在物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，演示 "電荷的定向移動(dòng)形成電流"這一微觀現(xiàn)象往往比較困難。本例介紹的電流流動(dòng)方向演示器，采用發(fā)光二極管 (LED)來模擬演示直流電流的流動(dòng)方向，具有形象、直觀、易操作等特點(diǎn)。

電路工作原理

該電流流動(dòng)方向演示器電路由脈沖發(fā)生器、LED驅(qū)動(dòng)電路和電源極性自動(dòng)切換電路組成，如圖2-1所示。

圖2-1 電流流動(dòng)方向演示器電路(一)

脈沖發(fā)生器電路由時(shí)基集成電路ICl、電阻器Rl、R2和電容器Cl、C2組成。LED驅(qū)動(dòng)電路由發(fā)光二極管VLl-VLlO和十進(jìn)制計(jì)數(shù)/脈沖分配器集成電路lC2、1C3組成。電源極性自動(dòng)切換電路由晶體管Vl-V3和電阻器R3-R8組成。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的振蕩脈沖信號(hào)分別加至IC2和1C3的15腳，作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖。A、B兩端為直流電壓輸入端，兩端外接電源的正、負(fù)極性決定LED流動(dòng)顯示的方向。

當(dāng)A端接直流電壓的正極，B端接直流電壓的負(fù)極時(shí)，Vl和V3導(dǎo)通，V3集電極輸出恒定高電平至IC2的15腳 (復(fù)位端)，使IC2停止計(jì)數(shù)，各輸出端均輸出低電平;此時(shí)V2截止，IC3因15腳為低電平而正常計(jì)數(shù)。IC3在計(jì)數(shù)脈沖的作用下，其YO-Y9端依次輸出高電平，使VLl-VLlO中的紅色發(fā)光二極管依次輪流點(diǎn)亮，從而模擬顯示出某一方向的電荷運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)A端接直流電壓的負(fù)極，而B端直流電壓的正極時(shí)，V2導(dǎo)通，Vl和V3截止，IC3因15腳為高電平而停止計(jì)數(shù)，IC2在計(jì)數(shù)脈沖的作用下，其YO-Y9輸出端依次輸出高電平，便VLl-VLlO中的綠色發(fā)光二極管依次輪流點(diǎn)亮，顯示電荷的運(yùn)動(dòng)方向與直流電壓的極性一致。調(diào)整R2的阻值，可以改變脈沖發(fā)生器的振蕩頻率，從而改變LED的移動(dòng)速度。

元器件選擇

Rl和R3-R8選用1/4W的碳膜電阻器或金屬膜電阻器;R2選用半密封膜式可變電阻器。

Cl和C2選用獨(dú)石電容器或滌綸電容器。

VLl-VLlO均選用2EF3O3型兩端雙色發(fā)光二極管，也可用一只紅色發(fā)光二極管和一只綠色發(fā)光二極管反相并聯(lián)后代替。

Vl選用S9014或3DG9014、C8050型硅NPN晶體管;V2和V3選用S9015或C8550型硅PNP晶體管。

ICl選用NE555或CD7555、ひA555型時(shí)基集成電路;IC2和1C3選用CD4017或CC4017型十進(jìn)制計(jì)數(shù)/脈沖分配器集成電路。

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