一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置的制作方法
专利名称：一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置的制作方法
技术领域：
本实 用新型涉及一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置，属于虚拟仪 器领域。
背景技术：
电路基础和电工学是高校电类专业开设的必修课。与本课程相关的实验教学内容 是加深对电类基础理论理解，提高学生电路分析和设计的能力，培养学生的动手操作能力 的关键环节。目前一般的电路与电工实验室主要还是以实验台为主。但由于实验室规模和开放 时间和仪器资源有限，并且实验内容局限于原理验证，思路限制给定的范围之内，不利于学 生创新思维的拓展和对知识的灵活运用。尤其对于电感特性的实验，由于是动态的，其本质 特性学生不易理解，如果能有方便、全面、可靠地进行这方面实验的装置，该装置对学生掌 握这方面的知识将有很大帮助。
发明内容为了克服现有电路实验教学系统的上述缺点，本实用新型给出了 一种能够应用于 虚拟仪器的针对电感元件V-A特性工程应用的实验装置，以计算机为中心，集多种仪器功 能为一体，可以给学生充分的思维拓展和练习机会。为了实现上述目的，本实用新型采用如下方案设计一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置，以虚拟实验仪器模块和 PC机及其运行软件构成的虚拟实验仪器工作站为平台，与虚拟实验仪器模块连接有一个组 合式电感特性实验电路装置。其中，所述虚拟实验仪器模块与所述PC机通过USB接口连 接；所述组合式电感特性实验电路装置由产生脉冲信号的信号调节整形模块和接收脉冲信 号的改进后电感特性电路组成，改进后电感特性电路输出接实验仪器模块。所述改进后电感特性电路如下构成，包含一个场效应管，该场效应管的G极接10 欧姆电阻后接信号调节整形模块输出，场效应管的S极接IOK电阻后接地，场效应管的D极 分为两支路，一路接IOmH电感后接6V直流电源，另一路接二极管正极，在二极管负极和地 之间并联IOuF电容、220uF电容、220uF极性电容、100欧姆电阻各一个，且二极管负极作为 输出接虚拟实验仪器模块。所述信号调节整形模块采用555单稳态触发器如下构成555单稳态触发器的1 管脚接地，2管脚连接0. OOluF电容后接信号源，2、8管脚之间接20K电阻，3管脚接改进后 电感特性电路信号源输入端，4管脚接6V直流电源，4管脚接0. IuF电容后接地，3、4管脚之 间接IOK电阻，5管脚接0. OluF电容后接地，7管脚接0. IuF电容后接地，6、8管脚之间接电 位器，4、8管脚相连，6、7管脚相连。与现有的电子电工实验教学系统相比，本实用新型有以下优点1.让学生充分感受和理解电感充放电特性。[0011]2.设备少，界面友好，操作简单，学生易于理解和学习。3.免去焊接和拆卸电路的困扰，可以明显的看到实验现象。4.虚拟仪器库可以让学生充分练习使用各种实验仪器，又可以避免仪器损坏。5.系统成本较低，易于在各高校电工电子实验室中推广。
图1为本实用新型的结构图；图2为本实用新型的一个实施例中的组合式电感特性实验电路装置的电路图。
具体实施方式
下面结合一个实施例及其附图对本实用新型做进一步说明。本实用新型电感特性实验装置主要包括PC机及配套的驱动软件和虚拟仪器库、 与PC机通过USB接口相连的虚拟实验仪器模块、组合式电感特性实验电路装置、电源、接插 连线。电感特性实验装置总体框图如图1所示。学生可以通过使用虚拟仪器库了解和学习各种仪器设备的使用方法和操作技巧， 其仪器模型和实物仪器的操作界面是保持一致的。组合式电感特性实验电路装置中各个器 件、导线和底板等均属于插拔型结构，可以随意的组合而避免焊接破坏电子器件。虚拟实验 仪器模块可以同时实现信号发生器、示波器、交/直流电压源、电流源等电子仪器的功能， 一机多用。使用配套的驱动软件，通过PC机向虚拟实验仪器模块发送命令，实现组合式电 感特性实验电路装置的使用，虚拟实验仪器模块采集实验结果传输回PC机，在PC机上显示 出来。组合式电感特性实验电路装置的电路如图2所示，由信号调节整形模块和改进后 电感特性电路组成。其中的信号调节整形模块主体选用的是NE555时基电路芯片，该芯片 1管脚接地，2管脚连接0. OOluF电容后接信号源；2、8管脚之间接20K电阻；3管脚接改进 后电感特性电路信号源输入端；4管脚接6V直流电源；4管脚接0. IuF电容后接地；3、4管 脚之间接IOK电阻；5管脚接0. OluF电容后接地；7管脚接0. IuF电容后接地；6、8管脚之 间接电位器，4、8管脚相连；6、7管脚相连；所述电容均为非极性电容。改进后电感特性电路 选用的场效应管为IRF2807，其中G极接10欧姆电阻后接信号调节整形模块中NE555芯片 的3管脚；S极接IOK电阻后接地；D极分为两支路，一路接IOmH电感后接6V直流电源，一 路接二极管正极，设二极管负极为d点，在d点和地之间并联IOuF电容、220uF电容、220uF 极性电容、100欧姆电阻各一个；所述的IOuF电容、220uF电容均为非极性电容。使用本电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置的具体方法如下打开虚拟仪器库，调用示波器、信号发生器、电压源子程序，打开仪器界面后，可以 用鼠标点击各个按钮改变输出信号的类型和参数，练习各电子设备的使用方法。在完全掌握了各种仪器的使用方法之后，打开配套的驱动软件中的虚拟实验仪器 模块运行平台，将虚拟实验仪器模块通过USB接口和电脑连接好，接通电源，打开目标功能 界面，点击参数按钮确定合适的参数，设定后运行后输出到虚拟实验仪器模块。该系统可以 同时运行多个目标功能，本实用新型需要同时运行示波器，信号发生器和稳压电源等，并同 时输出。通过端口线将虚拟实验仪器模块和组合式电感特性实验电路装置连接在一起，将信号源(幅度8V，偏移4V，频率20kHz，占空比任意)、直流电压源(6V)加载在电路上，用示 波器探针测量信号调节整形模块的输出端波形，调节该模块中电位器的阻值，使该模块输 出端波形符合如下参数幅度6V，偏移3V，频率20kHz，占空比20%。移动示波器探针，测量 各节点的波形，可以看到由于电感充放电产生的电压变化曲线，在输出端还可以明显的看 到升压现象。
本实用新型可以让学生感受和理解电感充放电特性，适合高等院校电类相关专业 电路基础 课程的课堂教学演示和实验教学，有很大的推广价值。
权利要求1.一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置，以虚拟实验仪器模块和PC机 及其运行软件构成的虚拟实验仪器工作站为平台，与虚拟实验仪器模块连接有一个组合式 电感特性实验电路装置，其特征在于所述虚拟实验仪器模块与所述PC机通过USB接口连 接；所述组合式电感特性实验电路装置由产生脉冲信号的信号调节整形模块和接收脉冲信 号的改进后电感特性电路组成，改进后电感特性电路输出接实验仪器模块；所述改进后电感特性电路如下构成，包含一个场效应管，该场效应管的G极接10欧姆 电阻后接信号调节整形模块输出，场效应管的S极接IOK电阻后接地，场效应管的D极分为 两支路，一路接IOmH电感后接6V直流电源，另一路接二极管正极，在二极管负极和地之间 并联IOuF电容、220uF电容、220uF极性电容、100欧姆电阻各一个，且二极管负极作为输出 接虚拟实验仪器模块。
2.如权利要求1所述的一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置，其特征在 于，所述信号调节整形模块采用555单稳态触发器如下构成555单稳态触发器的1管脚接 地，2管脚连接0. OOluF电容后接信号源，2、8管脚之间接20K电阻，3管脚接改进后电感特 性电路信号源输入端，4管脚接6V直流电源，4管脚接0. IuF电容后接地，3、4管脚之间接 IOK电阻，5管脚接0. OluF电容后接地，7管脚接0. IuF电容后接地，6、8管脚之间接电位器， 4、8管脚相连，6、7管脚相连。
专利摘要一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置属于虚拟仪器领域。该装置以虚拟实验仪器模块和PC机及其运行软件构成的虚拟实验仪器工作站为平台，与虚拟实验仪器模块连接有一个组合式电感特性实验电路装置，其特征在于所述虚拟实验仪器模块与所述PC机通过USB接口连接；所述组合式电感特性实验电路装置由产生脉冲信号的信号调节整形模块和接收脉冲信号的改进后电感特性电路组成，改进后电感特性电路输出接实验仪器模块。本实用新型设备少，界面友好，操作简单，学生易于理解和学习，可以让学生充分感受和理解电感充放电特性，适合高等院校电类相关专业电路基础课程的课堂教学演示和实验教学，有很大的推广价值。
文档编号G09B23/18GK201859586SQ20102062018
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者王铁流, 金姗, 高强 申请人:北京工业大学
技术领域：
本实 用新型涉及一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置，属于虚拟仪 器领域。
背景技术：
电路基础和电工学是高校电类专业开设的必修课。与本课程相关的实验教学内容 是加深对电类基础理论理解，提高学生电路分析和设计的能力，培养学生的动手操作能力 的关键环节。目前一般的电路与电工实验室主要还是以实验台为主。但由于实验室规模和开放 时间和仪器资源有限，并且实验内容局限于原理验证，思路限制给定的范围之内，不利于学 生创新思维的拓展和对知识的灵活运用。尤其对于电感特性的实验，由于是动态的，其本质 特性学生不易理解，如果能有方便、全面、可靠地进行这方面实验的装置，该装置对学生掌 握这方面的知识将有很大帮助。
发明内容为了克服现有电路实验教学系统的上述缺点，本实用新型给出了 一种能够应用于 虚拟仪器的针对电感元件V-A特性工程应用的实验装置，以计算机为中心，集多种仪器功 能为一体，可以给学生充分的思维拓展和练习机会。为了实现上述目的，本实用新型采用如下方案设计一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置，以虚拟实验仪器模块和 PC机及其运行软件构成的虚拟实验仪器工作站为平台，与虚拟实验仪器模块连接有一个组 合式电感特性实验电路装置。其中，所述虚拟实验仪器模块与所述PC机通过USB接口连 接；所述组合式电感特性实验电路装置由产生脉冲信号的信号调节整形模块和接收脉冲信 号的改进后电感特性电路组成，改进后电感特性电路输出接实验仪器模块。所述改进后电感特性电路如下构成，包含一个场效应管，该场效应管的G极接10 欧姆电阻后接信号调节整形模块输出，场效应管的S极接IOK电阻后接地，场效应管的D极 分为两支路，一路接IOmH电感后接6V直流电源，另一路接二极管正极，在二极管负极和地 之间并联IOuF电容、220uF电容、220uF极性电容、100欧姆电阻各一个，且二极管负极作为 输出接虚拟实验仪器模块。所述信号调节整形模块采用555单稳态触发器如下构成555单稳态触发器的1 管脚接地，2管脚连接0. OOluF电容后接信号源，2、8管脚之间接20K电阻，3管脚接改进后 电感特性电路信号源输入端，4管脚接6V直流电源，4管脚接0. IuF电容后接地，3、4管脚之 间接IOK电阻，5管脚接0. OluF电容后接地，7管脚接0. IuF电容后接地，6、8管脚之间接电 位器，4、8管脚相连，6、7管脚相连。与现有的电子电工实验教学系统相比，本实用新型有以下优点1.让学生充分感受和理解电感充放电特性。[0011]2.设备少，界面友好，操作简单，学生易于理解和学习。3.免去焊接和拆卸电路的困扰，可以明显的看到实验现象。4.虚拟仪器库可以让学生充分练习使用各种实验仪器，又可以避免仪器损坏。5.系统成本较低，易于在各高校电工电子实验室中推广。
图1为本实用新型的结构图；图2为本实用新型的一个实施例中的组合式电感特性实验电路装置的电路图。
具体实施方式
下面结合一个实施例及其附图对本实用新型做进一步说明。本实用新型电感特性实验装置主要包括PC机及配套的驱动软件和虚拟仪器库、 与PC机通过USB接口相连的虚拟实验仪器模块、组合式电感特性实验电路装置、电源、接插 连线。电感特性实验装置总体框图如图1所示。学生可以通过使用虚拟仪器库了解和学习各种仪器设备的使用方法和操作技巧， 其仪器模型和实物仪器的操作界面是保持一致的。组合式电感特性实验电路装置中各个器 件、导线和底板等均属于插拔型结构，可以随意的组合而避免焊接破坏电子器件。虚拟实验 仪器模块可以同时实现信号发生器、示波器、交/直流电压源、电流源等电子仪器的功能， 一机多用。使用配套的驱动软件，通过PC机向虚拟实验仪器模块发送命令，实现组合式电 感特性实验电路装置的使用，虚拟实验仪器模块采集实验结果传输回PC机，在PC机上显示 出来。组合式电感特性实验电路装置的电路如图2所示，由信号调节整形模块和改进后 电感特性电路组成。其中的信号调节整形模块主体选用的是NE555时基电路芯片，该芯片 1管脚接地，2管脚连接0. OOluF电容后接信号源；2、8管脚之间接20K电阻；3管脚接改进 后电感特性电路信号源输入端；4管脚接6V直流电源；4管脚接0. IuF电容后接地；3、4管 脚之间接IOK电阻；5管脚接0. OluF电容后接地；7管脚接0. IuF电容后接地；6、8管脚之 间接电位器，4、8管脚相连；6、7管脚相连；所述电容均为非极性电容。改进后电感特性电路 选用的场效应管为IRF2807，其中G极接10欧姆电阻后接信号调节整形模块中NE555芯片 的3管脚；S极接IOK电阻后接地；D极分为两支路，一路接IOmH电感后接6V直流电源，一 路接二极管正极，设二极管负极为d点，在d点和地之间并联IOuF电容、220uF电容、220uF 极性电容、100欧姆电阻各一个；所述的IOuF电容、220uF电容均为非极性电容。使用本电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置的具体方法如下打开虚拟仪器库，调用示波器、信号发生器、电压源子程序，打开仪器界面后，可以 用鼠标点击各个按钮改变输出信号的类型和参数，练习各电子设备的使用方法。在完全掌握了各种仪器的使用方法之后，打开配套的驱动软件中的虚拟实验仪器 模块运行平台，将虚拟实验仪器模块通过USB接口和电脑连接好，接通电源，打开目标功能 界面，点击参数按钮确定合适的参数，设定后运行后输出到虚拟实验仪器模块。该系统可以 同时运行多个目标功能，本实用新型需要同时运行示波器，信号发生器和稳压电源等，并同 时输出。通过端口线将虚拟实验仪器模块和组合式电感特性实验电路装置连接在一起，将信号源(幅度8V，偏移4V，频率20kHz，占空比任意)、直流电压源(6V)加载在电路上，用示 波器探针测量信号调节整形模块的输出端波形，调节该模块中电位器的阻值，使该模块输 出端波形符合如下参数幅度6V，偏移3V，频率20kHz，占空比20%。移动示波器探针，测量 各节点的波形，可以看到由于电感充放电产生的电压变化曲线，在输出端还可以明显的看 到升压现象。
本实用新型可以让学生感受和理解电感充放电特性，适合高等院校电类相关专业 电路基础 课程的课堂教学演示和实验教学，有很大的推广价值。
权利要求1.一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置，以虚拟实验仪器模块和PC机 及其运行软件构成的虚拟实验仪器工作站为平台，与虚拟实验仪器模块连接有一个组合式 电感特性实验电路装置，其特征在于所述虚拟实验仪器模块与所述PC机通过USB接口连 接；所述组合式电感特性实验电路装置由产生脉冲信号的信号调节整形模块和接收脉冲信 号的改进后电感特性电路组成，改进后电感特性电路输出接实验仪器模块；所述改进后电感特性电路如下构成，包含一个场效应管，该场效应管的G极接10欧姆 电阻后接信号调节整形模块输出，场效应管的S极接IOK电阻后接地，场效应管的D极分为 两支路，一路接IOmH电感后接6V直流电源，另一路接二极管正极，在二极管负极和地之间 并联IOuF电容、220uF电容、220uF极性电容、100欧姆电阻各一个，且二极管负极作为输出 接虚拟实验仪器模块。
2.如权利要求1所述的一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置，其特征在 于，所述信号调节整形模块采用555单稳态触发器如下构成555单稳态触发器的1管脚接 地，2管脚连接0. OOluF电容后接信号源，2、8管脚之间接20K电阻，3管脚接改进后电感特 性电路信号源输入端，4管脚接6V直流电源，4管脚接0. IuF电容后接地，3、4管脚之间接 IOK电阻，5管脚接0. OluF电容后接地，7管脚接0. IuF电容后接地，6、8管脚之间接电位器， 4、8管脚相连，6、7管脚相连。
专利摘要一种用于电路虚拟实验教学中的电感特性实验装置属于虚拟仪器领域。该装置以虚拟实验仪器模块和PC机及其运行软件构成的虚拟实验仪器工作站为平台，与虚拟实验仪器模块连接有一个组合式电感特性实验电路装置，其特征在于所述虚拟实验仪器模块与所述PC机通过USB接口连接；所述组合式电感特性实验电路装置由产生脉冲信号的信号调节整形模块和接收脉冲信号的改进后电感特性电路组成，改进后电感特性电路输出接实验仪器模块。本实用新型设备少，界面友好，操作简单，学生易于理解和学习，可以让学生充分感受和理解电感充放电特性，适合高等院校电类相关专业电路基础课程的课堂教学演示和实验教学，有很大的推广价值。
文档编号G09B23/18GK201859586SQ20102062018
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者王铁流, 金姗, 高强 申请人:北京工业大学
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