變頻正弦交流特性演示器的製作方法

2023-05-10 11:29:26 3

專利名稱：變頻正弦交流特性演示器的製作方法
技術領域：
變頻正弦交流特性演示器技術領域[0001]本實用新型涉及一種教具，具體地說是一種用於演示正弦波變頻交流電路特性的 演不器。
背景技術：
[0002]在課堂上要讓學生們快速牢記一些知識點，教師會選擇各種教具輔助教學。如在 上電學基礎時，就會用到交流電路特性演示器。但是該產品在90年代在配備目錄中列入以 後，將近20年過去了，這個產品一直非常混亂。該類產品基本有兩類一類是表現交流電 路中電感電容相位差的，另一類是表現交流電路中的感抗和容抗的。現有技術中的交流電 路特性演示器是通過直流電經過換向器製作出方波模擬交流電，這樣帶來的缺點是和實際 交流電的區別比較大。實際上和實際使用的交流電有很大的區別，不利於學生學習電學知 識。而如果要做變頻正弦交流電，則比較困難，變頻電源是用來測量儀器設備對電源頻率的 適應性的，就是超低頻可調正弦波電源。可調超低頻交流電源的電路的組成其實只是一個 可調正弦波信號源，加一個功率放大器。顯然，功率放大器需要定壓輸出。但是定壓輸出的 功率放大器並非尖端技術，而是在普遍應用的，例如定壓音頻功率放大器中，只需加深度負 反饋。如果不計成本，不是做不出來。但是需要考慮的是有沒有這個必要了。畢竟作為普 及使用的教具，成本也是需要考慮的一個問題。對此我們深入研究，研製一種能兼顧製作成 本和教學效果的教具，填補這項空白技術。實用新型內容[0003]本實用新型專利的目的就是彌補現有技術的不足，提供了一種用於演示正弦波變 頻交流電路特性的演示器，能直觀表現出交流電的特性，提高演示精度，同時也儘可能降低 生產成本。[0004]為達到所述目的，本實用新型變頻正弦交流特性演示器，由電源部分、指示部分和 演示部分組成，所述電源部分由依次連接的三角波發生器、正弦波形成電路、正弦功率放大 電路組成，指示部分包括二位數字頻率表，頻率測試信號來自比較放大器的方波信號，還包 括外接埠，所述外接埠連接示波器，所述演示部分包括並聯的負載電路電阻、電感、電 容支路，每個支路中設有可拆卸式電子元件並分別串聯I只小燈泡。[0005]優選的，所述三角波發生器全部是由分列器件組成，三極體V1、三極體V2組成比 較放大器，產生方波信號，三極體V4、三極體V5、三極體V6、三極體V7、三極體V8、電容C、限 流電阻R、頻率調節電位器RPl組成積分電路，產生三角波信號，比較器與積分器首尾相連， 形成閉環電路，構成穩定的三角波振蕩器，在形成反饋電路中，為了對積分電容C的充放電 影響儘可能小，在電路中採用場效應管V9作為源極跟隨器，以提高充放電電容C端的輸入 阻抗，減小三角波輸出端的阻抗，三角波輸出端和三極體V2組成的比較放大電路的輸入端 基極相連接。[0006]優選的，所述正弦波形成電路包括將源極跟隨器輸出的三角波信號，通過調節RP2電位器，使三角波的正峰值和三角波的負峰值在二極體截止與導通的拐點區域，送至運算放大器作進一步的修邊整形後，輸出完美的正弦波形送至功率放大器的輸入端。[0007]優選的，所述正弦功率放大電路採用美國德州儀器公司生產的TDA3001D1，20W單聲道音頻功率放大器，由運放輸出的正弦波信號送入功放集成電路2腳同相輸入端，功放的BTL輸出10Vp_p電壓，供負載電路。[0008]優選的，所述電源部分、指示部分和演示部分均安裝在底座上，所述底座內設有抽屜，負載電路中的可拆卸式電子元件的替換件放在抽屜內。這樣的結構便於使用同一個設備演示不同類型的試驗。[0009]本實用新型通過改變變頻電源的頻率，可觀察R、L、C支路中串聯的燈泡亮、暗變化情況，同時能從示波器中檢測到完美的正弦波形。能更直觀地給學生演示、解釋正弦波交流電的特點。


[0010]圖1為本實用新型變頻正弦交流特性演示器的結構示意圖。[0011]圖2為本實用新型變頻正弦交流特性演示器的三角波發生器和正弦波形成電路的電路圖。[0012]圖3為本實用新型變頻正弦交流特性演示器的正弦功率放大電路圖。[0013]其中圖2連接功率放大電路的電路和圖3左側連接電路連接在一起的。
具體實施方式
如圖1、圖2以及圖3所示，變頻正弦交流特性演示器，電源部分1、指示部分2和演示部分3，其特徵在於所述電源部分I由依次連接的三角波發生器、正弦波形成電路、正弦功率放大電路組成，指示部分2包括二位數字頻率表，頻率測試信號來自比較放大器的方波信號，還包括外接埠 4，所述外接埠 4連接示波器，所述演示部分3包括並聯的負載電路R、L、C支路，每個支路分別串聯I只小燈泡5。所述三角波發生器全部是由分列器件組成，三極體V1、三極體V2組成比較放大器，產生方波信號，三極體V4、三極體V5、三極體 V6、三極體V7、三極體V8、電容C、限流電阻R、頻率調節電位器RPl組成積分電路，產生三角波信號，比較器與積分器首尾相連，形成閉環電路，構成穩定的三角波振蕩器，在形成反饋電路中，在積分電路中，R為恆流源電阻，當改變RPl丨一Va丨一VR丨一IR丨一F(Hz) ， 反之Rpl丨一Va丨一VR丨一IR丨一F(Hz)丨，由於積分電容採用恆流充放電，並且在形成閉環電路時，對電容的充放電無影響，這樣三角波的線性更好，三角波非線性的失真 Y Λ〈I %，，三角波更對稱，為形成失真係數小，形好的正弦波打下良好的基礎，特別是頻率範圍的變化非常線性，絕對不會象運放電路組成的三角波發生器，在頻率的低端，改變頻率的阻值疏，在頻率的高端，改變頻率阻值密，頻率調節的線性不好。由於電路採取了其它的一些補償措施，當改變三角波頻率時，輸出幅度保持不變，具有很好的幅頻特性。圖中三極體VlO射極跟隨器輸出的方波信號送至二位數字頻率表的輸入端，作為信號頻率的檢測和顯示。為了對積分電容C的充放電影響儘可能小，在電路中採用場效應管V9作為源極跟隨器，以提高充放電電容C端的輸入阻抗，減小三角波輸出端的阻抗，三角波輸出端和三極體V2組成的比較放大電路的輸入端基極相連接。所述正弦波形成電路包括將源極跟隨器輸出的三角波信號，通過調節RP2電位器，使三角波的正峰值和三角波的負峰值 在二極體截止與導通的拐點區域，送至運算放大器作進一步的修邊整形後，輸出完美的正 弦波形送至功率放大器的輸入端。所述正弦功率放大電路採用美國德州儀器公司生產的 TDA3001D1, 20W單聲道音頻功率放大器9，由運放輸出的正弦波信號送入功放集成電路2腳 同相輸入端，功放的BTL輸出10Vp_p電壓，供負載電路。所述正弦波信號發生器，頻率範圍 IHz 60Hz。所述二位數字頻率表顯示，解析度為1Hz。[0015]所述電源部分1、指示部分2和演示部分3均安裝在底座7上，所述底座7內設有 抽屜8，負載電路中的可拆卸式電子元件6的替換件放在抽屜8內。可見，負載電路R、L、 C支路，也可以根據實際需要通過改變插接的可拆卸式電子元件6進行相互轉變，這樣應用 範圍更大。[0016]通過所述的結構，本實用新型通過簡單電路獲得一個標準的可調的正弦交流電 源，用於演示。成本低，安全性能好，演示時使用本實用新型可使連續可調變頻正弦交流電 源達到下列效果。[0017]1、使用默認的可拆卸式電子元件6，即電阻、電容和電感，隨著電源頻率逐漸升高， 串聯在電感器電路中的燈泡5亮度逐漸降低，串聯在電容器電路中的燈泡5亮度逐漸增亮， 串聯在電阻器電路中燈泡5亮度不變。[0018]2、可拆卸式電子元件6使用容量不同的二個電容器和一個電阻器，隨著電源頻率 逐漸升高，串聯在大容量電容器電路中的燈泡5首先被點亮，串聯在小容量電容器電路中 的燈泡5在頻率繼續升高時才被點亮，串聯在電阻電路中的燈泡5亮度始終不變；[0019]3、可拆卸式電子元件6選用電感量不同的二個電感器和一個電阻器，隨著電源頻 率逐漸升高，串聯在大電感電路中的燈泡5首先亮度降低至熄滅，串聯在小電感電路中的 燈泡5在頻率繼續升高時亮度才降低至熄滅，串聯在電阻電路中的燈泡5亮度始終不變；[0020]4、在上述過程中，頻率表能顯示電源頻率變化；外接埠 4所連接的示波器顯示 的頻率逐漸變化，但是波形始終為正弦波，並且峰峰值幅度不變。[0021]通過這樣的效果能更直觀，更準確地向學生解釋正弦波交流電的特性，提高了教 學的質量。
權利要求1.變頻正弦交流特性演示器，由電源部分(I)、指示部分(2)和演示部分(3)組成，其特徵在於所述電源部分(I)由依次連接的三角波發生器、正弦波形成電路、正弦功率放大電路組成，指示部分(2)包括二位數字頻率表，頻率測試信號來自比較放大器的方波信號，還包括外接埠(4)，所述外接埠(4)連接示波器，所述演示部分(3)包括並聯的負載電路電阻、電感、電容支路，每個支路中設有可拆卸式電子元件(6)並分別串聯I只小燈泡(5)。
2.如權利要求1所述的變頻正弦交流特性演示器，其特徵在於所述三角波發生器全部是由分列器件組成，三極體V1、三極體V2組成比較放大器，產生方波信號，三極體V4、三極體V5、三極體V6、三極體V7、三極體V8、電容C、限流電阻R、頻率調節電位器RPl組成積分電路，產生三角波信號，比較器與積分器首尾相連，形成閉環電路，構成穩定的三角波振蕩器，在形成反饋電路中，為了對積分電容C的充放電影響儘可能小，在電路中採用場效應管V9作為源極跟隨器，以提高充放電電容C端的輸入阻抗，減小三角波輸出端的阻抗，三角波輸出端和三極體V2組成的比較放大電路的輸入端基極相連接。
3.如權利要求2所述的變頻正弦交流特性演示器，其特徵在於所述正弦波形成電路包括將源極跟隨器輸出的三角波信號，通過調節RP2電位器，使三角波的正峰值和三角波的負峰值在二極體截止與導通的拐點區域，送至運算放大器作進一步的修邊整形後，輸出完美的正弦波形送至功率放大器的輸入端。
4.如權利要求3所述的變頻正弦交流特性演示器，其特徵在於所述正弦功率放大電路採用美國德州儀器公司生產的TDA3001D1，20W單聲道音頻功率放大器(9)，由運放輸出的正弦波信號送入功放集成電路2腳同相輸入端,功放的BTL輸出10Vp_p電壓,供負載電路。
5.如權利要求1所述的變頻正弦交流特性演示器，其特徵在於所述電源部分(I)、指示部分(2 )和演示部分(3 )均安裝在底座(7 )上，所述底座(7 )內設有抽屜(8 )，負載電路中的可拆卸式電子元件(6)的替換件放在抽屜(8)內。
專利摘要本實用新型的目的就是彌補現有技術的不足，提供了一種用於演示正弦波變頻交流電路特性的演示器，能直觀表現出交流電的特性，提高演示精度。為達到所述目的，本實用新型變頻正弦交流特性演示器，電源部分、指示部分和演示部分，所述電源部分由依次連接的三角波發生器、正弦波形成電路、正弦功率放大電路組成,所述演示部分包括並聯的負載電路電阻、電感、電容支路，每個支路中設有可拆卸式電子元件並分別串聯1隻小燈泡。本實用新型通過改變變頻電源的頻率，可觀察電阻、電感、電容支路中串聯的燈泡亮、暗變化情況，同時能從示波器中檢測到完美的正弦波形。能更直觀地給學生演示、解釋正弦波交流電的特點。
文檔編號G09B23/18GK202855149SQ20122038381
公開日2013年4月3日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者唐豐, 唐智川 申請人:湖州文思必得科教儀器有限公司