一種斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀的制作方法
【專利摘要】一種斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，包括電阻分壓電路、斯密特觸發(fā)器和自動化控制終端組成，其特征在于：所述的電阻分壓電路與斯密特觸發(fā)器并聯(lián)后與自動化控制終端聯(lián)接，改變電阻分壓電路中的熱敏電阻、光敏電阻和可調(diào)電阻的電阻值，給自動化控制終端輸入不同的電壓并通過響鈴、燈具、蜂鳴器演示出電阻分壓的原理、傳感器元件特性、非門電路特性、模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換、自動化控制、電路靈敏度的教具。本發(fā)明，電路設(shè)計合理，控制簡單，用具體的實驗電路幫助學(xué)生進行課本相關(guān)知識點的理解，科學(xué)性強，過程生動有趣，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情。
【專利說明】一種斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種教學(xué)演示儀，特別是一種斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀。
【背景技術(shù)】
[0002]斯密特與非門又稱斯密特觸發(fā)器。該器件既可以像普通“與非”門那樣工作，也可以結(jié)成斯密特觸發(fā)器來使用。在數(shù)碼顯示電路中將用它作脈沖整形電路。斯密特觸發(fā)器電路的工作條件有閾值電壓VT+和VT-，當輸入信號超過上限閾值VT+時，電路翻轉(zhuǎn)，當輸入電平回到VT+時，電路并不重新翻回，而必須在輸入電平繼續(xù)下降到低于VT+的另一個閾值VT-時，電路才能翻回到原來的初始狀態(tài)。
[0003]斯密特觸發(fā)器是高中物理學(xué)中一個重要的元器件，為了能夠讓學(xué)生在學(xué)習中，更加直觀的理解斯密特觸發(fā)器的原理，一般老師會根據(jù)實際情況制作一個或者兩個相關(guān)教學(xué)用具來給大家做演示，但是一般的單一電路演示效果不是很明顯，且成本較高，因為制作一個具有多種演示功能的斯密特觸發(fā)器演示教具，對于老師的教課和學(xué)生的理解具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有斯密特觸發(fā)器演示教具中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，是通過調(diào)整電阻分壓電路中電阻來改變斯密特觸發(fā)器的觸發(fā)頻率，使自動化控制終端通過數(shù)顯電壓表直接讀出電壓值，可以達到給學(xué)生演示電阻分壓的原理、傳感器元件特性、非門電路的特性、模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換、自動化控制和電路靈敏度的直觀效果。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，包括電阻分壓電路、斯密特觸發(fā)器和自動化控制終端組成，電阻分壓電路由一個可調(diào)電阻R2、光敏電阻
&、熱敏電阻Rt、干簧管Rb和控制開關(guān)h和Ic1、k2、k3組成，自動化控制終端由數(shù)顯電壓表、響鈴、燈具、蜂鳴器和控制開關(guān)h、k2、k3組成組成，其特征在于:所述的電阻分壓電路與斯密特觸發(fā)器并聯(lián)后與自動化控制終端聯(lián)接，改變電阻分壓電路中的熱敏電阻、光敏電阻和可調(diào)電阻的電阻值，給自動化控制終端輸入不同的電壓并通過響鈴、燈具、蜂鳴器演示出電阻分壓的原理、傳感器元件特性、非門電路特性、模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換、自動化控制、電路靈敏度的教具。
[0006]所述的電阻分壓原理的演示:閉合Iitl和k，數(shù)字電壓表1顯示的是電源正極的總電壓U，數(shù)字電壓表2顯示的是分壓點A的電壓Ua，也即可調(diào)電阻R2兩端的電壓，若設(shè)總電壓為U，由比例關(guān)系可得A點電勢的表達式為
A = Ua =RiH U, R1 = R2可使A點的電勢正好等于總電壓的一半；減小R1或增大R2,可Ψ'"
使A的電勢升高，驗證出“串聯(lián)電路中電壓與電阻阻值成正比”原理。
[0007]所述的傳感器元件特性演示:閉合1^和1^，即相當于用光敏電阻&替代了演示I中的R2,此時A點電勢完全只有光敏電阻&的值來決定，對光敏電阻&進行遮擋，會發(fā)現(xiàn)數(shù)字電壓表2的示數(shù)在變化，遮擋得越多，數(shù)字電壓表2的示數(shù)就越大，說明此時A點的電勢是在增大，&的阻值隨光照強度的減小而增大；閉合k2和k，即相當于用熱敏電阻Rt替代了演示I中的R2A1可設(shè)定為不變，此時A點電勢完全只有熱敏電阻Rt的值來決定，用打火機火焰對熱敏電阻Rt進行烘烤，會發(fā)現(xiàn)數(shù)字電壓表2的示數(shù)在變化，烘烤的時間越長，Rt的溫度越高，數(shù)字電壓表2的示數(shù)就越大，此時A點的電勢是在增大Rt的阻值隨溫度的升高而增大；閉合k3和k，即相當于用干簧管Rb替代了演示I中的R2，此干簧管為常閉型，故未加磁場時，A點通過此開關(guān)接地，電勢為零，Y點高電勢，當有磁場靠近時，開關(guān)打開，A點電勢升高，Y點電勢降低，驗證傳感器元件特性。
[0008]所述的非門電路特性演示，是調(diào)整電阻分壓電路的輸出電壓接到斯密特觸發(fā)器的非門電路的輸入端:輸入一個高于3.2V高電壓,非門電路輸出端得到一個0.0V低電壓；輸入一個低于2.4V的低電壓,非門電路輸出端得到一個6.0V高電壓,顯不出非門電路輸入輸出端電壓高低相反的特性。 [0009]所述的模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換演示，是模數(shù)信號只有兩個狀態(tài)，即“高”和“低”，用數(shù)字來體現(xiàn)即表述為“I”和“0”，非門電路輸入端的電壓連續(xù)可調(diào)，一個高電壓6.0V，一個是低電壓0V，代表高的“ I ”和代表低的“O”這兩個數(shù)字化的電信號。
[0010]所述的自動化控制技術(shù)演示:是閉合不同的k ^k1、kjPk3，使LED燈、報警器和
揚聲器工作，實現(xiàn)自動控制演示。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:該電路設(shè)計合理，控制簡單，用具體的實驗電路幫助學(xué)生進行課本相關(guān)知識點的理解，科學(xué)性強，過程生動有趣，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀電路原理圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]由圖1知，一種斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，包括電阻分壓電路、斯密特觸發(fā)器和自動化控制終端組成，電阻分壓電路由一個可調(diào)電阻R2、光敏電阻&、熱敏電阻Rt、干簧管Rb和控制開關(guān)Ict^Pk1、k2、k3組成，自動化控制終端由數(shù)顯電壓表、響鈴、燈具、蜂鳴器和控制開關(guān)Ic1、k2、k3組成，所述的電阻分壓電路與斯密特觸發(fā)器并聯(lián)后與自動化控制終端聯(lián)接，改變電阻分壓電路中的熱敏電阻、光敏電阻和可調(diào)電阻的電阻值，給自動化控制終端輸入不同的電壓并通過響鈴、燈具、蜂鳴器演示出電阻分壓的原理、傳感器元件特性、非門電路特性、模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換、自動化控制、電路靈敏度的教具。
[0015]實施例1:
電阻分壓原理的演示:先復(fù)原(即所有開關(guān)均關(guān)閉，以下“先復(fù)原”均為該意思)，閉合h和k，此時可以看到數(shù)字電壓表1顯示的是電源正極的總電壓U (新電池約為6.0V，使用后會略有下降)，數(shù)字電壓表2顯示的是分壓點A的電壓UA，也即可電阻R2兩端的電壓，若設(shè)
總電壓為U，由比例關(guān)系可得A點電勢的表達式為A = Ua =r1|2r; U，此時可向?qū)W生提問:


Ψ(O如何設(shè)定R1、R2的阻值，可使A點的電勢正好等于總電壓的一半？答:只要R1 = R2即可，數(shù)值任取。(2)如何調(diào)節(jié)％、R2的阻值可使A的電勢升高？答:減小R1或增大R2。
[0016]實施例2:
傳感器元件特性演示:閉合h和k，即相當于用光敏電阻&替代了演示I中的R2, R1可設(shè)定為5ΚΩ，此時A點電勢完全只有光敏電阻&的值來決定，用手對光敏電阻&進行遮擋，會發(fā)現(xiàn)數(shù)字電壓表2的示數(shù)在變化，遮擋得越多，數(shù)字電壓表2的示數(shù)就越大，說明此時A點的電勢是在增大，原因是光敏電阻&的阻值在增大，此時可以向?qū)W生提問:該光敏電阻&有何特性？答:?的阻值隨光照強度的減小而增大。然后作反方向演示；(2)先復(fù)原，閉合1^2和1^，即相當于用熱敏電阻Rt替代了演示I中的R2, R1可設(shè)定為1ΚΩ不變，此時A點電勢完全只有熱敏電阻Rt的值來決定，用打火機火焰對熱敏電阻Rt進行烘烤，會發(fā)現(xiàn)數(shù)字電壓表2的示數(shù)在變化，烘烤的時間越長，Rt的溫度越高，數(shù)字電壓表2的示數(shù)就越大，說明此時A點的電勢是在增大，原因是熱敏電阻Rt的阻值在增大，此時可以向?qū)W生提問:該熱敏電阻Rt有何特性？答:Rt的阻值隨溫度的升高而增大。再作反方向演示。(3)先復(fù)原，閉合k3和k，即相當于用干簧管Rb替代了演示I中的R2，此干簧管為常閉型，故未加磁場時，A點通過此開關(guān)接地，電勢為零，Y點高電勢，當有磁場靠近時，開關(guān)打開，A點電勢升高，Y點電勢降低。
[0017]實施例3:
非門電路特性的演示:非門是一種基本數(shù)字邏輯門電路，其有輸入輸出兩個端口，非門電路的特征在于輸出端的電勢高低正好與輸入端電勢的高低相反，即輸入端加一個高電壓(邏輯符號為1)，輸出端就會出現(xiàn)低電壓(邏輯符號為0)，反之，輸入端加一個低電壓(邏輯符號為O),輸出端就會出現(xiàn)高電壓(邏輯符號為I)。該74LS14集成模塊內(nèi)部一共含有6個完全相同的非門電路，本實驗使用其中一個作演示，輸入輸出端分別記作X和Y。演示時先復(fù)原，閉合1?和K，將R1的阻值設(shè)`定為Ik Ω，將R2的阻值設(shè)為O Ω，現(xiàn)逐漸增大R2的值，很顯然電壓表2的示數(shù)會逐漸增大，此時同步注意觀察電壓表3示數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)當X輸入端電壓較低時(低于3.0V)，輸出端Y —直輸出的是一個高電壓(6.0V)，當X輸入端電壓較高時(高于3.0V),輸出端Y —直輸出的是一個低電壓(0.0V),體現(xiàn)了非門電路的特性。再作反方向演示。
[0018]具體實施例4:
模數(shù)信號特征的演示:X輸入端的電壓是連續(xù)可變的，這是模擬信號的特點，而Y輸出端的信號是跳躍式變化的，或者說是突變的，只有兩個值，非高即低，這是數(shù)字信號的特點。模擬信號傳輸不穩(wěn)定，易受干擾，已逐步淘汰；而數(shù)字信號穩(wěn)定，不易受干擾，正作全面的推廣。
[0019]實施例5:
自動化控制技術(shù)演示:(I)模擬自動開關(guān)路燈，先復(fù)原，閉合k、Ic1和k2，將R1設(shè)定為5kQ，此時光敏電阻在正常的辦公光照條件下，阻值較小，A點的電勢較低，對于密特觸發(fā)器而言，由于X端輸入的是低電壓，則Y端輸出的是高電壓，BY之間沒有電勢差，LED燈不能工作，當用手擋住光敏電阻時，其阻值迅速上升，使得A點的電勢上升，當電勢上升到非門電路的觸發(fā)電壓時(約為2.4V)，Y端的電勢會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由高電勢突降為低電勢(約為1.2V)，這樣LED燈的兩端就會形成一個電勢差，LED燈被點亮；當把手拿開，光敏電阻恢復(fù)光照，其阻值會突然下降，導(dǎo)致A點的電勢降低，當?shù)陀诜情T電路的觸發(fā)電壓時(約為1.8V)，Y端的電勢會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由低電勢突升為高電勢(約為6.0V)，這樣LED燈的兩端電勢相等，LED燈自動熄滅。(2)模擬火災(zāi)報警電路，先復(fù)原，閉合匕和1^，將R1設(shè)定為IkQ，此時熱敏電阻在常溫條件下，阻值較小，A點的電勢較低，對于密特觸發(fā)器的而言，由于X端輸入的是低電壓，則Y端輸出的是高電壓，BY之間沒有電勢差，報警器不能工作，當用打火機對熱敏電阻加熱時，其阻值迅速上升，使得A點的電勢上升，當電勢上升到非門電路的觸發(fā)電壓時(約為2.4V)，Y端的電勢會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由高電勢突降為低電勢(約為1.2V)，這樣報警器的兩端就會形成一個電勢差，報警器發(fā)光發(fā)聲開始報警；當把打火機拿開，熱敏電阻溫度下降，其阻值隨即下降，導(dǎo)致A點的電勢降低，當?shù)陀诜情T電路的觸發(fā)電壓時(約為1.8V)，Y端的電勢會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由低電勢突升為高電勢(約為6.0V)，此時報警器兩端的電勢相等，報警器停止報警。(3)先復(fù)原，閉合k3和k,將R1設(shè)定為5kΩ ,將磁鐵靠近干簧管,揚聲器會發(fā)聲,拿開磁鐵，揚聲器停止發(fā)聲。
[0020] 實施例6:
控制靈敏度調(diào)整演示:不同的用戶對觸發(fā)器的工作條件的要求是不一樣的，此時R1電阻就可以起到觸發(fā)靈敏度調(diào)節(jié)控制的作用。對自動路燈控制系統(tǒng)，減小R1，可以提高靈敏度，即當光照度還不夠小時，路燈就可以被點亮；反之，增大R1，就降低靈敏度，即必須當光照度很小時，路燈才可以 被點亮。同理，熱敏電路也具備這一功能。
【權(quán)利要求】
1.一種斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，包括電阻分壓電路、斯密特觸發(fā)器和自動化控制終端組成，電阻分壓電路由一個可調(diào)電阻R2、光敏電阻&、熱敏電阻Rt、干簧管Rb和控制開關(guān)、k2、k3組成，自動化控制終端由數(shù)顯電壓表、響鈴、燈具、蜂鳴器和控制開關(guān)Ic1、k2、k3組成組成，其特征在于:所述的電阻分壓電路與斯密特觸發(fā)器并聯(lián)后與自動化控制終端聯(lián)接，改變電阻分壓電路中的熱敏電阻、光敏電阻和可調(diào)電阻的電阻值，給自動化控制終端輸入不同的電壓并通過響鈴、燈具、蜂鳴器演示出電阻分壓的原理、傳感器元件特性、非門電路特性、模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換、自動化控制、電路靈敏度的教具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，其特征在于:所述的電阻分壓原理的演示:閉合1?和k，數(shù)字電壓表1顯示的是電源正極的總電壓U，數(shù)字電壓表2顯示的是分壓點A的電壓Ua，也即可調(diào)電阻R2兩端的電壓，若設(shè)總電壓為U，由比例關(guān)系可得A點電勢的表達式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，其特征在于:所述的傳感器元件特性演示:閉合h和k，即相當于用光敏電阻&替代了演示I中的R2，此時A點電勢完全只有光敏電阻&的值來決定，對光敏電阻&進行遮擋，會發(fā)現(xiàn)數(shù)字電壓表2的示數(shù)在變化，遮擋得越多，數(shù)字電壓表2的示數(shù)就越大，說明此時A點的電勢是在增大，&的阻值隨光照強度的減小而增大；閉合k2和k，即相當于用熱敏電阻Rt替代了演示I中的R2A1可設(shè)定為不變，此時A點電勢完全只有熱敏電阻Rt的值來決定，用打火機火焰對熱敏電阻Rt進行烘烤，會發(fā)現(xiàn)數(shù)字電壓表2的示數(shù)在變化，烘烤的時間越長，Rt的溫度越高，數(shù)字電壓表2的示數(shù)就越大，此時A點的 電勢是在增大Rt的阻值隨溫度的升高而增大；閉合匕和k，即相當于用干簧管Rb替代了演示I中的R2，此干簧管為常閉型，故未加磁場時，A點通過此開關(guān)接地，電勢為零，Y點高電勢，當有磁場靠近時，開關(guān)打開，A點電勢升高，Y點電勢降低，驗證傳感器元件特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，其特征在于:所述的非門電路特性演示，是調(diào)整電阻分壓電路的輸出電壓接到斯密特觸發(fā)器的非門電路的輸入端:輸入一個高于3.2V高電壓,非門電路輸出端得到一個0.0V低電壓；輸入一個低于2.4V的低電壓，非門電路輸出端得到一個6.0V高電壓，顯示出非門電路輸入輸出端電壓高低相反的特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，其特征在于:所述的模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換演示，是模數(shù)信號只有兩個狀態(tài)，即“高”和“低”，用數(shù)字來體現(xiàn)即表述為“ I”和“0”，非門電路輸入端的電壓連續(xù)可調(diào)，一個高電壓6.0V，一個是低電壓0V，代表高的“I”和代表低的“ O ”這兩個數(shù)字化的電信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斯密特觸發(fā)器多功能教學(xué)演示儀，其特征在于:所述的自動化控制技術(shù)演示:是閉合不同的k’、k、lq、!^和匕，使LED燈、報警器和揚聲器工作，實現(xiàn)自動控制演示。
【文檔編號】G09B23/18GK103646593SQ201310732123
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】丁洪良 申請人:丁洪良