一种电子继电器构成的感抗观察器的制作方法

属于教学仪器技术领域。

背景技术：

创新是民族之魂，青年学生是创新的力量。

国家的强盛在于人材，人材的培养在于教育。教育的重点青少年，少年强则国强，少年进步则国进步，要培养少年对科学的热爱，提高教学质量是关键，而实验仪器的精准是提高教学的一个重要因素，实验仪器好，所做的实验更具说服力，从而使学生认识事物，了解自然现象，启发学生的思维，对提高教育水平起到重要作用。因此，教学中的各种实验仪器都在不断的提升，但却还存在着很多不足之处：一是实验仪器的种类不足，特别是针对低年级学生的实验仪器还不全面。二是教学仪器中寓教于乐的精神还不够，三是现在多数教学仪器的成本太高，因而对一些偏远的村庄学校，还不能普及到很多普遍的教学仪器。

电学是物理学中最重要的一种门类，充满神奇的电学实验，能激发少年的兴趣，同时对建立电学的基本概念有着重要的作用，如果能研制一种优秀的试验电路，而这种试验电路即能将抽象的将电学部分概念与定律形象化，显然对受教育者有有着积极的帮助。如果这种电路又能成为初学者的自制试验电路，无疑将对提升学生的素质教育有着积极的意义。

但是要设计一种具有一种演示仪器的电路同时又能成为初学者的自制试验电路存在着难点，一是从演示效果上， 由于电学中的概念很多，是作那方面的演示，二是本仪拟定主要是针对电容、电感等与频率有紧密联系的元件作物理性质的演示，而要作那几方面的演示，才能将其物理性得到充分的展示，三是，特别重要的一点是，尽管一些线路能达到演示目的，但不能成为一种优秀的自制实验电路，因为一种优秀的自制实验电路还迁涉各单元实验主题宜于初学者，同时还迁涉初学者的趣味性，以及是否易安装成功等等系列问题，所以这类优秀线路还必须丰富、创新、发展。

本发明就是以一种电子继电器作为一种基本有源件，作为单元的有源要件，可以组成多种功能的逻辑关系，从而拓展学生的思维。

技术实现要素：

本发明是以一种电子继电器基本有源件，作为单元的有源要件，可以组成多种功能的逻辑关系，成为一种优秀的电路，其目的一是该线路可以成为一种电子继电器构成的感抗观察器，通过这种感抗观察器演示可以着重了解抗性元件结构与频率的紧密联系，进而理解容抗与感抗的意义，从而让初学者打下一定的电学基础，这种感抗观察器可以成为一种在广大学校普及的仪器。二是该观察器因具有光与声的三种色彩的显示，因此具有一定的趣味性，能培养起广大青少年对科学的热爱。三是成为一种优秀的制作实验线路，该电路具有多种特点，因而有利于制着，对提高学生的基本素质有着积极作用。

本发明所采用的措施是：

1、一种电子继电器构成的感抗观察器由演示源，测试孔，电子开关部分，电子放大部分，阶梯分压输出部分，显示激励部分，显示系统共同组成。

其中：演示源由演示源一单元、演示源二单元、隔离单元、演示源一单元控制端电阻、演示源一单元电源电阻、演示源二单元控制端电阻、演示源二单元电源电阻、隔离单元接地电阻、隔离单元电源电阻、脉冲电容、脉冲可调电阻、脉冲可调保护电阻、隔离电阻组成：演示源一单元的控制端电阻接在脉冲中心点上，演示源二单元的控制端电阻接在脉冲中心点上，脉冲电容接在演示源二单元的输出端与脉冲中心点之间，脉冲可调电阻与脉冲可调保护电阻串联在演示源一单元的输出端与脉冲中心点，演示源一单元的输入端与演示源二单元的输入端接地线，演示源一单元的输出端接演示源二单元的控制端，隔离电阻接演示源二单元的输出与隔离单元的控制端，隔离单元的控制端接隔离单元接地电阻，隔离单元的输入端接地线，隔离单元电源电阻接在电源与隔离单元的输出端上，隔离单元的输出端即是演示源的输出，接测试孔一。

电子开关部分由开关按钮、开关第一基本单元、开关第二基本单元、开关第三基本单元、开关第四基本单元、开关二极管一、开关二极管二、开关第一基本单元接地电阻、开关第一基本单元电源电阻、引导二极管一、开关第一基本单元状态指示、开关第二基本单元接地电阻、开关第二基本单元电源电阻、引导二极管二、开关第二基本单元状态指示、开关第三基本单元接地电阻、开关第三基本单元电源电阻、开关第四基本单元接地电阻、开关第四基本单元电源电阻、开关隔离二极管组成：开关按钮的一端接地线，另一端接两个开关二极管的负极，两个开关二极管的正极分别接开关第三基本单元、开关第四基本单元的控制端，每个开关基本单元的控制端都对地线接一个接地电阻，每个开关基本单元的输出端都与电源接一个电源电阻，每个开关基本单元的输入端都接地线，开关第三基本单元的输出端与开关第四基本单元的控制端相接，开关第二基本单元的输出端与开关第三基本单元的控制端相接，开关第一基本单元的输出端与开关第二基本单元的控制端相接，开关第二基本单元的输出端与开关第一基本单元的控制端相接，开关第一基本单元的输出端接引导二极管二到开关第四基本单元的输出端，开关第二基本单元的输出端接引导二极管一到开关第三基本单元的输出端，开关第一基本单元的输出端、开关第二基本单元的输出端与电源之间接状态指示，开关第二基本单元的输出端即是电子开关部分的输出，接开关隔离二极管的正极，开关隔离二极管的负极接演示源中隔离单元的控制端。

电子放大部分、一级积分二极管、一级积分电容、二级积分二极管、二级积分电容、三级积分二极管、三级积分电容、隔离二极管、提升第一基本单元、提升第二基本单元、提升第一基本单元控制端电阻、提升第一基本单元电源电阻、提升第二基本单元电源电阻、提升第二基本单元控制端电阻、振荡电容、振荡电阻、射随器组成：各积分二极管串联在测试孔二与隔离二极管的正极之间，每个串联点接一个积分电容的正极，一级积分电容的负极接地线，提升第一基极单元的输出端与提升第二基本单元的控制端相接，提升第一基本单元与提升第二基本单元的输入端接地线，提升第一基本单元控制端电阻接振荡中心点，提升第二基本单元控制端电阻接振荡中心点，振荡电阻接在提升第一基本单元的输出端与振荡中心点上，振荡电容接在提升第二基本单元的输出端与振荡中心点上，提升第一基本单元的输出端接二级积分电容的负极，提升第二基本单元的输出端接三级积分电容的负极，隔离二极管的负极接射随器的基极，射随器的集电极接电源，射随器的发射极即是电子放大部分的输出。

阶梯分压输出部分由多个分压级串联在电子放大部分的输出与分压下偏二极管的正极之间，分压下偏二极管的负极接分压下偏电阻到地线，每个分压级的串联点即是输出点，接一个分压电阻到地线，每个输出点接显示激励部分中的一个显示激励器的控制端。

显示激励部分由多个显示激励器组成：每个显示激励器的输入端都接电源，每个显示激励器的输出端接一个显示单元。

显示系统由多个显示单元组成。

显示单元由三个显示基本单元、三组显示发光管、三个交连电容、三个接地电阻、三个电源电阻、三个控制端电阻、启动微分电容、放电电阻、启动二极管组成：每个显示基本单元的输出端都为三路，一路与对应显示激励器的输出端接一个电源电阻，第二路接一个交连电容到下一个显示基本单元的控制端，第三路接一组显示发光管到地线，每个显示基本单元的控制端都与地线接一个接地电阻，每个显示基本单元的控制端都与对应显示激励器的输出端接一个控制端电阻，每个显示基本单元的输入端都接地线，显示发光管三接一个语音指示，启动微分电容的一端接对应激励显示器的输出端，另一端为两路，一路与地线接微分放电电阻，另一路接微分启动二极管到显示基本单元三的控制端。

2、演示源的三个单元、电子开关的四个单元、电子放大部分的二个提升基本单元、显示激励器、显示基本单元都采用电子继电器CD4066。

3、每个分压级都由两个二极管串联而成。

4、显示发光管由多个发光支路并联而成，每个发光支路都由发光管与发光管保护电阻串联而成。

对上述措施的意义解释如下：

一、整个电路图所产生的原理。

本发明是用电子继电器类的集成电路作为有源件，用集成电路的一个基本单位，即是只有其两触点与一个控制端的基本单位，作为一个基本单元，使这个基本单元由单一的通断功能连接了可输出高 位与低位输出性质的元件的新的基本单元。这个新的基本单元结构是，用一触头接地线，用另一触头经过电阻串联到电源端，该端即是为输出端。其原理是当控制端为低位时，两开关触点断开，这时输出端因为连接了电源电阻，所以能输出高位。当控制端为高位时，两开关触点闭合，这时输出端因为与地线相连，所以输出了低位，此时输出端因为连接地线时，输出端所连接的电源电阻成为隔离电阻，所以电源不会与地线短路。其中基本单元的触点控制端，本发明中称为控制端，或输入端。用这样的基本单位，设计了多个独立的逻辑单元，然后再由逻辑单元设计成了了整体的系统。

这样设计的主要的好处是，在保证优良可靠的电气性能情况下，作为一种实验线路，所有单元部分的电路都成为了统一的有源件，有利于初学者的自制，也有利于开拓思维。

本发明是用这种基本单元设计了一种RC振荡器，成为演示源，它可以转换成具有频率的脉冲电源，也可以成为一种频率为零的电源，即是直流电流，这种切换开关也是由电子继电器组成，即是电子开关部分。当演示电学线路中的参数元件电阻，电容、电感时，连在测试孔两端时，与演示源成为了串联关系，演示源产生的电流经过测试孔两端元元件降压后，进入到电子放大部分，进行放大，再进入阶梯分压输出部分，该部分有多个输出点，每个输出点输出的电压为递减状态，电子放大部分的输出连接了显示激励器的信号输入端，即是显示激励器的控制端，每个显示激励器，连接了显示系统内的一个显示单元。当无电压时，封闭了对应的显示单元。从而显示单元不工作。当超过显示激励器门坎电压时，该显示激励器有输出时，对应的显示单元工作。由于阶梯分压输出电路靠近电源端的电压高，以后的输出点，递减下降，所以电子放大部分输出信号越强，超过显示激励器门坎的输出点，就越多，输出的有高位的显示激励器就越多，因而所激励显示单元越多。从而可以清楚地演示出，电路参数元件，在电路中所起的作用。

在整体设计上，本发明一是可以作为一种优秀的演示器，二是可以作为一种引导青少年实验制着的优秀实验线路。

对于优秀的演示器的功能上，为演示效果丰富，本措施注意到了以下几点：

一、在演示源的设计上，一是可以切换成具频率的脉冲电源形式，又可以成为频率为零即是直流的形式，用两种不同的电源，可以增进对抗性元件的了解。因为两种电源对频率元件将产生非常不同的效果。二是增加的频率可调，因此不仅可以演示抗性元件在有频率与直流的两种特殊，可以进一步观察频率高低对元件的影响。三是与电子开关配合后，使用方便，指示清楚。

由于电子放大部分，一是可以对脉冲频率电流与直流电进行放大的同时，二是无信号时输出为零，即是不产生静态静态位移。保证了显示效果。

在演示效果上一是采用了光与声效果。其中光显示效果为流水型式，延伸式，动感性强，有趣味，增加了视角效果。

作为一种引导青少年实验制着的优秀实验线路。主要是有以下特点，有利于激发青年的学习热情，有利于提高学生的素质教育。一是注重了主题突出，本电种突出了一种电子开关集成线路，该电路的主要用途是一种连接开关，但是经过一定变换后，可以突破只是一种简单元的通断联系关系，成为一种逻辑单元，因而引导初学者积极思维，同时还可以进一步实现各种逻辑单元的组合，组成一种新完整体系，因而可以进一步拓展思维空间与领域。有利于提高素质教育。二是所有单元均是由一种型号放大集成电路单元组成。品种单一，能避免初学者产生繁而厌学的情况。三是各单元相对独立，各单元联系科学，调试简单，基本上一装就成。各单元检查时有一定趣味性，这些特点有利于初学者动手试验。

二、演示源的说明。

由演示源一单元、演示源二单元、隔离单元、演示源一单元控制端电阻、演示源一单元电源电阻、演示源二单元控制端电阻、演示源二单元电源电阻、隔离单元接地电阻、隔离单元电源电阻、脉冲电容、脉冲可调电阻、脉冲可调保护电阻、隔离电阻组成。演示源的三个单元均由电子继电器CD4060焊接而成。

产生的原理是：通电时，假如当演示源二单元的输出端首先为高位，则则对与输出端相连的脉冲电容充电，因为脉冲电容在过渡的开始一瞬间，不能跃变，这时脉冲电容的另一端所接的脉冲中心点为高位，演示源二单元控制端电阻接在公共点，所以该单元的控制端为高，输出端为低。这时充电电流经过脉冲可调保护电阻与脉冲可调电阻的串联进入演示源一单元的输出端，直到脉冲电容的充电充满后为止，成为脉冲的前半周期，脉冲电容充满电后，处于隔离，此时脉冲中心点又处于低位，此时演示源一单元的控制端为低位，输出端为高位，由于演示源一单元的输出端直接与演示源二单元的控制端相接，所以导致演示源二单元的输出端由高位变换为低位，因此对脉冲电容作反方向的放电，成为脉冲的后半周期，其电流方向与前半周期相反，当放电放毕后，又进入下个周期。

在上述电路中，为了使脉冲起振易，脉冲过程稳定可靠，设计者作了以下创新，一是将电路中的脉冲电容设计为无极，即是用两个电容串联而成，这样减少了电容的漏电成分，大大提高了电容的Q值。二是对脉冲的时间常数增加了可调的成分以利于调整。其中脉冲可调保护电阻是对脉冲可调电阻阻值的一种约束，使其调整在一定范围内。试验表明该线路与整体线路配合好，具有很强的可实施型。

在线路中脉冲可调保护电阻与脉冲可调电阻的串联以及脉冲电容共同形成了脉冲频率的一种时间常数，其原因是，当脉冲可调电阻越大，则对脉冲电容充电的时间越长，反之时间越短，因而调节脉冲可调电阻可以调试脉冲频率。

其中隔离单元成为了脉冲电路与负载之间的隔离件，因而使脉冲的性能更稳定。所以该部分线路可靠，为整体电路即产品的性能奠定了良好的条件。

用电子继电器的三个基本单元连成这样的电路，主要的好处是，在脉冲频率优良可靠的情况下，作为一种实验线路，所有基本单元部分的电路都成为了统一的有源件，有利于初学者的自制，也有利于开拓思维。

三、电子开关的说明。

该开关由由开关按钮、开关第一基本单元、开关第二基本单元、开关第三基本单元、开关第四基本单元、开关二极管一、开关二极管二、开关第一基本单元接地电阻、开关第一基本单元电源电阻、引导二极管一、开关第一基本单元状态指示、开关第二基本单元接地电阻、开关第二基本单元电源电阻、引导二极管二、开关第二基本单元状态指示、开关第三基本单元接地电阻、开关第三基本单元电源电阻、开关第四基本单元接地电阻、开关第四基本单元电源电阻、开关隔离二极管组成。

该电子开关的四个基本单元也由电子继电器CD4060内部的四个电子模拟开关焊接成，运用模拟开关的好处是无机械触点，接触性好。

电子开关部分的主要目的是控制演示源的工作状况，使演示源成为有频率的测试源，或是成为频率为零的直流电源，让观看者了解抗性元件在这两种电源的情况下，的物理现象。从而揭示抗性元件与频率的关系。

对演示源的控制逻辑是，开关第二基本单元的输出端逻辑控制端，通过开关隔离二极管连接了演示源隔离单元的控制端，当开关的输出端为高位时，开关隔离二极管为反相偏置，对所连件无影响，演示源隔离单元的控制受演示源二单元的输出端激励，所以输出为有频率的脉冲电源，当开关第二基本单元的输出端为低位时，所连接的开关隔离二极管为正向偏置，因而使演示源隔离单元控制端为低位，不再受演示源前面两单元所形成的脉冲频率的影响，演示源隔离单元触点断开，所以输出端输出高位，即是直流。

电子开关具备三特性，一是具有输出端在按钮的配合下，可以输出高位信号，也能输出低位信号，二是具有自保持特性，即是一种输出信号能自保持到下次按钮操作新的信号到来之前。三是逻辑可靠。同时增加状态指示容易。

形成的原理是，开关第一基本单元与开关第二基本单元接成了正反馈电路，当其中开关第一基本单元输出端为高时，第二基本单元的控制端输入为高位，从而输出端为低位，反之当其一基本单元的输出端为低位时，第二基本单元的控制端输入为低位，从而第二基本单元输出端输出为高位。

开关第三基本单元与开关第四基本单元接成了两个反相器，其中开关第四基本单元的控制端连接在开关第三基本单元的输出端上。开关第三基本单元与开关第四基本单元的输出端分别经过两只引导二极管控制了开关第一基本单元管与开关第二基本单元的控制端回路。同时开关第二基本单元的输出端连接了开关第三基本单元的控制端。

当按钮为常闭状态时接通地线时，开关第三基本单元管与开关第四基本单元控制端因受开关二极管接地线（零位）的原因而为负信号，开关第三基本单元与开关第四基本单元的输出端为高位，两输出端与所连两个交连二极管均处于反向偏置，对开关第三基本单元与开关第四基本单元的控制端均无影响。

当按钮转换为断开状态时，开关第三基本单元与开关第四基本单元的控制端不受开关按钮接地线（零位）的影响，而只决定两基本单元原有状态，如果开关第三基本单元管输出端为低位，则开关第四基本单元输出端为高位，此时开关第三基本单元输出端所连接二极管发生作用，控制开关第一基本单元的控制端为低，开关第二基本单元的的输出端为低位，成为一种低位状态的自保持状态，直到下次按钮开关的作用。

由于开关第二基本单元的输出端连接了开关第三基本单元的控制端，所以此时开关第三基本单元的控制端输入了低位信号，其输出端高。开关第四基本单元的控制端输入了高位信号，其输出端为低位信号。所以此时按钮开关处于断路时，开关第四基本单元输出端所连的引导二极管对开关第二基本单元的控制端起主导作用，使开关第二基本单元的输出端输出高位，成为一种输出为高位的自保持状态，直到下次按钮开关的作用。

采用电子开关后主要有以下突出的好处，一是配套的按钮是一种轻触钮，同时也便于安装状态指示。整体高档，受用，二是按钮开关在生产时不产生飞线，可以直接和印刷板产生联系，因而可进一步保证产品质量。三是按钮属一种普通元件，易于购买。四作为试验线路时，有源件统一，由集成电路的比较放大器演变组成，便于初学者试验制着。五是在采用统一的集成集成的条件下，逻辑可靠，外围件少。线路简洁。

四、关于电子放大部分的说明。

该电路的主要目的是，当演示件如电感 ，经过演示源后，会产生电压低落的情况，如果直接激励显示单元，有可能发生显示不够清楚的情况，而经过该电路放大后，能量有所提升，因而是显示效果更加宏观。

电子放大部分具有三项重的特性，一是应由电子继电器集成电路组成，统一有源件类型，以突出主题。二是输入无信号时，输出无信号，即是输出不产生附加静态电位。三是对脉冲频率电源信号，或直流信号均有放大作用。

形成的原理是，当抗性元件接上后，经过整流后在一级积分电容上充满了直流电压，当提升第一基本单元的输出端为低时，一级积分电容经过二级积分二极管向二级积分电容充电，成为一倍电压，当提升第一基本单元输出端为高位时，二级积分电容的电压经过提升第一基本单元输出端电压叠加成为两倍电压，当提升第二基本单元输出端为低位时，二倍电压充电在三级积分电容上，当提升第二基本单元的输出端为高位时，二级积分电容的二倍电压经过提升第二基本单元输出端叠加成为三倍电压，由此形成电压放大电路。

应指出同，本发明采用两基本单元产生的三倍电压放大电路有四项突出的优点：

一是当输入无信号时，一级积分电容，无电压，所以输出不可能产生倍压效果。为零伏，即是该电路的输出不产生附加静态电位。

二是特别重要的是，一级积分电容上的电压是演示源经过测试抗性元件降压后的电压，是输入基础电压，即是三倍电压的基础取决于抗性元件降压后的电压，放大电路的输出电压与所测试的元件有着直接的关系。

三是该部分的两个基本单元连接成了自激振荡的形式，所以形成的倍压放大效果，无论输入是交流电还是直流信号均能放大，所以提升了性能。

四是 基本单元组成了振荡电路，效率高，灵敏度较高。

五是该电路的输出有射随器作隔离，所以该电路有良好的负载能力。

五、阶梯分压输出部分的说明。

线路特点是：每个输出点之间是由两个二极管串联而成，每个输出点对地连接有电阻，成为该输出点的对地通道，采用的是面结合型的整流二极管，因为该管容量大，不易损坏，而且稳压值低，参数也基本一致，在同样的输入电压下，可以增加输出点的数量。当前级（电压放大级）的输出的电压高，则吸穿的分压二极管越多，有高位电压的输出点的数量越多。当吸穿的输出点电压超过后级显示激励器的门坎值时，显示激励器输出高位，从而激励对应显示单元工作。

六、显示激励部分的说明。

该部分由多个显示激励器组成。

而显示激励器仍由电子继电器集成电路的基本单元组成，但触点的连接的方式有变化，一触点连接电，另一触点为输出端，当控制端为高位时，两触点闭合，输出高位，当控制端无电压时，两触点断开，无输出。无电压时，因为其控制端有电阻接地，所以可以认为是低位。

而显示激励器仍由电子继电器集成电路的基本单元组成，但触点的连接的方式有变化，一触点连接电，另一触点为输出端，当控制端为高位时，两触点闭合，输出高位，当控制端无电压时，两触点断开，无输出。无电压时，因为其控制端有电阻接地，所以可以认为是低位。

七、光显示与声响的说明。

显示系统由多个显示单元组成：每个显示单元的元件相同，接法相同。

每个显示单元分别受控于一个显示激励器，因为每个显示单元中的集成电路的火线端都连接在对应的显示激励器的输出端上，所以形成当显示激励器起动后，一个对应显示单元启动。该单元内部发光管作流水状的循环闪亮。

三组显示发光管的发光的规律在暂态时，先是一亮两熄。即是第一组显示发光管发光，第二与第三组显示发光管熄。然后进入稳态固定的循环方式，既是以后的规律始终是两亮一熄。即是再继而是第一组与第二组显示发光管亮，第三组显示发光管熄；即是再继而是第三组与第二组显示发光管亮，第一组显示发光管熄；再继而是第一组与第三组显示发光管发光，第二组显示发光管熄；成为一种流水状态。以后将按此规律流水循环，这种流水状态的循环的好处是，将电流的抽象概念变为了初学易理解的水流状态，如果前级高位输出点数越多，则所触发的显示单元越多，所显示的这种水流将流得越远。同时这种动态的水流状态在自作试验线路时充满着一定的趣味。

由于显示系统中，各显示单元结构相同，现以其中一个显示单元说明。

显示单元由三个显示基本单元、三组显示发光管、三个交连电容、三个接地电阻、三个输出端电源电阻、三个控制端电源电阻、启动微分电容、放电电阻、启动二极管组成。

产生的原理是：当第一显示激励器有电压输出时，第一个显示单元启动。

第一显示单元的显示基本单元三（图2中的9.13）的控制端连接有启动微分电容（图2中的9.151），所以通电时，第一显示单元的显示基本单元三两触点闭合，输出端为低，此时第一显示单元的交连电容三（图2中的9.135）不能跃变，所以第一显示单元的显示基本单元一的控制端为低位，输出端为高位，所以第一显示单元的第一组显示发光管（图2中的9.111）首先光亮。

同时第一显示单元的电源电阻一（图2中的9.112）向第一显示单元的交连电容一（图2中的9.115）充电，第一显示单元的显示基本单元二（图2中的9.12）的输出端为低位，所连的第一显示单元的第二组显示发光管（图2中的9.121）不亮。

当第一显示单元的交连电容一充电完成后，第一显示单元的显示基本单元二的控制端降为低位，显示基本单元二的输出端变成高位，所连接的第二基本单元的第二显示发光管发亮。

同时显示基本单元三输入端为高，其输出端为低位，所连第一显示单元的第三显示发光管（图2中的9.16）熄，该单元第一基本输出端高，所连的显示发光管亮，因而形成循环的流水状，因此除第一次亮的规律是一亮两熄以外，以后的循环规律是两亮一熄规律。

当最后一个基本单元输出端为高位时，语音指示发声音。

实施后有以下突出的优点：

一、电学是物理学中重要的内容。而对初学者来说，对直流电的理解相对容易，而对具有频率的电流对电路元件的影响会感到抽象。而本仪的演示会使初学者的抽象概念变得实际。因此对深入学习电学有着积极意义。具体情况有以下几点：

（1）、因为本演示仪中的演示源可以在电子开关的切换下，可以变为脉冲电源，也可以变为直流电，所以可以清楚地演示出抗性元件（如电容，或电感）在频率为零的情况（即是直流电），与具有频率的脉冲电流情况下的物理现象是完全不同的。

如电容（电容其构造是两块不相连的导电物质平面），这种特殊的构造在在直流状态下，只可能瞬态地一次性充电，最后成为断路状态（表现为显示部分发光管只瞬态的亮一下，然后全熄）。但在在频率的脉冲电源下，却发生了戏剧性的变化，因这种不相连的两面能顺利地通过电流。

如电感在直流状态下，是一个很好的良导体，（表现为显示部分的发光管一直为光亮状态，成流水状，而且从头到尾）但是在通过频率的脉冲电流时，但在在频率的脉冲电源下，却发生了戏剧性的变化，因这种首尾相连的导线却对电流存在阻力，其物理特性完全变化。（表现为显示部分的发光管只显现部分的光亮状态，成流水状，即光亮发管减少）。

（2）、本发明演示源的频率可调。可以演示出频率越高，对频率元件的影响效果越大，如同一参数电容，频率越高，导通性越好，（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管增多）。

又如同一参数电感线圈，频率越高，其呈现的阻力越大。（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，但光亮发管减少）。

（3）、可以演示出，在同样的电压下，电容越大，容抗越小，即是对电流的阻力越小，而电感越大，则感抗越大，即是对电流的阻力越大。（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管增多）。

（4）、可以演示出电容中呈现容抗的大小的主要内部原因，如电容的内部不相连的两导电面越大，则容抗越小，两导电面之间的绝缘层越厚，则容抗越小。（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管增多）。

（5）、可以演示出电感中呈现感抗的大小的主要内部原因，如线圈的直径越大，则感抗越大，反之感抗越少，（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管增多）。

（6）感抗还与线圈中的是否有导磁材料有关，并与导磁材料的性质有关。

一、性能优异主现体现在以下几点：

1、光显示效果好。一是。发光管光亮为动感。成为一种渐进式，流水式，信号越强，所显示的小单元越多，发光管亮得越远，二是闪亮周期循环，直到演示结束。在演示时吸引眼球。三是闪亮的周期灵活可调。

2、演示过程光与声音显示并存，当闪亮发光管在一定时定期发出瞬态音乐。增加了趣味效果，观看者寓教于乐。

3、电子开关为按钮电子开关，有以下突出的好处，一是按钮是一种轻触钮，手感好。二是每按一次状态变换一次，操作方便。三是可以清楚地显示出是当前控制的状态，如是直流状态，这时指示灯为一种颜色，如是脉冲的频率电源，又会成另一处颜色，在清楚明瞭整体高档。四是按钮开关在生产时不产生飞线，可以直接和印刷板产生联系，因而可进一步保证产品质量。五是按钮属一种普通元件，易于购买。这些优点，也便于试验电路购买。

4 、显示的量化效果好，演示的元件范围宽，一是因为采用倍压提升电路，不存在初始电位，即是只要前级无输入信号，阶梯分压输出部分各输出点不输出高位，显示系统不显示。因而保证了显示的准确。二是是因为本仪的电子放大部分因而具有较高的灵敏度，特别是对当容抗较大时，亦能清楚显示，三是该放大电路在脉冲状态与直流状态均有放大作用。更加了灵活性。

5、可以演示出电阻、绝缘体、电流的概念，演示出当电压一定时，电流与电阻之间的关系。电阻越大，电流越小的视觉效果。以让年纪更小的学生建立更基础的电学知识。

6、集成电路组成的各基本单元，性能可靠，各单位之间的联系合理，所以整体线路逻辑强、科学。

二、因为上述几点原因，同时所本仪属于初级的普及型的演示仪。适应面广，小学与中学及科普教育都很适合，社会的需要有很大空间。能产生良好的社会效益

三、本仪易生产，一是因为元件品种少，这对采购，插件，都十分容易，二是调试简单，而且不需要贵重仪器检测，三是成本低。有很好的经济效益。

四、本发明线路精简，各单元联系科学，可操作性很强，因此可以启发学生自行试验安装，通过自制，可以进一步提高学生动手能力与实践水平，这对提高学生素质有着积极的意义。而本发明在自制上有以下特点，因而十分适合自制。

一是各部分独立，可以部分为单位通电检验。而且每个部分充满着一定趣味性，如显示部分，成功后发光管光亮为流水循环状，而且呈现一定规律的音乐声。

二是各部分间之间连接科学，基本上不会产生故障，所以在完成部分调试后，就可完成整体工作。

三是有源件全为电子继电器集成的几种基本线路，因此便于初学者对该类电子元件的认识，由于有源件品种单一，重点突出，有利于初学者学习，避免繁而厌学，或贪多不烂的情况。而且这种断开与接通的继电器集成，可以形成输出高位与低位信号最基本逻辑元件，而这种最基本逻辑元件又可以形成多种基本线路，而多种逻辑线路经过的组合，再次可以演变成系列的多种功能，因而可以引导初学者积极思维，拓展想象空间，有利于提高素质教育。

附图说明

图1是一种电子继电器构成的感抗观察器的电子开关、演示源、电子放大部分的电路图。

图中：1.0、开关按钮；1.1、开关第一基本单元；1.2、开关第二基本单元；1.3、开关第三基本单元；1.4、开关第四基本单元；1.01、开关二极管一；1.02、开关二极管二；1.11、开关第一基本单元接地电阻；1.12、开关第一基本单元电源电阻；1.13、引导二极管一；1.15、开关第一基本单元状态指示；1.21、开关第二基本单元接地电阻；1.22、开关第二基本单元电源电阻；1.23、引导二极管二；1.25、开关第二基本单元状态指示；1.31、开关第三基本单元接地电阻；1.32、开关第三基本单元电源电阻；1.41、开关第四基本单元接地电阻；1.42、开关第四基本单元电源电阻；1.8、开关隔离二极管；2.1、演示源一单元；2.2、演示源二单元；2.3、隔离单元；2.10、演示源一单元控制端电阻；2.12、演示源一单元电源电阻；2.20、演示源二单元控制端电阻；2.22、演示源二单元电源电阻；2.30、隔离单元接地电阻；2.32、隔离单元电源电阻；2.4、脉冲电容；2.5、脉冲可调电阻；2.6、脉冲可调保护电阻；2.7、隔离电阻；3.1、测试孔一；3.2、测试孔二；5.11、一级积分二极管；5.12、一级积分电容；5.13、二级积分二极管；5.15、二级积分电容；5.16、三级积分二极管；5.17、三级积分电容；5.18、隔离二极管；5.21、提升第一基本单元；5.22、提升第二基本单元；5.212、提升第一基本单元控制端电阻；5.211、提升第一基本单元电源电阻；5.221、提升第二基本单元电源电阻；5.222、提升第二基本单元控制端电阻；5.31、振荡电容；5.32、振荡电阻；5.5、射随器；5.8、电子放大部分的输出。

图2是一种电子继电器构成的感抗观察器的阶梯分压输出部分、显示激励部分、显示系统的电子电路图。

图中：5.8、电子放大部分的输出；7.1、第一分压二极管；7.11、第一分压接地电阻；7.2、第二分压二极管；7.21、第二分压接地电阻；7.N、最后一级分压二极管；7.N1最后一级分压接地电阻；7.X、分压下偏二极管；7.X1、分压下下偏电阻；8.1、第一显示激励器；8.N、最后一个显示激励器；9.1、第一显示单元；9.11、第一显示单元的显示基本单元一；9.12、第一显示单元的显示基本单元二；9.13、第一显示单元的显示基本单元三；9.111、第一显示单元的第一组显示发光管；9.121、第一显示单元的第二组显示发光管；9.131、第一显示单元的第三组显示发光管；9.112、第一显示单元的电源电阻一；9.122、第一显示单元的电源电阻二；9.132、第一显示单元的电源电阻三；9.113、第一显示单元的接地电阻一；9.123、第一显示单元的接地电阻二；9.133、第一显示单元的接地电阻三；9.115、第一显示单元的交连电容一；9.125、第一显示单元的交连电容二；9.135、第一显示单元的交连电容三；9.116、第一显示单元的基本显示单元一的控制端电阻；9.126、第一显示单元的基本显示单元二的控制端电阻；9.136、第一显示单元的基本显示单元三的控制端电阻；9.151、第一显示单元的启动微分电容；9.152、第一显示单元的微分放电电阻；9.153、第一显示单元的微分启动二极管；10.1、第一语音指示；9.N、最后一个显示单元；9.N1、最后一个显示单元的显示基本单元一；9.N2、最后一个显示单元的显示基本单元二；9.N3、最后一个显示单元的显示基本单元三；9.N11、最后一个显示单元的显示发光管一；9.N21、最后一个显示单元的显示发光管二；9.N31、最后一个显示单元的显示发光管三；9.N12、最后一个显示单元的电源电阻一；9.N22、最后一个显示单元的电源电阻二；9.N32、最后一个显示单元的电源电阻三；9.N13、最后一个显示单元的接地电阻一；9.N23、最后一个显示单元的接地电阻二；9.N33、最后一个显示单元的接地电阻三；9.N15、最后一个显示单元的交连电容一；9.N25、最后一个显示单元的交连电容二；9.N35、最后一个显示单元的交连电容三；9.N16、最后显示单元的基本显示单元一的控制端电阻；9.N26、最后显示单元的基本显示单元二的控制端电阻；9.N36、最后显示单元的基本显示单元三的控制端电阻；9.N51、最后显示单元的启动微分电容；9.N152、最后显示单元的微分放电电阻；9.N53、最后显示单元的微分启动二极管；10.N、最后一个语音指示。

具体实施方式

图1与图2共同形成了一种电子继电器构成的感抗观察器的一种具体实施实例。

一、选元件：按图选定有源件，其中演示源的三个单元、电子开关的四个单元、电子放大部分的二个提升基本单元、显示激励器、显示基本单元都采用电子继电器CD4066。射随器为三极管8050。阶梯分压输出部分的稳压管采用面结合型整流二极管。显示系统内的发光管采用高亮度型，语音指示采用响时为较短时间的种类。开关按钮采用与印刷板能直接焊接的种类。电容选用漏电小的种类。阻件无特殊要求。

二、焊接：电子开关、演示源、电子放大部分的电路如图1所示连接，阶梯分压输出部分、显示激励部分、显示系统的电子电路如图2所示焊接。

三、调试。

1、检查与调度演示源。

A、用频率计数器其冷端接地，热端连接本部分中第一基本单元输出端，此时，会有频率显示，若无，则是连线错误或脉冲电容漏电。

B、用频率计数器，连接本部分中第一基本单元输出端，调节频率可调电阻，示波器显示波形会发生变化，而且在设计的要求之内。如果不正确，则应调整脉冲可调电阻阻值，其规律是阻值越大，频率越慢。

2、检查与调试电子放大部分。

用示波器检查，用示波器热端依次连接电子放大部分的各级关键点，冷端接地。

A、首先用示波器热端测在该部分的基本单元输出端上，此时示波器有振荡波形显示，否则是没有发生振荡，应检查线路。然后用一个电容或电感连接在测试孔上。

B、用示波器热端连接一级积分电容（图1中的5.12）正端，此时示波器的波形为直流状，否则是一级积分二极管（图1中的5.11）焊错。

C、用示波器热端连接二级积分电容（图1中的5.13）正端，此时示波器的波形为直流状，但幅度应比一级积分电容处的振幅高一倍。如不正确则是连在二级积分电容焊错或失效。

D、用示波器热端连接三级积分电容（图1中的5.16）正极，此时示波器的波形为直流状，但幅度应为一级积分电容处的振幅的三倍。如不正确则是三级积分电容焊错或失效。

E、用示波器热端连接射随器（图1中的5.5）的发射极，此时示波器的波形为直流状，但幅度应为为一级积分电容处的振幅的三倍，否则是射随器的管脚焊错。

3、检查与调试电子开关部分。

用示波器或万用表检。

A、用示波器（或万用表）的正极连接开关第一基本单元（图1中的1.1）与开关第二基本单元（图1中的1.2）输出端，此时如开关第一基本单元输出端为低，则开关第二基本单元的输出端为高位，反之如果开关第一基本单元的输出端为高位，则开关第二基本单元的输出端为低位，否则，是两基本单元中相互连接的反馈交叉线连接错误，未能实现正反馈。

B、用示波器（或万用表）的正极连接开关第三基本单元（图1中的1.3）的输出端，此时应为高位，否则是开关第三基本单元接地电阻（图1中的1.31）脱焊，或将开关按钮（图1中的1.0）连错，使开关中第三基本单元的控制端变成了高位。

C、用示波器（或万用表）的正极连接开关第二基本单元的输出端，同时按下开关按钮，之后松手，此时开关第二基本单元的输出端应作一次变化如由高位变为低位，如果不正确，则是引导二极管一的极性方向连错。

D、用示波器（或万用表）的正极连接开关第二基本单元的输出端，再次按下按钮开关，此时开关第二基本单元的输出端将再次发生一次变化，如由低位再次变为高位，如果不正确，则是引导二极管二的极性方向连错。

4、检查与调试阶梯分压输出部分。

在测试孔上，连接一个测试电容，调节演示源的频率，加大频率，此时会出现有输出的阶梯分压输出部分高位输出端增多。

在测试孔上，连接一个测试电感，调节演示源的频率，加大频率，此时会出现有输出的阶梯分压输出部分高位输出端减少。

当阶梯分压输出部分的输出端为高位时，所连接的显示激励器输出为高位，否则是显示激励器的两触点连线错误。

5、检查与调试显示系统，以其中的一个显示单元为例。

A、通电时为第一显示单元的第一组显示发光管与第一显示单元的第二组显示发光管亮，第一显示单元的第三组显示发光管熄，不正确是接在显示单元中基本单元的控制端的交连电容连错。

B、在灯亮的流水循环的稳定过程中，规律是两亮一熄，不断循环。即是先是第一组、第二组显示发光管亮，第三组显示发光管熄。

继而是先是第二组、第三组显示发光管亮，第一组显示发光管熄，再继而第二组显示发光管熄，第一组、第三组显示发光管亮，再继而是第三组显示发光管熄，第一组、第二组显示发光管亮，永远循环。

C、调节循环的频率，调节电源电阻与控制端电阻的值，使之符合要求，其规律是阻值越小，循环越快，反之越慢。

6、调整演示源在振荡时的工作情况。

用示波器的红表笔接隔离单元（图1中的2.3）的输出端，在开关按钮将演示源源切换在脉冲状态下，示波器显示有振幅，调整脉冲可调电阻（图1中的2.5），其频率将发生变化，其规律是阻值越小，频率越快，反之越慢。

7、检查演示源为直流状态下的工作情况。

用按钮开关将演示源切换在直流状态下，此时示波器的显示为直流，而且最后输出的电压幅值与在第一级积分电容测试点电压幅值近似，略小一些。

在测试孔上，连接不同阻值的电阻，如果阻值越小，则显示单元亮的越多。

在测试孔上，连接一个测试电容，这时显示系统中的显示单元会出现瞬态的亮一下。

在测试孔上，连接一个容量较大的电容，这时显示系统中的显示单元会出现瞬态的亮一下，而且所亮的显示单元会增多。

在测试孔上，连接一个测试电感，这时会出现所有显示单元亮的情况。

8、检查演示源为脉冲状态下的工作情况。

在测试孔上，连接一个测试电容，这时显示单元会出现显示，调节演示源的频率，若频率增高，显示单元启动越多，反之频率越低，显示单元启动越少。

在测试孔上，连接一个测试电感，这时显示单元会出现显示，调节演示源的频率，若频率增高，显示单元启动越少，反之频率越低显示单元启动越多。