专利名称：电流模拟演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种教具，尤指电流模拟演示仪。电流是电路中一个非常重要的慨念，传统的教学方法中教师只能通过抽像的描述并借助于诸如水流等形象的比喻讲解电流这一慨念，学生在学习过程中无法直接观察到电路中的电流，不利于掌握这一慨念。在1994年第8期《无线电》杂志中公开了一种“直流电流方向演示仪”，它利用发光二极管序列产生醒目的方向性流动感，非常直观地表现出导线中的电流及其方向，有利于学生形象直观地理解电流的慨念。但该演示仪的不足之处在于其电路结构复杂，制作成本高，不适于在中小学中广泛应用。
本实用新型的目的在于提供一种电流模拟演示仪，不仅能形象直观地演示电路中的电流，而且成本低，易于制造。
本实用新型所采用的技术方案是，该演示仪由演示板、三组发光二极管、控制电路及其电源组成，其中演示板表面上由所述的三组发光二极管相互间隔地排列构成虚拟导线。所述控制电路主要包括有主电源和具有三个输出端的时序电路，其中主电源的负极与时序电路的负极相连接，主电源的正极通过总开关与时序电路的正极相连接，所述的三组发光二极管中，第一组发光二极管连接于时序电路的第一个输出端上，第二组发光二极管及第三组发光二极管通过双联换向开关连接于时序电路的第二个输出端及第三个输出端上，所述的双联换向开关与上述转盘联动。该虚拟导线中可以串联有外电源，它利用一转盘安装在演示板上，所述转盘上设有二个触头，该两触头相对于转盘的转动中心对称，该两触头分别与外电源的两极相连，同时，在演示板上相应的位置处设有两个与触点。上述时序电路可以借鉴现有技术中的各种时序电路。所述虚拟导线中可以串联有作为负载的灯泡、总开关等。所述的外电源可以是电池或导体材料。
本实用新型的优点在于结构简单、成本低、相关技术成熟、工作稳定可靠，可以形象而直观地表现电路中的电流状态，非常适合于中小学的教学。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1本实用新型的外形结构图。
图2本实用新型一种实施方案的电路案图。
图3本实用新型另一种实施方案的电路案图。
实施例一本实施例所述的电流模拟演示仪由演示板1、三组发光二极管LED1、2、3和控制电路及其主电源E1组成，其外观结构如
图1所示，其中演示板1为一矩形板，其正面画有一矩形框作为虚拟的闭合导线，所述的三组发光二极管相互间隔地沿该虚拟导线排列，本例所述的电流模拟演示仪中虚拟导线中还串联有作为负载的灯泡L、总开关K1和外电源E2。本例中所用的外电源E2为一电池，它利用一转盘2安装在演示板1上，转盘2上设有二个触头，该两触头相对于转盘2的转动中心对称，该两触头分别与外电源E2的两极相连，同时，在演示板上相应的位置处设有两个与触点，从而形成开关K2和开关K3。本例中控制电路除包括上述灯泡L、总开关K1、外电源E2及三组发光二极管LED1、2、3外，还包括主电源E1和具有三个输出端的时序电路3等，该控制电路的结构如图2所示，其中主电源E1的负极与时序电路3的负极相连接，主电源E1的正极通过总开关K1和灯泡L与一可变电阻RW的一端相连接，且上述开关K2、K3串联在总开关K1旁。上述可变电阻的另一端与时序电路3的正极相连接，该时序电路3具有三个输出端O1、O2、O3，所述的三组发光二极管的阳极均连接在灯泡L与可变电阻RW之间的结点上，其中第一组发光二极管LED11-N的阴极连接于时序电路的第一个输出端O1上，第二组发光二极管LED21-N，及第三组发光二极管LED31-N的阴极通过双联换向开关K4连接于时序电路的第二个输出端O2及第三个输出端O3上，所述的双联换向开关K4与上述转盘2联动。
本例所述的演示仪的工作过程是在灯泡L、外电源E2正向连接于电路中的初始状态下，接通主K1开关，灯泡L即被点亮，同时时序电路3开始工作，其三个输出端按一定的频率轮流导通，相应地三组发光二极管轮流发光，从而在演示板1上形成具有方向性流动感的指示信号，可以清楚形象地表示当时的电流方向。旋转外电源时，外电源相对于发光二极管序列发生错位，同时，转盘上的触头与演示板上的触点脱离，即图2中开关K2、K3断开，控制电路停止工作，所有发光二极管均不亮。如果将外电源旋转至180度时，所述的触头与触点之间再次接通，即电路中的开关K2、K3接通，控制电路重新开始工作，这时由于所述的双联换向开关K4与转盘2联动而实现切换动作，将第二组发光二极管LED2连接到时序电路3的第三输出端O3上，第三组发光二极管LED3连接到时序电路3的第二输出端O2上，虽然此时时序电路的工作状态没有改变，但由于时序电路的输出端O2、O3上的负载已经过切换，所以各组发光二极管的发光顺序与前述的初始状态下相反，在演示板1上表现为电流方向根据电源方向而改变。如果拆下灯泡L，会导致虚拟电路和控制电路同时断路，所有的发光二极管均会停止发光，这就形象地表示出负载在电路中的作用。
本实施例中所采用的时序电路3结构参见图2，其中电阻R1的一端作为本时序电路的正极，它与上述可变电阻RW连接，电阻R1的另一端通过电容C1与本时序电路的负极即上述电源E1的负极连接，稳压二极管VD1的阴极连接在上述电阻R1与电容C1之间的结点上，该稳压二极管VD1的阳极与一信号放大电路的输入端连接，此处所采用的放大电路是由三极管VT1和VT4组成的典型双三极管放大器，该放大电路的输出端即为本时序电中的第一输出端O1；电阻R2的一端连接本时序电路的正极，另一端通过电容C2与本时序电路的负极连接，稳压二极管VD2的阴极连接在上述电阻R2与电容C2之间的结点上，该稳压二极管VD2的阳极与一信号放大电路的输入端连接，此处所采用的放大电路是由三极管VT2和VT5组成的典型双三极管放大器，该放大电路的输出端即为本时序电中的第二输出端O2；电阻R3的一端连接本时序电路的正极，另一端通过电容C3与本时序电路的负极连接，稳压二极管VD3的阴极连接在上述电阻R3与电容C3之间的结点上，该稳压二极管VD3的阳极与一信号放大电路的输入端连接，此处所采用的放大电路是由三极管VT3和VT6组成的典型双三极管放大器，该放大电路的输出端即为本时序电中的第三输出端O3；且在上述电路中，电阻R2与电容C2之间的结点通过二极管VD4与第一输出端O1连接；电阻R3与电容C3之间的结点通过二极管VD5与第二输出端O2连接；电阻R1与电容C1之间的结点通过二极管VD6与第三输出端O3连接。
本时序电路的工作过程是主开关K1接通后，电容器C1开始充电，当其两端电压阈值时即会使三极管VT1和三极管VT2导通，于是连接在输出端O1上的第一组发光二极管LED1发光，二极管VD4起嵌位作用，使电容器C2两端的电压不可能达到阈值，三极管VT2和三极管VT5均保持载止，输出端O1导通后，电容器C3开始充电，当其两端电压阈值时即会使三极管VT3和三极管VT6导通，于是连接在输出端O3上的第一组发光二极管LED3发光，且由于VT6导通，二极管VD6对电容器C1起到嵌位作用，使电容器C1两端的电压降低，三极管VT1和三极管VT4载止，三极管VT4载止后二极管VD4失去嵌位作用，电容器C2开始充电，依次循环下去，本时序电路3的三个输出端即可以轮流导通，使相应的发光二极管组轮流发光。
实施例二本例所述电流方向演示仪的外形结构与实施例一相同，其控制电路如图3所示，它与实施例一的区别在于1、本例所采用的外电源E2为一连接在两触头之间的导体。2、本例所采用的放大电路包括由三极管VT1及三极管VT4构成的双三极管放大器和三极管VT7，其中双三极管放大器的输出端通过电阻R4与灯灯泡连接，该双三极管放大器的接地端与三极管VT7的基极连接，该三极管的发射极作为时序信号的输出端，此电路结构可以保证三极管VT7充分导通，有效地提高发光二极管LED的亮度。3、灯泡L与一电阻R7串联，且灯泡L与电阻R7的结点与一三极管VT10的基极连接，三极管VT10的发射极与电阻R7的另一端连接，该三极管VT10的集电极上接有稳压二极管VD7，灯泡L有效地连接于电路中时，三极管VT10导通，整个控制电路可以正常工作，当灯泡L被拆下后，三极管VT10截止，控制电路不能正常工作。本例所述的方案更加适用于功率效案大的电路结构，可以实现高亮度演示。
权利要求1.一种电流模拟演示仪，包括演示板(1)及控制电路，其中演示板(1)上设有用多个发光二极管构成(LED)的虚拟电路，其特征在于本电流模拟演示仪包括共三组发光二极管(LED1、2、3)，该三组发光二极管(LED1、2、3)相互间隔地排列构成虚拟电路；所述控制电路包括有主电源(E1)和具有三个输出端(O1、O2、O3)的时序电路(3)，其中主电源(E1)的负极与时序电路(3)的负极相连接，主电源(E1)的正极通过总开关(K1)与时序电路(3)的正极相连接，所述的三组发光二极管(LED1、2、3)中，第一组发光二极管(LED1)连接于时序电路(3)的第一个输出端(O1)上，第二组发光二极管(LED2)及第三组发光二极管(LED3)通过双联换向开关(K4)连接于时序电路(3)的第二个输出端(O2)及第三个输出端(O3)上，所述的双联换向开关(K4)与上述转盘(2)联动。
2.如权利要求1所述的电流模拟演示仪，其特征在于所述的虚拟导线中串联有外电源(E2)，该外电流(E2)利用转盘(2)安装于演示板(1)上，且所述的双联换向开关(K4)与上述转盘(2)联动。
3.如权利要求1所述的电流模拟演示仪，其特征在于所述的虚拟导线中串联有负载(L)。
4.如权利要求1所述的电流模拟演示仪，其特征在于所述的虚拟导线中串联有总开关(K1)。
5.如权利要求1所述的电流模拟演示仪，其特征在于所述的时序电路的结构是电阻(R1)的一端作为本时序电路的正极，它与上述可变电阻(RW)连接，电阻(R1)的另一端通过电容(C1)与本时序电路的负极即上述电源(E1)的负极连接，稳压二极管(VD1)的阴极连接在上述电阻(R1)与电容(C1)之间的结点上，该稳压二极管(VD1)的阳极与一信号放大电路的输入端连接，此处所采用的放大电路是由三极管(VT1)和(VT4)组成的典型双三极管放大器，该放大电路的输出端即为本时序电中的第一输出端(O1)；电阻(R2)的一端连接本时序电路的正极，另一端通过电容(C2)与本时序电路的负极连接，稳压二极管(VD2)的阴极连接在上述电阻(R2)与电容(C2)之间的结点上，该稳压二极管(VD2)的阳极与一信号放大电路的输入端连接，此处所采用的放大电路是由三极管(VT2)和(VT5)组成的典型双三极管放大器，该放大电路的输出端即为本时序电中的第二输出端(O2)；电阻(R3)的一端连接本时序电路的正极，另一端通过电容(C3)与本时序电路的负极连接，稳压二极管(VD3)的阴极连接在上述电阻(R3)与电容(C3)之间的结点上，该稳压二极管(VD3)的阳极与一信号放大电路的输入端连接，此处所采用的放大电路是由三极管(VT3)和(VT6)组成的典型双三极管放大器，该放大电路的输出端即为本时序电中的第三输出端(O3)；且在上述电路中，电阻(R2)与电容(C2)之间的结点通过二极管(VD4)与第一输出端(O1)连接；电阻(R3)与电容(C3)之间的结点通过二极管(VD5)与第二输出端(O2)连接；电阻(R1)与电容(C1)之间的结点通过二极管(VD6)与第三输出端(O3)连接。
6.如权利要求5所述的电流模拟演示仪，其特征在于所述的灯泡(L)与一电阻(R7)串联，且灯泡(L)与电阻(R7)的结点与一三极管(VT10)的基极连接，三极管(VT10)的发射极与电阻(R7)的另一端连接，该三极管(VT10)的集电极上接有稳压二极管(VD7)。
专利摘要本实用新型为一种电流模拟演示仪，由演示板、三组发光二极管、控制电路及其电源组成，其中演示板表面上由所述的三组发光二极管相互间隔地排列构成虚拟导线，所述控制电路包括一三输出时序电路，其中主电源与时序电路相连接，所述的三组发光二极管中，第一组发光二极管连接于时序电路的第一个输出端上，另二组发光二极管通过双联换向开关连接于时序电路的另二个输出端上。其优点在于结构简单、相关技术成熟、工作稳定可靠，非常适合于中小学的教学。
文档编号G09B23/18GK2251765SQ9522538
公开日1997年4月9日 申请日期1995年11月16日 优先权日1995年11月16日
发明者杜海全 申请人:杜海全