青少年电子通

1、青少年电子通“实验电磁炮”电路要点和制作重点讲解电磁炮制作中的重点是环绕三极管9013的升压电路。在正常的情况下，两节5号干电池3伏可以升高到直流100伏以上。首先，我们要知道，升压过程的第一步，是把直流电转变成交流电；这一过程是由三极管9013和磁环电感L1和L2，相互配合完成的，也就是下面这部分电路：把直流转变成交流叫做逆变，实际上是一个电感反馈式的振荡电路。振荡电路能正常维持工作的条件是两个：1、三极管集电极输出端C要有一定大小的信号反馈到三极管的输入端基极B，这一点是通过L1和L2在磁环上相互感应而做到了。下图：蓝色箭头表示信号反馈途径，红色同心圆表示反馈信号通过磁环形成一个回路。这个

2、从输出端C反馈回来的信号到达输入端B，要有足够大小，才能使信号反馈不至于中断。2、反馈回来的信号的相位，必须要和输入端的原信号同相。这一点，或许有人不知道什么意思，其实不难理解，下面我们给出一张图片来加以说明：黑色的波形（叫正弦波，就是高中数学的正弦函数图象）代表输出端的信号，红色波形代表反馈到输入端B的信号，那么，他们只是幅度大小不同，而相位是完全相同的。可以理解为，他们是同拍、同节奏的。就像两个人一起拍手，拍出声音有大小区别，但是他们拍手的节奏是合拍的，大厅里响起的拍手声就像一个人在拍一样，这叫同相。如果两个人拍手，前后不一，噼噼啪啪，乱成一团，这叫不同相；甚至，明显听出是两个人拍手：一个

3、拍下时另一个刚举起，等前面人举起时另一个倒拍响了，这样叫做反相。反馈信号同相，有助于振荡的维持，反之，振荡会慢慢停止，直到消失。我们在课件中举过荡秋千的例子，也是说明同相位的意义：那么，电路是怎么保证同相的？三极管9013的C极信号原本就是和它的输入端B是反相的，通过磁环电感的连接，L1和L2的首尾反一下，看图中的小黑点，这样就把反馈回来的信号相位颠倒了，也就是把原本颠倒的信号再颠倒一次，就变成同相位了。红白平行穿绕4匝的就是L1和L2，他们是等价的，你可以认定其中任意一个为L1。连接电路的时候，要特别注意他们的同名端的相对位置，有些安装好的电磁炮不能发射或者发射无力（射程很小），往往就是错在

4、磁环电感L1和L2的同名端连接，振荡电路没有工作，直流电还没有变成交流电，那么就根本谈不上升压。L3的连接，它对电路能不能起振没有关系，所以，从这点出发L3的两端可以随便连接。但是，请注意了，我们的原理图上还是给出了同名端的方向，L3的同名端是和L1的同名端是“首尾”串联连接的。这是因为，当电路起振以后，在L1和L3上都有交流电产生，而串联连接结果是它们同相位交流电叠加，输出的交流电压比较高；如果反向串联，那么L3上的交流电压有小部分被L1的电压抵消，输出电压比较低一些。如果L1L2连接错误，电路不起振，那么，不但射程很短，而且绿灯红灯都不会点亮。如果L3两端接反了，电路仍旧可以起振，是不是会

5、影响射程？接下来我们就来回答这个问题。看上图，L3 的右端是交流电的输出端，具有几百伏很高的交流电压；这里不会有触电的危险，因为电流很小而且“电源内阻”很大（这些问题离话题太远，暂且搁置），当然，也不要去以身试“压”，如果肢体潮湿，也会有较强烈的刺痛和瞬时电颤的感觉。要把交流电再转化为直流电以后，才能对电容进行充电。所以，在L3后面的电路，是整流电路，只用一个二极管1N4148，利用它的单向导电功能，把输入的交流电变成直流电。首先，需要纠正一个概念，这里所说的“直流”并不是象干电池输出的那种“笔直”的直流电，而是幅度有大小变化但是电流方向始终不变的那种直流电，叫做脉冲直流电。D1的输出端波形就

6、是直流电波形，和输入D1的红色波形比较，输出时的波形中不见了下面负方向的半周，都是正向的上半周，这就是整流输出的脉冲直流电波形。然后通过发光二极管D2对电容C充电。在充电过程中，D2有几到十几毫安的电流流过，D2发光，电容C上的电压逐步上升。整过过程仔细观察，可以感觉到D2在慢慢的暗下来，但是由于LED的特性，目察不是很明显。直到C的电压达到100伏左右，稳压管DW被反相导通，于是就有电流“溢出”，红灯就亮了。这时候按动发射开关，电磁炮即可发射。在我们这个设计中，射程的大小，决定于电容最终充电电压的高低。而充电电压的高低又被电容本身的耐压所局限。要显著提高射程，就要对整个电路“伤筋动骨”：提高

7、C的耐压、增加C的容量、加粗发射线圈的导线、弃用9013改用中大功率三极管、弃用1N4148改用中大电流和高反相耐压的整流二极管等等，甚至发射开关也要换成高耐压和大电流的型号。有时候，为什么发现三极管9013发热甚至发烫，最后导致无法发射？你可以减少L 3的匝数解决这个问题。从上面分析可知，没有必要去过大的升高电压，射程和升高电压没有直接关系；升压的高低只影响充电的快慢，而这也不在我们竞赛的要求范围之内。升压过高，充电时电流过大，于是三极管就会发热甚至发烫，在高温下的三极管就会显得很不稳定，甚至会被“软击穿”暂时消失放大功能；时间长一点就会被“烧毁”彻底损坏。按照电路设计，L3的匝数应该在15到20之间。回头看看前面对L3的讲解