6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения направления

6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
Триггер, как элемент электронных схем.
Триггер – это схема на двух транзисторах, которая может
находиться только в одном из двух состояний.
Коллектор
Транзистор (рис.6.6.8) имеет три электрода.
Ток между коллектором и эмиттером
зависит от напряжения на базе.
Если в p-n-p транзисторе на базе
отрицательное напряжение,
транзистор открыт. Ток идет.
Если на базе положительное
напряжение, транзистор закрыт.
Ток не идет.
+-
База
Эмиттер
Рис. 6.6.8. Транзистор p-n-p типа.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
Транзистор n-p-n типа (рис.6.6.9)
наоборот, закрывается
отрицательным напряжением и
открывается положительным.
Такой режим работы транзистора
называется ключевым.
В триггере используется ключевой
режим работы.
Рис. 6.6.9. Транзистор n-p-n типа.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
S
R
-
R1
R4
R2
R3
Выход 1
Выход 2
VT1
VT2
R5
R6
R7
R8
Рис. 6.6.10 . Принципиальная схема триггера.
Если транзистор VT1
закрыт, то VT2 - открыт.
Если же транзистор VT1
открыт, то VT2 - закрыт.
Докажем, что других
состояний быть не может.
Предположим,
транзистор VT1 закрыт.
Тогда напряжение на коллекторе VT1 – отрицательное. Через
резистор R2 оно подается на базу VT2 и открывает его.
Через открытый транзистор положительное напряжение
идет на коллектор VT2 . Через резистор R3 оно подается на
базу VT1 и поддерживает его в закрытом состоянии.
Значит, такое состояние является устойчивым и может
сохраняться неопределенно долго.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
S
R
-
R1
R4
R2
R3
Выход 1
Выход 2
VT1
Триггер можно вывести
из этого состояния, подав
короткий положительный
импульс на R-вход.
VT2
R5
R6
R7
R8
Этот импульс закрывает
VT2 на короткое время.
Напряжение на коллекторе VT2 становится отрицательным.
Через резистор R3 оно поступает на базу VT1 и открывает
его.
Через открытый транзистор положительное напряжение
идет на коллектор VT1. Через резистор R2 оно подается на
базу VT2 и поддерживает его в закрытом состоянии даже
после окончания импульса.
Такое состояние также является устойчивым.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
S
R
-
R1
R4
R2
R3
Выход 1
Выход 2
VT1
VT2
R5
R6
R7
R8
Триггер используется, как
ячейка памяти в
цифровых схемах.
Триггер является
абсолютно симметричной
схемой. Его состоянием
можно управлять по R- и
по S- входу, как
положительными так и
отрицательными
импульсами.
S
R
Рис. 6.6.11 . Обозначение триггера на схемах.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
Канал измерения мгновенной и максимальной скорости ветра
-12 v
R3
Тг
C1 VD1
VD3
S
Фос
R
R1
R5
C2 VD2
Фсд
R4
VD4
K
0 – 30м/с
CИ
VT1
CД
VD5
R6
R2
С3
Рис.6.6.12. Принципиальная схема канала измерения
мгновенной и максимальной скорости ветра.
Воспользуемся импульсами основной серии.
Эти импульсы поступают на S- и R- входы триггера через
конденсаторно-диодные цепочки C1 –VD1 и С2 – VD2 .
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
-12 v
R3
Тг
C1 VD1
VD3
S
Фос
R
R1
R5
C2 VD2
Фсд
R4
VD4
K
0 – 30м/с
CИ
VT1
CД
VD5
R6
R2
С3
Конденсатор дифференцирует
импульсы (рис.6.6.13-b).
a)
b)
Диод пропускает только
положительные импульсы в
момент прохождения
переднего фронта
прямоугольных импульсов
(рис.6.6.13-c).
c)
Рис.6.6.13. Преобразование импульсов
конденсаторно-диодной цепочкой.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
-12 v
R3
Тг
C1 VD1
VD3
S
Фос
R
R1
R5
C2 VD2
Фсд
Пусть на верхнем
выходе триггера
был «-».
R4
VD4
K
0 – 30м/с
CИ
VT1
CД
VD5
R6
R2
С3
Первый же импульс вызовет срабатывание триггера по Sвходу и на его выходе появится «+». Он идет на базу VT1 и
закрывает его.
Тогда начинается зарядки конденсатора Сд по цепи: «-12 –
R3 – VD3 – Cд – земля(+)».
Напряжение на верхней пластине Сд растет.
При определенном напряжении пробивается стабилитрон
VD5. Короткий отрицательный импульс идет через
конденсатор С3 на S-вход триггера.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
-12 v
R3
Тг
C1 VD1
VD3
S
Фос
R
R1
R5
C2 VD2
Фсд
R4
VD4
K
0 – 30м/с
CИ
VT1
CД
VD5
R6
R2
С3
Триггер снова срабатывает по S-входу и на его выходе
появится «-». Он идет на базу VT1 и открывает его.
Зарядка Сд прекращается, т.к. ток идет прямо через
транзистор.
Однако, Сд остался заряженным. Он разряжается в Си по
цепи: «Нижняя пластина Сд – земля – VT1 – VD4 – Cи » .
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
-12 v
R3
Тг
C1 VD1
VD3
S
Фос
R
R1
R5
C2 VD2
Фсд
R4
VD4
K
0 – 30м/с
CИ
VT1
CД
VD5
R6
R2
С3
Поскольку Си >> Cд , то напряжение на Си после получения
такой дозы заряда очень мало.
Следующий импульс вызывает повторение всего процесса.
Си получает новые и новые дозы заряда, напряжение на
нем растет.
Одновременно Си разряжается на R5. С ростом напряжения
растет и разрядный ток. Рост напряжения на Си
замедляется, а затем прекращается.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
Этот процесс можно сравнить
с наполнением дырявой
емкости водой путем
опрокидывания маленьких
стаканчиков. Чем чаще
опрокидываются стаканчики,
тем больше уровень воды в
ведре в стабильном
состоянии.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
-12 v
R3
Тг
C1 VD1
VD3
S
Фос
R
R1
R5
C2 VD2
Фсд
R4
VD4
K
0 – 30м/с
CИ
VT1
CД
VD5
R6
R2
С3
Чем больше частота циклов, тем больше напряжение на Си
в стабильном состоянии.
Значит, напряжение на Си зависит от частоты импульсов, то
есть от скорости ветра!
Это напряжение измеряют стрелочным или цифровым
прибором.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
-12 v
R3
Тг
C1 VD1
VD3
S
Фос
R
R1
R5
C2 VD2
Фсд
R4
VD4
K
0 – 30м/с
CИ
VT1
CД
VD5
R6
R2
С3
Пределы измерения – от 0 до 60 м/с.
Для повышения точности пользуются шкалой 0 – 30 м/с.
Наблюдатель нажимает ключ «К». В канал попадают
импульсы основной и сдвинутой серии.
Частота импульсов возрастает
в 2 раза. Пределы измерения
уменьшаются в 2 раза.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения мгновенной
и максимальной скорости ветра.
Для измерения максимальной скорости пользуются
пассивной (лишенной пружины) стрелкой.
В цифровых приборах используется запоминающее
устройство для максимального значения мгновенной
скорости ветра.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
Канал измерения направления ветра.
Для измерения направления ветра нужно измерить сдвиг
фаз ОП и ОС (или ОП и СД).
R4
СПФ – сигнализатор
-12 v
VD
R3
положения
R5
Фоп
флюгарки,
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
Фсд
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
СБР
Р
K2
L1
L2
-12 v
Рис.6.6.14. Принципиальная схема канала измерения направления
ветра
СБР – схема
блокировки реле,
Р – реле.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
R4
-12 v
VR3
D
Фоп
R5
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
Фсд
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
СБР
Р
K2
L1
L2
-12 v

t
t
 3600   2
T
T
t
Импульс ОП поступает на S-вход триггера. На его выходе
появляется «+», который запирает VT1.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
R4
-12 v
VR3
D
Фоп
R5
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
Фсд
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
СБР
Р
K2
L1
L2
-12 v
Следующий импульс ОС поступает на R-вход триггера. На
его выходе появляется «-», который открывает VT1.
Значит, VT1 был закрыт в течение времени t между
импульсами ОП и ОС.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
R4
-12 v
VR3
D
Фоп
R5
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
Фсд
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
СБР
Р
K2
L1
L2
-12 v
В течение этого времени заряжался конденсатор С по
цепи: «-12v – R4 – VD – R3 – C – земля»
Конденсатор имеет большую емкость и не успевает
зарядиться за это время. Но он получает дозу заряда.
Следующая пара импульсов ОП-ОС вызывает повторение
процесса. Каждый раз конденсатор получает дозу заряда.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
R4
-12 v
VR3
D
Фоп
R5
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
Фсд
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
СБР
Р
K2
L1
L2
-12 v
Одновременно конденсатор разряжается по цепи R3 – R2.
Еcли зарядка идет только в течение времени t, то разрядка
– в течение всего периода Т.
Через 10-15 секунд устанавливается равновесие.
Напряжение на конденсаторе в состоянии равновесия
зависит от отношения t/T, т.е. от сдвига фаз.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
R4
-12 v
VR3
D
Фоп
R5
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
Фсд
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
СБР
Р
K2
L2
L1
-12 v
Напряжение измеряют
стрелочным
прибором, шкала
которого имеет
деления от 0 до 3600 .
180
0
360
Однако, при колебаниях флюгарки около северного
направления конденсатор осредняет малые и большие
величины и прибор показывает 1800 !!!!
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
R4
-12 v
VR3
D
Фоп
R5
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
И
о
Фсд
с
СБР
Р
K2
о
п
И
с
д
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
И
L1
L2
-12 v
Чтобы исключить это, воспользуемся импульсами ОП-СД.
Ключ «К1» следует перевести в нижнее положение. Это
делает реле «Р».
При приближении флюгарки к северному направлению
магнит оказывается около одного из герконов (СПФ). Он
замыкается и на реле поступает напряжение. Реле
срабатывает.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
R4
-12 v
VR3
D
Фоп
R5
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
Фсд
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
СБР
Р
K2
L2
L1
-12 v
Тогда «0» оказывается
посередине шкалы.
180
0
0
360
180
180
Одновременно с ключом К1 срабатывает ключ К2.
Загорается одна из лампочек, указывающая рабочую шкалу.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения
направления ветра.
R4
-12 v
VR3
D
Фоп
R5
VT1
S
R
R2
R1
C
Фос
K1
Фсд
180 - 0 - 180
0 - 360
СПФ
СБР
Р
K2
L1
L2
-12 v
В таком состоянии реле блокируется (с помощью СБР) до
замыкания второго геркона. При изменении направления на
южное ключи переключаются вверх, работает шкала 0-360.