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红绿灯多谐振荡器”实践案例

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2017-03-16
一、概述

“红绿灯多谐振荡器”是一个由2只电阻器、2只电容器、2只三极管、2只发光二极管组成的电子制作,可产生电振荡现象,表现为红色发光二极管和绿色发光二极管交替闪亮。其实物如图1-41所示。

二、电路原理图
“红绿灯多谐振荡器”电路原理图如图1-42所示。电路中三极管VT1和VT2起到电子开关的作用,电流通过电阻器给电容器充电,当电容器充电电压达到约0.7V时,三极管导通,发光二极管点亮。2只三极管交替导通,因此2只发光二极管交替闪亮。增大电阻器的电阻值或电容器的电容值,发光二极管的闪亮频率将减慢。

 三、元件器介绍
在“红绿灯多谐振荡器”电路制作过程中,所用原材料及工具如表1-2所示。

1.电路板
电路板的实物如图1-43所示。电路板为单面敷铜皮的环氧树脂板,电路板的正面印制有白色的字符,背面印制有电路。电路的表面是一层浅绿色的绝缘漆,起到保护电路不被氧化腐蚀、防止短路的作用。电路板上还有许多银白色中央带孔的圆盘,它们的名字叫焊盘,是用来焊接元件脚的。

2.电阻器
电阻器的实物及电路图符号如图1-44所示。电路中所用电阻器的色环标志是“黄紫黑红棕”,它表示的数字是“47021”。其中数字“4702”表示该电阻器的电阻值为47000,即47k,数字“1”表示该电阻器的电阻值允许的偏差为“±1%”。

 
3.电容器
电容器的实物及电路图符号如图1-45所示。电路中所用电容器为电解电容器,外壳上标有47F,表示它的电容量是47F。电解电容器的两只脚不一样长,长脚为电解电容器的正极,短脚为电解电容器的负极。


4.三极管
三极管的实物及电路图符号如图1-46所示。电路中所用三极管型号为9014,其作用为电子开关(用电压控制的开关)。开关接通,发光二极管点亮;开关断开,发光二极管熄灭。

5.发光二极管 发光二极管的实物及电路图符号如图1-47所示。其两只脚不一样长,长脚为发光二极管的正极,短脚为发光二极管的负极。它的作用是可以发光,具有单向导电性,即只能从正极向负极导电,不能从负极向正极导电。 图1-47 6.3V电


电池盒如图1-48所示,可以装两节五号电池,电池盒里一端带有弹簧,安装电池的负极端,另一端不带弹簧,安装电池的正极端。


四、制作过程
1.安装电阻器
如图1-49所示。安装方法是:将电阻器的两端弯折成90°,电阻器的两只脚插入到电阻器符号两端的两个小孔里,高度贴近电路板。

2.安装电容器
如图1-50所示。安装方法是:将电解电容的长脚插入“+”所在孔里,短脚插入“−”所在孔里,高度距离电路板约3mm。
3.安装三极管
如图1-51所示。安装方法是:将三极管的3只脚插入半圆符号所在的3个孔里,注意三极管的半圆柱面要与安装图符号的半圆形方向一致,高度距离电路板约5mm。

 
4.安装发光二极管
如图1-52所示。安装方法是:将发光二极管的长脚插入“+”所在孔里,短脚插入“−”所在孔里,注意发光二极管有正负极之分,如果装反了,发光二极管将不亮,高度距离电路板约10mm。

5.注意事项
① 在电子制作过程中,所用元器件通常是从电路板有字符的一面穿过小孔插到绿色阻焊漆的一面。
② 在电子制作过程中,必须所有的元器件都安装正确,否则整个制作将不能成功。
③ 组装完毕后,如图1-53所示,经检查所有元器件组装无错误后,需将电路板由正


面翻转至背面。电路板的焊盘朝上,元器件的引脚向上,将电路板稳妥地固定在焊接专用的铁夹上。
④ 如发现个别元器件向下滑落,可将该元器件的引脚向外弯折45°,如图1-54所示。

6.焊接
需要用电烙铁及焊锡丝将这些元器件焊在这块电路板上,如图1-55所示。用烙铁尖同时给焊盘和元器件引脚加热,将焊锡丝放在烙铁尖上,焊锡熔化后将自动包住焊盘和元器件引脚。

7.剪去多余元件脚
焊好后,用偏口钳将多余的元器件引脚剪掉,如图1-56所示。用右手的虎口和四指握住偏口钳的手柄末端(这样做比较省力),剪切刀口较平的一面贴近电路板,在稍高于焊接点的位置处,剪去元器件引脚多余的部分。
8.安装电池盒
电池盒有两根引线,红导线连接的是电池的正极,黑导线连接的是电池的负极。将红导线未端装在“+3V”箭头所在孔内,将黑导线未端装在“−”箭头所在孔内,如图1-57所示。电池盒的两根导线也是从电路板的正面穿过小孔到电路板的背面,并用电烙铁和焊锡焊接好。

五、原理分析

① 假如三极管VT2导通(由于VT2的基极通过R2连接在3V电压上,故VT2有可能会导通。对于9014型三极管,导通条件为Ube≈0.7V,导通后,Uce≈0V,C、E极之间相当于闭合的开关),那么绿色发光二极管就会发光。
② 三极管VT2导通,它的CE极之间相当于闭合的开关,电容C1的负极此时与地相连,此时电路的等效电路如图1-58所示。
③ 电流通过R1给电容C1充电,当电容C1两端电压充到约0.7V,三极管VT1导通,红色发光管点亮。
④ 电流通过R1给电容C1充电,直到电容C1两端电压充到约0.7V,需要一段时间。从效果上看,绿色发光管亮一会儿后,红色发光管才会亮,所需时间由R1和C1决定,R1、C1数值越大,所需时间越长。
⑤ 在三极管VT1导通前,电容C2处于反向充电状态,反向充电最高电压为3V−0.7V−1.6V=0.7V。在三极管VT1导通后,它的CE极之间相当于闭合的开关,电容C2的负极此时与地相连。

 
⑥ 在三极管VT1导通后,三极管VT2立即截止(电容C2两端电压不能突变,它两端的电压从−0.7V充到约0.7V,需要一段时间)。从效果上看,红色发光管亮一会儿后,绿色发光管才会亮,此时电路的等效电路如图1-59所示。

⑦ 电容C1处于先放电,后反向充电状态,反向充电最高电压为3V−0.7V−1.6V=0.7V。
⑧ 当电容C2两端的电压充到约0.7V,三极管VT2将导通,绿色发光管又重新点亮。
⑨ 适当增大R1、R2、C1、C2数值,可看到红色和绿色发光二极管交替闪亮频率将变慢。

六、电子制作实践DIY

如果没有电路板该如何进行电子制作实践呢?根据实际情况,可以采用纸板扎孔跳线连接法自行制作简易的电路板。

首先对“红绿灯多谐振荡器”原理图分析统计出电路中结点的种类和数量。
由5只元件脚组成的结点只有1个。它是由电阻器R1上端+红色发光二极管的正极+电阻器R2上端+绿色发光二极管的正极+电源正极组合而成。

由3只元件脚组成的结点共有5个。第1个是由电阻器R1下端+电容器C1的正极+三极管VT1的B极组成的;第2个是由电阻器R2下端+电容器C2的正极+三极管VT2的B极组成的;第3个是红色发光二极管的负极+电容器C2的负极+三极管VT1的C极组成的;第4个是绿色发光二极管的负极+电容器C1的负极+三极管VT2的C极组成的;第5个是三极管VT1的E极+三极管VT2的E极+电源负极组成的。

其次须根据实际情况分解结点,确定结点分散的位置,绘制出元件分布图。
分解结点原则是:分解多只元件脚组成的结点,分解引脚间距窄且短的元件脚组成的结点。结点分散原则是:组装元件时不觉得挤,也不觉得很空。

对于“红绿灯多谐振荡器”电路来说,由5只元件脚组成的结点,可分解成2只元件脚组成的结点+3只元件脚组成的结点。由三极管VT1的E极+三极管VT2的E极+电源负极组成的结点,可分解成三极管VT1的E极结点+三极管VT2的E极以及电源负极组成的结点,结点分解后将它们用导线连接起来即可。这样做的好处是方便各元件的组装,又能确保电路板的安装空间的合理使用。

具体的元件分布图如图1-60所示。

需要注意的是:由于三极管引脚长度较短,并且引脚之间距离较近,故在设计安排元件分布图时须优先考虑;对于体积较大的电解电容器须预留出足够大的安装空间,否则安装起来将十分困难。结点的分解与分散越合理,元件的组装越容易,电路板的安装空间越节省。
最后找来一块硬纸板,按照元件分布图钻孔,组装各种元器件,并用电烙铁进行焊接,具体的操作过程如下。
① 将3张废弃的纸牌或名片用双面胶或胶水粘在一起,表面粘上元件分布图。

② 用钻头直径为1mm的台钻或手电钻在结点处钻孔(或用小尖锥、大头针扎孔)。

③ 按照元件分布图安装电源线的红导线、黑导线、电阻器、三极管、发光二极管、电容器,包括连接分解的结点所需的导线。为确保电路不被短路,可在元件引脚间隔较近的元件引脚上套一小段导线外层的绝缘皮层或热缩管或石棉管。为确保安装整齐美观,可根据需要将各元器件的引脚在合适的位置处弯折成特定的形状。比如将三极管引脚间距拉开,将电阻器两只引脚弯折成90°。

④ 元件安装完毕后,将纸版翻转过来,元件脚向上,将每一个结点用电烙铁和焊锡丝焊接好,用偏口钳剪掉多余的引脚部分。制作完成后如图1-61所示。


需要注意的是:①确保元件引脚无短路现象;②确保电路连接正确;③焊点无短路和虚焊现象。
制作完毕后,再次检查所有焊点,确认没有短路或漏焊现象。将两节干电池串联在一起,电池的正极用红导线连接在布线图的“+”所在的焊点上,负极用黑导线连接在布线图的“−”所在的焊点上,可见红色和绿色发光二极管交替闪亮。

 
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