光标式电子检流计

光标式电子检流计

作者：杨善迎

来源：《电子世界》2004年第01期

LC电磁振荡是高中物理教学的一个重要的难点实验。我刊2000年11期刊出的《用发光二极管显示电磁振荡》一文中，实验时仅红色二极管微微发亮后，两二极管再也不发亮，根本看不到二极管依此交替发光的现象。这主要是二极管的插入损耗太大，使LC回路的Q值低。把电流计直接串入LC振荡回路，由于插入损耗太大且响应速度慢，如采用光标检流计，会取得很好的效果。

工作原理

电路原理如附图所示，集成运放A、B与周围电阻组成电流检测放大电路。它由两级反相输入的比例放大器组成，总电压放大倍数AU=（R5/R4）·（W2+R8）/R7，可在100~68100间连续可调，以适应不同检测电流的需要。R2、R3、W1为运放建立合适的工作点，使输入端Ui=0时，输出端电压Uo为电源电压的一半，使起检流指示作用的发光管LED1~LED5、

LED7~LED11均不发光，实际上，W1起到了指针式检流计调零旋钮的作用。a 、b为检流计的输入端子，R1为检测电阻，也就是检流计的内阻，D1、D2为输入保护二极管，防止大电流损坏运放A。当有检测电流i流过R1时，其两端产生压降Ui= i·R1，该压降即为放大电路的输入信号电压，被放大显示。由于R1很小，只有1Ω，所以检流计串联在电流回路中，对被检测电路几乎无影响。R10~R20串联分压产生10个基准电压，各集成运放接成电压比较器，与电阻、发光二极管组成电平指示电路以同步反映端子a 、b间流过电流的相对大小、方向及变化规律。其中，运放C~G构成的5个电压比较器，其反相输入端分别接基准电压6.2、5.8、

5.4、5.0、4.6V，同相输入端都接放大器B的输出U0，用于正向电流（即从a端流入b端流出）的比较显示。另5个电压比较器的同相输入端分别接基准电压4.4 、4.0 、3.6、3.2 、2.8 V，反相输入端都接放大器的输出U0，用于负向电流的比较显示。

当有电流 i 从 a端流入，假如为 0.1mA，此电流几乎全部流经R1，则放大器检测到的输入电压为U1=0.1 mA×1Ω=10-4V，若放大倍数调在10000倍，则Uo= 4.5 V+10-4V×10000

=5.5V，高于电压比较器E、F、G的基准电压，输出高电平，对应发光管LED3~LED5发光，当i =0.15 mA，则Uo=6 V，比较器D也输出高电平，LED2也发光，发光管的数目与检测电流成正比，输入电流由小到大时，发光管点亮的次序为5—4—3—2—1。当电流从b端流入，检测电压Ui为负，输出电压Uo降低，担任负向检测的比较器H、J、K、L、M依次输出高电平，使对应LED发光。电流越大，Uo越低，发光管亮的数目越多（次序为7—8—9—10—11）。这样，通过弧形排列的10只LED（常亮的LED6除外）的发光数目和位置即可定性地反映检测电流的大小和方向。且发光管与电流的变化同步显示，非常形象、直观。

制作方法

元件选择运放A~M为三块运放集成电路LM324，每块运放集成电路内含有四个相同的运算放大器，它们电源共用，彼此独立工作。发光二极管LED6为红色或黄色，其余LED为绿色，均用2×7mm高亮度的，所有电阻均用 1/8W普通碳膜电阻，C1用耐压25V的电解电容器，W1、W2为优质碳膜或线绕电位器。电源可用6节1号电池或外接7.5~12V直流电，也可在检流计电路内设计上直流电路，接220V市电，在此不再赘述。

安装调试除电位器W1、W2、LED及限流电阻R21~R31外，其余元件都设计安装在一块敷铜板上，所有限流电阻均和LED焊在一起，这样可减少引线。为适应指针式检流计的观察习惯，可把LED1~LED11呈扇形排列安装在面板上，LED6排在正中间，为便于学生观察，检流计外形尺寸可适当大些。只要元件无误，安装正确，不用调试，均能正常工作。

LED光标电流计内阻很小，响应速度快，可视性强，能很好地弥补传统电流计在LC电磁振荡实验中的缺陷。值得注意的是：光标指示值仅定性表示流过检流计电流大小。该光标电流计是一个近似理想的检流计，使用前估测电流大小，转动W2使增益选在合适位置，接通电源开关K，调整W1使排在正中间的LED6外，其余LED均不发光（即调零）。把接线柱a、b 接入待测电路。即可向指针式检流计一样进行演示实验。

该光标检流计的灵敏度很高，可利用它做电磁感应相关实验，并能改善其演示和观察效果。