电流、磁力线方向演示器

电流周围存在着磁场，电流方向与其周围磁场的磁力线方向用右手定则来确定。在物理教学 中，要想准确、形象、生动地演示出磁力线的方向及电流与磁力线方向的关系比较困难。本例介绍的电流、磁力线方向演示器则能形象、直观地演示出电流的方向、电流方向与磁力线方向的关系，还能激发学生的兴趣，加强理解记忆的能力，很快掌握右手定则及相关的知识。
电路工作原理
该电流、磁力线方向演示器电路由电源电路、方波脉冲发生器、脉冲计数器、译码器私LED显示电路组成，如图2-16所示。

图2-17发光二极管安装排列示意图

电源电路由电源开关Sl、电源变压器T、整流二极管VDl-VD4、滤波电容器Cl、C2和三端稳压集成电路lCl组成。方波脉冲发生器由时基集成电路IC2、电阻器Rl、R2、电容器C3、C4和二极管VD5组成。脉冲计数器由可预置时钟加/减计数器集成电路IC3和电阻器R3、电容器C5、加/减控制开关S2组成。译码器由译码器集成电路IC4和1C5组成。LED显示电路由发光二极管VLl-VL32和电阻器R4、R5组成。接通电源开关Sl，交流220V电压经T降压、VDl-VD4整流、Cl滤波及ICl稳压后，为IC2-IC5提供5V直流电压。方波脉冲发生器通电振荡工作后，从IC2的3脚输出频率为5Hz的方波脉冲信号。作为IC3的计数脉冲。脉冲不计数器在计数脉冲的作用下，从IC3的QO-Q3端输出8421编码信号。此信号经IC4和1C5译成相应的十进制数，其SO-S15输出的依次输出高电平，使各输出端外接的发光二极管轮流发光，形象地模拟出电流的方向或磁力线的方向。S2是加/减法计数控制开关。将S2置于“U”位置时，lC4和1C5作加法计 数，发光二极管的发光顺序为VLl(VLl7)→VL2 (VLl8)→VL3(VL19)…→VLl5(VL31)→VLl6(VL32)，呈现出一种逆时针 “流动”方问。将S2置于“D”位置时，IC4和1C5作减法计数，发光二极管的发光顺序为VLl6(VL32)→VLl5(VL31)→VLl4(VL30)…→VL2
(VLl8)→VLl(VLl7)，模拟出顺时针 “流动”方向。制作安装时，将VLl7-VL32均匀地安装在一个圆周上，将VLl-VLl6均匀地安装在一个与圆周中心垂直的圆柱体上，如图2-17所示。使用时，若用VLl-VLl6模拟电流的方向，用VLl7-VL32模拟磁力线的方向，则可演示直线电流及其磁力线的方向关系;若用VLl7-VL32模拟电流方向时，则可演示环形电流(螺线管)与其磁力线方向的关系。
元器件选择
Rl-R5选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。
Cl选用耐压值为25V的铝电解电容器;C2选用耐压值为16V的铝电解电容器;C3-C5均选用独石电容器或涤纶电容器。
VD4均选用1N4001或1N4007型硅整流二极管;VDS选用lN4148型硅开关二极管。
VLl-VL32均选用φ5mm的高亮度发光二极管，VLl-VLl6选红色，VLl7-VL32选绿色。
ICl选用LM7805型三端稳压集成电路;lC2选用NE555型时基集成电路;IC3选用
CD4516型可预置时钟加/减计数器集成电路;IC4和1C5均选用CD4514型4-16线译码器集成电路。
S1选用单极船形电源开关;S2选用单极双位拨动式开关。