专利名称：电子模拟横波演示器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种物理教学所用的演示实验装置。
目前物理教学使用的横波演示器是机械式的。它主要通过摇柄带动16个同轴的偏心轮转动，分别使靠在偏心轮上的16根水平杆上下振动，因分布在面板上的各杆端点振动的相位不同，所以可以模拟横波的形成和传播过程。整个装置安装在一个木箱内，其体积较大，且演示时，必须由教师手摇操作。
本实用新型的目的是提供一种直观性好、体积小、便于悬挂、使用方便、能自动显示横波形成和传播过程的电子式演示实验装置。
本实用新型由以发光二极管为质点位置指示元件的面板及控制这些发光二极管以不同相位顺次发光的电子线路组成。演示的波形图由分布在面板上的以不同相位作简谐振动的多个质点组成。在它的显示面板上分布着若干组发光二极管，分别代表弹性媒质中的若干个质点，每组的五个发光二极管表示每个质点在振动过程中的五个位置。当一组的五个发光二极管顺次循环点亮时，表示一个质点的振动过程。因各组发光二极管点亮的相位不同，某一瞬时，这若干个质点所处位置的发光二极管同时点亮，即可以表示该时刻的波形图。控制面板上各组发光二极管以不同相位顺次发光的电子线路其主要单元为多谐振荡器、计数和脉冲分配器、模拟开关。由多谐振荡器产生的矩形波作为计数和脉冲分配器的时钟脉冲。计数和脉冲分配器接在多谐振荡器与发光二极管显示板之间，它有多个输出端，由这些输出端上按时序输出的脉冲经电流放大后，使显示板中的各发光二极管顺次发光。只要改变多谐振荡器的振荡周期，便能改变横波的周期。为了演示波的形成过程，电路中设置了模拟开关，各开关的控制端受计数和脉冲分配器同一个输出端的控制。在刚通电时，各模拟开关均断开当振动传递到面板上最右端的质点时，由计数和脉冲分配器的输出信号使模拟开关闭合，面板上的所有发光二极管都接入电路，演示整个媒质中的各质点都已开始振动。为了适应教师讲课的需要，设置了手动按钮，它可以使波形图逐幅变化。
本实用新型中，面板上的发光二极管采用高亮度的，整个演示仪器制成厚度小于5cm的板状装置。在使用时，可挂于黑板上，既直观醒目，又便于携带。在电路上增加一些控制单元，还能制成遥控型。它的使用功能除作横波演示外，还可以演示单个质点的简谐振动过程；数学教学时，可以演示各种正弦型曲线。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细的叙述。
图1是显示面板上发光二极管的分布位置和编号示意图。
图2是主控制电路原理图。
图3是二极管矩阵和显示面板上的发光二极管电路原理图。
图1是显示面板上发光二极管的分布位置和编号示意图。面板上的50个发光二极管分成10组，每组5个，分别代表弹性媒质中的十个(1～10)质点和每个质点在振动过程中的五个位置(a、b、c、d、e)。第1组的五个发光二极管编号分别为1a、1b、1c、1d、1e；第二组的五个发光二极管编号分别为2a、2b、2c、2d、2e……、第十组的五个发光二极管编号分别为10a、10b、10c、10d、10e。每组五个发光二极管按
顺次循环发光，表示一个质点的振动过程。因各组发光二极管点亮的相位不同，某一瞬时，这十个质点所处位置的发光二极管同时点亮，即可以表示该时刻的波形图。
图2是主控制电路原理图。其中IC1为时基电路NE555，它与R1、R2、RP、C组成典型的自激多谐振荡器。振荡产生的矩形波经三极管VT1反相后，作为计数器IC2的时钟脉冲。IC2是常用的CMOS数字集成电路“十进制计数／脉冲分配器”CD4017。它的主要功能是将输入的脉冲按时序分配在其10个(Y0～Y9)输出端上，且每一瞬时总是只有一个输出端为高电平，其余9个均为低电平。本电路将其接成8进制计数器，时钟脉冲由14脚(CP端)输入。C3、R6组成通电清零电路，以保证在每次刚接通电源时，总是只有3脚(Y0)为高电平。此时三极管VT2导通，Q0＝“1”。第一个脉冲输入，IC2的2脚(Y1)变为高电平，VT3导通，Q1＝“1”；第二个脉冲输入，IC2的4脚(Y2)变为高电平，VT4导通，Q2＝“1”；第3～7个脉冲输入时，分别使Q3～Q7依次变为高电平。当第8个脉冲输入时，IC2的9脚(Y8)变为高电平，经二极管VD1加至IC2的15脚(Cr端)，IC2清零，又回复到只有3脚(Y0)为高电平，即只有Q0＝“1”。综上所述，由IC1输出的矩形脉冲，经IC2处理后，使Q0～Q7依次变为高电平，其循环顺序为
图3电路中由80个二极管组成开关矩阵。Q0～Q7及“地”接至图2中对应的点。图3中的10组(1，2，3，……，10)、每组五个(a、b、c、d、e)发光二极管便是
图1中分布在面板上的50个发光二极管。Q0～Q7输出的高电平信号经二极管矩阵选择后，分别点亮这些发光二极管，即可演示横波的形成和传播过程。下面结合
图1和图3加以说明。当Q0＝“1”时，能使发光二极管1c、2b、3e、4d、5c、6b、7a、8b、9c、10d同时发光；当Q1＝“1”时，能使1b、2c、3d、4e、5d、6c、7b、8a、9b、10c同时发光；……。各发光二极管点亮的顺序如下表。
为了演示横波的形成过程，控制电路中采用了两块“四双向模拟开关”CD4066(图2中的IC3、IC4)。在刚通电时，因IC2的9脚(Y8)为低电平，所以三极管VT10截止，继电器KR处于释放状态，IC3，IC4中的8个双向模拟开关均处于断开状态。此时，Q0＝“1”，只能驱动发光二极管1c亮；Q1＝“1”，只能驱动1b、2c同时亮；Q2＝“1”，只能驱动1a、2b、3c同时亮；……；Q7＝“1”，只能驱动1d、2e、3d、4c、5b、6a、7b、8c同时亮。这样，便能演示横波的形成过程。当IC2的9脚为高电平时，经二极管VD2使三极管VT10导通，继电器KR吸合，它的一个常开触点kr－1闭合，维持VT10导通。同时，另一个常开触点kr－2闭合，使IC3、IC4中8个模拟开关的控制端(5、6、12、13脚)均加上高电平信号，各模拟开关(图3中IC3a～IC3d、IC4a～IC4d)均“闭合”。此后，Q0～Q7中无论哪个为高电平，每组发光二极管中必有一个会点亮，即表示媒质中的各质点都已产生振动。前面表中以加“○”的表示形成过程中能点亮的发光二极管。
图2中的S是“自动”和“手动”控制转换开关。S闭合时，IC1输出的矩形脉冲使IC2输出端的状态自动循环变化；S断开后，通过轻触按钮AN可进行手动控制，每按一下AN，便有一个正脉冲输入IC2的14脚，从而改变一次其输出端的状态，使波形逐幅变化。
因为IC1组成的振荡电路的周期T＝0.693(R1＋2RP＋2R2)·C1，通过调节电位器RP，便能改变多谐振荡器的振荡周期，从而改变Q0～Q7的循环周期，即可以使演示横波的周期产生变化。
权利要求1.一种用于物理教学中显示横波形成与传播过程的演示实验装置，它有一块面板，演示的波形图由分布在面板上的以不同相位作简谐振动的多个质点组成，本实用新型的特征在于面板上的每个振动质点由一组循环发光的发光二极管组成；控制面板上各组发光二极管以不同相位顺次发光的电子线路包括产生矩形脉冲的多谐振荡器；接在多谐振荡器与发光二极管显示板之间的计数和脉冲分配器，由计数和脉冲分配器各个输出端上输出的脉冲顺次点亮分布在显示面板上的各发光二极管；以及受计数和脉冲分配器输出端控制的模拟开关，当振动传递到显示板最右端后，计数和脉冲分配器的输出信号使接在发光二极管显示板电路中的模拟开关闭合，从而使面板上的所有发光二极管都接入电路。
专利摘要本实用新型属于一种用于物理教学中显示横波形成与传播过程的演示实验装置，其面板上的每个振动质点由一组循环发光的发光二极管组成，控制各组发光二极管以不同相位顺次发光的电路包括产生矩形脉冲的多谐振荡器；接在多谐振荡器与发光二极管面板之间的计数和脉冲分配器，它由各输出端上输出的脉冲依次点亮面板上的各发光管；以及受计数和脉冲分配器输出端控制的模拟开关。它显示的波形图能自动变化，也可手控其逐幅变化。它可制成板状装置，既直观醒目，又便于悬挂和携带。
文档编号G09B23/08GK2174756SQ9322043
公开日1994年8月17日 申请日期1993年7月28日 优先权日1993年7月28日
发明者荣俊昌 申请人:荣俊昌