CN106781906A - 一种集成型导电率形象教学演示器 - Google Patents

Abstract

一种集成型导电率形象教学演示器，属于教学仪器演示领域，由集成型电子电路单元、测试棒、测试夹、测试仪插孔组成，集成型电子电路单元由前置电路、放大电路、互锁电路、显示推动级、清零级、显示级、语音级组成，测试仪的两个插孔中一个连接电子线路的输入端，另一个接地线，测试夹夹位被测物体，当所测的物体连在测试孔两端时，根据物体导电的性能，从而启动成型电子电路单元，在声与光的显示中体现出被测物体的导电性能，让学生直观地了解导电率的情况，理解导体，电阻，绝缘体物体的概念与意义，进而理解欧姆定律的意义，因而让学生打下基础。

Description

一种集成型导电率形象教学演示器

技术领域

属于教学仪器演示领域。

背景技术

创新是民族之魂，青年学生是创新的力量。

国家的强盛在于人材，人材的培养在于教育。教育的重点青少年，少年强则国强，少年进步则国进步，要培养少年对科学的热爱，提高教学质量是关键，而实验仪器的精准是提高教学的一个重要因素，实验仪器好，所做的实验更具说服力，从而使学生认识事物，了解自然现象，启发学生的思维，对提高教育水平起到重要作用。因此，教学中的各种实验仪器都在不断的提升，但却还存在着很多不足之处：一是实验仪器的种类不足，特别是针对低年级学生的实验仪器还不全面。二是教学仪器中寓教于乐的精神还不够，三是现在多数教学仪器的成本太高，因而对一些偏远的村庄学校，还不能普及到很多普遍的教学仪器。

电学是物理学中最重要的一种门类，充满神奇的电学实验，能激发少年的兴趣，同时对建立电学的基本概念有着重要的作用，如果能研制一种多功能的导电演示仪而且演示仪能将抽象的将电学部分概念与定律形象化，显然对受教育者有有着积极的帮助。

发明内容

为了让教学仪器普及到每所学校，丰富教学仪器的种类，本发明的措施是研制一种集成型导电率形象教学演示器，其目的一是让学生从一种感性的角度，了解导电率的情况，理解导体，电阻，绝缘体物体的概念与意义，进而理解理解欧姆定律的意义，因而让学生打下基础。二是该仪器因具有光与声的三种色彩的显示，因此具有一定的趣味性，能培养起广大青少年对科学的热爱。三是成本低廉，可以成为一种在广大学校普及的仪器。

本发明所采用的措施是：

1、一种集成型导电率形象教学演示器由集成型电子电路单元、测试棒、测试夹、测试仪插孔共同组成。

测试棒由导体构成，外表包有绝缘物；测试夹由鳄鱼夹子构成。

测试仪接插孔有两个插孔组成，其中一个连接在电子线路的输入端上，另一个连接地线上。

集成型电子电路单元由前置电路、放大电路、互锁电路、显示推动级、清零级、显示级、语音级组成。

前置电路由灵敏可调电阻、灵敏限制电阻、前置运算放大器、测试电压指示保护电阻、测试电压指示灯组成。

相互连接的方式是，对外插孔一端接电源，另一端接运算器的正相端，灵敏度可调电阻的一端接地线，另一端接前置运算放大器的反相端，灵敏限制电阻接在前置运算放大器的反相端与输出端之间，前置运算放大器的输出即是前置电路的输出，连接由测试电压指示保护电阻与测试电压指示灯的串联而成的测试电压指示支路的一端，测试电压指示支路的另一端接地线。

放大电路由三个单元组成，分别是第一放大单元、第二放大单元、第三放大单元，其中第一放大单元由反相端上偏电阻一、前置隔离二极管一、反相端下偏电阻、运放集成电路一组成：前置隔离二极管一的正极即为第一放大单元的输入，接在前置电路的输出上，前置隔离二极管一的负极接运放集成电路一的正相端，反相端上偏电阻一的一端接第二放大单元中运放集成电路二的反相端，另一端接运放集成电路一的反相端，反相端下偏电阻接在运放集成电路一的反相端与地线之间，运放集成电路一的输出即是第一放大单元的输出。

第二放大单元由反相端上偏电阻二、前置隔离二极管二、运放集成电路二组成：前置隔离二极管二的正极即为第二放大单元的输入，接在前置电路的输出上，前置隔离二极管二的负极接运放集成电路二的正相端，反相端上偏电阻二的一端接第三放大单元中运放集成电路三的反相端，另一端接运放集成电路二的反相端，运放集成电路二的输出即是第二放大单元的输出。

第二放大单元由反相端上偏电阻三、前置隔离二极管三、运放集成电路三组成：前置隔离二极管三的正极即为第三放大单元的输入，接在前置电路的输出上，前置隔离二极管三的负极接运放集成电路三的正相端，反相端上偏电阻三的一端接电源，另一端接运放集成电路三的反相端，运放集成电路三的输出即是第三放大单元的输出。

互锁电路由四个互锁二极管组成。

显示推动级由显示推动一单元、显示推动二单元、显示推动三单元组成。

显示推动一单元由一单元计数器、一单元计数器振荡电路、一单元计数器清零电阻组成；显示推动二单元由二单元计数器一、二单元计数器二、二单元计数器一振荡电路、两计数器的清零电阻组成；显示推动三单元由三单元计数器一、三单元计数器二、三单元计数器三、三单元计数器一振荡电路、三块计数器的清零电阻、三个清零隔离二极管组成。

第一互锁二极管的正极接第二放大单元的输出，正极接一单元计数器的清零端，另三个互锁二极管的正极接第三放大单元的输出，第二互锁二极管的负极接三单元计数器的清零端，第三互锁二极管的负极接二单元计数器一的清零端，第四互锁二极管的负极接二单元计数器二的清零端。

一单元计数器的火线端接第一放大单元的输出，一单元计数器的清零电阻接在一单元计数器的清零端与地线之间，一单元计数器、二单元计数器一、三单元计数器一的三个振荡端连接一致，第一振荡端接振荡电容的一端，振荡电容的另一端为振荡中心点，第二振荡端接振荡电阻到振荡中心点，第三振荡端接保护电阻到振荡中心点。

二单元计数器一的火线端接第二放大单元的输出，二单元计数器一的清零电阻接在二单元计数器一的清零端与地线之间，二单元计数器一的最后输出端接二单元计数器二的振荡输入端，二单元计数器二的清零电阻接在二单元计数器二的清零端与地线之间。

三单元计数器一的火线商朝接第三放大单元的输出，三单元计数器一的清零电阻接在三单元计数器一的清零端与地线之间，三单元计数器二的清零电阻接在二单元计数器二的清零端与地线之间，三单元计数器三的清零电阻接在三单元计数器三的清零端与地线之间，三单元计数器一的最后输出端接三单元计数器二的振荡输入端，三单元计数器二的最后输出端接三单元计数器三的振荡输入端，三单元计数器三的最后输出端接三个清零隔离二极管的正极，第一清零隔离二极管的负极接三单元计数器一的清零端，第二清零隔离二极管的负极接三单元计数器二的清零端，第三清零隔离二极管的负极接三单元计数器三的清零端。

每块计数器的清零端都接一个清零电阻到地线。

显示级由第一显示单元、第二显示单元、第三显示单元组成，每个显示单元中包含9组显示电路，显示电路由射随器、双阳极共阴发光管、双阳极共阴发光管共阴电阻、导向二极管组成。

N个双阳极共阴发光管成为一个单位，每个双阳极共阴发光管的一个阳极并联，另一个阳极并联，每组显示电路都包含一个单位。

每块计数器的每路输出都连接一个射随器的基极，所有射随器的集电极都连接电源，三单元计数器一的每路输出所连的射随器的发射极都接两个导向二极管的正极，三单元计数器二的每路输出所连的射器的发射极都接一个导向二极管的正极。

第一显示单元中第一组显示电路的两个阳极中第一阳极为两路，一路接一单元计数器的第一输出所连的射随器的发射极，另一路接三单元计数器一的第一输出所连接的射随器发射极的第一导向二极管的负极，这个导向二极管的正极接三单元计数器一的第一输出所连接的射随器的发射极，另一阳极也为两路，一路接二单元计数器一的第一输出所连的射随器的发射极，另一路接三单元计数器一的第一输出连接的射随器发射极的第二导向二极管的负极，第二组显示电路中的第一阳极分别对应一单元计数器的第二输出与三单元计数器一的第二输出，另一阳极分别对应二单元计数器一的第二输出与三单元计数器一的第二输出，其余七组显示电路依次连接。

第二显示单元中第一组显示电路的两个阳极中第一阳极接三单元计数器二的第一输出所连射随器的发射极，另一阳极为两路，一路接二单元计数器二的第一输出所连的射随器的发射极，另一路接三单元计数器二的第一输出所连射随器发射极所连第一导向二极管的负极，第二显示单元中第二组显示电路中第一阳极接三单元计数器二的第二输出所连射随器的发射极，另一阳极为两路，一路接二单元计数器二的第二输出所连的射随器的发射极，另一路接三单元计数器二的第二输出所连射随器发射极所连第二导向二极管的负极，第二显示单元中第三组显示电路对应计数器第三输出，其余六组显示电路依次连接。

第三显示单元中第一组显示电路的两个阳极中第一阳极与第二阳极相连，接三单元计数器三的第一输出所连射随器的发射极，第三显示单元中第二组显示电路的两个阳极中第一阳极与第二阳极相连，接三单元计数器三的第二输出所连射随器的发射极，第三显示单元中第三组显示电路的两个阳极中第一阳极与第二阳极相连，接三单元计数器三的第三输出所连射随器的发射极，第三显示单元中的其余6组显示电路依次连接。

显示电路中每个单位中的双阳极共阴发光管分别接一个共阴电阻到地线。

语音级由第一语音单元、第二语音单元、第三语音单元共同组成。

第一语音单元的一端连接一单元计数器第一输出所接射随器的发射极上；另一端接地。

第二语音单元的一端连接显示推动二单元中两计数器第一输出所连射随器的发射极；另一端接地。

第三语音单元的一端连接显示推动三单元中三块计数器第一输出所连射随器的发射极；另一端接地。

清零级由微分电路、比较放大电路、清零或门二极管组成。

微分电容的一端接前置电路的输出，另一端为两路，一路接放电电阻到地线，另一路接比较放大器的正相端，比较上偏电阻接在比较放大器的输出与反相端之间，比较下偏电阻接在比较放大器的反相端与地线之间，比较放大器的输出端接6个清零或门二极管的正极，每块计数器的清零端都接一个清零或门二极管的负极。

2、前置运算放大器、运放集成电路、比较放大器都是采用集成电路LM324。

3、显示推动级中的计数器都是的二进制计数器CD4060。

4、所有射随器都采用8050。

5、所有二极管均采用面贴合型二极管。

对上述措施的意义解释如下：

一、整个电路图所产生的原理：当所测的物体连在测试孔两端时，根据物体导电的性能，前置电路级是用运放集成连成了比例放大器，所以输入端有信号输入时，即是当所测的物体连在测试孔两端时，根据物体导电的性能，其输出将产生输出信号，该输出信号输出到后级的比较放大器中作比较放大。由于该级采用正相端输入，所以有很高的输入阻抗。前置电路有输出，根据运放集成电路所形成的阶梯度，从而激励显示推动级，推动对应显示单元，由于本仪设计有清零级，其功能是每次测试时，将对推动单元动作中所有计数器清零端加瞬态电压清零，从而保证了显示级的逻辑正确。

二、三个运放集成电路的门坎电压不一样，成为阶梯的数值，从图2中可以看出，第一放大单元中的运放集成电路的门坎电压最低，第二放大单元中的运放集成电路的门坎电路次之，第三放大单元的运放集成电路的门坎电压最高，因此，当前置电路有输出时，最先开通的必定是第一放大单元，所以在测试中，良导体经前置管放大后，能超过门坎最低的第一单元，三个放大单元的特点一是采用运放集成电路，形成了比较电压，所以触发门坎阀值特征强，同时有很高的灵敏度。二是输出端要么是高位，要么是低位，输出特征强。三是三个运放集成电路（图2中的3.11、3.21、3.31）均为正相端输入，好处输入阻抗很高，影响很小，又加之三个运放集成电路的输入间焊有前置隔离二极管（图2中的3.13、3.23、3.33），所以相互之间不会产生影响。

三、互锁电路虽然只是四个互锁二极管组成，但是它保证了演示仪的显示不会紊乱，其原因是，当放大电路中的最高的一个放大单元有输出时，所连接的互锁二级管将输出的高位信号触发会触发次之的与最低的比较单元对应计数器清零端，所以两单元的计数器无输出，不会显示。也即是当第三放大单元有输出时，它所接的三个互锁二极管将对二单元与一单元对应的计数器清零，因而除三单元对应的计数器，其余计数器均无输出，不会显示。

同理，当放大电路中的次高单元（即第二放大单元）有输出时，所连接的互锁二级管将输出的高位信号触发会触最低的放大单元（即第一放大单元）对应计数器清零端，所以该单元的计数器无输出，不会显示。

由于上述原因，所以显示器只会有一种导电率的规律显示，而不存在两种情况的共存情况，所以显示的效果是唯一的，不会产生逻辑上的紊乱。

四、显示推动级各单元连接了显示级对应发光管，此此各单元的激励决定了所连发光管的数量与规律。显示推动级形成的结构与原理如下：放大电路中的三个放大单元分别对应显示推动级中的一个单元，显示推动级中三个单元分别对应于一个显示单元，由于显示推动级的核心件是计数器，所以每个放大单元的输出端连接了一个显示推动单元中前块计数器的电源端，计数器的每个输出端接一个射随器，射随器的发射极直接激励了显示级的发光管，每个单元的计数器所连的发光管数量不一样，而且有很明显的差别。每个单元的激励信号频率也完全不一样，视角效果有明显的不同。

显示级中每个显示单元中包含9组显示电路，每组显示电路包含一个由N个双阳极共阴发光管形成的单位，显示电路由射随器、双阳极共阴发光管、双阳极共阴发光管共阴电阻、导向二极管组成。

一个单位由N个双阳极共阴发光管的一个阳极并联，另一个阳极并联而形成。

所以每块计数器有9位输出对应了9个单位。

1、显示推动第一单元。

该单元的特点一是门坎最低，只能是导电率最低的物体可能通过的阀值，二是计数器由二进制计数器如CD4060组成，三是该单元的计数器最少，四是计数器的频率为最慢，五是计数器的输出端的射随器的发射极连接了显示级双阳极共阴发光管的一极，因而所激励的发光管所产生的色彩是一种颜色。

因为如上特点，所以其发光管亮的规律一是二进制计数器输出的规律，即是先是一单元计数器第一输出为高，因此它所接的射随器发射极先有高压，所以是该单位先亮，继而是以后单位发光。二是所亮的发光管仅是众多发光管的一部分，且是最少的一部分。三是发光管由熄变亮时，频率极低。

2、显示推动第二单元。

该单元的特点一是门坎比一单元高，但比第三单元低，所以只能是导电率中等的物理通过的阀值，二是计数器由二进制计数器如CD4060组成，三是该单元的计数器比一单元多，四是计数器的频率比第一单元快，而且有明显差别，但比第三单元慢，五是计数器的输出端的射随器的发射极连接了显示级双阳极共阴发光管的第二极，因而所激励的发光管所产生的色彩是第二种颜色。

如上所述的特点，二单元两计数器为串联状态，即是二单元计数器一的最后输出端连接了二单元计数器二的振荡输入端，因此，只有在二单元计数器一进位完结，二单元计数器二才开始进位，所亮的发光管仅是众多发光管的一部分，发光管由熄变亮时，频率较快。

3、显示推动第三单元。

该单元的特点一是门坎最高，所以只能是导电率最好的良导体通过的阀值，二是计数器由十进制计数器如CD4060组成，三是该单元的计数器所用的输出端最多，四是计数器的输出端通过或门二极管同时连接了显示级双阳极共阴发光管的两阳极，因而所激励的发光管所产生的色彩是第三种颜色。五是计数器最后一块计数器最后一位输出端对所有计数器的清零端清零。

如上所述的特点，三单元的计数器为串联状态，即是三单元计数器一的最后输出端连接了三单元计数器二的振荡输入端，三单元计数器二的最后输出端连接了三单元计数器三的振荡输入端，因此，只有在三单元计数器一进位完结，三单元计数器二才开始进位，同时，需三单元计数器二的最后一位输出有高位时，三单元计数器三才开始进位，所以该单元所激励的显示级的发光管，为循环状态。

五、显示级由第一显示单元、第二显示单元、第三显示单元组成，每个显示单元中包含9组显示电路，显示电路由射随器、双阳极共阴发光管、双阳极共阴发光管共阴电阻、导向二极管组成。

N个双阳极共阴发光管成为一个单位，每个双阳极共阴发光管的一个阳极并联，另一个阳极并联，每组显示电路都包含一个单位。

在附图3中，表示的是第一显示单元的发光指示图，为表达清楚，只表达了第一显示单元中的第一组显示电路与第九组显示电路。

附图4所表示的是第二显示单元的发光指示图，为表达清楚，只表达了第二显示单元中第一组显示电路与第九组显示电路。

附图5所表示的是第三显示单元的发光指示图，为表达清楚，只表达了第三显示单元中第一组显示电路与第九组显示电路。

由于显示推动一单元中只有一块计数器，所以第二显示单元与第三显示单元中没有显示推动一单元，而显示推动二单元中有两块计数器，所以在第三显示单元只对应三单元计数器三。

由于计数器的每一输出增加了射随器，所以扩展了功率，计数器每一位输出可以带多个发光管，为方便表达，附图中每一位只画了三个发光管，即是多个发光管成为一个单位，同样的数量可以带很多发光管，在显示部分中更宏观，因而更有教学效果。

该部分有以下特点:

一是这些众多的发光管可以按一定规律作机械排列，可以形成多种好的视觉效果。

二是因为采用了双阳极共阴发光管，同时在两个单元共同连接的发光管的阳极上分别连接有或门二极管，所以激励时互不影响，会发出三种颜色。代表不同的单元激励。

三是由于显示级的发光管分别与三个单元对应，所以每组发光管的数量，亮的频率，方式，色彩都不一样。发光管可以出现三种色彩的情况。

六、由于在计数器中，所连接的语音片的触发随计数器的输出位数而变化，当计数器的该位输出为高位时，就触发一次语音片发音，所以语音片呈现出周期的时间的发音，由于计数器的周期时间可以灵活调整，所以语音片的周期灵活可调。

七、清零级原理与特点。

清零级是用运放集成连成了比例放大器，所以输入端有信号输入时，其输出将产生输出信号，该输出信号连接了后级中的所有计数器中的清零端，所以当前作比较放大。由于该级采用正相端输入，所以有很高的输入阻抗。由于该级输入采用了微分输入，所以当前置电路有输出时，清零级的输出为微分形式，可以对所有计数器的清零端清零。由于每次对计数器清了零，所以显示级的光显示时，始终为第一级显示开始。

实施后有以下突出的优点：

1、电学是物理学中重要的内容，学生能清楚地能过仪器感悟到，什么是良导体，电阻、绝缘体、电流的概念，帮助初学者建立电学中最基本概念有着积极的作用。

2、欧姆定律是电学中最重要的基本定律，学好欧姆定律对电学的深化学习有重要的铺垫作用。初学者感到定义抽象，通过本仪器定型地演示，能使初学者对欧姆定律消化理解，而不是简单地产生只是机械式的呆板记忆。

A、定型地演示欧姆定律揭示的电压一定时，电流与电阻之间的关系。电阻越大，电流越小的视觉效果。

而本仪的众多发光管寓意是一条河流，将抽象的电流比喻成为了水流。当电流过测试体时，导电率高的物体所演示的现象是电流如河水一样能从始点流向终点，（直观视觉效果是在始点的发光管及终点的发光管均要亮，）而且速度很快（体现在频率快，而且产生循环），因而直观视觉效果是电流过物体时受到的阻力（即电阻）很小，因而电流很畅通。电通过导电率差的物体种类，受到的阻力大（即电阻大），如水流一样，流动困难，不仅速度慢（直观视觉效果是频率慢），而且很难流到终点。（体现在终点的发光管不亮，只能是始点及以后的部分发光管亮）。

B、定型地演示欧姆定律揭示的当电阻为一定时，电压越大，电流越大。以及电压越小，电流越小的视觉效果。

用一只电阻作为测试物体，演示时其显示发光管为部分发光管亮，此时减少灵敏度调整电阻的阻值，测试电压指示灯明亮，其演示意义是提高所测电阻的端电压，此时显示级的发光管亮的数量升位成为良导体的体现的现象，从而表示出电流增大的视觉效果。反之，此时增大灵敏度调整电阻的阻值，测试电压指示灯熄，其演示意义是减少所测电阻的端电压，此时显示发光管亮的数量降位成为电阻大的表现的现象，从而表示电流减少。

由于本仪最大好处是能将抽象的概念变得形象化，这对初学者特别是边远的山区的学生教育，是很有帮助。

3、本仪器主要是帮助初学者认知而对导体、绝缘体、电阻，电流、欧姆定律概念的定型理解作出演示，其最大好处是对这些抽象的电学有关参数的意义，从多角度，多方面的视角的获得感悟，将抽象的东西变易理解的现象，主要有以下几点：

一、显示级是发光管群，其布局可成为大家所熟悉的东西，如排列成喻意的一条河流，将通过物理的抽象电流模拟成为了大家熟悉的形象水流，成为第一视角。

二、又加上所测试的导体，电阻、绝缘体及所通过测试体均是这一条条河表示，因此可比性，直观性强。

三、电流强，所亮的发光管为全部，频率很快，而且产生循环，形象地表示电流如水流一样流得十分流畅。电流中与小，所亮的发光管为部分，或最小数，而且频率随之变慢，或最慢，初学者理解易。

良导体对电的阻力很小，所以电流很大。

电阻值小的电阻，对电流存在阻力，即是电阻，但因仍能导电，所以亮的发光管数仍较多，频率较快，但不能如导体一样产生循环，形象地表示电流如水流一样，虽能流，但不畅。

电阻阻值过大，导电率差，所亮的发光管很少，且亮的频率很慢，也根本不可能循环。其形象地表示电流如水流一样，电流在电阻上流动时，阻力很大，因此电流流动很困难而吃力。

绝缘体因完全不导电，所以发光管完全不亮。

测试良导体，电阻、绝缘体时，发光管所亮的色彩不一样，每种色对应于一类物体，这种多色分别对应，既便于记忆理解。

有语音报道，因而宣染了氛围。

随着教材的普及与下放，初学者年龄小，因此本演示仪也注意到演示现象的趣味性，而上述特点，正是考虑到这一实际。

4、本仪可以让学生了解一些简单物理与化学现象，以激励青少年的科学激情。

（1）、建立半导体的最基本概念。

将一个二极管的两性按极性插入测试孔中，此时显示上会出现良导体现象。如果反极性插入测试孔中，此时显示上会出现绝缘体的不通电现象。

（2）、建立物体导电率与温度有关的概念。

如用本仪所配的两测试棒的一端分别插入本仪中，测试棒的另一端分别放在置水的容器中，调节测试棒的远近，这时显示级的发光管会完全不亮，这时加热水，这时显示级的发光管会发生变化，这说明温度升高与降低，影响导电率。

（3）、了解电解液导电率的现象。

测试棒的处理如上、同这时在水里加上盐，这时该通道又会成为导通的显示状态，这说明导电体不光是固态的金属类，而且存在于液体。

（4）、了解同样的物体导电性能与环境有关。

如用鳄鱼夹子夹住干燥的木材的两端，这时显示级发光管亮得很少，甚至不亮，但将水洒在所测试的本材上，发光管所亮的数量会增加，这说明木材受潮后导电性能会增加。

5、在演示过程中，因为具有功率扩展级，所以可以带较大的显示管，演示效果更宏观。

6、语音片的播出节奏性更强，他会周期性的发出语音，而且周期的时间可以灵活高整。

7、整个线路由集成线路组成，而且型号统一，因而好生产，而且可靠性高，成本低，便于普及。

8、性能好。因为一是各级与各单元之间匹配好，且线路精简，同时设计有清零单元，保证了逻辑正确。二是放大电路中各单元的阀值电压采用串联关系，因此阀值电压差距十分明显，成为阀值阶梯。三是本仪中的放大电路是本仪重要逻辑的第一级，而比较放大线路是电子线路重要的精典线路，可靠，灵敏度高。

附图说明

图1是一种集成型导电率形象教学演示器单元之间的相互关系图。

图中：1、测试棒的输入；2、前置电路；3、放大电路；3.1、第一放大单元；3.2、第二放大单元；3.3、第三放大单元；4、互锁电路；4.1、第二放大单元输出所接的互锁二极管；4.2、第三放大单元的输出所接的互锁二极管；5、显示推动级；5.1、显示推动一单元；5.2、显示推动二单元；5.3、显示推动三单元；5.11、一单元计数器；5.21、二单元计数器一；5.22、二单元计数器二；5.31、三单元计数器一；5.32、三单元计数器二；5.33、三单元计数器三；7、显示级；7.1、第一显示单元；7.2、第二显示单元；7.3、第三显示单元；8、语音级；8.1、第一语音单元；8.2、第二语音单元；8.3、第三语音单元；9、清零级。

图2是一种集成型导电率形象教学演示器前半部分的一种电子元件原理图(该图表示放大电路有多个单元)。

图中：1.1、对外插孔；2.1、前置运算放大器；2.2、灵敏限制电阻；2.3、灵敏可调电阻；2.4、测试电压指示保护电阻；2.5、测试电压指示灯；3.11、运放集成电路一；3.12、反相端上偏电阻一；3.13、前置隔离二极管一；3.5、反相端下偏电阻；3.21、运放集成电路二；3.22、反相端上偏电阻二；3.23、前置隔离二极管二；3.31、运放集成电路三；3.32、反相端上偏电阻三；3.33、前置隔离二极管三；4.1、第二放大单元输出所接的互锁二极管；4.21、第三放大单元输出所接的互锁二极管一；4.22、第三放大单元输出所接的互锁二极管二；4.23、第三放大单元输出所接的互锁二极管三；5.11、一单元计数器；5.112、一单元计数器的清零电阻；5.117、一单元计数器的振荡电容；5.118、一单元计数器的振荡电阻；5.119、一单元计数器的保护电阻；5.21、二单元计数器一；5.212、二单元计数器一的清零电阻；5.217、二单元计数器一的振荡电容；5.218、二单元计数器一的振荡电阻；5.219、二单元计数器一的保护电阻；5.22、二单元计数器二；5.222、二单元计数器二的清零电阻；5.31、三单元计数器一；5.311、第一清零隔离二极管；5.312、三单元计数器一的清零电阻；5.317、三单元计数器一的振荡电容；5.318、三单元计数器一的振荡电阻；5.319、三单元计数器一的保护电阻；5.32、三单元计数器二；5.321、兵工第二清零隔离二极管；5.322、三单元计数器二的清零电阻；5.33、三单元计数器三；5.331、第三清零隔离二极管；5.332、三单元计数器三的清零电阻；7.11、一单元计数器的第一输出所接的射随器；7.19、一单元计数器的第九位输出所接的射随器；7.211、二单元计数器一的第一输出所接的射随器；7.219、二单元计数器一的第九输出所接的射随器；7.221、二单元计数器二的第一输出所接的射随器；7.229、二单元计数器二的第九输出所接的射随器；7.311、三单元计数器一的第一输出所接的射随器；7.319、三单元计数器一的第九输出所接的射随器；7.321、三单元计数器二的第一输出所接的射随器；7.329、三单元计数器二的第九输出所接的射随器；7.331、三单元计数器三的第一输出所接的射随器；7.339、三单元计数器三的第九输出所接的射随器；8.1、第一语音单元；8.2、第二语音单元；8.3、第三语音单元；9.1、比较放大器；9.2、微分电容；9.3、放电电阻；9.4、比较上偏电阻；9.5、比较下偏电阻；9.511、一单元计数器清零端所接的清零或门二极管；9.521、二单元计数器一清零端所接的清零或门二极管；9.522、二单元计数器二清零端所接的清零或门二极管；9.531、三单元计数器一清零端所接的清零或门二极管；9.532、三单元计数器二清零端所接的清零或门二极管；9.533、三单元计数器三清零端所接的清零或门二极管。

图3是第一显示单元的发光指示图。

图中：7.11、一单元计数器的第一输出所接的射随器；7.211、二单元计数器一的第一输出所接的射随器；7.311、三单元计数器一的第一输出所接的射随器；7.31、三单元计数器一的第一输出所接的射随器的第二导向二极管；7.30、三单元计数器一的第一输出所接的射随器的第一导向二极管；7.011、第一显示单元中第一单位的第一个双阳极共阴发光管；7.0111、第一显示单元中第一单位的第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.012、第一显示单元中第一单位的第二个双阳极共阴发光管；7.0121、第一显示单元中第一单位的第二个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.013、第一显示单元中第一单位的第三个双阳极共阴发光管；7.0131、第一显示单元中第一单位的第三个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.19、一单元计数器的第九位输出所接的射随器； 7.219、二单元计数器一的第九输出所接的射随器；7.319、三单元计数器一的第九输出所接的射随器；7.33、三单元计数器一的第九输出所接的射随器的第二导向二极管；7.32、三单元计数器一的第九输出所接的射随器的第一导向二极管；7.091、第一显示单元中第九单位的第一个双阳极共阴发光管；7.0911、第一显示单元中第九单位的第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.092、第一显示单元中第九单位的第二个双阳极共阴发光管；7.0921、第一显示单元中第九单位的第二个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.093、第一显示单元中第九单位的第三个双阳极共阴发光管；7.0931、第一显示单元中第九单位的第三个双阳极共阴发光管的共阴电阻。

图4是第二显示单元的发光指示图。

图中：7.221、二单元计数器二的第一输出所接的射随器；7.321、三单元计数器二的第一输出所接的射随器；7.34、三单元计数器二的第一输出所接射随器的导向二极管；7.35、三单元计数器二的第九输出所接射随器的导向二极管；7.111、第二显示单元中第一单位的第一个双阳极共阴发光管；7.1111、第二显示单元中第一单位的第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.112、第二显示单元中第一单位的第二个双阳极共阴发光管；7.1121、第二显示单元中第一单位的第二个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.113、第二显示单元中第一单位的第三个双阳极共阴发光管；7.1131、第二显示单元中第一单位的第三个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.229、二单元计数器二的第九输出所接的射随器； 7.329、三单元计数器二的第九输出所接的射随器；7.191、第二显示单元中第九单位的第一个双阳极共阴发光管；7.1911、第二显示单元中第九单位的第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.192、第二显示单元中第九单位的第二个双阳极共阴发光管；7.1921、第二显示单元中第九单位的第二个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.193、第二显示单元中第九单位的第三个双阳极共阴发光管；7.1931、第二显示单元中第九单位的第三个双阳极共阴发光管的共阴电阻。

图5是第三显示单元的发光指示图。

图中：7.331、三单元计数器三的第一输出所接的射随器；7.201、第三显示单元中第一单位的第一个双阳极共阴发光管；7.2011、第三显示单元中第一单位的第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.202、第三显示单元中第一单位的第二个双阳极共阴发光管；7.2021、第三显示单元中第一单位的第二个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.203、第三显示单元中第一单位的第三个双阳极共阴发光管；7.2031、第三显示单元中第一单位的第三个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.339、三单元计数器三的第九输出所接的射随器；7.391、第三显示单元中第九单位的第一个双阳极共阴发光管；7.3911、第三显示单元中第九单位的第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.392、第三显示单元中第九单位的第二个双阳极共阴发光管；7.3921、第三显示单元中第九单位的第二个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.393、第三显示单元中第九单位的第三个双阳极共阴发光管；7.3931、第三显示单元中第九单位的第三个双阳极共阴发光管的共阴电阻。

具体实施方式

图1、2、3、4、5共同描述了具体实施的一种方式。

一、选元件：按图选定有源件，前置运算放大器、比较放大器、运放集成电路使用LM324，显示推动级中的计数器选用二进制计数器CD4060，射随器选8050，前置电路中的灵敏可调电阻及振荡级中的振荡电阻选用可调电阻，振荡电容选漏电小的种类。其它稳压管、二极管与阻容件无特殊要求，语音级中的语音片事先录好内容发音内容，如与第三单元配对的的语音片应事先录制出是良导体的声音，或是第一种音乐。如与第二单元配对的的语音片应事先录制出是导体的声音，或是第二种音乐。如与第一单元配对的的语音片应事先录制出是导电率很差的物体，或是第三种音乐。

二、焊接：一种集成型导电率形象教学演示器单元之间的相互关系按图1焊接，一种集成型导电率形象教学演示器的前置电路、放大电路、显示推动级的电子元件原理如图2所示焊接，显示级如图3、图4、图5焊接。

三、调试。

1、检查与调试前置电路。

先确定一只演示电阻，电阻的阻值根据设计要而定。将假测试体连接在测试孔两端。用电压表检测前置管的集电极与地线间的电压。

通电检查，将2.01、灵敏度可调电阻的阻值，从最小值调到最大值，此时前置管的集电极有最大输出与最小输出，其最大值超过放大电路第三单元的触发阀值，最小值小于或等于第一单元的触发阀值。同时灵敏度可调电阻的阻值在一定区间时，测试电压指示灯亮；在一定区间时，测试电压指示灯亮熄。

2、调试前置电路与放大电路之配合

先焊接一个假测试体，该测试体由一个固定电阻与可调电阻串联而成。两电阻的串联阻值根据最有代表的阻值而定。将假测试体连接在测试孔两端。同时将灵敏度可调电阻调到适中的位置，用电压表检测前置电路输出与地线之间的电压。

A、通电检查，将假负载的阻值调到最大值，此时放大电路只有第一单元输出端有高位输出。如果无输出，应减少反相端上偏电阻一（图2中3.12）之值。

B、通电检查，将假负载的阻值调到中值，此时放大电路只有第二单元输出端有高位输出。如果无输出，应减少反相端上偏电阻二（图2中3.22）稳压值。

C、通电检查，将假负载的阻值调到最小值，此时放大电路只有第三单元输出端有高位输出。如果无输出，应减少反相端上偏电阻三（图2中3.32）的值。

3、检查显示推动级与显示级。

在安装显示级的所有发光管时，将所有发光管排成一条直线。

A、将假测试体的值调到第一放大单元的触发阀值，此时显示级中的发光管只亮其中的一部分，即是推动显示第一单元计数器所有输出端所连射随器发射极对应的所有发光管亮，而且亮的规律是应为依次而亮，否则是该单元的计数器输出与显示级的发光管未连接上或连错。

同时所亮的发光管为第一种颜色，否则是对双阳极共阴发光管的阳极焊错。

B、将假测试体的值调到第二放大单元的触发阀值，此时显示级中的发光管除了第一单元所有的发光管应亮以外，还应增加一部分新的发光管，即是推动显示二单元计数器所有输出端所连射随器发射极对应的所有发光管，而且亮的规律是应为依次而亮，否则是显示级中第二单元的的计数器各输出端与所对应的发光管未连接上或连错。

同时所亮的发光管为第二种颜色，否则是对双阳极共阴发光管的阳极焊错。

C、将假测试体的值调到第三放大单元的触发阀值，此时显示级中的所有发光管均应依次而亮，且全部发光管应均亮一次。否则是显示级中第三单元的的计数器各输出端与发光管未连接上或错焊。

同时所亮的发光管为第三种颜色，否则是与输出端所连的或门二极管连错

同时所有发光管的亮产生循环，如果不循环则是第三单元中最后一块计数器最后一位输出端与所有计数器的清零端未连接好。

4、检语音级的情况。

A、将假测试体的值调到第一放大单元的触发阀值，此时语音一单元应发出与之相配的语音，不能紊乱。

B、将假测试体的值调到第二放大单元的触发阀值，此时语音一单元应发出与之相配的语音，不能紊乱。

C、将假测试体的值调到第三放大单元的触发阀值，此时语音一单元应发出与之相配的语音，不能紊乱。

5、检查与调试清零单元。

用示波器检查，用示波器热端连接测试点，冷端接地。

A、用波器热端连接比较放大器的输出端，当每次测试孔连有测试体时，比较放大器的输出端有瞬态高位输出，由于该级线路放大倍数高，应不产生故障，否则是连线错误。

B、用波器热端连接各单元计数器清零端，当每次测试孔连有测试体时，各单元计数器清零端有瞬态高位，同时显示级的发光管亮的逻辑顺序不乱。否则是与清零端所连的清零或门二极管极性焊反或脱焊。

Claims (5)

1.一种集成型导电率形象教学演示器，其特征是：由集成型电子电路单元、测试棒、测试夹、测试仪插孔共同组成；

测试棒由导体构成，外表包有绝缘物；测试夹由鳄鱼夹子构成；

测试仪接插孔有两个插孔组成，其中一个连接在电子线路的输入端上，另一个连接地线上；

集成型电子电路单元由前置电路、放大电路、互锁电路、显示推动级、清零级、显示级、语音级组成；

前置电路由灵敏可调电阻、灵敏限制电阻、前置运算放大器、测试电压指示保护电阻、测试电压指示灯组成；

相互连接的方式是，对外插孔一端接电源，另一端接运算器的正相端，灵敏度可调电阻的一端接地线，另一端接前置运算放大器的反相端，灵敏限制电阻接在前置运算放大器的反相端与输出端之间，前置运算放大器的输出即是前置电路的输出，连接由测试电压指示保护电阻与测试电压指示灯的串联而成的测试电压指示支路的一端，测试电压指示支路的另一端接地线；

放大电路由三个单元组成，分别是第一放大单元、第二放大单元、第三放大单元，其中第一放大单元由反相端上偏电阻一、前置隔离二极管一、反相端下偏电阻、运放集成电路一组成：前置隔离二极管一的正极即为第一放大单元的输入，接在前置电路的输出上，前置隔离二极管一的负极接运放集成电路一的正相端，反相端上偏电阻一的一端接第二放大单元中运放集成电路二的反相端，另一端接运放集成电路一的反相端，反相端下偏电阻接在运放集成电路一的反相端与地线之间，运放集成电路一的输出即是第一放大单元的输出；

第二放大单元由反相端上偏电阻二、前置隔离二极管二、运放集成电路二组成：前置隔离二极管二的正极即为第二放大单元的输入，接在前置电路的输出上，前置隔离二极管二的负极接运放集成电路二的正相端，反相端上偏电阻二的一端接第三放大单元中运放集成电路三的反相端，另一端接运放集成电路二的反相端，运放集成电路二的输出即是第二放大单元的输出；

第二放大单元由反相端上偏电阻三、前置隔离二极管三、运放集成电路三组成：前置隔离二极管三的正极即为第三放大单元的输入，接在前置电路的输出上，前置隔离二极管三的负极接运放集成电路三的正相端，反相端上偏电阻三的一端接电源，另一端接运放集成电路三的反相端，运放集成电路三的输出即是第三放大单元的输出；

互锁电路由四个互锁二极管组成；

显示推动级由显示推动一单元、显示推动二单元、显示推动三单元组成；

显示推动一单元由一单元计数器、一单元计数器振荡电路、一单元计数器清零电阻组成；显示推动二单元由二单元计数器一、二单元计数器二、二单元计数器一振荡电路、两计数器的清零电阻组成；显示推动三单元由三单元计数器一、三单元计数器二、三单元计数器三、三单元计数器一振荡电路、三块计数器的清零电阻、三个清零隔离二极管组成；

第一互锁二极管的正极接第二放大单元的输出，正极接一单元计数器的清零端，另三个互锁二极管的正极接第三放大单元的输出，第二互锁二极管的负极接三单元计数器的清零端，第三互锁二极管的负极接二单元计数器一的清零端，第四互锁二极管的负极接二单元计数器二的清零端；

一单元计数器的火线端接第一放大单元的输出，一单元计数器的清零电阻接在一单元计数器的清零端与地线之间，一单元计数器、二单元计数器一、三单元计数器一的三个振荡端连接一致，第一振荡端接振荡电容的一端，振荡电容的另一端为振荡中心点，第二振荡端接振荡电阻到振荡中心点，第三振荡端接保护电阻到振荡中心点；

二单元计数器一的火线端接第二放大单元的输出，二单元计数器一的清零电阻接在二单元计数器一的清零端与地线之间，二单元计数器一的最后输出端接二单元计数器二的振荡输入端，二单元计数器二的清零电阻接在二单元计数器二的清零端与地线之间；

三单元计数器一的火线商朝接第三放大单元的输出，三单元计数器一的清零电阻接在三单元计数器一的清零端与地线之间，三单元计数器二的清零电阻接在二单元计数器二的清零端与地线之间，三单元计数器三的清零电阻接在三单元计数器三的清零端与地线之间，三单元计数器一的最后输出端接三单元计数器二的振荡输入端，三单元计数器二的最后输出端接三单元计数器三的振荡输入端，三单元计数器三的最后输出端接三个清零隔离二极管的正极，第一清零隔离二极管的负极接三单元计数器一的清零端，第二清零隔离二极管的负极接三单元计数器二的清零端，第三清零隔离二极管的负极接三单元计数器三的清零端；

每块计数器的清零端都接一个清零电阻到地线；

显示级由第一显示单元、第二显示单元、第三显示单元组成，每个显示单元中包含9组显示电路，显示电路由射随器、双阳极共阴发光管、双阳极共阴发光管共阴电阻、导向二极管组成；

N个双阳极共阴发光管成为一个单位，每个双阳极共阴发光管的一个阳极并联，另一个阳极并联，每组显示电路都包含一个单位；

每块计数器的每路输出都连接一个射随器的基极，所有射随器的集电极都连接电源，三单元计数器一的每路输出所连的射随器的发射极都接两个导向二极管的正极，三单元计数器二的每路输出所连的射器的发射极都接一个导向二极管的正极；

第一显示单元中第一组显示电路的两个阳极中第一阳极为两路，一路接一单元计数器的第一输出所连的射随器的发射极，另一路接三单元计数器一的第一输出所连接的射随器发射极的第一导向二极管的负极，这个导向二极管的正极接三单元计数器一的第一输出所连接的射随器的发射极，另一阳极也为两路，一路接二单元计数器一的第一输出所连的射随器的发射极，另一路接三单元计数器一的第一输出连接的射随器发射极的第二导向二极管的负极，第二组显示电路中的第一阳极分别对应一单元计数器的第二输出与三单元计数器一的第二输出，另一阳极分别对应二单元计数器一的第二输出与三单元计数器一的第二输出，其余七组显示电路依次连接；

第二显示单元中第一组显示电路的两个阳极中第一阳极接三单元计数器二的第一输出所连射随器的发射极，另一阳极为两路，一路接二单元计数器二的第一输出所连的射随器的发射极，另一路接三单元计数器二的第一输出所连射随器发射极所连第一导向二极管的负极，第二显示单元中第二组显示电路中第一阳极接三单元计数器二的第二输出所连射随器的发射极，另一阳极为两路，一路接二单元计数器二的第二输出所连的射随器的发射极，另一路接三单元计数器二的第二输出所连射随器发射极所连第二导向二极管的负极，第二显示单元中第三组显示电路对应计数器第三输出，其余六组显示电路依次连接；

第三显示单元中第一组显示电路的两个阳极中第一阳极与第二阳极相连，接三单元计数器三的第一输出所连射随器的发射极，第三显示单元中第二组显示电路的两个阳极中第一阳极与第二阳极相连，接三单元计数器三的第二输出所连射随器的发射极，第三显示单元中第三组显示电路的两个阳极中第一阳极与第二阳极相连，接三单元计数器三的第三输出所连射随器的发射极，第三显示单元中的其余6组显示电路依次连接；

显示电路中每个单位中的双阳极共阴发光管分别接一个共阴电阻到地线；

语音级由第一语音单元、第二语音单元、第三语音单元共同组成，

第一语音单元的一端连接一单元计数器第一输出所接射随器的发射极上；另一端接地；

第二语音单元的一端连接显示推动二单元中两计数器第一输出所连射随器的发射极；另一端接地；

第三语音单元的一端连接显示推动三单元中三块计数器第一输出所连射随器的发射极；另一端接地；

清零级由微分电路、比较放大电路、清零或门二极管组成：

微分电容的一端接前置电路的输出，另一端为两路，一路接放电电阻到地线，另一路接比较放大器的正相端，比较上偏电阻接在比较放大器的输出与反相端之间，比较下偏电阻接在比较放大器的反相端与地线之间，比较放大器的输出端接6个清零或门二极管的正极，每块计数器的清零端都接一个清零或门二极管的负极。

2.根据权利要求1所述的一种集成型导电率形象教学演示器，其特征是：前置运算放大器、运放集成电路、比较放大器都是采用集成电路LM324。

3.根据权利要求1所述的一种集成型导电率形象教学演示器，其特征是：显示推动级中的计数器都是的二进制计数器CD4060。

4.根据权利要求1所述的一种集成型导电率形象教学演示器，其特征是：所有射随器都采用8050。

5.根据权利要求1所述的一种集成型导电率形象教学演示器，其特征是：所有二极管均采用面贴合型二极管。