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简易场强仪

2018-09-17田展豪

发明与创新·中学生 2018年7期
关键词:检波电流表电表

田展豪

市场上的场强仪价格从几十、几百元到几千元不等,大多都是数字显示的,使用较方便,但其专业性较强,一般是为无线电移动从业者设计的,实验室并不配备这种仪器。

如何利用现有的实验器材设计、制作一个能把电磁场清晰地呈现在同学们面前的仪器?

一、探究实验

我买来高频二极管和发光二极管,并焊接好电路。我拿出手机拨通电话,把仪器置于手机上,二极管并未发光。我加了一个电容,二极管还是不亮。

我用万用表测量有关数值,当把初步制作的仪器置于信号发射器上方时,发光二极管两端的电压为0.018V,电阻为1600Ω,通过二极管的电流约为11μA。发光二极管的发光电流为1mA至20mA,太小了不亮,太大了会烧坏二极管。

如果把发光二极管换成电流表,电流表接收到电磁波信号时,是否有电流通过?电流表指针是否偏转?

我找来一块电流表和一台电磁波发射器,将电流表打开,在里面焊接两个二极管。打开电磁波发射器后,把改装后的电流表靠近电磁波发射器时,指针并没有动。这是为什么?

查阅相关资料后,我发现是电流表内需接入检波电路。电容和二极管就可以组成简单的检波电路,但是,电容与二极管该如何匹配使用呢?

我买来各种型号的二极管和电容。在老师的指导下,通过匹配实验得出如下结论。

1.二极管要选用2AK参数的,使用其他型号的二极管时,电磁信号频率不够,电路会被截止,电流表中不会有电流通过。我选用的二极管是2AK20,它的特点是门限低、导通电压低、导通频率高。

2.如果不用电容就不能组成完整的检波器,电表内的分布电容储存的能量低,不足以使电压表指针偏转。若电容过大,电容两端的电势差得不到足够的提升,电表指针也不会偏转。

3.接入电流表内的二极管和电容必须匹配。最后我选用了0.01uF的涤纶(瓷片)电容和0.3V锗材料开关二极管2AK20。改用微安表,仅将微安表表头接入电路,可在检波电流一定的情况下使微安表表头指针偏转更大的角度,以显示电磁场强度。

二、工作原理

简易场强仪利用了检波原理。电磁波在空中导体(天线)中感应到电动势,通过开关二极管及电容储能,在空中导体中形成定向电流,通过微安表显示出来。对于高频信号来说,天线上感应出电信号。当A点处于高电位时,电流通过D2给电容器充电,电表指针即发生偏转。当B点处于高电位时,电流经过D1、D2给电容器充电,电容器中储存了电能,能使电表指针偏转。原理电路图如图1所示。

三、方案优化

在電流表的正极和负极分别接一根导线作为天线,由于导线容易变形,接收的信号不稳定,电流表示数不稳定。

我买来拉杆天线,在电流表的右侧钻一个洞,用小导线把串联起来的二极管正极与天线连在一起,示数稳定许多。此外,我分别在正极和负极接一根天线,制成了最终版的简易场强仪。

四、创新点

1.根据检波原理制作的简易场强仪能检测电磁场的强度、感知电磁波的发射与接收、确定电磁波的存在,有助于理解电磁波是一种能量,它可使微安表发生偏转,从而确认电磁波是物质的一种形式。

2.在接收信号不变的情况下,改变天线方向可以看到简易场强仪的示数变化,从而观察到与电磁波伴随的电场方向、磁场方向、传播方向三者互相垂直,因此知道电磁波是横波。(指导老师:杨艳)

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