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少年电子技术

信息来源: 上传时间:2012-01-11 23:42:28 【字号: 】【打印】【关闭】 【纠错
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圣诞节许多场所都摆放了各式各样的圣诞树,它不仅给人们营造了浓郁的节日气氛,而且还给人们带来了一份祝福!

  这棵声光圣诞树不仅能够发出红、绿、黄等颜色的点点闪光,而且还会反复奏响悦耳动听的《圣诞歌》乐曲。制作这样一棵声光圣诞树,必将会给你的圣诞之夜增添欢快的节日气氛!

  一、工作原理
  
   声光圣诞树的电路如图1所示。音乐集成电路A和压电陶瓷片B组成了音乐演奏电路。由于A的触发端TG直接与VDD相接,所以只要一接通电源,B就会反复 演奏出A内部所储存的乐曲。晶体三极管VT1~VT3以及外围电阻器R1、R3、R5和电容器C1~C3等组成了三管无稳态自激多谐振荡器。其中:发光二 极管VD1~VD5、VD6~VD10、VD11~VD15分别通过对应的限流电阻器R2、R4和R6接入VT1~VT3的集电极回路,分别作为 VT1~VT3的负载,使它们随着电路的振荡发出红色、绿色、黄色等三路循环闪光。

  三管无稳态自激多谐振荡器的工作过程:闭合电源 开关SA,VT1~VT3三只三极管争先导通。由于VT1~VT3三只管子的参数不可能完全一致,所以其结果是必然有一只管子截止,另两只饱和导通。例如 VT1截止,VT2、VT3导通;或VT2截止,VT1、VT3导通;或VT3截止,VT1与VT2导通。假定VT3首先导通并饱和,则它的集电极电压接 近零电压。由于电容器C3两端的电压不能突变,所以三极管VT1的基极也被拉到接近零电压,使三极管VT1无法再导通而截止。三极管VT1的截止,使它的 集电极电压接近电源电压,通过电容器C1的耦合作用使三极管VT2的基极为高电压,三极管VT2因此而处于饱和导通状态。上述过程很快就会完成,此时三极 管VT1处于截止状态,VT2和VT3处于饱和导通状态,与之相对应的发光二极管VD1~VD5不亮、而VD6~VD10和VD11~VD15均通电发 光。

  随着时间的延续,电源电压通过电阻器R1对电容器C3进行反向充电,使三极管VT1的基极电压不断升高,当达到一定程度时,三极 管VT1开始导通,并由截止状态很快变为饱和导通状态。由于三极管VT1变为饱和导通状态,它的集电极电压随之下降,通过电容器C1的耦合作用使三极管 VT2的基极电压也下跳。这样三极管VT2由饱和状态变为截止状态。此时三极管VT1和VT3都处于饱和导通状态,而三极管VT2处于截止状态,与之相对 应的发光二极管VD6~VD10熄灭、而VD1~VD5和VD11~VD15均通电发光。

  紧接着电源又开始了对电容器C1的反向充电 (通过电阻器R3和饱和导通的VT1进行),使三极管VT2的基极电压不断升高,三极管VT2开始导通,并由截止状态很快变为饱和导通状态,……如此循环 下去。在每一时刻,电路中总有一只三极管处在截止状态,而另两只三极管是处在饱和导通状态;与截止状态三极管相对应的一路共五只发光二极管会熄灭,而另外 两路共十只发光二极管则点亮。如果巧妙安排发光二极管在圣诞树上的位置,就能产生良好的视觉效果。

  电路中,自激多谐振荡器的振荡周期 决定了VD1~VD5、VD6~VD10和VD11~VD15三路发光二极管循环交替闪光的速度,它由电阻器R1、R3、R5和电容器C1~C3的数值大 小来确定。R2、R4和R6分别为对应各路发光二极管的限流电阻器,其阻值大小决定对应五只发光二极管的发光亮度。C4为退耦电容器,它能够有效地消除因 电池内电阻增大而产生的压电陶瓷片B发声畸变等现象,相对延长电池的使用寿命。

  二、元器件选择

  A选用KD- 9302型(内储《圣诞歌》曲)音乐集成电路,也可用同一系列产品中的KD-9304型(内储《快乐世界》等“圣诞三曲”)音乐集成电路,它们均采用软包 封装形式制做在尺寸为23mm×14mm的小印制电路板上(参见图3左边所示),并给有外围元件焊接脚孔,使用很方便。该音乐集成电路的主要参数:工作电 压范围1.3~5V,典型值为3V;触发电流≤40μA,静态总电流<0.5μA;工作温度范围-10℃~60℃。

  音乐集成电路A也 可用外形基本上与KD-9302一致(须外接一只68kΩ、1/8W的碳膜电阻器,主要用于调节乐曲演奏速度)的CW9300系列音乐集成电路, 如:CW9303(内储《圣诞钟声》曲)、CW9307(内储《圣诞钟声》+《红鼻鹿》+《欢乐世界》曲)、CW9317(内储《圣诞钟声》+《圣诞老人 进城》+《圣诞快乐》曲)、CW9320(内储《圣诞树》曲)型等。

  B采用FT-27或HTD27A-1型(φ27mm)压电陶瓷 片,要求购买时配上专门的简易助声腔盖(也叫共振腔盖或共鸣腔盖),以增大发音量。这种带助声腔盖的压电陶瓷片构成和外形如图2所示。压电陶瓷片的结构是 在金属基板上做有一压电陶瓷层,压电陶瓷层上有一镀银层。当通过金属基板和镀银层对压电陶瓷层施加音频电压时,由于压电效应,压电陶瓷片便发出声音来。组 装时,先分别从压电陶瓷片的金属基板和镀银层上焊出两条引线。注意焊接时间不宜过长,以免烫裂压电陶瓷层。焊好引线后,将压电陶瓷片卡到助声腔盖上,注意 镀银层朝里,其引线从助声腔盖旁的缺口中伸出。这样,压电陶瓷片与助声腔盖之间就形成了一个助声腔,使发出来的声音变得响亮。

  音乐集成电路A和带助声腔盖的压电陶瓷片B也可拆自用过的音乐贺年卡。具体方法:撕开贺年卡的外皮,拆出音乐机芯;取掉音乐机芯原有的两粒钮扣电池不用,将接钮扣电池正、负极的VDD和VSS两个端头,通过适当长度的电线引焊到电路板上去即可。

  VT1~VT3均选用9014或3DG8型硅NPN小功率晶体三极管,要求电流放大系数β>50,并保证各管参数基本上一致。

   VD1~VD15均用φ5mm普通发光二极管;如有条件用高亮度发光二极管,则效果更佳。发光二极管的颜色一般取红、绿、黄三色即可,但注意相互并联的 发光二极管必须用同一色管子,并要求选择相同型号、参数尽量保持一致的同一批产品,否则会因参数的差异而发生个别管子发光特别亮、有的管子却发光很暗的不 良现象。

  R1~R6均用RTX-1/8W型碳膜电阻器。C1~C4均用CD11-10V型电解电容器。SA用CKB-1型小型拨动开关,亦可用磷铜皮自行弯制。G用两节5号干电池串联(配塑料电池架)而成,电压3V。

  三、制作与使用
    
  图3所示是该声光圣诞树的印制电路板接线图,印制电路板实际尺寸约为55mm×25mm。音乐集成电路A通过两根引线头VDD和VSS,焊接到电路板上对应的脚孔内。焊接时注意:电烙铁外壳一定要良好接地,以免交流感应电压击穿A内部CMOS电路!

   焊接好的电路板除发光二极管VD1~VD15以外,应连同电池G等全部装入一个体积合适的绝缘小盒内,其外形如图4所示。盒子面板适当位置处为压电陶瓷 片B开出释音孔,并开孔固定电源开关SA;盒子顶部安装上用铁丝弯制而成的小挂钩,并开出小孔通过四根塑料外皮软导线(颜色应尽可能与小松树的“树干”颜 色保持一致)引出发光二极管VD1~VD15。

  声光圣诞树以盆栽小松树或市售塑料仿真小松树为树体进行装配。按照图5所示,将制成 的电路盒挂到盆栽小松树的树干上,应注意要将电路盒隐藏在树叶中,再将三路红、绿、黄色发光二极管串挂在小松树上即可。为了安装方便,可将所有发光二极管 的引脚剪短至5mm~10mm左右,但焊接引线时注意一定要用镊子夹住引脚根部帮助散热,以防止电烙铁烫坏发光二极管。发光二极管在小松树上分布应交叉错 落,但整体排列应比较均匀。

制 成的声光圣诞树,只要元器件质量保证,焊接无误,一般不需要任何调试便可投入使用。如嫌三路发光二极管轮流交替闪光的速度太快(或太慢),可通过同时适当 增大(或减小)电阻器R1、R3、R5或电容器C1~C3的数值来加以调整;如嫌VD1~VD5或VD6~VD10、VD11~VD15的发光亮度太暗 (或太亮),可通过适当减小(或增大)对应限流电阻器R2或R4、R6的阻值来加以调整。如欲同时增大压电陶瓷片B的发音量和VD1~VD15的发光亮 度,可将电源电压提高到4.5V,即用三节5号干电池串联供电。

  圣诞之夜,闭合电源开关SA,声光圣诞树便会发出欢快悦耳的《圣诞歌》乐曲声,同时伴有红、绿、黄等各色发光二极管的闪亮,宛若夜空闪烁的星光,此起彼伏,璀璨夺目,可为节日的居室增添艳丽的光彩!

  声光圣诞树在工作时电路所消耗的总电流仅为几十毫安,所以用电很节省。当闪烁光变暗时,说明电池电能不足,应更换新的同规格干电池。
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