786A1 - Устройство дл отображени векторных диаграмм на экране ЭЛТ - Google Patents

Abstract

У :ТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ НА ЭКРАНЕ ЭЛТ, содержащее два амплитудных детектора, вход первого из которых  вл етс  первым входом устройства, первый измеритель сдвига фаз, входы которого соединены с входами амплитудных детекторов , а выход, - с входом первого синусно-косинусного преобразовател , выходы которого соединены с первыми входами nepBdro и второго умножителей , вторые входы которых соединеныс выходом первогокоммутатора, элемент сравнени , выход которого соединен с управл ющим входом первого коммутатора, второй коммутатор, о т л и ч а ю щ е е С   тем, что, с целью расширени  области применени  устройства путем отображени  амплитудно-фазовых соотношений информационных сигналов в виде топографической диаграммы, оно содержит дифференциальный усилитель, третий амплитудный детектор, второй измеритель сдвига фаз, четыре коммутатора, ансшого-цифровой преобразователь, третий и четвертый умножители, второй синусно-косинусный преобразователь , генератор пилообразного напр жени , блок выделени  отрицательного фронта, триггер управлени  и два суммирующих усилител , причем входы дифференциального усилител   вл ютс  и третьам входами устройства , а выход соединен с входом второго амплитудного детектора, первый вход второго измерител  сдвига фаз соединен с первым входом дифференциального усилител  и входом третьего амплитудного детектора, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого умножителей, вторые входы которых соединены с выхЬдами второго синусно-косинусного преобразовател , вход которого соединен с выходом второго измерит.ел  сдвига фаз, второй вход которого соединен с входом первого амплитудного детектора и вторым входом первого измерител  сдвига фаз, выходы первого и i второго амплитудных детекторов соединены с входами аналого-цифрового (Л С преобразовател  и с соответствующими входами второго коммутатора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнени , первый вход блока индикации соединен с выходом аналого-цифрового преобразовател , второй вход - с выходом первого измерител  сдвига фаз, выход геуератора пилообразного напр жени  соединен с вторым входом элемента сравнесо ни , с первым входом первого коммутатора и через блок выделени  отрица-ч1 тельного фронта - с входом триггера 00 управлени , выход которого соединен с управл ющими входами второго, третьего , четвертого, п того и шестого коммутаторов, выходы первого, второго , третьего и.четвертого умножителей соединены с первыми входами третьего, четвертого., п того и шестого коммутаторов соответственно, вторые входы первого, четвертого, п того и шестого коммутаторов объединены, второй вход третьего коммутатора соединен с .выходом первого коммутатора, входы первого суммирующего усилител  соединены с выходами третьего и п того коммутаторов, а входы второго суммирующего усилител  - с выходами чет

Description

вертого и шестого коммутаторов, выходы суммирующих усилителей  вл ютс  первым и вторым выходами устройства .

Изобретение Относитс -к средствам обучени  и нагл дным пособи м дл  учебных целей и предназначено дл  отображени  на экране осциллографа в виде векторной топографической диаграммы комплексных амплитуд Uc,o и

и

t

се синусоидальных напр жений U,

Uo, и Ujg t (u)t + o ) .

Векторные ди$грам1 и  вл ютс  наиболее удобной дл  учебных целей формой представлени  напр жений в цеп х с синусоидальными источниками энергии и позвол ют нагл дно представить амплитудно-фазовые соотношени  между напр жени ми, проиллюстрироват выполнение законов Кирхгофа,

Известны приборы дл измерени  амплитудных и действующих значений синусоидальных сигналов и приборы дл  измерени  угла сдвига фаз между двум  синусоидальными напр жени ми. Измеренные с помощью этих приборов амплитуды и фазы напр жений позвол ют построить векторные диаграммы I.

Однако процесс построени   вл етс трудоемким и требует использовани  чертежных принадлежностей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство дл  отображени  векторных диаграмм на экране ЭЛТ, содержащее измеритель амплитуды и измеритель сдвига фаз, первые и вторые входы и выходы которых  вл ютс  соответственно первыми и вторыми входами и выходами устройства, элемент сравнени , выход которого соединен с первым входом измерител  амплитуды, генератор импульсов , переключатель, блок выделени  модул , вход которого соединен с вторым входом измерител  сдвига фаз, сумматор, первый вход которого соединен с выходом измерител  сдвига фаз, счетчик, входы которого соединены с выходами генератора импульсов и переключател , а выход - с вторым входом сумматора, первый коммутатор, информационные входы которого соединены с выходами сумматора и счетчика , а управл ющий вход - с выходом элемента сравнени , сину.сно-косинусный преобразователь, вход которого соединен с выходом первого коммутатора , второй коммутатор, информационные входы которого соединены соответственно с первым входом измерител  амплитуды и с выходом блока выделени  модул , а управл ющий вход - с выходом элемента сравнени , два умножител , первые входы которых соединены с выходом второго коммутатора,

вторые входы - с выходами синуснокосинусного преобразовател , а выходы  вл ютс  соответственно третьими четвертым выходами устройства 2. Известное устройство осуществл ет

0 измерение угла сдвига фаз ot между синусоидальными напр жени ми )

U sinuft и и.се t U,pg si (tut + ot), измерение амплитудных значений 0, и иeg и отображение на экране ЭЛТ век5 торной диаграммы в пол рной системе координат. Таким образом, при отображении комплексной амплитуды Uj-g не учитываетс  (условно принимаетс  за ноль) значение комплексного потенциала , что существенно ограничивает

его демонстрационные возможности. В , частности, провер   выполнение вто . рого закона Кирхгофа, экспериментатору приходитс  контролировать на раг венство нулю сумму векторов, выход щих из начала координат. При большом числе векторов (практически более ; четырех) реализаци  этого контрол  трудоемка и требует Дополнительных графических построений,.

Цель изобретени  - расширение области применени  устройства путемотображени  амплитудно-фазовых соотношений информационных сигналов в ви5 де топографической диаграмма.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  отображени  векторных диаграмм на экране ЭЛТ, содержащее два амплитудных детектора, вход ,. первого из которых  вл етс  первым входом устройства, измеритель сдвига фаз, входы которого соединены с входами амплитудных детекторов, а выход - с входом первого синусно-косинусного преобразовател , выходы

которого соединены с первыми входами

первого и второго умножителей, вторые входы которых соединены с выходом первого коммутатора, элемент сравнени , выход которого соединен с уп50 равл ющим входом первЬго коммутатора, второй коммутатор, введены дифференциальный усилитель, третий амплитудный детектор, второй измеритель сдвига фаз, четыре коммутатора, аналого55 Цифровой преобразователь, третий и четвертый умножители, второй синуснокосинусный преобразователь, генера ор пилообразного напр жени , блок выделени  отрицательного фронта, триггер управлени  и два суммирующих усилител , причем входы дифференциального усилител   вл ют;с  вторым и третьим входами устройства, а выход соединен с входом второго амплитудного детектора, первый вход второго измерител  сдвига фаз соединен , с первым входом дщфФеренциального усилител , и с входом третьего амплитудного детектора, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого умножителей, вторые входы которых соединены с выхода ми второго синусно-косинусного преобразовател , вход которого соединен с выходом второго измерител  сдвига фаз, второй вход которого сое динен с входом, первого амплитудного детектора и вторым входом первого из мерител  сдвига фаз, выходы первого и второго амг1литудных детекторов сое динены с входами аналого-цифрового п еобразовател  и с соответствующими входсши второго коммутатора, выход которого соединен с первым входом эл мента сравнени , первый вход блока и дикации сбединен с выходом аналогоцифрового преобразовател , второй вход - с выходом первого измерител  сдвига фаз, выход генератора пилообразного напр жени  соединен с вторым входом элемента сравнени , с первым входом первого коммутатора и через . блок выделени  отрицательного фронта с входомтриггера управлени , выход которого соединен с управл ющигии вхо дами ёторого, третьего, четвертого, п того к шестого коммутаторов, выход первого, второго, третьего и четвертого умножителей соединены с первыми входами третьего, четвертого, п того и шестого коммутаторов соответст1венно , вторые входы первого, четвертого , п того и шестого коммутаторов объединены, второй вход третьего ком мутатора соединен с выходом первого коммутатора, входы первого суммирующего усилител  соединены с выходами третьего и п того коммутаторов, а входы второго суммирующего усилител  с выходами четвертого и шестого коммутаторов , выходы суммирующих усилителей  вл ютс  первым и вторым выход ми устройства. На фиг. 1 представлена структурна схема устройства дл  отобразкени  век торных диаграмм на экране; ЭЛТ; на фиг. 2 - временные диаграммй, иллюст рирующие формирование -выходных сигна лов устройства; на фиг. 3 - векторна  топографическа  диаграмма напр жений . Устройство дл  отображени  вектор ных диаграмм на экране. ЭЛТ-содержит дифференциальный усилитель 1, входы которого подключены к источнику сигнального напр жени  Осиг с (t). Выход усилител  1 соединен с входом второго амплитудного детектора 2 и первым входом первого измерител  3 сдвига фаз, выход которого св зан с входом блока 4 индикации и входом первого синусно-косинусного преобразовател  5. Второй вход усилител  1 подключен к первому входу второго измерител  6 сдвига фаз, св занного .своим выходом с входом второго синусно-косинусного преобразовател  7, и к входу третьего амплитудного детектора 8. Вход первого амплитудного детектора 9 соединен с источником опорного напр жени  U (t| U«e(t) и вторыми входами первого 3 и второго 6 измерителей сдвига фаз. Выходы амплитудных детекторов 2 и 9 соединены с соответствующими входам двухканального аналого-цифрового п зеобразовател  10, св занного своим выходом с входом блока 4 индикации, и с информационными входамивторого коммутатора 11, выход которого подключен к первому входу элемента 12 сравнени . Генератор 13 пилообразного напр жени  подключен своим выходом к второму входу элемента 12, сравнени , к первому информационному входу .лервОгр кбммутатора 14 и .через блок 15 выделени  отрицательного фронта к входу триггера 16 управлени , выход которого св зан с управл ющими входами коммутаторов 11, 1720 . Перовые и вторые выходы синуснокосинусных преобразователей 5 и 7 соединены соответственно с первыми входами умножителей 21-24, а выходы последних с первыми входами коммутаторов 17-20. Выход элемента 12 св зан, с управлдаощим входом первого коммутатора 14, вь1ход которого подключен к вторым входам первого 21 и Второго 22 умножителей. Выход амплитудного детектора 8 соединен с вторыми входами третьего 23 и четвертого 24 умножителей . Входы первого суммирующего усилител  25 подключены соответственно к выходам коммутаторов 17 и 19, а входы второго суммирующего усилител  26 - к выходам коммутаторов 18 и 20, причем вторые входы коммутаторов 1720 объединены. Выходы усилителей 25 и 26 соединены с вко аит X и Y осциллографа . .. Устройство осуществл ет измерение угла сдвига фаз ct между синусоидальными напр жени ми Uq(t) и UCB (tl UcgSin (u)t +ct), измерение амплитудных значений U и U, и отображение на экране ЭЛТ комплексных ам ,дд и Усе виде векторной Топоплитуд и графической диаграм Рассмотрим работу устройства при реализаций перечисленных функций. При построении векторных топогра фических диаграмм в исследуемой схе ме выбираетс  базовый узел О, потен циал которого принимаетс  за ноль. этим узлом соедин етс  обща  шина устройства. Измерени  потенцалов ос Тсшьных узлов производ тс  относите но базового. Отсчет фазовых сдвигов осуществл етс  относительно фазы по тенциала произвольно/с выбираемого узла а, т.е. Чо, Ч, е. Напр жение Uo, - Ч-о c, U6o5inU)t наз ваетс  опорньам. Выделение величины UO,Q производитс  амплитудным детекTog OM 9 . Сигнальное напр жение ( t св5 снимаетс  между некоторыми узлами с и в с пом цдью дифференциального усилител  1, а выделение его амплитуды Uce осуществл етс  амплитудным детектором 2, С помощью аналого-цифрового преобразовател  10 величины Uyj, и преобразуютс  в коды и индицируютс  бл ком 4. Измеритель 3 сдвига фаз фиксирует фазовый сдвиг oi между сигнал ным и опорным напр жени ми. Дл  ото бражен   вектора сигнального напр жени  топографической форме нео ходимо иметь координаты его начальной точки, т.е. комплексный потенци ал . . р D Измерение величин Чц и /5 осуществл етс  амплитудным детектором 8 измерителем 6 Фазового сдвига. Исходными данными дл  формировани  изображени  топографической диаграммы  вл ютс  и ei, Чв и р Основой дл  получени  необходимых на пр жений разверток U;( и Uy служит пилообразное напр жение e(t)(фиг.2а) вырабатываемое генератором 13, Импульс , генерируемый блоком 15 во вре м  отрицательного фронта напр жени  e(t), мен ет состо ние триггера 16 управлени , который работает в счетном режиме и управл ет очередностью формировани  изображений векторов . .о и сеПри нулевом значении Выхода Q три гера 16 формируютс  напр жени  U и И длз изображени  вектора, (Г при единичном - дл  изображени  вектора .UCB (фиг. 26) . Пилообразн.ое напр жение e(t) элементом 12 сравнени  сравниваетс  . с напр жением и , транслируемым ком мутатором 11. Коммутатор управл етс  сигналом Q с выхода триггера 16 по закону и Р О при Q 1(1) Выходной сигнал схемы сравнени  ,  вл етс  управл ющим дл  коммутатора 14, напр жение (фиг. 2в) на выходе которого определ етс  выражением e(t), при ,e(t) е (t),при U,e(t) Сигнал ep(t) умножител ми 21 и 22 умножаетс  соответственно на соэоС.и Яп et , вычисл емым синусно-косинус-. ным преобразователем 5. Следовательно , на выхдце умножетелей 21 и 22 формируютс  напр жени : ep(t)coseC и ep(t)sinot. Причем на основании формулы (1) и (2) при амплитуда е равна и,, а при Q 1 - Умножители 23 и 24 умножают напр жение Ча с выхода амплитудного детектора 8 на вычисл емые синусно-косинусным преобразователем 7 тригонометрические ФУНКЦИИ созри sinp соответственно . Таким образом, умножители 23 и 24 осуществл ют преобразование координат начальной точки вектора Up- из пол рной системы в пр моугольную (фиг. 2 Г, д) (% г) - (Vgcos, 4g sinp) Коммутаторы 17-20 переключаютс  игналом с выхода триггера 16 управени : при Q 1 коммутаторы пропусают на выходы сигналы с первых вхоов , а при Q О - сигналы с вторых ходов. Следовательно, в интервале диничного состо ни  триггера 16 на ыходах коммутаторов 17-20 формирутс  напр жени  ep(t) -cosaC ; ep(t)Sinot ; и 19 Чб. 20 HeSi ЛВ этом случае напр жение на суг 0|4ирующих усилителей 25 и 26 меют вид (фиг. 2 е,ж) и и„+ и,, ep(t)cos(y: + Vgcosp ; Uy и g+ 20 Sp (t) sin o( Чр sin /3. Напр жени  U и U,, подаютс  на ходы X и Y .осциллографа, так как ри Q 1 амплитуда е p(t) равна U. , а экране ЭЛТ высвечиваетс  вектор, ачало которого смещено в точку /gcos /J, Чр , модуль равен , угол с осью ОХ составл ет величину d (фиг. 3) . При нулевом состо нии треггера 16 а выходах комлутаторов 17-20 создатс  система напр жений U,ep(t),. . i6 19 20 ОВ этом случае напр жени  на выхо дах суммирующих усилителей 25. и 26 имеют вид (фиг, 2е, ж) х UIT- Ui9- ep(t)f . i8 20 ОПоскольку при Q амплитуда равна Уде, на экране ЭЛТ создаетс  изображение выход щего из начала ко ординат, горизонтально ориентирован ного вектора, модуль которого равен Uao .(фиг. 3). Таким образом, в течение нулевог полупериода сигнала Q на экране ЭЛТ создаетс  изображение вектора (i, в течение единичного полупериода изображение вектора Ucg. Если часто управл ющего сигнала Q превышает 20 глаз наблюдател  не воспринимает вр менного разделени  формировани  изображений. В каждом полупериоде сигнала Q выполн етс  второе соотношение сист мы (2), так как при правильном выб ре пре;;5ела измерений гшплитуды 1) и.- не превосход т амплитуды пилоо С момента преразного напр жени  .(t) величины вышени  сигналом е Uce( Uoij) и до конца единичного (нул вого) прлупериода напр жени  U, и сохран ют посто нные значени  и ifgCOS(J(0) ; . и ifg sinp(O) . Следовательно начальные точки ве торов UCB и Upij, на отображаемой диаграмме отмечаютс   ркЬ свет щимис  точками. Подключив входы аи О устройства к одному из элементов исследуемой схемы и подава  на входы усилител  1 последовательно напр жени  со всех остальных элементов, можно получить полную векторную топографи ческую диаграмму. Иллюстраци  выполнени  второго закЬна Кирхгофа с помощью векторной топографической диаграммы отличаетс  повышенной нагл дностью: вектора напр жений элементов схемы, образуюащх контур, составл ют замкнутый многоугольник . Так как последовательность векторов в многоугольнике однозначно соответствует последовательности элементов контура, векторна  топографическа  диаграмма отражает структуру исследуемой схемы. Изготовлен макетный образец уст- ройства дл  отображени  векторных диаграмм на экране ЭЛТ. Макет позвол ет в нагл дной форме представить амплитудно-фазовые соотношени  в линейг ных цеп х переменного тока, в 2-3 раза сокращает врем  выполнени  лабораторных работ, исключает чертежные работы при построении векторных диаграмм . Изготовленный макет устройства имеет следующие основные характеристики: точность измерени  амплитуд напр жений 1,5%; точность измерени  фазового сдвига диапазон амплитуд исследуемых напр жений 1-300 В; частотный диапазон 30-10000 Гц; потребл ема  мощность 10 Вт (220 в/50 Гц) габариты 180x200x110 мм. В качестве базового объекта вьАбран серийно выпускаемый векторный вольтметр ФК2-12, предназначенный дл  измерени  действующих значений синусоидальных напр жений и угла сдвига фаз между ними. . Технические преимущества изобретени  заключаютс  в расширении класса решаемых задач за счет построени  векторных топографических диаграмм напр жений, уменьшени  весогабаритных характеристик и потребл емой нрсти. Цифрова  форма представлени  результатов измерений в предлагаемом устройстве уменьшает погрешности считывани  , обеспечивает возможность сопр жени  Go средствами цифровой вычислительной техники.

Ifc8

fcit}

Mf)

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ НА ЭКРАНЕ ЭЛТ, содержащее два амплитудных детектора, вход первого из которых является первым входом устройства, первый измеритель сдвига фаз, входы которого соединены с входами амплитудных детекторов, а выход, - с входом первого синусно-косинусного преобразователя, выходы которого соединены с первыми входами первого и второго умножителей, вторые входы которых соединены ' с выходом первого коммутатора, элемент сравнения, выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора, второй коммутатор, о т · л и ч а ю щ е е с‘ я тем, что, с целью расширения области применения устройства путем отображения амплитудно-фазовых соотношений информационных сигналов в виде топографической диаграммы, оно содержит дифференциальный усилитель, третий амплитудный детектор, второй измеритель сдвига фаз, четыре коммутатора, аналого-цифровой преобразователь, третий и четвертый умножители, второй синусно-косинусный преобразователь, генератор пилообразного напряжения, блок выделения отрицательного фронта, триггер управления и два суммирующих усилителя, причем входы дифференциального усилителя являются вторым и третьим входами устройст-