專利名稱：一種用于電路虛擬實驗教學中的電感特性實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實 用新型涉及一種用于電路虛擬實驗教學中的電感特性實驗裝置，屬于虛擬儀 器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電路基礎(chǔ)和電工學是高校電類專業(yè)開設的必修課。與本課程相關(guān)的實驗教學內(nèi)容 是加深對電類基礎(chǔ)理論理解，提高學生電路分析和設計的能力，培養(yǎng)學生的動手操作能力 的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前一般的電路與電工實驗室主要還是以實驗臺為主。但由于實驗室規(guī)模和開放 時間和儀器資源有限，并且實驗內(nèi)容局限于原理驗證，思路限制給定的范圍之內(nèi)，不利于學 生創(chuàng)新思維的拓展和對知識的靈活運用。尤其對于電感特性的實驗，由于是動態(tài)的，其本質(zhì) 特性學生不易理解，如果能有方便、全面、可靠地進行這方面實驗的裝置，該裝置對學生掌 握這方面的知識將有很大幫助。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有電路實驗教學系統(tǒng)的上述缺點，本實用新型給出了 一種能夠應用于 虛擬儀器的針對電感元件V-A特性工程應用的實驗裝置，以計算機為中心，集多種儀器功 能為一體，可以給學生充分的思維拓展和練習機會。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下方案設計一種用于電路虛擬實驗教學中的電感特性實驗裝置，以虛擬實驗儀器模塊和 PC機及其運行軟件構(gòu)成的虛擬實驗儀器工作站為平臺，與虛擬實驗儀器模塊連接有一個組 合式電感特性實驗電路裝置。其中，所述虛擬實驗儀器模塊與所述PC機通過USB接口連 接；所述組合式電感特性實驗電路裝置由產(chǎn)生脈沖信號的信號調(diào)節(jié)整形模塊和接收脈沖信 號的改進后電感特性電路組成，改進后電感特性電路輸出接實驗儀器模塊。所述改進后電感特性電路如下構(gòu)成，包含一個場效應管，該場效應管的G極接10 歐姆電阻后接信號調(diào)節(jié)整形模塊輸出，場效應管的S極接IOK電阻后接地，場效應管的D極 分為兩支路，一路接IOmH電感后接6V直流電源，另一路接二極管正極，在二極管負極和地 之間并聯(lián)IOuF電容、220uF電容、220uF極性電容、100歐姆電阻各一個，且二極管負極作為 輸出接虛擬實驗儀器模塊。所述信號調(diào)節(jié)整形模塊采用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如下構(gòu)成555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的1 管腳接地，2管腳連接0. OOluF電容后接信號源，2、8管腳之間接20K電阻，3管腳接改進后 電感特性電路信號源輸入端，4管腳接6V直流電源，4管腳接0. IuF電容后接地，3、4管腳之 間接IOK電阻，5管腳接0. OluF電容后接地，7管腳接0. IuF電容后接地，6、8管腳之間接電 位器，4、8管腳相連，6、7管腳相連。與現(xiàn)有的電子電工實驗教學系統(tǒng)相比，本實用新型有以下優(yōu)點1.讓學生充分感受和理解電感充放電特性。[0011]2.設備少，界面友好，操作簡單，學生易于理解和學習。3.免去焊接和拆卸電路的困擾，可以明顯的看到實驗現(xiàn)象。4.虛擬儀器庫可以讓學生充分練習使用各種實驗儀器，又可以避免儀器損壞。5.系統(tǒng)成本較低，易于在各高校電工電子實驗室中推廣。
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實用新型的一個實施例中的組合式電感特性實驗電路裝置的電路圖。
具體實施方式
下面結(jié)合一個實施例及其附圖對本實用新型做進一步說明。本實用新型電感特性實驗裝置主要包括PC機及配套的驅(qū)動軟件和虛擬儀器庫、 與PC機通過USB接口相連的虛擬實驗儀器模塊、組合式電感特性實驗電路裝置、電源、接插 連線。電感特性實驗裝置總體框圖如圖1所示。學生可以通過使用虛擬儀器庫了解和學習各種儀器設備的使用方法和操作技巧， 其儀器模型和實物儀器的操作界面是保持一致的。組合式電感特性實驗電路裝置中各個器 件、導線和底板等均屬于插拔型結(jié)構(gòu)，可以隨意的組合而避免焊接破壞電子器件。虛擬實驗 儀器模塊可以同時實現(xiàn)信號發(fā)生器、示波器、交/直流電壓源、電流源等電子儀器的功能， 一機多用。使用配套的驅(qū)動軟件，通過PC機向虛擬實驗儀器模塊發(fā)送命令，實現(xiàn)組合式電 感特性實驗電路裝置的使用，虛擬實驗儀器模塊采集實驗結(jié)果傳輸回PC機，在PC機上顯示 出來。組合式電感特性實驗電路裝置的電路如圖2所示，由信號調(diào)節(jié)整形模塊和改進后 電感特性電路組成。其中的信號調(diào)節(jié)整形模塊主體選用的是NE555時基電路芯片，該芯片 1管腳接地，2管腳連接0. OOluF電容后接信號源；2、8管腳之間接20K電阻；3管腳接改進 后電感特性電路信號源輸入端；4管腳接6V直流電源；4管腳接0. IuF電容后接地；3、4管 腳之間接IOK電阻；5管腳接0. OluF電容后接地；7管腳接0. IuF電容后接地；6、8管腳之 間接電位器，4、8管腳相連；6、7管腳相連；所述電容均為非極性電容。改進后電感特性電路 選用的場效應管為IRF2807，其中G極接10歐姆電阻后接信號調(diào)節(jié)整形模塊中NE555芯片 的3管腳；S極接IOK電阻后接地；D極分為兩支路，一路接IOmH電感后接6V直流電源，一 路接二極管正極，設二極管負極為d點，在d點和地之間并聯(lián)IOuF電容、220uF電容、220uF 極性電容、100歐姆電阻各一個；所述的IOuF電容、220uF電容均為非極性電容。使用本電路虛擬實驗教學中的電感特性實驗裝置的具體方法如下打開虛擬儀器庫，調(diào)用示波器、信號發(fā)生器、電壓源子程序，打開儀器界面后，可以 用鼠標點擊各個按鈕改變輸出信號的類型和參數(shù)，練習各電子設備的使用方法。在完全掌握了各種儀器的使用方法之后，打開配套的驅(qū)動軟件中的虛擬實驗儀器 模塊運行平臺，將虛擬實驗儀器模塊通過USB接口和電腦連接好，接通電源，打開目標功能 界面，點擊參數(shù)按鈕確定合適的參數(shù)，設定后運行后輸出到虛擬實驗儀器模塊。該系統(tǒng)可以 同時運行多個目標功能，本實用新型需要同時運行示波器，信號發(fā)生器和穩(wěn)壓電源等，并同 時輸出。通過端口線將虛擬實驗儀器模塊和組合式電感特性實驗電路裝置連接在一起，將信號源(幅度8V，偏移4V，頻率20kHz，占空比任意)、直流電壓源(6V)加載在電路上，用示 波器探針測量信號調(diào)節(jié)整形模塊的輸出端波形，調(diào)節(jié)該模塊中電位器的阻值，使該模塊輸 出端波形符合如下參數(shù)幅度6V，偏移3V，頻率20kHz，占空比20%。移動示波器探針，測量 各節(jié)點的波形，可以看到由于電感充放電產(chǎn)生的電壓變化曲線，在輸出端還可以明顯的看 到升壓現(xiàn)象。
本實用新型可以讓學生感受和理解電感充放電特性，適合高等院校電類相關(guān)專業(yè) 電路基礎(chǔ) 課程的課堂教學演示和實驗教學，有很大的推廣價值。
權(quán)利要求1.一種用于電路虛擬實驗教學中的電感特性實驗裝置，以虛擬實驗儀器模塊和PC機 及其運行軟件構(gòu)成的虛擬實驗儀器工作站為平臺，與虛擬實驗儀器模塊連接有一個組合式 電感特性實驗電路裝置，其特征在于所述虛擬實驗儀器模塊與所述PC機通過USB接口連 接；所述組合式電感特性實驗電路裝置由產(chǎn)生脈沖信號的信號調(diào)節(jié)整形模塊和接收脈沖信 號的改進后電感特性電路組成，改進后電感特性電路輸出接實驗儀器模塊；所述改進后電感特性電路如下構(gòu)成，包含一個場效應管，該場效應管的G極接10歐姆 電阻后接信號調(diào)節(jié)整形模塊輸出，場效應管的S極接IOK電阻后接地，場效應管的D極分為 兩支路，一路接IOmH電感后接6V直流電源，另一路接二極管正極，在二極管負極和地之間 并聯(lián)IOuF電容、220uF電容、220uF極性電容、100歐姆電阻各一個，且二極管負極作為輸出 接虛擬實驗儀器模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于電路虛擬實驗教學中的電感特性實驗裝置，其特征在 于，所述信號調(diào)節(jié)整形模塊采用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如下構(gòu)成555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的1管腳接 地，2管腳連接0. OOluF電容后接信號源，2、8管腳之間接20K電阻，3管腳接改進后電感特 性電路信號源輸入端，4管腳接6V直流電源，4管腳接0. IuF電容后接地，3、4管腳之間接 IOK電阻，5管腳接0. OluF電容后接地，7管腳接0. IuF電容后接地，6、8管腳之間接電位器， 4、8管腳相連，6、7管腳相連。
專利摘要一種用于電路虛擬實驗教學中的電感特性實驗裝置屬于虛擬儀器領(lǐng)域。該裝置以虛擬實驗儀器模塊和PC機及其運行軟件構(gòu)成的虛擬實驗儀器工作站為平臺，與虛擬實驗儀器模塊連接有一個組合式電感特性實驗電路裝置，其特征在于所述虛擬實驗儀器模塊與所述PC機通過USB接口連接；所述組合式電感特性實驗電路裝置由產(chǎn)生脈沖信號的信號調(diào)節(jié)整形模塊和接收脈沖信號的改進后電感特性電路組成，改進后電感特性電路輸出接實驗儀器模塊。本實用新型設備少，界面友好，操作簡單，學生易于理解和學習，可以讓學生充分感受和理解電感充放電特性，適合高等院校電類相關(guān)專業(yè)電路基礎(chǔ)課程的課堂教學演示和實驗教學，有很大的推廣價值。
文檔編號G09B23/18GK201859586SQ20102062018
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者王鐵流, 金姍, 高強 申請人:北京工業(yè)大學