[发明专利]一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪及演示方法

说明书

一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪及演示方法，应用变频技术和逆变技术，设计了一个小功率、低电压输出的交流变频电源，为示教演示装置进行供电；示教演示装置包括直流支路、交流支路以及总电源开关，直流支路与交流支路上设置有负载供电开关以及并联设置的电感器支路和电容器支路，电感器支路和电容器支路之间设置有电感器和电容器选择开关，直流支路与交流支路之间设置有电流类型转换开关；直流支路与交流支路上均设有实验效果显示灯。本发明通过对比两个支路实验效果显示灯的亮暗，不仅能演示电感器、电容器对交、直流的阻通作用，同时还能演示电感器感抗与自感系数、交流频率的关系以及电容器容抗与电容容值、交流频率的关系。

技术领域

本发明属于物理交变电流实验教学领域，具体涉及一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪及演示方法。

背景技术

对于电感器和电容器对交变电流影响的研究是目前我国高中物理课本学习中的重点内容。并且中学物理课本中明确地讲到电感器具有通直流、阻交流、通低频、阻高频的特性，而电容器具有隔直流、通交流、阻低频、通高频的特性，但是由于这部分的内容比较抽象，中学生在学习过程中不易理解。虽然在中学物理课本中演示了电感器、电容器对交、直流的阻通作用，但是要使中学生透彻的理解电感器和电容器对电流的影响还有很大的不足之处：

1.中学物理课本中没有详细的实验案例演示电感器的感抗与自感系数、交变电流频率的关系，电容器的容抗与电容器容值、交变电流频率的关系。课本中只是提到：实验和理论分析都表明，线圈的自感系数越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。电容器的电容越大、交流的频率越高，电容器的容抗就越小。以上理论叙述不足以让学生有个透彻的理解。

2.目前电子市场上几乎没有小功率、低电压、频率可调的逆变电源，大部分都是大功率且输出为220V交流、频率固定为50Hz或60Hz的电源，而在中学物理实验室中也没有配备相应的变频电源，这使得实验室中学生电源的频率只是固定的交流50Hz，所以电感器感抗和电容器容抗随交流频率变化的实验也无法在实验室中用现有的仪器完成演示。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪及演示方法，该装置具有适合实验用的小功率低压变频电源以及用于实际控制演示的示教板电路，操作方便，效果直观，能够全面地实现教学演示，帮助学生加深理解。

为了实现上述目的，本发明探究实验演示仪包括交流变频电源以及与之相连的示教演示装置；所述的交流变频电源包括与220V交流电网相接的变压器，变压器降压之后形成两个小电压信号，其中一个小电压信号经过第一整流、滤波、稳压电路连接示教演示装置直流电压输入端，另一个小电压信号经过第二整流、滤波、稳压电路连接逆变器功放板，逆变器功放板连接示教演示装置交流电压输入端；所述的示教演示装置包括直流支路、交流支路以及总电源开关，直流支路与交流支路上设置有负载供电开关以及并联设置的电感器支路和电容器支路，电感器支路和电容器支路之间设置有电感器和电容器选择开关，直流支路与交流支路之间设置有电流类型转换开关；直流支路与交流支路上均设有实验效果显示灯。

所述的变压器降压之后形成的两个小电压信号分别为交流18V以及交流12V信号，其中交流12V信号经过第一整流、滤波、稳压电路连接示教演示装置直流电压输入端，交流18V信号经过第二整流、滤波、稳压电路连接逆变器功放板。

所述的逆变器功放板连接逆变器驱动板；逆变器驱动板采用EG8010+IR2110S电路板，第二整流、滤波、稳压电路的输出端经过第一降压、稳压电路输出直流12V信号，第一降压、稳压电路的输出端经过第二降压、稳压电路输出直流5V信号，输出的直流12V信号与直流5V信号均连接至逆变器驱动板。

所述的示教演示装置包括频率调节端子和频率表、直流电压调节端子和直流电压表、交流电压调节端子和交流电压表；频率调节范围为50HZ-150HZ，直流电压与交流电压调节范围为0-12V。