SU968844A1

SU968844A1 - Lighting simulating device

Info

Publication number: SU968844A1
Application number: SU803218131A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иванович Потапкин; Александр Алексеевич Пегов
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1982-10-23

Description

Изобретение относится к учебным пособиям по физике и может быть использовано при моделировании физических процессов, протекающих при обра- _ зовании молнии... .The invention relates to textbooks in physics and can be used to model physical processes that occur during the formation of lightning ....

Известно устройство для моделирования молнии, содержащее пороговый элемент, интегратор и последовательно соединенные между собой источник питания, зарядный коммутирующий элемент, блок имитации канала молнии, разрядный коммутирующий элемент и сопротивление нагрузки £ 1].A device for modeling lightning containing a threshold element, an integrator and a series-connected power source, a charging switching element, a simulated channel lightning channel, a discharge switching element and a load resistance £ 1].

Однако при работе устройства не учитываются процессы, происходящие 15 в канале молнии, что снижает качество моделирования.However, the operation of the device does not take into account the processes occurring 15 in the lightning channel, which reduces the quality of the simulation.

Целью изобретения является повышение качества моделирования.The aim of the invention is to improve the quality of modeling.

Указанная цель достигается тем, что устройство для моделирования молнии, содержащее пороговый элемент, интегратор и последовательно, соединенные между собой источник питания, , _ зарядный коммутирующий элемент, блок *3 имитации канала молнии, разрядный коммутирующий элемент и сопротивление нагрузки, содержит последовательно соединенные второй пороговый элемент и триггер, при этом первый уп равняющий выход блока имитации канала молнии через первый пороговый элемент .соединен с первым входом триггера, второй управляющий выход блока имитации канала молнии через второй пороговый элемент соединен с вторым входом триггера, первый выход которого соединен с управляющим входом зарядного коммутирующего элемента, а второй выход триггера через интегратор соединён с управляющим входом разрядного коммутирующего элемента.This goal is achieved by the fact that the device for modeling lightning, containing a threshold element, an integrator and a power supply connected in series, _ a charging switching element, a lightning channel simulation block * 3, a discharge switching element and a load resistance, contains a second threshold element and trigger, while the first unit of equalization output of the lightning channel simulation block through the first threshold element. is connected to the first trigger input, the second control output of the simulation block The channel of lightning through the second threshold element is connected to the second input of the trigger, the first output of which is connected to the control input of the charging switching element, and the second output of the trigger through the integrator is connected to the control input of the discharge switching element.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений.In FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 - stress diagrams.

Устройство включает последовательно соединенные источник питания 1, зарядный коммутирующий элемент 2, блок имитации канала молнии 3, разрядный коммутирующий элемент 4 и сопротивление нагрузки 5.The device includes a serially connected power source 1, a charging switching element 2, a simulated channel lightning 3, a discharge switching element 4 and a load resistance 5.

Управляющие выходы блока имитации канала молнии 3 через Пороговые элементы б и 7 подключены к входам триггера 8.The control outputs of the simulation block of the lightning channel 3 through the Threshold elements b and 7 are connected to the inputs of the trigger 8.

. Пороговые элементы б и 7 могут быть выполнены в виде триггеров Шмитта.. Threshold elements b and 7 can be made in the form of Schmitt triggers.

Один из выходов триггера 8 подключен к управляющему входу зарядного коммутирующего элемента 2, а другой через интегратор 9 к управляющему входу разрядного коммутирующего элемента 4.One of the outputs of the trigger 8 is connected to the control input of the charging switching element 2, and the other through the integrator 9 to the control input of the discharge switching element 4.

Для пояснения работы предствалены эпюры напряжений в точках 10-15. 5To illustrate the work, stress diagrams are presented at points 10-15. 5

Блок имитации канала молнии 3 представляет последовательность каскадно включенных звеньев, состоящих из сопротивлений 16 и 17 (R₄ , Я_г) , емкостей 18 (С 1), индуктивностей 19 (L/) и 10 .нелинейных элементов диодов 20 (0^ ) .The simulated channel of lightning channel 3 is a sequence of cascade-connected links consisting of resistances 16 and 17 (R ₄ , R _g ), capacitors 18 (C 1), inductances 19 (L /) and 10 non-linear elements of diodes 20 (0 ^).

Число этих звеньев зависит от дли-: ны имитируемого канала молнии.The number of these links depends on the length of the simulated lightning channel.

Устройство работает следующим образом, 15The device operates as follows, 15

В исходном состоянии после включения напряжения источника питания 1 зарядный коммутирующий элемент 2 замкнут, а разрядный коммутирующий элемент 4 разомкнут. Происходит за- „ ряд емкостей в блоке имитации канала ^ммолнии 3 и напряжение на втором выходе этого блока постепенно повышается (диаграмма 10). Как только величина этого напряжения достигнет заданного порогового УРОВНЯ; происхо- ²⁵дит срабатывание триггера Шмитта б (диаграмма 11). Сработав, триггер Шмитта б перебрасывает в другое устойчивое состояние триггер 8. Сигнал с выхода триггера 8 непосредствен- 30 но воздействует на второй вход зарядного коммутирующего элемента 2 и закрывает его. Заряд блока имитации: канала молнии 3 прекращается. В это ¹же время сигнал с другого выхода триг- 35 гера 8, пройдя через интегратор 9, воздействует на второй вход разрядного коммутирующего элемента 4 и открывает его. Происходит разряд блока имитации канала молнии 3 (диаграм-;. 4Q ма 12) и на сопротивлении нагрузки можно наблюдать моделируемый импульс, тока молнии. Интегратор 9 позволяет осуществлять плавное открывание разрядного элемента 4, а следовательно, регулировать длительность переднего фронта моделируемого импульса. Если регулировать длительность переднего фронта моделируемого импульса не требуется, то интегратор 9 может отсут- „ ствовать.In the initial state, after the voltage of the power source 1 is turned on, the charging switching element 2 is closed, and the discharge switching element 4 is open. Occurs za- "a plurality of vessels in channel simulation ^m lightning unit 3 and the voltage at the second output of this unit is gradually increased (diagram 10). As soon as the magnitude of this voltage reaches a predetermined threshold level; Schmitt trigger b is triggered ²⁵ (diagram 11). Having worked, the Schmitt trigger b throws trigger 8 to another stable state. The signal from the output of trigger 8 directly 30 acts on the second input of the charging switching element 2 and closes it. Simulator block charge: lightning channel 3 stops. At the same time, ^one signal with the other output 35 trig- ger 8, passing through the integrator 9, acts on a second input bit of the switching element 4 and opens it. A block of the simulated lightning channel 3 channel is discharged (diagram-; 4Q ma 12) and a simulated impulse, lightning current, can be observed on the load resistance. The integrator 9 allows you to smoothly open the discharge element 4, and therefore, to adjust the duration of the leading edge of the simulated pulse. If it is not required to adjust the duration of the leading edge of the simulated pulse, then the integrator 9 may be absent.

После того как напряжение на третьем выходе блока имитации канала мол,нии 3 (диаграмма: 12), который соответствует верхней части канала молнии, 'упадет до порогового уровня, произой~55 дет срабатывание триггера Шмитта 7 (диаграмма 13). Сработав, триггер Шмитта 7 перебросит в другое устойчивое состояние триггер 8. Сигналы с выходов триггера 8 откроют зарядный коммутирующий элемент 2 и закроют разрядный коммутирующий элемент 4. Схема возвратится в первоначальное состояние и начнется следующий цикл ее работы.After the voltage at the third output of the simulated channel channel block 3 (diagram: 12), which corresponds to the upper part of the channel of lightning, 'drops to the threshold level, ~ 55 detects Schmitt trigger 7 (diagram 13). Having worked, the Schmitt trigger 7 will transfer the trigger 8 to another stable state. The signals from the outputs of the trigger 8 will open the charging switching element 2 and close the discharge switching element 4. The circuit will return to its original state and the next cycle of its operation will begin.

В устройстве так же, как и в реальных условиях, срабатывание зарядного и разрядного коммутирующих элементов происходит в те моменты времени, когда потенциалы верхнего и нижнего концов канала молнии достигнут заданных величин. Это повышет качество и точность моделирования процессов, происходящих при разряде молнии и способствует более четкому пониманию процессов, характеризующих такое крупномасштабное явление, как разряд на землю.In the device, just as in real conditions, the actuation of the charging and discharge switching elements occurs at those times when the potentials of the upper and lower ends of the lightning channel reach the specified values. This will increase the quality and accuracy of modeling processes that occur during a lightning discharge and contribute to a clearer understanding of the processes that characterize such a large-scale phenomenon as a discharge to the ground.

Claims

switching element 2, and the other through integrator 9 to the control input of the discharge switching element 4,. The explanation of the work presents voltage plots at points 10-15. The simulator of the lightning channel 3 represents a sequence of cascade-connected links consisting of resistances 16 and 17 (R.Rj), capacitances 18 (С 1), inductances 19 (L) and nonlinear elements of diodes 20 (0). These links depend on the length of the simulated lightning channel. The device operates as follows. In the initial state, after switching on the voltage of the power source 1, the charging switching element 2 is closed and the switching switching element 4 is open. Capacities are charged in the imitation channel of lightning 3 and the voltage at the second output of this block gradually rises (Figure 10). As soon as the magnitude of this voltage reaches a predetermined threshold level, the Schmitt trigger B is triggered (Figure 11). Having triggered, the Schmitt trigger b transfers another steady state trigger 8. The signal from the output of trigger 8 directly acts on the second input of the charge co-switch of element 2 and closes it. The charge of the simulation block: the lightning channel 3 stops. At the same time, the signal from the other output of the trigger 8, having passed through the integrator 9, acts on the second input of the bit switching element 4 and opens it. The discharge of the simulated lightning channel 3 block (diagram: 12 and 12) occurs, and a simulated lightning current pulse can be observed on the load resistance. The integrator 9 allows smooth opening of the bit element 4 and, therefore, the duration of the leading edge of the simulated pulse. If you do not need to adjust the duration of the leading edge of the simulated pulse, then integrator 9 may be absent. After the voltage at the third output of the imitation channel, Mol | Nii 3 (diagram 12), which corresponds to the upper part of the lightning channel, drops to the threshold level, the Schmitt trigger 7 (Figure 13) will occur. Having triggered, the Schmitt trigger 7 will transfer trigger 8 to another stable state. Signals from the outputs of trigger 8 will open charging switch element 2 and close discharge switch element 4. C: The heme will return to its initial state and begin its next cycle of operation. In the device, as well as in real conditions, the operation of charge and discharge switching elements occurs at those times when the potentials of the upper and lower ends of the lightning channel reach the specified values. This will improve the quality and accuracy of modeling the processes occurring during the discharge of lightning and contributes to a clearer understanding of the processes that characterize such a large-scale phenomenon, as a discharge per stage. The invention The device for modeling a moth containing a threshold element, an integrator and a Power supply connected in series, a charging switching element, a lightning channel imitation unit, a radar switching element, and a load resistance, which is that, in order to improve the quality of the simulation, it contains a second threshold element and a trigger connected in series, with the first control output. the lightning channel simulation unit through the first threshold element is connected to the first trigger input, the second control output of the lightning channel simulation unit through the second threshold element is connected to the second trigger input, the first output of which is connected to the control input of the charging switching element, and the second trigger output through the integrator is connected to the control input of the bit switching element. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate for application 2913908 / 28-12, cl. G 09 B 23/18, 1980.

.m :. „

Fnb1