一種普教微電流演示儀的製作方法
2023-05-11 09:20:11
專利名稱:一種普教微電流演示儀的製作方法
本實用新型涉及普教理科儀器中的一種新型電學演示儀器。
中學理科教學儀器中，原有電學儀器，不管是安培計，伏特計，還是演示電流計或靈敏電流計都是採用指針表頭，無法用圖形直接顯示出電源的正、負極性和電流方向。又因上述儀器靈敏度不夠高，對一些重要的電學原理尚無法演示或操作繁鎖，且效果又不佳。如電化學腐蝕，因訊號微弱，用原有靈敏電流計無法將鋼鐵表面存在著的微電池演示出來，又如用原有儀器演示單根導線的右手定則，因指針擺動微小，其效果很不理想。
本實用新型的任務是為中學理科教學提供一種能用圖形顯示正、負極性和電流方向，靈敏度遠高於原有傳統電學教學儀器，且機體小巧，可見度大，成本低廉的微電流放大裝置。
為實現上述目的，本實用新型採用差分直流放大器，專用推挽放大器，專用二極體顯示屏和手動輸出選位開關相配合。即將微弱訊號經推挽放大器或推挽放大器和差分放大器兩級放大，或將正、負訊號經推挽放大器的換位處理，然後將上述輸出訊號，經選位開關控制二極體顯示屏上發光二極體的發光組數，在顯示屏上用圖形顯示出電訊號的正、負極性和電流方向。
附圖的簡要說明圖1是本實用新型的方框圖。
圖2是本實用新型放大器的全部電子線路圖，左半部分為一差分放大器(以下簡稱電路A)，右半部分為一專門設計的推挽放大器(以下簡稱電路B)。
圖3是本實用新型的二極體顯示屏電路原理圖。
下面結合附圖詳細介紹本實用新型的工作原理和實施方案。
參看圖3，能顯示出多種圖形的二極體顯示屏由六組發光二極體D1、D2、D3、D4、D5、D6和負載平衡電阻R5構成。D1、D2、D3、D4、R5，一端分頭通過選位開關K2，再接到推挽放大器的兩個輸出端Q3、和Q4，另一端其公共點與D5、D6的公共點接通。D5、D6的一端與D1、D2、D3、D4、R5的公共點接通，D5的另一端通地，D6的另一端經K2接通或斷開電源，經輸出開關K2的手控選位，六組發光二極體和負載平衡電阻R5接到推挽放大器輸出端有以下三種接法第一種接法是D3、D4接通輸出端Q3和Q4。第二種接法是D3、D4同時接通Q3，推挽放大器另一臂的輸出端Q4接通R5(此時K2接通接點2)。第三種接法是D1、D2接通輸出端Q3、Q4。當Q3或Q4有輸出電流時，D1、D2能顯示出圖形為兩個相反箭頭的「＜」和「＞」發光部分。D3、D4能顯示出圖形為兩個可左右換位的正、負符號「＋、－」和「－、＋」的豎線發光部分。D5為能顯示圖形橫線公共部分的發光部分。D6為能顯示圖形「＋－」中兩個符號間的間隔部分，這樣通過調節選位開關K2，控制發光組數，顯示屏即可出現「←」「→」「＋－」「－＋」「＋＋」「－－」六種符號的圖形。當顯示圖形「＋－」時，由K2所在擋位使D6下端斷開電源，D6不亮，「＋－」兩個圖形間隔清楚。當顯示圖形「←」時，由K2的所在擋位使D6接通電源，D6發亮，使箭頭圖形那一橫的發光不致中間中斷。D1、D2、D3、D4這四組對D5、D6而言為相互串聯。現假如K2放在擋位2，由D3、D4與推挽放大器的兩個輸入端B1和B2加一個正、負訊號，放大器的一臂工作，由Q3輸出電流，經D3、D5流入電源，不難看出，顯示屏上將出現圖形「＋－」。以此類推，當推挽放大器的兩個輸入端送進正、負訊號時，撥動K2的擋位，顯示屏上將出現「＋－」、「←」、「＋＋」三個圖形，再將送進推挽放大器兩個輸入端的正、負訊號左、右換位時，撥動K2的擋位，顯示屏上將出現「－＋」、「→」、「－－」三個圖形。
再參看圖2，介紹推挽放大器電路B的工作原理，電路B由兩對PNP型三極體BG9、BG10、BG15、BG16和兩對NPN三極體BG13、BG14、BG17、BG18組成四級直接耦合的無偏壓推挽放大器。當有正、負訊號從B1、B2兩點輸入時，BG17、BG18一管截止。一管工作，輸出電流。正、負訊號在B1、B2兩點左右換位時，輸出電流也在Q3、Q4兩點左右換位。R3、R4、R5、R6、R7、R8起過荷保護作用。在該線路中，BG9、BG10都用3AG1類三極體。雖然這一級沒有建立工作點，但因3AG1管發射結的正向死區電壓較低的特點，可使該放大器有一個較好的開關靈敏度，四級直接偶合，會因第一級的穿透電流經多級放大而導致末級出現一個很大的靜態電流，但由於BG11、BG12和R1、R2的配合，可使末級功率管BG17、BG18的靜態電流完全為零。因而二極體屏直接作電路B的負載，也不會自動激發。為既要取得良好溫度補償，又不因對輸入訊號分流而降低本組放大器的靈敏度，BG11、BG12必須使用和BG9、BG10同型號的三極體，或使用其溫度特性和反向穿流特性與BG9、BG10的PN結相近的2AP管，除第一級三極體要選用β值大一點的外，其餘都採用中等β值的三極體，本組放大器的輸入電壓可由0.15V至6V，輸入電流＜1uA，其電流增益可達109，無輸入訊號時，電源損耗可少於0.2mA1。
本實用新型的第一種實施方案，就是採用推挽放大器即電路B，二極體顯示屏(如圖3)和輸出選位開關K2相配合，組裝成一臺儀器。因不顯示靜電，不需出現「＋＋」、「－－」兩種圖形，圖三中的R5可不要。R1、R2、R3、R4、四個電阻各取值20Ω，也可全部不要，要上可使各組發光二極體的負載電流基本相等，對延長顯示屏的使用壽命有好處，電路B中R1、R2的阻值，可在數K至數10K內選取，這兩個電阻取值太低，會降低整機靈敏度，取值太大，會導致環境溫度較高時，顯示屏自動激發。其最佳值經調試決定，圖三中各組發光二極體，D1、D2、D3、D4各組的只數最好相等，每組6至8隻為宜，D6組以二至三隻為宜。
上述方案的特點是儀器可在單電源下工作，操作時，表筆不分正負。因學生手握輸入端無誤動作，故可讓學生自己動手演示人體和大地都是導體，導體和絕緣體並無絕對界限，微容量電容器的充、放電現象，水果電池、電化腐蝕及用圖象直接顯示電池的極性、電流的方向、用小容量電容器演示電容器串聯和並聯電容量的變化情況等七個以上實驗。又因可見度大，亦可作為學生實驗儀器和教師演示儀器兩用。
本實用新型的另一種實施方案，是在第一種實施方案的基礎上，再增加一個差分放大器，參看圖2，即在電路B前面再增加電路A，將電路A、電路B、圖3和輸入選位開關K1、輸出選位開關K2全部配合在一起組裝成一臺儀器，電路A系一個電晶體差分放大器，它由四隻小功率三極體BG1、BG2、BG5、BG6組成兩級差分放大。因只需傳遞瞬時訊號，故中間用電容C2、C3偶合。BG5、BG6雖然都有較大的靜態工作電流，但因兩管的靜態電流和負載相等，所以，無輸入訊號時，輸出端Q1、Q2兩點間的電勢差為零。當正負訊號從B3、B4兩點輸入時，Q1、Q2兩點間將出現正負電位差，當正、負訊號在B3、B4兩點左右換位時，因BG5或BG6的輸出電流相互換位，Q1、Q2兩點間的正負電位也會左右換位。由B3或B4輸入的靜電訊號有正負變化時，Q1、Q2兩點間的正、負電位也會左右換位。本差動放大器其電流增益可達103，將單根導線切割磁力線所產生的感生電訊號，接到機殼插孔CZ1、CZ2，經K1加至電路A的兩輸入端B4、B3，或將用紙摩擦過的小片有機玻璃上所得到的靜電訊號，經機殼插孔CZ3通過K1加到電路A的一個輸入端B4，兩者從電路A上所輸出的正、負差分訊號，均足可推動電路B正常工作。從而可增加演示單根導線的右手定則，單個線圈的楞次定律，交直流電的產生原理及摩擦起電等實驗。電路A中，R9、C1是防止靜電訊號過強，顯示屏上出現圖形左、右翻轉而設置的。R9以5至10MΩ為宜，C1以0.2uF為宜。電路A，也可用對管組裝或用性能相近的集成塊差分放大器代替。圖三中的R5，取值過小，顯示屏不能正常工作，還會燒毀D5和BG9或BG10。太大會使圖形「－－」欠亮。可根據R5＝ (VD)/(LD5) 進行計算，式中VD為所用發光二極體的額定工作電壓，LD5為通過D5這組發光二極體的總額定電流。第二種實施方案其電流增益可達1012，驅動電流可＜0.001uA，驅動電壓可＜0.15mV，不受日光燈幹擾，且重複性好。主要供教師做演示實驗用。
綜上所述，本新型可系列生產，且造價不高，初、高中物理，高中化學教學均可使用，在全國普教戰線有很大的推廣、使用價值。
權利要求
1.一種供中學理科教學用的微電流演示儀，其特徵是由差分直流放大器、推挽放大器、二極體顯示屏和輸出選位開關K2相配合組成。
2.根據權利要求
1所述的微電流演示儀，其特徵是二極體顯示屏由六組發光二極體D1、D2、D3、D4、D5、D6加一個供放大器平衡負載用的電阻R5組成，D1、D2、D3、D4、R5，一端分頭進入選位開關K2，接到推挽放大器的輸出端Q3、Q4，另一端其公共點和D5、D6的公共點接通，D5的另一端直通電源，D6的另一端經選位開關接通或斷開電源。
3.根據權利要求
1或2所述的微電流演示儀，其特徵是推挽放大器由兩對PNP三極體BG9、BG10、BG15、BG16和兩對NPN三極體BG13、BG14、BG17、BG18四級直接耦合組成。
專利摘要
普教微電流演示儀屬於中學理科教學電學儀器中的一種專用儀器，用直流放大器將中學電學基礎知識中所涉及的微弱電訊號進行放大或將正、負訊號經電子線路進行處理，然後驅動二極體顯示屏，用圖形顯示出電訊號的正負極性和電流方向。本裝置靈敏度高，機體小巧，使用時表筆不分正負，操作簡便，演示高度直觀、形象，適合於小學自然，初、高中物理和高中化學教學使用。
文檔編號G09B23/18GK86205985SQ86205985
公開日1987年10月28日 申請日期1986年8月15日
發明者姜初開 申請人:姜初開導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan