专利名称:一种普教微电流演示仪的制作方法
本实用新型涉及普教理科仪器中的一种新型电学演示仪器。
中学理科教学仪器中，原有电学仪器，不管是安培计，伏特计，还是演示电流计或灵敏电流计都是采用指针表头，无法用图形直接显示出电源的正、负极性和电流方向。又因上述仪器灵敏度不够高，对一些重要的电学原理尚无法演示或操作繁锁，且效果又不佳。如电化学腐蚀，因讯号微弱，用原有灵敏电流计无法将钢铁表面存在着的微电池演示出来，又如用原有仪器演示单根导线的右手定则，因指针摆动微小，其效果很不理想。
本实用新型的任务是为中学理科教学提供一种能用图形显示正、负极性和电流方向，灵敏度远高于原有传统电学教学仪器，且机体小巧，可见度大，成本低廉的微电流放大装置。
为实现上述目的，本实用新型采用差分直流放大器，专用推挽放大器，专用二极管显示屏和手动输出选位开关相配合。即将微弱讯号经推挽放大器或推挽放大器和差分放大器两级放大，或将正、负讯号经推挽放大器的换位处理，然后将上述输出讯号，经选位开关控制二极管显示屏上发光二极管的发光组数，在显示屏上用图形显示出电讯号的正、负极性和电流方向。
附图的简要说明图1是本实用新型的方框图。
图2是本实用新型放大器的全部电子线路图，左半部分为一差分放大器(以下简称电路A)，右半部分为一专门设计的推挽放大器(以下简称电路B)。
图3是本实用新型的二极管显示屏电路原理图。
下面结合附图详细介绍本实用新型的工作原理和实施方案。
参看图3，能显示出多种图形的二极管显示屏由六组发光二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6和负载平衡电阻R5构成。D1、D2、D3、D4、R5，一端分头通过选位开关K2，再接到推挽放大器的两个输出端Q3、和Q4，另一端其公共点与D5、D6的公共点接通。D5、D6的一端与D1、D2、D3、D4、R5的公共点接通，D5的另一端通地，D6的另一端经K2接通或断开电源，经输出开关K2的手控选位，六组发光二极管和负载平衡电阻R5接到推挽放大器输出端有以下三种接法第一种接法是D3、D4接通输出端Q3和Q4。第二种接法是D3、D4同时接通Q3，推挽放大器另一臂的输出端Q4接通R5(此时K2接通接点2)。第三种接法是D1、D2接通输出端Q3、Q4。当Q3或Q4有输出电流时，D1、D2能显示出图形为两个相反箭头的“＜”和“＞”发光部分。D3、D4能显示出图形为两个可左右换位的正、负符号“＋、－”和“－、＋”的竖线发光部分。D5为能显示图形横线公共部分的发光部分。D6为能显示图形“＋－”中两个符号间的间隔部分，这样通过调节选位开关K2，控制发光组数，显示屏即可出现“←”“→”“＋－”“－＋”“＋＋”“－－”六种符号的图形。当显示图形“＋－”时，由K2所在挡位使D6下端断开电源，D6不亮，“＋－”两个图形间隔清楚。当显示图形“←”时，由K2的所在挡位使D6接通电源，D6发亮，使箭头图形那一横的发光不致中间中断。D1、D2、D3、D4这四组对D5、D6而言为相互串联。现假如K2放在挡位2，由D3、D4与推挽放大器的两个输入端B1和B2加一个正、负讯号，放大器的一臂工作，由Q3输出电流，经D3、D5流入电源，不难看出，显示屏上将出现图形“＋－”。以此类推，当推挽放大器的两个输入端送进正、负讯号时，拨动K2的挡位，显示屏上将出现“＋－”、“←”、“＋＋”三个图形，再将送进推挽放大器两个输入端的正、负讯号左、右换位时，拨动K2的挡位，显示屏上将出现“－＋”、“→”、“－－”三个图形。
再参看图2，介绍推挽放大器电路B的工作原理，电路B由两对PNP型三极管BG9、BG10、BG15、BG16和两对NPN三极管BG13、BG14、BG17、BG18组成四级直接耦合的无偏压推挽放大器。当有正、负讯号从B1、B2两点输入时，BG17、BG18一管截止。一管工作，输出电流。正、负讯号在B1、B2两点左右换位时，输出电流也在Q3、Q4两点左右换位。R3、R4、R5、R6、R7、R8起过荷保护作用。在该线路中，BG9、BG10都用3AG1类三极管。虽然这一级没有建立工作点，但因3AG1管发射结的正向死区电压较低的特点，可使该放大器有一个较好的开关灵敏度，四级直接偶合，会因第一级的穿透电流经多级放大而导致末级出现一个很大的静态电流，但由于BG11、BG12和R1、R2的配合，可使末级功率管BG17、BG18的静态电流完全为零。因而二极管屏直接作电路B的负载，也不会自动激发。为既要取得良好温度补偿，又不因对输入讯号分流而降低本组放大器的灵敏度，BG11、BG12必须使用和BG9、BG10同型号的三极管，或使用其温度特性和反向穿流特性与BG9、BG10的PN结相近的2AP管，除第一级三极管要选用β值大一点的外，其余都采用中等β值的三极管，本组放大器的输入电压可由0.15V至6V，输入电流＜1uA，其电流增益可达109，无输入讯号时，电源损耗可少于0.2mA1。
本实用新型的第一种实施方案，就是采用推挽放大器即电路B，二极管显示屏(如图3)和输出选位开关K2相配合，组装成一台仪器。因不显示静电，不需出现“＋＋”、“－－”两种图形，图三中的R5可不要。R1、R2、R3、R4、四个电阻各取值20Ω，也可全部不要，要上可使各组发光二极管的负载电流基本相等，对延长显示屏的使用寿命有好处，电路B中R1、R2的阻值，可在数K至数10K内选取，这两个电阻取值太低，会降低整机灵敏度，取值太大，会导致环境温度较高时，显示屏自动激发。其最佳值经调试决定，图三中各组发光二极管，D1、D2、D3、D4各组的只数最好相等，每组6至8只为宜，D6组以二至三只为宜。
上述方案的特点是仪器可在单电源下工作，操作时，表笔不分正负。因学生手握输入端无误动作，故可让学生自己动手演示人体和大地都是导体，导体和绝缘体并无绝对界限，微容量电容器的充、放电现象，水果电池、电化腐蚀及用图象直接显示电池的极性、电流的方向、用小容量电容器演示电容器串联和并联电容量的变化情况等七个以上实验。又因可见度大，亦可作为学生实验仪器和教师演示仪器两用。
本实用新型的另一种实施方案，是在第一种实施方案的基础上，再增加一个差分放大器，参看图2，即在电路B前面再增加电路A，将电路A、电路B、图3和输入选位开关K1、输出选位开关K2全部配合在一起组装成一台仪器，电路A系一个晶体管差分放大器，它由四只小功率三极管BG1、BG2、BG5、BG6组成两级差分放大。因只需传递瞬时讯号，故中间用电容C2、C3偶合。BG5、BG6虽然都有较大的静态工作电流，但因两管的静态电流和负载相等，所以，无输入讯号时，输出端Q1、Q2两点间的电势差为零。当正负讯号从B3、B4两点输入时，Q1、Q2两点间将出现正负电位差，当正、负讯号在B3、B4两点左右换位时，因BG5或BG6的输出电流相互换位，Q1、Q2两点间的正负电位也会左右换位。由B3或B4输入的静电讯号有正负变化时，Q1、Q2两点间的正、负电位也会左右换位。本差动放大器其电流增益可达103，将单根导线切割磁力线所产生的感生电讯号，接到机壳插孔CZ1、CZ2，经K1加至电路A的两输入端B4、B3，或将用纸摩擦过的小片有机玻璃上所得到的静电讯号，经机壳插孔CZ3通过K1加到电路A的一个输入端B4，两者从电路A上所输出的正、负差分讯号，均足可推动电路B正常工作。从而可增加演示单根导线的右手定则，单个线圈的楞次定律，交直流电的产生原理及摩擦起电等实验。电路A中，R9、C1是防止静电讯号过强，显示屏上出现图形左、右翻转而设置的。R9以5至10MΩ为宜，C1以0.2uF为宜。电路A，也可用对管组装或用性能相近的集成块差分放大器代替。图三中的R5，取值过小，显示屏不能正常工作，还会烧毁D5和BG9或BG10。太大会使图形“－－”欠亮。可根据R5＝ (VD)/(LD5) 进行计算，式中VD为所用发光二极管的额定工作电压，LD5为通过D5这组发光二极管的总额定电流。第二种实施方案其电流增益可达1012，驱动电流可＜0.001uA，驱动电压可＜0.15mV，不受日光灯干扰，且重复性好。主要供教师做演示实验用。
综上所述，本新型可系列生产，且造价不高，初、高中物理，高中化学教学均可使用，在全国普教战线有很大的推广、使用价值。
权利要求
1.一种供中学理科教学用的微电流演示仪，其特征是由差分直流放大器、推挽放大器、二极管显示屏和输出选位开关K2相配合组成。
2.根据权利要求
1所述的微电流演示仪，其特征是二极管显示屏由六组发光二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6加一个供放大器平衡负载用的电阻R5组成，D1、D2、D3、D4、R5，一端分头进入选位开关K2，接到推挽放大器的输出端Q3、Q4，另一端其公共点和D5、D6的公共点接通，D5的另一端直通电源，D6的另一端经选位开关接通或断开电源。
3.根据权利要求
1或2所述的微电流演示仪，其特征是推挽放大器由两对PNP三极管BG9、BG10、BG15、BG16和两对NPN三极管BG13、BG14、BG17、BG18四级直接耦合组成。
专利摘要
普教微电流演示仪属于中学理科教学电学仪器中的一种专用仪器，用直流放大器将中学电学基础知识中所涉及的微弱电讯号进行放大或将正、负讯号经电子线路进行处理，然后驱动二极管显示屏，用图形显示出电讯号的正负极性和电流方向。本装置灵敏度高，机体小巧，使用时表笔不分正负，操作简便，演示高度直观、形象，适合于小学自然，初、高中物理和高中化学教学使用。
文档编号G09B23/18GK86205985SQ86205985
公开日1987年10月28日 申请日期1986年8月15日
发明者姜初开 申请人:姜初开导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan