电容器充放电演示器 (一)

本例介绍的电容器充放电演示器，能用发光二极管生动、形象、直观地演示出电容器充、放电的物理过程，将该演示器用于教学，可加深学生对电容器储能特性的理解认识，激发学习兴趣。
电路工作原理
该电容器充放电演示器电路由十位线性LED点/线显示驱动集成电路IC(LM3914)、发光二极管VL1-VLlO、充/放电控制开关S、 电阻器Rl-R4和电容器C组成，如图2-7所示。

                                     图2-7电容器充放电演示器电路(一)

LM3914内部由输入缓冲器、10级电压比较器 (由分压器和比较器组成)、显示模拟选择电路、1.25V基准电源电路等组成。模拟信号从其5脚 (输入端)加入，经输入缓冲器放大后，送至10级电压比较器的反相输出端，与各电压比较器正相输大端的分压器上基准电压进行比较。每级分压器上的基准电压为0.125V，逐级比较电平分别为0.125V、0.25V、0.375V、0.5V…1.25V。当输入模拟信号电压低于0.125V时，10级比较器均输出高电平;当输入信号电压高于0.125V时，电压比较器1输出低电平 (1脚);当输入信号电压高于0.25V时，电压比较器2输出低电平 (18脚)…当输入信号电压高于1.25V时，电压比较器10输出低电平 (10脚)。若将这10个输出端接上发光二极管，即可线性地显示出输大模拟信号的大小。LM3914的9脚为显示模式转换端，将该脚接地或悬空时，显示模式为点状 (LED单级发光);•将该脚接正电源端 (Vcc)时，显示模式为线状 (逐级发光)。该电容器充放电演示器电路为线状显示模式。演示时，将充/放电选择开关S拨至 "1"位置，+6V电压经S和•Rl对电容器C充电，使IC的5脚电压逐渐上升，lC内l0个电压比较器的输出端依次输出低电平，VLl-VLlO逐个被点亮，演示了电容器充电过程。将S置于"2"位置时，C无放电回路，IC的5脚电压和各输出端电压不变，VLl-VLlO点亮的数量维持不变，表明电容器有存储电能的特性。将S置于"3"位置时，C经过RI对地放电，使IC的5脚电压逐渐下降，10个电压比较器的输出端又依次输出高电平，VLlO、VLg…VLl逐个熄灭，演示了电容器放电过程。更换不同容量的电容器或改变Rl的阻值，可以改变电容器的充放电时司常数，从而改变VLl-VLlO点亮的速度及时间长短。
元器件选择
Rl-R4均选用1/4W或l/8W碳膜电阻器。
C选用耐压值为16V的铝电解电容器。
VLl-VLlO均选用p5mm或p8mm的高亮度发光二极管。
S选用单极三位拨动式开关。