篮球比赛规则中,规定任一方控制球的时间最多不能超过30秒钟。这30秒时间由篮球架上端的六个秒灯指示,从计时开始每隔五秒点亮一个灯。这些灯的逐个点亮是一个30秒计时器控制的。我们采用晶体管脉冲电路和可控硅元件,试制成功晶体管30秒计时器。它比目前一般使用的机电式计时器,具有性能稳定可靠、计时准确度高、体积小、省电及制作简单等优点。
电路原理
晶体管30秒计时器电路如图所示,共包括四个部分:五秒脉冲发生器、计数电路、指示电路和电源供给电路。

一、五秒脉冲发生器 由单结晶体管多谐振荡器(BG\(_{1}\))与反相器(BG2)组成。图中,K\(_{1}\)、K2及K\(_{3}\)是操作电键的三组簧片。当把计时器面板上的操作电键K板到“计时”位置时,K1、K\(_{3}\)断开,K2闭合,单结晶体管多谐振荡器开始工作。电源一方面经K\(_{2}\)加在单结晶体管BG1的第二基极b\(_{2}\)上,并在b2一e和e一b\(_{1}\)间按一定的分压比分配;另一方面经W2、R\(_{1}\)向电容C1充电,充电时间常数取决于C\(_{1}\)、R1及W\(_{2}\)的大小。电路设计使充电五秒钟后C1两端的电压达到单结晶体管的峰点电压,此时单结晶体管e—b\(_{1}\)之间的P-N结处于正向偏置而导通,并呈现负阻特性,电容C1上的电压几乎全降在电阻R\(_{3}\)上,并经R3放电。由于R\(_{3}\)阻值很小,放电时间常数很小,很快使C1上的电压降到单结晶体管谷点电压值,使e—b\(_{1}\)间又呈截止状态,放电停止。C1重新经W\(_{2}\)、R1充电……。这样每隔五秒钟在R\(_{3}\)上就得到一个宽度极小的尖状正向脉冲。
单结晶体管多谐振荡器产生的正向脉冲,经BG\(_{2}\)等组成的反相器反相放大,在BG2集电极上便获得了负向脉冲,它正好是计数电路需要的。
必须特别指出的是,从操作电键扳向“计时”到送出第一个负脉冲的时间间隔,是大于以后的脉冲时间间隔的。因为C\(_{1}\)第一次充电从零开始,而第二次以后从谷点电压开始。为了解决这个矛盾,电路中有由R3、W\(_{1}\)、D1组成的另一条充电支路,它接到计数电路第一级双稳态触发器截止管BG\(_{3}\)的集电极上。这样,从计时开始的第一个五秒间隔充电回路除了W2、R\(_{1}\)外,还有R3、W\(_{1}\)、D1支路,使充电能够加快;在送出第一个脉冲,计数器第一个双稳态触发器翻转后,R\(_{3}\)、W1、D\(_{1}\)这条充电支路就断了。W1、W\(_{2}\)是调整脉冲间隔时间用的。
二、计数电路 它是记录五秒脉冲次数的。由六级双稳态触发器(BG\(_{3}\)~BG14)组成。它们的输入端接在一起。经过导引电路的控制,每当接收到一个负脉冲时,只有一级双稳态触发器翻转。导引电路由微分电路及导引二极管组成,它使输入计数脉冲只送到导通管基极,保证双稳态触发器不致产生误触发(导引电路工作原理请参阅本刊一九七四年第五期《双稳态触发器》一文)。本电路中,C\(_{3}\)~C8是各级触发器的微分电容;相应的微分电阻除第一级外,均接在前级双稳态触发器截止管集电极上(R\(_{17}\)、R27、R\(_{36}\)、R45、R\(_{54}\)),第一级微分电阻R18接本级导通管集电极;各导引二极管均接在相应触发器导通管基极上。(D\(_{3}\)、D5、D\(_{7}\)、D8、D\(_{ll}\)、D13。)。
计数电路在没有接收脉冲前,除第一级双稳态触发器导引二极管D3\(_{正}\)向导通外,其它导引二极管都处于截止状态。所以,当第一个五秒负脉冲送入计数电路时,只可能经C3、D\(_{3}\)送至BG4基极,使第一级双稳态触发器翻转,BG\(_{3}\)导通,BG4截止。这时一方面D\(_{3}\)截止,同时也使第二级双稳态触发器导引二极管D5正向导通,于是第二个五秒脉冲到来时,能够而且只能够经C\(_{4}\)、D5送至BG\(_{6}\)基极,使第二级双稳态触发器翻转。继续上述过程,只要五秒负脉冲不终断,双稳态触发器就依次逐个翻转。
停止计时时,把操作电键K拨回到“停”的位置,K\(_{3}\)将“地”送到各级双稳态触发器的置“0”线,便使它们回到初始状态。
三、指示电路 包括各逐次点亮的秒灯及它们的驱动电路。ZD\(_{1}\)~ZD6 是装在球架上的秒灯,一般用15瓦至25瓦的白炽灯泡。驱动电路由六只3CT2KE小功率可控硅组成,每只可控硅的控制板都串接在相应双稳态触发器截止管的发射极回路中,阳极经秒灯接电源。双稳态触发器翻转时,原来截止的晶体管导通,可控硅立即导通,使秒灯点亮。双稳态触发器是逐个翻转的,秒灯依次逐个点亮;双稳态触发器翻转后能继续保持,秒灯也就不熄,直到停止计时为止。并联在秒灯上的氖灯NG\(_{1}\)~NG6,装在计时器面板上,便于操作人员看出当时的记时情况。
计时到30秒时,最后一级双稳态触发器翻转,BG\(_{14}\)截止,BC15导通,串在BG\(_{15}\)集电极回路中的蜂鸣器线圈B2有电流流过,蜂鸣器发出蜂音。
四、电源供给 +12伏和-6伏两种电压均用硅二极管稳压。可控硅的电源由市电经桥式整流后供给,每个周期有二次到零,便于双稳态触发器复原时可控硅能立即关断。对五秒脉冲发生器的电源要求较高,增加DW\(_{1}\)将电压稳定在8伏左右。(昆明市电信局修理所)