ГМИ методичка

не пропускать отрицательные выбросы. Поэтому они почти всегда открыты, закрываясь лишь в моменты смены потоков. Тем самым они не пропускают, а как бы «вырезают» эти выбросы. Конечно, за счет этого, импульсы на выходе укорачиваются по сравнению с изображенными на рис. 13.3-в, но незначительно в сравнении с длительностью импульса. Оптроны закрываются с частотой 0,5 Гц при приходе сигнала с контакта 12 от генератора частоты коммутации. Если оптроны открыты, т. е. на нижние светодиоды подается напряжение, то сигнал проходит дальше на оптронные пары VD3–VD4 или

VD5–VD6.

Нижняя VD5 –VD6 и верхняя VD3–VD4 пара оптронов открывается по очереди управляющими сигналами с мультивибратора через контакт 23 (верхняя пара) или 25 (нижняя пара). Таким образом, опорный сигнал идет через нижнюю пару, а зондирующий – через верхнюю.

Измерительный канал (рис. 13.7)

На вход измерительного канала поступает сигнал, изображенный на рис. 13.3-г. Через R13 импульсы попадают на сетку левой половины лампы VL2а. Внизу стоит фильтр С5–R14. Это фильтр частоты коммутации – ФЧКзонд, настроенный на частоту коммутации – 0,25 Гц. Значения емкости и сопротивления выбраны здесь очень большими. В принципе ФЧКзонд работает также, как пиковый детектор. Таким образом, на верхней обкладке С5 (т. е. на сетке левой половиныVL2а)формируетсяпрактическипостоянноенапряжение.

Кнопка «Сброс» (SB) отключает анод лампы VL2а от источника питания, при этом конденсатор С5 быстро разряжается на резистор R14, что необходимо, например, для настроечных работ.

Таким образом, на катоде левой половины VL2а формируется напряжение, зависящее от МДВ, однако оно складывается с другим напряжением, также постоянным, обусловленным питанием лампы VL2а. Это напряжение необходимо уменьшить на величину, равную этой постоянной составляющей. Для этого служит источник питания, который представляет собой схему удвоения с выпрямления –

С6, С7, VD14, VD13.

На вход схемы (контакты 36, 37) поступает переменное напряжение. Через диоды VD13 и VD14 конденсаторы С6 и С7 заряжаются по очереди, С6 – во время положительного полупериода на правом входе схемы через диод VD13, С7 – во время отрицательного через диод VD14. Так как емкость их значительна, они не успевают разрядиться и заряженные конденсаторы оказываются соединенными

171

последовательно, напряжения на них складываются (удваиваются), и с выхода снимается удвоенное напряжение.

Напряжение со схемы удвоения, стабилизированное цепочкой стабилитронов VD10–VD12, подается навстречу напряжению с катода лампы VL2а. С сопротивления R16 снимается разность напряжений, которая идет в функциональный преобразователь (ФП) через контакт 14. Вид этого напряжения (гнездо 7 на рис. 13.2-б) иллюстрирует рис. 13.3-е.

Опорный канал (рис. 13.7)

С оптронных пар VD5–VD6 через резистор R18 на сетку правой половины лампы VL2б подается напряжение, вид которого представлен на рис. 13.3-д. Резисторно-емкостной фильтр R19–С9 аналогичен фильтру частоты коммутации измерительного канала. Правая половина VL2б включена по схеме катодного повторителя с положительной обратной связью через С10. Напряжение на катоде VL2б

зависит только от яркости источника света.

Теперь это напряжение необходимо сравнить с постоянным напряжением с ИСН. В качестве элемента сравнения используется транзистор VТ3 n-p-n-типа.

НапряжениескатодаVL2бсделителяR20–R21 ирезистораR23 поступает на эмиттер VТ3. На базу этого же транзистора подается вто- роестабилизированноенапряжениеотстабилизатораR23–VD15–VD18.

Через транзистор VТ3 осуществляется питание ФЭУ (контакты 10 и 19). Схема регулировки напряжения питания ФЭУ представлена на рис. 13.8.

Рис. 13.8. Схема регулировки напряжения питания ФЭУ

173

Ток коллектора VТ3 зависит от соотношения напряжений на его базе и эмиттере.

Если, например, на эмиттере напряжение растет (в результате возрастания яркости лампы), то транзистор призакрывается, его сопротивление увеличивается, и напряжение питания ФЭУ уменьшается. При уменьшении напряжения на эмиттере VТ3 происходит обратное: транзистор приоткрывается, напряжение на ФЭУ возрастает. Таким образом, напряжение на эмиттере транзистора всегда равно напряжению на его базе. Транзистор в данном случае выполняет роль дифференциального усилителя. Таким образом оказываются последовательно соединенными ФЭУ, транзистор VT3 и блоки питания, содержащие схемы удвоения напряжения.

Гнезда XS1, XS4, расположенные, как и другие контрольные гнезда, на боковой панели фотометрического блока, дают возможность проконтролировать напряжения в различных узлах схемы фотометра. Как уже упоминалось, гнездо XS2 соединено с выходом прибора (гнездо 7, рис. 13.2-б). Гнездо XS3 соответствует выходу пикового детектора (гнездо 3, рис. 13.2-б), а гнездо XS4 – напряжение на коллекторе транзистора VT3, которое управляет питанием ФЭУ. На контрольной схеме, приведенной на боковой панели прибора, используемого в лаборатории, это гнездо не выведено.

Генератор частоты коммутации (рис. 13.9).

Генератор частоты коммутации (ГЧК) собран на транзисторах VT1, VT2, VT3. Он вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения, которые управляют триггером на транзисторах VT5, VT6. Кроме этого,импульсысГЧКуправляютэлектроннымкоммутатором–оп- тронными парами, пропускающими электрический сигнал в измерительный или опорный канал, и транзистором VT2, разряжающим конденсатор пикового детектора. Блок-схема генератора частоты коммутации (ГЧК) изображена на рис. 13.10.

Частота генератора равна 0,5 Гц и определяется постоянной времени сопротивления R8 и конденсатора С5. С эмиттерного повторителя на VT4 снимаются импульсы, которые через дифференцирующий конденсатор С10 подаются на транзистор VT2 (рис. 13.5). Последний открывается на время переключения генератора.

Время определяется емкостью дифференцирующего конденсатора С10 (рис. 13.11). С этого же эмиттерного повторителя через стабилитрон VD5 подается сигнал на контакт 12. Он открывает оптроны VD1, VD2.

174

Рис. 13.10. Блок-схема ГЧК

Через конденсатор С6 импульсы с генератора подаются на триггер, собранный на транзисторах VT5, VT6. Он играет роль делителя частоты коммутации генератора. Если частота генерации

176

R22 фильтруютнапряжениепитания,астабилитронVD3 стабилизирует и делает его равным 47В. Плюс питания подается через резисторR22.

Рассмотрим процесс генерирования импульса. Заряжающиеся емкости С5 и С15 стоят в эмиттерной цепи. Раз-

рядка их происходит через резистор R5, подключенный к источнику напряжения.

На верхний провод схемы подается отрицательное напряжение (земля), а на нижний провод (+Uпит) – положительное. Первоначально левая обкладка конденсатора С5 имеет отрицательный потенциал, а правая – положительный. Так как эмиттер VT1 заряжен отрицательно относительно базы, то он закрыт. Следовательно, на коллектор VT1 поступает напряжение с отрицательного полюса источника питания. Далее оно поступает на базу VT2 и открывает его. Тогда на эмиттере VT2 – отрицательное напряжение. Оно подается на базы транзисторовVT3 и VT4,темсамымоткрываяих.Наэмиттерахтранзисторов VT3 и VT4 – отрицательное напряжение.

В это время конденсатор С5 перезаряжается через диод VD4 и резистор R9 от источника положительного напряжения, приходящего через контакт 13.

ПосколькусопротивленияR5 и R9 достаточновелики,топерезарядка конденсатора происходит медленно (время перезарядки около 1 с). Напряжение на левой обкладке конденсатора С5 растет. Как только оно станет больше напряжения базы VT1, транзистор VT1 открывается. Через открытый транзистор VT1 на базу транзистора VT2 приходит положительное напряжение. Закрываются транзисторы VT2, VT3 и VT4. На их эмиттерах образуется положительный скачок напряжения. Формируется передний фронт импульса.

Однако, теперь конденсатор С5 снова перезаряжается через открытый транзистор VT1 и резистор R8. Сопротивление R8 на порядок меньше, чем R9, поэтому обратная перезарядка С5 осуществляется очень быстро – примерно за 0,05 с. В результате напряжение на эмиттере VT1 становится меньше напряжения на базе, VT1 снова закрывается.Соответственно,VT2,VT3 и VT4 открываются,напряжение на их эмиттерах резко падает. Формируется задний фронт импульса (рис. 13.12).

Подчеркнем, что задающими элементами генератора являются конденсатор С5, резисторы R5, R8 и R9. Генератор работает на одном транзисторе VT1. Этот генератор резко несимметричный. Большую часть времени транзистор VT1 находится в закрытом состоянии, а транзисторы VT2, VT3 и VT4 – в открытом.

177

Рис. 13.12. Импульсы, вырабатываемые ГЧК

Скважность генератора, то есть отношение периода импульсов к длительности импульса равна примерно20. Кроме перечисленных основных узлов, в состав фотометрического блока входит узел импульсной лампы и блок питания.

Узел импульсной лампы обеспечивает питание газоразрядного строботрона ИСШ-7, который используется в качестве источника света. Схема питания строботрона стандартная, причем параметры подобраны так, чтобы частота вспышек составляла 50 Гц. Напряжение питания лампы (около 1000 В) получается с помощью схемы удвоения, которая вместе с силовым трансформатором входит в состав блока питания.

13.5.Выполнение работы

1.Включитеприборвсеть.Дляэтогопоставьтетумблер«Сеть» на щитке питания в положение «220 В» (щиток питания находится на стене).

Включите тумблер «Сеть» на панели измерительного блока. Убедитесь в том, что напряжение поступает на прибор, по зажиганию индикаторной лампы «Сеть» измерительного блока.

Переключите тумблер «Авт.–Ручн.» в положение «Ручн.». Переключите тумблер «ОД-ОБ» в положение «ОБ», а услышав

характерные щелчки коммутатора, переведите его снова в положение «ОД».

2.Наденьте на переднюю часть фотометрического блока специальное устройство (оптический замыкатель), снабженное поворачивающей призмой, диафрагмой и щелью для светофильтров. Измерительный пучок при этом не выходит из прибора, а отражается назад поворачивающей призмой, проходя через диафрагму и один из установленных светофильтров. Величина диафрагмы регулируется

178

двумя винтами на оптическом замыкателе. Не вставляя светофильтр, вращайте эти винты и установите стрелку измерительного блока на отметку «100%». Таким образом, измерительный пучок, проходящий через оптический замыкатель, уравнивается с измерительным пучком при измерении в реальных условиях при 100% прозрачности атмосферы.

Внимание! Поскольку период коммутации составляет 2 секунды, стрелка двигается к устанавливающемуся положению очень медленно, рывками. Это необходимо учитывать при настройке и регулировать величину диафрагмы медленно, каждый раз дожидаясь, пока стрелка не установится в новом положении.

Получите у лаборанта набор контрольных светофильтров. Вставьте их по очереди в щель оптического замыкателя и измерьте прозрачность каждого из них по стрелочному прибору.

Запишите полученные значения прозрачности и соответствующие им значения дальности видимости по дальнему отражателю (в положении ОД).

Затем проверьте канал измерения с ближним отражателем. Для этого переведите прибор в режим работы с ближним отражателем, переключив тумблер измерительного блока в положение «ОБ» и повторите настройку диафрагмы и измерения прозрачности светофильтров. Какую разницу в показаниях прибора в обоих режимах Вы заметили?

3.Спомощьюосциллографапроведитенаблюдениеэпюрнапряженийвразличныхточкахэлектрическойсхемыприбора.Приснятии эпюр безразлично, в каком режиме – ОД или ОБ – работает прибор.

3.1.Включите осциллограф. Гнездо «1» (земля) соедините

сгнездом «^» осциллографа. Подайте на первый канал осциллографа сигнал с гнезда «2» (выход ФЭУ). Установите ручку осциллографа «Время/дел» в такое положение, чтобы на экране можно было видеть несколько импульса коммутатора. Зарисуйте эту эпюру. Измените скорость движения луча осциллографа так, чтобы можно было наблюдать отдельные пики напряжения, сигнализирующие о вспышках импульсной лампы. Измерьте период этих пиков – вспышек и вычислите частоту.

3.2.Подайте на второй канал осциллографа напряжение с гнезда «3» (выход пикового детектора). С помощью переключателей «Вольт/дел» и «Время/дел» добейтесь наглядной картины на экране. Зарисуйте пару эпюр. При этом учтите, что из-за медленного движения луча по экрану осциллографа эпюра, представляющая

179

собой след луча, не видна целиком, и приходится рисовать след светового луча на экране. Измерьте частоту коммутации.

3.3.Вставьте в оптический замыкатель один из светофильтров

иснова зарисуйте пару эпюр. В чем отличие между ними и теми, которые были получены без светофильтров? Выньте светофильтр.

3.4. Теперь подайте на первый вход осциллографа сигнал

с гнезда «4» (вход ФЧКоп), а на второй – с гнезда «6» (вход ФЧКзонд). Снова зарисуйте пару эпюр. В чем отличие между ними? Вставьте

светофильтрвоптическийзамыкательисновазарисуйтепаруэпюр. Какая из них изменилась после появления светофильтра? Почему? Выньте светофильтр.

3.5. Подайте на первый вход осциллографа сигнал с гнезда «6»

(вход ФЧКзонд), а на второй – с гнезда «7» (выход ФЧКзонд). Зарисуйте эпюры напряжения. В чем отличие между ними? Вставьте свето-

фильтр в оптический замыкатель и наблюдайте изменение эпюр. На основании Ваших наблюдений сделайте вывод о том, какую функцию исполняет фильтр частоты коммутации. Выньте светофильтр.

3.6. Подайте на первый вход осциллографа сигнал с гнезда «5»

(выход ФЧКоп), а на второй – с гнезда «7» (выход ФЧКзонд). Вставляя и вынимая светофильтр из оптического замыкателя, наблюдайте из-

менение эпюр напряжения. Зарисуйте эпюры напряжения и их изменение при наличии светофильтра. Объясните наблюдения.

4. Выключите осциллограф из сети. Выключите измерительный и фотометрический блоки. Уберите свое рабочее место.

13.6. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1.Цель работы и краткие сведения из теории с приложением чертежа функциональной схемы ФИ-1, где отмечены контрольные точки.

2.Порядок Ваших действий при выполнении работы.

3.Значения прозрачности (и соответствующей дальности видимости)всехсветофильтров,измеренныхподальнемуиближнему отражателю. Выводы, сделанные при сравнении измерений по ОД

иОБ.

4.Рисунки эпюр напряжений, полученных при выполнении работы, с указанием контрольных точек, с которых сняты эпюры (всего 9 пар эпюр). Значения частоты модуляции (частоты вспышек

180