实验二 触摸蜂鸣器

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在第一个实验中,我们动手制作了一个电子峰鸣器,能发出“嘟……”的响声。现在,电路中增加几个元件,做一个“触摸蜂鸣器”,用手一摸极板,蜂鸣器就发出音响,手一离开,声音就停止。

一、实验目的

(1)练习看懂电路原理图。(2)学习最基本的晶体管开关电路。(3)了解人体电阻的知识。

二、实验材料

这个实验所用的元器件见表1。在以后的实验中,我们要多次用到发光二极管这个器件。这里简单介绍一下它的性能和使用时应注意的问题。半导体发光二极管是一种把电能转换成光能的半导体器件。象一般的小灯泡一样,给它通以一定的电流,它就发光。但和小灯泡相比较,发光二极管没有发热的灯丝,而且工作电流很小,只要几毫安就能点亮。在电子设备中,常用发光管来作信号显示灯。采用不同的半导体材料,可以制成发光颜色不同的管子,常见的有发红、绿、黄、红外光的发光管。

图1
图1 🔍原图 (881×833)

发光二极管的两根引线有正、负极之分,使用时要正向连接。即发光管的正极要同电源的正极相连,负极要和电源负极相连。引线的正、负极性可以用万用表检测。如图1所示那样,使用万用表的×IK档测量发光二极管的电阻。图中接法显示的正向电阻读数应为100KΩ左右。这时黑表笔所接引线为发光管的正极,红表笔所连的是负极。如果调换表笔的位置,测量发光二极管的反向电阻,由于阻值极大,通常看不出表针偏转。

图2
图2 🔍原图 (252×262)

实验使用的触摸极板需要自制。找一块1厘米见方的敷铜板,中间用小刀刻去一条铜皮,使铜皮分为相互绝缘的两个部分,分别焊出两根引线(见上表)。使用时手指同时和两片铜皮接触,人体电阻便通过它接到电路里。

为了实验方便,我们最好做一个电池盒。找几块三合板,按图2所示尺寸裁好,用胶粘成盒子,接缝的地方最好用大头针钉住。盒子两端装上用弹性好的铜皮做成的电极。电池盒引线上焊两个鳄鱼夹,用来在实验中接通或切断电源。使用时四节电池要串联装在盒内。

图3
图3 🔍原图 (430×366)

三、实验步骤

在着手实验前,要把各元件引线套上套管,弯好上锡待用。

1、了解晶体三极管的开关特性。按照图3a所示把电路接好。发光管发光。电路中R\(_{1}\)是保护电阻,防止发光管因电流过大而烧毁。改变R1的阻值,可使发光亮度发生变化。一般的发光管工作电流在5~30毫安之间。

图4
图4 🔍原图 (1019×358)

接着,按照图3(b)在电路中接入三极管,发光管就熄灭了,说明这时三极管c.e两极间不导通,相当于一个处在“关断”位置的开关。

最后如图3(c)所示,接上电阻R\(_{2}\)后,发光管就发光。这是因为接上R2后,在三极管基极加上一个较大的正向电压(一般叫偏压),这时集电极与发射极之间就有较大电流流过,集电极与发射极之间的电阻变得很小(只有数欧姆或数十欧姆),相当于开关处在“接通”位置,因此发光管重新发光。我们把三极管e、c两极接通状态称晶体管“导通”,把e、c两极不通的状态称晶体管“截止”。这里,三极管的作用和一个开关是相似的。所以说三极管具有“开关特性”。在实际电路中晶体管开关不采用人工通、断电阻的方法控制,而是由电信号来控制。

图3a、b、c是实物图。我们用一些符号来代替各种元器件,这样就可画出与实物图对应的电路图。如图4就是图3c对应的电路图。这种电路图画起来方便,看起来清楚,在实际工作中普遍应用。初学者一定要学习看懂它。

我们在图4基础上做第二个实验。按图5电路焊上三极管BG\(_{2}\),并在基极焊上10K电阻。我们会看到,电源接通后,再将①、②两点连通,发光管熄灭;如①、②两点断开,发光管即发光。反复试验几次,结果一样。这是因为①、②两点连通时,BG2管导通,此管c、e极之间电阻变得很小,因此c、e之间电压很低,即集电极c点的电位极低,而BG\(_{1}\)管的基极正好接在BG2管的集电极c上,因此BG\(_{1}\)的基极电位也降低,BG1管截止,发光管熄灭;当①、②点断开时,BG\(_{2}\)管截止,此管c.e之间电阻变大,c、e之间电压升高,集电极C电位升高。使BG1管得到较大的基极电流,管子导通,发光管发亮。实际上图5电路是把两个晶体管开关接在一起,和前面说的由R\(_{2}\)控制BG1管的道理一样,接不接R\(_{3}\)就能控制晶体管BG2是否导通,再由BG\(_{2}\)来控制晶体管BG1导通或截止,从而使发光管亮或灭。

图5
图5 🔍原图 (697×297)

2、触摸蜂鸣器实验

在实验线路板上按图6将电路焊好。BG\(_{2}\)管的集电极暂时从A点断开。这时由BG3等组成的电路正是个“电子蜂鸣器”,接上电源,喇叭里就会发出声音。

图6
图6 🔍原图 (1186×336)

将BG\(_{2}\)的C极焊上,声音停止。我们把手指按在“触摸电极”上,喇叭又会发出声音,手一离开,声响停止,就象个报警器一样。由于不同环境下人的手指电阻也会不同。如果喇叭不能报警,可将手指弄湿,以减小电阻,增加电路灵敏度。

四、电路原理

图6电路中BG\(_{3}\)所组成的间歇振荡器与实验一中完全一样。它受到由触摸电极、BG1、BG\(_{2}\)组成的触摸开关电路控制。当手指不摸M开关时,BG1管处于截止状态,集电极C,即图中Q点是高电位。BG\(_{2}\)管的基极接在Q点,因此BG2处在导通状态,此管集电极即图中A点电位降低,而BG\(_{3}\)的基极接在A点上,因此振荡器不工作。用手摸电极M时,相当接入一个几十千欧的电阻,BG1管导通,Q点电位下降,BG\(_{2}\)管就截止。BG3管基极电位恢复正常,振荡器工作,喇叭发出声响。

五、动脑筋

1、用什么方法能把这个蜂鸣器改为平时有声音,触摸极板时停止发声呢?

2、请把图7的实体图改画成电路图,并分析电路的工作情况。(陈鹏飞 王友文)

图7
图7 🔍原图 (738×415)