正经玩:拆解游戏机实验

作者: Shiny & Tom

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-04-25 13:42:40

本文介绍了通过拆解游戏机进行的多谐振荡器实验,详细描述了实验过程、电路原理及元件接法,并分享了实验中的挑战和解决方法。

为了做这个实验,我们拆了一台游戏机!实验器材包括所标杯、实验电路板、三极管、电容、电阻、发光二极管、导线。本期实验需要一定的电路基础,整个装置的电路图如下,接线过程如下,然后接上电源就可以看见忽闪忽闪的灯了,反复横跳。除了实物实验,有条件的小伙伴还可以用仿真软件进行实验哦。

说起电路实验,小编想起了曾经被数电模电实验中密密麻麻的接线支配的恐惧。本次小实验所搭建的装置被称为多谐振荡器。

与在中学所学的LC振荡电路不同的是,这里并没有用电感元件,而是用了三极管。三极管,顾名思义,是一个有着三根引脚的元器件。这三根引脚分别叫做基极b,发射极e和集电极c。三极管有两种类型,分别是PNP型和NPN型,我们这里用的三极管8050是NPN型的。既然要使用这些元件,就要知道元件的各个引脚怎么接。发光二极管引脚的接法很简单,长脚接正,短脚接负即可。

三极管要稍微复杂些,对于如下图所示的三极管,将正方形一面对着自己,从左往右,依次是e,b,c。对于其他类型的三极管,需要用万用表进行测定。三极管接到实验的电路中会充当一个阀门,由各引脚的电压关系控制阀门的开关。对于NPN型三极管,当基极的电压高于发射极的电压,集电极的电压高于基极的电压时,三极管导通。

有了这些基础,现在我们来分析装置的原理。如下图所示,电路有两种状态:状态1,Q1导通,L1亮。

此时,Q1的集电极,即图中A处电压接近为0V。这样,C1被充电。由于Q1导通,C2开始放电。Q2基极的电压等于C1两端的跨压,会随着C1充电从接近0V逐渐上升。因此Q2一开始是截止的,L2不亮。当跨压升高到一定程度时,Q2满足导通条件,开始导通。状态2,Q2导通,L2亮。此时,Q2的集电极,即图中B处电压接近为0V。这样,C2被充电。由于Q2导通,C1开始放电。

Q1基极的电压等于C2两端的跨压,会随着C2充电从接近0V逐渐上升。因此Q1一开始是截止的,L1不亮。当跨压升高到一定程度时,Q1满足导通条件,开始导通。可以看到,第一种状态结束后会进入第二种状态,第二种状态结束后又回到第一种状态,如此往复,形成振荡,直到电池没电。振荡的周期与电阻以及电容的大小相关,具体有什么关系,有兴趣的读者可以探究探究。

小编猜测,很多读者看到本期的实验会说:这期实验的材料好难弄到,单独买元器件很难买,而且不划算。小编也遇到了同样的问题,只不过,小编的一个哥们送给了小编一件这样的东西:啊!童年的回忆。虽然“拆掉外壳的它已不复当年模样”,但是元器件依然能工作正常。小编看到后,茅塞顿开,拿起电烙铁,二话不说,拆!由于本期实验较为硬核,难度较大,需要一定的理论基础,所以我们不再接受投稿,感兴趣的小伙伴可以在家自行实验。

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