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趣味跷跷板的制作
teeterboard

时间:2013-10-20 来源:互联网 作者:不详 编辑: 【关闭


趣味跷跷板的制作,teeterboard

关键字:跷跷板电路图

 
  通常“跷跷板”都是纯机械结构的,本文为您介绍的趣味跷跷板却是个电子小装置,其外观如下图所示,随着两只发光二极管的交替闪亮,“跷跷板”跷来跷去,如果在跷跷板两端放上可爱的卡通动物,会更有趣味。
趣味跷跷板的制作teeterboard
  一、工作原理
趣味跷跷板是根据两块磁铁间N极(北极)或S极(南极)“同性相斥”的基本原理而制成的,它的电路如图下所示。晶体三极管VT1、VT2等组成的典型无稳态多谐振荡器控制两个电磁铁YA1和YA2交替工作,所产生的间歇磁场与跷板上对应的永久磁铁发生“同性相斥”作用,维持跷板不停地跷上跷下。
 
 
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  由上图可知,晶体三极管VT1的集电极通过电容器C1与VT2的基极耦合,VT2的集电极通过C2与VT1的基极耦合,因此这是一个集一基耦合式无稳态多谐振荡器。闭合电源开关SA后,电路通电起振,VT1与VT2交替导通和截止,发光二极管VD1和VD2交替亮灭,同时电磁铁YA1和YA2的线圈也交替通电。当VT1导通、VT2截止时,VT1集电极电流分成两路:一路通过限流电阻器R1使VD1发光;另一路流过电磁铁YA1的线圈,使YA1产生磁场。由于YA1和YA2均固定在跷板底座两端,且与跷板端下方粘固的两块小永久磁铁相对应,如果YA1的接线合理,便能在YA1铁芯的上端形成N极,这恰好与跷板左端小磁铁的N极相对而发生“排斥”,其结果是跷板左端被磁力推斥升高,右端则下降落在YA2上。经过一段时间,电容器C1、C2充放电过程结束,VT2转为导通,而VT1转为截止,VT2的集电极电流流过VD2使其发光并流过YA2在其铁芯上端形成S极,这与跷板右端小磁铁的S极恰好相对而同样发生“排斥”,于是跷板右端升高、左端降低。上述过程反复循环进行,跷板在发光二极管VD1、VD2交替亮灭的同时,会一上一下交替摆动。
  电路中,同时调整电阻器R2和R3或振荡耦合电容器C1和C2的数值,可改变电容器充、放电时间的长短,从而能够改变跷板上下摆动的频率(即快慢)。由于跷板的机械翻动频率不能太高,所以电路中C1和C2的数值取得比较大(均为220μF),以使振荡频率较低。发光二极管VD1、VD2除有闪光功能外,还具有分别保护VT1和VT2不被相应电磁铁线圈上所产生的较高感应电压击穿的作用。
    二、元器件选择  
晶体管VT1、VT2均选用9014(集电极最大允许电流,ICM=100mA,集电极最大允许功耗PCM:310mW)或3DG8型硅NPN小功率三极管,要求两管尽量配对,电流放大系数β≥50。VD1、VD2均采用φ5mm普通红色发光二极管。
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      电磁铁YA1、YA2需自制。首先按上图所示,取两根φ5mm×25mm的铁芯,另取φ20mm的塑料圆片4片,中心开出φ5mm的圆孔,其中两个塑料圆片的边沿处还要分别开出两个φ1mm~1.5mm的穿线孔,再用强力胶将两对塑料圆片分别粘固在两根铁芯两端,其中一端露出铁芯约5mm,即做成两个电磁铁的线圈骨架,也可采用两只现成的卷装医用胶布的塑料芯子做线圈骨架,并在塑料芯子的一头钻上两个φ1mm~1.5mm的穿线孔。然后,取φ0.12ram的漆包线分别在两线圈骨架上绕3000左右,要求线圈引线长度不小于80mm,YA1的线圈正向绕制,YA2的线圈反向绕制,即两个线圈的绕向正好相反。
  小磁铁最好选用磁性较强的扁圆形或方形永久磁铁,从市售磁性碰锁或废旧磁性铅笔盒中拆出来的磁铁,使用效果就挺不错。如能够购买到体积小、磁性强的新型钕铁硼磁铁,则使用效果更佳。
      R1~R4均用RTX-1/8W型碳膜电阻器。C1、C2均用CD11-10V型电解电容器。SA可用CKB-1型拨动开关。G用四节5号或7号干电池串联(需配套塑料电池架),电压6V。
  三、制作与使用
  上图所示是趣味跷跷板的印制电路板接线图,印制电路板实际尺寸约为40mm×25mm。焊接时注意,发光二极管VD1和VD2、电源开关SA和电池G,均应通过一定长度的细电线焊接在印制电路板上,其余元器件则直接插焊在印制电路板上。另外还要特别注意,不要将电解电容器C1和C2、发光二极管VD1和VD2的极性接反,也不要焊错晶体三极管VT1和VT2的引脚。
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  跷板及其支架、底座盒等,按照图上图所示加工制作。跷板用有机玻璃板或轻质薄木板按 上图 (a)提供的尺寸加工制作,在跷板中轴线两头的位置处,各打上一定深度(≥10mm)的针孔,分别插上两枚截短了的大头针做转轴。铁皮支架用镀锌薄铁片或罐头马口铁皮按 上图 (b)提供的尺寸和形状加工制成。底座盒用有机玻璃板、薄木板或五合板粘制而成,其尺寸及外形见 上图 (c)所示。在底建盒面板距两端15mm处各开出φ5mm的小孔,用来放置电磁铁YA1和YA2的铁芯;在中间位置按铁皮支架4只插脚的间距,开出4个对应小方孔,用于固定铁皮支架。在底座盒前侧面两头各开出φ5mm的小孔,以便嵌放发光二极管VD1和VD2;在中间位置开出大小合适的小孔,用于固定电源开关SA。
  组装参照图1所示进行。首先,将铁皮支架插入底座盒面板所开的4个对应小方孔内,并使盒内伸出的4只铁皮脚弯折勾紧。然后,通过两枚截短的大头针把跷板装在铁皮支架上。跷板的两端下面用强力胶各粘一块小磁铁,小磁铁的磁场方向应与跷板垂直。如果小磁铁体积较大,可以事先根据小磁铁的形状在跷板两端挖槽,把小磁铁粘固在槽内。跷板应保持两边基本平衡、上下摆动起来灵活,而且可以粘上大小合适的卡通玩具,不过卡通玩具及跷板不可过重。焊接好的电路板、电池G(带塑料架)等全部安装在底座盒内,发光二极管VD1和VD2、电磁铁YA1和YA2、电源开关SA等,分别嵌固在底座盒上所开出的对应小孔内。
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  装配好的趣味跷跷板,只要元器件质量有保证,焊接无误,闭合电源开关SA后,跷板就会上下翻动,并且发光二极管VD1和VD2也会同步闪亮。如果跷板摆动速度太快,可通过适当增大电容器C1和C2的容量或电阻器R2和R3的阻值加以调整;反之,跷板翻动速度太慢时,则应减小其容量或阻值。如果发现电磁铁YA1和YA2的推力不足,可以适当减小电阻器R2和R3的阻值,或者换用β值大一些的晶体三极管VT1和VT2,以使其能够进入深度饱和。如果其中有一个电磁铁将跷板吸住不放,可将跷板上对应的小磁铁调换一下极性;如果两电磁铁都吸住跷板,则应把跷板左右两端调换一下位置,或同时调换跷板两端小磁铁的极性。
  这个趣味跷跷板在工作时电路最大电流将近50mA,无论当玩具或作为小摆设使用时,均应注意做到不使用时,随手关掉电源开关SA,以节约电能。


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