[实用新型]二极管和交流电路特性验证装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种二极管和交流电路特性验证装置，利用集成运算放大器产生频率变化的正弦波交流信号验证二极管的单向导电性，二极管采用发光二极管，可以直观观察二极管在直流信号和交流信号作用下的单向导电性；用发光二极管组成半波整流、桥式全波整流直观验证二极管在电气领域应用的整流功能；应用交流信号、整流得到的直流信号和应用发光二极管的单向导电性直观认知直流信号和交流信号的特征。

背景技术：

中学生物理课程讲授内容中有关半导体器件二极管和交流电路部分较难于理解。半导体物理中PN节的性质是半导体学科的基础，最简单的半导体器件是二极管，而中学生在理解二极管的特性上存在疑惑，难于理解二极管的单向导电性，在讲课过程中也只是用一简单的直流电、限流电阻和二极管组成电路验证，此电路不易观察和理解；或者应用万用表的电阻档测量二极管的电阻，二极管截止状态，万用表显示为无穷大也不易于理解二极管的单向导电性。

在学习交流电路内容前，物理课程电路部分内容的电源是直流电，学生容易理解，因为理想直流电电压和电流的方向是不随时间变化的，且电压与回路电流是同相位的。而交流电电路中有电容器件和电感器件时，电压和回路中的电流是向量关系，中学生不容易理解和掌握着部分的理论内容。

物理课程的学习过程是与实验紧密相关的，为了让中学生更好理解二极管的特征及其应用和交流电路的性质以及交流电作用于纯电阻、电阻电容和电阻电感负载时的性质，设计了一种实验装置以帮助中学生理解和掌握有关半导体器件二极管和交流电路部分的理论内容。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种二极管和交流电路特性验证装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种二极管和交流电路特性验证装置，其组成包括：变频正弦波发生器，所述的变频正弦波发生器分别通过跳线选择开关与正反向单向导电性电路、正反向半波整流电路、桥式安全波整流电路、纯电阻负载电路、电阻电容负载电路、电阻电感负载电路连接。

所述的二极管和交流电路特性验证装置，所述的变频正弦波发生器由运算放大器、阻容串并联网络和负反馈电路组成，其中电阻由固定阻值的电阻和可变电阻组成，所述的可变电阻为同轴可变电阻。

所述的二极管和交流电路特性验证装置，所述的阻容串并联网络中电容分四个档位，分别为10kHz、50Hz、15Hz、0.5Hz。

所述的二极管和交流电路特性验证装置，所述的正反向单向导电性电路具有二极管单向导电性的正半波电路和二极管单向导电性的负半波电路，所述的二极管单向导电性的正半波电路采用绿色发光二极管，所述的二极管单向导电性的负半波电路采用红色发光二极管。

所述的二极管和交流电路特性验证装置，所述的正反向半波整流电路具有正半波整流电路和负半波整流电路，所述的正半波整流电路采用绿色发光二极管，所述的负半波整流电路采用红色发光二极管。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型利用集成运算放大器产生频率变化的正弦波交流信号验证二极管的单向导电性，二极管采用发光二极管，可以直观观察二极管在直流信号和交流信号作用下的单向导电性；用发光二极管组成半波整流、桥式全波整流直观验证二极管在电气领域应用的整流功能；应用交流信号和整流得到的直流信号和应用发光二极管的单向导电性直观认知直流信号和交流信号的特征；通过纯电阻负载电路、电阻电容负载电路、电阻电感负载电路认知交流电的电压与电流的相位关系、有效值关系，以及在电容值一定、电感值一定时，调节负载电阻得出交流信号电压与电流相位差的变化规律。

本实用新型成本低，器件采购容易，电路中所施加和产生信号的电压值低，易于中学生的安全操作；该装置易于实现，通过制作该装置，可以锻炼学生的动手能力，可以培养学生的理论分析与实践能力，可以帮助学生理解和掌握二极管特性和交流电路性质的物理课程教学内容。

本实用新型解决了目前中学生物理课程讲授过程中学生难于理解和掌握交流电路性质的问题，如交流电在纯电阻电路中，回路中电阻压降与电源电压是标量关系，可以直接由各电阻压降的代数和得到；若交流电路中含有电容或电感，则电源电压与电路中器件的压降是矢量和的关系，不能直接进行代数和相加减。