七、光敏電阻調(diào)頻聲音報警器

多諧振蕩器可以發(fā)出音頻信號，驅(qū)動喇叭發(fā)聲。但是這種頻率固定的信號時間長了會使人厭倦。為此，各種調(diào)制音頻信號被廣泛使用。光敏電阻可以用來解決聲音頻率的變化問題。

電路原理

電路圖見圖24-071。電路由調(diào)制信號發(fā)生器、光控電阻器、音頻振蕩器和陶瓷發(fā)聲片組成。光控電阻器由一個發(fā)光二極管、一個光敏電阻組合制作，見圖—。發(fā)光二極管由調(diào)制信號發(fā)生器驅(qū)動，發(fā)出固定頻率的閃亮燈光；光敏電阻的阻值跟隨調(diào)制頻率產(chǎn)生變化。由于光敏電阻是音頻振蕩器中反饋回路的一部分，所以音頻振蕩器的頻率也隨著調(diào)制頻率而發(fā)聲周期性變化。

圖24-071

制作要點

在實驗未完成之前，應(yīng)在面包板上制作。此外還要注意發(fā)聲器的選擇也會影響到效果。如果使用壓電陶瓷片，音量較小，可作為模擬實驗之用。如果采用喇叭，則應(yīng)加一級功率放大。喇叭和壓電陶瓷片發(fā)聲效果有很大區(qū)別，所以各個元件的參數(shù)應(yīng)重新通過實驗確定。

學(xué)習(xí)、實驗與思考

1．光控電阻器

用一個發(fā)光二極管和光敏電阻可組成一個非常實用的光控電阻器。為了縮小體積，可采用3毫米以下的發(fā)光管和直徑5毫米的光敏電阻，將它們頭對頭放置在一段黑色的絕緣管中即可，見圖24-072。當(dāng)它們的距離在10毫米以上時，信號輸入端與信號輸出端有良好的隔離性能，可以承受1000V以上的電壓。

圖24-072

2．聲音效果分析

從理論上看，頻率調(diào)制振蕩器產(chǎn)生矩形方波信號，控制發(fā)光二極管在亮和滅之間周期變化，因而音頻振蕩器輸出的聲音應(yīng)該是兩種頻率的聲音交替變化。但是實際上聲音是在兩種頻率之間變化。這是為什么呢？下面的解釋也許是正確的：發(fā)光二極管的亮度與驅(qū)動電壓之間有滯后效應(yīng)；同樣，光敏電阻的阻值變化與接受的光線照度之間也有滯后效應(yīng)。從而導(dǎo)致聲音頻率的變化是從一個頻率逐漸變化到另一個頻率。

3．改進聲音效果實驗

為了獲得各種聲音效果，可改變兩個振蕩器的參數(shù)，在實驗中選擇所需的聲音信號。實驗中要注意每次只改變一個參數(shù)。

如果在燈光驅(qū)動電路中加入積分電路，使得發(fā)光二極管的亮度產(chǎn)生漸變，效果會更神奇。

八、偽隨機變色燈

偽隨機變色彩燈一旦開始運轉(zhuǎn)，它的燈光顏色看起來一會兒是紅色，一會兒是綠色，一會兒是黃色，有時燈光還熄滅一會兒，令人不可捉摸。表面看起來這三種顏色的燈光及不亮的狀態(tài)是隨機的，但實際上它的變化在總體上是有規(guī)律的，只不過變化較為復(fù)雜而已。

電路原理

電路原理圖見圖24-081。本作品由兩個振蕩器，頻率調(diào)整器，燈光驅(qū)動電路和燈光顯示電路組成。兩個振蕩器產(chǎn)生頻率不同的振蕩信號。振蕩頻率較低，振蕩周期在1秒鐘以上，由電阻R5和R8調(diào)整。工作時把兩個振蕩器的振蕩頻率調(diào)整為不相等的狀態(tài)，例如一個為2秒，另一個為2.5秒，再由它們分別控制紅色和綠色的燈光，則燈光就會發(fā)出紅色，綠色，黃色和不亮幾種狀態(tài)，它們以不固定的順序交替出現(xiàn)，而且每種顏色燈光點亮的時間也是互不相等的。表面看起來給人以隨機變色發(fā)光的效果。

圖24-081

制作要點

彩燈的燈光輸出一般為用數(shù)十只或數(shù)百只雙色發(fā)光二極管組成的圖案，要根據(jù)圖案的大小選擇發(fā)光二極管的直徑和數(shù)量，再計算出電源的電壓和電流以及驅(qū)動電路的三極管的特性。例如制作“新年快樂”字樣的彩燈牌，每個字大小為30×30平方厘米，可采用直徑8毫米的雙色發(fā)光二極管共130個，每個發(fā)光二極管最大消耗電流為50mA，電源要有6A直流的輸出能力，電源電壓可在4～5V之間選用。燈光驅(qū)動三極管可用硅大功率管3DD15。

焊接成功后要認(rèn)真檢查一遍電路，確保沒有短路等故障，才可接通電源實驗。調(diào)整可變電阻R5和R8可改變燈光變色快慢和變色規(guī)律；調(diào)整可變電阻R6和R9可改變燈光亮度和顏色。

學(xué)習(xí)、實驗與思考

1．偽隨機變色原理

把兩個頻率不同的振蕩電路產(chǎn)生的信號混合在一起，可產(chǎn)生混頻和差拍現(xiàn)象，這種現(xiàn)象作用在發(fā)光電路中，就產(chǎn)生了偽隨機變色現(xiàn)象。如果一個振蕩電路的振蕩周期是2秒，另一個振蕩電路的周期是2.5秒，則它們合成在一起，就產(chǎn)生了一個包含一系列的振蕩頻率的復(fù)雜的振蕩。如圖24-082。在本電路中，兩個不同頻率的振蕩信號分別由兩路顯示驅(qū)動放大，然后分別輸出到雙色發(fā)光二極管中，在雙色發(fā)光二極管中進行合成。在每一個雙色發(fā)光二極管中包含一個紅色燈和一個綠色燈。不妨認(rèn)為紅燈按照2秒的周期被點亮，每個周期亮1秒鐘暗1秒鐘，綠燈按照2.5秒的周期被點亮，每個周期亮1.25秒鐘暗1.25秒鐘。合成后的燈光有下面幾種情況：紅燈亮而綠燈不亮，發(fā)紅光；綠燈亮而紅燈不亮，發(fā)綠光；紅燈和綠燈同時亮，則發(fā)黃光；紅燈和綠燈同時熄滅，則不發(fā)光。從圖中不難看出，上述的變化過程中，每種情況出現(xiàn)的時間是不相等的，它們出現(xiàn)的順序表面看起來也沒有規(guī)律，可給人以隨機變化的感覺；但實際上燈光顏色的變化總體上是有規(guī)律的，是按照比每一個振蕩器的周期更長的一個周期在進行著循環(huán)變化，所以叫做偽隨機變色彩燈。在這個例子中，燈光顏色的變化周期是10秒。這一點也可通過一段長時間的觀察看出來。

圖24-082

2．三極管的直流放大作用

本電路中用4069作振蕩器，每個4069的非門輸出能力約為2mA，而燈光顯示電路工作時需輸出高達(dá)數(shù)安培的電流，所以要把非門的輸出電流進行放大，以保證燈光顯示電路的正常工作。這里采用晶體三極管進行直流電流放大。

晶體三極管簡稱三極管，按元素類型分有鍺管和硅管。由于硅管性能穩(wěn)定，造價低廉，因而被廣泛使用。三極管的主要性能是可以進行電流放大。從基極到發(fā)射極之間輸入較小的電流Iin，在集電極和發(fā)射極之間就可以得到較大的輸出電流Iout。輸出電流Iout與輸入電流Iin的比值稱為三極管的直流放大倍數(shù)，直流放大倍數(shù)用hfe表示。一般地單個三極管的直流放大倍數(shù)在40～200之間；有的小功率三極管具有很高的放大倍數(shù)，如9014，放大倍數(shù)可達(dá)1000倍。

如何設(shè)計三極管直流放大電路呢？首先計算電路所需的總放大倍數(shù)。放大倍數(shù)K＝輸出電流/輸入電流。在本電路中，輸出電流＝3000mA，輸入電流＝2mA，K=3000/2=1500。顯然，用一個三極管是不能滿足設(shè)計的，所以決定用兩個三極管組成串聯(lián)放大。首先用9013小功率三極管進行第一級放大，然后再用3DD15進行第二級功率放大。9013的放大倍數(shù)可達(dá)100，3DD15的放大倍數(shù)約為50，兩級放大的總倍數(shù)可滿足設(shè)計要求。第二級功率放大電路要推動燈光顯示電路，如果用5V工作電壓，每一路燈光顯示電路的消耗功率為5V×3A=15W；每一路的功率放大管在導(dǎo)通時集電極和發(fā)射極之間的直流壓降約為3V，輸出電流為3A，消耗功率約為10W。采用大功率的三極管3DD15，可滿足本電路的需要。為了保證長時間工作，功率管應(yīng)加裝鋁質(zhì)散熱片。有關(guān)三極管的最大輸出功率，可查電子手冊得到。

常用的雙色發(fā)光二極管是共陰極的，也就是外部接線有三條，中間的一條是公共負(fù)極，兩邊的接線分別是紅燈和綠燈的正極。如果使用上百個發(fā)光管，要將同顏色的發(fā)光二極管并聯(lián)在一起，這就要求必須使用同一種型號的發(fā)光二極管，以保證在并聯(lián)狀態(tài)下工作電壓一致。為了驅(qū)動共陰極的發(fā)光管，選用NPN硅晶體管驅(qū)動應(yīng)采用共集電極電路。由于實際上雙色發(fā)光二極管中紅色管和綠色管的工作電壓不同，所以在兩個驅(qū)動電路中各自安裝了電流調(diào)整器，即可變電阻R6和R9，通過調(diào)整電阻R6和R9的大小來調(diào)整每一路驅(qū)動電路的輸出電流。電流調(diào)整器有兩個功能，調(diào)整和控制顯示驅(qū)動電路的電流，以避免電流過大燒毀器件；此外還能調(diào)整紅色和綠色燈光的平衡，從而調(diào)整燈光的顏色。

3．電源的設(shè)計。首先確定電源輸出電流：當(dāng)紅色和綠色燈光同時點亮?xí)r，電流消耗最大，本機中電源的最大消耗電流為6A；當(dāng)只有紅色或綠色燈光點亮?xí)r電流約為3A；所以確定電源的直流輸出能力為6A。其次確定電源電壓：發(fā)光二極管采用并聯(lián)，工作電壓約為2.2V；共集電極放大實際上是電壓跟隨器，也就是電壓放大倍數(shù)為1，考慮到每個三極管工作時的壓降，電源電壓至少要在4V以上，但不應(yīng)超過5V，以免加大不必要的電源消耗。如用成品的穩(wěn)壓電源，可用輸出直流5V，輸出電流5A以上的交流直流變換器。也可以自己設(shè)計一個直流供電器。有關(guān)此種電路的設(shè)計很多書刊都有介紹，這里就不提及了。

九、聲音指示燈和紅外遙控信號顯示器

4069除了可以作為門電路，用來處理數(shù)字信號之外，還可以用作線性放大，處理模擬信號。本文介紹兩個作品，聲音指示燈和紅外遙控信號顯示器。聲音指示燈可以使我們“看見”聲音，每當(dāng)周圍出現(xiàn)聲音，哪怕是微小的聲音，都會使本作品的指示燈閃閃發(fā)光

電路原理

電路原理圖見圖24-091。聲音由MIC變成音頻信號，傳送到由4069組成的音頻放大器進行放大，放大后的信號經(jīng)過檢波電路變成脈動信號，推動發(fā)光二極管跟隨聲音信號發(fā)光。

圖24-091

制作要點

MIC采用駐極體話筒。發(fā)光二極管采用直徑3毫米的高亮度管。電源電壓可采用3V或4.5V，視所需發(fā)光亮度而定，電壓高則發(fā)光強。

整機按電路接好后即可工作。此時周圍如果有聲音，發(fā)光二極管D2就會閃亮。電路靈敏度很高，可響應(yīng)周圍環(huán)境微小的聲音。本機的靈敏度由R4與R5的值決定。比值R4/R5要求小于1，這個比值越接近1，靈敏度越高。如選用R4＝330k，R5＝470k，則靈敏度會下降。

如果使用的電池用舊了，其內(nèi)阻增加，電路可能產(chǎn)生自激振蕩，這時周圍既使很安靜，聲音指示燈也會閃亮。消除的方法是在電源上并聯(lián)一個100微法的電解電容。

學(xué)習(xí)、實驗與思考

1．4069用作線性放大的原理

4069包括6個非門，每個非門都可以進行邏輯的非運算，還可以用來做線性放大。典型的非門線性放大電路見圖24-092。這樣的電路為什么具有線性放大的功能呢？我們先從非門的輸入輸出性質(zhì)說起。

圖24-092

一般說來，非門輸入高電位則輸出低電位，輸入低電位則輸出高電位。如果輸入電壓正好為電源電壓的二分之一，也就是不高也不低，那末輸出電壓該如何呢？實際上非門的輸入電壓在電源電壓的二分之一附近有一個區(qū)間，稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換區(qū)，在這個區(qū)間內(nèi)，只要輸入電壓由很小的變化，就可以引起輸出電壓產(chǎn)生較大的變化，即輸出電壓與輸入電壓之間成線性放大的關(guān)系。圖24-93形象地表示出非門的線性放大性質(zhì)，水平軸上的線段AB就是輸入電壓的狀態(tài)轉(zhuǎn)換區(qū)。非門電路在狀態(tài)轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)具有電壓放大功能，故狀態(tài)轉(zhuǎn)換區(qū)又叫線性放大區(qū)。

圖24-093

如果電源電壓是3V，則輸入電壓在1.5 V附近，從1.4V到1.6V之間變化，則可引起輸出電壓的線性變化。輸出電壓的變化范圍在0 V到3 V之間，其變化幅度大于輸入電壓的變化。一般地，一個非門的電壓放大倍數(shù)在20到30倍之間。

如何實現(xiàn)非門的線性放大功能呢？在電路中，電阻R8起著關(guān)鍵的作用。從上面的分析可知，只有輸入電壓在電源電壓的一半附近的線性放大區(qū)內(nèi)，非門才能正常地進行線性放大。電阻R8的作用就是將非門的輸入電壓偏置在線性放大區(qū)的中點，也就是在沒有信號輸入時，使非門的輸入電壓正好在線性放大區(qū)的中點。這是由R8的直流負(fù)反饋功能實現(xiàn)的。在這個電路中，非門的輸入端與輸出端通過反饋電阻相連，如果輸出端為高電位，則輸入端也為高電位，即輸出電壓Uo＝輸入電壓Ui，而輸入電壓高則會使輸出端電位變低。只要輸出電壓不在電源電壓Udd的二分之一處，通過R8反饋到輸入端，均會引起輸出電壓向Udd的二分之一處變化，直到最后輸出電壓和輸入電壓在該處達(dá)到動態(tài)平衡為止。也就是說只有輸出端保持電源電壓的一半這一點上，非門的狀態(tài)才能保持穩(wěn)定。

如圖的放大電路中，因為R8除了提供直流負(fù)反饋之外，還有交流負(fù)反饋的功能，所以其阻值不能太小，一般在1M左右。R7的作用是什么呢？R7與R8一起決定交流信號的反饋系數(shù)，從而決定電路的放大倍數(shù)。當(dāng)R8/R7的值小于非門線性放大器的開環(huán)放大倍數(shù)時，我們可近似地認(rèn)為這個電路的放大倍數(shù)是R8/R7。例如R8為1M，R7為100k，放大倍數(shù)為1000/100=10。R7還有一個作用是改善輸入電阻和輸入電路的頻率特性。電容C4的主要作用是隔離直流，傳輸交流信號。

2．檢波電路原理

經(jīng)過音頻電路放大后的信號是頻率范圍在幾十赫茲到幾千赫茲的交流信號，在本電路中則最后變成音頻的脈沖信號。為了更有效地驅(qū)動發(fā)光二極管，采用了由門F4、二極管D1、電阻R6、電容C3組成的檢波電路。它可以把音頻的脈動信號轉(zhuǎn)變成按音量大小變化的脈動信號。D1具有單向?qū)щ姷男再|(zhì)，它的作用與通常的檢波電路的原理相同，但工作狀態(tài)有區(qū)別。從理論上說，檢波電路輸入的交流信號，輸出直流信號。而在本電路中，D1輸入和輸出的都是直流信號，然而這只是表面現(xiàn)象，D1在電路中的作用在本質(zhì)上和典型的檢波電路完全相同。R6與C3組成積分電路，它的作用是把脈沖信號變成脈沖信號的包絡(luò)信號，它的時間常數(shù)決定發(fā)光的余輝的時間，這里選用0.1秒。

3．4069音頻放大器的設(shè)計

本機4069的線性應(yīng)用實際上是一個音頻放大電路，它除了可以指示聲音之外還有許多用途。比如用于話筒的前級放大，這時就需要對電路的性質(zhì)有較高的要求。下面就來討論有關(guān)問題。

穩(wěn)定性。由于一個非門的放大倍數(shù)較小，通常采用多級非門串聯(lián)使用。為了使電路穩(wěn)定工作，在設(shè)計這樣的電路時要注意串聯(lián)的門的個數(shù)應(yīng)為3個或5個，避免用偶數(shù)個。原因是一個非門在做線性放大時，其輸出端與輸入端的信號的相位是相反的。這樣，采用奇數(shù)個非門，其最后輸出信號與輸入信號的相位也是相反的。在這種情況下，即使整個放大電路的放大倍數(shù)很大，電路也不易產(chǎn)生自激振蕩。

負(fù)反饋問題。單個非門用作線性放大，需用一個直流負(fù)反饋電阻，它同時具有交流負(fù)反饋功能。交流負(fù)反饋降低了放大倍數(shù)，但也減少了失真，可謂是有失有得。我們在設(shè)計電路時，應(yīng)多加注意，利用負(fù)反饋，揚長避短。例如要設(shè)計一個電壓放大倍數(shù)為10左右的音頻放大電路，則可采用1個非門或3個非門串聯(lián)起來，采用如圖24-094的電路。如果要設(shè)計一個放大倍數(shù)在30倍以上的電路，則可采用3個非門或5個非門串聯(lián)。放大倍數(shù)決定后可按公式“放大倍數(shù)＝Rf /Ri”計算Rf和Ri的阻值。

圖24-094

當(dāng)電阻Ri給定之后，就可以根據(jù)最低工作頻率決定輸入電容的大小了；可用公式C=1/2πf R來計算。公式中f的單位是赫茲，取工作頻率范圍的最低值，R的單位是歐姆，C的單位是法拉。例如工作頻率范圍在200～4000Hz，則取f=200，電阻R2用100k，則C=1/2×3.14×200×100k=0.008微法，實際可用0.01～0.047微法。

4．非門工作點偏移實驗

從理論上說，采用3級門電路可以獲得10000倍的放大能力。但實際上存在著工作點偏移的問題，電路不能保證后面的非門工作在線性放大區(qū)，因而不能有效地放大模擬信號。根據(jù)實際測量，門1的輸出為電源電壓的二分之一，門2的輸出則有微小的偏移，門3的輸出電壓已明顯偏移電源電壓的二分之一。如果是5級串聯(lián)放大，后面兩級非門的工作點已偏移到線性工作范圍之外了。作為模擬信號來說，這樣的放大電路會產(chǎn)生很大的失真，應(yīng)盡量避免采用。但在聲音顯示電路中，可以利用這個特點簡化電路。各種型號的4069的偏移情況是不同的，也就是在串聯(lián)級數(shù)固定的情況下，后面非門偏移的狀態(tài)是“上偏”還是“下偏”，還有偏移程度，可由實驗確定。經(jīng)實驗，采用HDI4069，第5級非門輸出為“常高”，即在無信號輸入的情況下，輸出端為高電位。

5．CMOS電路輸出驅(qū)動電流實驗

本機電路采用兩個非門并聯(lián)驅(qū)動發(fā)光二極管。并聯(lián)可以提高輸出能力。單個非門的輸出能力如何呢？讀者可通過實驗得到答案。把電流表按圖24-095接入，即可測出非門的輸出電流。一般電源電壓為3V，單個非門最大輸出電流約為0.7mA；電壓增至4.5V，這個電流增至3mA左右。初學(xué)者要注意，CMOS是半導(dǎo)體器件，不能用歐姆定律來解釋和計算電壓和電流的關(guān)系。使用兩個非門并聯(lián)，在3V電源電壓的情況下，可以輸出1mA的電流點亮發(fā)光二極管，對于直徑3mm的高亮度發(fā)光管來說，還是可以的。

圖24-095

6.壓電陶瓷片當(dāng)作話筒

圖24-096的電路采用了駐極體話筒，其特點是靈敏度較高，頻率范圍較寬。但在本電路中不免有些大材小用，況且它需用一個偏置電阻，在靜態(tài)時消耗電流。可以用壓電陶瓷片作為本機的MIC，電路如圖—，這樣不但簡化了路，而且在靜態(tài)時整機消耗電流僅為幾微安。

圖24-096

7.思考

本電路給出了一級聲音燈光指示，你能設(shè)計出多級音量的指示燈嗎？比如設(shè)計一種環(huán)境噪聲模擬顯示器，分別用綠、黃、紅三色燈光顯示周圍環(huán)境為安靜、正常、吵鬧三種情況。

8.紅外遙控信號接收實驗

①制作

紅外遙控信號顯示器可以接收各種家用電器的紅外遙控發(fā)射器的信號，并用燈光的形式顯示出來。在此基礎(chǔ)上，讀者可以利用家電的紅外遙控發(fā)射器制作紅外遙控裝置。電路原理圖如圖24-097。它主要由紅外信號接收器、放大器和燈光驅(qū)動和顯示電路組成。紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外信號由紅外接收二極管D1接收并變成電信號，輸送到由4069組成的放大電路，再由放大電路放大。經(jīng)過放大的信號由二極管組成的檢波電路將高頻調(diào)制信號變成低頻脈沖信號，最后推動發(fā)光二極管發(fā)光。這個電路與聲音指示燈電路幾乎完全相同。不同之處在于傳感器電路，原電路的R1改成了Rt，在原來接MIC的地方接入了一個紅外接收二極管。還有將原電路的電容C1換成了Ct。其余部分則完全相同。

圖24-097

按電路圖裝好后，即可用一種家電的紅外遙控器對準(zhǔn)接收器的紅外接收管，按動其中任何一鍵。此時如電路正常，接收器應(yīng)發(fā)出脈動的亮光，表示制作成功。

如果電路不能正常工作，則應(yīng)首先檢查4069各非門的輸出輸入端的電壓。檢查時要使用數(shù)字式電壓表。4069的線性放大部分的輸入輸出端電壓應(yīng)為電源電壓的一半。此后，可檢查紅外接收二極管D3的極性是否接線正確。D3的正確接法是正極接地（電源負(fù)極），負(fù)極接電源正極。對于不知道極性的紅外接收二極管可用指針式萬用電表測量它的極性。使用歐姆表R×1k擋測量電阻值，和普通的二極管一樣，當(dāng)電阻較大時，電表的紅色表筆接觸的那一端為二極管的正極。與普通二極管不同的是，此時用白熾電燈照射紅外接收二極管，其電阻值應(yīng)明顯變小，表示紅外二極管具有接收紅外信號的功能。如果有幾個紅外接收管，可用這種方法區(qū)分出它們的靈敏度，一般在白熾燈照射下，阻值變化較大的靈敏度較高。

②陶瓷濾波器性能實驗

紅外遙控信號的頻率與聲音頻率范圍不同，放大器的電路也要隨之改變。聲音放大電路的工作頻率范圍一般在20～20000Hz之間，而紅外遙控信號的頻率是455kHz。為了提高接收器的抗干擾性，電路使用了一個頻率為455kc的陶瓷濾波器。如果沒有這種陶瓷濾波器，可以用一個100pF的電容器代替。

③抗干擾能力實驗

這個電路能用來制作遙控裝置的紅外接收器嗎？回答這個問題之前，我們先來做一個實驗。將接收器放在臺燈旁邊，然后打開和關(guān)閉臺燈，就會發(fā)現(xiàn)紅外信號接收器的顯示燈隨著開關(guān)的動作閃亮。這是怎么回事呢？這是220V交流電源的電線發(fā)出的干擾信號引起的。每次在開燈和關(guān)燈時的一瞬間，電燈線路內(nèi)都會產(chǎn)生電流的躍變，從而在電燈及電線周圍產(chǎn)生電磁波干擾。放在附近的紅外遙控信號顯示器受到干擾，就產(chǎn)生了燈光閃亮的現(xiàn)象。這說明用它來作為紅外遙控信號接收器是不可靠的，極易受到外界的干擾而導(dǎo)致誤動作。看來這個簡單的電路只能用來顯示紅外信號的存在，不能用在正式的接收設(shè)備中。如果要利用家電的紅外遙控發(fā)射器制作紅外遙控裝置，其接收器必須具有抗干擾的性能。另外，雷電也能被它接收到，導(dǎo)致顯示器的燈光閃亮。不過我們換一個角度來思考問題，這個電路易受外接干擾的缺點也可以變成優(yōu)點。比如用它來制作一種紅外遙控電子玩具的接收裝置，它就不但是一個遙控玩具，而且還有雷電信號指示的功能。

十、二進制數(shù)演示器

數(shù)字時代的一個帶有革命性的發(fā)明就是采用二進制數(shù)進行計算。然而二進制數(shù)不象十進制數(shù)那樣直觀，很多人對它感到陌生甚至困惑。二進制數(shù)演示器可以讓我們演示二進制數(shù)的產(chǎn)生、累加和進位法則，通過親身體驗掌握二進制數(shù)的性質(zhì)。此外還可以用它設(shè)計出一些有趣的游戲。

電路簡介

電路用4040集成電路制作，電路原理圖見圖24-101。電路由加1按鈕AN1，加法計數(shù)器，數(shù)碼顯示器和清零按鈕AN2等組成。數(shù)碼顯示器有12個發(fā)光二極管，用來顯示12位二進制數(shù)字。接通電源后，12個發(fā)光二極管均不亮，表示當(dāng)前的數(shù)字為0。每按動并松開一次加1按鈕開關(guān)AN1，就向計數(shù)器輸入數(shù)字“1”，計數(shù)器就會把輸入的數(shù)累加起來，再由數(shù)碼顯示器顯示出來。例如我們總共按動了10次加1按鈕，數(shù)碼顯示器就會顯示“000000001010”，其中發(fā)光二極管點亮表示數(shù)字“1”，熄滅表示數(shù)字“0”。無論何時按動清零按鈕AN2，12個發(fā)光二極管均變成熄滅狀態(tài)，輸出的數(shù)字變成0。

圖24-101

制作要點

本電路電源可采用3V或4.5 V，不使用時其耗電甚微，所以不設(shè)電源開關(guān)。發(fā)光二極管要采用3毫米高亮度的，建議用紅色發(fā)光管。本機可在面包板上完成。12個發(fā)光二極管可排成一條直線，用來演示二進制數(shù)；也可排成其它形狀的，用來做游戲以增加趣味。但無論排成什么形狀，都必須注意二進制數(shù)的規(guī)律。為了正確演示二進制數(shù)，12個發(fā)光二極管從右到左必須分別表示20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、210、211。它們在電路中分別用Q1、Q2、…、Q12來表示。電容C1的作用是防止按動按鈕開關(guān)時產(chǎn)生的抖動脈沖對輸入信號的干擾，它和電阻R1組成積分電路，電容C1的數(shù)值可酌情調(diào)整，以做到既不產(chǎn)生誤動，又能保證快速輸入數(shù)字；除此之外電路不需進行任何調(diào)整即可正常工作。

學(xué)習(xí)、實驗與思考

1．4040集成電路工作原理

4040叫做12位二進制串行計數(shù)器，主要用于計數(shù)和分頻。它有16個管腳，按雙排封裝的4040管腳排列接線圖見圖24-102。它的管腳包括兩個電源極Vdd和Vss，一個計數(shù)輸入極CP，一個清零（復(fù)位）極R和12個計數(shù)輸出極Q1～Q12。計數(shù)輸入極用來接受數(shù)字脈沖信號，每當(dāng)輸入到這個電極的脈沖輸入信號為下降沿時，計數(shù)器就開始計數(shù)。其內(nèi)部的計數(shù)器為加法計數(shù)。表1為4040的邏輯真值表。

圖24-102

表1，4040邏輯真值表

4040的計數(shù)原理為二進制計數(shù)，它共有12級二進制計數(shù)器，它們互相串聯(lián)。每當(dāng)從輸入端輸入兩個脈沖，其最低位的輸出端Q1（20）輸出一個脈沖。在4040內(nèi)部，輸出端Q1 是下一級計數(shù)器的輸入端。也就是每當(dāng)Q1輸出兩個脈沖，輸出端Q2輸出一個脈沖。以下依此類推，所以4040也叫12級2分頻計數(shù)器。

2．二進制數(shù)累加器演示實驗。

接通電源，此時所有的發(fā)光二極管都不亮。按動一下按鈕開關(guān)AN1，最右邊的發(fā)光二極管則被點亮。再按動一下AN1，最右邊的發(fā)光二極管熄滅，而右邊第二個被點亮。依次按下去，就會發(fā)現(xiàn)點亮的順序如下：

…0001

…0010

…0011

…0100

……

其中“1”表示被點亮，“0”表示熄滅。此時按下清零鍵AN2，所有的發(fā)光二極管均熄滅。

重新開始。與上次不同的是，這次按下AN1并保持不動，觀察發(fā)光二極管，你看到了什么？所有的發(fā)光管均不亮。然后釋放按鈕開關(guān)AN1，你又看到了什么？在釋放AN1的一瞬間，最右邊的發(fā)光二極管被點亮了。這個實驗表明，4040的計數(shù)是在輸入脈沖信號的下降沿開始的。它還表明，輸入端和Q1端的計數(shù)關(guān)系確實是二進制的關(guān)系，也就是二分頻的關(guān)系。即每當(dāng)輸入端輸入一個脈沖，Q1輸出半個脈沖（Q1端的發(fā)光二極管被點亮）；當(dāng)輸入端輸入兩個脈沖，Q1輸出一個完整的脈沖（發(fā)光二極管熄滅）；而此時Q2被點亮，表示Q 1 和Q 2也是2分頻的關(guān)系。通過4040的時序脈沖波形圖（圖24-103）可以很清楚地看出4040的計數(shù)原理。

圖24-103

3．如何觀察時序脈沖波形圖

圖24-104為4040的時序脈沖波形圖，簡稱波形圖。一般每種數(shù)字集成電路的性能手冊里都有波形圖。波形圖是了解數(shù)字集成電路的性能，正確進行電路設(shè)計的重要依據(jù)，應(yīng)逐步熟悉它，了解它，最終掌握利用波形圖進行電路設(shè)計的方法。在4040的波形圖里，最上面一行是輸入端（CP）的電壓波形，第二行是復(fù)位端（R）的電壓波形，從第三行開始是輸出端Q1～Q12的電壓波形，為簡便計輸出端只畫出了輸出端Q1～Q3的波形圖，余下Q4～Q12的波形圖請讀者根據(jù)二進制數(shù)的性質(zhì)，自己畫出。如何使用波形圖呢？從中我們可以得到哪些信息呢？波形圖的橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示電壓。首先我們用一條垂直于坐標(biāo)橫軸，也就是垂直于時間坐標(biāo)軸的直線（圖中的垂直虛線），從左到右逐漸移動，然后查看這條虛線與各端電壓波形圖的交點的狀態(tài)是高電位還是低電位，就可以了解4040的工作狀態(tài)和工作過程。在數(shù)字電路中，各端的電壓只有兩種狀態(tài)，高和低，相對應(yīng)的數(shù)字為1和0。以圖中的最左邊的一條垂線為例，這是在輸入端輸入的脈沖信號完成了一個周期，電壓開始從高變低的時刻，也就是第一個脈沖信號的下降沿之處，4040的工作狀態(tài)。從波形圖上可以看出，輸出端Q2～Q12均為低電位，表示輸出0，而Q1則變成高電位，表示輸出1。讀者不難自己判斷出圖中第二條虛線之處，也就是輸入端輸入了兩個脈沖后，各個輸出端的狀態(tài)。時間再往后推，情況又如何呢？讀者可自己用一把尺子垂直放置，逐漸從左向右移動，加以驗證。用這個方法可以比較直觀地弄清楚輸入了3個、4個、5個、6個……脈沖之后，各個輸出端的狀態(tài)。如圖中第三條虛線表示輸入了6個脈沖信號后的結(jié)果；圖中的最右邊的一條虛線表示復(fù)位端變?yōu)楦唠娢恢螅嫈?shù)被強行終止，各個輸出端均變成0的情況。

4．計數(shù)小游戲

兩個人分別制作一個電路，可以在兩個人之間進行計數(shù)游戲比賽。在此推薦4個游戲：①稱12個發(fā)光二極管都被點亮為“大滿貫”，比一比看誰最先做成大滿貫的圖形。②算一算，為了得到大滿貫，需要按動多少次開關(guān)？也就是二進制數(shù)1111111111112換算成十進制數(shù)是多少？③由一個裁判指定一種特定的圖形，雙方進行比賽，看誰用的時間最少。④限時游戲，規(guī)定一個時間，例如5秒鐘，看誰點亮的發(fā)光二極管個數(shù)最多（注意不是數(shù)字最大）。

一個簡單的二進制數(shù)演示器竟然有如此多的樂趣，相信你也能設(shè)計出更有意思的游戲。

5．如何更快地得到大滿貫？

如果我計算沒有錯誤，用上面的方法得到大滿貫需要按動212-1（=4095）次開關(guān)。看來這個游戲沒有幾十分鐘是不行的。怎樣才能在一分鐘內(nèi)就得到大滿貫?zāi)兀?/p>

有的讀者可能會想，制作一個音頻脈沖振蕩器，向計數(shù)器輸入音頻脈沖，結(jié)合使用按鈕開關(guān)，就可以在一瞬間得到大滿貫。這的確是一個好方法，而且也可行（希望讀者自行進行實驗解決這個問題）。但如果規(guī)定雙方不得在原電路的基礎(chǔ)上增加電路，又該如何解決呢？當(dāng)然，允許每人用兩根導(dǎo)線解決問題。解決的途徑之一是將電路設(shè)計的更簡單一些。想想電路中電容C1的作用，它可以保證用按鈕開關(guān)輸入脈沖信號時避免抖動信號的干擾。如果取消電容C1，又當(dāng)如何呢？通過實驗?zāi)銜l(fā)現(xiàn)，有時按動一下開關(guān)，數(shù)字不是加1，而是加2甚至更多。如果這時把AN1的兩端分別接上兩根導(dǎo)線，然后用這兩根導(dǎo)線代替AN1，情況會如何呢？動手一試你會發(fā)現(xiàn)，有時把兩根導(dǎo)線一接觸，發(fā)光二極管會一下子亮好幾個，運氣好一些，只需幾秒鐘就可以點亮近10個發(fā)光二極管。不過要注意，如果你不小心，使輸入的數(shù)字超過212后，計數(shù)器會從0開始重新計數(shù)。也就是用導(dǎo)線接觸的方法可以很快地把數(shù)字加大，但是不能得到指定的數(shù)字。所以對比賽來說，用導(dǎo)線接觸要和用開關(guān)結(jié)合起來進行，才能保證你能獲勝。實踐表明，允許使用兩根導(dǎo)線進行大滿貫游戲比起前幾個游戲要精彩的多。通過以上設(shè)計游戲和計數(shù)游戲比賽，可以使讀者更好地掌握4040的特性和設(shè)計電路的本領(lǐng)，開拓和提高讀者創(chuàng)新求變的能力。

十一、模擬聲音頻率計

在接收到聲音信號時，模擬聲音頻率計的發(fā)光二極管就會閃亮。根據(jù)燈光信號閃動的快慢，就可以換算出所接收到的聲音信號的頻率。

電路原理

電路原理圖見圖24-111。電路用14位2進制串行計數(shù)器和振蕩器4060集成電路制作。用駐極體話筒接收聲音信號，用4060的兩個非門組成線性放大電路，把由話筒接收到的聲音信號進行放大。放大后的音頻信號通過計數(shù)分頻器進行分頻。復(fù)位端R接地，以保證放大器和計數(shù)器正常工作。在4060的各級分頻輸出端，接有發(fā)光二極管，每個發(fā)光二極管都會根據(jù)該分頻端輸出的頻率顯示相應(yīng)的燈光信號，以供人工計數(shù)，再換算出聲音的頻率。比如一個發(fā)光二極管接在Q9輸出端，其分頻系數(shù)是29（=512），觀察它閃動的次數(shù)，同時用手表計數(shù)，如測得燈光在10秒鐘內(nèi)閃動8次，則可換算出所測量聲音的頻率為512×8÷10≈410Hz。

圖24-111

制作要點

電路電壓范圍3V4.5V。話筒采用駐極體微型話筒，電阻R1是話筒的直流偏置電阻，阻值范圍一般在3k10k之間。可調(diào)整電阻R1的阻值，使A點的電壓為電源電壓的一半，這樣從話筒輸出的音頻信號最強。此外電路不需調(diào)整，組裝無誤即可正常工作。調(diào)試時對著話筒說話，就可以看到接在輸出端的二極管閃亮。為了清楚地觀察到二極管的閃亮頻率是根據(jù)所接收到的聲音的頻率變化而變化的，要注意以下兩點：⑴應(yīng)將話筒靠近聲音源；⑵所測量的聲音頻率應(yīng)保持相對穩(wěn)定，比如電話摘機后的提示音，人唱歌時發(fā)出的聲音等。可以根據(jù)所測量的聲音的頻率范圍，決定使用4060的哪一個輸出端的燈光信號進行測量。比如測量低于1000赫茲的聲音，可以使用接在Q8或Q9上的發(fā)光二極管；測量高于1000赫茲的聲音，可以使用接在Q10或Q12上的發(fā)光二極管。4060有一個復(fù)位端R，為使4060正常工作，必須使復(fù)位端保持低電位；一旦復(fù)位端為高電位，所有的輸出端均被強制在低電位，振蕩器也停振。4060共有10個分頻輸出端，可根據(jù)需要選用，不用的輸出端可空置。為了使用方便，可以同時接入幾個發(fā)光二極管進行顯示，并注意給每一個顯示燈光標(biāo)記上分頻系數(shù)。

學(xué)習(xí)、實驗與思考

1．4060集成電路的工作原理

14位2進制串行計數(shù)器和振蕩器4060集成電路的管腳排列圖見圖24-112。4060由兩部分電路構(gòu)成，一部分電路是14級分頻計數(shù)器，另一部分電路是振蕩器。分頻器部分與4040相似，分頻系數(shù)為1616384，由Q4Q14輸出；振蕩器部分可由其內(nèi)部的兩個非門和外接電阻和電容構(gòu)成RC振蕩器，振蕩頻率為f =1/2.2RC；也可以用外接晶體構(gòu)成高精度的晶體振蕩器；連接方法分別由圖24-113和圖24-114所示。

4060真值表

圖24-112

圖24-113

2．測量聲音頻率實驗

測量聲音可用頻率計。在沒有頻率計的情況下，可用本電路間接測量聲音的頻率。聲音頻率一般高達(dá)幾百赫茲至幾千赫茲，用這樣高的頻率驅(qū)動聲音信號或燈光信號，人眼睛和耳朵是無法計數(shù)的。本電路采用分頻的方法，把聲音頻率降低到幾赫茲甚至幾分之一赫茲，通過燈光信號顯示出來，然后再用眼睛測量出它的頻率。最后把結(jié)果換算成原來的聲音的頻率。下面用測量電話機摘機后的提示聲音的頻率的例子，說明具體的方法。

準(zhǔn)備好一塊手表，然后摘下電話機，把電話機的耳機或喇叭對準(zhǔn)本電路的話筒；這時接在Q9處的發(fā)光二極管會發(fā)出閃亮，觀察手表的秒針，記錄下10秒鐘內(nèi)Q9處的發(fā)光二極管閃亮的次數(shù)是9次，再除以10就可以得到這個發(fā)光二極管閃亮的頻率為0.9赫茲。因為Q9的分頻系數(shù)是29（=512），所以用0.9赫茲再乘以512，得460赫茲，也就是電話聽筒里提示聲音的頻率為460赫茲。這樣測量的誤差較大，尤其是取時區(qū)間越短，誤差越大。為了提高測量精度，可以延長采樣的時間，比如測出100秒鐘內(nèi)發(fā)光二極管閃亮的次數(shù)，就可以提高測量精度。

本電路的特點是只能測量在一段時間內(nèi)保持頻率穩(wěn)定的聲音，對那些頻率變化較快的聲音是無濟于事的。如果要測量自己唱歌的頻率，可用嘴對準(zhǔn)話筒發(fā)音，并保持?jǐn)?shù)秒鐘，然后記錄下某一個發(fā)光二極管的閃亮次數(shù)，就可以按照上述的方法測出你唱歌的發(fā)聲頻率。

3．4060秒脈沖信號發(fā)生器電路實驗

按照圖24-114的電路可以組裝一個秒脈沖信號發(fā)生器。用4060組成32768赫茲晶體振蕩器，再由Q14端輸出16384分頻后的2赫茲脈沖信號，再由4040進行2分頻，就得到1赫茲的秒脈沖信號。這個秒信號在4040的Q1端輸出，用發(fā)光二極管以燈光的形式顯示出來。燈光每秒鐘閃亮一次，滅0.5秒，亮0.5秒。在本電路中，電壓最低可用到3V。振蕩電路能否正常工作的關(guān)鍵在于非門的反饋電阻Rs，它的阻值應(yīng)大于10MΩ。

圖24-114

4．定時器電路實驗

4060廣泛用于定時器電路中。采用如圖24-113的RC振蕩器，可以獲得周期為T秒的脈沖信號，再經(jīng)過分頻，就可以在各個輸出端獲得周期為2-C *T秒的脈沖信號，其中c=4~14，從而得到幾分鐘到幾小時的定時電路。這樣的電路讀者應(yīng)該能夠自行設(shè)計。

5．聽無線電波

以前我們只能用耳朵聽出聲音頻率的高低，用本電路的分頻器原理，用眼睛也可以判斷出聲音頻率的高低。此外，我們還能應(yīng)用分頻器的原理做什么實驗?zāi)兀?a target="_blank">電子愛好者對無線電波并不陌生，人們天天都在和各種無線電波打交道。無線電波看不見也摸不著，我們實際上根本沒有直接接觸過它。用收音機，我們可以聽到它的載波信號；用電視機，我們可以看到它攜帶的視頻圖像。用頻率計，我們可以測量出它的頻率。而用4060分頻器，我們可以直接感受到無線電波的存在。

把一個陶瓷發(fā)聲片接在4060的10分頻輸出端，在11腳輸入中波無線電信號，就可以聽見陶瓷發(fā)聲片的鳴叫。中波無線電信號可以從中波收音機的本機振蕩器引出，通過一個10pF的電容器把中波信號連接到4060的11腳。具體電路請讀者自行設(shè)計，電路組裝成功后，就可以進行聽中波無線電波的實驗了。調(diào)整電波信號頻率的高低，鳴叫的聲音頻率也發(fā)出相應(yīng)的變化。也可以用4060的振蕩器產(chǎn)生頻率為100k～2M赫茲的信號，同樣可以聽見中波振蕩信號的“聲音”。以上實驗有什么使用價值呢？我們在調(diào)試有中波振蕩信號的電子電路時，需要隨時判斷中波振蕩信號是否工作正常，如果手頭沒有頻率計，可以用本實驗來判斷中波信號的存在；如果有幾種不同頻率的信號，還可以用它來比較出頻率的高低。

如何把中波無線電信號變成發(fā)光二極管的燈光信號呢？在聽無線電波信號的實驗電路基礎(chǔ)上，再加一個4040分頻器就可以解決這個問題。請讀者自己設(shè)計這個電路，然后進行看中波無線電波的實驗。

十二、玩具BP機

BP機是一種常用的通訊工具，每當(dāng)有人呼叫的時候，它會發(fā)出特定的聲音，提醒用戶查看信息。玩具BP機可以模仿BP機的呼叫提醒功能，每按動一次按鈕，就會聽到一段BP機的提示叫聲。

電路簡介

電路見圖24-121，用4011與非門集成電路制作，由觸發(fā)定時按鈕、開關(guān)脈沖振蕩器和聲光顯示器組成。每按動一下觸發(fā)定時按鈕AN，電容C1被充電， 4011與非門的一個輸入端由原來的低電位變成高電位，第一級開關(guān)振蕩器開始工作，產(chǎn)生周期約為1.5秒的振蕩信號；該信號輸入到第二級開關(guān)振蕩器的控制端，產(chǎn)生周期約為0.3秒的間歇振蕩信號；第二級開關(guān)振蕩器在每1.5秒鐘內(nèi)工作0.75秒，產(chǎn)生三個方波脈沖，然后停止振蕩0.75秒；這個間歇振蕩信號控制聲光顯示電路，并通過三極管驅(qū)動有源IC喇叭發(fā)出模仿BP機的三次短促的提示聲。這個過程大約持續(xù)30秒鐘，從按下AN開始，電容C1通過R1放電，4011與非門的控制輸入端的電壓由高電位逐漸降至低電位，第一級開關(guān)振蕩器工作30秒后停止工作，同時輸出低電位；這樣，第二級開關(guān)振蕩器停止工作并輸出低電位，控制聲光顯示電路停止工作。在電路發(fā)出聲音呼叫信號的同時，發(fā)光二極管發(fā)出同步的閃光。

圖24-121

制作要點

整機電源用3V電壓。有源IC喇叭必須采用工作電壓為3V的。調(diào)整積分電路R1C1的數(shù)值可以控制聲光提示持續(xù)的時間，讀者可根據(jù)自己的愛好自行調(diào)整，一般要求聲光提示時間保持30～60秒。調(diào)整開關(guān)振蕩器的電阻和電容的數(shù)值可以改變間歇振蕩器的工作頻率，從而改變呼叫聲的快慢節(jié)奏。電路用觸發(fā)定時按鈕控制，不另設(shè)電源開關(guān)。作品可以在面包板上完成，也可組裝在一個外形與BP機相同的盒子內(nèi)，制成一個玩具BP機。

學(xué)習(xí)、實驗與思考

1．4011與非門的輸入輸出特性

每個4011有4個與非門，每個與非門有兩個輸入端，一個輸出端，其內(nèi)部管腳接線圖見圖24-122。其中每個與非門的特性是只有當(dāng)兩個輸入端同時輸入高電位，輸出端才能輸出低電位；只要有一個輸入端輸入低電位，則輸出端輸出高電位。根據(jù)它的這個特點，所以稱“與非門”。

圖24-122

4011真值表

2．開關(guān)振蕩器電路實驗

從表1可以看出：①如果輸入端A、B并聯(lián)，它的功能相當(dāng)于一個非門；②如果其中的一個輸入端固定接高電位，例如A端接高電位，則B輸入端和輸出端也相當(dāng)于一個非門的功能；③如果其中的一個固定接低電位，則無論另一個輸入端的電位如何變化，輸出端恒輸出高電位。也就是說，利用特性①可以把4011當(dāng)作非門使用；根據(jù)特性②和③，可以用與非門其中的一個輸入端作為控制開關(guān)，控制這個與非門的工作狀態(tài)：當(dāng)一個輸入端為高電位時，這個與非門可以作為普通的非門使用，而當(dāng)它為低電位時，這個與非門被鎖定，其輸出端保持在高電位狀態(tài)。開關(guān)振蕩器（見圖24-123）就是一種典型的應(yīng)用。通過這個電路實驗，可以幫助我們理解與非門的特性。這個開關(guān)振蕩器由按鈕開關(guān)AN控制。當(dāng)未按下按鈕開關(guān)時，與非門的一個輸入端的電位由下拉電阻控制，保持在低電位，這時無論這個門的另一個輸入端的電位如何，其輸出均為高電位，于是多諧振蕩器不能工作，陶瓷蜂鳴器不發(fā)聲。當(dāng)按下按鈕開關(guān)，與非門的控制輸入端變成高電位，這個與非門與下一級已經(jīng)接成普通非門的與非門電路組成的多諧振蕩器開始工作，輸出音頻信號，驅(qū)動陶瓷蜂鳴器發(fā)出聲音。很顯然,這個試驗電路就是一個帶開關(guān)的門鈴電路。圖24-124是開關(guān)振蕩器的振蕩波形的示意圖。

圖24-123

圖24-124

3．模仿BP機叫聲的電路設(shè)計

我們先分析一種BP機呼叫聲音信號的特點。如果呼叫信號為“嘀嘀嘀-嘀嘀嘀-……”，則需要兩種頻率的脈沖信號。只有當(dāng)這兩種不同頻率的脈沖信號同時處于高電位時，才能控制喇叭發(fā)出叫聲。為了更簡明地說明這一點，我們把這兩種頻率的脈沖信號和它們的合成結(jié)果的波形圖畫在一起，見圖24-125。為了得到這種信號，可把4011的4個與非門分成兩組，組成兩個不同頻率的開關(guān)振蕩器。第一級開關(guān)受控振蕩器由RC積分電路控制，每按動一次觸發(fā)按鈕開關(guān)，積分電路的電容上的電壓變成高電位，松開按鈕開關(guān)后其電壓按指數(shù)規(guī)律降低，可使與非門的控制輸入端得到大約30秒鐘的高電位。在4011的這個與非門的控制輸入端電位保持在高電位的時間內(nèi)，可使這一級振蕩器工作30秒鐘,產(chǎn)生周期為1.5秒的方波信號。第二級開關(guān)振蕩器則由第一級開關(guān)振蕩器輸出的周期為1.5秒的方波信號控制，在每個周期內(nèi)，控制電位有0.75秒的高電位，0.75秒的低電位；每當(dāng)控制電位處于高電位時，第二級振蕩器產(chǎn)生周期為0.25秒的振蕩信號，每當(dāng)控制電位處于低電位時，它停止振蕩，輸出低電位。第二級受控振蕩器輸出的信號如圖5最下面一行所示的波形，它每隔0.75秒產(chǎn)生三次脈沖信號，用這個脈沖信號控制喇叭發(fā)出模仿BP機的叫聲。

4．有源IC微型喇叭的驅(qū)動。本機使用一種自帶音樂集成電路的微型喇叭，它由兩個接線管腳，分正負(fù)極，見圖6。其內(nèi)部的集成電路有很多種，可產(chǎn)生各種聲音，如歌曲，報警聲等；其外部電源電壓分3V、6V、9V等不同的品種，使用時要根據(jù)電源電壓合理選用；在額定的工作電壓下，其工作電流約為數(shù)十毫安。本機采用一種長鳴的喇叭，電壓采用3V的，只要正確接通電源，就會發(fā)出鳴叫，永不停止。為了模仿BP機的聲音，采用兩級開關(guān)受控振蕩器控制發(fā)聲的時間。但是4011的控制信號輸出只有不到1毫安，不能直接驅(qū)動有源IC微型喇叭，本電路采用了三極管9013驅(qū)動喇叭工作。將控制信號輸入到9013的基極，喇叭接在集電極。為了在發(fā)出聲音提示的同時得到燈光提示信號，控制信號通過一個發(fā)光二極管從4011傳送到9013的基極。在這里要提醒一下，由于控制信號直接從振蕩電路輸出，這個發(fā)光二極管還有緩沖的作用，以保證振蕩電路的正常工作，因此是不能省略的。如果不用這個發(fā)光二極管而直接將控制信號接入9013的基極，振蕩電路就不能工作。關(guān)于這一點有興趣的讀者不妨試驗一下，根據(jù)試驗的結(jié)果分析一下脈沖振蕩器的工作原理。

沒有有源IC微型喇叭怎么辦？這就需要自制一個音頻發(fā)聲器了。為了做到這一點，需要增加一個集成電路，4011或4069都可以；喇叭可以用壓電陶瓷片。具體電路的設(shè)計相信讀者自己能夠獨立完成。

5．最后請大家想一想，這個玩具BP機有什么實用價值呢？在有些場合，我們需要有禮貌地辭別客人。這時如果BP機響了，就是一個很好的借口。也就是我們需要一個“禮貌辭客機”。要是這個玩具BP機可以在預(yù)定的時間發(fā)出BP機的呼叫聲就行了。大家可能會想起在本刊今年的第一期上刊登的“定時聲光提醒器”，如果把這兩個作品結(jié)合起來，就能實現(xiàn)在預(yù)定的時間發(fā)出BP機的呼叫聲，這樣人們就可以體面地告別客人離去。有興趣的讀者不妨自己動腦筋設(shè)計這樣的電路。