Файл: Григоришин, И. Л. Моделирование электроннооптических систем на сетках сопротивлений.pdf

Перестройка системы иа расчет траекторий в различ­ ных полях сводится лишь к смене перфокарт с соответ-

ствугощим и програм м ам и.

§2. СЕТКА СОПРОТИВЛЕНИЙ

ИБЛОК СОПРОТИВЛЕНИЙ стоков

Сетка сопротивлений конструктивно выполнена в виде шести отдельных съемных панелей, четыре из ко­ торых содержат по 286 и две — по 260 узловых точек. Сопротивления сетки подпаяны к гнездам, являющимся электрическими выводами узловых точек иа лицевую часть панелей. Эти гнезда могут быть использованы как для подключения шунтирующих сопротивлений при реа­ лизации границы, проходящей между узловыми точками, так и для измерения потенциала в узлах пли задания граничных условий. Узловые точки каждой панели вы­ ведены к электрическим разъемам, через которые они соединяются с коммутационной папелыо и шаговыми искателями. Коммутационная панель предназначена для подключения сопротивлений стоков, но может быть использована также для измерения потенциала в узлах сетки и задания граничных условий. Через шаговые искатели осуществляется коммутация узловых точек с измерительным устройством.

Плоская, осесимметричная и трапсаксиальная сетки выполнены на отдельных панелях. Это позволяет быстро и удобно перестраивать сетку при решении плоских и осесимметричных задач путем замены одних панелей другими и использовать для разных типов сеток одну и ту же систему коммутации.

Плоская и осесимметричная сетки построены по схеме с квадратными ячейками. Плоская сетка набрана из сопротивлений 1 кОм, для осесимметричной сетки R ( (сопротивление, примыкающее к оси) равно 12 кОм, для траисаксиальной R0—7,5 кОм. Каждая панель плоской

'сетки по краям заканчивается рядами сопротивлений с номиналом 2 кОм, что дает возможность рассматривать границы панели как линии симметрии. Панели плоской сетки могут быть закоммутированы в любой последова­ тельности, что позволяет рационально использовать на­ борное поле сетки при решении задач для областей с различной конфигурацией. Различными способами сое-

130

динения панелей можно получить прямоугольные сетки с соотношением сторон 31 : 51, 65 : 25, 20 : 76, 10 : 103

и т. д. Осесимметричная и трансаксиальпая сетки пред­ ставляют собой прямоугольники с соотношением сторон 31 : 51. На трансаксиальной сетке можно моделировать системы с относительными размерами в радиальном на­

собраны из сопротивлений с допуском ± 1 % от рассчи­ танных номиналов.

Для задания граничных условий использованы ста­ билизированные источники постоянного тока с регули­ ровкой напряжения 0— 50 В. Шесть таких источников с тремя потенциометрическими делителями в каждом по­ зволяют задавать положительные и отрицательные по­ тенциалы на граничных контурах практически для всех встречающихся задач. Необходимая величина напряже­ ния на границе устанавливается с помощью цифрового вольтметра.

Блок сопротивлений стоков, с помощью которых за­ даются токи, пропорциональные пространственному за­ ряду, состоит из пяти панелей, на каждой из которых имеется по 180 переменных сопротивлений. С их по­ мощью можно задавать значения сопротивлений стоков в пределах от 1 кОм до 4,7 МОм. Один конец каждого сопротивления соединен с общей точкой, которая при моделировании потока заряженных частиц с нулевыми начальными скоростями соединяется с катодом, а в слу­ чае отличных от нуля начальных скоростей подключает­ ся к минусу источника для задания соответствующих токов. Подвижные контакты переменных сопротивлений подведены к коммутационной панели блока сопротивле­ ний стоков.

Для вычисления сопротивлений стоков при моделиро­ вании пространственного заряда с нулевыми начальны­ ми скоростями разработано устройство (рис. 4.4), по­ зволяющее одновременно рассчитывать и устанавливать на данном переменном сопротивлении необходимую его величину. Оно построено на базе нелинейного моста [30], сопротивление в одном из плеч которого изменяет­ ся по закону

Ян=ЯКхР/2,

где В — некоторая постоянная величина. В качестве не­ линейного сопротивления, изменяющегося по указанно­ му закону, использован диодный функциональный пре­ образователь с потенциально заземленными диодами [71], у которого ток, протекающий через диоды от источ­ ника опорного напряжения исп, должен изменяться по закону

В |«J3/2

Рис. 4.4. Блок-схема нелинейного моста для расчета и задания сопротивлений стоков

Чтобы сохранить падение напряжения на нелинейном сопротивлении R u равным « 0п при любой величине сопро­

тивления Ru:m, последовательно с источником опорного напряжения включен усилитель постоянного тока, вхо­ дом для которого является выход преобразователя. Бла­ годаря наличию этого усилителя выход диодного преоб­ разователя будет потенциально заземлен. Если мост сбалансирован, то

Задавая на плечах R1 и R2, например, величины

132

_2e

\m° - R 04

ивыбирая коэффициенты А, В, С при построении схемы так, чтобы

BQA = 1,

получим, что при срЛ;7П= |«DX| и сбалансированном мосте сопротивление в плече R,hm равно сопротивлению стока (3.5), необходимого для задания пространственного заряда в узловую точку сетки с потенциалом cpft .

Применение этого устройства позволяет снизить трудоемкость моделирования пространственного заряда, так как процесс расчета сопротивлений стоков и их уста­ новка практически совмещены в одну операцию.

Блок сопротивлений стоков может быть использован не только при моделировании полей с пространственным зарядом, но и при моделировании магнитных систем 37], систем с периодической азимутальной симметрией 40, 41] и в других случаях, когда вид правой части уравнения Пуассона позволяет применить метод сопро­ тивлений стоков.

§ 3. УСТРОЙСТВО СВЯЗИ ЭЦВМ С СЕТКОЙ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Следуя порядку расположения устройств связи ма­ шины с сеткой сопротивлений, представленному на рис. 4,1, кратко рассмотрим сначала устройство комму­ тации узловых точек со входом цифрового вольтметра. Подробные описания и принципиальные электрические схемы приведены в [25, 32, 33]. Устройство выполнено на реверсивных шаговых искателях. Принцип его рабо­

пластинами трех статорных ламелей шагового искателя таким образом, что к съемным щеткам, связанным с этими ламелями, подключены три узловые точки данно­ го горизонтального ряда (Xft-I, Ут', Xk, Ут', X h+ l, У т ) . Все

Шаговые искатели, осуществляющие коммутацию узло-

133

вых точек по горизонтальным рядам, работают синхрон­ но (обмотки питания электромагнитов L искателей включены параллельно). При однократном срабатыва­ нии электромагнитов реверсивных шаговых искателей, сдвигающих съемные щетки в положительном ( L ( + .г )) или отрицательном (L (—х)) направлении х, к измери­ тельному устройству подключаются вертикальные ряды узловых точек сетки, смещенные на ±/г от первоначаль­ ного положения. Выводы съемных щеток горизонталь­ ных искателей закоммутированы со статорными контак­ тами двух пар ламелей вертикального реверсивного шагового искателя (+«/). Как видно из схемы, в зависимо­ сти от положения контактов реле Р$2 на вход цифрового вольтметра всегда будет подаваться разность потенциклов ф/i-j-i, 771 ф/i—1, m или cp/ij ттг+1 Фа, ш—ь что пропорционально компонентам Е х и Е у напряженности электри­ ческого поля.

В вертикальном и в каждом горизонтальном ревер­ сивных шаговых искателях использовано по две ламели для питания обмоток электромагнитов. Напряжение питания обмоток подается через контакты реле Рг—Ръ\, функционально связанных с блоком управления систе­ мой коммутации. Так как расчет траекторий осуществ­ ляется последовательно в каждом элементарном квад­ рате разностной сетки, то переключение токосъемных щеток, питающих обмотки L ( + x ) и L ( —х) электромаг­ нитов, из данного положения в следующее возможно только при замыкании контактов одного из двух реле, расположенных непосредственно справа или слева от контактов реле, установившего токосъемные щетки в данное положение. При замыкании контактов одного из этих реле, как видно из рис. 4.5, к измерительному уст­ ройству подключаются узловые точки, смещенные впра­ во или влево на один шаг h относительно данного поло­ жения. Контакты реле Рг— Рь\ аналогичным образом управляют переключением вертикального шагового искателя. При этом контакты реле Ръз, также функцио­ нально связанного с блоком управления системой ком­ мутации, должны быть в положении, соответствующем замыканию цепи питания обмоток электромагнитов вер­ тикального реверсивного шагового искателя. Таким об­ разом, при печати одной из координат точки выхода траектории из рассматриваемого элементарного квадра­

135

та, например координаты х, произойдет переключение горизонтальных реверсивных шаговых искателен, а при печати координаты у — вертикального шагового искате­ ля. Несмотря на то что электромеханические коммута­ ционные устройства не отличаются быстродействием, их применение не сказывается на скорости расчета траек­ торий, так как переключение происходит в момент пе­ чати координат.

Рис. 4.6. Блок-схема преобразователя кода цифрового вольтметра в код машины

Для измерения разности потенциалов между узловы­ ми точками сетки использован серийный цифровой вольтметр, который одновременно выполняет функцию преобразователя «аналог — код». Код вольтметра с по­ мощью преобразователя ПНФ (см. рис. 4.1) преобразу­ ется в форму представления числа, с которой оперирует машина «Проминь». Блок-схема преобразователя пока­ зана на рис. 4.6. По функциональному назначению схе­ му можно разделить на две основные части: преобразо­ вательную, выполняющую преобразование кода цифро­ вого вольтметра в нормализованную форму записи числа,

ны и т. д.), которая осуществляет ввод числа в ЭЦВМ и

136

ее запуск. Контакты реле исполнительной части преоб­ разователя распаяны в соответствии с контактами кла­ вишей наборного поля ЭЦВМ «Проминь» и дублируют работу последних. Таким образом, срабатывание каж­ дого из этих реле равноценно нажатию соответствую­ щей клавиши пульта управления машины. Если иа вход преобразователя подан код цифрового вольтметра, то сработают соответствующие реле порядка, реле знаков порядка и мантиссы и реле в разрядах мантиссы. По

Рис. 4.7. Блок управления системой коммутации узловых точек сетки: Д — дешифратор; В |— вход кода ЭЦЕШ; В*—импульс начала печати; Рп>-ск— реле запуска вольтметра

команде «чтение с пульта» (Чт 52*) это число может быть записано в необходимую ячейку памяти и на сум­ маторе. Программа предусматривает запись разностей потенциалов, соответствующих компонентам Е х и Е и на­ пряженности поля, после чего вычисляются координаты траектории.

Индикация на пульте управления и печать на ЦПУ значений координат траектории являются сигналом для

код сумматора машины в такой рабочий код схемы, что при появлении на сумматоре значений координат в диа­

137