УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПРИБОРАМИ Российский патент 2005 года по МПК H01J31/06 H03K17/88 

Изобретение относится к системам управления электронными приборами (ЭП), в частности к системам компьютерного управления включения и выключения системы тиристоров или транзисторов, работающих в режиме ключа. Может использоваться как непосредственно для выработки управляющих импульсов, включающих и выключающих ЭП, так и для использования в качестве управляющей системы для включения мощных ЭП.

К широко известным устройствам, применяемым для этой цели, относится, например, подача управляющих импульсов (определенной длительности и мощности) на управляющие электроды тиристоров электронными генераторами импульсов, работающими по схеме мультивибратора, блокинг-генератора или посылающих импульсы тока, полученные при разряде конденсаторов.

При большом количестве тиристоров, каждый из которых должен открываться в определенной, периодически изменяющейся последовательности, да еще требующих для своего открытия периодически изменяющихся параметров открывающих импульсов, конструкция такого генератора будет сложной, что снижает надежность дорогостоящей, требующей дополнительных устройств для регулирования параметров импульсов и периодичности включения приборов.

Известен и широко применяется способ компьютерного управления включением и выключением различных устройств, агрегатов и ЭП, в котором место нахождения объектов управления жестко задано в программе, и программа управления, учитывая различные факторы, осуществляет управление, посылая управляющие импульсы на объекты регулирования и включения.

Такие системы могут использоваться только для управления, не вырабатывают управляющих импульсов и не позволяют быстро менять объекты управления и параметры управляющих сигналов.

Известен и способ задания места положения (координат) объектов управления путем их изображения на экране монитора (Заявка №2002126037/20(027568) “Устройство и способ для мгновенного распознавания объектов”). В этом способе программа управления включением или выключением нужных ЭП, считывая координаты требующих управления ЭП из программы вывода изображения контактов управляющих электродов на экран монитора, посылает управляющие импульсы на каждый требующийся канал электронного устройства, в котором каждый канал должен быть соединен с управляющим электродом ЭП, требующего воздействия управляющего сигнала, по которому и посылается управляющий импульс от дополнительного устройства, полученный, например, при разряде конденсаторов. Поэтому такое устройство управления для получения управляющих импульсов различной мощности и длительности требует дополнительного усложнения со всеми вытекающими из этого последствиями - удорожанием, усложнением и снижением надежности.

Известны электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с несколькими электронными прожекторами, применяемые для получения цветного изображения на экране монитора. Известно и применение ЭЛТ не только для получения изображения на экране монитора. Так, известно электронно-лучевое устройство для записи (путем прожигания (сублимации) отверстий в металлической ленте) информации и считывания ее по SU 1081704 А, МПК Н 01 J 29/08, опубликованное 23.03.84 г. в бюллетене №11. Известно и применение ЭЛТ для открывания полевых транзисторов, расположенных в мишени ЭЛТ (RU 2034357 С1 МПК 6 Н 01 J 29/44, опубликованное в бюллетене №1230.04 95 г.), применяемое в. аналого-цифровых преобразователях.

Известны два типа такой мишени. В металлических контактах мишени первого типа (отверстия в металлическом экране которой не закрыты металлической фольгой), соединяющихся с базами полевых транзисторов, образованных в пластине монокристалла кремния, при облучении их (контактов мишени) электронным лучом, проходящим через отверстия металлического экрана, имеющего небольшой положительный потенциал, образуется избыточный положительный заряд (за счет выбивания электронным лучом электронов, улавливаемых потом металлическим экраном, из металлических контактов мишени), который обогащает электронами канал проводимости полевого транзистора. У мишени второго типа отверстия в экране закрыты металлической фольгой. Поэтому электроны электронного луча при прохождении металлической фольги тормозятся, уже не могут выбить из металлических контактов мишени электронов и просто накапливаются в контактах, образуя тем самым отрицательный потенциал контакта. Поэтому первый способ применяется для использования в мишени нормально закрытых полевых транзисторах, а второй способ удобно использовать для этой мишени с нормально открытыми полевыми транзисторами.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств и способов, относится то, что если использование импульсных генераторов с регулированием параметров импульсов и периодичности включения электронных приборов приводит к удорожанию, усложнению и понижению надежности конструкции устройства, то конструкция устройства мишенью по RU 2034357 предназначена для узкой цели, не универсальна, позволяет открывать (или закрывать) при движении электронного луча (управляемого аналоговым сигналом, который нужно преобразовать в цифровую форму) по мишени, на которой расположены только все нормально открытые полевые транзисторы или все нормально закрытые. Способ компьютерного управления включением и выключением ЭП по заявке №2002126037/20(027568) “Устройство и способ для мгновенного распознавания объектов” ограничивается подачей управляющих импульсов на какое-либо устройство, вырабатывающее управляющие импульсы для включения и выключения ЭП, координаты которых определяются считыванием их из программы вывода изображений контактов управляющих электродов ЭП на экран монитора.

Задача, на решение которой направлена группа предлагаемых изобретений, заключается в создании простого, надежного, быстродействующего устройства для подачи под управлением компьютера открывающих и закрывающих (положительного и отрицательного потенциала), разных по величине и длительности импульсов для множества подключенных к нему электронных приборов, состав которых может периодически изменяться.

Сущность изобретения заключается в том, чтобы предлагаемое устройство под управлением компьютерной программы вырабатывало управляющие импульсы с требующимися параметрами и подавало их на контакты управляющих электродов ЭП (открывая с нужными параметрами или закрывая ЭП). Контакты управляющих электродов этих ЭП должны быть показаны на нормализованном изображении, выведенном на экран монитора, и расположение этих ЭП на плате должно соответствовать расположению участков изображения (например, контактов управляющих электродов тиристоров) на экране монитора компьютера (изображенных группой пикселов с цветом, отличным от цвета фона экрана, координаты которых на экране соответствуют координатам управляющих электродов электронных приборов на плате). УУЭП должно не исключать и возможности управления работой устройства от обычной компьютерной программы, программного устройства или даже, например, от видеомагнитофона.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении группы изобретений - упрощение, повышение скорости управления и надежности устройства при включении и выключении большого количества электронных приборов (включая и тиристоры), требующих для своего включения и выключения различных по величине параметров управляющих импульсов, получение возможности, позволяющей периодически изменять последовательность включения электронных приборов и их состав.

Указанный выше единый технический результат при осуществлении группы изобретений достигается тем, что известное устройство, включающее в себя ЭЛТ с электронным прожектором, мишенью и расположенным перед мишенью металлическим экраном (на который подается слабый положительный потенциал) с отверстиями, за которыми расположены металлические контакты мишени, изменено тем, что выводы от металлических контактов мишени выводятся из герметической оболочки устройства и к ним через регулирующие резисторы могут подключаться управляющие электроды приборов как непосредственно, так и через штепсельный разъем (ШР). Кроме того, к устройству могут быть добавлены несколько групп электронных прожекторов, управление электронными лучами которых осуществляется компьютерной программой, которая, как и в известном способе, считывает из программы вывода на экран монитора нормализованного изображения контактов управляющих электродов электронных приборов (которые в данный момент нужно включить и(или) выключить) их координаты (в программе должно быть заранее установлено соответствие координат изображения контактов на экране и самих контактов управляющих электродов ЭП на плате), но отличается тем, что управляет перемещением электронных лучей по контактам мишени УУЭП, соединенных с управляющими электродами ЭП, облучая их в требующейся последовательности и требующимся сочетанием электронных лучей, обеспечивая управляющими импульсами с требующейся энергией и мощностью ЭП. Управление работой УУЭП может осуществляться и просто каким-либо программным механизмом или даже, например, видеомагнитофоном, видеосигналы которого, записанные на магнитной ленте, могут управлять как перемещением электронного луча по контактам мишени УУЭП, так и его интенсивностью (мощностью) и энергией.

Указанный выше единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройство достигается тем, что известное устройство, включающее в себя ЭЛТ с электронным прожектором, расположенным перед мишенью металлическим экраном (на который подается слабый положительный потенциал) с отверстиями, против которых расположены металлические контакты мишени, изменено тем, что выводы металлических, изолированных друг от друга контактов мишени, расположенных в изолирующей, например, керамической пластине с определенным шагом как по вертикали, так и по горизонтали, выведены из герметичной оболочки ЭЛТ и могут присоединяться через регулирующие резисторы как непосредственно к управляющим электродам ЭП, которые нужно включать и выключать, так и к ШР, например, пайкой, что позволяет быстро менять подключенные к УУЭП платы с ЭП и подавать уже не электрическое поле (как в известной мишени с полевыми транзисторами), а управляющий ток требующейся величины и длительности на управляющие электроды электронных приборов.

Устройство отличается еще и тем, что включает в себя несколько, например четыре группы электронных прожекторов, расположенных одна под другой в задней части герметичной оболочки, каждая из которых содержит несколько прожекторов, например, три, расположенных в один ряд, а управление каждым из прожекторов ЭЛТ может осуществляться как программой компьютера, так и каким-либо программным устройством или даже, например, видеомагнитофоном.

Большое количество в УУЭП электронных прожекторов позволяет при необходимости обрабатывать требующиеся контакты мишени одновременно несколькими электронными лучами прожекторов, получая тем самым увеличенный потенциал контактов, обрабатывать различные группы контактов мишени различными электронными лучами электронных прожекторов для увеличения скорости включения ЭП платы.

Кроме того, часть отверстий в металлическом кране, например, в нижнем ряду, могут быть закрыты металлической фольгой, что позволяет менять знак электрического потенциала на контактах мишени не только изменением энергии электрического луча, достигаемым изменением величины напряжения на ускорительных электродах электронного прожектора ЭЛТ, но и торможением электронного луча металлической фольгой, что расширяет эксплуатационные возможности УУЭП.

Указанный выше единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способ достигается тем, что если в известных способах, включающих в себя способ нормализации - приведение изображения электродов на экране монитора компьютера к стандартному для данного способа виду - изменению масштаба, центрированию, вписыванию в прямоугольник требуемого размера, программного установления соответствия координат изображений контактов на экране монитора и контактов управляющих электродов ЭП на плате, считыванием координат контактов управляющих электродов мишени из программы вывода на экран монитора компьютера изображения контактов мишени (которые в УУЭП соединены с управляющими электродами электронных приборов, требующих включения, выключения или изменения их состояния, например, изменения их сопротивления)(на экран монитора выводится изображение только тех контактов ЭП, которые должны подвергнуться воздействию электронного луча, а расположение изображений контактов на экране монитора должно совпадать с расположением контактов мишени УУЭП), то отличием предлагаемого способа является то, что компьютерная программа управления УУЭП, определяя по пикселам изображений контактов электродов на экране монитора координаты контактов управляющих электродов УУЭП, управляет электронным лучом УУЭП, вводя координаты этих контактов мишени в программу управления электронным лучом УУЭП и облучая электронами электронного луча электронного прожектора УУЭП требующейся энергии и мощности в течение нужного времени (времени экспозиции) те контакты мишени, расположение которых на мишени соответствует расположению изображений контактов на экране монитора, Такое управление УУЭП позволяет быстро менять состав подключенных и выключенных ЭП, обеспечивая каждый из ЭП нужным ему управляющим током.

По данному способу с целью предотвращения повреждения в результате подключения полного напряжения к открывающимся последними в цепочке соединенных в электрическую цепь тиристоров и ускорения процесса их открытия цепочка тиристоров (и, соответственно, изображение цепочки контактов на экране монитора) программой управления может разбиваться на участки, каждый из которых может обрабатываться своим (или своими) электронным(и) прожектором (прожекторами).

Электронный луч может двигаться по контактам мишени под управлением программы как построчно, аналогично движению луча монитора, так и по кратчайшему расстоянию между контактами, сокращая тем самым время управления.

Для постепенного снижения сопротивления открывающихся тиристоров и предотвращения тем самым возможности повреждения открывающихся последними тиристоров электронный луч электронного прожектора УУЭП под управлением программы управления УУЭП может многократно проходить выделенный ему программой участок открываемых тиристоров, инжектируя за каждый проход определенную порцию электронов в открываемые тиристоры. Время пауз при облучении каждого контакта управляющего электрода тиристора должно быть меньше времени рассасывания объемного заряда неосновных носителей заряда в его базах, что приведет в конечном итоге к накоплению заряда в базах и постепенному открытию тиристоров всей цепочки.

В электрических схемах, использующих несколько соединенных последовательно тиристоров, для этой цели обычно применяют подключаемые параллельно к тиристорам цепочки, составленные из резисторов и конденсаторов, что усложняет и загромождает электрическую схему.

Для обеспечения открывания участка (группы) тиристоров с нужным для работы электрической схемы сопротивлением его открытие может под управлением программы управления осуществляться одним или несколькими электронными лучами электронных прожекторов УУЭП, обеспечивая тем самым требующуюся величину тока через открытые тиристоры.

Для удобства работы с программой управления цвет изображений контактов на экране монитора может отличаться для электронных приборов, которые нужно открыть с различным сопротивлением, закрыть или требующих для своего открытия (включения) различной величины тока управления, протекающего через управляющий электрод. Цвет может отличаться и для групп контактов, требующих многократной прерывистой обработки контактов мишени УУЭП электронными лучами электронных прожекторов.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - способ работы с УУЭП - предназначен для использования другого заявленного объекта - УУЭП, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

На чертеже показан продольный разрез УУЭП с четырьмя группами электронных прожекторов.

УУЭП помещен в герметичную, вакуумную оболочку 1, например, из стекла, внутри которой расположены электронные прожектора 2, против которых находится металлический экран 3 с отверстиями, за которыми находятся металлические контакты 4, расположенные в пластине мишени 5, выполненной из изолирующего материала, например из керамики, выводы 6 от которых вакуумноплотно выходят из герметичной оболочки 1. Контакты 7 электронных прожекторов и контакт 8, соединенный с металлическим экраном, также вакуумноплотно выведены из герметичной оболочки. В нижнем ряду отверстия металлического экрана могут быть закрыты металлической фольгой 9, сквозь которую может, тормозясь, проходить электронный луч 10.

Работает УУЭП следующим образом.

Под действием программы управления УУЭП на контакты 7, выведенные из герметичной оболочки 1, электронных прожекторов 2 поступают электрические сигналы, управляющие перемещением электронного луча 10 и его параметрами. Электронный луч под управлением программы перемещается но мишени УУЭП, облучая в течение требуемого времени электронами электронного луча требуемой энергии (которую можно изменять, меняя под управлением программы напряжение на ускорительном электроде электронного прожектора) металлические контакты 4, расположенные в пластине 5 из изолирующего материала, например керамики. Диаметр сфокусированного на мишени пятна электронного луча должен быть равен диаметру металлического контакта мишени. Если энергия электронов электронного луча велика (порядка десятков килоэлектроновольт (КЭВ)), то происходит выбивание электронов из облучаемых металлических контактов мишени (которые заряжаются при этом положительно, создавая предпосылки для подачи управляющего импульса положительного потенциала на ЭП, которые улавливаются металлическим экраном 3 (на который для этого подведен слабый положительный потенциал, например, через контакт 8 и поэтому удаляются из УУЭП), сквозь отверстия (диаметр которых равен или немного меньше диаметра контактов мишени и которые расположены против контактов мишени) на контакты и попадают электроны электронного луча. Выводы 6 металлических контактов мишени выведены из герметичной оболочки 1 и могут соединяться через регулирующие резисторы как непосредственно с управляющими электродами ЭП, так и через ШР. Если электронный луч попадает на контакт мишени УУЭП через отверстие, закрытое фольгой, то его энергия за счет торможения в фольге падает до единиц КЭВ (электроны из металлического контакта при такой энергии облучающих электронов уже не могут быть выбиты) и в металлическом контакте просто накапливаются электроны, попадающие туда из электронного луча, создавая в нем избыточный отрицательный заряд, за счет которого и может быть образован управляющий импульс отрицательного потенциала, подаваемый на управляющий электрод тиристора.

Диаметр металлического контакта мишени, энергия электронов электронного луча, его мощность и время экспозиции выбираются в зависимости от величины требующегося тока управления ЭП.

В компьютерную программу управления работой УУЭП вводят координаты контактов мишени УУЭП, которые соединены с управляющими электродами тиристоров, работой которых нужно управлять (включать с требуемым сопротивлением или выключать) и которые, в свою очередь, могут являться элементами управления для включения мощных ЭП. В памяти компьютера находятся нормализованные изображения различных сочетаний контактов ЭП, которые расположены как на одной плате, так и на других, подключаемых к УУЭП посредством ШР, и которые нужно включить, изменить их сопротивление или выключить.

Цвет контактов на их изображении, которые требуют для себя различных воздействий - различных параметров импульсов управления (мощности (интенсивности) электронного луча, энергии его электронов, длительности экспозиции) - для удобства работы с программой управления УУЭП может быть различным. Различным может быть на изображении и цвет групп контактов, обрабатывающихся различными электронными прожекторами и требующих прерывистого многократного облучения, что может помочь при написании, настройке и контроле компьютерной программы управления УУЭП.

Так как изображения контактов, выводящихся на экран монитора, нормализованы - вписаны в прямоугольник стандартного для данной программы размера, который центрирован относительно центра экрана монитора, то это обеспечивает выведение всех изображений, находящихся в памяти компьютера, в одно и то же место экрана, что и обеспечивает постоянство координат контактов одних и тех же ЭП на различных изображениях и позволяет связать их с координатами контактов УУЭП (в программе управления УУЭП должно быть установлено такое соответствие). Поэтому программа управления УУЭП, считывая из программы вывода изображения контактов на экран монитора их координаты и цвет, устанавливает координаты контактов УУЭП, требующих воздействия на них электронным лучом требующейся мощности, энергии и длительности облучения (экспозиции) и управляет перемещением электронного луча (включая в работу требующееся количество электронных прожекторов, облучающих данный контакт, и регулируя энергию электронного луча изменением напряжения на ускорительном электроде электронных прожекторов).

Для большей универсальности и расширения технологических возможностей некоторые ЭП, на которые нужно подать управляющий импульс отрицательного потенциала, могут подключаться к контактам мишени, расположенным против отверстий в металлическом экране, закрытым металлической фольгой. В этом случае энергия электронов электронного луча снижается не за счет снижения напряжения на ускорительном электроде электронного прожектора, а за счет торможения электронов электронного луча при прохождении им металлической фольги. В этом случае из контактов мишени УУЭП электроны не выбиваются, а происходит просто из накапливание там и потенциал контакта становится отрицательным, что и позволяет подать на управляющий электрод ЭП импульс тока отрицательного потенциала.

Электронный луч может двигаться по контактам мишени под управлением программы как построчно, аналогично движению луча монитора, так и по кратчайшему расстоянию между контактами, сокращая тем самым время управления, может проходить выделенную ему группу контактов УУЭП, управляющих соединенными последовательно тиристорами, несколько раз, инжектируя за каждый проход определенную порцию электронов в тиристоры, что приводит к постепенному накоплению объемного заряда в базах тиристоров и постепенному открытию (постепенному снижению сопротивления) всей цепочки последовательно соединенных тиристоров, что предотвращает попадание под полное напряжение, подводимое к электрической цепи последовательно соединенных тиристоров, последних из открывающихся тиристоров, которые в этом случае могут быть повреждены.

Время пауз в обработке электронным лучом контактов мишени УУЭП (при прерывистой обработке) не должно быть больше времени рассасывания объемного заряда неосновных носителей в базах тиристора, чтобы в итоге в них произошли накопление объемного заряда и открытие тиристоров.

После окончания процедуры управления данным сочетанием ЭП (которая заканчивается или в результате получения программой сигнала с датчика, говорящего об успешно проведенном сеансе управления, или просто в результате отработки программой цикла управления) компьютер переходит в режим ожидания ввода новых данных.

При вводе оператором (или в результате действия программы) на экран монитора следующего нормализованного изображения контактов цикл обработки электронными лучами УУЭП требующегося сочетания контактов мишени УУЭП повторяется.

При осуществлении способа в качестве основы программы для нормализации изображений контактов мишени УУЭП может применяться программа AutoCad, в которой легко может быть создан требуемый набор изображений контактов, которые используются в качестве источника информации для работы управления УУЭП, и произведена их нормализация.

Изобретение относится к устройствам управления электронными приборами (УУЭП). Устройство состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), имеющей от одного до нескольких электронных прожекторов, в которой в качестве мишени используются металлические контакты, расположенные с определенным шагом по вертикали и горизонтали и, значит, имеющие вполне определенные координаты, в пластине из изолирующего материала, выводы от которых выведены из герметичной оболочки ЭЛТ и могут как непосредственно, так и через штепсельный разъем соединяться с управляющими электродами ЭП, требующих управляющего воздействия, что позволяет быстро менять состав подключенных к УУЭП ЭП, требующих управления. Металлические контакты мишени располагаются против отверстий в металлическом экране, имеющем слабый положительный потенциал и расположенном перед контактами мишени. Устройство предназначено для использования в качестве простого, надежного, быстродействующего средства для подачи под управлением компьютера открывающих и закрывающих (положительного и отрицательного потенциала), разных по величине и длительности импульсов для множества подключенных к нему электронных приборов, состав которых может периодически изменяться. 1 ил.

Устройство управления электронными приборами (УУЭП), включающее в себя электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), в задней части которой расположен электронный прожектор, содержащий катод, анод и отклоняющую систему, а в передней части ЭЛТ перед электронным прожектором расположена мишень с расположенным перед ней металлическим экраном, на который подается слабый положительный потенциал, напротив отверстий которого расположены металлические контакты мишени, отличающееся тем, что УУЭП включает в себя несколько групп электронных прожекторов, расположенных одна под другой в задней части герметичной оболочки ЭЛТ, каждая из которых содержит несколько электронных прожекторов, а управление каждым из прожекторов осуществляется программой управления УУЭП, а выводы металлических изолированных друг от друга контактов мишени, расположенных в изолирующей пластине мишени с определенным шагом по вертикали и горизонтали, выведены из герметичной оболочки ЭЛТ и могут соединяться с электродами электронных приборов или со штепсельным разъемом.