Устройство для отображения векторных диаграмм на экране электронно-лучевой трубки

(54 С 09 С 1 6027 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 24-24 для отображения векторческой диаграммы напряжвекторной диаграммы торетения - повышение тоства и расширение клас ои топографиений и/илиов. Цель изобности устройа решаемых Бюл. Ф 21институт электро тображения в для иллю хгофа. Цел ем на экра ров, выбир кторных сов страции первь достигаетне ЭЛТ нес"аемых исслетво ССС 2, 1982 о СССР 2, 1983 собственн исключае мотрениюические раф агр(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРНЫХ ДИАГРАММ НА НО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ (57) Изобретение от вам обучения и нагл для учебных целей и ЕНИЯ ВЕКЛЕКТРОНОТОБР ЭКРАНЕ аботы по формированию оляет выделить и нагл ммэ и но редстаношенияв анализ.п. ть амплитудн зовые итс редс между напряженизируемом фрагмеф-лы, 2 ил. собиям начено е схемы,редна С:(46) (71) ной (72) (53) (56) М 1 ОА )1 а 3895531 14.05,8 07.06.8 Московс ехники А.А,Бал 681,327 Авторско 2765, кл торское 9786, кл баиов и М.Ф1 (088.8)е свидетельС 09 С 1/свидетельстС 09 С 1/ задач путем диаграмм ток го закона Ки ся отображен кольких вект дователем по что полностьюИзобретение относится к средствамобучения и пособиям для учебных целейи предназначено для отображения векторной топографической диаграммы напряжений и/или векторной диаграммы 5токов.Цель изобретения - повышение точности устройства и расширение классарешаемых задач путем отображения векторных диаграмм токов для иллюстрации первого закона Кирхгофа.На фиг,1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - отображение вектора напряжения на комплексной плоскости.15Устройство содержит второй коммутатор 1, преобразователь 2 ток - напряжение, дифференцирующий усилитель3, первый амплитудный детектор 4, первый измеритель 5 сдвига фаз, индикатор 6, блок 7 оперативной памяти,второй измеритель 8 сдвига фаз, второй амплитудный детектор 9, аналогОцифровой преобразователь 10, регистг 5ры 11 - 14, блок 5 управления, первый16 и второй 17 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), первый 18 и второй19 умножители, первый 22 и второй 23синусно-косинусные преобразователи,третий 24 и четвертый 25 умножители,первый блок 26 сравнения, первый коммутатор 27, генератор 28 тактовых импульсов, первый счетчик 29, ЦАП 30,первый триггер 31, второй счетчик 32,элемент ИЛИ-НЕ 33, второй блок 3435сравнения, элемент ИЛИ 35, адресныйвход 36, элемент И 37, управляющийвход 38, а также второй 39 и третий40 триггеры. Блок 15 управления содержит преобразователь 41 кодов ирегистр 42,Кроме того, устройство имеет первый 43, второй 44 и третий 45 информационные входы и выходы 46 и 47.Устройство осуществляет измерение угла сдвига фаэ между синусоидальными напряжениями цо (й)=Ч я 1.пыл исО Зо, К)=Ч;1 Яп(сой+Ы; ) или междУ напряжением )о (С) и током д; (с)50 =1, я п (ыс+ о(, ), измерение амплитуд 11 11ных значений напряжений и токов, отображение на экране ЭЛТ анализируемых фрагментов векторной топографической диаграммы напряжений и/или55 векторной диаграммы токов.Устройство работает следующим образом. При построении векторных топографических диаграмм напряжений в исследуемой линейной схеме выбирается базовый узел "О", потенциал которого принимается за ноль. С этим узлом соединяется общая шина 47 устройства. Измерение потенциалов остальных узлов производится относительно базового. Отсчет фазовых сдвигов осуществляется относительно фазы потенциала произвольно выбираемого узла а, т.е.ро,е ". Напряжение 11 о (С)р о а = Ча я 1 пв 1 называетсяоопорным. Сигнальное напряжение О=Ч яп (ыС+Ыо,) снимается между некоторыми узлами и и ш.Положение символа Ч на комплексной плоскости однозначно определяется четырьмя координатами (фиг.2). Воэ" можно задание координат в прямоугольной и полярной системах. В данном случае рациональным следует считать следующий набор координат: (Ч ,о( ); ( М.(, ). Первая пара координат является выходными данными вольтметра и фазометра, получение второй пары аналогично первой.На векрторной диаграмме токов символы всегда выходят иэ начала координат. Поэтому для отображения символа тока 1 П достаточно двух координат 1, Ы , , которые измеряются следующим образом. При измерении координат символов напряжений коммутатор 1 подключает неинвертирующий и инвертирующий входы дифференциального усилителя 3 к входам 43 и 44 устройства, а входы и выход преобразователя 2 ток - напряжение отключается,Входы 43 и 44 устройства соединяют с некоторыми узлами и и ш анализируемой схемы. На выходе дифференциального усилителя 3 формируется напряжение О .(С) = Ч- Ч=Ч, х х яп(и 1+1,Н), Выделение величин Ч иосуществляется амплитудными детекторами 4 и 9 соответственно. С помощью аналого-цифрового преобразователя 1 О величины Ч ипреоблразуются в коды. Измеритель 5 фазового сдвига фиксирует фазовый сдвиг И между сигнальным (1(1) и опорным О о, (й) напряжением, а измеритель 8 фофазового сдвига - фазовый сдвиг между потенциаломи опорным папряжением Оо, (г.). Коды величин Ч, и Ы,индицируются индикатором 6.При измерении координат символов токов коммутатор 1 подключает входы преобразователя 2 ток - напряжение к входам 43 и 44 устройства, инвертирующий вход дифференциального усилителя 3 - к общей шине 47 устройства, а вход преобразователя 2 к неинвертирующему входу усилителя 3.Для измерения амплитуды и фазы тока соответствующая ветвь анализируе мой схемы разрывается, а входы устройства включаются в разрыв.Напряжение на выходе амплитудного детектора 4 пропорционально амплитуде тока 1 , напряжение на выходе де тектора 9 равно нулю, а измеритель 5 фазового сдвига фиксирует величину фазового сдвига Ы между током тв ветви гдп и опорным напряжением(г.). Величина фазового сдвига на 20довыходе измерителя 8 не определена, так как сигнальный вход измерителя соединен с обшей шиной. Однако значение этого фазового сдвига в данном случае несущественно, поскольку диаграммы токов не могут быть топографическими (начало вектора тока всегда находится в начале координат сим волов или токов).Координаты отображаемых символов записываются в блок 7 оперативной памяти. Затем осуществляется циклическое считывание содержимого оперативной памяти. После считывания по адресу т очередной четверки коорди нат символа напряжения Ч .Ч,1,или символа тока 1 , о,х, 1,Ыформируется соответствующая система развертывающих напряжений Би Бу. Согласно методу функциональных напряжений для создания на экране ЭЛТ с электростатическим управлением изображения символа с координатами , А , Ч , Ыр, на отклоняющие пластины ЭЛТ необходимо по дать систему сигналовУ = ц соя о + е (С) сояа(1)Бу = ця 1 п Ы+ ер (т) я 1 п 1 о, 50 где е (Т) - напряжение развертки, имеющее амплитуду Ч . КоординатыОЧирО т считываются изблока 7 оперативной памяти в регистры 11 - 14. Преобразование цифровой формы представленияи Ч в анар и рлоговую реализуется с помощью ЦАП 16 и 17. Тригонометрические функции углов Д и с, воспроизводятся синусно-косинусными преобразователями22 и 23, Вычисление первых слагаемыхсоя Ы и 1 я 1 псистемы развертывающих напряжений Ц, и Б осуществляются с помощью умножителей 18 и19 соответственно. Основной для получения напряжения развертки е (1)Рслужит пилообразное напряжение е (С),аппроксимируемое ступенчатым сигналом е (С), вырабатываемым генератором 28, счетчиком 29 и ЦАП 30, Содержимое счетчика 29 в интервале развертки ступенчато изменяется от 0до 2 п (п - число разрядов) за счетпоступления на вход импульсов с выхода генератора 28. ЦАП 30 преобразует содержимое счетчика 29 в напряжение е (с). Сигнал е , (г.) является, таким образом, ступенчатым, Прии7,8 дискретность иэображения векторов, вызванная ступенчатым характером изменения развертывающего напряжения, зрительно не воспринимается.Сигнал е(Т) блоком 26 сравнения сравнивается с напряжением Б,Выходной сигнал блока 26 сравненияявляется управляющим для коммутатора27, напряжение на выходе которогоопределяется выражениеме(с) при Ч,ъ е (с),е (т)= (2)0 при Ч, е (г)Напряжение ер(Т) подается на аналоговые входы умножителей 24 и 25,на цифровые входы которых поступаюткоды тригонометрических функцийсоя Ы и я 1 п . Таким образом, навыходах суммирующих усилителей 20 и21 формируется система развертывающих напряжений Б и Бу, создающаяизображение символа Ч . АмплитудаЕ ступенчатого напряжения ет(С)определяется выражением2" - 1Е = Е - х Е0 2 Р ОПри правильном выборе предела измерений должно выполняться условиеЧ( Е. Следовательно, в интервалеразвертки всегда выполняется второесоотношение системы (2). С моментапревышения сигналом е(Т) амплитудыЧ и до конца интервала разверткинапряжения 11 и Б сохраняют постоянные значенияУ = 9 соя Ф,Уу =ядп Ы.Таким образом, начальная точка вектора 1 отмечается на экране ярнчко светящейся точкой.Процесс считывания координат из блока 7 оперативной памяти и формиро вание соответствующей системы развертывающих напряжений 11 и Е циклически повторяются для всех 1 еО, И, где- общее число ячеек оперативной памяти.Рассмотрим более подробно адресацию оперативной памяти и выработку управляющих сигналов при записи и чтении координат символов. Полный цикл работы устройства состоит из И интервалов, каждый из которых вклю.т ицтерцдл обращения к блоку оперативной памяти и интервал развертки,Номер интервала равен адресу ячейки, к которой проис. ходит обращение. В каждом интервале обращения к оператгццой памяти происходит считывание .;оордгцдт символа в регистры 1 - 14. Г.алцздцця считывания требует форми 25 ро"д 1 иц управляющих сигналов, Сигнал Чт/з .п (чтения/записи) задает режим работы оперативной памяти. Сигнал ВК (выбора кристалла) осуществляет стробировдние памяти (информация30сд выходе памяти присутствует в те - чепце высокого уровня ВК). По переднему фронту сигндла стр.КС происходит занесение координат в регистры- 14,35Гри записи координат символа в память ему (символу) присваивается некоторый номер ). При этом в- ом интевале обращения к памяти операции считывания предшествует операция записи. Для обеспечения контроля записи координат символов в память нулевая ячейка выделена для вектора-метки. Вектор-метка - это вектор цапря:кения или тока, подаваемого на сигнальные входы устройства. В нулевом интервале обращения к памяти в каждом цикле происходят запись и чтение координат. Таким образом, координаты вектора-метки транслируются через блок 7 оперативной памяти в регистры 11-14 в каждом цикле работы устройства. Вектор-метка всегда отображается на экране ЭЛТ. Подключая входы устройства к узлам исследуемой схемы экспериментатор может последовательно во времейи просмотреть интересующую его векторную диаграмму. Для одновременного отображения на экране ЭЛТ нескольких векторов их координаты предварительно должны быть записаны в оперативную память. Заносимую в память вектору с помощью переключателя адреса (не показан) к входу 36 присвоится номер К от 1 до И, Номер К вектора равен адресу ячейки памяти, в которую производится запись координат. Входы устройства подключаются к узлам исследуемой схемы в результате чего на экране ЭЛТ появляется изображение соответствующего вектора-метки (не показан). После нажатия переключателя записи сигнал подается к входу 38 и координаты данного вектора заносятся в ячейку К, адрес которой ранен присвоенному вектору номеру. После записи в память яркость иэображениявектора увеличивается, так кдк онотображается в полном цикле работыдважды: в виде вектора-метки, поскольку сигнальные выводы еще подключены к узлам схемы, и в виде отображаемого вектора, координаты которого находятся в К-й ячейке. Увеличение яркости изображения записываемого вектора служит эксперимецтатору подгверждением правильной записи. Затем входы устройства подключаются к другой паре узлов схемы, На экране появляется изображение соответствующего вектора-метки, Если экспериментатор принимает решение о записи его координаты в память, он присваивает вектору с помощью переключателя номер и нажимает переключатель записи, В результате последовательного просмотра векторов и записи координат интересующих векторов в память на экране формируется иэображение векторной диаграммы.Формирование управляющих сигналов, обеспечивающих описанный процесс, происходит следующим образом,Интервал обращения к оперативнойпамяти инициируется отрицательным фронтом сигнала старшего разряда счетчика 29. Отрицательный фронт появляется в момент переполнения счетчика 29, т.е, в момент завершения интервала развертки,По данному фронту содержимое счетчика адреса 32 увеличивается на единицу, а триггер 31 устанавливается в единичное состояние, Высокий уровень сигнала на прямом выходе триггера 31 принудительно удерживает счетчик 29 в нулевом состоянии, блокируя тем самым выработку разверть -вающего напряжения е (г). Низкийстуровень сигнала на инверсном выходе триггера 31 разрешает блоку 15 управления выработку управляющих сигналов.Входной сигнал блока управления определяется выражениемА = 2 " ( "зап",где 2 - логический признак нулевогосодержимого счетчика 32;логическии признак равенства содержимого счетчика 32 1 О 15 и кодл, заданного переключателем адреса;зап - ло гич с с кий и ри з и л к з; и;ну того коцтлк та и е р еклю ч л телязаписи ,20Значение переменной А определяетдве возможные последовательности вырабатываемых управляющих сигндлов.При А=О формируется совокупность сиг 25налов, редлизуюпих чтение координатвектора из памяти в регистры и переход к интервалу развертки. Переходк интервалу развертки осушествляетсяобнулением триггера 31 сигналом К.Перевод триггера 31 в нулевое состоя 30ние блокирует работу блока управления и разрешает формирование развертывающего напряжения е .,(Г).При А= опислнной последовательности сигналов предшествуст последовательность, обеспечивающая записькоординат в оперативную память,Блок 15 управления представляетсобой синхронный последовательный автомат, реализованный на преобразователе 41 кодов и регистре 42. Сменасостояний блока 15 управления синхронизируется отрицательными фронтамиимпульсов с генератора 28.Число состояний блока 15 управления (как конечного последовательногоавтомата) определяется по последовательности управляющих сигналов.Обращение к памяти по записи беэусловно происходит по нулевому адресу, что обеспечивает запись в нулевую ячейку координат вектора-метки,и/или при условии нажатой кнопкиЗапись по адресу, заданному переключателем. Логический признак "2"формируется элементом ИЛИ-НЕ 33, блоки 34 сравнения вырабатывают признакравенства ( содержимого счетчика 32 и кодд цд выхоле цереключлтеля лдресд (вход 36). Призцдк "Злп" вырабатывается ца входе 38. 1 д триггерах 39 и 40 (Р-три.гсрлх) реализован ждущий синхронцьй мультивибрдтор. В клчестве тактового сигнала, определяю- пего длительность формируемого мультивибратором импульс используется сигнал старшего разряда счетчика 32. В установившемся режиме, клк при цулегом, так и при единичном уровцях сигнала цд С-входе триггера 39, оба триггера находятся в пулевом состоянии, т,е. Злп =О. Это состояние устойчиво. При нажатии переключателя (1 ход 38) д С - х ;.с Р - -, рг срл 39 оявляется переплл "1" - "О". По,.; о:к: 1 Р вхоц цдл Г цг:1: ло гцч е ск ои 1 , три г 1 е р 3 9 у с т лн з вл и 1 л е т-. с я в един чц о с с о Г т о я 1 цез дц омиц л я ". см слмым факт нл:дт 11 среключдтеля. При цоя 1 ленин нл Г-х,е Р-триггсрд 40 дктиьно 1 о переплдл "1" - "О" в р. ультдте нлжлтия пере;лчд:.11 ", ри 1 гер перех 111 н о 1 ц цое состоя .цие ( 3 дг, - 1) и, 1 лк Г.едст 11 е это го, обцуляет триггер 39.Таким образом, к мо. ецту следующег О;1 к т иц о г о Г е р е и; ц з-0 н д . л 1 тово 1:;оде три ггрл 4 С ц, Р 1 хс де триггера уста;вццдется сигналло гцч е с ко г о 0 , в ре з ул ь т д т е 1 е г о тргггер возврацлется 1 исходное цулево е со сто яие . Следов л тел ьно, ждуший синхронный мультацбрлтор нд триггерах 39 и 40 по нажатию цереключлтеля записи (вход 38) вырабатывает одшочый им 11 уль с 3 лп длит ел ьно с т ьюр д в о й периоду тактового сигнала нд С - входе триггера 4 О , т . е , дл и т ельно сти полно го цикла работы у с т ро й с тв л . На положитель ный перепад на С- входе триггера 3 9 мульти виб рато р н е реагирует , так к ак этот перепад н е явля е тся активным для триггера 3 9 .Эл емен т И 3 7 вырабатывает сигналО 3 ап , а элемент 3 5 логически с уммируе т сигнал 2 и Я . " 3 а п , так к а к признак Ц периодически принимает единично е значение в каждом цикле в и р еделах интервала , номер которого со впадает с выходным кодом и е реключат еля адреса ( вход 3 6 ) , а признак " 3 ап "- 1 в течение одного полного цикла работы устройства после нажатия пе реключ а теля записи , то слагаемое ( " 3 а п " однократно принимает единичное з на ч ение в ближайшем по сл е нажатия и е р е к 1316027 1 Олючателя интервале, номер которого равен установленному переключателем адресу вектора. Описанной синхронизацией обеспечивается однократная запись координат по выбранному адресу 5 оперативной памяти.Таким образом, предлагаемое устройство измеряет угол сдвига фаз между синусоидальными напряжениями, угол сдвига фаз между током и напряжением, амплитудные значения напряжений и токов, а также отображает на экране ЭЛТ векторную топографическую диаграмму напряжений и/или диаграмму токов, состоящих из Б векторов, и позволяет формировать на экране ЭЛТ изображение совокупности символов напряжений и токов, что обеспечивает наглядную иллюстрацию выполнений обоих знаков Кирхгофа. Создание на экране ЭЛТ нескольких векторов, выбираемых исследователем по собственному усмотрению, полностью исключает графические работы по формированию диаграмм, позволяет выделить и наглядно представить амплитуднофазовые соотношения между напряжениями и токами в анализируемом фрагменте схемы.Формула изобретения1. Устройство для отображения векторных диаграмм на экране электронно-лучевой трубки, содержащее два ам- З 5 плитудных детектора, дифференцирующий усилитель, выход которого соединен с входом первого амплитудного детектора и первым входом первого измерителя сдвига фаэ, второй вход ко 40 торого и первый вход второго измерителя сдвига фаз являются первым информационным входом устройства, выходы амплитудных детекторов соединены с входами аналого-цифрового преоб 45 раэователя, два синусно-косинусных преобразователя, выходы первого соединены с первыми входами первого и второго умножителей, а выходы вто 50 рого - с первыми входами третьего и четвертого умножителей, вторые входы которых подключены к выходу первого коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом первого55 блока сравнения, два суммирующих усилителя,.выходы которых являются соответственно выходами напряжений отклонения луча по координатам Х и У устройства, и второй коммутатор, выход первого измерителя сдвига фаз и первый выход аналого-цифрового преобразователя соединены с индикатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения класса решаемых задач путем отображения векторных диаграммтоков для иллюстраций первого закона Кирхгофа, оно содержит преобразователь ток - напряжение, входы которого соединены с первым и вторым входами второго коммутатора, информационные входы которого являются вторым итретьим входами устройства, а выход - с управляющим входом второго коммутатора, третий выход которого соединен с первым входом дифференцирующего усилителя, а четвертый выход - с вторым входом дифференцирующего усилителя, входом второго амплитудногодетектора и вторым входом второгоизмерителя сдвига фаз, блок оперативной памяти, информационные входы которого соединены с выходами измерителей сдвига фаз и аналого-цифрового преобразователя, четыре регистра,информациЬнные входы которых соединены с выходом блока оперативной памяти, три цифроаналоговых преобразователя, аналоговые входы которых соединены с шиной опорного напряжения, а цифровые входы первого и второгоцифроаналоговых преобразователей соединены с выходами первого и второго регистров, а выходы второго и четвертого регистров подключены к входам первого и второго синусно-косинусных преобразователей, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с вторыми входами первого и второго умножителей, выходы которых подключены к первым входам первого и второго суммирующих усилителей, вторые входы которых соединены с выходами соответственно третьего и четвертого умножителей, вторые входы которых соединены с выходом второго коммутатора, выход второго цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом первого блока сравнения, генератор тактовых импульсов, два счетчика, второй блок сравнения, блок управления, второй и третий триггеры, элементы ИПИ-НЕ, И и ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен . с управляющим входом блока управления, первый выход которого соединенс входом сброса первого триггера,тактовый вход которого соединен с выходом первого счетчика, подключенным к счетному входу второго счетчика и цифровым входом третьего цифроаналогового преобразователя, выходкоторого соединен с вторым входомпервого блока сравнения и информационым входом первого коммутатора, выход второго счетчика соединен с адресным входом блока оперативной памяти, входами элемента ИЛИ-НЕ, первымвходом второго блока сравнения и тактовым входом третьего триггера, установочный вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход спервым входом элемента И и входомсброса второго триггера, тактовыйвход которого является управляющимвходом устройства, второй вход элемента И соединен с выходом второгоблока сравнения, второй вход которого является адресным входом устройства, выход элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй входкоторого соединен с выходом элементаИЛИ-НЕ, второй выход блока управления соединен с управляющими входами регистров, а третий и четвертый выходы с первым и вторым управляющими входами блока оперативной памяти, вход сброса блока управления подключен к первому выходу первого триггера, второй выход которого подключен к входу сброса первого счетчика, тактовый вход блока управления соединен с выходом генератора тактовых импульсов, подключенным к счетному входу первого счетчика.2. Устройство по и о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит преобразователь кодов, управляющий вход которого является управляющим входом блока, а информационный вход соединен с выходом регистра, информационный вход которого соединен с первым выходом преобразователя кодов, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока, тактовый вход и вход сброса регистра являются соответственно тактовым входом и входом сброса блока.316027 Составитель И.Загинайко Техред М. Ходанич Корректор Л.Пилипенко Редактор О.Головач Заказ 2367/53 Тираж 433 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раувская наб., д,4/5 Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул,Проектная,4