交流电桥演示仪制造技术

本发明专利技术公开了一种高校学生进行实验用的交流电桥演示仪，它由二个旋转开关和电阻组成的桥臂及电阻箱、电容箱或电感箱组成的另一个桥臂作交流电桥的各种经典电桥对电阻、电容、电感进行测量的演示实验；还能作ＲＬＣ串联谐振及并联谐振实验；并可以不借助外部仪器，只要插上市电就可以完成上述各种实验。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对电阻、电容、电感进行测量的演示装置，同时亦可以进行谐振实验。
技术介绍
目前高校“电磁学”实验中，对交流电桥原理实验所需的仪器为6台，如中国石化出版社1998年第一版“新编大学物理实验”第281页对交流电桥实验所列仪器清单低频信号发生器、晶体管毫伏表、十进电容箱、十进电阻箱四种，但从电路图中明显可以看出，这里十进电阻箱不是一只而是三只。再如科学出版社2001年2月第一版“大学物理实验”第144页对交流电桥实验所列清单；音频信号发生器、示波器、电阻箱、标准电容器，该实验电阻箱亦为三只。目前各高校对该实验普遍采用1.低频信号发生器作为交流电桥的电源 2.三只交流电阻箱 3.一只电容箱 4.一台示波器或交流毫伏表作为电桥平衡指示。用六台仪器做交流电桥实验，装置太大；而六台仪器中，有四台仪器大部分功能是多余的二台交流电阻箱是各作为一个实数桥臂，低频信号发生器，在这里作为交流电源，只要1KHz频率，而且是正弦波，它的矩形波、三角波、锯齿波、尖脉冲波，到较高频率输出都无用武之地；示波器在本实验中仅作为1KHz频率时的指零仪，它的频带宽度，扫描各种速度都是多余的。
技术实现思路
所有教材中没有电感作为桥臂中的一个部件，但1960年前是以电感作为电学阻抗单位的主基准器，电感作为桥臂同样可以测电感、电容，而且有了电感后，本装置还可以做谐振实验。本专利技术采用旋转开关上装有1∶10∶100∶1000∶10000的五只电阻，来代替二只交流电阻箱，在交流电桥中，它们是相邻臂时。作为比例运算，是相对臂时做乘积运算，为此，二只实数桥臂上的电阻用1Ω、10Ω、100Ω、1000Ω、10000Ω组成，组成电桥后，比例可以为10-4、10-3……103、104九种，而且都是10的整数次幂，今后测量被测量物体后，测量数字不变，只要移动一下小数点位置即可；如果组成电桥时为相对臂，乘积也是十进整数；当然实数桥臂上的五只电阻亦可以是10Ω、100Ω、1000Ω、10000Ω、100000Ω组成或2Ω、20Ω、200Ω、2000Ω、20000Ω组成，主要是它们的比例为1∶10∶100∶1000∶10000最佳；当然这里仅是举例，实数桥臂如用四只电阻或六只电阻及更多电阻，或一个桥臂为定值电阻如100，另一个桥臂为多个电阻，如用0.1Ω，1Ω，10Ω-10KΩ，1MΩ只要形成一定比例关系都可以；这样，由数只电阻及二只转换开关组成的实数臂替代二只交流电阻箱有利于降低成本而不影响实验效果。这样可以用1台仪器替代四台仪器组成电桥，通过外接电源及指零仪进行演示实验。本专利技术的电源也可采用市电经变压器降压后分二路输出，一路经整流滤波及稳压后给振荡器供电，产生可调频率的正弦波交流电作为电桥桥体或谐振电路电源，另一路经整流滤波及稳压后给交流弱信号放大器作电源，用于推动表头，整个装置装在同一箱体内。也可用电池进行转换后作为电桥桥体及指零仪电压。采用本专利技术减少了仪器数量，减少了实验装置体积，增加了实验项目与实验功能，而且整个装置在同一金属箱内，起到一层屏蔽效果，有效地排除外界各种干扰造成的虚假平衡。附图说明图1是本专利技术的电路原理图。图2是测量损耗小的电容电桥电路。图3是测量Q≥10的电感电桥电路。图4是测量Q＜10的电感电桥电路。图5是电感比较电桥电路。图6是RLC串联谐振电路。图7是LC并联谐振电路。图8是把市电转换成交流正弦波电源电路与交流指零仪电路。图9是把电池电源转换可变频率正弦波电源。图10是采用电池供电的指零仪电路。图中，1.交流电阻箱 2.由一只转换开关与几只电阻构成的桥臂 3.由一只转换开关与几只电阻构成的桥臂 4.标准电容箱C05.标准电感箱L 6.带频率计的可变频交流电源 7.交流指零仪电路 8.双刀三掷开关 9.七刀三掷开关 10.六刀三掷开关 11.四刀三掷开关 12.按键 13.毫安表 14.按键 15.毫安表 16.电源变压器 17.三端稳压器 18.三端稳压器 19.运算放大器 20.表头21.桥式整流电路 22.三端稳压器 23.三端稳压器 24.555时基集成块 25.频率计 26.电池组 27.7660集成块 28.运算放大器 29.电池组 30.7660集成块 31.运算放大器 具体实施例方式在图1中，开关9与开关10在如图中位置时，交流电源对电桥供电，电流输入端A分二路流过二个桥臂，一路经被测量阻抗Zx流入指零仪输入端C，另一路经过由电容箱C0与电阻箱R1串联的桥臂进入指零仪7输入端D，指零仪7输入端D经过桥臂3流入电源端B，指零仪7输入端C流过由旋转开关与电阻组成桥臂2流入电源端B，图2是其简化电路图，主要用于测量耗损小的电容。在图1中，把开关9转到中间那档，桥臂3与电阻箱1和电容箱4串联的桥臂对调一下位置，图3是其简化电路图，主要用于测量Q≥10的电感。在图1中，除开关9转到中间档外，开关10也转到中间档时，原先电阻箱1与电容箱4串联而成的桥臂变成两者并联而成的桥臂，其简化电路图如图4，主要用于测量的Q＜10电感。电感箱也可以作为桥臂，如图2中把电容箱4改成电感箱5就成了电感比较电桥，在图1，开关9、开关10、开关11在如图中位置，电容箱4所有示值指向“零”，电感箱5的接线端Q与电源接线端A用导线连接后，就完成这种变换。在图-1中，开关8指向右边时，电阻箱1、电容箱4、电感箱5组成串联电路，改变输入电源6的频率或电容及电感值，可以引起RLC串联谐振，即图6电路。如果再把开关11转向中间，则成为LC并联谐振电路，即图7电路。当开关8指向“断”、开关9、开关10、开关11指“独立”时，本专利技术上所有器件全部“独立”，通过接线柱A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U，可以由学生自己进行各种连接。本专利技术也可以采用内附电源与内附指零仪，图8是利用市电转换后的交流电桥电源与指零仪电路图。在图8中，市电经过插座26输入到变压器16后，分二路输出，一路经过开关K1后，由整流二极管D1、D2、D3、D4整流后，分正负二组电源输出，滤波电容C1及C2用于改善波形，分别送至7809正三端集成稳压器17及7909负三端稳压器18，正负二组电源给低漂移运放19供电。电容C3、C4用于改善波纹。放大器采用同相输入，负反馈网络是带阻滤波器，电阻7及8和电容C8决定通频带宽度，电阻R4、R5、R6及电容C5、C6、C7组成双T网络，当R4＝R5＝2R6＝16KΩ，C5＝C6＝0.5C7＝0.01μF时，1KHz频率反馈得到阻滞，因此运算放大器对1KHz频率波形可以进行放大，其它频率波形得到衰减，放大后的信号推动表头20指示，R9为限流电阻。由于测电感电容标准频率国家规定为1KHz，因此本专利技术如果采用内附指零仪，就采用1KHz带通滤波器。另一路经过开关K2、桥式整流21及滤波电容C10后，由二级三端稳压器22及23进行稳压，三端稳压器7824输出后的电容C11及7818输出后的电容C12都是为了改善纹波；振荡器电路采用555时基集成电路24。555时基电路震荡频率由电阻R10及R11跟C13决定f＝1.433/，适当选取电阻R10、R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流电桥演示仪，它把原来单独作为桥臂的二只交流电阻箱改成由二只旋转开关与相应电阻组成的二个桥臂或一个是定值电阻，另一个是旋转开关与电阻组成的二个桥臂（２）及（３），桥臂（２）及（３）可以通过开关（９）转换成相邻臂或相对臂，由电阻箱（１）及电容箱（４）组成另一个可通过开关（１０）转换或ＲＣ串联或ＲＣ并联而成的桥臂；被测量物体通过接线柱（Ｅ）及（Ｆ）组成第四个桥臂；四臂电桥的二个对角线顶点（Ａ）及（Ｂ）可以外接电源，另二个对角线顶点（Ｃ）及（Ｄ），可以外接指零仪。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：骆乃光，
申请(专利权)人：骆乃光，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]