一种斯密特触发器多功能教学演示仪的制作方法
【专利摘要】一种斯密特触发器多功能教学演示仪，包括电阻分压电路、斯密特触发器和自动化控制终端组成，其特征在于：所述的电阻分压电路与斯密特触发器并联后与自动化控制终端联接，改变电阻分压电路中的热敏电阻、光敏电阻和可调电阻的电阻值，给自动化控制终端输入不同的电压并通过响铃、灯具、蜂鸣器演示出电阻分压的原理、传感器元件特性、非门电路特性、模数信号的转换、自动化控制、电路灵敏度的教具。本发明，电路设计合理，控制简单，用具体的实验电路帮助学生进行课本相关知识点的理解，科学性强，过程生动有趣，可以大大激发学生的学习热情。
【专利说明】一种斯密特触发器多功能教学演示仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种教学演示仪，特别是一种斯密特触发器多功能教学演示仪。
【背景技术】
[0002]斯密特与非门又称斯密特触发器。该器件既可以像普通“与非”门那样工作，也可以结成斯密特触发器来使用。在数码显示电路中将用它作脉冲整形电路。斯密特触发器电路的工作条件有阈值电压VT+和VT-，当输入信号超过上限阈值VT+时，电路翻转，当输入电平回到VT+时，电路并不重新翻回，而必须在输入电平继续下降到低于VT+的另一个阈值VT-时，电路才能翻回到原来的初始状态。
[0003]斯密特触发器是高中物理学中一个重要的元器件，为了能够让学生在学习中，更加直观的理解斯密特触发器的原理，一般老师会根据实际情况制作一个或者两个相关教学用具来给大家做演示，但是一般的单一电路演示效果不是很明显，且成本较高，因为制作一个具有多种演示功能的斯密特触发器演示教具，对于老师的教课和学生的理解具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]针对现有斯密特触发器演示教具中的不足，本发明的目的在于提供一种斯密特触发器多功能教学演示仪，是通过调整电阻分压电路中电阻来改变斯密特触发器的触发频率，使自动化控制终端通过数显电压表直接读出电压值，可以达到给学生演示电阻分压的原理、传感器元件特性、非门电路的特性、模数信号的转换、自动化控制和电路灵敏度的直观效果。
[0005]本发明采用如下技术方案:一种斯密特触发器多功能教学演示仪，包括电阻分压电路、斯密特触发器和自动化控制终端组成，电阻分压电路由一个可调电阻R2、光敏电阻
&、热敏电阻Rt、干簧管Rb和控制开关h和Ic1、k2、k3组成，自动化控制终端由数显电压表、响铃、灯具、蜂鸣器和控制开关h、k2、k3组成组成，其特征在于:所述的电阻分压电路与斯密特触发器并联后与自动化控制终端联接，改变电阻分压电路中的热敏电阻、光敏电阻和可调电阻的电阻值，给自动化控制终端输入不同的电压并通过响铃、灯具、蜂鸣器演示出电阻分压的原理、传感器元件特性、非门电路特性、模数信号的转换、自动化控制、电路灵敏度的教具。
[0006]所述的电阻分压原理的演示:闭合Iitl和k，数字电压表1显示的是电源正极的总电压U，数字电压表2显示的是分压点A的电压Ua，也即可调电阻R2两端的电压，若设总电压为U，由比例关系可得A点电势的表达式为
A = Ua =RiH U, R1 = R2可使A点的电势正好等于总电压的一半；减小R1或增大R2,可Ψ'"
使A的电势升高，验证出“串联电路中电压与电阻阻值成正比”原理。
[0007]所述的传感器元件特性演示:闭合1^和1^，即相当于用光敏电阻&替代了演示I中的R2,此时A点电势完全只有光敏电阻&的值来决定，对光敏电阻&进行遮挡，会发现数字电压表2的示数在变化，遮挡得越多，数字电压表2的示数就越大，说明此时A点的电势是在增大，&的阻值随光照强度的减小而增大；闭合k2和k，即相当于用热敏电阻Rt替代了演示I中的R2A1可设定为不变，此时A点电势完全只有热敏电阻Rt的值来决定，用打火机火焰对热敏电阻Rt进行烘烤，会发现数字电压表2的示数在变化，烘烤的时间越长，Rt的温度越高，数字电压表2的示数就越大，此时A点的电势是在增大Rt的阻值随温度的升高而增大；闭合k3和k，即相当于用干簧管Rb替代了演示I中的R2，此干簧管为常闭型，故未加磁场时，A点通过此开关接地，电势为零，Y点高电势，当有磁场靠近时，开关打开，A点电势升高，Y点电势降低，验证传感器元件特性。
[0008]所述的非门电路特性演示，是调整电阻分压电路的输出电压接到斯密特触发器的非门电路的输入端:输入一个高于3.2V高电压,非门电路输出端得到一个0.0V低电压；输入一个低于2.4V的低电压,非门电路输出端得到一个6.0V高电压,显不出非门电路输入输出端电压高低相反的特性。 [0009]所述的模数信号的转换演示，是模数信号只有两个状态，即“高”和“低”，用数字来体现即表述为“I”和“0”，非门电路输入端的电压连续可调，一个高电压6.0V，一个是低电压0V，代表高的“ I ”和代表低的“O”这两个数字化的电信号。
[0010]所述的自动化控制技术演示:是闭合不同的k ^k1、kjPk3，使LED灯、报警器和
扬声器工作，实现自动控制演示。
[0011]本发明的有益效果是:该电路设计合理，控制简单，用具体的实验电路帮助学生进行课本相关知识点的理解，科学性强，过程生动有趣，可以大大激发学生的学习热情。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的斯密特触发器多功能教学演示仪电路原理图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0014]由图1知，一种斯密特触发器多功能教学演示仪，包括电阻分压电路、斯密特触发器和自动化控制终端组成，电阻分压电路由一个可调电阻R2、光敏电阻&、热敏电阻Rt、干簧管Rb和控制开关Ict^Pk1、k2、k3组成，自动化控制终端由数显电压表、响铃、灯具、蜂鸣器和控制开关Ic1、k2、k3组成，所述的电阻分压电路与斯密特触发器并联后与自动化控制终端联接，改变电阻分压电路中的热敏电阻、光敏电阻和可调电阻的电阻值，给自动化控制终端输入不同的电压并通过响铃、灯具、蜂鸣器演示出电阻分压的原理、传感器元件特性、非门电路特性、模数信号的转换、自动化控制、电路灵敏度的教具。
[0015]实施例1:
电阻分压原理的演示:先复原(即所有开关均关闭，以下“先复原”均为该意思)，闭合h和k，此时可以看到数字电压表1显示的是电源正极的总电压U (新电池约为6.0V，使用后会略有下降)，数字电压表2显示的是分压点A的电压UA，也即可电阻R2两端的电压，若设
总电压为U，由比例关系可得A点电势的表达式为A = Ua =r1|2r; U，此时可向学生提问:
Ψ(O如何设定R1、R2的阻值，可使A点的电势正好等于总电压的一半？答:只要R1 = R2即可，数值任取。(2)如何调节％、R2的阻值可使A的电势升高？答:减小R1或增大R2。
[0016]实施例2:
传感器元件特性演示:闭合h和k，即相当于用光敏电阻&替代了演示I中的R2, R1可设定为5ΚΩ，此时A点电势完全只有光敏电阻&的值来决定，用手对光敏电阻&进行遮挡，会发现数字电压表2的示数在变化，遮挡得越多，数字电压表2的示数就越大，说明此时A点的电势是在增大，原因是光敏电阻&的阻值在增大，此时可以向学生提问:该光敏电阻&有何特性？答:?的阻值随光照强度的减小而增大。然后作反方向演示；(2)先复原，闭合1^2和1^，即相当于用热敏电阻Rt替代了演示I中的R2, R1可设定为1ΚΩ不变，此时A点电势完全只有热敏电阻Rt的值来决定，用打火机火焰对热敏电阻Rt进行烘烤，会发现数字电压表2的示数在变化，烘烤的时间越长，Rt的温度越高，数字电压表2的示数就越大，说明此时A点的电势是在增大，原因是热敏电阻Rt的阻值在增大，此时可以向学生提问:该热敏电阻Rt有何特性？答:Rt的阻值随温度的升高而增大。再作反方向演示。(3)先复原，闭合k3和k，即相当于用干簧管Rb替代了演示I中的R2，此干簧管为常闭型，故未加磁场时，A点通过此开关接地，电势为零，Y点高电势，当有磁场靠近时，开关打开，A点电势升高，Y点电势降低。
[0017]实施例3:
非门电路特性的演示:非门是一种基本数字逻辑门电路，其有输入输出两个端口，非门电路的特征在于输出端的电势高低正好与输入端电势的高低相反，即输入端加一个高电压(逻辑符号为1)，输出端就会出现低电压(逻辑符号为0)，反之，输入端加一个低电压(逻辑符号为O),输出端就会出现高电压(逻辑符号为I)。该74LS14集成模块内部一共含有6个完全相同的非门电路，本实验使用其中一个作演示，输入输出端分别记作X和Y。演示时先复原，闭合1?和K，将R1的阻值设`定为Ik Ω，将R2的阻值设为O Ω，现逐渐增大R2的值，很显然电压表2的示数会逐渐增大，此时同步注意观察电压表3示数的变化，发现当X输入端电压较低时(低于3.0V)，输出端Y —直输出的是一个高电压(6.0V)，当X输入端电压较高时(高于3.0V),输出端Y —直输出的是一个低电压(0.0V),体现了非门电路的特性。再作反方向演示。
[0018]具体实施例4:
模数信号特征的演示:X输入端的电压是连续可变的，这是模拟信号的特点，而Y输出端的信号是跳跃式变化的，或者说是突变的，只有两个值，非高即低，这是数字信号的特点。模拟信号传输不稳定，易受干扰，已逐步淘汰；而数字信号稳定，不易受干扰，正作全面的推广。
[0019]实施例5:
自动化控制技术演示:(I)模拟自动开关路灯，先复原，闭合k、Ic1和k2，将R1设定为5kQ，此时光敏电阻在正常的办公光照条件下，阻值较小，A点的电势较低，对于密特触发器而言，由于X端输入的是低电压，则Y端输出的是高电压，BY之间没有电势差，LED灯不能工作，当用手挡住光敏电阻时，其阻值迅速上升，使得A点的电势上升，当电势上升到非门电路的触发电压时(约为2.4V)，Y端的电势会发生翻转，由高电势突降为低电势(约为1.2V)，这样LED灯的两端就会形成一个电势差，LED灯被点亮；当把手拿开，光敏电阻恢复光照，其阻值会突然下降，导致A点的电势降低，当低于非门电路的触发电压时(约为1.8V)，Y端的电势会发生翻转，由低电势突升为高电势(约为6.0V)，这样LED灯的两端电势相等，LED灯自动熄灭。(2)模拟火灾报警电路，先复原，闭合匕和1^，将R1设定为IkQ，此时热敏电阻在常温条件下，阻值较小，A点的电势较低，对于密特触发器的而言，由于X端输入的是低电压，则Y端输出的是高电压，BY之间没有电势差，报警器不能工作，当用打火机对热敏电阻加热时，其阻值迅速上升，使得A点的电势上升，当电势上升到非门电路的触发电压时(约为2.4V)，Y端的电势会发生翻转，由高电势突降为低电势(约为1.2V)，这样报警器的两端就会形成一个电势差，报警器发光发声开始报警；当把打火机拿开，热敏电阻温度下降，其阻值随即下降，导致A点的电势降低，当低于非门电路的触发电压时(约为1.8V)，Y端的电势会发生翻转，由低电势突升为高电势(约为6.0V)，此时报警器两端的电势相等，报警器停止报警。(3)先复原，闭合k3和k,将R1设定为5kΩ ,将磁铁靠近干簧管,扬声器会发声,拿开磁铁，扬声器停止发声。
[0020] 实施例6:
控制灵敏度调整演示:不同的用户对触发器的工作条件的要求是不一样的，此时R1电阻就可以起到触发灵敏度调节控制的作用。对自动路灯控制系统，减小R1，可以提高灵敏度，即当光照度还不够小时，路灯就可以被点亮；反之，增大R1，就降低灵敏度，即必须当光照度很小时，路灯才可以 被点亮。同理，热敏电路也具备这一功能。
【权利要求】
1.一种斯密特触发器多功能教学演示仪，包括电阻分压电路、斯密特触发器和自动化控制终端组成，电阻分压电路由一个可调电阻R2、光敏电阻&、热敏电阻Rt、干簧管Rb和控制开关、k2、k3组成，自动化控制终端由数显电压表、响铃、灯具、蜂鸣器和控制开关Ic1、k2、k3组成组成，其特征在于:所述的电阻分压电路与斯密特触发器并联后与自动化控制终端联接，改变电阻分压电路中的热敏电阻、光敏电阻和可调电阻的电阻值，给自动化控制终端输入不同的电压并通过响铃、灯具、蜂鸣器演示出电阻分压的原理、传感器元件特性、非门电路特性、模数信号的转换、自动化控制、电路灵敏度的教具。
2.根据权利要求1所述的斯密特触发器多功能教学演示仪，其特征在于:所述的电阻分压原理的演示:闭合1?和k，数字电压表1显示的是电源正极的总电压U，数字电压表2显示的是分压点A的电压Ua，也即可调电阻R2两端的电压，若设总电压为U，由比例关系可得A点电势的表达式为
3.根据权利要求1所述的斯密特触发器多功能教学演示仪，其特征在于:所述的传感器元件特性演示:闭合h和k，即相当于用光敏电阻&替代了演示I中的R2，此时A点电势完全只有光敏电阻&的值来决定，对光敏电阻&进行遮挡，会发现数字电压表2的示数在变化，遮挡得越多，数字电压表2的示数就越大，说明此时A点的电势是在增大，&的阻值随光照强度的减小而增大；闭合k2和k，即相当于用热敏电阻Rt替代了演示I中的R2A1可设定为不变，此时A点电势完全只有热敏电阻Rt的值来决定，用打火机火焰对热敏电阻Rt进行烘烤，会发现数字电压表2的示数在变化，烘烤的时间越长，Rt的温度越高，数字电压表2的示数就越大，此时A点的 电势是在增大Rt的阻值随温度的升高而增大；闭合匕和k，即相当于用干簧管Rb替代了演示I中的R2，此干簧管为常闭型，故未加磁场时，A点通过此开关接地，电势为零，Y点高电势，当有磁场靠近时，开关打开，A点电势升高，Y点电势降低，验证传感器元件特性。
4.根据权利要求1所述的斯密特触发器多功能教学演示仪，其特征在于:所述的非门电路特性演示，是调整电阻分压电路的输出电压接到斯密特触发器的非门电路的输入端:输入一个高于3.2V高电压,非门电路输出端得到一个0.0V低电压；输入一个低于2.4V的低电压，非门电路输出端得到一个6.0V高电压，显示出非门电路输入输出端电压高低相反的特性。
5.根据权利要求1所述的斯密特触发器多功能教学演示仪，其特征在于:所述的模数信号的转换演示，是模数信号只有两个状态，即“高”和“低”，用数字来体现即表述为“ I”和“0”，非门电路输入端的电压连续可调，一个高电压6.0V，一个是低电压0V，代表高的“I”和代表低的“ O ”这两个数字化的电信号。
6.根据权利要求1所述的斯密特触发器多功能教学演示仪，其特征在于:所述的自动化控制技术演示:是闭合不同的k’、k、lq、!^和匕，使LED灯、报警器和扬声器工作，实现自动控制演示。
【文档编号】G09B23/18GK103646593SQ201310732123
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】丁洪良 申请人:丁洪良