CN109754686A - 一种桥式电路演示教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥式电路演示教具，包括S0总开关、Ui交流电源、Us直流电源、S1开关、S2开关、S3开关、S4开关、S5开关和S6开关，所述Ui交流电源以及Us直流电源的输入端与S0总开关的一端之间设置有SA转换开关。本发明通过在整个电路中设置有SA转换开关和继电器，并通过SA转换开关的“左”、“右”和“0”三种模式的切换以及继电器的选择性开启与关闭，从而构造出与桥式电路特征和性质相关的多种基本电路，整个电路结构简单，物理意义明确，并重点突出了等效变换的思想，进而体现出桥式电路的各种特征以及基本性质，从而使得桥式电路的学习变得直观形象、通俗易懂，并易于基础知识的过渡及交叉课程的学习。

Description

一种桥式电路演示教具

技术领域

本发明涉及一种桥式电路演示教具，具体地说是一种电路教学用具，属于基本电工技术领域。

背景技术

桥式电路作为一种基本电路，在中学和大学的课程中均是一个重要的知识点，中学物理中一般只要求定性分析，不要求定量计算，而大学的电路原理课程中则要求定量计算，具体计算方法包括星-三角等效变换法、戴维南等效法、网孔电流法和节点电压法等多种计算方法。其中星-三角等效变换法和戴维南等效法不需要列方程求解，变换后通过串并联混联方法就可以求出，属于高中和大学中的一种中间过渡方法，因此基于星-三角等效变换和戴维南等效法成为学生从定性分析过渡到定量分析中的重要一环。同理，桥式整流电路也是模拟电子电路中的一种最基本的AC-DC变换电路，如果通过电路教具来体现这一等效变换思想，则桥式电路的学习则会变得直观形象、通俗易懂。基于上述缺陷，本发明提出了一种桥式电路演示教具，妥善的解决了上述所提及的一些问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有方法中存在的不足，且设计的电路简单、模式切换容易且通俗易懂。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

按照本发明提供的技术方案：一种桥式电路演示教具，包括S0总开关、Ui交流电源、Us直流电源、S1开关、S2开关、S3开关、S4开关、S5开关和S6开关，所述Ui交流电源以及Us直流电源的输入端与S0总开关的一端之间设置有SA转换开关，所述Ui交流电源以及Us直流电源的一侧连接有A结点、B结点、M结点、N结点、C结点和D结点，所述A结点与D结点之间设置有R3电阻、R4电阻、D3二极管、D4二极管和R33电阻，所述R3电阻与D3二极管并联连接，所述R4电阻与D4二极管并联连接，所述R3电阻与R4电阻串联连接，所述B结点和C结点之间设置有R1电阻、R2电阻、D1二极管、D2二极管和R23电阻，所述R1电阻与D1二极管并联连接，所述R2电阻与D2二极管并联连接，所述R1电阻与R2电阻串联连接，所述M结点和N结点之间设置有R5电阻，所述A结点与M结点之间设置有R31电阻，所述B结点与N结点之间设置有R21电阻，所述M结点与D结点之间设置有R32电阻，所述N结点与C结点之间设置有R22电阻，所述S0总开关的一端与D结点之间电性连接。

作为本发明的进一步改进，所述S1开关的一端串联有J1继电器，所述S2开关的一端串联有J2继电器，所述S3开关的一端串联有J3继电器，所述S4开关的一端串联有J4继电器，所述S5开关的一端串联有J5继电器，所述S6开关的一端串联有J6继电器，所述J1继电器、J2继电器、J3继电器、J4继电器、J5继电器和J6继电器的供电电源为UJ电源。

作为本发明的进一步改进，所述R1电阻的阻值可自由调节。

作为本发明的进一步改进，所述D1二极管的阴极与B结点连接，所述D2二极管的阴极与C结点连接，所述D3二极管的阴极与N结点连接，所述D4二极管的阴极与N结点连接。

作为本发明的进一步改进，所述SA转换开关共设置有三档，所述SA转换开关的三档依次对应着“左”、“右”或“0”，所述SA转换开关的六个端子标号依次为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”和“6”。

作为本发明的进一步改进，所述A结点和N结点之间设置有A3电流表，所述B结点和M结点设置有A1电流表，所述M结点和N结点之间设置有A5电流表，所述M结点和C结点之间设置有A2电流表，所述N结点和D结点之间设置有A4电流表。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明提供了一种桥式电路教具，通过在整个电路中设置有SA转换开关和继电器，并通过SA转换开关的“左”、“右”和“0”三种模式的切换以及J1继电器、J2继电器、J3继电器、J4继电器、J5继电器和J6继电器的选择性开启与关闭，从而构造出与桥式电路特征和性质相关的多种基本电路(直流电桥电路、上桥臂星—三角变换电路、下桥臂星—三角变换电路、戴维南等效电阻电路以及交流全桥整流电路)，结构简单，物理意义明确，并重点突出了等效变换的思想，进而体现出桥式电路的各种特征以及基本性质，从而使得桥式电路的学习变得直观形象、通俗易懂，并易于基础知识的过渡及交叉课程的学习。

附图说明

图1为本发明的电桥演示电路原理图。

图2为本发明的开关和继电器对应示意图。

图3为本发明的直流电桥电路原理图。

图4为本发明的上桥臂星-三角变换原理图。

图5为本发明的下桥臂星-三角变换原理图。

图6为本发明的戴维南等效电阻图。

图7为本发明的交流全桥整流原理图。

图中：1、B结点；2、A结点；3、C结点；4、M结点；5、D结点；6、N结点；7、S0总开关；8、SA转换开关；9、Ui交流电源；10、Us直流电源；11、J1继电器；12、J2继电器；13、J3继电器；14、J4继电器；15、J5继电器；16、J6继电器；17、S1开关；18、S2开关；19、S3开关；20、S4开关；21、S5开关；22、S6开关；23、R1电阻；24、R3电阻；25、R5电阻；26、R2电阻；27、R4电阻；28、R21电阻；29、R23电阻；30、R22电阻；31、R31电阻；32、R33电阻；33、R32电阻；34、D1二极管；35、D3二极管；36、D2二极管；37、D4二极管。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1～图7所示，一种桥式电路演示教具，包括S0总开关7、Ui交流电源9、Us直流电源10、S1开关17、S2开关18、S3开关19、S4开关20、S5开关21和S6开关22，所述Ui交流电源9以及Us直流电源10的输入端与S0总开关7的一端之间设置有SA转换开关8，所述Ui交流电源9以及Us直流电源10的一侧连接有A结点2、B结点1、M结点4、N结点6、C结点3和D结点5，所述A结点2与D结点5之间设置有R3电阻24、R4电阻27、D3二极管35、D4二极管37和R33电阻32，所述R3电阻24与D3二极管35并联连接，所述R4电阻27与D4二极管37并联连接，所述R3电阻24与R4电阻27串联连接，所述B结点1和C结点3之间设置有R1电阻23、R2电阻26、D1二极管34、D2二极管36和R23电阻29，所述R1电阻23与D1二极管34并联连接，所述R2电阻26与D2二极管36并联连接，所述R1电阻23与R2电阻26串联连接，所述M结点4和N结点6之间设置有R5电阻25，所述A结点2与M结点4之间设置有R31电阻31，所述B结点1与N结点6之间设置有R21电阻28，所述M结点4与D结点5之间设置有R32电阻33，所述N结点6与C结点3之间设置有R22电阻30，所述S0总开关7的一端与D结点5之间电性连接。

如图2所示，其中，所述S1开关17的一端串联有J1继电器11，所述S2开关18的一端串联有J2继电器12，所述S3开关19的一端串联有J3继电器13，所述S4开关20的一端串联有J4继电器14，所述S5开关21的一端串联有J5继电器15，所述S6开关22的一端串联有J6继电器16，所述J1继电器11、J2继电器12、J3继电器13、J4继电器14、J5继电器15和J6继电器16的供电电源为UJ电源，S1开关17至S6开关22的开启与关闭依次对应J1继电器11至J6继电器16的开启与关闭。

如图1、3、5和6所示，其中，所述R1电阻23的阻值可自由调节，通过调节R1电阻23的阻值，可以满足不同的实验电路需求。

如图1所示，其中，所述D1二极管34的阴极与B结点1连接，所述D2二极管36的阴极与C结点3连接，所述D3二极管35的阴极与N结点6连接，所述D4二极管37的阴极与N结点6连接，D1二极管34、D2二极管36、D3二极管35以及D4二极管37的设置是完成交流电桥的桥式整流电路的基础。

如图1所示，其中，所述SA转换开关8共设置有三档，所述SA转换开关8的三档依次对应着“左”、“右”或“0”，所述SA转换开关8的六个端子标号依次为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”和“6”，当SA转换开关8拨在左边时，“3”和“4”对应接通，当SA转换开关8拨在右边时，“1”和“2”对应接通，当SA转换开关8拨在0位置时，“5”和“6”对应接通。

如图1所示，其中，所述A结点2和N结点6之间设置有A3电流表，所述B结点1和M结点4设置有A1电流表，所述M结点4和N结点6之间设置有A5电流表，所述M结点4和C结点3之间设置有A2电流表，所述N结点6和D结点5之间设置有A4电流表。

需要说明的是，本发明为一种桥式电路演示教具，当需演示直流电桥变换时，将SA转换开关8打向“左”端，此时“3”端子和“4”端子对应接通，同时闭合S1开关17、S2开关18和S5开关21，断开S3开关19、S4开关20和S6开关22，如图3所示，此时闭合S0总开关7，根据电桥平衡原理，观察R5电阻25所在的桥支路是否流过电流，并改变R1电阻23的阻值，直到R5电阻25所在桥支路上的电流表A5读数为零，此时电桥平衡，测量M结点4和N结点6的两端电压为零；当需演示直流电桥的上桥臂星—三角变换时，将SA转换开关8打向“左”端，此时“3”端子和“4”端子对应接通，闭合S2开关18和S3开关19，断开S1开关17、S4开关20、S5开关21和S6开关22，并改变R1电阻23的值，使其满足由星形连接的R1电阻23、R2电阻26、R5电阻25等效变换为三角形连接的R21电阻28、R22电阻30、R23电阻29所对应的变换关系，如图4所示，然后闭合S0总开关7，观察电流表读数，电流表A3和电流表A4读数的差值就是R5电阻25的电流，大于零时表示R5电阻25的电流从N端流向M端，反之则是从M端流向N端；当需演示直流电桥的下桥臂星—三角变换时，改变R1电阻23的阻值，使其满足由星形连接的R3电阻24、R4电阻27、R5电阻25等效变换为三角形连接R31电阻31、R32电阻33、R33电阻32所对应的变换关系，并将SA转换开关8打向“左”端，此时“3”端子和“4”端子对应接通，闭合S1开关17和S4开关20，断开S2开关18、S3开关19、S5开关21和S6开关22，如图5所示，然后闭合S0总开关7，观察电流表读数，电流表A1和电流表A2读数的差就是R5电阻25的电流，大于零时表示R5电阻25的电流从M端流向N端，反之则是从N端流向M端；当需演示直流电桥的戴维南等效变换时，将SA转换开关8打向“0”端，此时“5”端子和“6”端子对应接通，同时闭合S1开关17、S2开关18，断开S3开关19、S4开关20、S5开关21和S6开关22，如图6所示，并闭合S0总开关7，测量M结点4和N结点6的两端电阻，得到其等效电阻，然后将SA转换开关8打向左端，测量M结点4和N结点6两端的电压，得到其等效电压，从而根据戴维南等效电路计算R5电阻25两端的电流；当需演示交流电桥的桥式样整流电路变换时，将SA转换开关8打向‘右’端，此时“1”端子和“2”端子对应接通，并闭合S5开关21和S6开关22，断开S1开关17、S2开关18、S3开关19和S4开关20，如图7所示，从而构成了桥式整流电路，并测出流经电流表A5中的电流。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中所描述的只是说明本发明的基本原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物而界定。

Claims (6)

1.一种桥式电路演示教具，包括S0总开关(7)、Ui交流电源(9)、Us直流电源(10)、S1开关(17)、S2开关(18)、S3开关(19)、S4开关(20)、S5开关(21)和S6开关(22)，其特征在于：所述Ui交流电源(9)以及Us直流电源(10)的输入端与S0总开关(7)的一端之间设置有SA转换开关(8)，所述Ui交流电源(9)以及Us直流电源(10)的一侧连接有A结点(2)、B结点(1)、M结点(4)、N结点(6)、C结点(3)和D结点(5)，所述A结点(2)与D结点(5)之间设置有R3电阻(24)、R4电阻(27)、D3二极管(35)、D4二极管(37)和R33电阻(32)，所述R3电阻(24)与D3二极管(35)并联连接，所述R4电阻(27)与D4二极管(37)并联连接，所述R3电阻(24)与R4电阻(27)串联连接，所述B结点(1)和C结点(3)之间设置有R1电阻(23)、R2电阻(26)、D1二极管(34)、D2二极管(36)和R23电阻(29)，所述R1电阻(23)与D1二极管(34)并联连接，所述R2电阻(26)与D2二极管(36)并联连接，所述R1电阻(23)与R2电阻(26)串联连接，所述M结点(4)和N结点(6)之间设置有R5电阻(25)，所述A结点(2)与M结点(4)之间设置有R31电阻(31)，所述B结点(1)与N结点(6)之间设置有R21电阻(28)，所述M结点(4)与D结点(5)之间设置有R32电阻(33)，所述N结点(6)与C结点(3)之间设置有R22电阻(30)，所述S0总开关(7)的一端与D结点(5)之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种桥式电路演示教具，其特征在于：所述S1开关(17)的一端串联有J1继电器(11)，所述S2开关(18)的一端串联有J2继电器(12)，所述S3开关(19)的一端串联有J3继电器(13)，所述S4开关(20)的一端串联有J4继电器(14)，所述S5开关(21)的一端串联有J5继电器(15)，所述S6开关(22)的一端串联有J6继电器(16)，所述J1继电器(11)、J2继电器(12)、J3继电器(13)、J4继电器(14)、J5继电器(15)和J6继电器(16)的供电电源为UJ电源。

3.根据权利要求1所述的一种桥式电路演示教具，其特征在于：所述R1电阻(23)的阻值可自由调节。

4.根据权利要求1所述的一种桥式电路演示教具，其特征在于：所述D1二极管(34)的阴极与B结点(1)连接，所述D2二极管(36)的阴极与C结点(3)连接，所述D3二极管(35)的阴极与N结点(6)连接，所述D4二极管(37)的阴极与N结点(6)连接。

5.根据权利要求1所述的一种桥式电路演示教具，其特征在于：所述SA转换开关(8)共设置有三档，所述SA转换开关(8)的三档依次对应着“左”、“右”或“0”，所述SA转换开关(8)的六个端子标号依次为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”和“6”。

6.根据权利要求1所述的一种桥式电路演示教具，其特征在于：所述A结点(2)和N结点(6)之间设置有A3电流表，所述B结点(1)和M结点(4)设置有A1电流表，所述M结点(4)和N结点(6)之间设置有A5电流表，所述M结点(4)和C结点(3)之间设置有A2电流表，所述N结点(6)和D结点(5)之间设置有A4电流表。