二極管和交流電路特性驗證裝置的制造方法
【技術領域】 [0001] ：
[0002] 本實用新型涉及一種二極管和交流電路特性驗證裝置，利用集成運算放大器產生 頻率變化的正弦波交流信號驗證二極管的單向導電性，二極管采用發光二極管，可以直觀 觀察二極管在直流信號和交流信號作用下的單向導電性；用發光二極管組成半波整流、橋 式全波整流直觀驗證二極管在電氣領域應用的整流功能；應用交流信號、整流得到的直流 信號和應用發光二極管的單向導電性直觀認知直流信號和交流信號的特征。
【背景技術】 [0003] ：
[0004] 中學生物理課程講授內容中有關半導體器件二極管和交流電路部分較難于理解。 半導體物理中PN節的性質是半導體學科的基礎，最簡單的半導體器件是二極管，而中學生 在理解二極管的特性上存在疑惑，難于理解二極管的單向導電性，在講課過程中也只是用 一簡單的直流電、限流電阻和二極管組成電路驗證，此電路不易觀察和理解；或者應用萬用 表的電阻檔測量二極管的電阻，二極管截止狀態，萬用表顯示為無窮大也不易于理解二極 管的單向導電性。
[0005] 在學習交流電路內容前，物理課程電路部分內容的電源是直流電，學生容易理解， 因為理想直流電電壓和電流的方向是不隨時間變化的，且電壓與回路電流是同相位的。而 交流電電路中有電容器件和電感器件時，電壓和回路中的電流是向量關系，中學生不容易 理解和掌握著部分的理論內容。
[0006] 物理課程的學習過程是與實驗緊密相關的，為了讓中學生更好理解二極管的特征 及其應用和交流電路的性質以及交流電作用于純電阻、電阻電容和電阻電感負載時的性 質，設計了一種實驗裝置以幫助中學生理解和掌握有關半導體器件二極管和交流電路部分 的理論內容。
[0007] 【實用新型內容】：
[0008] 本實用新型的目的是提供一種二極管和交流電路特性驗證裝置。
[0009] 上述的目的通過以下的技術方案實現：
[0010] 一種二極管和交流電路特性驗證裝置，其組成包括：變頻正弦波發生器，所述的變 頻正弦波發生器分別通過跳線選擇開關與正反向單向導電性電路、正反向半波整流電路、 橋式安全波整流電路、純電阻負載電路、電阻電容負載電路、電阻電感負載電路連接。
[0011] 所述的二極管和交流電路特性驗證裝置，所述的變頻正弦波發生器由運算放大 器、阻容串并聯網絡和負反饋電路組成，其中電阻由固定阻值的電阻和可變電阻組成，所述 的可變電阻為同軸可變電阻。
[0012] 所述的二極管和交流電路特性驗證裝置，所述的阻容串并聯網絡中電容分四個檔 位，分別為 10kHz、50Hz、15Hz、0. 5Hz。
[0013] 所述的二極管和交流電路特性驗證裝置，所述的正反向單向導電性電路具有二極 管單向導電性的正半波電路和二極管單向導電性的負半波電路，所述的二極管單向導電性 的正半波電路采用綠色發光二極管，所述的二極管單向導電性的負半波電路采用紅色發光 二極管。
[0014] 所述的二極管和交流電路特性驗證裝置，所述的正反向半波整流電路具有正半波 整流電路和負半波整流電路，所述的正半波整流電路采用綠色發光二極管，所述的負半波 整流電路采用紅色發光二極管。
[0015] 本實用新型的有益效果：
[0016] 1.本實用新型利用集成運算放大器產生頻率變化的正弦波交流信號驗證二極管 的單向導電性，二極管采用發光二極管，可以直觀觀察二極管在直流信號和交流信號作用 下的單向導電性；用發光二極管組成半波整流、橋式全波整流直觀驗證二極管在電氣領域 應用的整流功能；應用交流信號和整流得到的直流信號和應用發光二極管的單向導電性直 觀認知直流信號和交流信號的特征；通過純電阻負載電路、電阻電容負載電路、電阻電感負 載電路認知交流電的電壓與電流的相位關系、有效值關系，以及在電容值一定、電感值一定 時，調節負載電阻得出交流信號電壓與電流相位差的變化規律。
[0017] 本實用新型成本低，器件采購容易，電路中所施加和產生信號的電壓值低，易于中 學生的安全操作；該裝置易于實現，通過制作該裝置，可以鍛煉學生的動手能力，可以培養 學生的理論分析與實踐能力，可以幫助學生理解和掌握二極管特性和交流電路性質的物理 課程教學內容。
[0018] 本實用新型解決了目前中學生物理課程講授過程中學生難于理解和掌握交流電 路性質的問題，如交流電在純電阻電路中，回路中電阻壓降與電源電壓是標量關系，可以直 接由各電阻壓降的代數和得到；若交流電路中含有電容或電感，則電源電壓與電路中器件 的壓降是矢量和的關系，不能直接進行代數和相加減。
[0019] 本實用新型應用半導體器件運算放大器正反饋自激的原理設計一種頻率可變且 可以輸出較低的正弦波交流信號如〇. 5Hz，施加在發光二極管上，可以直觀觀察二極管的單 向導電性，應用2個二極管可以觀察在小于等于0. 5Hz交流信號作用下，2個二極管交替發 光。
[0020] 本實用新型設計的正負半周整流電路和橋式全波整流電路通過電容負載放電可 以進一步觀察二極管的單向導電性；驗證二極管在整流上的應用；通過示波器可以觀測整 流電路在帶負載時電容兩端電壓在放電和充電過程時的動態變化。在整流電路中，半波整 流均采用發光二極管，正半波用綠色，負半波用紅色；當正弦波輸出電壓幅值信號大于等于 IOV時全波整流，對應橋臂的二極管采用同一顏色，如正半波用綠色、負半波用紅色；當正 弦波輸出電壓幅值信號小于10V，且大于5V時全波整流對應橋臂的二極管采用一個發光二 極管、一個普通二極管。
【附圖說明】 [0021] ：
[0022] 圖1是本實用新型結構示意圖。
[0023] 圖2是正弦波發生電路原理圖。
[0024] 圖3是二極管單向導電性驗證電路圖。
[0025] 圖4是二極管半波整流電路圖。
[0026] 圖5是二極管橋式全波整流電路圖。
[0027] 圖6是交流負載電路圖。
【具體實施方式】 [0028] ：
[0029] 實施例1:
[0030] 一種二極管和交流電路特性驗證裝置，其組成包括：變頻正弦波發生器1，所述的 變頻正弦波發生器分別通過跳線選擇開關與正反向單向導電性電路2、正反向半波整流電 路3、橋式安全波整流電路4、純電阻負載電路5、電阻電容負載電路6、電阻電感負載電路7 連接。
[0031] 實施例2:
[0032] 根據實施例1所述的二極管和交流電路特性驗證裝置，所述的變頻正弦波發生器 由運算放大器、阻容串并聯網絡和負反饋電路組成，其中電阻由固定阻值的電阻和可變電 阻組成，所述的可變電阻為同軸可變電阻。
[0033] 實施例3:
[0034] 根據實施例1或2所述的二極管和交流電路特性驗證裝置，所述的阻容串并聯網 絡中電容分四個檔位，分別為10kHz、50Hz、15Hz、0. 5Hz。
[0035] 實施例4:
[0036] 根據實施例1或2或3所述的二極管和交流電路特性驗證裝置，所述的正反向單 向導電性電路具有二極管單向導電性的正半波電路和二極管單向導電性的負半波電路，所 述的二極管單向導電性的正半波電路采用綠色發光二極管，所述的二極管單向導電性的負 半波電路采用紅色發光二極管。
[0037] 實施例5:
[0038] 根據實施例1或2或3或4所述的二極管和交流電路特性驗證裝置，所述的正反 向半波整流電路具有正半波整流電路和負半波整流電路，所述的正半波整流電路采用綠色 發光二極管，所述的負半波整流電路采用