电子兔灯

每逢元宵佳节，我国人民都有玩灯的传统习惯。本文介绍一种电子兔灯，外形见图1。它不但有光，而且有声。兔灯两眼眼珠前后闪亮，恰似左顾右盼，同时发出“嘟、嘟……”的鸣叫声，可谓声光并茂，逗人喜爱。

电子兔灯电路原理如图②，电路由两个多谐振荡器组成。CMOS电路输入阻抗很高，因此用CMOS门电路构成的多谐振荡器，无须用大容量的电容器，就能获得较大的时间常数，特别适用于制作低频和超低频振荡器。并且它具有体积小、成本低、线路简单和低功耗的突出优点。

CMOS与非门D1、D2等构成超低频多谐振荡器，振荡频率f≈0.9Hz。在这里，D1、D2的两输入端分别并接作为非门使用。设时间t=t0时，电路各点逻辑状态为：A=1，B=0；C=1；电容C1上电压极性为上负下正。当t＞t0后，C1先是通过R1→D1←V\(_{SS}\)→VDD→D2→R3→D1→D2两个回路放电（在一块CMOS电路中，各逻辑门D1、D2、D3、D4的电源正极V\(_{DD}\)和电源负极VSS引线是分别并接在一起的）。放电过程结束后，开始出现V\(_{DD}\)对C1的充电过程，充电回路为V\(_{DD}\)→D2→C1→R1→D1→VSS→V\(_{DD}\)，这时C1两端电压极性发生变化，为上正下负。当A点电压达到转换电压时（t=t1），电路发生翻转，各点逻辑状态变为：A=0；B=1；C=0。当t＞t1后，C1先经C1→D2→VSS→V\(_{DD}\)→D1→R1→C1和C2→D2→D2→R3→C1两个回路放电，继而被VDD→D1→R1→C1→D2→V\(_{SS}\)→VDD充电，C1两端电压极性再次变化，为上负下正。t=t2时，A点电压达到转换电压，电路再次翻转为：A=1；B=0；C=1。t＞t2后，重复t＞t0后的过程。如此形成振荡，振荡周期为T≈2.2R1C1（R3》R1），各点波形见图3（a）。R3为补偿电阻，它的作用一方面是给D1输入端限流，另一方面可以有效地抑制由于温度、电源电压的变化所引起的振荡频率不稳定，R3=（2～10）R1。

由于小灯泡电流较大，所以由VT1、VT2及VT3、VT4组成两个达林顿复合射随器，以提高CMOS电路的负载驱动能力。振荡器B点和C点输出的互为反相的方波脉冲，分别经两个复合射随器驱动负载小灯泡HL1、HL2与HL3、HL4交替闪亮。

CMOS与非门D3、D4等构成门控音频多谐振荡器，f≈750Hz，基本工作原理同D1、D2构成的超低频多谐振荡器，所不同的是与非门D3多了一个控制端C。对于两个输入端C、D的与非门D3来说，输出Y=C·D-，当C=0时，不论D=1还是D=0，Y将始终=1，电路停止振荡；只有当C=1时，Y=D-，电路振荡，波形见图③（b）。由图②可见，D3输入控制端C与D2输出端C连接在一起，因此，D3、D4等构成的门控音频振荡器受D1、D2等构成的超低频振荡器控制。当C=1时，门控音频振荡器振荡，音频脉冲经VT5射随器驱动喇叭发声；当C=0时，振荡器停振，喇叭无声；其综合效果是喇叭发出“嘟、嘟……”的鸣叫声。

D1～D4选用CMOS四2输入端与非门CC4011，引出端功能见图④。VT1、VT3、VT5选用3AX型小功率晶体管；VT2、VT4选用3AD型大功率晶体管；要求每一个复合射随器总放大倍数β=β\(_{1}\)β2（或β\(_{3}\)β4）≥1000，β\(_{5}\)=40～100。小灯泡HL选用2.5V手电筒电珠。由于小灯泡耗电较大，电池应尽量选用大容量的，或采用多节并联的方法。

图⑤为印刷电路板图，用小刀刻出，元器件直接焊在铜箔面。大功率管和扬声器直接固定在电路板上。

自制或购买一个带轮子的兔灯，将电路板和电池盒固定在兔灯体内（见图①）。小灯泡HL1和HL2分别固定在头部左右两眼的前上半部分，HL3和HL4分别固定在两眼的后下半部分，当HL1（HL2）与HL3（HL4）交替闪亮时，兔眼便前后闪动起来。HL5置于兔灯体内中央部位，代替原来的蜡烛。牵拉兔灯的绳子是一根双股电线，其顶端接有电源开关S，其末端接到电路板上，这样，在牵着兔灯玩时，随时可以开关电源，控制兔灯的声光。

本电路的结构比较简单，且性能可靠，元件在焊接前应当逐个检查，在确保元件完好的情况下焊接，只要焊接和安装正确，即可通电工作，由于本电路中的晶体管工作在开关状态，所以电路不用调试即可正常工作。因此本电路非常适合初学者试制。（文江）