另类多谐源式频率观察器的制作方法

属于教学仪器领域。

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。

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有源件的基本单位，以这种基本单位组成了逻辑单元，由于这种貌似功能单一的通断功能的元件，能实现多种的逻辑变化。不仅产生的科普效果优异，而且对拓展学生的思维帮助很大。

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科普性质的观察器，通过这种科普性质的观察器，可以着重了解抗性元件结构与与频率的紧密的联系，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，这种科普性质的观察器可以成为一种在广大学校普及的仪器。二是该仪器因具有光与声的的双显示，特别是光显示，闪动新颖，因而具有一定的趣味性，能培养起广大青少年对科学的热爱。三是这种貌似功能单一的通断功能的元件，但他却能实现多种的逻辑变化，初学者容易掌握认识，不用高深的知识，因此能成为一种优秀的制作实验线路，对拓展青少年的思维，提高素质教育有着积极作用。

所采用的措施是：

1、另类多谐源式频率观察器由测试孔，另类互补振荡电路单元，触点式开关，双放大单元，二极管式分压单元，光显示级，语音级共同组成。

其中：另类互补振荡电路单元由互补振荡一单元、互补振荡二单元、互补振荡一单元的电源电阻、振荡隔离单元、振荡可调保护电阻、振荡可调电阻、振荡电容、振荡隔离单元的接地电阻、振荡隔离电阻、互补振荡的输出接地电阻组成：互补振荡一单元的输入端接地线，互补振荡一单元的电源电阻接在系统电源与互补振荡一单元的输出端之间，互补振荡一单元的输出端接互补振荡二单元的控制端，互补振荡二单元的输出端接互补振荡一单元的控制端，振荡可调电阻与振荡可调保护电阻串联在互补振荡一单元的控制端与地线之间，振荡电容接在互补振荡一单元的控制端与地线之间，振荡隔离电阻接在互补振荡二单元的输出端与振荡隔离单元的控制端，振荡隔离电阻接在振荡隔离单元的控制端与地线之间，互补振荡二单元的输入端与振荡隔离单元的输入端接系统电源，振荡隔离单元的输出端即是另类互补振荡电路单元的输出，与地线之间接互补振荡输出接地电阻。

触点式开关由按钮开关、开关第一基本单元、开关第二基本单元、开关第一基本单元状态指示、开关第一基本单元的电源电阻、开关引导电容一、开关引导电阻一、开关引导二极管一、开关第一基本单元接地电阻、开关第二基本单元状态指示、开关第二基本单元的电源电阻、开关引导电容二、开关引导电阻二、开关引导二极管二、开关第二基本单元接地电阻、开关输入电阻、开关输出二极管；组成：开关两基本单元的控制端都与地线接一个接地电阻；开关两基本单元的输出端与系统电源之间分别接一个电源电阻，还与系统电源之间接一个状态指示；按钮开关的一端接地线，另一端接两个引导电容的正极，开关输入电阻接在系统电源与两引导电容的正极之间，开关引导电容一的另一端为两路，一路接开关引导电阻一到开关第一基本单元的输出端，另一路接开关引导二极管一到开关第一基极单元的控制端，开关引导电容二的另一端为两路，一路接开关引导电阻二到开关第二基极单元的输出端，另一 路接开关引导二极管二到开关第二基本单元的控制端，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，开关第二基本单元的输出端即是触点式开关的输出，接开关个输出二极管到振荡隔离单元的控制端。

双放大单元由整流二极管、一级电容、二级提升二极管、二级提升电容、三级提升二极管、三级提升电容、一级提升基本单元、一级提升基本单元接地电阻、一级提升基本单元电源电阻、二级提升基本单元、射随触发电阻、射随放大管组成：另类互补振荡电路单元的输出经过测试孔后接整流二极管到一级电容的正极，一级电容的负极接地线，一级电容的正极接二级提升二极管到二级提升电容的正极，二级提升电容的正极与射随触发电阻的一端之间接三级提升二极管，三级提升电容的正极接三级提升二极管的负极，一级提升基本单元的控制端接互补振荡二单元的控制端，一级提升基本单元接地电阻接在地线与一级提升基本单元的控制端，一级提升基本单元电源电阻接在系统电源与一级提升基本单元的输出端，二级提升电容的负极接一级提升基本单元的输出端，二级提升基本单元的控制端接一级提升基本单元的输出端，三级提升电容的负极接二级提升基本单元的输出端，一级提升基本单元与二级提升基本单元的输入端都接地线，射随触发电阻的另一端接射随放大管的基极，射随放大管的集电极接系统电源，射随放大管的发射极即是双放大单元的输出。

二极管式分压单元由多级分压二极管，多级分压对地通道电阻、分压下偏二极管、分压下偏电阻、多级预置器组成：每级分压二极管由两个二极管串联成，每级分压二极管串联，其串联点接一个分压对地通道电阻，每个串联点成为一个分压输出点，接一个预置器的控制端，每个预置器的输入端接系统电源，每个预置器的输出端接一个显示单元的火线，第一级分压二极管的正极即是二极管式分压单元的输入，接双放大单元的输出，最后一级分压二极管的串联分压下偏二极管与分压下偏电阻到地线。

光显示级由多个显示单元组成，每个显示单元都有一个独立的火线，每个显示单元由变色驱动单元、三个显示驱动单元、三个变色发光管即发光指示组成。

每个显示驱动单元由显示驱动器、输入端上偏电阻、输入端下偏电阻、交连电容、隔离二极管、电源电阻组成：每个显示驱动器的控制端都与火线接上偏电阻，与地线接下偏电阻；每个显示驱动器的输入端都接地线，每个显示驱动器的输出端都与火线接一个发光指示；第一交连电容的一端与火线接第一电源电阻，经过第一隔离二极管到第一驱动器的输出端，第一交连电容的另一端接第二驱动器的控制端，第二交连电容的一端与火线接第二电源电阻，经过第二隔离二极管到第二驱动器的输出端，第二交连电容的另一端接第三驱动器的控制端，第三交连电容的一端与火线接第三电源电阻，接第三隔离二极管的正极，第三隔离二极管的负极接到第三驱动器的输出端，第三交连电容的另一端接第一驱动器的控制端。

每个变色驱动单元均由两个变色驱动器、两个变色驱动器的引导电容、两个变色驱动器的引导电阻、两个变色驱动器的接地电阻、两个变色驱动器的电源电阻及微分电路组成：每个变色驱动器的控制端都接一个接地电阻，每个变色驱动顺口 的输出端与火线端都接一个电源电阻，每个变色驱动器的输入端都接地线，每个显示单元的第三隔离二极管的正极接两个变色驱动器的引导电容的一端，变色驱动器一的引导电容另一端为两路，一路接变色驱动器一的引导电阻到变色驱动器一的输出端，另一路接变色驱动器一的引导二极管到变色驱动器一的控制端，变色驱动器一的输出端接一个显示单元中发光指示的一个阳极，变色驱动器二的输出端接这个显示单元中发光指示的另一个阳极，变色驱动器一的输出端接变动驱动器二的控制端，变色驱动器二的输出端接变色驱动器一的控制端。

微分电路由微分电容、微分导向二极管、微分放电电阻组成：微分电容的一端接显示单元的火线，另一端为两路，一路接微分导向二极管到变色驱动器二的控制端，另一路接微分放电电阻到地线。

语音级由多个语音指示与语音保护电阻组成：每个显示单元的变色驱动器二的输出端都接一个语音指示串联语音保护电阻到地线。

2、每个发光指示都由共阴极发光管与共阴电阻组成。

3、变色驱动器、显示驱动器、预置器、开关两个基本单元、互补振荡两个单元、振荡隔离单元、两个提升基本单元都采用电子继电器CD4066。

4、分压二极管的功率大于本措施中其它二极管的功率。

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，电子继电器CD4066内部有4 个独立的模拟开关，串扰很小，每个模拟开关有控制端与两个触点，这两个触点分别为输入端与输出端（即是如果输入端接高位，当控制端有信号时，输出的即是高位，当输入端为低位，当控制端有信号时，输出的即是低位），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，用输入端接地线，用输出端经过电阻串联到系统电源。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，本发明中称为受控端，或控制端。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。

作为一种优秀的的电学演示器其原理是。

当所测的频率元件（即电容、电感），连在测试孔两端时，另类互补振荡电路单元产生的电流经过所测的频率元件后，进入到双放大单元， 进行了提升放大，该电路的输出激励了二极管式分压单元部分，该部分有多个输出点，每个输出点输出的电压为递减状态，二极管式分压单元的各输出点连接了预置器的信号输入端，每个预置器的输出端连接了显示级中一个显示单元的火线。每个显示单元中都有一个独立的火线，这个独立的火线只有在预置器输出高位时才能与系统电源接通，显示单元才能显示。每个显示单元由变色驱动单元、三个显示驱动单元、三个变色发光管即发光指示组成，两个变色驱动单元控制了发光指示的变色，当预置器输出无电压时，封闭了对应显示单元。从而两驱动单元不工作，当超预置器门坎电压时，该预置器有输出时，对应的显示单元工作。由于二极管式分压单元靠近信号源端的电压高，以后的输出点，递减下降，所以双放大单元输出信号越强，超过预置器门坎的输出点，就越多，输出的有高位的预置器就越多，因而所激励驱动小单元越多。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。

为演示效果丰富，本措施注意到了以下几点：

1、另类互补振荡电路可以成为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，可以增进对频率件的了解。因为两种电源对频率元件将产生非常不同的效果。而两种电源的变换是通过触点式开关来执行，这样具有多种优点。

2、是在另类互补振荡电路单元中增加的频率可调，可以进一步观察频率高低对元件的影响。

3、放大电路中，采用了双放大单元，其好处一是稳定性好，可以实现无静态工作点的输出，即是输入端无信号时，输出端无信号；二是同时提升效果明显，提升放大量可调 ，三是对交流与直流均能放大，效率高。

4、在演示效果上采用了光与声效果。

5、在光显示上，由于光显示级由变色驱动单元、显示驱动单元、变色发光管驱动单元共同组成了独特的功能，这种独特的功能形成了两种规律的闪动指示，这在一般的显示电路没有，因而新颖独特，在演示中充满趣味。

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，本电路突出了一种由电子继电器的集成线路，组成了触点式开关，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同一种型号的集成电路单元组成。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，这些特点有利于青少年掌握，特别有利于开拓视野，扩展思维。

二、另类互补振荡电路单元中说明。

另类互补振荡电路单元由互补振荡一单元（图1中的2.1）、互补振荡二单元（图1中的2.2）、互补振荡一单元的电源电阻（图1中的2.11）、振荡隔离单元（图1中的2.3）、振荡可调保护电阻（图1中的2.4）、振荡可调电阻（图1中的2.5）、振荡电容（图1中的2.6）、振荡隔离单元的接地电阻（图1中的2.31）、振荡隔离电阻（图1中的2.7）、互补振荡的输出接地电阻（图1中的2.8）组成。

形成的线路特点是：由两个单元组成，由互补振荡一单元连接成为了触点闭合时为输出低位的情况，由互补振荡二单元连接成为了触点闭合时为输出高位的情况。

通电时，当互补振荡一单元输出的控制端连接有振荡电容，不能跃变为低，输出端为高位，所以互补振荡二单元控制端为高位，输出端为高位，形成两个互补振荡单元输出端都为高位的情况，形成振荡的前半周期，互补振荡二单元控制端为高位，经过振荡电容延时后互补振荡一单元控制端为高位，其输出端变为低位，互补振荡二单元控制端同时为低位，输出端为低，两个互补振荡单元两触点同时变为低位，形成振荡的后半周期，以后重复这样的规律，即是两个互补振荡单元输出端同时输出高位，同时输出低位的情况，形成“另类”性质的另类互补振荡电路，即是由电子继电器的集成电路组成的振荡线路。

在上述电路中，振荡电容与振荡电阻起作两重作用，一是互补振荡一单元的控制端电压与互补振荡二单元的输出电压存在一定的延时，这成为了振荡的必要条件，二是振荡电容与振荡电阻组成了振荡时间常数，该时间常数决定了线路振荡频率，所以调整振荡电阻可以调整振荡频率。

在上述电路中，为了使振荡起振易，振荡过程稳定可靠，设计者作了以下创新，一是将电路中的振荡电容设计为无极，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。，二是利用了互补振荡一单元控制端的对地电阻，由两个电阻串联而成，一个作为振荡可调电阻，另一个固定电阻作为可调的限制。三是互补振荡二单元不要对地电阻，以简化线路，提高可靠性。试验表明该线路与整体线路配合好，具有很强的可实施型。

采用这样的线路，主要优点如下：一是线路振荡可靠，稳定，作为测试电源性能好。二是作为实验线路，介绍了一种优秀的振荡电路，拓展思维。

三、触点式开关的说明。

触点式开关由1.0、按钮开关（图1中的1.0）、开关第一基本单元（图1中的1.1）、开关第二基本单元（图1中的1.2）、开关第一基本单元状态指示（图1中的1.11）、开关第一基本单元的电源电阻（图1中的1.12）、开关引导电容一（图1中的1.13）、开关引导电阻一（图1中的1.14）、开关引导二极管一（图1中的1.15）、开关第一基本单元接地电阻（图1中的1.16）、开关第二基本单元状态指示（图1中的1.21）、开关第二基本单元的电源电阻（图1中的1.22）、开关引导电容二（图1中的1.23）、开关引导电阻二（图1中的1.24）、开关引导二极管二（图1中的1.25）、开关第二基本单元接地电阻（图1中的1.26）、开关输入电阻（图1中的1.5）、开关输出二极管（图1中的1.8）组成。

其主要目的是控制另类互补振荡电路单元的工作状况，使另类互补振荡电路单元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。

开关对另类互补振荡电路单元的控制逻辑是，开关第二基本单元的输出端是逻辑控制端，通过开关输出二极管连接了振荡隔离单元的控制端，当触点式开关的输出为低位时，开关输出二极管为反相偏置，对所连件无影响，振荡隔离单元按振荡的激励规律正常工作。所以输出为有频率的脉冲电源，当触点式开关的输出端为高位时，所连接的开关个输出二极管为正向偏置，因而使振荡隔离单元控制端为高位，输出端为高位（因为振荡隔离单元的输入端连接了系统电源，因此当控制端为高位有信号时，输出端与系统电源连通），即是直流。

开关形成的原理是，开关第一基本单元与开关基本单元二经过交叉的连接成为了一种正反馈电路，即是如果开关第一基本单元输出端为高，则开关基本单元二输出端为低，反之如果开关第一基本单元输出端为低，则开关第二基本单元输出端为高。两单元的输出端与电源所连接的电阻起到双重作用，一是当触点与地线相连时与电源隔离，不致于短路，二是当引导电容成负压时，引导二极管正极所连接的控制输入端，与电源带离，不会短路。

开关中按钮开关与引导电阻三，组成了高位低位状态的按钮线路，其中连接按钮端是按钮线路输出端，形成的原理是，当按钮开关为断开状态时，因为开关输入电阻的一端连接了系统电源，所以另一端为高位。当按钮开关为闭合状态时，因为开关输出电阻的该端连接了地线，所以输出为低位。

在通电时，假如开关第二基本单元的输出端为高位，开关第一基本单元的输出端为低位，当按钮开关没有按下时，按钮开关常开触点为断开，引导线路输出端为高位。此时开关输入电阻将与引导电容一、引导电阻一、开关第一基本单元的输出端形成充电回路。而与引导电容二引导电阻二开关第二基本单元的输出端形成断路。按钮开关常开触点为闭合时，按钮线路输出为低位，引导电容一因不能跃变其负极成为负压状态。经过引导二极管一的传递。开关第一基本单元控制输入端为负，从而开关第二基本单元输出端为高位，实现了翻转。

当按钮常开触点再次断开时，引导电阻三与引导电容二、引导电阻二、开关第二基本单元的输出端形成充电回路。而与引导电容一、引导电阻一、开关第一基本单元的输出端形成断路。按钮常开触点为闭合时，按钮线路输出端为低位，引导电容二因不能跃变其负极成为负压状态。经过引导二极管二的传递。开关第二基本单元输入端为低，从而开关第二基本单元输出端为高位，再次实现了翻转，以后的翻转原理同前。

采用电子开关后主要有以下突出的好处，一是按钮是一种轻触钮，同时也便于安装状态指示。整体高档，受用，二是按钮属一种普通元件，易于购买。三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，同时电路简化，因而可进一步保证产品质量。四是作为制着实验线路有利于拓展青少年思维。

四、双放大单元的说明。

本部分的线路特点一是，利用另类互补振荡电路单元共同组成了第一部分的振荡单元，二是由本部分的两个提升基本单元（图1中5.3与5.5）、整流二极管（图1中5.0）、一级电容（图1中5.01）、二级提升二极管（图1中5.1）、二级提升电容（图1中5.11）、三级提升二极管（图1中5.2）、三级提升电容（图1中5.21）、一级提升基本单元接地电阻（图1中5.31）、一级提升基本单元电源电阻（图1中5.32）、射随触发电阻（图1中5.7）、射随放大管（图1中5.8）共同组成了第二部分。

该单元的主要目的是，另类互补振荡电路单元的电压经过频率元件即测试电容、电感后会产生电压下降的情况（因有容抗，或感抗的压降），经过该部分后提升电路后，能量有所提升，因而是显示效果更加清楚明确。

该电路必需具有两项重的特性，一是具有良好的放大特性，二是提升电路的输入无信号时，输出无信号，即是输出不产生附加静态电位。

形成的原理是，第一部分的振荡单元信号传到了本级中的两个基本单元的输入端，所以本级中的这两个基本单元输出端分别为高低状态的输出状态，而提升电容连接在这两个基本单元的输出端上，所以会随之发生高低的状态变化。

当演示元件接上电路后，经过整流后在一级电容上充充满了直流电压，当电压提升第一基本单元输出端为低时，一级提升电容经过二级提升二极管向二级提升电容充电，成为一倍电压。

当第一基本单元输出端为高位时，一级电容的电压经过电压一级提升基本单元输出端叠加成为两倍电压，当二级提升基本单元输出端电压为低位时，二倍电压充电在三级提升电容上，当二级提升基本单元输出端电压高位时，二倍电压经过该输出端电压叠加成为三倍电压，由此形成提升电路。

本发明采用两基本单元三倍电压提升电路有五项突出的优点：

一是当输入无信号时，一级提升电容，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，一级提升电容上的电压是经过测试抗性元件降压后的电压为基础，抗性大小不同，产生的电压值也不一样，所以产生的提升电压数量也不一不样。也即是三倍电压的基础取决于抗性元件降压后的电压，提升电路的输出与所测试的电容容抗有着直接的关系。

三是因为采用了双放大的两基本单元三倍电压提升电路，效率高，所需时间相对 少，所以灵敏度较高。

四是该电路的输出与二极管式分压单元有射随器作隔离，所以该电路有良好的负载能力。

五是用另类互补振荡电路单元作为第一部分，成为共同享，而用本部分的两个提升基本单元仅作为隔离之用，简化了线路、对提高可靠性、生产都有积极的意义。

五、二极管式分压单元的说明。

二极管式分压单元由多级分压二极管，多级分压对地通道电阻、分压下偏二极管、分压下偏电阻、多级预置器组成。

其特点是：每级分压二极管由两个二极管串联成，每级分压二极管串联，其串联点接一个分压对地通道电阻，每个串联点成为一个分压输出点，因为每个二极管的参数相等，从而从输入端到接地端，形成电压的阶梯电压输出。当输入端电压高时，则能击穿的分压二极管的数量越多。则有高位输出的输出点多，当每一个输出点的输出的电压，高于所连的预置器的门坎时，预置器两触点闭合，输出端连接系统电源输出高位，与之配对的显示单元被激励，从而出现显示。

该单元由多个预置器组成，每个预置器的输入端连接了系统电源，每个预置器的启动都需要分压级的分压输出点输出高位，因此保证显示单元的不会误动。

六、光显示级中显示驱动单元的说明。

由于每个光显示级中有三个显示驱动单元组成。信号越强，激励的显示单元越多，所显示的发光指示越多。发光指示亮的状态特点是：成为流水式。发光指示光亮为动感。发光指示亮得越远，其竟夜是将抽象的电流比喻成水流。

所以二极管式分压单元输出点无电压时，所连接的所有预置器输入端均无电压，显示单元的发光指示不工作，所以均不亮。二极管式分压单元的分压输出点成高位时，所连接的预置器输出端为高，显示驱动单元的电源与系统电源接通，所以显示驱动单元成为工作状态，发光指示闪亮。

每个显示单元的线路结构一样。所以只用第一显示单元说明。

显示单元线路中的一个特点是，每个显示单元有一个独立的火线，（图中为VCC2）与系统电源线（VCC）不相连，在附图中每个显示单元以方框表示，显示单元内各显示驱动器、变色驱动器的电源端与单元线路需要连接的电源端均连在一起，即是（VCC2），该点与对应预置器的输出端相连。因此当预置器输出端为高位时，显示单元的独立火线（图2中为VCC2）与系统电源（VCC）相连，该单元工作。反之，预置器的输出端为低位时，独立火线不与系统电源相连，显示单元的火线无电，不工作。

在稳定状态下，发光指示具体亮的第一规律是：在电路稳定后，先是第一显示驱动器所带的发光指示亮，第二、三显示驱动器的发光指示熄，之后是显示驱动器的发光指示亮，第一与三显示驱动器的发光指示熄。再次之为第三显示驱动器的发光指示亮，第一、二显示驱动器的发光指示熄。然后循环。

形成过闪亮的驱动的原因是：因为三个显示驱动器（图2中的9.111、9.112、9.113），在设计时，第一显示驱动器控制端上偏电阻与其它两个不一致，容易造成第一显示驱动器的两触点先闭合，输出端先为低位，该显示驱动器所带的发光指示亮，由于此时第一显示驱动器输出端与第二显示驱动器之间的第一交连电容电压不能跃变，第二显示驱动器控制输入端成负压，输出端为高位，所带发光指示为熄。第二显示驱动器控制端上偏电阻（图2中的9.1123）向第一交连电容充电，当电压超过第二显示驱动器控制端电压时，第二显示驱动器输出端为低位，第二显示驱动器所带的发光指示亮，第三显示驱动器控制端与第二显示驱动器输出端之间的第二交连电容电压不能跃变，第三显示驱动器控制端成负压，输出端为高位，所带发光指示为熄。此时第三显示驱动器控制端上偏电阻（图2中的9.1133）向第二交连电容充电，当电压超过第三显示驱动器控制端门坎电压时，第三显示驱动器输出端为低位，第三显示驱动器所带的发光指示亮，由于此时第三显示驱动器的输出端与第一显示驱动器控制端的第三交连电容电压不能跃变，第一显示驱动器控制端成负压，输出端为高位，所带发光指示为熄。此时该显示驱动器控制端上偏电阻向第三交连电容充电，到门坎电压后，第一显示驱动器输出端为低，所带的发光指示再次亮，成为循环。

六、变色驱动单元的说明。

每个变色驱动单元均由两个变色驱动器、两个变色驱动器的引导电容、两个变色驱动器的引导电阻、两个变色驱动器的接地电阻、两个变色驱动器的电源电阻及微分电路组成，线路特点是，每个发光指示中共阴极发光管的两个阳极各接一个变色驱动单元，而且两个变色驱动单元的电源连接在一起，所以两个变色驱动单元同步工作。

该单元的主要作用是使显示发光管亮出两种规律的颜色进行流水式的闪动，像水一样的流动。

具体规律是：发光指示首先是第一种颜色发光闪动，第当最后一个显示驱动器启动后，新的循环方式按第二种颜色，而且以原有方式进行流水式的向前闪动循环，当最后一个显示驱动器启动后，第三次的循环方式又按第一种颜色，原有方式进行流水式的向前闪动循环，然后按这样的循环方式永远循环下去，而且前级与本次的颜色不会一样。

产生两种颜色闪动规律的原因。

变色驱动单元中的两个变色驱动器的两个输出端分别连接了共阴极发光管的的两个阳极，而共阳极发光管的特性是，当第一阳极为高位时，为一种颜色，当第二阳极为高位时，则为第二种颜色，当两个阳极同为高位时，为第三种颜色。

变色驱动器由第一与第二变色驱动器及外围件共同组成，其中第二变色驱动器的控制端连接有微分电容。变色驱动器中两引导电容的连接点是输入端。该输入端连接在了最后一个显示驱动器的输出端。第二变色驱动器的控制端连接有微分电路，当通电时该控制端首先为高位，输出端为低位。第一变色驱动器的输出端为高位。保证了起始的颜色。

当最后一个显示驱动器的输出端为高位时，这时可与第二变色驱动器的低位端，第二变色驱动器的引导电容，第二变色驱动器的引导电阻形成充电回路，当最后一个显示驱动器的输出端为低位时，由于第二变色驱动器的引导电容已充电完毕，不能跃变，其负极成为负压，通过引导二极管的传递，第二变色驱动器的输出由低位变为高位，由于第二变色驱动器的与第一变色驱动器的输出与控制端连接了反馈，所以当第二变色驱动器的输出为高位时，第一变色驱动器的输出为低位，形成翻转。当最后一个显示驱动器的输出端为高位时，这时又与第一变色驱动器的低位端形成充电回路，由此形成循环。

所以发光指示在第一次循环时，双色二极管第一阳极为高位，循环时，发光管以第一种颜色作流水式的循环闪动。当再次被触发时，变色驱动器翻转，共阴极发光管第二阳极为高位，以后不断按第一阳极为高位，继而第二阳极为高位变换，以此规律不断进行颜色变化，本次的颜色不会与上次颜色相同。

七、音乐声响说明。

当第二变色驱动器输出端为高时，音乐片有直流通道，所以发出音乐。

实施后有以下突出的优点：

一、作为一种科普观察仪有以下特点：

1、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）、因为本演示仪中的另类互补振荡源可以在触点式开关的切换下，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）、本发明另类互补振荡电路单元的频率可调。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。

2、性能优异主现体现在以下几点：

（1）、由于光显示级中有显示驱动单元与变色驱动单元，两种单元共同组成了独特的功能，这种独特的功能形成了两种规律的闪动指示，新颖独特，在线路不可查的，一是。信号越强，所显示的小单元越多，发光管亮得越远。二是是发光管亮到终结后，会产生周期循环，发光管光亮为动感。成为一种渐进式，流水式，三是每次新循环与前次颜色不一样，在光显示上，在演示中充满趣味。由这种逻辑元件组成的这种线路没有资料介绍。

（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）、触点式开关操作为按钮，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，线路稳定。一是因为双放大单元，不存在初始电位，即是只要前级无输入信号，二极管式分压单元输出各输出点不输出高位，显示部分不显示。因而保证了显示的准确。二是因为本仪的双放大单元因而具有较高的灵敏度，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。适应面宽。

（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）、本发明用电子继电器做成的基本单元，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。

三、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。

四、本仪有源件除只有一只三极管外，全部是一种型号的集成电路，这对采购，插件，都十分容易，所以易生产。

五、调试简单，无需高档设备，便于微型小型企业生产。

六、作为一种实验性自制电路有以下优点与特点。

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。

1、有源件除一只三极管以外，全部为电子集成电路继电器组成的基本单元组合而成，因此便于初学者对该类集成电路的认识，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。而且这种原本只有通断功能的器件，可以组成具有输出端为高位与低低的最基本逻辑元件，再继而可以形成多种基本逻辑线路，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。

2、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。（其光与声音的显示具体情况如前所述）。

3、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。

附图说明

图1是另类多谐源式频率观察器中另类互补振荡电路单元，触点式开关，双放大单元的电子电路图。

图中：1.0、按钮开关；1.1、开关第一基本单元；1.2、开关第二基本单元；1.11、开关第一基本单元状态指示；1.12、开关第一基本单元的电源电阻；1.13、开关引导电容一；1.14、开关引导电阻一；1.15、开关引导二极管一；1.16、开关第一基本单元接地电阻；1.21、开关第二基本单元状态指示；1.22、开关第二基本单元的电源电阻；1.23、开关引导电容二；1.24、开关引导电阻二；1.25、开关引导二极管二；1.26、开关第二基本单元接地电阻；1.5、开关输入电阻；1.8、开关输出二极管；2.1、互补振荡一单元；2.2、互补振荡二单元；2.11、互补振荡一单元的电源电阻；2.3、振荡隔离单元；2.4、振荡可调保护电阻；2.5、振荡可调电阻；2.6、振荡电容；2.31、振荡隔离单元的接地电阻；2.7、振荡隔离电阻；2.8、互补振荡的输出接地电阻；3、测试孔；5.0、整流二极管；5.01、一级电容；5.1、二级提升二极管；5.11、二级提升电容；5.2、三级提升二极管；5.21、三级提升电容；5.3、一级提升基本单元；5.31、一级提升基本单元接地电阻；5.32、一级提升基本单元电源电阻；5.5、二级提升基本单元；5.7、射随触发电阻；5.8、射随放大管；5.9、双放单元输出。

图2是另类多谐源式频率观察器中二极管式分压单元，光显示级，语音级的电子电路图。

图中：5.9、双放单元输出；6.11、第一级分压二极管；6.12、一级分压对地通道电阻；6.13、一级预置器；6.N1、最后一组分压二极管；6.N2、最后一级分压对地通道电阻；6.N3、最后一级预置器6.X1、分压下偏二极管；6.X2、分压下偏电阻；9.1、第一显示单元；9.111、第一显示单元的第一显示驱动器；9.1111、第一显示单元的第一显示驱动器控制端下偏电阻；9.1112、第一显示单元的第一发光指示；9.1113、第一显示单元的第一显示驱动器控制端上偏电阻；9.1115、第一显示单元第一交连电容；9.1116、第一显示单元的第一隔离二极管；9.1118、第一显示单元的第一显示驱动器的电源电阻；9.112、第一显示单元的第二显示驱动器；9.1121、第一显示单元的第二显示驱动器控制端下偏电阻；9.1122、第一显示单元的第二发光指示；9.1123、第一显示单元的第二显示驱动器控制端上偏电阻；9.1125、第一显示单元第二交连电容；9.1126、第一显示单元的第二隔离二极管；9.1128、第一显示单元的第二显示驱动器的电源电阻；9.113、第一显示单元的第三显示驱动器；9.1131、第一显示单元的第三显示驱动器控制端下偏电阻；9.1132、第一显示单元的第三发光指示；9.1133、第一显示单元的第三显示驱动器控制端上偏电阻；9.1135、第一显示单元第三交连电容；9.1136、第一显示单元的第三隔离二极管；9.1138、第一显示单元的第三显示驱动器的电源电阻；9.12、第一显示单元变色驱动器一；9.121、第一显示单元变色驱动器一的引导电容；9.122、第一显示单元变色驱动器一的电源电阻；9.123、第一显示单元变色驱动器一的引导电阻；9.125、第一显示单元变色驱动器一的接地电阻；9.126、第一显示单元变色驱动器一的引导二极管；9.13、第一显示单元变色驱动器二；9.131、第一显示单元变色驱动器二的引导电容；9.132、第一显示单元变色驱动器二的电源电阻；9.133、第一显示单元变色驱动器二的引导电阻；9.135、第一显示单元变色驱动器二的接地电阻；9.136、第一显示单元变色驱动器二的引导二极管；9.137、第一显示单元变色驱动器二的微分电容；9.138、第一显示单元变色驱动器二的微分导向二极管；9.139、第一显示单元变色驱动器二的微分放电电阻；9.N、最后一个显示单元；9.N11、最后一个显示单元的第一显示驱动器；9.N111、最后一个显示单元的第一显示驱动器控制端下偏电阻；9.N112、最后一个显示单元的第一发光指示；9.N113、最后一个显示单元的第一显示驱动器控制端上偏电阻；9.N115、最后一个显示单元第一交连电容；9.N116、最后一个显示单元的第一隔离二极管；9.N118、最后一个显示单元的第一显示驱动器的电源电阻；9.N12、最后一个显示单元的第二显示驱动器；9.N121、最后一个显示单元的第二显示驱动器控制端下偏电阻；9.N122、最后一个显示单元的第二发光指示；9.N123、最后一个显示单元的第二显示驱动器控制端上偏电阻；9.N125、最后一个显示单元第二交连电容；9.N126、最后一个显示单元的第二隔离二极管；9.N128、最后一个显示单元的第二显示驱动器的电源电阻；9.N13、最后一个显示单元的第三显示驱动器；9.N131、最后一个显示单元的第三显示驱动器控制端下偏电阻；9.N132、最后一个显示单元的第三发光指示；9.N133、最后一个显示单元的第三显示驱动器控制端上偏电阻；9.N135、最后一个显示单元第三交连电容；9.N136、最后一个显示单元的第三隔离二极管；9.N138、最后一个显示单元的第三显示驱动器的电源电阻；9.N2、最后一个显示单元变色驱动器一；9.N21、最后一个显示单元变色驱动器一的引导电容；9.N22、最后一个显示单元变色驱动器一的电源电阻；9.N23、最后一个显示单元变色驱动器一的引导电阻；9.N25、最后一个显示单元变色驱动器一的接地电阻；9.N26、最后一个显示单元变色驱动器一的引导二极管；9.N3、最后一个显示单元变色驱动器二；9.N31、最后一个显示单元变色驱动器二的引导电容；9.N32、最后一个显示单元变色驱动器二的电源电阻；9.N33、最后一个显示单元变色驱动器二的引导电阻；9.N35、最后一个显示单元变色驱动器二的接地电阻；9.N36、最后一个显示单元变色驱动器二的引导二极管；9.N37、最后一个显示单元变色驱动器二的微分电容；9.N38、最后一个显示单元变色驱动器二的微分导向二极管；9.N39、最后一个显示单元变色驱动器二的微分放电电阻；10.1、第一语音指示；10.11、第一语音保护电阻；10.N、最后一个语音指示；10.N1、最后一个语音保护电阻。

具体实施实例

图1、图2共同描述了具体实施的一种方式。

一、选元件：按图选定有源件，每个发光指示都由共阴极发光管与共阴电阻组成。变色驱动器、显示驱动器、预置器、开关两个基本单元、互补振荡两个单元、振荡隔离单元、两个提升基本单元都采用电子继电器CD4066。分压二极管的功率大于本措施中其它二极管的功率。音乐片采用响时为较短时间类。按钮开关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：另类多谐源式频率观察器中二极管式分压单元，光显示级，语音级的电子电路如图1所示连接，二极管式分压单元，光显示级，语音级的电子电路如图2所示焊接。触点式开关状态指示的发光管为不同的颜色。

三、调试。

1、检查与调度另类互补振荡源。

A、用频率计数器其冷端接地，热端连接互补振荡一单元的输出端，此时，会有频率显示，若无，则是连线错误或振荡电容漏电。

B、用频率计数器，连接互补振荡二单元的输出端，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，则应调整可调所串联的固定电阻阻值，其规律是阻值越大，频率越慢。

2、检查与调试双放大单元。

用示波器或万用表检查，用示波器热端依次连接双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一级提升基本单元输出端上，此时示波器有振荡波形显示，否则是该基本单元的控制端没有与另类互补振荡电路单元连接好，应检查线路。

B、用示波器热端测在二级提升基本单元输出端上，此时示波器有振荡波形显示，否则是二级提升基本单元的控制端没有与一级提升基本单元输出端连接好。

然后用一个电容或电感连接在测试孔上。

C、用示波器热端连接一级电容（图1中的5.01）正端，此时示波器的波形为直流状，否则是整流二极管（图1中的5.0）焊错。

D、用示波器热端连接二级提升电容（图1中的5.11）正端，此时示波器的波形为直流状，但幅度应比一级电容处的振幅高一倍。如不正确则是连在二级提升电容焊错或失效。

E、用示波器热端连接三级提升电容（图1中的5.21）正极，此时示波器的波形为直流状，但幅度应为一级电容处的振幅的三倍。如不正确则是三级提升电容焊错或失效。

F、用示波器热端连接射随放大管（图1中的5.8）的发射极，此时示波器的波形为直流状，但幅度应为为一级电容处的振幅的三倍，否则是射随放大管的管脚焊错。

3、检查与调试触点式开关。

用示波器或万用表检查。

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）的正极连接触点式开关的输出端，此时应为高位，否则是连线错误，开关输入电阻未接到系统电源上。

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，同时按下按钮开关，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、检查与调试二极管式分压单元部分。

在测试孔上，连接一个测试电容，调节另类互补振荡电路单元的频率，加大频率，此时会出现有输出的二极管式分压单元高位输出点增多。

在测试孔上，连接一个测试电感，调节另类互补振荡电路单元的频率，加大频率，此时会出现有输出的二极管式分压单元输出端减少。

当二极管式分压单元的输出点为高位时，该点所连接的预置器基输出端输出为高位，否则是对地通道电阻阻值过大。

5、检查与显示驱动单元。

A、二极管式分压单元的输出点高位多时，显示单元亮得越多，若不是，应检查预置器与显示驱动单元的火线端VCC2是否有电，若无则是预置器的输出端与显示单元的电源线未连接好。

B、在稳定状态下，显示单元发光指示亮的情况时，一亮两熄，即是先是第一显示驱动器所带的发光指示亮，第二、三显示驱动器所带的发光指示熄，之后是第二显示驱动器所带的发光指示亮，第一、第三显示驱动器所带的发光指示熄。再次之为第三显示驱动器所带的发光指示亮，第一、第二显示驱动器所带的发光指示熄。然后循环。

6、检查与变色驱动单元。

A、断开变色驱动器二控制端的微分电路。用示波器（或万用表）的正极连接变色驱动器一与变色驱动器二输出端，其中如果变色驱动器一的输出端为高位，则变色驱动器二的输出端为低位，否则，是两驱动器相互连接的反馈交叉线连接错误，未能实现正反馈。

B、断开第三显示驱动器输出端与两变色驱动器的引导电容的连接，用变色驱动器的引导电容的正极触一下电源端，然后再接触一下地线，此时两变色驱动器的输出端将发生一次变化，重复上步骤，其输出端将又变生一次变化，否则是线路有错，其引导二极管极性焊反或脱焊。

C、恢复变色驱动器二控制端的微分电路，通电时。变色驱动器二输出端为低位，变色驱动器一输出端为高位，否则是微分电路连接错误。

D、恢复第三显示驱动器输出端与两变色驱动器的引导电容的连接，当第一次循环完毕后，第二次闪亮为第二种颜色，成流水状的闪动循环，这种规律将持续到下次演示的开始。如果不正确，则是两变色驱动器的输出端与发光指示的共阴极发光管的阳极线未连接好。

E、每一次变色驱动器二的输出为高位时，语音指示会发出音乐声音。否则应检查语音指示是否脱焊。

7、检查脉冲电源为直流状态下的工作情况。

用按钮开关将脉冲电源切换在直流状态下，此时示波器的显示为直流。

在测试孔上，连接一个测试电容，这时显示单元会出现瞬态的亮一下。

在测试孔上，连接一个测试电感，这时显示级会出现所有单元亮的情况。

在测试孔上，连接不同阻值的电阻，如果阻值越小，则亮的单元越多。