Моделирование лазерной схемы

Рассмотрим в начале принцип действия устройства. Устройство монтируется на печатной плате размером 100х74 мм. Здесь располагаются два микроэлектродвигателя (М), лазер и электронный блок управления.

Рисунок 3.1 - Внешний вид устройства

На валах двигателей закреплены небольшие зеркальца. Плоскость зеркал составляет небольшой угол с плоскостью перпендикулярной осям двигателей. Луч лазера попадает на первое зеркальце под определенным углом к оси двигателя на некотором расстоянии от центра вращения и, отражаясь от него, аналогично попадает на второе зеркальце. При вращении двигателей выходящий из устройства луч описывает в пространстве достаточно причудливую траекторию. Вид узоров, возникающих на стенах, потолке и в окружающем воздухе (при наличии в нем рассеивателей, например, пыли или дыма) зависит от настройки системы.

Для управления частотой вращения двигателей в схеме использована транзисторная сборка, помещенная в стандартный DIP-корпус. Выводы имеют соответственно номера узлов 1…14. На транзисторах внутри сборки, включенных по схеме с общим эмиттером, собрана балансная схема, к которой подключен двигатель М2, аналогично и двигатель М2.

Рисунок 3.2 – Схема устройства

Еще в прошлом веке в самых разнообразных устройствах широко использовалось перемещение луча света зеркалами. Достаточно вспомнить зеркальный гальванометр, шлейфовые осциллографы и самописцы, первые системы "механического" телевидения. Сейчас все это выглядит анахронизмом, хотя и в современных видеопроекторах используется специальная матрица из микрозеркал.

Но как же все-таки образуется конкретный световой узор и как им управлять? Для того чтобы разобраться в этом, можно начертить на листе бумаги как ведет себя луч света, отраженный вначале только от первого вращающегося с биением зеркальца. Достаточно лишь вспомнить, что угол падения равен углу отражения и лучи, падающий и отраженный, а также перпендикуляр, восстановленный из точки падения, лежат в одной плоскости. Вот только в нашем случае эта плоскость будет вращаться с угловым биением по отношению к плоскости, перпендикулярной оси двигателя.

Можно провести и нехитрый эксперимент, если сохранился старый электропроигрыватель. На его диске под небольшим углом надо закрепить (скотчем или пластилином) зеркальце, которое надо осветить (не обязательно лазером). Приведя диск во вращение, увидим на потолке световой "зайчик", бегающий по кругу. Теория, использующая геометрическую оптику, даст тот же результат.

Теперь необходимо сделать второй шаг: эту светящуюся окружность надо направить под некоторым углом на второе, вращающееся также с биением зеркальце. Не знаю, удастся ли вам сделать соответствующие пространственные построения или провести натурный опыт, добавив еще один (перевернутый вверх тормашками) проигрыватель. Значительно целесообразнее смоделировать работу этого устройства на компьютере.

Моделирование схемы велось в САПР ElectronicsWorkbench.

Рисунок 3.3 – Модель лазерной системы

Подадим через батарейки питание на микроэлектродвигатели. График на выходе схемы представлен на рисунке 3.4

Рисунок 3.4 – График на выходе схемы. При Р1-1кОм проводимостью 50% P2-1кОм проводимостью 10% R1-68Ом R2-68Ом R3-1кОм R4-1кОм R5-1Ом R7-68Ом R8-68Ом R9-1кОм R10-1кОм С1-0.33мФ С2-0.33мФ С3-1мФ С4-0.33мФ

Рисунок 3.5 – График на выходе схемы. При Р1-1кОм проводимостью 35% P2-1кОм проводимостью 10% R1-100Ом R2-68Ом R3-1кОм R4-1кОм R5-1Ом R7-68Ом R8-68Ом R9-1кОм R10-1кОм С1-0.33мФ С2-0.33мФ С3-1мФ С4-0.33мФ

Рисунок 3.6 – График на выходе схемы. При Р1-1кОм проводимостью 80% P2-1кОм проводимостью 10% R1-100Ом R2-150Ом R3-1кОм R4-1кОм R5-1Ом R7-68Ом R8-68Ом R9-1кОм R10-1кОм С1-0.33мФ С2-0.33мФ С3-1мФ С4-0.33мФ

Рисунок 3.7 – График на выходе схемы. При Р1-1кОм проводимостью 30% P2-1кОм проводимостью 10% R1-700Ом R2-600м R3-2кОм R4-2кОм R5-1Ом R7-68Ом R8-68Ом R9-1кОм R10-1кОм С1-0.5мФ С2-0.33мФ С3-1мФ С4-0.33мФ

Рисунок 3.8 – График на выходе схемы. При Р1-1кОм проводимостью 30% P2-1кОм проводимостью 10% R1-700Ом R2-6000м R3-2кОм R4-2.5кОм R5-1Ом R7-68Ом R8-68Ом R9-1кОм R10-1кОм С1-0.5мФ С2-0.5мФ С3-1мФ С4-0.33мФ

Рисунок 3.9 – График на выходе схемы. При Р1-1.5кОм проводимостью 10% P2-1кОм проводимостью 10% R1-1.5кОм R2-1к0м R3-2.5кОм R4-2.5кОм R5-1Ом R7-68Ом R8-68Ом R9-1кОм R10-1кОм С1-0.5мФ С2-0.5мФ С3-1мФ С4-0.33мФ

Рисунок 3.10 – График на выходе схемы. При Р1-1.5кОм проводимостью 5% P2-1кОм проводимостью 10% R1-1.5кОм R2-1к0м R3-2.5кОм R4-2.5кОм R5-10Ом R7-68Ом R8-68Ом R9-1кОм R10-1кОм С1-0.5мФ С2-0.5мФ С3-1мФ С4-0.33мФ

Список использованных источников

1. Семьян, А.В. 500 схем для радиолюбителей. Источники питания / А.В. Семьян - СПб.: Наука и Техника, 2007. - 352 с.

2. Граф, Р.А. Электронные схемы.1300 примеров / Р.А. Граф - М.: Мир, 2010. - 688 с.

3. Роланд, Ф 750 практических электронных схем: Справочное руководство / Ф. Роланд, Пер. с англ. В. Логинов - М.: Мир, 2009. 584 с.

4. Электронные компоненты [Электронный ресурс]: Электронные книжные полки Вадима Ершова и К° - Режим доступа: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/D/ DODEKA/_DODEKA.html (27.06.2016)

5. 3D-библиотека электронных компонентов [Электронный ресурс]: Персональный сайт Егора Зайцева - Режим доступа: http://www.egorz.ru/pcb-acad3d.shtml (3.06.2016)

6. Библиотека электронных компонентов [Электронный ресурс]: Официальный сайт издательства ДМК Пресс- Режим доступа: http://dmkpress.com /catalog/knigi-izdatelstva-dodeka/biblioteka-elektronnyh-komponentov/ (5.02.2016)

7. Ильин, Г.П. Основы промышленной электроники: учебное пособие [Электронный ресурс]: учебное пособие / Г.П. Ильин. - Электрон. дан. - СПб.: СПбГЛТУ (Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет), 2009. - 60 с. ISBN: 978-5-25730-045-2 - Режим доступа: http://e.lanbook.com/ books/element.php?pl1_id=45319 (27.05.2016)

8. Рег, Дж. Промышленная электроника [Электронный ресурс]: учебник / Дж. Рег - Электрон. дан. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 1136 с. ISBN: 965-5-53830-012-2 - Режим доступа: http:// e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=891 (23.05.2016)