電磁感應現象演示器 (二)

物理教學中演示電磁感應現象的傳統(tǒng)試驗方法中使用的儀器較多，操作復雜，實驗現象短暫且不直觀。本例介紹的電磁感應現象演示器，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
該電磁感應現象演示器電路由電源電路、電磁感應信號輸人電路、信號放大控制電路、
延時控制電路、驅動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。電磁感應信號輸人電路由電磁感應信號輸人電路由電感線圈L和電容器Cl、C2、C7等組成。
信號放大控制電路由運算放大器集成電路LC1(Nl-N4)和電阻器Rl-R8、R14-R2l
組成。延時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。驅動顯示電路由晶體管Vl-V4、繼電器Kl、K2、發(fā)光二極管VLl-VL6、轉換開關S2(S2-1~S2-3)和電阻器R27-R30組成。
選通控制電路由電子開關集成電路IC3擔任。
交流220V電壓經T降壓、UR整流、C13濾波及IC4穩(wěn)壓后為整機提供+5V工作電源。
將條形磁鐵從線圈L中插人或拔出時，Cl的正端產生電磁感應電壓信號，該電壓信號
經信號放大、選通控制及延時控制電路處理后，通過驅動顯示電路驅動發(fā)光二極管發(fā)光。
當Cl的正端產生的電磁感應電壓信號為正電壓時，該電壓信號經C2和R2耦合至Nl
的正相輸入端，經Nl和N2放大后使D2輸出低電平，此時lC3內部的雙向電子開關SOl接
通，S02斷開;當Cl的正端產生的電磁感應電壓信號為負電壓時，該電壓信號經N3和N4
放大后，使D3輸出低電平，IC3內部的雙向電子開關S02接通。
在演示法拉第電磁感應定律時，將S2按下，此時S2-1和S2-2接通，S2-3斷開，V3和
V4不工作，經ICl放大及IC3選通控制后的電磁感應電壓信號使Vl或V2導通，驅動發(fā)光
二極管VLl、VL2或VL3、VL4發(fā)光 (當感應電壓信號為正電壓時，Vl導通，VL1和VL2發(fā)
光;感應電壓信號為負電壓時，V2導通，VL3和VM發(fā)光)。
在演示楞次定律時，將S2復位，此時S2-1和S2-2斷開，S2-3接通，經IC1放大、IC3
選通控制及IC2等延時控制后的電磁感應電壓信號使V3或V4導通，Kl或K2吸合，VL5或
VL6發(fā)光 (當感應電壓信號為正電壓時，V3導通，K1吸合，VL5點亮;當感應電壓信號為
負電壓時，V4導通，K2吸合，VL6點亮)。
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，
實際制作時可根據需要增加LED顯示電路的路數。VL5和VL6也可用多只發(fā)光二極管并聯。

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;S2選用按鍵自鎖式雙極雙位開關。