專(zhuān)利名稱(chēng)：描跡電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種描跡電源，屬于高中力學(xué)計(jì)時(shí)實(shí)驗(yàn)用儀器。
目前，高中力學(xué)計(jì)時(shí)實(shí)驗(yàn)使用的J2155型電火花描跡儀的描跡電源，只有一個(gè)50Hz的計(jì)時(shí)頻率，難以適應(yīng)運(yùn)動(dòng)體的速度變化，同時(shí)計(jì)時(shí)起點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)起動(dòng)間的時(shí)差無(wú)嚴(yán)格控制。
本實(shí)用新型的目的，在保持J2155型電火花描跡儀的描跡電源的可靠性及低成本的優(yōu)點(diǎn)，制做一種計(jì)時(shí)多種頻率和計(jì)時(shí)起點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)體起點(diǎn)的同步小于1毫秒的描跡電源。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)為利用π相位起振電路產(chǎn)生Kπ(K為自然數(shù)0，1，2，……)相位信息，經(jīng)積分式分頻電路分頻，分頻的電流經(jīng)脈沖升壓電路產(chǎn)生高壓脈 沖電流，利用電火花放電時(shí)的第一個(gè)脈沖截?cái)嗤娇刂齐娐分须姶盆F中的電流，借以控制運(yùn)動(dòng)體的啟動(dòng)。
本實(shí)用新型的效果1、采用積分式分頻電路提供的多種頻率，可使不同運(yùn)動(dòng)速度的描跡都可獲得形象生動(dòng)的“時(shí)——空”動(dòng)態(tài)形象，與豐富的測(cè)試數(shù)據(jù)。
2、采用同步控制電路，可使計(jì)時(shí)起點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)體起動(dòng)間的時(shí)差小于1毫秒，這樣更準(zhǔn)確的提供運(yùn)動(dòng)體的初速為零的“時(shí)——空”動(dòng)態(tài)與數(shù)據(jù)，更有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)中，由形象思維到抽象思維的過(guò)渡。
圖一——為本發(fā)明結(jié)構(gòu)方框圖圖二為本發(fā)明的電路原理圖以圖二為本實(shí)用新型描跡電源的最佳實(shí)施例說(shuō)明電路是這樣連結(jié)的一線(xiàn)路經(jīng)陶磁保護(hù)元件Rt后分成三條支路。
第一條支路變壓器T1的原邊與電阻R2串聯(lián)構(gòu)成交流回路，T1的副邊并接橋式整流器D1，D1的輸出正極接電容器C1的正極，負(fù)極與C1的負(fù)極相接，電阻R1的一端接正極后，正向接一發(fā)光二極管至負(fù)極。
三極管BG4的發(fā)射極接負(fù)極，集電極經(jīng)一電磁鐵L3接正極，基極接電位計(jì)R10再經(jīng)電阻R11接于正電極。電容器C11正端與BG4的基極相接，負(fù)端接負(fù)極。BG4的基極上順接兩只相串聯(lián)的二極管D18D19后，接L4的尾端，L4的首端接負(fù)極。
第二條支路順接二極管D8，再接電阻R3再經(jīng)穩(wěn)壓管DW1正端，DW1的負(fù)端接地，由DW1的正端順接二極管D9與D12。D9的另一端接電容器C2，C2的另端接地。D12的另一端接電容器C4的正端，C4的負(fù)端接地。
三極管BG1的發(fā)射極接D9與C2的交點(diǎn)上，基極順接二極管D10，D10另一端接R3與D12的交點(diǎn)上。集電極接一電阻R5至地。電阻R4與DW1并聯(lián)。
三極管BG2的基極經(jīng)電容器C3與BG1的集電極相連，二極管D11由地至BG2的基極順連，BG2的發(fā)射極接地，集電極經(jīng)電阻R6與C4的正端相連。
集成電路555的1腳接地，2腳接BG2集電極，3腳接電容器C9，4腳經(jīng)電阻R7接C4的正端，5腳經(jīng)電容器C5接地，6腳與7腳相連后經(jīng)電阻R8接C4的正端，6腳與R8交點(diǎn)接電鍵開(kāi)關(guān)的三個(gè)接觸點(diǎn)。與這三點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的三點(diǎn)，分別經(jīng)電容器C6C7C8后接地。8腳接C4的正端。
電容器C9的另一端順接二極管D17到可控硅BG3的控制極，C9與D17交點(diǎn)到地反接一二極管D13，D17與BG3的控制極交點(diǎn)上接穩(wěn)壓管DW2的正端，DW2的負(fù)端接地。
第三條支路由K可搬至點(diǎn)2與電橋輸入點(diǎn)，二極管D3順接二極管D4的交點(diǎn)相連。D4與二極管D6對(duì)接，二極管D5與D6順接，D5D6交點(diǎn)接交流電源的另一輸入線(xiàn)。D5的另一端接地，D3與D5間由電鍵開(kāi)關(guān)K2的一個(gè)接點(diǎn)通斷。通時(shí)呈反接。
D4與D6交點(diǎn)上順接二極管D7，D7接D8與R3的交點(diǎn)。D4與D6交點(diǎn)上接電阻R9再順接二極管D16至電容器C10，C10的另一端接地。
在D16與C10的交點(diǎn)上接變壓器T2的原邊L1的一端，另一端順接二極管D14至可控硅BG3的陽(yáng)極，BG3的陰極接地。二極管D15與L1并聯(lián)，D15與D14是相反接的。
C10與L1的交點(diǎn)上接電容器C12的一端，C12另一端順接二極管D20至地。D20兩端并接變壓器T3的原邊L5，L5的首端接地。
電路是這樣工作的當(dāng)交流220伏的電源經(jīng)插頭進(jìn)入電路時(shí)，先經(jīng)陶磁熱敏保護(hù)器R ，再分兩路進(jìn)入電路內(nèi)部。為敘述方便，分別交待于下1、電磁鐵電流供給電路。
上述電流，一路由變壓器T1降壓，D1整流后供應(yīng)指示燈D2，及電磁鐵L3所需的電流。與T1原邊串聯(lián)的電阻R2的作用，在于L3短路時(shí)起保護(hù)作用。
2、π相位起振電路。
上述電流的另一路，經(jīng)二極管D8、電阻R3進(jìn)入脈沖開(kāi)關(guān)控制電路部分后，再經(jīng)二極管D5形成回路。此部分開(kāi)關(guān)控制電路的輸入端由穩(wěn)壓管DW1，箝位電壓經(jīng)二極管D9與D12對(duì)電容器C2及C4充電，充電電壓約9V。C4上的電壓供給三極管BG2及集成電路555的直流電源，C2上的電壓為三極管BG1的電源。
電容器C2在被充電時(shí)，C2上的電壓被穩(wěn)壓管DW1上的箝位電壓平衡，使三極管BG1無(wú)基極電流，此時(shí)C2上的電壓雖經(jīng)電阻R5加于BG1的發(fā)射極與集電極之間，但BG1仍處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)經(jīng)R3的交流電每一次由正達(dá)零電壓時(shí)，也就是交流電過(guò)Kπ相位點(diǎn)時(shí)，C2上的負(fù)電壓經(jīng)電阻R4向BG1提供基極電流，BG1導(dǎo)通，C2經(jīng)BG1及電阻R5放電。C2的放電電流在C3D11交點(diǎn)上形成正脈沖，此脈由三極管BG2倒相放大與整形，成為一負(fù)向尖脈沖。
電容器C2在上述Kπ相位點(diǎn)時(shí)放電后，在每次正向電流到來(lái)時(shí)充電，每一次充電放電的結(jié)果，是在Kπ相位上輸出一脈沖，這是一種利用π相位起振的電路，此電路在K21電鍵開(kāi)關(guān)閉合時(shí)輸出的脈沖頻率為100HZ，K21斷開(kāi)時(shí)為50HZ。
3、積分式分頻電路。
由BG2輸出的負(fù)向脈沖，由555集成電路的2腳輸入，負(fù)脈沖觸發(fā)單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)。每一次翻轉(zhuǎn)時(shí)，在3腳上的方波輸出，前沿經(jīng)電容器C9及二極管D17，輸出一個(gè)正向脈沖，復(fù)原時(shí)的方波后沿，被D17阻斷。分頻原理是利用單穩(wěn)電路的翻轉(zhuǎn)至復(fù)原時(shí)間控制的。
當(dāng)電鍵開(kāi)關(guān)K21閉合時(shí)，如前所述，進(jìn)入單穩(wěn)的觸發(fā)脈沖頻率為100HZ，每一次翻轉(zhuǎn)的復(fù)原時(shí)間由R8C6的乘積決定，此時(shí)選1.1R8C6＜10毫秒，可使100HZ的每一次負(fù)向脈沖輸入，都使單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)，輸出脈沖保持在Kπ相位上的是100HZ的正向脈沖。
當(dāng)電鍵開(kāi)關(guān)置于K22閉合時(shí)，單穩(wěn)電路的翻轉(zhuǎn)維持時(shí)間仍為1.1R8C6＜10毫秒。但因觸發(fā)頻率為50HZ，輸出脈沖在2Kπ相位上的，50HZ的正向脈沖。
當(dāng)電鍵開(kāi)關(guān)置于K23閉合時(shí)，選20毫秒＜1.1R8C7＜40毫秒。在50HZ的負(fù)向脈沖到來(lái)時(shí)，第一次脈沖使單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)脈沖通過(guò)3。第二次負(fù)向脈沖到來(lái)時(shí)，單穩(wěn)電路尚未復(fù)原，觸發(fā)脈沖不能通過(guò)。在第三次脈沖到來(lái)前，單穩(wěn)電路復(fù)原，第四次脈沖又使單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)，第四次脈沖得以通過(guò)，這使單穩(wěn)電路在4Kπ相位上，輸出25HZ的正向脈沖。
當(dāng)電鍵開(kāi)關(guān)置于K24閉合時(shí)，選80毫秒＜1.1R8C6＜100毫秒，此時(shí)輸入單穩(wěn)電路中的50HZ脈沖中，每5個(gè)負(fù)向脈沖才有一次能通過(guò)，輸出的是在10π相位上的，10HZ的正向脈沖。
以上分頻是電路的頻率雖決定于1.1RC，但它的允差波動(dòng)值可達(dá)15％，這有利于成批的生產(chǎn)。
4、脈沖升壓電路。
此電路依靠可控硅BG3導(dǎo)通，引起電容器C10向變壓器T2；的原邊放電，在副邊獲得脈沖高電壓。
用手將開(kāi)關(guān)K1搬至點(diǎn)2時(shí)。電流經(jīng)D4(K2閉合時(shí)還可經(jīng)D6)，限流電阻R9，二極管D16，對(duì)電容器C10充電，充電時(shí)間在0至1／4π，電壓可達(dá)310V，1／4π以后電流被D16阻斷，至Kπ相位，但也可能是2Kπ，4Kπ或10Kπ相位，這將由電鍵開(kāi)關(guān)K2選定?？煽毓鐱G3接受單穩(wěn)電路傳遞的觸發(fā)脈沖。BG3受到觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，C10經(jīng)T1的L1、D14及BG3放電，放電電流在T1副邊L2上產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)伏的高壓脈沖。
電容器C10在π相位時(shí)放電，此時(shí)交流電對(duì)C10的充電電壓為零，這保證了C10放電后BG3因斷電而阻斷，是交流電壓逐漸升高時(shí)，C10可儲(chǔ)蓄能量至310伏的必需條件。
5、同步控制電路。
運(yùn)動(dòng)體的起動(dòng)與第一次電火花描點(diǎn)之間的同步，由電容器C10放電時(shí)截?cái)嚯姶盆FL3中的激磁電流來(lái)達(dá)到。
在C10被充電時(shí)，C12也被充電，C10放電時(shí)C12也同時(shí)放電。C12放電時(shí)，電還要經(jīng)過(guò)變壓器T3的原邊L5，在副邊L4上電壓降低，電流加大。在電路的接法上使L4及L5在繞線(xiàn)時(shí)的首端，分別接各自回路的負(fù)極上，即可使C12放電時(shí)，L4上的電壓使本來(lái)流向三極管BG4的基極電流，以及電容器C11上的電荷，經(jīng)二極管D18及D19放掉。三極管BG4截止斷電，電磁鐵L3中的電流被截?cái)?，L3釋放被吸附的運(yùn)動(dòng)體，達(dá)到第一次電火花描點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)體起動(dòng)的同步目的。
當(dāng)BG4的基極電流被引開(kāi)時(shí)，L3中的電流是不能立即降為零的，用電位計(jì)R10調(diào)節(jié)L3中的電流強(qiáng)度，使L3中的電流稍大于吸附要求時(shí)，可獲得較小的同步時(shí)差。
在變壓器T3上用L4與L5作電感交聯(lián)，便于隔斷直流，使電磁鐵L3及其引線(xiàn)尋常與人體接觸部分處于安全的低電壓，L5上并聯(lián)的二極管D20，使C12充電時(shí)L5被短路，消除了電源對(duì)同步電路的干擾。
在C12停止放電后，經(jīng)R11與R10的電流，要先將C11充電至0.7伏后，電流才能流入BG4的基極，恢復(fù)L3中的電流。
權(quán)利要求1.一種描跡電源，由電阻、電容、放大器、變壓器等元件組成，它的線(xiàn)路結(jié)構(gòu)分成三個(gè)支路第一支路變壓器T1的原邊與電阻R2串聯(lián)構(gòu)成交流回路，T1的副邊并接橋式整流器D1，D1的輸出正極接電容器C1的正極、負(fù)極與C1的負(fù)極相連，電阻R1的一端接正極后，正向接一發(fā)光二極管至負(fù)極，三極管BG4的發(fā)射極接負(fù)極，集電極經(jīng)一電磁鐵L3接正極，基極接電位計(jì)R10再經(jīng)電阻R11接于正電極，電容器C11正端與BG4的基極相接，負(fù)端接負(fù)極，BG4的基極上順接兩只相串聯(lián)的二極管D18D19后，接L4的尾端，L4的首端接負(fù)極；第三條支路，由K可搬至點(diǎn)2與電橋輸入點(diǎn)，二極管D3順接二極管D4的交點(diǎn)相連，D4與二極管D6對(duì)接，二極管D5與D6順接，D5、D6交點(diǎn)接交流電源的另一輸入線(xiàn)，D5的另一端接地，D3與D5間由電鍵開(kāi)關(guān)K2的一個(gè)接點(diǎn)通斷，通時(shí)反接，D4與D6交點(diǎn)上順接二極管D7，D7接D8與R3的交點(diǎn)，D4與D6交點(diǎn)上接電阻R9，再順接二極管D16至電容器C10，C10的另一端接地，在D16與C10的交點(diǎn)上接變壓器T2的原邊L1的一端，另一端順接二極管D14至可控硅BG3的陽(yáng)極，BG3的陰極接地，二極管D15與L1并聯(lián)，D15與D14是相反接的，C10與L1的交點(diǎn)上接電容器C12的一端，C12的另一端順接二極管D20至地，D20兩端并接變壓器T3的原邊L5、L5的首端接地；第二支路順接二極管D8，再接電阻R3再經(jīng)穩(wěn)壓管DW1正端，DW1的負(fù)端接地，由DW1的正端順接二極管D9與D12，D9的另一端接電容器C2，C2的另端接地，D12的另一端接電容器C4的正端，C4的負(fù)端接地，三極管BG1的發(fā)射極接D9與C2的交點(diǎn)上，基極順接二極管D10，D10另一端接R3與D12的交點(diǎn)上，集電極接一電阻R5至地，電阻R4與DW1并聯(lián)，三極管BG2的基極經(jīng)電容器C3與BG1的集電極相連，二極管D11由地至BG2的基極順連，BG2的發(fā)射極接地，集電極經(jīng)電阻R6與C4的正端相連，電容器C9的另一端順接二極管D17到可控硅BG3的控制極，C9與D17交點(diǎn)到地反接一二極管D13，D17與 BG3的控制極交點(diǎn)上接穩(wěn)壓管DW2的正端，DW2的負(fù)端接地；其特征為集成電路555的1腳接地，2腳接BG2集電極，3腳接電容器G9，4腳經(jīng)電阻R7接C4的正端，5腳經(jīng)電容器C5接地，6腳與7腳相連后經(jīng)電阻R8接C4的正端，6腳與R8交點(diǎn)接電鍵開(kāi)關(guān)的三個(gè)接觸點(diǎn)，與這三點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的三點(diǎn)，分別經(jīng)電容器C6C7C8后接地，8腳接C4的正端。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型描跡電源，屬高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)特別是演示實(shí)驗(yàn)作“時(shí)－空”描跡用的儀器。其特征是使用分頻電路，可獲得多種頻率的如100Hz、50Hz、10Hz的計(jì)時(shí)用高壓脈沖，同時(shí)電火花與起動(dòng)間采用電感交聯(lián)同步控制電路，具有同步時(shí)差小于1毫秒的特點(diǎn)及安全隔離作用，以此作為J
文檔編號(hào)G04F10/00GK2136489SQ9222053
公開(kāi)日1993年6月16日 申請(qǐng)日期1992年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月19日
發(fā)明者李俊倫 申請(qǐng)人:李俊倫