属于教学仪器演示领域。
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,如果能研制一种多功能的导电演示仪而且演示仪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。
技术实现要素:
为了让教学仪器普及到每所学校,丰富教学仪器的种类,本发明的措施是研制分立式导电率宏观显示教学演示仪,其目的一是让学生从一种感性的角度,了解导电率的情况,理解导体,电阻,绝缘体物体的概念与意义,进而理解理解欧姆定律的意义,因而让学生打下基础。二是该仪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。三是成本低廉,可以成为一种在广大学校普及的仪器。
本发明所采用的措施是:
1、分立式导电率宏观显示教学演示仪由测试棒、测试夹、演示仪接插孔、分立式电子电路共同组成。
测试棒由导体构成,外表包有绝缘物;测试夹由鳄鱼夹子构成。
测试仪接插孔有两个插孔组成,其中一个连接在电子线路的输入端上,另一个连接地线上。
分立式电子线路由前置级、分压级、互锁放大级、语音级、显放推动级、显示级、清零级组成。
前置级由灵敏限制电阻、灵敏可调电阻、前置管、测试电压指示保护电阻、测试电压指示发光管组成:灵敏可调电阻与灵敏限制电阻串联,一端连接在测试仪的一个接插孔上,另一端连接在前置管的基极上,前置管的发射极接电源,前置管的集电极即是前置级的输出,测试电压指示保护电阻与测试电压指示发光管的串联而成的测试电压指示支路的一端接前置级的输出,测试电压指示支路的另一端接地线。
分压级由分压上偏电阻一、分压上偏电阻二、分压下偏电阻组成:分压上偏电阻一的一端接前置级的输出,另一端为两路,一路接互锁放大级中互锁放大单元二的互锁电阻二的一端,另一路接分压上偏电阻二的一端,分压上偏电阻二的另一端为两路,一路接互锁放大级中互锁放大单元三的互锁电阻三的一端,另一路接分压下偏电阻到地线。
互锁放大级由互锁放大单元一、互锁放大单元二、互锁放大单元三组成。
互锁放大单元一由互锁电阻一、放大N管一、交连电阻一、放大P管一、互锁二极管一、互锁二极管二组成:互锁电阻一接在前置级的输出与放大N管一的基极之间,放大N管一的集电极与放大P管一的基极之间接交连电阻一,放大N管一的发射极接地线,放大P管一的发射极接电源,放大P管一的集电极即是互锁放大单元一的输出,互锁二极管一与互锁二极管二的正极接放大N管一的基极,互锁二极管一的负极接互锁放大单元二中放大N管二的集电极,互锁二极管二的负极接互锁放大单元三中放大N管三的集电极。
互锁放大单元二由互锁电阻二、放大N管二、交连电阻二、放大P管二、互锁二极管三组成:互锁电阻二的另一端接放大N管二的基极,放大N管二的集电极与放大P管二的基极之间接交连电阻二,放大N管二的发射极接地线,放大P管二的发射极接电源,放大P管二的集电极即是互锁放大单元二的输出,互锁二极管三的正极接放大N管二的基极,互锁二极管三的负极接互锁放大单元三中放大N管三的集电极。
互锁放大单元三由互锁电阻三、放大N管三、交连电阻三、放大P管三组成:互锁电阻三的另一端接放大N管三的基极,放大N管三的集电极与放大P管三的基极之间接交连电阻三,放大N管三的发射极接地线,放大P管三的发射极接电源,放大P管三的集电极即是互锁放大单元二的输出。
语音级由第一语音单元、第二语音单元、第三语音单元组成:第一语音单元接在互锁放大单元一的输出上,第二语音单元接在互锁放大单元二的输出上,第三语音单元接在互锁放大单元三的输出上。
显放推动级显放推动一单元、推动显放二单元、推动显放三单元组成。
显放推动一单元由N个计数器、N个计数器上前九位输出上所连接的显放管、一单元计数器一、一单元计数器N、一单元计数器一的振荡电容、一单元计数器一的振荡电阻、一单元计数器一的保护电阻、清零电阻一组成:显放推动一单元中的所有计数器的火线端都接在互锁放大单元一的输出上,显放推动一单元中所有计数器的清零端连在一起,接清零电阻一到地线,还接了清零级中的清零二极管一的负极,显放推动一单元中的所有计数器的前九位输出分别接一个显放管的基极,所有显放管的发射极都接地线,一单元计数器一的最后一位输出接一单元计数器二的振荡输入端,依次连接,直到一单元计数器N,一单元计数器一的振荡电容接的一端一单元计数器一的一个振荡端,一单元计数器一的振荡电阻的一端接一单元计数器的另一个振荡端,一单元计数器一的保护电阻接一单元计数器的第三振荡端,一单元计数器一的振荡电容的另一端、一单元计数器一的振荡电阻的另一端、一单元计数器一的保护电阻的另一端接在一起,成为一单元计数器一的振荡中心点。
推动显放二单元由N+N个计数器、N+N个计数器上前九位输出上所连接的显放管、二单元计数器一的振荡电容、二单元计数器一的振荡电阻、二单元计数器一的保护电阻、清零电阻二组成:显放推动二单元中的所有计数器的火线端都接在互锁放大单元二的输出上,显放推动二单元中所有计数器的清零端连在一起,接清零电阻二到地线,还接了清零级中的清零二极管二的负极,显放推动二单元中的所有计数器的前九位输出分别接一个显放管的基极,所有显放管的发射极都接地线,二单元计数器一的最后一位输出接二单元计数器二的振荡输入端,依次连接,直到N+N个计数器,二单元计数器一的振荡电容接的一端二单元计数器一的一个振荡端,二单元计数器一的振荡电阻的一端接二单元计数器的另一个振荡端,二单元计数器一的保护电阻接二单元计数器的第三振荡端,二单元计数器一的振荡电容的另一端、二单元计数器一的振荡电阻的另一端、二单元计数器一的保护电阻的另一端接在一起,成为二单元计数器一的振荡中心点。
推动显放三单元由N+N9个计数器、N+N9个计数器上前九位输出上所连接的显放管、三单元计数器一的振荡电容、三单元计数器一的振荡电阻、三单元计数器一的保护电阻、清零电阻三组成:显放推动三单元中的所有计数器的火线端都接在互锁放大单元三的输出上,显放推动三单元中所有计数器的清零端连在一起,接清零电阻三到地线,还接了清零级中的清零二极管三的负极,显放推动三单元中的所有计数器的前九位输出分别接一个显放管的基极,所有显放管的发射极都接地线,三单元计数器一的最后一位输出接二单元计数器二的振荡输入端,依次连接,直到N+N9个计数器,三单元计数器一的振荡电容接的一端三单元计数器一的一个振荡端,三单元计数器一的振荡电阻的一端接三单元计数器的另一个振荡端,三单元计数器一的保护电阻接三单元计数器的第三振荡端,三单元计数器一的振荡电容的另一端、三单元计数器一的振荡电阻的另一端、三单元计数器一的保护电阻的另一端接在一起,成为三单元计数器一的振荡中心点。
显示级由显示单元一、显示单元二、显示单元三组成。
显示单元一由显示单元一的第一组共阳极发光管、显示单元一的最后一组共阳极发光管、及每个共阳极发光管的共阳极电阻组成:显显示单元一中的共阳极发光管所对应的计数器有显放推动一单元的所有计数器、显放推动二单元中二单元计数器一至二单元计数器N、显放推动三单元中三单元计数器一至三单元计数器N,其中每个显放推动单元中的第一个计数器的一至九位输出所接的显放管对应的共阳极发光管为显示单元一的第一组共阳极发光管,第N个计数器的一至九位输出所接的显放管对应的共阳极发光管为显示单元一的最后一组共阳极发光管,每组共阳极发光管的一个阴极接在一起,另一个阴极接在一起,显放推动二单元中二单元计数器一至二单元计数器N、显放推动三单元中一单元计数器一至一单元计数器N的一至九个输出上分别接一个显放管,其中显放推动二单元中二单元计数器一至二单元计数器N的显放管的集电极接共阳极发光管的一个阴极,显放推动一单元中一单元计数器一至一单元计数器N所接的显放管的集电极接共阳极发光管的另一个阴极。
显放推动三单元中的一至N个计数器的每个输出上分别接两个显放管的基极,其中一个显放管的集电极与显放推动二单元中的一至N个计数器所接的显放管的集电极接在一起,另一个显放管的集电极与显放推动一单元中的一至N个计数器所接的显放管的集电极接在一起。
显示单元一中的所有共阳极发光管的阳极都接一个共阳极电阻到电源。
显示单元二的第一组共阳极发光管、显示单元二的最后一组共阳极发光管、及每个共阳极发光管的共阳极电阻组成。
显示单元二中的共阳极发光管所对应的显放管接的计数器有显放推动二单元中二单元计数器N+1至二单元计数器N+N、显放推动三单元中三单元计数器N+1至三单元计数器N+N,其中每个显放推动单元中的第N+1个计数器的一至九位输出所接的显放管对应的共阳极发光管为显示单元二的第一组共阳极发光管,第N+N个计数器的一至九位输出所接的显放管对应的共阳极发光管为显示单元二的最后一组共阳极发光管,每组共阳极发光管的一个阴极接在一起,另一个阴极接在一起。
显放推动二单元中二单元计数器N+1至二单元计数器N+N的一至九个输出上分别接一个显放管,每个显放管的集电极接共阳极发光管的一个阴极,显放推动三单元中的一至N个计数器的每个输出上分别接两个显放管的基极,其中一个显放管的集电极与显放推动二单元中的一至N个计数器所接的显放管的集电极接在一起,另一个显放管的集电极接共阳极发光管的另一个阴极。
显示单元二中的所有共阳极发光管的阳极都接一个共阳极电阻到电源。
显示单元三由显示单元三的第一组共阳极发光管;4.3-2、显示单元三的最后一组共阳极发光管;及每个共阳极发光管的共阳极电阻组成。
显示单元三中的共阳极发光管所对应的显放管接的计数器有显放推动三单元中三单元计数器N+N1至三单元计数器N+N9,三单元计数器N+N1的一至九位输出所接的显放管对应的共阳极发光管为显示单元三的第一组共阳极发光管,三单元计数器N+N9的一至九位输出所接的显放管对应的共阳极发光管为显示单元三的最后一组共阳极发光管,每组共阳极发光管的两个阴极接在一起。
显放推动三单元中三单元计数器N+N1至三单元计数器N+N9的一至九个输出上分别接一个显放管。
显示单元三中的所有共阳极发光管的阳极都接一个共阳极电阻到电源。
清零级由清零微分电容、清零微分电阻、清零放电电阻、清零N管、隔离电阻、清零P管、清零二极管一、清零二极管二、清零二极管三组成:清零微分电容的一端接前置级的输出,另一端为两路,一路接清零微分电阻到清零N管的基极,另一路接清零放电电阻到地线,清零N管的发射极接地线,清零N管的集电极与清零P管的基极之间接隔离电阻,清零P管的发射极接电源,清零P管的集电极接三个清零二极管的正极。
2、显放推动单元的二进制计数器采用集成电路CD4060。
3、清零微分电容为无极电容。
4、前置管为PNP三极管。
对上述措施的意义解释如下:
一、整个电路图所产生的原理:当所测的物体连在测试孔两端时,根据物体导电的性能,对前置管(图2中1.3)产生偏流,其集电极产生放大电流,经过分压级,形成高低不同的阀值,激励互锁放大单元的动作,从而激励显放推动单元,形成显示级的启动,产生对应演示现象。由于本仪设计有清零级,其功能是每次测试时,将对所有计数器清零端加瞬态电压清零,从而保证了显示级的逻辑正确。
二、对分压级的说明:分压级由分压上偏电阻一(图2中的2.1)、分压上偏电阻二(图2中的2.2)、分压下偏电阻(图2中的2.3)组成,形成三级分压电路,分压效果是前置级的输出端未分压的输出为最高即是第一级,第一电阻与第二电阻分压输出为次之为第二级,第二电阻与第三电阻分压输出为最低为第三级。如果所检测的物体导电率低,则只可能在分压输出的第一级触发后级,当所检测的物体导电率较高时,则只可能在分压的第一级与第二级触发后级,而第三级不可能触发对应的后级,当导电率良好的物体检测时,这时所有级的分压均会有输出,为使显示逻辑正确与唯一,为此本仪中在后级的互锁放大级设置有互锁电路。
三、对互锁放大级的说明:互锁放大级由互锁放大单元一、互锁放大单元二、互锁放大单元三组成。当前置级有输出时,经过分压后,形成对应互锁放大级的启动,所连接的互锁二级管将钳位其余的互锁放大单元,令另两互锁放大单元无输出,所对应的显放推动单元不启动,不会显示。
1、为使良导电率的物体或其次良好的物在检测时体,(即是分压级的第一级或第二级有两个较强的信号输出时,或是三个分压输出均有输出时),在本互锁放大级的只有一个单元有输出,产生唯一性,所以设计了互锁电路。
2、设计互锁电路后产生唯一单元有输出的原理。
A、当检测导电率很差的物体时,只有分压电路第一级有输入,所以本级只有对应的互锁放大单元一有输出。
B、当检测导电率次好的物体时,虽然分压电路第一级与第二级同时有输入,但是因为放大N管二(图2中的3.22)的集电极电位为低位,通过互锁二极管一(图2中的3.15)对放大N管一(图2中的3.12)的基极钳位,所以只有对应的互锁放大单元二对外有输出。
C、当检测良导电率的物体时,虽然分压电路第一级与第二级第三级同时有输入,但是因为放大N管三的(图2中的3.32)集电极电位为低位,通过互锁二极管二(图2中的3.16)与互锁二极管三(图2中的3.26),对放大N管一(图2中的3.12)与放大N管二(图2中的3.22)的基极同时钳位,所以最后只有对应的互锁放大单元三对外有输出。
3、本级采用放大N管与放大P管形成的互补电路的优点,一是有很强的放大能力,二是有很强的负载能力,所以可以对后级带多个计数器,计数器的数量越多,显示效果则越强。
四、对显放推动级的说明:由于计数器的每一位输出都连接了显放管用为反相器,所以扩展了功率,其原理是,当有信号时,反相器的集电极为低位,所带的共阳极发光管对应阴极为低位,对地产生通路,所以共阳极发光管发光。对应计数器每一位输出可以带多个共阳极发光管,为方便表达,附图中每一位只画了三个,即是多个共阳极发光管成为一个基本单位,同样的数量可以带很多,在显示部分中更宏观,因而更有教学效果。
①、显放推动一单元。
该单元的特点一是只能是导电率最低的物体可能通过的阀值,二是计数器由二进制计数器CD4060组成,三是该单元的计数器最少,因而的所带的共阳极发光管数量也最少,四是计数器的输出端连接了共阳极发光管的一极,因而所激励的共阳极发光管所产生的色彩是一种颜色。
因为连线如上特点,所以其共阳极发光管亮的规律一是二进制计数器输出的规律,即是先是第一灯亮然后是第二灯亮,继而是以后的共阳极发光管。二是所亮的共阳极发光管仅是众多共阳极发光管的一部分。
②、显放推动二单元。
该单元的特点一是门坎比一单元高,但比第三单元低,所以只能是导电率中等的物理通过的阀值,二是计数器由二进制计数器CD4060组成,三是该单元的计数器比一单元多,因而的带的共阳极发光管数量比一单元多,四是四是计数器的输出端连接了显示级双阳极共阴发光管的第二极,因而所激励的共阳极发光管所产生的色彩是第二种颜色。
因为连线是如上特点,所以其共阳极发光管亮的规律一是二进制计数器输出的规律,即是先是第一灯亮然后是第二灯亮,继而是以后的 发光管。二是所亮的发光管仅是众多发光管的一部分。
③、显放推动三单元。
该单元的特点一是门坎最高,所以只能是导电率最好的良导体通过的阀值,二是计数器由二进制计数器CD组成,三是该单元的计数器所用的输出端最多,因而带的共阳极发光管数量为最多,四是计数器的输出端通过显放管同时连接了显示级共阳极发光管的两阳极,因而所激励的共阳极发光管所产生的色彩是第三种颜色。
因为连线是如上特点,所以其发光管亮的规律一是二进制计数器输出的规律,即是先是第一灯亮然后是第二灯亮,继而依次是所有 发光管亮一次。二是所以该单元所激励的显示级的发光管,为循环状态。
五、显示级由显示单元一、显示单元二、显示单元三组成,每个显示单元中有多组共阳极发光管,采用的共阳极双色发光管,当显放推动一单元有输出时,显示级中对应共阳极发光管中第一阴极为低位时,所以该处共阳极发光管产生一种颜色,当显放推动二单元有输出时,显示级中对应共阳极发光管中第二阴极为低位时,共阳极发光管产生第二种颜色,当显放推动三单元有输出时,显示级中对应发光管中第一阴极与第二阴极同时为低位时,该共阳极发光管产生第三种颜色,因为显放级采用有功放级三级和反相器,所以扩展了发光管的数量,所以有很好的显示效果。
该部分有以下特点:
一是这些众多的发光管可以按一定规律作机械排列,可以形成多种好的视觉效果。
二是因为采用了双阳极共阴发光管,同时在两个单元共同连接的发光管的阳极上分别连接有或门二极管,所以激励时互不影响,会发出三种颜色。代表不同的单元激励。
三是由于显示级的发光管分别与三个单元对应,所以每组发光管的数量,亮的频率,方式,色彩都不一样。发光管可以出现三种色彩的情况。
六、由于 本措施中设计有语音级,该级有三个单元分别与比较放大级三个单元对应,所以当对应单元工作时,会输出高位时,激励语音单元会发声。
七、清零级原理与特点:
每次测试物体时,前置放大管会输出电压,经过清零微分电容(图2中的8.1)与清零微分电阻(图2中的8.2)的传递,激励清零N管(图3中8.4),因此清零P管(图3中8.6)集电极有瞬态高压输出,通过清零二极管一(图3中8.7)对显放推动一单元中所有计数器清零;同理通过清零二极管二(图3中8.8)对显放推动二单元中所有计数器清零,通过清零二极管三(图2中的8.9)对显放推动三单元中所有计数器清零。由于清零N管与清零P管组成 为互补放大,增益很高,只要前置放大管集电极有微小输出,由两管组成的有源微分电路均会有可靠输出,从而保证了光亮逻辑。
实施后有以下突出的优点:
1、电学是物理学中重要的内容,学生能清楚地能过仪器感悟到,什么是良导体,电阻、绝缘体、电流的概念,帮助初学者建立电学中最基本概念有着积极的作用。
2、欧姆定律是电学中最重要的基本定律,学好欧姆定律对电学的深化学习有重要的铺垫作用。初学者感到定义抽象,通过本仪器定型地演示,能使初学者对欧姆定律消化理解,而不是简单地产生只是机械式的呆板记忆。
A、定型地演示欧姆定律揭示的电压一定时,电流与电阻之间的关系。电阻越大,电流越小的视觉效果。
而本仪的众多发光管寓意是一条河流,将抽象的电流比喻成为了水流。当电流过测试体时,导电率高的物体所演示的现象是电流如河水一样能从始点流向终点,(直观视觉效果是在始点的发光管及终点的发光管均要亮,)而且速度很快(体现在频率快,而且产生循环),因而直观视觉效果是电流过物体时受到的阻力(即电阻)很小,因而电流很畅通。电通过导电率差的物体种类,受到的阻力大(即电阻大),如水流一样,流动困难,不仅速度慢(直观视觉效果是频率慢),而且很难流到终点。(体现在终点的发光管不亮,只能是始点及以后的部分发光管亮)。
B、定型地演示欧姆定律揭示的当电阻为一定时,电压越大,电流越大。以及电压越小,电流越小的视觉效果。
用一只电阻作为测试物体,演示时其显示发光管为部分发光管亮,此时减少灵敏度调整电阻的阻值,测试电压指示发光管明亮,其演示意义是提高所测电阻的端电压,此时显示级的发光管亮的数量升位成为良导体的体现的现象,从而表示出电流增大的视觉效果。反之,此时增大灵敏度调整电阻的阻值,测试电压指示发光管熄,其演示意义是减少所测电阻的端电压,此时显示发光管亮的数量降位成为电阻大的表现的现象,从而表示电流减少。
由于本仪最大好处是能将抽象的概念变得形象化,这对初学者特别是边远的山区的学生教育,是很有帮助。
3、本仪器主要是帮助初学者认知而对导体、绝缘体、电阻,电流、欧姆定律概念的定型理解作出演示,其最大好处是对这些抽象的电学有关参数的意义,从多角度,多方面的视角的获得感悟,将抽象的东西变易理解的现象,主要有以下几点:
①、显示级是发光管群,其布局可成为大家所熟悉的东西,如排列成喻意的一条河流,将通过物理的抽象电流模拟成为了大家熟悉的形象水流,成为第一视角。
②、又加上所测试的导体,电阻、绝缘体及所通过测试体均是这一条条河表示,因此可比性,直观性强。
③、电流强,所亮的发光管为全部,频率很快,而且产生循环,形象地表示电流如水流一样流得十分流畅。电流中与小,所亮的发光管为部分,或最小数,而且频率随之变慢,或最慢,初学者理解易。
良导体对电的阻力很小,所以电流很大。
电阻值小的电阻,对电流存在阻力,即是电阻,但因仍能导电,所以亮的发光管数仍较多,频率较快,但不能如导体一样产生循环,形象地表示电流如水流一样,虽能流,但不畅。
电阻阻值过大,导电率差,所亮的发光管很少,且亮的频率很慢,也根本不可能循环。其形象地表示电流如水流一样,电流在电阻上流动时,阻力很大,因此电流流动很困难而吃力。
绝缘体因完全不导电,所以发光管完全不亮。
测试良导体,电阻、绝缘体时,发光管所亮的色彩不一样,每种色对应于一类物体,这种多色分别对应,既便于记忆理解。
有语音报道,因而宣染了氛围。
随着教材的普及与下放,初学者年龄小,因此本演示仪也注意到演示现象的趣味性,而上述特点,正是考虑到这一实际。
4、本仪可以让学生了解一些简单物理与化学现象,以激励青少年的科学激情。
(1)、建立半导体的最基本概念:
将一个二极管的两性按极性插入测试孔中,此时显示上会出现良导体现象。如果反极性插入测试孔中,此时显示上会出现绝缘体的不通电现象。
(2)、建立物体导电率与温度有关的概念。
如用本仪所配的两测试棒的一端分别插入本仪中,测试棒的另一端分别放在置水的容器中,调节测试棒的远近,这时显示级的发光管会完全不亮,这时加热水,这时显示级的发光管会发生变化,这说明温度升高与降低,影响导电率。
(3)、了解电解液导电率的现象。
测试棒的处理如上、同这时在水里加上盐,这时该通道又会成为导通的显示状态,这说明导电体不光是固态的金属类,而且存在于液体。
(4)、了解同样的物体导电性能与环境有关。
如用鳄鱼夹子夹住干燥的木材的两端,这时显示级发光管亮得很少,甚至不亮,但将水洒在所测试的本材上,发光管所亮的数量会增加,这说明木材受潮后导电性能会增加。
5、本仪因为具有互锁放大级,负载能力强,所以后级的显放级中的单元可以有多个计数器负载,同时显放级中计数器的每一位输出连接含有功率扩展管,可以代多个发光管,因而使显示效果更加显著。
6、性能好。因为一是各级与各单元之间匹配好,且线路精简,同时设计有清零单元,保证了逻辑正确。二是分压级采用串联关系,因此阀值电压差距十分明显,成为阀值阶梯。
7、本仪属于最初级的普及型的演示仪。需求量大,而本仪易生产,调试简单,成本低,便于普及。
附图说明
图1是分立式导电率宏观显示教学演示仪单元之间的相互关系图。
图中: 1、前置级;2、分压级;3、互锁放大级;3.1、互锁放大单元一;3.2、互锁放大单元二;3.3、互锁放大单元三;4、显示级;4.1、显示单元一;4.2、显示单元二;4.3、显示单元三;5、语音级;5.1、第一语音单元;5.2、第二语音单元;5.3、第三语音单元;6、显放推动级;6.1、显放推动一单元;6.2、推动显放二单元;6.3、推动显放三单元;8、清零级。
图2是分立式导电率宏观显示教学演示仪前半部分的一种电子元件原理图。
图中:0、对外插孔;1.1、灵敏限制电阻;1.2、灵敏可调电阻;1.3、前置管;1.4、测试电压指示保护电阻;1.5、测试电压指示发光管;2.1、分压上偏电阻一;2.2、分压上偏电阻二;2.3、分压下偏电阻;3.11、互锁电阻一;3.12、放大N管一;3.13、交连电阻一;3.14、放大P管一;3.15、互锁二极管一;3.16、互锁二极管二;3.21、互锁电阻二;3.22、放大N管二;3.23、交连电阻二;3.24、放大P管二;3.26、互锁二极管三;3.31、互锁电阻三;3.32、放大N管三;3.33、交连电阻三;3.34、放大P管三;5.1、第一语音单元;5.2、第二语音单元;5.3、第三语音单元;6.10、清零电阻一;6.11、一单元计数器一;6.1N、一单元计数器N;6.1121、一单元计数器一的振荡电容;6.1122、一单元计数器一的振荡电阻;6.1123、一单元计数器一的保护电阻;6.1131、一单元计数器一的第一输出显放管;6.1139、一单元计数器一的第九输出显放管;6.1N31、一单元计数器N的第一输出显放管;6.1N39、一单元计数器N的第九输出显放管;6.20、清零电阻二;6.21、二单元计数器一;6.2N;二单元计数器N;也即是显示单元一所对应的显放推动二单元中对应显放推动一单元的最后一个计数器;6.2N+1、二单元计数器N+1; 6.2N+N;二单元计数器N+N,也即是显放推动二单元的最后一个计数器;6.2121、二单元计数器一的振荡电容;6.2122、二单元计数器一的振荡电阻;6.2123、二单元计数器一的保护电阻;6.2131、二单元计数器一的第一输出显放管;6.2139、二单元计数器一的第九输出显放管;6.2N31、二单元计数器N的第一输出显放管;6.2N39、二单元计数器N的第九输出显放管;6.2N+131、二单元计数器N+1的第一输出显放管;6.2N+139、二单元计数器N+1的第九输出显放管;6.2N+N31、二单元计数器N+N的第一输出显放管;6.2N+N39、二单元计数器N+N的第九输出显放管;6.30、清零电阻三;6.31、三单元计数器一;6.3N、三单元计数器N;6.3N+1、三单元计数器N+1;6.3N+N、三单元计数器N+N;6.3N+N1、三单元计数器N+N1;6.3N+N9、三单元计数器N+N9,也即是显放推动三单元的最后一个计数器;6.3121、三单元计数器一的振荡电容;6.3122、三单元计数器一的振荡电阻;6.3123、三单元计数器一的保护电阻;6.3131-1、三单元计数器一的第一输出显放管一;6.3131-2、三单元计数器一的第一输出显放管二;6.3139-1、三单元计数器一的第九输出显放管一;6.3139-2、三单元计数器一的第九输出显放管二;6.3N31-1、三单元计数器N的第一输出显放管一;6.3N31-2、三单元计数器N的第一输出显放管二;6.3N39-1、三单元计数器N的第九输出显放管一;6.3N39-2、三单元计数器N的第九输出显放管二;6.3N+131-1、三单元计数器N+1的第一输出显放管一;6.3N+131-2、三单元计数器N+1的第一输出显放管二;6.3N+139-1、三单元计数器N+1的第九输出显放管一;6.3N+139-2、三单元计数器N+1的第九输出显放管二;6.3N+N31-1、三单元计数器N+N的第一输出显放管一;6.3N+N31-2、三单元计数器N+N的第一输出显放管二;6.3N+N39-1、二单元计数器N+N的第九输出显放管一;6.3N+N39-2、二单元计数器N+N的第九输出显放管二;6.3N+N131、三单元计数器N+N1的第一输出显放管;6.3N+N139、三单元计数器N+N1的第九输出显放管;6.3N+N931、三单元计数器N+N9的第一输出显放管;6.3N+N939、三单元计数器N+N9的第九输出显放管;8.1、清零微分电容;8.2、清零微分电阻;8.3、清零放电电阻;8.4、清零N管;8.5、隔离电阻;8.6、清零P管;8.7、清零二极管一;8.8、清零二极管二;8.9、清零二极管三;6.1N39、一单元计数器N的第九输出显放管。
图3是显示单元一的连线原理图。
图中:4.1、显示单元一;4.1-1、显示单元一的第一组共阳极发光管;4.1-2、显示单元一的最后一组共阳极发光管;4.111、显示单元一中第一组共阳极发光管的第一个共阳发光管;4.1111、显示单元一中第一组共阳极发光管的第一个共阳发光管的共阳极电阻;4.119、显示单元一中第一组共阳极发光管的第九个共阳发光管;4.1191、显示单元一中第一组共阳极发光管的第九个共阳发光管的共阳极电阻6.1131、一单元计数器一的第一输出显放管;6.2131、二单元计数器一的第一输出显放管;6.3131-1、三单元计数器一的第一输出显放管一;6.3131-2、三单元计数器一的第一输出显放管二;4.1N1、显示单元一中最后一组共阳极发光管的第一个共阳发光管;4.1N11、显示单元一中最后一组共阳极发光管的第一个共阳发光管的共阳极电阻;4.1N9、显示单元一中最后一组共阳极发光管的第九个共阳发光管;4.1N91、显示单元一中最后一组共阳极发光管的第九个共阳发光管的共阳极电阻;6.1N39、一单元计数器N的第九输出显放管;6.2N39、二单元计数器N的第九输出显放管;6.3N39-1、三单元计数器N的第九输出显放管一;6.3N39-2、三单元计数器N的第九输出显放管二。
图4是显示单元二的连线原理图。
图中:4.2、显示单元二;4.2-1、显示单元二的第一组共阳极发光管;4.2-2、显示单元二的最后一组共阳极发光管;4.2N+11、显示单元二中第一组共阳极发光管的第一个共阳极发光管;4.2N+111、显示单元二中第一组共阳极发光管的第一个共阳极发光管的共阳极电阻;4.2N+19、显示单元二中第一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管;4.2N+191、显示单元二中第一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管的共阳极电阻;4.2N+91、显示单元二中最后一组共阳极发光管的第一个共阳极发光管;4.2N+911、显示单元二中最后一组共阳极发光管的第一个共阳极发光管的共阳极电阻;4.2N+99、显示单元二中最后一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管;4.2N+991、显示单元二中最后一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管的共阳极电阻;6.2N+131、二单元计数器N+1的第一输出显放管;6.3131-1、三单元计数器一的第一输出显放管一;6.3131-2、三单元计数器一的第一输出显放管二;6.2N+N39、二单元计数器N+N的第九输出显放管;6.3N+N39-1、二单元计数器N+N的第九输出显放管一;6.3N+N39-2、二单元计数器N+N的第九输出显放管二。
图5是显示单元三的连线原理图。
图中:4.3、显示单元三;4.3-1、显示单元三的第一组共阳极发光管;4.3-2、显示单元三的最后一组共阳极发光管;4.3N+N11、显示单元三的第一组共阳极发光管的第一个共阳极发光管;4.3N+N111、显示单元三的第一组共阳极发光管的第一个共阳极发光管的共阳极电阻;4.3N+N19、显示单元三的第一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管;4.3N+N191、显示单元三的第一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管的共阳电阻;4.3N+N91、显示单元三中最后一组共阳极发光管的第一个共阳极发光管;4.3N+N911、显示单元三中最后一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管;4.3N+N99、显示单元三中最后一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管;4.3N+N991、显示单元三中最后一组共阳极发光管的第九个共阳极发光管的共阳极电阻;6.3N+N131、三单元计数器N+N1的第一输出显放管;6.3N+N939、三单元计数器N+N9的第九输出显放管。
具体实施方式
图1、2、3、4、5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,显放推动单元的二进制计数器采用集成电路CD4060。清零微分电容为无极电容。前置管为PNP三极管。其它二极管与阻容件无特殊要求,语音级中的语音片事先录好内容发音内容,如与第三单元配对的的语音片应事先录制出是良导体的声音,或是第一种音乐。如与第二单元配对的的语音片应事先录制出是导体的声音,或是第二种音乐。如与第一单元配对的的语音片应事先录制出是导电率很差的物体,或是第三种音乐。
二、焊接。
分立式导电率宏观显示教学演示仪单元之间的相互关系如图1所示连接;前置级、分压级、互锁放大级、显放推动级、清零级的具体电路元件连接如图2所示焊接;显示级如图3、图4、图5焊接。
三、调试。
1、检查与调试前置级。
先确定一只演示电阻,电阻的阻值根据设计要而定。将假测试体连接在测试孔两端。用电压表检测前置放大管的集电极与地线间的电压。
通电检查,将灵敏可调电阻(图2中的1.2)的阻值,从最小值调到最大值,此时前置管(图2中的1.3)的集电极有最大输出与最小输出,其最大值能触发互锁放大单元三,最小值小于或等于互锁放大单元一的触发阀值。同时灵敏度可调电阻的阻值在一定区间时,测试电压指示发光管亮;在一定区间时,测试电压指示发光管亮熄。
2、调试前置级与互锁放大级间的配合。
先焊接一个假测试体,该测试体由一个固定电阻与可调电阻串联而成。两电阻的串联阻值根据最有代表的阻值而定。将假测试体连接在测试孔两端。同时将灵敏度可调电阻调到适中的位置,用电压表检测前置管的集电极与地线间的电压。
A、通电检查,将假负载的阻值调到最大值,此时只有互锁放大单元一输出端有高位输出。如果无输出,应减少互锁电阻一(图2中的3.11)之值。
B、通电检查,将假负载的阻值调到中值,此时只有互锁放大单元二输出端有高位输出。如果无输出,应减少互锁电阻二(图2中的3.21)的值。如果第一单元与第二单元同时有高位输出,则是互锁二极管一(图2中3.15)极性焊反或脱焊。
C、通电检查,将假负载的阻值调到最小值,此时应只有互锁放大单元三输出端有高位输出。如果无输出,应减少互锁电阻三(图2中3.31)的值。如果第一单元有高位输出,则是比较放大级中互锁二极管二(图2中3.16),未连上或极性焊反。如果第二单元有高位输出,则是互锁二极管三(图2中3.26)未连上,或极性焊反。
3、检查显放推动级与显示级。
在安装显示级的所有共阳极发光管时,将所有共阳极发光管排成一条直线。
①、当互锁放大单元一有输出时,此时显示级中的共阳极发光管只亮其中的一部分,即是显放推动一单元中所有计数器输出端所连的显放管所对应的所有共阳极发光管,而且亮的规律是应为依次而亮,否则是该单元的计数器输出与显示级的发光管未连接上或连错。
同时所亮的发光管为第一种颜色,否则是对共阳极发光管的阴极焊错。
②、当互锁放大单元二有输出时,此时显示级中的发光管除了第一单元所有的共阳极发光管应亮以外,还应增加一部分新的共阳极发光管,即是显放推动二单元中所有计数器个输出端所连的显放管对应的所有共阳极发光管,而且亮的规律是应为依次而亮,否则是该单元计数器各输出端与所对应的共阳极发光管未连接上或连错。
同时所亮的发光管为第二种颜色,否则是对共阳极发光管的阴极焊错。
③、当互锁放大单元三有输出时,此时显示级中的所有共阳极发光管均应依次而亮,且全部共阳极发光管应均亮一次。否则是该单元计数器各输出端与共阳极发光管未连接上或错焊。
同时所亮的共阳极发光管为第三种颜色。
显放推动级中三个单元所对应的共阳极发光管都为循环显示,如不循环,则查看每单元中前一个计数器的最后一位输出端是否是连接的下一个计数器的振荡输入端。
4、检语音级的情况。
①、当互锁放大单元一有输出时,此时第一语音单元应发出与之相配的语音,不能紊乱。
②、当互锁放大单元二有输出时,此时第二语音单元应发出与之相配的语音,不能紊乱。
③、当互锁放大单元三有输出时,此时第三语音单元应发出与之相配的语音,不能紊乱。
5、检查与调试清零单元。
用示波器检查,用示波器热端连接测试点,冷端接地。
①、用波器热端连接清零P管(图3中8.6)集电极,当每次测试孔连有测试体时,清零P管集电极有瞬态高位输出,由于该级线路放大倍数高,应不产生故障,否则是连线错误。
②、用波器热端连接各单元计数器清零端,当每次测试孔连有测试体时,各单元计数器清零端有瞬态高位,同时显示级的发光管亮的逻辑顺序不乱。否则是与清零端所连的清零二极管极性焊反或脱焊。