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翻硬币游戏机
发表日期:2010-04-02 09:11:28 来源:《无线电》杂志 作者: 【 】 浏览:4593次 评论:0
一、 活动简介

  这是一个模拟投掷硬币猜测硬币正反面的小电路。一只发光二极管代表硬币的正面,另一只发光二极管代表硬币的反面。当电路接通电源后,两只发光二极管交替闪亮,由于两管闪烁频率较高,看上去好像两只发光二极管同时发亮。当按下按钮开关后,电路停止振荡,此时处在导通状态的那只三极管集电极上的发光二极管亮,而另一只发光二极管熄灭。由于振荡器工作频率较高,人们难以选择电路停振状态,所以结果可以说是随机的。

  二、 活动目的

  1.了解多谐振荡器的工作原理。

  2.了解双稳态电路的记忆作用。

  3.设想这个电路的用途。

  三、 活动准备

  1.实验套件:插接电路面包板;按钮开关一只;2.7kΩ(色环为红、紫、红)电阻器一只,300Ω(色环为橙、黑、棕)、13kΩ(色环为棕、橙、橙)、51kΩ(色环为绿、棕、橙)电阻器各两只;发光二极管两只;NPN型三极管(9014)两只;0.01μF电容器,4.7μF和47μF电解电容器各两只;导线若干。

  2.工具仪表:万用表、尖嘴钳、斜口钳、20W内热式电烙铁及烙铁支架。

  3.两节5号电池。

  四、 活动过程

  1.试验无稳态电路

  按图1所示的电路原理图,将两只三极管、两只发光二极管、两只51kΩ电阻器、两只300Ω电阻器及一只2.7kΩ电阻器插到面包板上。电容器C1、C2使用47μF电解电容器代替0.01μF电容器,电解电容器的正极接三极管的集电极。电阻器R6、R7和开关先不装。接通电源,可以看到两只发光二极管轮流发光。此时是一个典型的无稳态电路,也叫多谐振荡器。

  2.调整无稳态电路的振荡频率

  将电容器C1、C2换成4.7μF电容器,接通电源,可以看到两只发光二极管闪烁的速度快了许多,说明多谐振荡器的振荡频率提高了。再将电容器C1、C2换成0.01μF电容器,多谐振荡器的振荡频率更高了,眼睛已经看不出两只发光二极管在轮流闪烁,好像一直在亮。

  3.做一个翻硬币游戏机电路

  在电路板中插上电阻器R6、R7和按钮开关SB,接通电源再试一下。当按下开关SB时,只能有一只发光二极管亮,而且状态是随机的。

  图2是翻硬币游戏机的电路板安装图。如果有兴趣可以照图焊接一个。

  4.启发学生思考电路还能怎样改进?

  5.指导学生评价及活动小结。

  (1) 检查学生通过活动是否了解无稳态电路与双稳态电路在电路形式上的区别。

  (2) 是否会使用无稳态电路。

  (3) 是否会调整无稳态电路的振荡频率。

  五、 活动指导

  1.无稳态电路的工作原理

  图3是一个典型的无稳态电路,电路中的三极管,电阻器Rc、Rb及电容器都是对称的。电路有两个暂稳态,或者三极管VT1饱和导通,VT2截止;或者VT1截止,VT2饱和导通。这两种状态不断地循环,构成自激振荡,所以这个电路也叫多谐振荡器。

  电路是这样工作的:在某一时刻假如三极管VT1导通,它的集电极为低电平,这个低电平通过电容器C1耦合到三极管VT2的基极,使VT2趋向截止,VT2的集电极电位上升,这个上升的电压经电容器C2的耦合又使VT1更加导通,最后VT2完全截止,VT1完全导通。在VT1导通后,电容器C1通过Rb1开始充电,使C1的右边为正左边为负,从而使三极管VT2基极电压开始升高,它的集电极电压开始下降,经电容器C2的耦合使VT1基极电位随之下降,VT1的集电极电压又上升,再经C1加到VT2的基极,又形成一个正反馈,使VT2完全导通,VT1完全截止。如此不断循环下去。

  2.双稳态电路的工作原理

  图4是一个最简单的双稳态电路。双稳态电路在工作中也是一只三极管饱和导通,另一只三极管截止。与无稳态电路不同的是,如果没有外界的影响,电路会处在一个稳定的状态。比如三极管VT1截止,它的集电极为高电位,通过电阻Rb1为三极管VT2的基极注入电流,使三极管VT2保持导通状态。在电路刚刚通电时,由于电路中元器件的参数不可能完全一致,所以总有一只三极管会首先导通,而强迫另一只三极管截止。

  在外界信号的触发下,双稳态电路的状态也会改变。图5是一个带触发电路的双稳态电路。每当输入端出现一个负脉冲,双稳态电路的状态就会改变一次。比如三极管VT1处在截止状态,而三极管VT2处在导通状态时,如果输入端出现一个负脉冲,这个负脉冲对三极管VT1的基极不会有什么影响,因为二极管VD1的负极电压比它的正极电压高许多,二极管VD1处于截止状态,这个负脉冲不能通过它。而此时二极管VD2却是导通的,负脉冲通过它使三极管VT2的基极为负,三极管VT2开始退出导通状态,它的集电极电压升高,通过电阻Rb1使三极管VD1开始导通;而三极管VD1的导通使它的集电极电压下降,反过来通过电阻Rb2又加剧了三极管VT2的截止。这个过程很快就结束了,电路又处在了一个稳定的状态,而此时却是三极管VT2截止,三极管VD1导通。

  3.翻硬币游戏机电路包括了无稳态电路与双稳态电路。开关SB没有闭合 时电路是无稳态电路,当开关SB闭合时电路就变成了双稳态电路。

  六、 相关知识

  目前集成电路已经广泛被使用,可以代替双稳态电路的CMOS集成电路有CD4013双D触发器,CD4027双JK触发器等。这里我们介绍一下双D触发器CD4013的使用。

  集成电路CD4013中有两个D触发器,每个D触发器有两个输出端Q与Q,Q与Q的输出状态总是相反的,就像双稳态电路中的两只三极管的集电极一样。R端为置零端,当R为1时(即高电平),输出端Q就为0(即低电平)。S为置位端,当S为1时(即高电平),输出端Q就为1(即高电平)。CP为时钟脉冲输入端(脉冲的上升沿起作用),D为控制输入端。下表是D触发器的真值表。

  图6是接成计数状态的D触发器,当脉冲输入端CP输入两个脉冲后,Q端才输出一个脉冲,因此这也是一个分频电路。电路中控制输入端D接在输出端Q上,使D端总与输出端Q反相,因此输入脉冲的每一个上升沿会使电路翻转一次。

  图7是用D触发器组成的单稳态电路,它可以作机械开关的抖动消除电路。在电路的暂态过程中(即Q端为高电平时),开关SB的动作是无效的。暂态的时间由电阻器R与电容器C的数值决定。

  图8是D触发器组成的无稳态电路,可以作脉冲信号源。CMOS集成电路中也有专用的单稳态/无稳态电路,如CD4047。▲
Tags:硬币 游戏机 责任编辑:无线电
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