制作了一台正负电荷检验仪。接通电源,分别显示正、负电荷的两只红、绿常亮。按文中所述方法调整无效。估计是电源电压偏高,正负电荷的三营级联放大电路灵敏度过高所致。为此作了以下改进,使用效果满意。
1.触发放大电路
改进电路见附图。有关NE555组成的单稳态延时电路的工作原理请参阅有关资料。正、负电荷触发放大电路分别已改为两管级联电路,图中电路的BG2、BC3的B≈200,BG1、BG4的β≈0为好。若BG1、BG4的B值过大,通过实践表明,一是可能引起电路的自身干扰,显示发光管长亮不熄。二是当灵敏度太高时,虽然显示的发光管不常亮,由于摩擦后的带电体接触A时,电荷的转移使相应的电路触发、导通、点亮。同时由于电磁惯性现象,电荷的转移又使触头A的正、负电荷瞬间失去平衡,势必又会有电荷的倒转移(去向是空气或不等量的带电体),三极管的相关电位减至很弱,也会造成另一路触发放大电路灵敏度过高而导通,形成正、负电荷显示发光管几乎是同时被点亮。尤其是当被摩擦物体(摩擦时间较长)电势较高时,这种现象在易发生。
2.单稳态延时电路
R3、R4取750kΩ,C3、C6取4.7μF。
本电路显示点亮延时t约为4秒,让学生有较为充分的观察时间。
3.显示电路
由9支发光二极管组成“+”字形显示电路。
LEDx5用黄、红双色高亮度发光二极管横向排列组成“+”字符的“一”笔划。将黄色管芯阳极脚并联后接至IC1的③脚。若负电荷电路C1、R1、BG1、BG2被触发导通放大,触发信号由②脚输入,经触发翻转、延时,控制电压由③脚输出,则显示黄色“一”字符。而另一半红色管芯则因负电荷不能进入PNP级联通道,故而不亮。
LEDx4用白发红高亮度发光管竖向排列与5支双色管组成“+”字符,其管芯阳极与双色发光管的红色管芯阳极并联后接至IC3的③脚。当BG4、BG3被正电荷触发导通后,只有9只红色管芯被同时点亮显示“+”字符。极大地提高了白天演示的可视度,强化了直观感,效果好。
4.调试
制作成功与否取决于触发放大级联电路的调整。电源用4.5V已足够,调整分三步:(1)接通电源,若出现显示发光管常亮不熄,则是级联放大电路B太大,可降低BC1或BG4的B值。(2)若将带电体靠近A时,无放电“叭叭”声,是相互摩擦物体受潮所致,有放电“叭叭”声,若相应的显示发光管不亮,大多是BG1或BG4的B值过低,换一高B值管再试,此法很有效。(3)在正常情况下,把与毛皮摩擦一下的橡胶棒接触A头时,显示黄色“一”,把与丝绸摩擦2至3下的玻璃棒接触A头时显示红色“+”,即可投入使用,切忌灵敏度过高引发误显示。
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