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电容充放电过程的演示装置

作者:dolphin时间:2016-09-08

  本电容充放电曲线演示器采用一块时基集成电路555和外围少量元件构成占空比约为50%振荡器,通过控制三极管快速导通和截止,对电容器进行不断的、快速的电量释放或电量补充,借助示波器就可以在荧光屏上清楚看到一条电容通过电阻充电或放电的曲线,从而达到形象、直观教学,便于学生理解、掌握。在进行电容充电曲线演示时,通过一个NPN三极管在电容器每次阻容充电结束后、对电容器进行快速电量释放,以便再次进行阻容充电在进行电容放电曲线演示日寸,通过一个PNP三极管存电容器每次阻容放电结束后,对电容器进行快速电量补充,以便再次进行阻容放电。由于送给示波器的充电曲线或放电曲线的蘑复频率比较快,因此可以很清楚地看到这条曲线,功能如下:
  
  1.直观演示电容充电时,电容器上电压变化规律;
  
  2.直观演示电容充电电路,当电阻阻值或电容容量改变时,觅电曲线变化情况;
  
  3.商观演示电容放电时,电容器上电压变化规律;
  
  4.直观演示电容放电电路,当电阻阻值或电容容量改变时,放电曲线变化情况本教具电路的巧妙之处是只采用一块时基集成电路和两个三极管,通过一个双刀双掷开关的转换,就能实现充电和放电两种曲线的显示:同时通过两个单刀双掷钮子开关,对两个不同阻值的电阻器和两个不同容量的电容器进行选择,以直观演示充放电曲线随阻值、容量变化的情况;电路中发光二极管是接在时基集成电路的输出端,这样不仅起到电源指示作用,还起到时基集成电路工作是否正常的显示作用。整个教具具有构造简单、性能稳定、成本低廉、取材容易、使用方便、易于操作、安全可靠等特点。
  
  电路原理图见下图。电路图中二极管D并联在电阻R2的两端,Rl和R2阻值相等,因此时基集成电路振荡占宅比约为50%。Kl是重复速度凋节电位器W所带的开关,进行电源控制。K2是充电、放电状态转换开关。K3是不同阻值选择开关。K4是不同容量选择开关。

电容充放电过程的演示装置

  一、制作材料  
  
  VHS录像带的有机玻璃外盒1个,红色、黑色接线柱各1个;双刀双掷开关1个:K2,进行充电和放电状态转换;单刀双掷钮子开关2个:K3、K4,选择/不同的阻值和不同的容量;14.5cm×9.3cm电路板I块;555时基集成电路1块(图1中IC);带开关470k电位器1个(图l中W,调节重复速度);φ5发光.极管1个,显示振荡电路是否正常工作,9012或A1015三饭管1个(图1中Vl,演示放电曲线时对电容器进行快速电量补充);9013三极管1个(图中V2,演示充电曲线时对电容器进行快速电量释放),1N4148二极管1个(图中D,使振荡占空比约为50%);小功率100K电阻2个:Rl、R2;小功率2.2k电阻1个:R3;小功率6.2k电阻1个:R4;小功率lOk和33k充放电电阻各1个:R5和R6;68n振荡电容器1个:Cl;100μ/16V电解电容器:C2;1OOn和220n充放电电容器各1个:C3和C4;红色、黑色连接导线若干;录音带有机玻璃盒面盖1个;电极铜片2片;9V叠层电池1个。
  
  二、制作方法
  
  1.按上图所示把各个电子元件焊接在电路板L。
  
  2.在录像带有机玻璃盒上面钻出1个电位器、1个发光二极管、2个钮子开关、2个接线拄、1个充放电转换开关的安装孔。
  
  3.2片电极铜片上焊好红色、黑色连接导线4.锯下一块3cm×5cm录音带有机玻璃盒而盖,用胶水把它和2片电极铜片粘在录像带有机玻璃盒内右下角处,制成一个叠层电池盒,用来安装9V叠层电池。
  
  5.通过1个电位器和2个钮子开关,把整个电路板用螺母和垫片固定在录像带有机玻璃盒丽板上,同时发光二极管伸在面板的孔中。
  
  6.把电池盒的红色连接导线焊接在开关的一个脚上开关的另一个脚和电路板上电源正极连接7.把电池盒的黑色连接导线焊接在电路板上电源负极即地端上。
  
  8.在演示器面板上喷上或贴上“重复速度”、“充电”、“放电”、“输出”、“⊥”,以及“10K”“33K”、“1OOn”、“220n”等文字和图形。
  
  三、使用方法
  
  1.选择一台荧光屏比较大的示波器,如J2458教学示波器。
  
  2.在电容充放电曲线演乐器中装上9V叠层电池。
  
  3.用信号线把演示器面板上的红色接线柱接到示波器的“Y输入”端,黑色接线柱接到示波器Y轴的“地”端。同时把示波器“Y轴衰减”打到“100”,Y轴交直流输入选择打到“DC”。
  
  4.示波器上X轴“扫描范围”调到“10-100”,“扫描微调”逆时针旋到最小5.接通示波器电源,调示波器“X轴增益”和X轴移位钮,使亮点在左右方向扫满荧光屏。
  
  6.首先演示电容充电曲线,把演示器面板上充放电选择开关打到“充电”位置。
  
  7.通过顺时针旋动演示器上“重复速度”电位器,接通演示器的电源。刚接通电源时对应重复速度为最慢的位置。调示波器上的“Y轴增益”和Y轴移位钮,使充电曲线显示在荧光屏最高刻度线和最低刻度线之问。
  
  8.细调示波器上X轴的“扫描微调”和演示器上的“重复速度”电位器,使曲线稳定并且只出现一个完整的曲线波形。
  
  9.拨动演示器上两个钮子开关,分别改变充电电阻阻值和充电电容容量的大小,观察充电曲线变化规律。
  
  10、再演示电容放电曲线,把演示器面板上充放电选择开关打到“放电”位置。
  
  11.同样拨动演示器上两个钮子开关,分别改变放电电阻阻值和放电电容容量的大小,观察放电曲线变化规律。
  
  12.同样细调示波器上X轴的“扫描微调”和演示器上的“重复速度”电位器,使曲线稳定并且只出现一个完整的曲线波形13.充放电电阻阻值和电容容量改变时,演示器的“重复速度”和示波器的X轴扫描速度也要适当改变。充放电电阻阻值和充放电电容容量较小时,可以调快演示器的“重复速度”。反之,应调慢演示器的“重复速度”。
  
  14、使显示的充放电曲线稳定,演示器上的“重复速度”调快后,示波器上X轴的扫捕速度也要调快些,可以把x轴的“扫捕微调”顺时针调一些。
  
  15.为使显示的充放电曲线闪烁感不明显,要求演示器的重复速度不能设置的太慢,因此用于充放电的附值、容量取值不宜太大。



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