为了在实验室中形象地模拟演示向日葵现象,我们设计了精巧的电子线路,结构简单,制作、调试容易,工作可靠和抗干扰性好,又生动有趣,达到了良好的效果。
整机基本原理
整机原理方框图见图1。2路感光电路的信号分别经缓冲器后,送到电压比较电路的输入端,由比较器输出比较结果,再去相应控制直流减速电动机的正向或反向运转。当2路感光电路的输出电压达到一致时,比较器输出即为一低频振荡波形,电动机运行状态呈现为暂态平衡(相对停止运转),而此时2只光电三极管的感光面(顶部)则正好对着光亮源方向。

上述原理的前提和关键是要做到使感光电路的输出信号与电动机(通过减速器以后)的运转同步,即随着电动机的运转,光电三极管的感光程度也能随时变化。为此,该装置在形式设置上,须将2只光电三极管紧邻排放在与电动机减速器同轴的轴套上,并要求光电三极管的感光面与电动机的轴成90°,如图2所示。

图3为电原理图。光电三极管VT1、VT2在感受光亮度小时,其本身电阻较大,这时V1、V2均各自有一较小值。当感受的光亮度变化时,其本身电阻变小,V1、V2也会相应增加到各自数值。如果我们在初始时,在光照度相同的情况下将V1、V2调整到相等值,这样,只要VT1、VT2的受光程度稍有不同,电压比较器A3就能精确地区别出来,再利用A3输出的结果,使得在V1>V2,即V0为 “1”时,控制电动机作顺时针方向运转;在V1<V2即V0为“0”时,控制电动机作逆时针方向运转,这时电动机的运转一定会随着光电三极管的感光面逐渐正向对准光源时停止,从而完成一次类似于向日葵找寻太阳光的自我调节活动。

A1、A2为缓冲器,其作用是减少感光电路的输出阻抗和增加负载的输入阻抗,并方便后边的电路调试。
LED1、LED2为电压比较器输出显示,V0为“1”时,LED2点亮;V0为“0”时,LED1点亮,以便于电路调整和随时观察工作状态。
电动机双向控制电路
电动机双向驱动采用光电耦合器来作为无触点的转换开关。当A3输出V0为“1”时,光耦B1、B2串联的输入二极管导通,他们各自的输出晶体管也同时处于导通状态,电动机电流I+由上而下通过,使电动机顺时针方向运转;反之,电动机作逆时针方向运转。
为了简化,这里使电动机电压与控制电路电源一致,均为+5V。5.1W电阻用于限制电机电流,使转速更均匀和适宜些。
元器件选择和电路调整
1.VT1、VT2可用φ5如3DU12等,若用φ3的3DU112等则更为小巧。VT1、VT2的感光面(顶部)应平行。2. 直流减速电动机可选用一般微小型的,如本机型号RS—545126000—600K(即额定电压为12V,空载转速为6000r/min, 减速比为600)等。
3.其余元器件可见图3标示。
4. 将电动机竖直固定于支架上。
5.先不加电动机电源。在VT1、VT2受光程度相同情况下,用万用表测量电压比较器A3的输入端电压V+、V-(即V1、V2经过缓冲器后的输出),同时调整RP使V+=V- 即可。这时观察LED1、LED2应陆续点亮。
最后加上电动机电源进行实验。用白炽灯或手电筒作为光源,将其置于距离光电三极管30cm至数米的一定方位照射时,电动机则似有“灵性”地自动追寻而去,灵敏、准确、快速,十分有趣(为避免电动机转动时绞线,光源范围可限制在180°以内)。
文/解永勃