一款能演示简谐振动与正弦曲线形成过程的装置

　　该装置有两大功能，一是能演示作匀速圆周运动的物体在横轴(或纵轴)上的投影点的运动轨迹，就形成了简谐振动的运动状态。二是能演示作匀速圆周运动的物体，在纵轴(或横轴)上的亮灯半径投影长度与转过的角度(或时间)之间的关系曲线——正弦曲线如右图、上图所示。

　　一、电路的组成及工作原理

　　本装置的电路主要由三部分组成(如图3所示)：
　　
　　1、由NE555及外围元件组成的频率可调的多谐振荡器，只是把“4”脚单独取出，接于纽子开关的中间位置“刀”上，开关的另两掷，一端接高电平“电源正”，另一掷接“低电平”，电源的地。
　　
　　这样当“4”脚低电平时，振荡电路不工作，不再输出脉中，而停在某一点，可用来分析某一时刻的状况。R2，VD为振荡电路工作显示电路。
　　
　　2、递增计数电路，由两块CD4O17和一块CD4O69的一个非门配合完成。一个周期完成1～17个灯的亮暗。CD4O1 7( 1)完成1～8灯的显示，接着CD4O17(2)完成9～17灯的显示。它俩中间的交接是由CD4O69的配合而完成的。该装置的计数脉冲式同时送入CD4O1 7(1)的“11”脚(Q9与“13”脚(EN)相连接入，CD4O69的一个与非门的输入端，而该门的输出端接CD4O17(2)的“13”脚(EN)c这样在开始计数时，CD4O17(1)的“11”脚(Q9)为低电平，“13”脚(EN)也为低电平，所以CD4O17(1)能计数工作，而CD4O69的输入端为低电平，反相后的输出为高电平，输给CD4O17(2)的“13”脚(EN)，使CD4O17(2)封位不计数，而当CD4O17完成8个脉冲计数后，再来一个脉冲，CD4O17的“11”脚(Q9)变为高电平，致使CD4O17的“13”脚(EN)也为高电平，CD4O17停止计数，同时CD4O17(1)“11”脚的高电平，使CD4O69的输入端也变为高电平，而输出变为低电平，使CD4O17(2)的“13”脚(EN)由高变低，CD4O17(2)开始计数，由9～17。
　　
　　3、显示电路：(1)匀速圆周运动的现实电路，由一个双色发光二极管(1)和16个单色发光二极管组成，双色发光二极管显示一个周期的起始和终了位置，其他16个单色发光二极管显示T／8的时刻的位置。(2)简谐振动显示电路由一个单色发光二极管和8个双色发光二极管组成，单色发光二极管显示T／2时刻位置，其他8个双色发光二极管在一个周期内分别亮二次。(3)正弦曲线显示电路由16个单色发光二极管组成，原点与匀速圆周运动显示电路共用，它的16个单色发光二极管每π／8的角度分布一个。R4，R5为限流电阻。

　　二、电路的制作方法与调试

　　1、控制电路，包括由NE555及相关元件构成的多谐振动器，由CD4O17(1)、CD4O17(1)，CD4O69构成的计数器都焊接在通用印刷板上，焊接无误后通电，发光二极管VD应一亮一灭(NE555的“4”脚应接高电平)。
　　
　　2、显示电路，应选择一块面积大小合适的绝缘板来安装发光二极管，现在板的左侧作一个单位圆，把圆周分成16等份，打16个孔(根据发光二极管的外径尺寸来打)。把单位圆上孔的位置投影到单位圆的正下方的水平方向，离开单位圆一定距离，一共有九个投影点，根据双色发光管的外径打九个孔，再把单位圆上16孔投影到右边的直角坐标系上。直角坐标按π／8(225度)来分度，每个分点作一垂线，前7个分点作向上的垂线，单位圆上上半周的分点分别向垂线上投影，第九个分点是正半周与负半周的转折点，它在×轴上，用同样的方法，作出正弦曲线的负半周，把交叉点打孔，孔打完后按要：
　　
　　求插入发光二极管，插入时要检查二极管的好坏，并按极性套入套管，以便于连线时搞错极性，单位圆上的发光二极管的阴极共同连接在一起接钮子开关K5一掷上，正弦曲线上的发光二极管的阴极共同连接在一起接钮子开关K5的另一掷上，K2的刀通过电阻R5接地，因为简谐振动和正弦曲线演示时，只有一个电路工作，所以它们共用一个限流电阻。
　　
　　3、钮子开关的安装，应方便操作为准，一般安装于绝缘板上。
　　
　　4、从CD4O17(1)和CD4O17(2)的有关输出管脚上按号数列出线连在有关的相同号的发光二极管的正极上，相同号的管脚都要连在一起。
　　
　　5、NE555构成的多谐振荡器工作正常后，产生的计数脉冲输入CD4O17(1)，CD4O17(2)计数器，只要电路连接无误，没有虚焊连焊，电路就能正常工作。