一、單管無(wú)線話筒

電路原理

電路圖見(jiàn)圖22-11。電路用一只高頻三極管組成電容式振蕩電路，用駐極式話筒將聲音變成模擬電信號(hào)，控制三極管的基極，從而改變振蕩頻率，輸出按照聲音規(guī)律而變化的高頻振蕩信號(hào)，再由天線發(fā)射出去。高頻振蕩頻率在調(diào)頻廣播波段，所以可以使用調(diào)頻收音機(jī)作為接收器。為了小型化，電路采用一節(jié)5號(hào)電池供電。電路輸出功率很小，工作半徑約為十幾米。

圖22-11

制作要點(diǎn)

由于電路工作在100MHz，所以電路應(yīng)使用環(huán)氧樹(shù)脂的印刷板。如果使用普通絕緣紙印刷電路板，則電路不易起振。由于電路比較簡(jiǎn)單，所以印刷電路板的設(shè)計(jì)也很容易。

學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)與思考

1．三極管放大電路

三極管具有放大功能，在這個(gè)電路中，這個(gè)放大功能主要用來(lái)產(chǎn)生高頻振蕩。其工作原理簡(jiǎn)單說(shuō)是這樣的，對(duì)于高頻信號(hào)而言，基極接地，組成了共基極放大電路；從集電極輸出的高頻信號(hào)，通過(guò)電容分壓電路，反饋到發(fā)射極，再由共基極電路進(jìn)行放大，從而維持高頻振蕩。

對(duì)于直流電壓和音頻信號(hào)而言，三極管組成了共發(fā)射極電路。這種電路具有電流放大倍數(shù)高的特點(diǎn)。在基極輸入很小的電流，就可以在集電極上獲得較大的電流輸出。這樣，改變基極電阻的阻值，就可以調(diào)整三極管的輸出電流大小，進(jìn)而改變其工作點(diǎn)。電路工作時(shí)，由駐極體話筒輸出的音頻信號(hào)由三極管進(jìn)行放大，在集電極上獲得較大的電流變化。由于三極管的集電極與發(fā)射極之間存在一定的電容，并且這個(gè)電容的大小可以根據(jù)集電極的電壓變化而變化，所以，當(dāng)基極電流根據(jù)聲音信號(hào)產(chǎn)生變化時(shí)，其集電極電容也產(chǎn)生相應(yīng)的變化；這個(gè)電容是并聯(lián)在振蕩回路上的，從而振蕩的頻率也會(huì)隨著聲音信號(hào)的變化而改變。這樣，由天線發(fā)射出去的高頻信號(hào)是被聲音信號(hào)調(diào)制的變頻信號(hào)。這種調(diào)制方式叫做調(diào)頻。

2．共發(fā)射極電路工作點(diǎn)調(diào)整實(shí)驗(yàn)

所謂三極管的工作點(diǎn)是指其集電極靜態(tài)電流的大小，它決定了三極管的工作狀態(tài)。它的大小可以改變了三極管的放大倍數(shù)、輸入阻抗和頻率特性。在本電路中，集電極電流一般在0.5～3mA之間為宜。

調(diào)整工作點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)可以用一個(gè)串聯(lián)在基極電阻的電位器，也可以用逐次改變基極電阻的方法來(lái)進(jìn)行。電流表應(yīng)串聯(lián)在電源電路中進(jìn)行測(cè)量，這樣得到的數(shù)據(jù)雖然不是集電極電流，但是也能夠基本反映出集電極電流的大小。為什么電流表不宜串聯(lián)在集電極電路中呢？因?yàn)檫@樣做電流表會(huì)影響到振蕩回路的性質(zhì)。

每次實(shí)驗(yàn)要做好記錄，記錄下基極電阻的大小，對(duì)應(yīng)的基極電流，及在這個(gè)電流下，無(wú)線話筒的使用狀況，包括音質(zhì)、發(fā)射有效距離等。

實(shí)驗(yàn)的主要目的是了解基極電阻與三極管工作點(diǎn)的關(guān)系，三極管工作點(diǎn)與其放大倍數(shù)的關(guān)系等，從而對(duì)共發(fā)射極電路有比較深刻的認(rèn)識(shí)和理解。

3．頻率穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

所謂頻率穩(wěn)定性是指無(wú)線話筒在工作中發(fā)射頻率的穩(wěn)定。我們希望它在工作中，發(fā)射頻率保持不變。但是實(shí)際上，這個(gè)電路的穩(wěn)定性較差。有時(shí)工作了幾分鐘后，頻率就“跑”了；這時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)接收機(jī)需要重新調(diào)整才能收到信號(hào)。還有時(shí)用手靠近發(fā)射天線，也會(huì)改變發(fā)射頻率。為了檢驗(yàn)電路的頻率穩(wěn)定性，同樣需要進(jìn)行測(cè)試。具體的實(shí)驗(yàn)步驟和方法讀者可自行設(shè)計(jì)。

4．駐極體話筒偏置電阻實(shí)驗(yàn)

駐極體話筒工作時(shí)需要外加直流電壓，這個(gè)電壓是通過(guò)偏置電阻給出的。外加電壓的大小可以影響話筒的工作效率。由于電路的電源電壓不同，不同的電路中駐極體話筒的偏置電阻的大小也不同。一般這個(gè)電阻可在1k～10k之間選擇。通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)钠秒娮瑁梢允乖捦搏@得最佳的靈敏度。

二、頻率穩(wěn)定的無(wú)線話筒

電路原理

電路圖見(jiàn)圖22-21。這個(gè)電路在單管無(wú)線話筒的基礎(chǔ)上，增加了一級(jí)輸出隔離電路，以提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定性。單管電路的主要缺點(diǎn)就是工作頻率不穩(wěn)定，尤其易受發(fā)射天線的干擾；使用時(shí)如果發(fā)射天線周圍環(huán)境改變了，頻率就會(huì)隨之變化，影響無(wú)線話筒的正常工作。分析造成這一現(xiàn)象的原因就是天線直接接在振蕩回路上，由于天線本身與周圍環(huán)境形成一個(gè)電容，所以天線改變，就會(huì)引起振蕩回路的電容變化，導(dǎo)致振蕩頻率漂移。針對(duì)這一缺點(diǎn)，在原來(lái)高頻振蕩器與發(fā)射天線之間，用一級(jí)共集電極放大電路來(lái)傳輸高頻信號(hào)。由于共集電極電路具有較大的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，所以可以提高發(fā)射電路的頻率穩(wěn)定性。另一方面，天線對(duì)振蕩回路不會(huì)產(chǎn)生直接影響，從而消除了由于天線產(chǎn)生的頻率漂移。

圖22-21

制作要點(diǎn)

由于共集電極電路輸入阻抗較高，高頻信號(hào)輸入電容C6只要10個(gè)pF，甚至可以不用，只要將這級(jí)三極管的基極靠近高頻振蕩電路的集電極即可。

學(xué)習(xí)、體驗(yàn)與思考

1．調(diào)整共集電極電路工作點(diǎn)實(shí)驗(yàn)

在一定范圍調(diào)整共集電極電路的工作點(diǎn)，可以改變輸出功率。

2．頻率穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)的目標(biāo)是獲得頻率穩(wěn)定的電路，應(yīng)該做到即使用手觸摸天線，發(fā)射頻率也不會(huì)改變。可通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)電路是否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)該與單管無(wú)線話筒對(duì)比進(jìn)行。

三、1.5V電壓多諧振蕩器LED閃燈

在通常的電路中，發(fā)光二極管LED的電源電壓一般在3V以上，通過(guò)限流電阻保持LED的正常工作。本電路采用1.5V電源可驅(qū)動(dòng)工作電壓在1.7V以上的LED發(fā)光。而且，當(dāng)電池電壓降至1.2V時(shí)仍可驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作。

電路原理

電路圖見(jiàn)圖22-31。用兩個(gè)三極管組成多諧振蕩器，然后用倍壓整流電路將多諧振蕩器輸出的脈沖電壓升高，驅(qū)動(dòng)LED閃亮。

圖22-31

制作要點(diǎn)

為了方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在面包電路板上進(jìn)行制作。有關(guān)面包板的使用方法，請(qǐng)參閱第一章有關(guān)內(nèi)容。

學(xué)習(xí)、體驗(yàn)與思考

1．發(fā)光二極管的工作電壓

發(fā)光二極管俗稱LED，它的工作電壓是多少？也許有人覺(jué)得太簡(jiǎn)單了——1.7V，書本上早有答案。其實(shí)我們應(yīng)該通過(guò)實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)LED的工作電壓。如果我們多收集一些各種型號(hào)的LED，就會(huì)有一些新發(fā)現(xiàn)。

普通LED，紅、綠、橙三種顏色各若干。

高亮度LED，紅、綠、橙三種顏色各若干。

然后通過(guò)測(cè)量就會(huì)發(fā)現(xiàn)，普通亮度的LED工作電壓在1.7～2.1V之間，而高亮度LED工作電壓在1.4～1.8V之間。而且型號(hào)不同，工作電壓也不同。紅色的工作電壓最低。一種藍(lán)色LED，工作電壓在2.8V以上，在相同的電流下，比紅色的LED亮上百倍。與此同時(shí)，研制白色LED的工作也取得了進(jìn)展，相信在不久的將來(lái)，利用白色發(fā)光二極管做照明光源的時(shí)代就會(huì)到來(lái)。

2．三極管多諧振蕩器

多諧振蕩器也叫自激多諧振蕩器，是一種產(chǎn)生矩形脈沖的單元電路。所謂多諧振蕩器，是由于矩形波含有脈沖頻率各種整數(shù)倍數(shù)的高次諧波；例如頻率為6Hz的矩形脈沖，除了含有6Hz的基波，還包含12Hz、18Hz、……等諧波成分。典型的多諧振蕩器的電路結(jié)構(gòu)也是對(duì)稱的，即位置對(duì)稱的電阻、電容、三極管的型號(hào)和參數(shù)相同。

多諧振蕩器電路的兩個(gè)三極管互相接成正反饋電路，可產(chǎn)生矩形波振蕩。其振蕩過(guò)程如下。電源接通后，左右兩個(gè)晶體管分別通過(guò)自己的基極電阻得到正向電壓，它們都趨向?qū)в谕ǎ坏莾蓚€(gè)晶體管的參數(shù)不可能完全相同，總會(huì)有一個(gè)通過(guò)的電流強(qiáng)一些。不妨設(shè)左邊的集電極電流強(qiáng)些，則由于集電極電阻的降壓作用，導(dǎo)致左邊晶體管的集電極電位下降；這樣，電容C2充電，引起右邊的三極管基極電流減小，進(jìn)而導(dǎo)致右邊三極管集電極電流減小；這樣右邊的集電極電位升高，引起左邊的三極管電流進(jìn)一步變強(qiáng)；由于這種強(qiáng)烈的正反饋，最終導(dǎo)致左邊三極管飽和，右邊三極管截止。但這是一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)。進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)后，C2上的電壓逐漸升高，當(dāng)這個(gè)電壓達(dá)到右邊三極管基極導(dǎo)通電壓時(shí)，右邊三極管開(kāi)始導(dǎo)通，右邊三極管進(jìn)入放大區(qū)，集電極電流變大；這樣右邊三極管集電極電位變低，這樣，電容C1充電，引起左邊的三極管基極電流減小，導(dǎo)致左邊三極管電流減小；最后到達(dá)右邊三極管飽和，左邊三極管截止的暫穩(wěn)狀態(tài)。如此完成了多諧振蕩器的一個(gè)脈沖周期。脈沖寬度約為暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，即

d=0.7Rb1*C1=0.7Rb2*C2

3．改變多諧振蕩器頻率實(shí)驗(yàn)

從上面可以看出，電容C1和C2的大小可以影響振蕩頻率。事實(shí)上多諧振蕩器的頻率還與外接的基極電阻和集電極電阻有關(guān)，也與電源電壓有關(guān)。但是它們對(duì)頻率的影響是不同的。電容是最主要的因素，振蕩頻率與電容成反比。至于其他元件對(duì)頻率的影響，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)。做實(shí)驗(yàn)要注意，每次只改變一種元件，并且做好記錄。

實(shí)驗(yàn)的目的是弄清楚這個(gè)電路中，影響頻率的主要因素和次要因素。

在本電路中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，采用了非對(duì)稱的電容器，以取得滿意的燈光效果。

4．硅晶體管與鍺晶體管實(shí)驗(yàn)

將導(dǎo)通二極管D1分別用硅管和鍺管接入，其他不變，可以看出，用鍺管時(shí)，LED的亮度明顯大于用硅管時(shí)的亮度。從這個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以認(rèn)識(shí)到，鍺管的正向?qū)妷旱拇_比硅管的要小。

5．一種更簡(jiǎn)單的1.5V發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路

電路圖見(jiàn)圖22-32。這個(gè)電路采用晶體管直接耦合放大電路，因而只需1只電容器；電路具有電路簡(jiǎn)單，節(jié)省元件的優(yōu)點(diǎn)。其驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的原理與前面的電路不同。電路通過(guò)電容器反饋產(chǎn)生振蕩。由于電路采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)，左邊的三極管對(duì)交流信號(hào)來(lái)說(shuō)是共基極放大電路，右邊的三極管對(duì)交流信號(hào)來(lái)說(shuō)是共集電極放大電路；共基極電路的特點(diǎn)是輸入電阻小，共集電極電路的特點(diǎn)是輸出電阻小，發(fā)光二極管接在振蕩電路的輸出端可以獲得超過(guò)電源電壓的驅(qū)動(dòng)。共基極電路的電流放大系數(shù)小于1，其電壓放大系數(shù)取決于輸出電阻與輸入電阻之比；共集電極電路的電壓放大系數(shù)小于1，所以整個(gè)電路的電壓放大系數(shù)和電流放大系數(shù)相當(dāng)于1個(gè)共發(fā)射極三極管的放大系數(shù)。由于整個(gè)電路的放大系數(shù)較低，所以電路產(chǎn)生振蕩的條件比較苛刻。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，電路對(duì)外接的電阻數(shù)值要求比較嚴(yán)格，稍有偏離，電路不易起振；它的振蕩頻率范圍窄，需細(xì)心調(diào)整才能成功。

圖22-32

6．面包板使用技巧

為了更方便地進(jìn)行電子實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通常在面包板上進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。使用時(shí)把電路中各種元器件插到面包板上，再按照電路圖用插線將電路組裝好，就可以看到電路的效果了。在面包板上組裝電路，可以方便快速地修改設(shè)計(jì)，不但可以做到心中有數(shù)，使得作品的完成更順利，還可以進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接體驗(yàn)到電路的性能，學(xué)到許多書本上沒(méi)有的知識(shí)和技能，開(kāi)發(fā)出更多更好的作品。使用面包板組裝電路要用大量長(zhǎng)短不同的接線。在面包板上有一種專用插線，但是這種專用插線的接頭很容易損壞。可用直徑為1mm的硬絕緣銅線自制面包連接線。根據(jù)所需連線的長(zhǎng)度，剪裁電線并將電線兩端的絕緣皮剝離，再插入面包板。使用自制插線有幾點(diǎn)好處：價(jià)格便宜、長(zhǎng)度合適、接線牢固、使用方便，可謂物美價(jià)廉。另外，在頻繁地將電子元器件插入面包板的過(guò)程中，遇到的一個(gè)困難是插孔太緊，導(dǎo)致用力過(guò)大而將元器件的引線損壞。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以制作一個(gè)專用的錐子，在每次插入零件之前，先用它來(lái)插入孔內(nèi)一次，再將零件的引線插入，就十分容易了。這種錐子可用大頭針制作。取一枚大頭針，將頭部折彎，然后用電熱塑槍打出一團(tuán)塑膠將大頭針的頭部及中間部分包裹起來(lái)，留出約８毫米的針尖。等到塑膠冷卻后，一個(gè)方便的小工具就制作成功了（見(jiàn)圖13-14）。還要提醒大家，不用時(shí)別亂放，要把這個(gè)錐子插到面包板上。

7．思考

①設(shè)計(jì)一種在多諧振蕩器驅(qū)動(dòng)電路上帶動(dòng)2只LED發(fā)光的電路。

②回答：可使電路正常工作的電源電壓是多少？使用的LED啟動(dòng)電壓是多少？?jī)烧呦嗖疃嗌伲?/p>

四、電話通話燈光顯示器

把它接在電話線上，沒(méi)有通話時(shí)，它不發(fā)出燈光；當(dāng)電話摘機(jī)后，會(huì)發(fā)出燈光提示。把顯示器放在明顯的地方，可以減少發(fā)生電話聽(tīng)筒沒(méi)有放置在正確的位置的情況。

電路原理

電路圖見(jiàn)圖22-41。電路由整流電路、電壓識(shí)別電路、燈光顯示驅(qū)動(dòng)電路組成。整流電路可使顯示器接入電話線路時(shí)不必考慮電話線路的正負(fù)極。電壓識(shí)別電路用來(lái)識(shí)別電話的工作狀態(tài)。在沒(méi)有摘機(jī)時(shí)，電話處于待機(jī)狀態(tài)，電話線路的電壓約為50V的直流電壓；當(dāng)電話摘機(jī)時(shí)，線路電壓降低到10V以下。50V的較高電壓可擊穿電路的12V穩(wěn)壓管，使三極管V1導(dǎo)通；V1的集電極與三極管V2的基極并聯(lián)，V1導(dǎo)通后，使V2基極電位變低，V2截止，接在V2集電極的發(fā)光二極管不亮。當(dāng)線路電壓降低到10V以下時(shí)，穩(wěn)壓管截止，三極管V1截止，使V2基極電壓升高，V2導(dǎo)通；接在V2集電極的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，顯示電話在使用中。為了防止電路對(duì)來(lái)電振鈴電壓產(chǎn)生影響，電路中設(shè)置了時(shí)間延遲電路。

圖22-41

制作要點(diǎn)

為了盡量減少電路對(duì)電話線路的影響，電路工作時(shí)使用的電流要盡可能的小，所以要使用高亮度的發(fā)光二極管。

學(xué)習(xí)、體驗(yàn)與思考

1．評(píng)價(jià)電路對(duì)電話線路的影響

首先進(jìn)行理論分析，計(jì)算或者估算電路在沒(méi)有摘機(jī)時(shí)最大消耗電流是多少，然后再用電流表進(jìn)行測(cè)量，驗(yàn)證理論分析。如果出現(xiàn)很大出入，一定要找出導(dǎo)致非正常現(xiàn)象的原因。按照電路給出的數(shù)據(jù)可知，電路靜態(tài)消耗電流約為200微安，不會(huì)對(duì)線路產(chǎn)生不利影響。

2．9014晶體三極管

電路采用了2只9014型三極管。9014是一種小功率低頻硅三極管，常用來(lái)進(jìn)行低頻電壓放大；它在90系列三極管中的特點(diǎn)是電流放大倍數(shù)高，β值在200以上，最高的達(dá)1000倍。在如此高的放大倍數(shù)工作，三極管的工作狀態(tài)還十分穩(wěn)定，這是其他任何三極管所達(dá)不到的。電流放大倍數(shù)越高，基極所需的電流就越小；此外它的集電極—發(fā)射極反相擊穿電壓也比較高，因此特別適合使用在這個(gè)電路中。

3．來(lái)電振鈴燈光顯示實(shí)驗(yàn)

為了確保電路不影響振鈴信號(hào)，電路用積分電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行延遲，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定延遲時(shí)間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，電路延遲時(shí)間約為半秒鐘，也就是摘機(jī)后約過(guò)半秒鐘燈光才亮。這樣，對(duì)振鈴信號(hào)也起到了過(guò)濾作用，在電話響鈴時(shí)燈光不亮。如果取消電容器C1，則可觀察到振鈴時(shí)燈光也在閃亮。

4．電器電源電壓過(guò)低提醒電路設(shè)計(jì)

很多電器設(shè)備上都有電池電壓過(guò)低提醒電路。利用本電路的原理，可以設(shè)計(jì)這樣的電路。例如采用3V電壓的電器，當(dāng)電源電壓降到2.5V時(shí)就不能正常工作，設(shè)計(jì)這樣的電路，使得電源電壓高于2.5V顯示燈不亮，當(dāng)電壓降至2.5V顯示燈亮，以提醒使用者注意。