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电磁感应现象演示器 (二)

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:688

物理教学中演示电磁感应现象的传统试验方法中使用的仪器较多,操作复杂,实验现象短暂且不直观。本例介绍的电磁感应现象演示器,采用发光二极管和字集成电路等元器件制作而成,其特点是操作简单、显示直观、演示效果良好。

电路工作原理
该电磁感应现象演示器电路由电源电路、电磁感应信号输人电路、信号放大控制电路、
延时控制电路、驱动显示电路和选通控制电路组成,如图2-14所示。

电源电路由电源变压器t、电源开关sl、整流桥堆ur、滤波电容器c13和三端稳压集成电路lc4组成。电磁感应信号输人电路由电磁感应信号输人电路由电感线圈l和电容器cl、c2、c7等组成。
信号放大控制电路由运算放大器集成电路lc1(nl-n4)和电阻器rl-r8、r14-r2l
组成。延时控制电路由与非门集成电路ic2(di-d4)和电阻器r9、r22、r3l、c5、clo、
cl2组成。驱动显示电路由晶体管vl-v4、继电器kl、k2、发光二极管vll-vl6、转换开关s2(s2-1~s2-3)和电阻器r27-r30组成。
选通控制电路由电子开关集成电路ic3担任。
交流220v电压经t降压、ur整流、c13滤波及ic4稳压后为整机提供+5v工作电源。
将条形磁铁从线圈l中插人或拔出时,cl的正端产生电磁感应电压信号,该电压信号
经信号放大、选通控制及延时控制电路处理后,通过驱动显示电路驱动发光二极管发光。
当cl的正端产生的电磁感应电压信号为正电压时,该电压信号经c2和r2耦合至nl
的正相输入端,经nl和n2放大后使d2输出低电平,此时lc3内部的双向电子开关sol接
通,s02断开;当cl的正端产生的电磁感应电压信号为负电压时,该电压信号经n3和n4
放大后,使d3输出低电平,ic3内部的双向电子开关s02接通。
在演示法拉第电磁感应定律时,将s2按下,此时s2-1和s2-2接通,s2-3断开,v3和
v4不工作,经icl放大及ic3选通控制后的电磁感应电压信号使vl或v2导通,驱动发光
二极管vll、vl2或vl3、vl4发光 (当感应电压信号为正电压时,vl导通,vl1和vl2发
光;感应电压信号为负电压时,v2导通,vl3和vm发光)。
在演示楞次定律时,将s2复位,此时s2-1和s2-2断开,s2-3接通,经ic1放大、ic3
选通控制及ic2等延时控制后的电磁感应电压信号使v3或v4导通,kl或k2吸合,vl5或
vl6发光 (当感应电压信号为正电压时,v3导通,k1吸合,vl5点亮;当感应电压信号为
负电压时,v4导通,k2吸合,vl6点亮)。
为简化电路,vl和v2集电极回路中的led显示电路仅画出两路,为增加演示效果,
实际制作时可根据需要增加led显示电路的路数。vl5和vl6也可用多只发光二极管并联。

元器件选择
rl-r31选用1/4w金属膜电阻器或碳膜电阻器;r32选用1/2w金属膜电阻器。
cl-c13均选用耐压值为16v的铝电解电容器。
vdl和vd2均选用ln4148型硅开关二极管。
vll-vl4均选用φ5mm的红色发光二极管;vl5和vl6均选用φ5mm绿色发光二极管。
ur选用la、5ov的整流桥堆。
vl、v2选用s8050或3dg8050型硅npn晶体管;v3和v4选用s8550或3cg8550型硅pnp晶体管。
icl选用lm324型四运放集成电路;ic2选用cd401l或mcl4011型四与非门集成电路;
ic3选用cd4066型电子开关集成电路;ic4选用lm7805型三端稳压集成电路。
kl和k2均选用4098型5v直流继电器。
t选用5w、二次电压为7.5v的电源变压器。
s1选用5a、250v的电源开关;s2选用按键自锁式双极双位开关。



物理教学中演示电磁感应现象的传统试验方法中使用的仪器较多,操作复杂,实验现象短暂且不直观。本例介绍的电磁感应现象演示器,采用发光二极管和字集成电路等元器件制作而成,其特点是操作简单、显示直观、演示效果良好。

电路工作原理
该电磁感应现象演示器电路由电源电路、电磁感应信号输人电路、信号放大控制电路、
延时控制电路、驱动显示电路和选通控制电路组成,如图2-14所示。

电源电路由电源变压器t、电源开关sl、整流桥堆ur、滤波电容器c13和三端稳压集成电路lc4组成。电磁感应信号输人电路由电磁感应信号输人电路由电感线圈l和电容器cl、c2、c7等组成。
信号放大控制电路由运算放大器集成电路lc1(nl-n4)和电阻器rl-r8、r14-r2l
组成。延时控制电路由与非门集成电路ic2(di-d4)和电阻器r9、r22、r3l、c5、clo、
cl2组成。驱动显示电路由晶体管vl-v4、继电器kl、k2、发光二极管vll-vl6、转换开关s2(s2-1~s2-3)和电阻器r27-r30组成。
选通控制电路由电子开关集成电路ic3担任。
交流220v电压经t降压、ur整流、c13滤波及ic4稳压后为整机提供+5v工作电源。
将条形磁铁从线圈l中插人或拔出时,cl的正端产生电磁感应电压信号,该电压信号
经信号放大、选通控制及延时控制电路处理后,通过驱动显示电路驱动发光二极管发光。
当cl的正端产生的电磁感应电压信号为正电压时,该电压信号经c2和r2耦合至nl
的正相输入端,经nl和n2放大后使d2输出低电平,此时lc3内部的双向电子开关sol接
通,s02断开;当cl的正端产生的电磁感应电压信号为负电压时,该电压信号经n3和n4
放大后,使d3输出低电平,ic3内部的双向电子开关s02接通。
在演示法拉第电磁感应定律时,将s2按下,此时s2-1和s2-2接通,s2-3断开,v3和
v4不工作,经icl放大及ic3选通控制后的电磁感应电压信号使vl或v2导通,驱动发光
二极管vll、vl2或vl3、vl4发光 (当感应电压信号为正电压时,vl导通,vl1和vl2发
光;感应电压信号为负电压时,v2导通,vl3和vm发光)。
在演示楞次定律时,将s2复位,此时s2-1和s2-2断开,s2-3接通,经ic1放大、ic3
选通控制及ic2等延时控制后的电磁感应电压信号使v3或v4导通,kl或k2吸合,vl5或
vl6发光 (当感应电压信号为正电压时,v3导通,k1吸合,vl5点亮;当感应电压信号为
负电压时,v4导通,k2吸合,vl6点亮)。
为简化电路,vl和v2集电极回路中的led显示电路仅画出两路,为增加演示效果,
实际制作时可根据需要增加led显示电路的路数。vl5和vl6也可用多只发光二极管并联。

元器件选择
rl-r31选用1/4w金属膜电阻器或碳膜电阻器;r32选用1/2w金属膜电阻器。
cl-c13均选用耐压值为16v的铝电解电容器。
vdl和vd2均选用ln4148型硅开关二极管。
vll-vl4均选用φ5mm的红色发光二极管;vl5和vl6均选用φ5mm绿色发光二极管。
ur选用la、5ov的整流桥堆。
vl、v2选用s8050或3dg8050型硅npn晶体管;v3和v4选用s8550或3cg8550型硅pnp晶体管。
icl选用lm324型四运放集成电路;ic2选用cd401l或mcl4011型四与非门集成电路;
ic3选用cd4066型电子开关集成电路;ic4选用lm7805型三端稳压集成电路。
kl和k2均选用4098型5v直流继电器。
t选用5w、二次电压为7.5v的电源变压器。
s1选用5a、250v的电源开关;s2选用按键自锁式双极双位开关。



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