电容器充放电演示器(三)

本例介绍的电容器充放电演示器，采用LED灯光移动的方式来显示电容器在充电或放电过程中，电容端电压和电容中电流随时间变化的曲线，可用于教学演示。
电路工作原理
该电容器充放电演示器电路由电容器充电电路、充/放电选择控制电路、电容器放电电路、多谐振荡器和LED显示驱动电路组成，如图2-9所示。

                                     图2-9   电容器充放电演示器电路(三)

电容器充电电路由时基集成电路ICl、继电器Kl和电阻器R4组成。电容器放电电路由电阻器R5、晶体管Vl、V2和继电器K2组成。充/放电选择控制电路由开关S、电阻器R3、供电电源插座XS和二极管VDl、VD2组成。多谐振荡器电路由电阻器Rl、电容器C2和与非门集成电路IC2(Dl、D2)组成。LED显示驱动电路由发光二极管VLl-VL36、电阻器R6、R2、电容器Cl和计数分配器集成电路IC3组成。演示电容器充电过程时，将S置于“充电”位置，使ICl和IC3的工作电源接通。在未接上充电电容器时，IC1的7脚输出高电平，Kl不吸合，多谐振荡器不工作，IC3在通电复位后，其YO端输出高电平，而YI-Y9端均输出低电平，VLl-VL36均不发光。接上充电电容器后，由于该电容器两端电压不能突变，IC1的2脚和6脚由低电平变为高电平，7脚由高电平变为低电平，Kl通电吸合，其常开触头接通，使多谐振荡器通电工作，为IC3的CP端提供计数脉冲，使IC3的YO-Y9端依次轮流输出高电平，VLl、VL2-VLl7、VLl8依次轮流点亮。IC3的Y9端与EN端相连，当输出高电平时，IC3停止计数，并保持Y9端恒定输出高电平的状态，使VLl7和VLl8处于长亮状态。从而演示了电容器充电时电容器的电压与电流的变化规律:即端电压随充电时间的变长而越来越高，直至不变;而流过电容器的电流则随充电时间的变长而越来越小，直至为零。在电容器充电电路工作时，当电容器充电完毕 (两端电压充至电源电压的2/3)时，ICl的7脚就会由低电平变为高电平，使Kl释放，多谐振荡器停止工作。演示电容器放电过程时，应先将充电电容器取下，将S置于“放电“位置，将已充电电容器接到T3、T4两放电端上。此时电容器上所存电荷经R5对Vl放电，使Vl和V2饱和导通，K2吸合，其常开触头接通，多谐振荡器振荡工作，为IC3提供计数脉冲，lC3的YO-Y9输出端依次轮流输出高电平，使VLl9、VL2O-VL35、VL36依次轮流点亮。当IC3的Y9端输出高电平时，lC3停止计数，并保持Y9端恒定输出高电平的状态，使VL35和VL36长亮。从而演示了电容器放电时其端电压和电流均随着放电时间的变长而越来越低这一变化规律。当电容器放电完毕后，Vl和V2截止，K2释放，多谐振荡器停止工作。

元器件选择
Rl-R6均选用1/4W金属膜电阻器。
Cl和C2均选用独石电容器。
VDl和VD2均选用1N4148型硅开关二极管。
VLl-V仍6均选用φ5mm或φ8mm的发光二极管，VLl-VLl8选红色，VLl9-VL36选绿色。
Vl和V2均选用硅NPN晶体管，Vl型号为S9013或3DG6，V2型号为C8050或3DGl2。
ICl选用NE555型时基集成电路;IC2选用CD4011型四与非门集成电路;IC3选用
CD4017型十进制计数/脉冲分配器集成电路。
Kl和K2均选用4098型6V直流继电器。