投稿類別 : 工程技術類 篇名 : 作者 : 徐克剛 市立高雄高工 綜高二甲班胡立揚 市立高雄高工 綜高二甲班陳長寶 市立高雄高工 綜高二甲班 指導老師 : 蔡志宏老師 1
壹 前言 一 研究動機 我們平常走進大賣場就可以聽到 : 你好, 歡迎光臨 是因為他感應到有人進入, 之後電流流向喇叭發出聲響, 所以我們想到了 由於專題製作課程的促使, 讓我們可以實際運用電路元件去完成一個實際物品, 由於最近社會治安不是很好, 所以我們想到可以製作防盜裝置, 最後我們就做了, 也有警示燈, 輕觸觸摸板就會喇叭響起, 而且只要加上少許電壓就可以了, 可用於保險箱或將喇叭換成其他元件, 就可用在不同的地方 一開始只想要利用少許簡單的元件去製作出, 在將其應用在生活上, 利用實習課的時間來將其完成 二 研究目的 1. 電晶體截止與導通應用 2. 瞭解解電路元件功能 3. 瞭解發光二極體元件 4. 瞭解喇叭的工作原理 三 研究方法 ( 一 ) 研究架構 2
( 二 ) 研究設備及器材 1. 材料單 編號 名 稱 規 格 數 量 T.B 觸摸板 1x2 c m2, 梳型 1 R1 電阻 68K,0.25W 1 R2 電阻 100K,0.25W 1 R3 電阻 47Ω,0.25W 1 C1 電解電容 33μF/15V 1 C2 電容 0.02μF 1 C3 電容 0.047μF 1 C4 電解電容 200μF/16V 1 Q1 電晶體 CS9013,NPN 1 Q2 電晶體 CS9012,PNP 1 D1 LED 3~30mA,3ψ 1 SP 喇叭 8Ω,0.25W 1 PCB 電路板 9x6 c m2單面 1 2. 研究設備 設備 電源供應器 Dia 自由軟體 數量 一台 一套 貳 正文 一 電路分析 這次的專題研究電路, 如圖 1 我們不使用複雜型警報聲產生器, 而是採用 電晶體的導通與截止特性, 使電流流向喇叭, 而所產生的反電動勢再回授到電晶 體的輸入端而達到快速飽和又快速截止的特性讓喇叭發聲 3
當使用者手碰觸到觸摸板時,+Vcc 透過手指皮膚 C1 充電, 此時電容兩端電壓提供 Q1 BE 順偏,Q1 導通,D1 LED 將被點亮,Q2 亦導通, 電流流向喇叭, 由於喇叭的線圈為一電感, 瞬間產生一反電壓, 經由 C3 正回授到 Q2 基極, 使 Q2 瞬間達到飽和此時電流將不再增加, 喇叭的電感量將在產生一反電壓阻止電流減少, 經 C3 回授到 Q2 基極, 使得 Q2 又快速截止, 只要手指一直處碰在 T.B 上,Q2 將週而復始的做著導通與截止動作, 在喇叭上則持續發出急促的警報器, 若手指離開 T.B 時, 警報生仍持續到 C3 上的電壓經 R1 及 Q1 的 BE 放電完畢為止 本電路的原理乃是靠 Q1 的感知放大, 來控制警報聲 因此若是用手觸碰 T.B 才會響, 不摸就不響這種用法並不好 但若是用再室外作為下雨警報器反倒是最理想的, 因為只要雨滴滴在 T.B 上,C3 即開始充電, 使 Q1 導通, 此時警報器及一直響,LED 亦點亮 ( 閃爍快慢由喇叭的電感量及 C3 決定 ) 若將 T.B 拉線延長, 亦可用於水塔中的水位警示器 ( 舒福壽 劉俊輝,2003) 圖 1 電路圖 (Dia 軟體自繪 ) T.B: 觸摸或感測到手指觸摸 R1: 衰減, 阻抗匹配 R2:Q1 負載 R3: 限流 C1: 快速充電, 提供 Q1 偏壓 C2:AC 旁路 C3: 回授 C4: 退交連, 穩定電源 Q1: 感知, 開關作用 4
Q2: 震盪 D1: 發出警報聲 SP: 發出警報聲 二. 功能方塊示意圖 我們畫出本研究電路功能方塊圖, 如圖 2 經由觸摸板透過感知放大, 在將 信號送到警報聲音產生器, 由喇叭輸出聲音 圖 2 功能方塊示意圖 (Dia 軟體自繪 ) 三 研究過程 1. 我們先在麵包板上作測試, 方便瞭解動作原理, 及除錯也比較方便, 完成 麵包板上電路配線, 如圖 3 2. 為了測試電路是否能達到碰觸後產生警報聲響, 我們用手指頭碰撞觸摸板 後, 喇叭正常發出警報聲音 整個實驗過程, 如圖 4 3. 確定電路動作正常無誤後, 開始著手將電路焊在電路板上, 為了焊接過程 順利不跳線, 我們先在方格紙描繪跑線過程, 如圖 5 開始裝置元件在電 路板上, 並完成焊接工程, 完成電路成品測試功能, 如圖 6 圖 3 麵包板上電路配線 圖 4 麵包上測試功能 5
圖 5 方格紙描繪跑線過程 圖 6 電路成品測試功能 四 問題與討論 Q1: 做完電路後, 你會想要將他用在你的生活中? 為什麼? A1: 此電路可應用在防盜器例如機車防盜 汽車防盜可以防止被盜, 有聲音可 以增加警示功能 Q2: 電晶體如何測量 E B C 腳位? A2: 已某支角為準位, 另一棒碰觸其他兩腳有偏轉, 則此腳為基極 用黑棒量測到 B 腳的棒子為基準, 用手指將 B 腳的為 NPN, 紅棒為 PNP 以量測到 B 腳的棒子為基準, 用手指將 B 和假設的 C 腳連, 在以量測到 B 腳顏色的棒子接上假設 C 腳, 另一隻用手指相連的, 反腳之, 以 Ω 偏轉角度較大為 C 腳, 另一腳則為 E 腳 Q3: 觸摸板如何製作? A3: 把洞洞板裁成一小部分下來再用銅線接成 Q4: 有哪些電路元件是第一次使用? 你知道他的構造? 它的功能呢? A4: 喇叭為一電感, 感應到電流流入喇叭會產生一反電壓阻止電流增加, 反之 在產生一反電壓阻止電流減少 Q5: 發光二極體的正負辨認方法? A5: 由於我們在接電路時唯一的錯誤就是發光二極體接反, 但是我們不知道, 所以我們拿去詢問同學, 同學發現這個錯誤, 有燈杯的為負極 Q6: 電路的電壓太低? A6: 我們只有給該電路 9V, 發現喇叭聲音太小, 所以我們小心的增加電壓, 發 現 15V 時的效果很好 6
參 結論 本電路裝配的零件數甚少, 很適合初學者練習, 若想將電路擴充應用亦可, 甚至將 T.B 多增加幾組, 分別放於不同位置, 只要任一片 T.B 有被接觸, 警報器 就會發生動作 本電路的用途非常廣, 可延伸到其應用領域, 可以發揮更多想像力, 創造出 不同的感應裝置, 例如用於寶寶尿床或尿濕衣物的警報器, 甚至放於室外, 就可 以作為晒衣服時, 突然下起雨時可以提醒家人去收衣服的警報器 徐克剛 : 實際製作一個可以用在生活上的工具, 由於接電路很傷腦筋, 所以每次上課都很頭痛, 但是完成後也感到十分開心 為了理解電容充放電及電晶體的截止與導通讓我們想了好久, 最後沒想到失敗在 LED 的正負極接反 陳長寶 : 經過這次的專題製作, 我學習到了很多事情, 譬如團體的合作 小組的分工 時間的掌控 ( 如何在時間內做好自己被分配的工作 ) 材料的找尋( 有時失敗導致材料損毀要找代替 ) 等等 而且也學習到了各式材料的功能, 不然之前還有些材料的功能都不知道, 像是 LED 燈上面還要再串聯一個電阻降低流經的電流, 不然 LED 燈可能會燒毀 這次成果我覺得還可以, 希望下次電路可以接的更精簡, 效率更快 胡立揚 : 經由這次的小組合作, 我學到不少東西, 不只學到實習方面的知識, 也學到小組合作的重要, 只靠一個人的力量很難完成這些工作, 我的工作是檢查電路和做 ppt, 雖然做到現在碰到不少問題, 但是我們都一一克服了 肆 引註資料 王金松 (2007) 電子學 I,II 台北市: 全華 舒福壽 劉俊輝 (2003) 實用電子電路實作應用 台北市: 台科大 高瑞賢等 (2004) 電子電路 台北市: 全華 鄭凱鴻 (2007) 350 種電子電路實驗器 台中市 : 虔誠科技公司 自由軟體 Dia 繪製流程圖 電路圖及組織圖軟體錄影教學 民 100 年 3 月 14 日取自 :http://mail.lsps.tp.edu.tw/~gsyan/wiimote-whiteboard/ir-pen.html 7