電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示器 (二)

物理教學(xué)中演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象的傳統(tǒng)試驗(yàn)方法中使用的儀器較多，操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象短暫且不直觀。本例介紹的電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示器，采用發(fā)光二極管和字集成電路等元器件制作而成，其特點(diǎn)是操作簡單、顯示直觀、演示效果良好。

電路工作原理
該電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示器電路由電源電路、電磁感應(yīng)信號(hào)輸人電路、信號(hào)放大控制電路、
延時(shí)控制電路、驅(qū)動(dòng)顯示電路和選通控制電路組成，如圖2-14所示。

電源電路由電源變壓器T、電源開關(guān)Sl、整流橋堆UR、濾波電容器C13和三端穩(wěn)壓集成電路lC4組成。電磁感應(yīng)信號(hào)輸人電路由電磁感應(yīng)信號(hào)輸人電路由電感線圈L和電容器Cl、C2、C7等組成。
信號(hào)放大控制電路由運(yùn)算放大器集成電路LC1(Nl-N4)和電阻器Rl-R8、R14-R2l
組成。延時(shí)控制電路由與非門集成電路IC2(DI-D4)和電阻器R9、R22、R3l、C5、ClO、
Cl2組成。驅(qū)動(dòng)顯示電路由晶體管Vl-V4、繼電器Kl、K2、發(fā)光二極管VLl-VL6、轉(zhuǎn)換開關(guān)S2(S2-1~S2-3)和電阻器R27-R30組成。
選通控制電路由電子開關(guān)集成電路IC3擔(dān)任。
交流220V電壓經(jīng)T降壓、UR整流、C13濾波及IC4穩(wěn)壓后為整機(jī)提供+5V工作電源。
將條形磁鐵從線圈L中插人或拔出時(shí)，Cl的正端產(chǎn)生電磁感應(yīng)電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)
經(jīng)信號(hào)放大、選通控制及延時(shí)控制電路處理后，通過驅(qū)動(dòng)顯示電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。
當(dāng)Cl的正端產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓信號(hào)為正電壓時(shí)，該電壓信號(hào)經(jīng)C2和R2耦合至Nl
的正相輸入端，經(jīng)Nl和N2放大后使D2輸出低電平，此時(shí)lC3內(nèi)部的雙向電子開關(guān)SOl接
通，S02斷開;當(dāng)Cl的正端產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓信號(hào)為負(fù)電壓時(shí)，該電壓信號(hào)經(jīng)N3和N4
放大后，使D3輸出低電平，IC3內(nèi)部的雙向電子開關(guān)S02接通。
在演示法拉第電磁感應(yīng)定律時(shí)，將S2按下，此時(shí)S2-1和S2-2接通，S2-3斷開，V3和
V4不工作，經(jīng)ICl放大及IC3選通控制后的電磁感應(yīng)電壓信號(hào)使Vl或V2導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)發(fā)光
二極管VLl、VL2或VL3、VL4發(fā)光 (當(dāng)感應(yīng)電壓信號(hào)為正電壓時(shí)，Vl導(dǎo)通，VL1和VL2發(fā)
光;感應(yīng)電壓信號(hào)為負(fù)電壓時(shí)，V2導(dǎo)通，VL3和VM發(fā)光)。
在演示楞次定律時(shí)，將S2復(fù)位，此時(shí)S2-1和S2-2斷開，S2-3接通，經(jīng)IC1放大、IC3
選通控制及IC2等延時(shí)控制后的電磁感應(yīng)電壓信號(hào)使V3或V4導(dǎo)通，Kl或K2吸合，VL5或
VL6發(fā)光 (當(dāng)感應(yīng)電壓信號(hào)為正電壓時(shí)，V3導(dǎo)通，K1吸合，VL5點(diǎn)亮;當(dāng)感應(yīng)電壓信號(hào)為
負(fù)電壓時(shí)，V4導(dǎo)通，K2吸合，VL6點(diǎn)亮)。
為簡化電路，Vl和V2集電極回路中的LED顯示電路僅畫出兩路，為增加演示效果，
實(shí)際制作時(shí)可根據(jù)需要增加LED顯示電路的路數(shù)。VL5和VL6也可用多只發(fā)光二極管并聯(lián)。

元器件選擇
Rl-R31選用1/4W金屬膜電阻器或碳膜電阻器;R32選用1/2W金屬膜電阻器。
Cl-C13均選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。
VDl和VD2均選用lN4148型硅開關(guān)二極管。
VLl-VL4均選用φ5mm的紅色發(fā)光二極管;VL5和VL6均選用φ5mm綠色發(fā)光二極管。
UR選用lA、5OV的整流橋堆。
Vl、V2選用S8050或3DG8050型硅NPN晶體管;V3和V4選用S8550或3CG8550型硅PNP晶體管。
ICl選用LM324型四運(yùn)放集成電路;IC2選用CD401l或MCl4011型四與非門集成電路;
IC3選用CD4066型電子開關(guān)集成電路;IC4選用LM7805型三端穩(wěn)壓集成電路。
Kl和K2均選用4098型5V直流繼電器。
T選用5W、二次電壓為7．5V的電源變壓器。
S1選用5A、250V的電源開關(guān);S2選用按鍵自鎖式雙極雙位開關(guān)。