CN106816068A - 一种非门型的容抗测试仪 - Google Patents

Abstract

一种非门型的容抗测试仪，属于教学仪器演示领域，由二进制开关电路电路，非门式脉冲电源，二门三倍电压提升电路，均衡多点分压系统，显示激励单元，显示系统组成，其测试的物体在二进制开关电路的切换下，在交直流中显示出不同的状态，将进制开关电路直接控制非门式脉冲电源的交、直流状态，非门式脉冲电源的输出经过二门三倍电压提升电路的三倍电压提升，二门三倍电压提升电路输出端输出的信号越强，则在均衡多点分压系统中具有激励的阶梯电压单元就越多，则所激励显示单元越多，因而演示了抗性元件的系列特性，在演示效果上采用了光与声效果，具有一定的趣味性，能培养起广大青少年对科学的热爱，对提高学生的基本素质发挥积极作用。

Description

一种非门型的容抗测试仪

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，如果能研制一种优秀的试验电路，而这种试验电路即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。如果这种电路又能成为初学者的自制试验电路，无疑将对提升学生的素质教育有着积极的意义。

但是要设计一种具有一种演示仪器的电路同时又能成为初学者的自制试验电路存在着难点，一是从演示效果上， 由于电学中的概念很多，是作那方面的演示，二是本仪拟定主要是针对电容、电感等与频率有紧密联系的元件作物理性质的演示，而要作那几方面的演示，才能将其物理性得到充分的展示，三是，特别重要的一点是，尽管一些线路能达到演示目的，但不能成为一种优秀的自制实验电路，因为一种优秀的自制实验电路还迁涉各单元实验主题宜于初学者，同时还迁涉初学者的趣味性，以及是否易安装成功等等系列问题，所以这类优秀线路还必须丰富、创新、发展。

发明内容

本发明是研制一种优秀的实验制线路，其目的一是该线路可以成为一种演示仪，通过这种演示仪演示可以了解抗性元件结构与与频率的紧密的联系，进而理解容抗与感抗的意义，从而让初学者打下一定的电学基础，这种演示仪可以成为一种在广大学校普及的仪器。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。三是成为一种优秀的制作实验线路，该电路具有多种特点，因而有利于制着，对提高学生的基本素质发挥积极作用。

所采用的措施是：

1、一种非门型的容抗测试仪由二进制开关电路电路，非门式脉冲电源，二门三倍电压提升电路，均衡多点分压系统，显示激励单元，显示系统组成。

其中：二进制开关电路电路由三个开关非门、两个引导电阻、两个引导电容、两指示支路、两个引导二极管、两个交连电组、按钮开关、钳位二极管、开关微分电路、接地电阻组成：按钮开关的一端接电源，另一端接开关非门三的输入端，开关非门三的输入端与地线之间接一个接地电阻，开关非门三的输出端为两路，一路接引导电容一的一端，另一路接引导电容二的一端，引导电容一的另一端为两路，一路接引导二极管一的负极，引导二极管一的正极接开关非门一的输入端，另一路接引导电阻一到开关非门一的输出端，引导电容二的另一端为两路，一路接引导二极管二的负极，引导二极管二的正极接开关非门二的输入端，另一路接引导电阻二到开关非门二的输出端，开关非门一的输出端接交连电阻一到开关非门二的输入端，开关非门二的输出端接交连电阻二到开关非门一的输入端，开关非门一的输出端与开关非门二的输出端与电源之间分别接一路指示支路，开关非门二的输出端即是二进制开关电路电路的输出，接钳位二极管的正极，钳位二极管的负极接非门式脉冲电源的输入。

开关微分电路由开关微分电容、开关微分导向电阻、开关微分放电电阻组成：开关微分电容的一端接电源，另一端为两路，一路接开关微分导向电阻到开关非门二的输入端，另一路接开关放电电阻到地线。

非门式脉冲电源由脉冲一非门、脉冲二非门、脉冲三非门、环形电阻、脉冲电阻、脉冲电容、脉冲电压放大器组成：脉冲一非门的输入端即是非门式脉冲电源的输入，脉冲一非门的输出端接脉冲二非门的输入端，脉冲二非门的输出端接脉冲电阻到脉冲三非门的输入端，脉冲三非门的输出端接脉冲电压放大器到一个测试孔，脉冲电容接在脉冲三非门的输入端与脉冲一非门的输出端之间，环形电阻接在脉冲一非门的输入端与脉冲三非门的输出端之间。

二门三倍电压提升电路由整流管、整流二极管、一级积分电容、整流管对地电阻、电压提升一非门、电压提升二非门、电压指示支路、积分二极管一、二级积分电容、积分二极管二、三级积分电容、输出二极管、射随器、电压提升指示支路组成：整流管的基极接另一个测试孔，整流管的集电极接电源，整流管的发射随极为两路，一路接整流二极管到一级积分电容的正极，一级积分电容的负极接地线，第二路接整流管对地电阻，一级积分电容的负极接电压提升一非门与电压提升二非门的火线端，电压提升一非门的输入端接一级积分电容的正极，电压指示支路接在电压提升一非门的输入端与地线之间，电压提升一非门的输出端接电压提升二非门的输入端，积分二极管一接在一级积分电容的正极与二级积分电容的正极之间，二级积分电容的负极接电压提升一非门的输出端，积分二极管二接在二级积分电容的正极与三级积分电容的正极之间，三级积分电容的负极接电压提升二非门的输出端，三级积分电容的正极接输出二极管的正极，射随器的基极接输出二极管的负极，射随器的集电极接电源，射随器的发射极接电压提升指示支路到地线，射随器的发射极还接了均衡多占分压系统中第一阶梯电压单元中的第一指示灯的正极。

均衡多点分压系统由多个阶梯电压单元组成：每个阶梯电压单元由两个指示灯与两个指示灯接地电阻组成。

每个指示灯接一个指示灯接地电阻，每个阶梯电压单元中的两个指示灯串联，每个阶梯电压单元串联，每个阶梯电压单元中的第一指示灯的正极为对应单元输入，第二指示灯的负极为对应单元的输出。

显示激励单元由多个显示激励器组成，每个阶梯电压单元的输出接一个显示激励器的输入，每个显示激励器的输出对应一个显示单元。

显示系统由多个显示单元组成：每个显示单元的元件相同，接法相同。

显示单元由一个集成电路中的三个非门、三个显示支路、三个交连电容、三个隔离二极管、三个交连电容的接地电阻、三个非门输入端电阻、三个交连电阻充电电阻、显示微分电路组成：显示激励器的输出接对应显示单元集成电路的火线端，每个非门的输入端电阻接电源，每个交连电容充电电阻接在交连电容的正极与电源之间，每个交连电容的负极接一个交连电容的接地电阻到地线，每个非门的输出端接一个显示支路到地线，第一交连电容的正极接第一隔离二极管到第一非门的输出端，第一交连电容的负极接第二非门的输入端，第二交连电容的正极接第二隔离二极管到第二非门的输出端，第二交连电容的负极接第三非门的输入端，第三交连电容的正极接第三隔离二极管到第三非门的输出端，第三交连电容的负极接第一非门的输入端。

显示微分电路由微分电容、微分导向电阻、微分放电电阻组成：微分电容的一端接集成电路的火线端，微分电容的另一端为两路，一路接微分放电电阻到地线，另一路接微分导向电阻到第三非门的输入端。

2、每个显示激励器都由两个激励非门串联而成。

3、射随器与整流管为NPN三极管。

4、每个指示支路都由发光管与保护电阻串联而成。

5、脉冲电压放大器由两个反相器并联而成。

对上述措施的意义解释如下：

一、整个电路图所产生的原理。

本发明是用非门组成了非门式脉冲电源，作为演示电源，当所测的频率元件（即电容、电感），连在测试孔两端时，与演示电源成为了串联关系，演示电源产生的电流经过所测的频率元件后，进入到二门三倍电压提升电路，进行了放大，二门三倍电压提升电路输出激励了均衡多点分压系统，该系统中有多个阶梯电压单元，每个阶梯电压单元的输出对应连接了一个显示激励器，而每个显示激励器又激励一个显示单元。所以抗越小，二门三倍电压提升电路输入端信号越强，经过二门三倍电压提升电路放大后，输出端输出的信号越强，则在均衡多点分压系统中具有激励的阶梯电压单元就越多，则所激励显示单元越多，因而演示了抗性元件的系列特性。

为演示效果丰富，本措施注意到了以下几点：

一是演示电源，也即是非门式脉冲电源，可以成为具频率的脉冲电源形式，又可以成为频率为零即是直流的形式，用两种不同的电源，可以增进对抗性元件的了解。因为两种电源对频率元件将产生非常不同的效果。

二是两种电源的变换是通过二进制开关电路来执行，二进制开关电路具有电子自保持，操作轻触，便于状态指示，生产无飞线等系列优点，因而可以显著提升整体性能。

三是在演示电源中增加的频率可调，因此不仅可以演示抗性元件在有频率与直流的两种特殊，可以进一步观察频率高低对元件的影响。

四是在演示效果上采用了光与声效果。

五是其显示效果为流水型式，其好处是即能将抽象的电流，变成了所熟悉的水流，便于理解，同时动态效果更能吸观看者的眼球。

六是作为一种的优秀线路的设计，一是注重了主题突出，本电种突出了对非门的认识，因为几乎所有单元均是由非门组成。能避免初学者产生繁而厌学的情况。二是一种简单的非门逻辑关系，经过不同的组合，可以演变成系列的逻辑关系，因而可以引导初学者积极思维，拓展想象空间，有利于提高素质教育。三是各单元相对独立，各单元联系科学，调试简单，基本上一装就成。四是各单元检查时有一定趣味性，引导试验者深入。上述四点，有利于激发青年的学习热情，有利于提高学生的素质教育。

二、非门式脉冲电源（即演示电源）的说明。

该单元由脉冲一非门（图1中的2.1）、脉冲二非门（图1中的2.2）、脉冲三非门（图1中的2.3）、环形电阻（图1中的2.4）、脉冲电阻（图1中的2.5）、脉冲电容（图1中的2.6）、脉冲电压放大器（图1中的3）组成。

其中由脉冲一非门、脉冲二非门、脉冲三非门、环形电阻、脉冲电阻、脉冲电容组成了环形振荡器。

形成的振荡原理是。

在线路中可调电阻与固定电阻串联成为脉冲电阻，与脉冲电容共同形成了振荡频率的时间常数，调节可调电阻可以调试振荡频率，其中的固定电阻是对可调的一种限制。

由于环形振荡器易起振荡，稳定，频率可调，加之有两门（即脉冲电压放大器）作为了负载与振荡的的隔离，所以线路可靠，为整体电路的性能奠定了良好的条件。

三、二进制开关电路的说明。

该开关由按钮开关与由三个开关非门（图1中的1.1、1.2、1.3）、两个引导电阻（图1中的1.9与1.12）、两个引导电容（图1中的1.10与1.13）、两指示支路（图1中的1.7与1.8）、两个引导二极管（图1中的1.11与1.14）、两个交连电组（图1中的1.5与1.6）、钳位二极管（图1中的1.15）、开关微分电路、接地电阻（图1中的1.4）共同组成。

其主要目的控制非门式脉冲电源的工作状况，使非门式脉冲电源成为有频率的测试源，或是成为频率为零的直流电源，让观看者了解抗性元件在这两种电源的情况下，的物理现象。从而揭示抗性元件与频率的关系。

形成控制的原因是，二进制开关电路中的开关非门二的输出端是逻辑输出端，该端经过钳位二极管，直接控制非门式脉冲电源，当该输出端为低位时，钳位二极管处于反向偏置，对非门式脉冲电源无影响，该单元输出有频率的电流。

当该输出端为高位时，经过钳位二极管传递到非门式脉冲电源，此时非门式脉冲电源停振，根据非门的逻辑关系，经过一次非门，输出端的状态变化一次，可知，脉冲电压放大器输出高位，非门式脉冲电源的最后输出是频率为零的电流，即是直流。

在本发明中，二进制开关电路具备两特性，一是具有输出端的状态可变性，即是能输出高位信号，也能输出低位信号，二是具有自保持特性，即是一种输出信号能自保持到下次新的信号到来之前。

形成的原理是，开关中开关非门一与开关非门二经过交叉电阻的连接成为了一种正反馈电路，即是如果开关非门一输出端为高，则开关非门二输出端为低，反之如果开关非门一输出端为低，则开关非门二输出端为高。其中交叉电阻起了重要的隔离作用，即是当在开关非门一的输入端加入信号时，不受开关非门二输出端的影响。开关非门三是状态引导门，当该门输出端为高时，可以通过引导电容引导电阻与低位输出端形成充电回路。

在通电时，因为开关非门一的输入端连接有微分电容，所以该门输出端为低位，开关非门二的输出端为高位，当按钮开关没有按下时，按钮开关常开触点为断开，没有连接电源，而开关非门三的输入端因连接了接地电阻所以为低位。所以开关非门三的输出端为高位，此时其输出端将与引导电容一、引导电阻一、开关非门一的输出端形成充电回路。而与引导电容二引导电阻二开关非门二的输出端形成断路。按钮开关常开触点为闭合时，开关非门三的输入端为高位，其输出端为低位，引导电容一因不能跃变其负极成为负压状态。经过引导二极管一的传递。开关非门一输入端为负，从而开关非门二输出端为高位，实现了翻转。

当按钮常开触点再次断开时，开关非门三的高位输出端与引导电容二、引导电阻二、开关非门二的输出端形成充电回路。而与引导电容一、引导电阻一、开关非门一的输出端形成断路。按钮常开触点为闭合时，开关非门三输出端为低位，引导电容二因不能跃变其负极成为负压状态。经过引导二极管二的传递。开关非门二输入端为低，从而开关非门二输出端为高位，再次实现了翻转。

以后的翻转原理同前。

采用二进制开关后主要有以下突出的好处，一是按钮是一种轻触钮，同时也便于安装状态指示。整体高档，受用，二是按钮开关在生产时不产生飞线，可以直接和印刷板产生联系，因而可进一步保证产品质量。三是按钮属一种普通元件，易于购买。

四、关于二门三倍电压提升电路的说明。

该电路由整流管（图1中的5.1）、整流二极管（图1中的5.2）、一级积分电容（图1中的5.3）、整流管对地电阻（图1中的5.4）、电压提升一非门（图1中的5.5）、电压提升二非门（图1中的5.6）、电压指示支路（图1中的5.7）、积分二极管一（图1中的5.8）、二级积分电容（图1中的5.9）、积分二极管二（图1中的5.10）、三级积分电容（图1中的5.11）、输出二极管（图1中的5.12）、射随器（图1中的5.13）、电压提升指示支路（图1中的5.14）组成。

该电路的主要目的是，当抗性元件如电容，电感经过演示电源后，会产生电压下降的情况，如果直接激励显示单元，有可能发生显示不够清楚的情况，而经过该电路放大后，能量有所提升，因而是显示效果更加宏观。

该电路应具有三项重的特性，一是具有良好的放大特性，二是提升电路的输入无信号时，输出无信号，即是输出不产生附加静态电位，三是应用非门电路组成，以突出主题。

形成的原理是，当抗性元件接上后，经过整流后在一级积分电容上充充满了直流电压，当电压提升一非门输出端为低时，一级积分电容经过积分二极管一向二级积分电容充电，成为一倍电压，当电压提升一非门输出端为高位时，一级积分电容的电压经过电压提升一非门输出端叠加成为两倍电压，当电压提升二非门的输出端为低位时，二倍电压充电在三级积分电容上，当电压提升二非门的输出端为高位时，二倍电压经过电压提升二非门输出端叠加成为三倍电压，由此形成提升电路。

应指出同，本发明采用二门三倍电压提升电路有四项突出的优点：

一是当输入无信号时，一级积分电容，无电压，所以输出不可能产生倍压效果。为零伏，即是该电路的输出不产生附加静态电位。

二是特别重要的是，一级积分电容上的电压是非门式脉冲电源经过测试抗性元件降压后的电压，抗性大小不同，产生的电压值也不一样，所以产生的提升电压数量也不一不样。也即是三倍电压的基础取决于抗性元件降压后的电压，提升电路的输出与所测试的电容容抗有着直接的关系。

三是因为采用了二门与三倍电压提升电路，效率高，所需时间相对 少，所以灵敏度较高。

四是该电路的输出与阶梯电压单元有射随器作隔离，所以该电路有良好的负载能力。

五、均衡多点分压系统与显示激励单元的说明。

均衡多点分压系统由多个阶梯电压单元组成。显示激励单元由多个显示激励器组成，每个阶梯电压单元的输出接一个显示激励器的输入，每个显示激励器的输出对应一个显示单元。

线路特点是：线路特点是由多个参数相当的稳压管串联而成，每个稳压管对地连接有电阻，成为该稳压的对地通道，从而以每个稳压管与对地电阻形成了一级稳压单位的电压输出点，当前级二门三倍电压提升电路的输出的电压高，则能吸穿的阶梯电压单元的数量越多。当吸穿的阶梯电压单元的输出，显示激励器即是非门的门坎电压后，串联非门将输出高位，从而激励对应显示单元工作。

而显示激励器由两个反相器串联而成，其原因是增加了带负载的能力。

每激励一个阶梯电压单元，就能启动一个语音指示，激励的阶梯电压单元越多，启动的语音指示也越多。

六、显示系统的光显示说明。

显示系统由多个显示单元组成：每个显示单元的元件相同，接法相同。

显示单元由一个集成电路中的三个非门、三个显示支路、三个交连电容、三个隔离二极管、三个交连电容的接地电阻、三个非门输入端电阻、三个交连电阻充电电阻、显示微分电路组成。

每个显示单元分别受控于一个显示激励器，因为每个显示单元中的集成电路的火线端都连接在对应的显示激励器的输出端上，所以形成当显示激励器起动后，一个对应显示单元启动。每个显示单元分别受控于阶梯电压单元启动的显示激励器的激励，即是当一个显示激励器启动后，一个对应显示单元启动。显示支路作流水状的循环闪亮。

显示支路发光的规律先是一亮两熄。即是第一个显示支路发光，第二与第三显示支路熄，然后以后的规律始终是两亮一熄。即是再继而是第一与二显示支路亮，第三显示支路熄；即是再继而是第三与第二显示支路亮，第一显示支路熄；再继而是第三显示支路发光，第一与第二显示支路熄；成为一种流水状态。以后将按此规律流水循环，这种流水状态的循环的好处是，将电流的抽象概念变为了初学易理解的水流状态，如果均衡多点分压系统的阶梯电压单元级数越多，则所触发的显示单元越多，所显示的这种水流将流得越远。同时这种动态的水流状态在自作试验线路时充满着一定的趣味。

由于显示系统中，各显示单元结构相同，现以其中一个显示单元说明：

产生的原理是：

当第一显示激励器有电压输出时，第一个显示单元启动。

第一显示单元集成电路的第三非门（图2中的9.13）输入端连接有微分电容，所以通电时，该非门输出端为低。与第一显示单元集成电路的第一非门输入端连接的第一显示单元的第三交连电容（图2中的9.19）不能跃变，所以该显示单元的第一非门的输入端为低位，输出端为高位，所连接的第一显示单元第一显示支路（图2中的9.14）中的发光管首先光亮。

同时第一显示单元的第一交连电容充电电阻（图2中的9.119）向第一显示单元集成电路的第二非门（图2中的9.12）输入端的第一显示单元的第一交连电容（图2中的9.17）充电，此该单元的第二非门输出端为低位，所连的第一显示单元的第二显示支路（图2中的9.15）不亮。

当第一显示单元的第一交连电容充电完成后，该单元的第二非门输出端变成高位，所连接的第一显示单元的第二显示支路发亮。

同理此时该单元第三非门输入端为高，其输出端为低位，所连第一显示单元的第三显示支路（图2中的9.16）熄，该单元第一非门输出端高，所连的显示支路亮，因而形成循环的流水状，因此除第一次亮的规律是一亮两熄以外，以后的循环规律是两亮一熄规律。

实施后有以下突出的优点：

1、电学是物理学中重要的内容。而对初学者来说，对直流电的理解相对容易，而对具有频率的电流对电路元件的影响会感到抽象。而本仪的演示会使初学者的抽象概念变得实际。因此对深入学习电学有着积极意义。具体情况如下：

（1）、因为本演示仪中的脉冲电源可以在二进制开关 的切换下，可以变为脉冲电源，也可以变为直流电，所以可以清楚地演示出抗性元件（如电容，或电感）在频率为零的情况（即是直流电），与具有频率的脉冲电流情况下的物理现象是完全不同的。

如电容（电容其构造是两块不相连的导电物质平面），这种特殊的构造在在直流状态下，只可能瞬态地一次性充电，最后成为断路状态（表现为显示部分发光管只瞬态的亮一下，然后全熄）。但在在频率的脉冲电源下，却发生了戏剧性的变化，因这种不相连的两面能顺利地通过电流（表现为显示部分的发光管一直为光亮状态，成流水状）。

如电感在直流状态下，是一个很好的良导体，（表现为显示部分的发光管一直为光亮状态，成流水状，而且从头到尾）。但是在通过频率的脉冲电流时，但在在频率的脉冲电源下，却发生了戏剧性的变化，因这种首尾相连的导线却对电流存在阻力，其物理特性完全变化。（表现为显示部分的发光管只显现部分的光亮状态，成流水状，即光亮发管减少）。

（2）、本发明频率冲电源的频率可调。可以演示出频率越高，对频率元件的影响效果越大，如同一参数电容，频率越高，导通性越好，（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管增多）。

又如同一参数电感线圈，频率越高，其呈现的阻力越大。（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，但光亮发管减少）。

（3）、可以演示出，在同样的电压下，电容越大，容抗越小，即是对电流的阻力越小，而电感越大，则感抗越大，即是对电流的阻力越大。（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管增多）。

（4）、可以演示出电容中呈现容抗的大小的主要内部原因，如电容的内部不相连的两导电面越大，则容抗越小，两导电面之间的绝缘层越厚，则容抗越小。（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管增多）。

（5）、可以演示出电感中呈现感抗的大小的主要内部原因，如线圈的直径越大，则感抗越大，（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管减少）。反之感抗越少，（表现为显示部分的发光管显现部分的光亮状态，成流水状，光亮发管增多）。

（6）、感抗还与线圈中的是否有导磁材料有关，并与导磁材料的性质有关。

2、二进制开关中为按钮电子开关，有以下突出的好处，一是按钮是一种轻触钮，手感好。二是每按一次状态变换一次，操作方便。三是可以清楚地显示出是当前的脉冲电源的状态，如是直流状态，这时指示灯为一种颜色，如是脉冲的频率电源，又会成另一处颜色，清楚明瞭整体高档。四是按钮开关在生产时不产生飞线，可以直接和印刷板产生联系，因而可进一步保证产品质量。五是按钮属一种普通元件，易于购买。这些优点，也便于试验电路购买。

3 、显示的量化效果好，一是本仪具有二门三倍电路单元，因而具有较高的灵敏度，特别是对当容抗较大时，亦能清楚显示。二是二门三倍电路单元的输入直接采用经过测试件的压降后电压，所以有很强的跟踪性，即是保证了所测件的不同，其显示效果不同，具有严格的科学性。三是二门三倍电路单元输入为零时，其输出信号为零，不存在初始电位，进一步保证了显示的准确。

4、显示的观感效果好，一是本仪有光显示与声显示并存，增加了趣味效果，观看者寓教于乐。二是光显示呈现流水状态，容易把抽象概念(如电流)理解为所熟悉的的流水状，根据发光管亮的多少与“路程”远近，很容易理解多种参与之间的相互关系。三是光显示动感性强，能增加眼球的吸引力。

5、可以演示出电阻、绝缘体、电流的概念，演示出当电压一定时，电流与电阻之间的关系。电阻越大，电流越小的视觉效果。以让年纪更小的学生建立更基础的电学知识。

6、本仪属于最初级的普及型的演示仪。适应面广，小学与中学都适合，因而需求量大，而本仪易生产，调试简单，成本低，便于普及。

7、本发明线路精简，各单元联系科学，可操作性很强，因此可以启发学生自行试验安装，通过自制，可以进一步提高学生动手能力与实践水平，这对提高学生素质有着积极的意义。而本发明在自制上有以下特点，因而十分适合自制。

一是有源件几乎全为非门，因此便于初学者对非门，这种最基础的逻辑关系元件的感观认识及功能理解。由于有源件品种单一，重点突出，有利于初学者学习，避免繁而厌学，或贪多不烂的情况。

二是一种最简单的非门逻辑关系，经过不同的组合，可以演变成系列的逻辑关系，与多种功能，因而可以引导初学者积极思维，拓展想象空间，有利于提高素质教育。

三是各单元独立，可以以单元为单位通电检验。而且每个单元充满着一定趣味性，如显示单元，成功后发光管光亮为流水循环状，如二门三倍电路，可以看到非门这种逻辑关系，可以演变出电压的提高等等。

四是各单元间之间连接科学，基本上不会产生故障，所以在完成单元调试后，就可完成整体工作。

由于上述四点，所以作为一种制着实验线路，有利于激发初学者激情，有利于提高学生的素质教育。

附图说明

图1是显示系统除外的其余各部分电子电路原理图。

图中：1.0、按钮开关；1.1、开关非门一；1.2、开关非门二；1.3、开关非门三；1.4、接地电阻；1.5、交连电阻一；1.6、交连电阻二；1.7、非门一的指示支路；1.8、非门二的指示支路；1.9、引导电阻二；1.10、引导电容二；1.11、引导二极管二；1.12、引导电阻一；1.13、引导电容一；1.14、引导二极管一；1.15、钳位二极管；1.16、开关微分电容；1.17、开关微分导向电阻；1.18、开关微分放电电阻；2.1、脉冲一非门；2.2、脉冲二非门；2.3、脉冲三非门；2.4、环形电阻；2.5、脉冲电阻；2.6、脉冲电容；3、脉冲电压放大器；4、测试孔；5.1、整流管；5.2、整流二极管；5.3、整流电容；5.4、整流管对地电阻；5.5、电压提升一非门；5.6、电压提升二非门；5.7、电压指示支路；5.8、积分二极管一；5.9、二级积分电容；5.10、积分二极管二；5.11、三级积分电容；5.12、输出二极管；5.13、射随器；5.14、电压提升指示支路；6.11、第一阶梯电压单元第一指示灯；6.111、第一阶梯电压单元第一指示灯的接地电阻；6.12、第一阶梯电压单元第二指示灯；6.121、第一阶梯电压单元第二指示灯的接地电阻；6.21、第二阶梯电压单元第一指示灯；6.211、第二阶梯电压单元第一指示灯的接地电阻；6.22、第二阶梯电压单元第二指示灯；6.221、第二阶梯电压单元第二指示灯的接地电阻；6.N1、最后一个阶梯电压单元第一指示灯；6.N11、最后一个阶梯电压单元第一指示灯的接地电阻；6.N2、最后一个阶梯电压单元第二指示灯；6.N21、最后一个阶梯电压单元第二指示灯的接地电阻；7.1、第一显示激励器；7.2、第二显示激励器；7.N、最后一个显示激励器；9.1、第一显示单元；9.2、第二显示单元；9.N、最后一个显示单元。

图2是显示系统电子电路图。

图中：5.13、射随器；5.14、电压提升指示支路；6.11、第一阶梯电压单元第一指示灯；6.111、第一阶梯电压单元第一指示灯的接地电阻；6.12、第一阶梯电压单元第二指示灯；6.121、第一阶梯电压单元第二指示灯的接地电阻；6.21、第二阶梯电压单元第一指示灯；6.211、第二阶梯电压单元第一指示灯的接地电阻；6.22、第二阶梯电压单元第二指示灯；6.221、第二阶梯电压单元第二指示灯的接地电阻；6.N1、最后一个阶梯电压单元第一指示灯；6.N11、最后一个阶梯电压单元第一指示灯的接地电阻；6.N2、最后一个阶梯电压单元第二指示灯；6.N21、最后一个阶梯电压单元第二指示灯的接地电阻；7.1、第一显示激励器；7.2、第二显示激励器；7.N、最后一个显示激励器；9.10、第一显示单元集成电路；9.11、第一显示单元集成电路的第一非门；9.12、第一显示单元集成电路的第二非门；9.13、第一显示单元集成电路的第三非门；9.14、第一显示单元的第一显示支路；9.15、第一显示单元的第二显示支路；9.16、第一显示单元的第三显示支路；9.17、第一显示单元的第一交连电容；9.18、第一显示单元的第二交连电容；9.19、第一显示单元的第三交连电容；9.110、第一显示单元的第一隔离二极管；9.111、第一显示单元的第二隔离二极管；9.112、第一显示单元的第三隔离二极管；9.113、第一显示单元第一交连电容的接地电阻；9.114、第一显示单元第二交连电容的接地电阻；9.115、第一显示单元第三交连电容的接地电阻；9.116、第一显示单元集成电路的第一非门输入端电阻；9.117、第一显示单元集成电路的第二非门输入端电阻；9.118、第一显示单元集成电路的第三非门输入端电阻；9.119、第一显示单元的第一交连电容充电电阻；9.120、第一显示单元的第二交连电容充电电阻；9.121、第一显示单元的第三交连电容充电电阻；9.122、第一显示单元微分电容；9.123、第一显示单元微分导向电阻；9.124、第一显示单元微分放电电阻；9.20、第二显示单元集成电路；9.21、第二显示单元集成电路的第一非门；9.22、第二显示单元集成电路的第二非门；9.23、第二显示单元集成电路的第三非门；9.24、第二显示单元的第一显示支路；9.25、第二显示单元的第二显示支路；9.26、第二显示单元的第三显示支路，9.27、第二显示单元的第一交连电容；9.28、第二显示单元的第二交连电容；9.29、第二显示单元的第三交连电容；9.210、第二显示单元的第一隔离二极管；9.211、第二显示单元的第二隔离二极管；9.212、第二显示单元的第三隔离二极管；9.213、第二显示单元第一交连电容的接地电阻；9.214、第二显示单元第二交连电容的接地电阻；9.215、第二显示单元第三交连电容的接地电阻；9.216、第二显示单元集成电路的第一非门输入端电阻；9.217、第二显示单元集成电路的第二非门输入端电阻；9.218、第二显示单元集成电路的第三非门输入端电阻；9.219、第二显示单元的第一交连电容充电电阻；9.220、第二显示单元的第二交连电容充电电阻；9.221、第二显示单元的第三交连电容充电电阻；9.222、第二显示单元微分电容；9.223、第二显示单元微分导向电阻；9.224、第二显示单元微分放电电阻；9.N0、最后一个显示单元集成电路；9.N1、最后一个显示单元集成电路的第一非门；9.N2、最后一个显示单元集成电路的第二非门；9.N3、最后一个显示单元集成电路的第三非门；9.N4、最后一个显示单元的第一显示支路；9.N5、最后一个显示单元的第二显示支路；9.N6、最后一个显示单元的第三显示支路，9.N7、最后一个显示单元的第一交连电容；9.N8、最后一个显示单元的第二交连电容；9.N9、最后一个显示单元的第三交连电容；9.N10、最后一个显示单元的第一隔离二极管；9.N11、最后一个显示单元的第二隔离二极管；9.N12、最后一个显示单元的第三隔离二极管；9.N13、最后一个显示单元第一交连电容的接地电阻；9.N14、最后一个显示单元第二交连电容的接地电阻；9.N15、最后一个显示单元第三交连电容的接地电阻；9.N16、最后一个显示单元集成电路的第一非门输入端电阻；9.N17、最后一个显示单元集成电路的第二非门输入端电阻；9.N18、最后一个显示单元集成电路的第三非门输入端电阻；9.N19、最后一个显示单元的第一交连电容充电电阻；9.N20、最后一个显示单元的第二交连电容充电电阻；9.N21、最后一个显示单元的第三交连电容充电电阻；9.N22、最后一个显示单元微分电容；9.N23、最后一个显示单元微分导向电阻；9.N24、最后一个显示单元微分放电电阻。

具体实施实例

一、选件：每个显示激励器都由两个激励非门串联而成。射随器与整流管为NPN三极管。每个指示支路都由发光管与保护电阻串联而成。脉冲电压放大器由两个反相器并联而成。

二、焊接：除显示系统外的各部分电子电路如图1所示连接，显示系统如图2所示焊接。

三、调试与检测。

1、检查与调试二门三倍电压提升电路单元。

用示波器检查，用示波器热端依次连接二门三倍电压提升电路单元中的各级关键点，冷端接地。

A、用一个电容或电感连接在测试孔上，此时示波器有振荡波形显示，否则是线路有错。

B、用示波器热端连接一级积分电容（图1中的5.3）正端，此时示波器的波形为直流状，否则是整流二极管（图1中的5.2）焊错。

C、用示波器热端连接电压提升一非门（图1中的5.5）的输出端，此时示波器应显示振荡状，否则是电压提升一非门的输入回路断线。

D、用示波器热端连接二级积分电容（图1中的5.9）正端，此时示波器的波形为直流状，但幅度应比一级积分电容处的振幅高一倍。如不正确则是连在二级积分电容焊错呀或失效。

E、用示波器热端连接三级积分电容（图1中的5.11）正极，此时示波器的波形为直流状，但幅度应为一级积分电容处的振幅的三倍。如不正确则是三级积分电容焊错呀或失效。

F、用示波器热端连接射随器（图1中的6.01）的发射极，此时示波器的波形为直流状，但幅度应为为一级积分电容处的振幅的三倍，否则是射随器的管脚焊错。

2、检查与调试二进制开关电路。

用示波器或万用表检查。

A、先断开连接在开关非门一输入端的微分电路，用示波器（或万用表）的正极连接开关非门一（图1中的1.1）与开关非门二（图1中的1.2）输出端，此时二进制开关中如开关非门一的输出端为低，则开关非门二的输出端为高位，反之如果开关非门一的输出端为高位，则开关非门二的输出端为低位，否则，是两门相互连接的交连电阻（图1中的1.5与1.6）连接错误，未能实现正反馈。

恢复开关非门一输入端的微分电路，用示波器（或万用表）的正极连接开关非门一与开关非门二输出端，此时开关非门一的输出端应为低，开关非门二的输出端为高位，否则是微分电路连接错误。

B、用示波器（或万用表）的正极连接开关非门三（图1中的1.3）的输出端，此时应为高位，否则是该门输入端接地电阻（图1中的1.4）脱焊，或将按钮开关（图1中的1.0）连错，使开关非门三的输入端变成了高位。

C、用示波器（或万用表）的正极连接开关非门二的输出端，同时按下按钮开关，之后松手，此时开关非门二的输出端应为低位，如果不正确，则是引导二极管一的极性方向连错。

D、用示波器（或万用表）的正极连接开关非门二的输出端，再次按下按钮开关，此时开关非门二的输出端应为高位，如果不正确，则是引导二极管二的极性方向连错。

3、检查与调试均衡多点分压系统。

在测试孔上，连接一个测试电容，调节非门式脉冲电源的频率，加大频率，此时会出现有输出的阶梯电压单元增多。

在测试孔上，连接一个测试电感，调节非门式脉冲电源的频率，加大频率，此时会出现有输出的阶梯电压单元减少。

当阶梯电压单元的输出为高位时，所连接的显示激励器输出为高位，否则是显示激励器的两非门连线错误。

4、检查与调试显示系统，以其中的一个显示单元为例。

A、通电时为第一显示支路与第二显示支路亮，第三显示支路为熄，不正确是接在显示单元中三非门输入端的微分电路连错。

B、在灯亮的流水循环过程中，规律是两亮一熄，不断循环。即是先是第一、第二显示支路亮，第三显示支路熄，

继而是先是第二、第三显示支路亮，第一显示支路熄，再继而第二显示支路熄，第一、第三显示支路亮，再继而是第三显示支路熄，第一、第二显示支路亮，永远循环。

C、调节循环的频率，调节交连电容充电电阻与交连电容的值，使之符合要求，其规律是阻容越小，循环越快，反之越慢。

5、调整非门式脉冲电源在振荡时的工作情况。

用示波器的红表笔接脉冲三非门（图1中的2.3）的输出端，在按钮开关将非门式脉冲电源切换在交流状态下，示波器显示有振幅，调整脉冲电阻（图1中的2.5）与脉冲电容（图1中的2.6）的值，使频率符合要求，其规律是阻容越小，频率越快，反之越慢。

6、检查非门式脉冲电源为直流状态下的工作情况。

用按钮开关将非门式脉冲电源切换在直流状态下，此时示波器的显示为直流，而且最后输出的电压幅值与在第一级积分电容测试点电压幅值近似，略小一些。

在测试孔上，连接不同阻值的电阻，如果阻值越小，则显示单元亮的单元越多。

在测试孔上，连接一个测试电容，这时显示单元会出现瞬态的亮一下。

在测试孔上，连接一个容量较大的电容，这时显示单元会出现瞬态的亮一下，而且所亮的显示支路会增多。

在测试孔上，连接一个测试电感，这时会出现所有显示单元亮的情况。

Claims (5)

1.一种非门型的容抗测试仪，其特征是：由二进制开关电路电路，非门式脉冲电源，二门三倍电压提升电路，均衡多点分压系统，显示激励单元，显示系统组成；

其中：二进制开关电路电路由三个开关非门、两个引导电阻、两个引导电容、两指示支路、两个引导二极管、两个交连电组、按钮开关、钳位二极管、开关微分电路、接地电阻组成：按钮开关的一端接电源，另一端接开关非门三的输入端，开关非门三的输入端与地线之间接一个接地电阻，开关非门三的输出端为两路，一路接引导电容一的一端，另一路接引导电容二的一端，引导电容一的另一端为两路，一路接引导二极管一的负极，引导二极管一的正极接开关非门一的输入端，另一路接引导电阻一到开关非门一的输出端，引导电容二的另一端为两路，一路接引导二极管二的负极，引导二极管二的正极接开关非门二的输入端，另一路接引导电阻二到开关非门二的输出端，开关非门一的输出端接交连电阻一到开关非门二的输入端，开关非门二的输出端接交连电阻二到开关非门一的输入端，开关非门一的输出端与开关非门二的输出端与电源之间分别接一路指示支路，开关非门二的输出端即是二进制开关电路电路的输出，接钳位二极管的正极，钳位二极管的负极接非门式脉冲电源的输入；

开关微分电路由开关微分电容、开关微分导向电阻、开关微分放电电阻组成：开关微分电容的一端接电源，另一端为两路，一路接开关微分导向电阻到开关非门二的输入端，另一路接开关放电电阻到地线；

非门式脉冲电源由脉冲一非门、脉冲二非门、脉冲三非门、环形电阻、脉冲电阻、脉冲电容、脉冲电压放大器组成：脉冲一非门的输入端即是非门式脉冲电源的输入，脉冲一非门的输出端接脉冲二非门的输入端，脉冲二非门的输出端接脉冲电阻到脉冲三非门的输入端，脉冲三非门的输出端接脉冲电压放大器到一个测试孔，脉冲电容接在脉冲三非门的输入端与脉冲一非门的输出端之间，环形电阻接在脉冲一非门的输入端与脉冲三非门的输出端之间；

二门三倍电压提升电路由整流管、整流二极管、一级积分电容、整流管对地电阻、电压提升一非门、电压提升二非门、电压指示支路、积分二极管一、二级积分电容、积分二极管二、三级积分电容、输出二极管、射随器、电压提升指示支路组成：整流管的基极接另一个测试孔，整流管的集电极接电源，整流管的发射随极为两路，一路接整流二极管到一级积分电容的正极，一级积分电容的负极接地线，第二路接整流管对地电阻，一级积分电容的负极接电压提升一非门与电压提升二非门的火线端，电压提升一非门的输入端接一级积分电容的正极，电压指示支路接在电压提升一非门的输入端与地线之间，电压提升一非门的输出端接电压提升二非门的输入端，积分二极管一接在一级积分电容的正极与二级积分电容的正极之间，二级积分电容的负极接电压提升一非门的输出端，积分二极管二接在二级积分电容的正极与三级积分电容的正极之间，三级积分电容的负极接电压提升二非门的输出端，三级积分电容的正极接输出二极管的正极，射随器的基极接输出二极管的负极，射随器的集电极接电源，射随器的发射极接电压提升指示支路到地线，射随器的发射极还接了均衡多占分压系统中第一阶梯电压单元中的第一指示灯的正极；

均衡多点分压系统由多个阶梯电压单元组成：每个阶梯电压单元由两个指示灯与两个指示灯接地电阻组成；

每个指示灯接一个指示灯接地电阻，每个阶梯电压单元中的两个指示灯串联，每个阶梯电压单元串联，每个阶梯电压单元中的第一指示灯的正极为对应单元输入，第二指示灯的负极为对应单元的输出；

显示激励单元由多个显示激励器组成，每个阶梯电压单元的输出接一个显示激励器的输入，每个显示激励器的输出对应一个显示单元；

显示系统由多个显示单元组成：每个显示单元的元件相同，接法相同；

显示单元由一个集成电路中的三个非门、三个显示支路、三个交连电容、三个隔离二极管、三个交连电容的接地电阻、三个非门输入端电阻、三个交连电阻充电电阻、显示微分电路组成：显示激励器的输出接对应显示单元集成电路的火线端，每个非门的输入端电阻接电源，每个交连电容充电电阻接在交连电容的正极与电源之间，每个交连电容的负极接一个交连电容的接地电阻到地线，每个非门的输出端接一个显示支路到地线，第一交连电容的正极接第一隔离二极管到第一非门的输出端，第一交连电容的负极接第二非门的输入端，第二交连电容的正极接第二隔离二极管到第二非门的输出端，第二交连电容的负极接第三非门的输入端，第三交连电容的正极接第三隔离二极管到第三非门的输出端，第三交连电容的负极接第一非门的输入端；

显示微分电路由微分电容、微分导向电阻、微分放电电阻组成：微分电容的一端接集成电路的火线端，微分电容的另一端为两路，一路接微分放电电阻到地线，另一路接微分导向电阻到第三非门的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种非门型的容抗测试仪，其特征是：每个显示激励器都由两个激励非门串联而成。

3.根据权利要求1所述的一种非门型的容抗测试仪，其特征是：射随器与整流管为NPN三极管。

4.根据权利要求1所述的一种非门型的容抗测试仪，其特征是：每个指示支路都由发光管与保护电阻串联而成。

5.根据权利要求1所述的一种非门型的容抗测试仪，其特征是：脉冲电压放大器由两个反相器并联而成。