專利名稱：變頻正弦交流特性演示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種教具，具體地說是ー種用于演示正弦波變頻交流電路特性的演示器。
背景技術(shù)：
在課堂上要讓學(xué)生們快速牢記ー些知識點(diǎn)，教師會選擇各種教具輔助教學(xué)。如在上電學(xué)基礎(chǔ)時(shí)，就會用到交流電路特性演示器。但是該產(chǎn)品在90年代在配備目錄中列入以后，將近20年過去了，這個(gè)產(chǎn)品一直非?；靵y。該類產(chǎn)品基本有兩類ー類是表現(xiàn)交流電路中電感電容相位差的，另ー類是表現(xiàn)交流電路中的感抗和容抗的。現(xiàn)有技術(shù)中的交流電路特性演示器是通過直流電經(jīng)過換向器制作出方波模擬交流電，這樣帶來的缺點(diǎn)是和實(shí)際交流電的區(qū)別比較大。實(shí)際上和實(shí)際使用的交流電有很大的區(qū)別，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)電學(xué)知 識。而如果要做變頻正弦交流電，則比較困難，變頻電源是用來測量儀器設(shè)備對電源頻率的適應(yīng)性的，就是超低頻可調(diào)正弦波電源?？烧{(diào)超低頻交流電源的電路的組成其實(shí)只是ー個(gè)可調(diào)正弦波信號源，加一個(gè)功率放大器。顯然，功率放大器需要定壓輸出。但是定壓輸出的功率放大器并非尖端技術(shù)，而是在普遍應(yīng)用的，例如定壓音頻功率放大器中，只需加深度負(fù)反饋。如果不計(jì)成本，不是做不出來。但是需要考慮的是有沒有這個(gè)必要了。畢竟作為普及使用的教具，成本也是需要考慮的ー個(gè)問題。對此我們深入研究，研制ー種能兼顧制作成本和教學(xué)效果的教具，填補(bǔ)這項(xiàng)空白技木。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的就是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了ー種用于演示正弦波變頻交流電路特性的演示器，能直觀表現(xiàn)出交流電的特性，提高演示精度，同時(shí)也盡可能降低生產(chǎn)成本。為達(dá)到所述目的，本發(fā)明變頻正弦交流特性演示器，電源部分、指示部分和演示部分，所述電源部分由依次連接的三角波發(fā)生器、正弦波形成電路、正弦功率放大電路組成，指示部分包括二位數(shù)字頻率表，頻率測試信號來自比較放大器的方波信號，還包括外接端ロ，所述外接端ロ連接示波器，所述演示部分包括并聯(lián)的負(fù)載電路電阻、電感、電容支路，每個(gè)支路中設(shè)有可拆卸式電子元件井分別串聯(lián)I只小燈泡。優(yōu)選的，所述三角波發(fā)生器全部是由分列器件組成，三極管VI、三極管V2組成比較放大器，產(chǎn)生方波信號，三極管V4、三極管V5、三極管V6、三極管V7、三極管V8、電容C、限流電阻R、頻率調(diào)節(jié)電位器RPl組成積分電路，產(chǎn)生三角波信號，比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，構(gòu)成穩(wěn)定的三角波振蕩器，在形成反饋電路中，為了對積分電容C的充放電影響盡可能小，在電路中采用場效應(yīng)管V9作為源極跟隨器，以提高充放電電容C端的輸入阻抗，減小三角波輸出端的阻抗，三角波輸出端和三極管V2組成的比較放大電路的輸入端基極相連接。優(yōu)選的，所述正弦波形成電路包括將源極跟隨器輸出的三角波信號，通過調(diào)節(jié)RP2電位器，使三角波的正峰值和三角波的負(fù)峰值在ニ極管截止與導(dǎo)通的拐點(diǎn)區(qū)域，送至運(yùn)算放大器作進(jìn)ー步的修邊整形后，輸出完美的正弦波形送至功率放大器的輸入端。優(yōu)選的，所述正弦功率放大電路采用美國德州儀器公司生產(chǎn)的TDA3001D1，20W單聲道音頻功率放大器，由運(yùn)放輸出的正弦波信號送入功放集成電路2腳同相輸入端，功放的BTL輸出10Vp_p電壓，供負(fù)載電路。優(yōu)選的，所述正弦波信號發(fā)生器，頻率范圍IHz 60Hz。這個(gè)頻率范圍已經(jīng)足夠演示交流電的特征。優(yōu)選的，所述二位數(shù)字頻率表顯示，分辨率為1Hz。這樣能敏感顯示交流電的頻率變化。優(yōu)選的，所述電源部分、指示部分和演示部分均安裝在底座上，所述底座內(nèi)設(shè)有抽屜，負(fù)載電路中的可拆卸式電子元件的替換件放在抽屜內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)便于使用同一個(gè)設(shè) 備演示不同類型的試驗(yàn)。本發(fā)明通過改變變頻電源的頻率，可觀察R、L、C支路中串聯(lián)的燈泡亮、暗變化情況，同時(shí)能從示波器中檢測到完美的正弦波形。能更直觀地給學(xué)生演示、解釋正弦波交流電的特點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明變頻正弦交流特性演示器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明變頻正弦交流特性演示器的三角波發(fā)生器和正弦波形成電路的電路圖。圖3為本發(fā)明變頻正弦交流特性演示器的正弦功率放大電路圖。其中圖2連接功率放大電路的電路和圖3左側(cè)連接電路連接在一起的。
具體實(shí)施例方式如圖I、圖2以及圖3所示，變頻正弦交流特性演示器，電源部分I、指示部分2和演示部分3，其特征在于所述電源部分I由依次連接的三角波發(fā)生器、正弦波形成電路、正弦功率放大電路組成，指示部分2包括二位數(shù)字頻率表，頻率測試信號來自比較放大器的方波信號，還包括外接端ロ 4，所述外接端ロ 4連接示波器，所述演示部分3包括并聯(lián)的負(fù)載電路R、L、C支路，每個(gè)支路分別串聯(lián)I只小燈泡5。所述三角波發(fā)生器全部是由分列器件組成，三極管VI、三極管V2組成比較放大器，產(chǎn)生方波信號，三極管V4、三極管V5、三極管V6、三極管V7、三極管V8、電容C、限流電阻R、頻率調(diào)節(jié)電位器RPl組成積分電路，產(chǎn)生三角波信號，比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，構(gòu)成穩(wěn)定的三角波振蕩器，在形成反饋電路中，在積分電路中，R為恒流源電阻，當(dāng)改變RPl丨一Va丨一VRt — IRt — F(Hz)丨，反之Rpl丨一Va丨一VR丨一IIU — F(Hz)丨，由于積分電容采用恒流充放電，并且在形成閉環(huán)電路時(shí)，對電容的充放電無影響，這樣三角波的線性更好，三角波非線性的失真Y Δ <1%,三角波更對稱，為形成失真系數(shù)小，形好的正弦波打下良好的基礎(chǔ)，特別是頻率范圍的變化非常線性，絕對不會象運(yùn)放電路組成的三角波發(fā)生器，在頻率的低端，改變頻率的阻值疏，在頻率的高端，改變頻率阻值密，頻率調(diào)節(jié)的線性不好。由于電路采取了其它的ー些補(bǔ)償措施，當(dāng)改變?nèi)遣l率時(shí)，輸出幅度保持不變，具有很好的幅頻特性。圖中三極管VlO射極跟隨器輸出的方波信號送至二位數(shù)字頻率表的輸入端，作為信號頻率的檢測和顯示。為了對積分電容C的充放電影響盡可能小，在電路中采用場效應(yīng)管V9作為源極跟隨器，以提高充放電電容C端的輸入阻抗，減小三角波輸出端的阻抗，三角波輸出端和三極管V2組成的比較放大電路的輸入端基極相連接。所述正弦波形成電路包括將源極跟隨器輸出的三角波信號，通過調(diào)節(jié)RP2電位器，使三角波的正峰值和三角波的負(fù)峰值在ニ極管截止與導(dǎo)通的拐點(diǎn)區(qū)域，送至運(yùn)算放大器作進(jìn)ー步的修邊整形后，輸出完美的正弦波形送至功率放大器的輸入端。所述正弦功率放大電路采用美國德州儀器公司生產(chǎn)的TDA3001D1，20W單聲道音頻功率放大器9，由運(yùn)放輸出的正弦波信號送入功放集成電路2腳同相輸入端，功放的BTL輸出10Vp_p電壓，供負(fù)載電路。所述正弦波信號發(fā)生器，頻率范圍IHz 60Hz。所述二位數(shù)字頻率表顯示，分辨率為IHz。所述電源部分I、指示部分2和演示部分3均安裝在底座7上，所述底座7內(nèi)設(shè)有抽屜8，負(fù)載電路中的可拆卸式電子元件6的替換件放在抽屜8內(nèi)?？梢?，負(fù)載電路R、L、C支路，也可以根據(jù)實(shí)際需要通過改變插接的可拆卸式電子元件6進(jìn)行相互轉(zhuǎn)變，這樣應(yīng)用 范圍更大。通過所述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明通過簡單電路獲得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的可調(diào)的正弦交流電源，用于演示。成本低，安全性能好，演示時(shí)使用本發(fā)明可使連續(xù)可調(diào)變頻正弦交流電源達(dá)到下列效果。I、使用默認(rèn)的可拆卸式電子元件6，即電阻、電容和電感，隨著電源頻率逐漸升高，串聯(lián)在電感器電路中的燈泡5亮度逐漸降低，串聯(lián)在電容器電路中的燈泡5亮度逐漸增亮，串聯(lián)在電阻器電路中燈泡5亮度不變。2、可拆卸式電子元件6使用容量不同的ニ個(gè)電容器和一個(gè)電阻器，隨著電源頻率逐漸升高，串聯(lián)在大容量電容器電路中的燈泡5首先被點(diǎn)亮，串聯(lián)在小容量電容器電路中的燈泡5在頻率繼續(xù)升高時(shí)才被點(diǎn)亮，串聯(lián)在電阻電路中的燈泡5亮度始終不變；3、可拆卸式電子元件6選用電感量不同的ニ個(gè)電感器和一個(gè)電阻器，隨著電源頻率逐漸升高，串聯(lián)在大電感電路中的燈泡5首先亮度降低至熄滅，串聯(lián)在小電感電路中的燈泡5在頻率繼續(xù)升高時(shí)亮度才降低至熄滅，串聯(lián)在電阻電路中的燈泡5亮度始終不變；4、在上述過程中，頻率表能顯示電源頻率變化；外接端ロ 4所連接的示波器顯示的頻率逐漸變化，但是波形始終為正弦波，并且峰峰值幅度不變。通過這樣的效果能更直觀，更準(zhǔn)確地向?qū)W生解釋正弦波交流電的特性，提高了教學(xué)的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.變頻正弦交流特性演示器，電源部分(I)、指示部分(2)和演示部分(3)，其特征在于所述電源部分(I)由依次連接的三角波發(fā)生器、正弦波形成電路、正弦功率放大電路組成，指示部分(2)包括二位數(shù)字頻率表，頻率測試信號來自比較放大器的方波信號，還包括外接端ロ(4)，所述外接端ロ(4)連接示波器，所述演示部分(3)包括并聯(lián)的負(fù)載電路電阻、電感、電容支路，每個(gè)支路中設(shè)有可拆卸式電子元件(6)井分別串聯(lián)I只小燈泡(5)。
2.如權(quán)利要求I所述的變頻正弦交流特性演示器，其特征在于所述三角波發(fā)生器全部是由分列器件組成，三極管VI、三極管V2組成比較放大器，產(chǎn)生方波信號，三極管V4、三極管V5、三極管V6、三極管V7、三極管V8、電容C、限流電阻R、頻率調(diào)節(jié)電位器RPl組成積分電路，產(chǎn)生三角波信號，比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，構(gòu)成穩(wěn)定的三角波振蕩器，在形成反饋電路中，為了對積分電容C的充放電影響盡可能小，在電路中采用場效應(yīng)管V9作為源極跟隨器，以提高充放電電容C端的輸入阻抗，減小三角波輸出端的阻抗，三角波輸出端和三極管V2組成的比較放大電路的輸入端基極相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的變頻正弦交流特性演示器，其特征在于所述正弦波形成電路包括將源極跟隨器輸出的三角波信號，通過調(diào)節(jié)RP2電位器，使三角波的正峰值和三角波的負(fù)峰值在ニ極管截止與導(dǎo)通的拐點(diǎn)區(qū)域，送至運(yùn)算放大器作進(jìn)ー步的修邊整形后，輸出完美的正弦波形送至功率放大器的輸入端。
4.如權(quán)利要求3所述的變頻正弦交流特性演示器，其特征在于所述正弦功率放大電路采用美國德州儀器公司生產(chǎn)的TDA3001D1，20W單聲道音頻功率放大器(9)，由運(yùn)放輸出的正弦波信號送入功放集成電路2腳同相輸入端,功放的BTL輸出10Vp_p電壓,供負(fù)載電路。
5.如權(quán)利要求I所述的變頻正弦交流特性演示器，其特征在于所述正弦波信號發(fā)生 器,頻率范圍IHz 60Hz。
6.如權(quán)利要求I所述的變頻正弦交流特性演示器，其特征在于所述二位數(shù)字頻率表顯示，分辨率為IHz。
7.如權(quán)利要求I所述的變頻正弦交流特性演示器，其特征在于所述電源部分(I)、指示部分(2)和演示部分(3)均安裝在底座(7)上，所述底座(7)內(nèi)設(shè)有抽屜(8)，負(fù)載電路中的可拆卸式電子元件(6)的替換件放在抽屜(8)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明專利的目的就是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于演示正弦波變頻交流電路特性的演示器，能直觀表現(xiàn)出交流電的特性，提高演示精度。為達(dá)到所述目的，本發(fā)明變頻正弦交流特性演示器，電源部分、指示部分和演示部分，所述電源部分由依次連接的三角波發(fā)生器、正弦波形成電路、正弦功率放大電路組成,所述演示部分包括并聯(lián)的負(fù)載電路電阻、電感、電容支路，每個(gè)支路中設(shè)有可拆卸式電子元件并分別串聯(lián)1只小燈泡。本發(fā)明通過改變變頻電源的頻率，可觀察電阻、電感、電容支路中串聯(lián)的燈泡亮、暗變化情況，同時(shí)能從示波器中檢測到完美的正弦波形。能更直觀地給學(xué)生演示、解釋正弦波交流電的特點(diǎn)。
文檔編號G09B23/18GK102842257SQ201210275850
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者唐豐, 唐智川 申請人:湖州文思必得科教儀器有限公司