趣味“黑白豬”蹺蹺板

今年是豬年。如果自己動手制作一個如圖l所示的“黑白豬”蹺蹺板電子小裝置，真是趣味無窮：看!蹺蹺板上的一黑一白兩個“小豬豬”，隨著兩只發光二極管的交替閃亮，蹺過來蹺過去，玩得多么愉快呀。

一、工作原理

“黑白豬”蹺蹺板是根據兩塊磁鐵間N極(北極)或S極(南極)“同性相斥”的基本原理而制成的，它的電路如圖2所示。晶體三極管VTl、VT2等組成的典型無穩態多諧振蕩器控制兩個電磁鐵YAl和YA2交替工作，所產生的間歇磁場與蹺板上對應的永久磁鐵發生“同性相斥”作用，維持蹺板及上面的“黑白豬”不停地蹺上蹺下。

由圖2可知，晶體三極管VTl的集電極通過電容器C1與VT2的基極耦合，VT2的集電極通過c2與VT1的基極耦合，因此這是一個集一基耦合式無穩態多諧振蕩器。閉合電源開關SA后，電路通電起振，VT1與VT2交替導通和截止，發光二極管VD1和VD2交替亮滅，同時電磁鐵YAl和YA2的線圈也交替通電。當VT1導通、VT2截止時，VT1集電極電流分成兩路：一路通過限流電阻器R1使VD1發光；另一路流過電磁鐵YA1的線圈，使YA1產生磁場。由于YA1和YA2均固定在蹺板底座兩端且與蹺板兩端下方粘固的兩塊永久小磁鐵相對應，如果YAl的接線合理，便能在YA1鐵芯的上端形成N極，這恰好與蹺板左端小磁鐵的N極相對而發生“排斥”，其結果是蹺板左端被磁力推斥升高、右端則下降落在YA2上。接下來，電容器C1、C2充、放電過程結束，VT2轉為導通、VT1轉為截止，VT2的集電極電流流過VD2使其發光、流過YA2在其鐵芯上端形成s極，這與蹺板右端小磁鐵的s極恰好相對而同樣發生“排斥”，于是蹺板右端升高、左端降低……上述過程反復循環進行，蹺板在發光二極管VD1、VD2交替亮滅的同時，會一上一下交替擺動，從而產生“黑白豬”不停地蹺蹺板的趣味動景。

電路中，同時調整電阻器R2和R3或振蕩耦合電容器c1和c2的數值，可改變電容器充、放電時間的長短，從而能夠改變蹺板上下擺動的頻率(即快慢)。由于蹺板的機械翻動頻率不能太高，所以電路中c1和C2的數值取得比較大(均為220μF)，以使振蕩頻率較低。發光二極管VD1、VD2除有閃光功能外，還具有分別保護VT1和VT2不被相應電磁鐵線圈上所產生的較高感應電壓擊穿的作用。

二、元器件選擇

晶體管VT1、VT2均選用9014(集電極最大允許電流ICM=100mA，集電極最大允許功耗PCM=310mW)或3DG8型硅NPN小功率三極管，要求兩管盡量配對、電流放大系數p≥50。VD1、VD2均采用φ5mm普通紅色發光二極管。

電磁鐵YA1、YA2需自制：首先按圖3所示，取兩根φ5mm×25mm的鐵芯，另取φ20mm的塑料圓片4片，中心開出φ5mm的圓孔，其中兩個塑料圓片的邊沿處還要分別開出兩個φ1-1.5mm的穿線孔，再用強力膠將兩對塑料圓片分別粘固在兩根鐵芯兩端，其中一端露出鐵芯約5mm，即做成兩個電磁鐵的線圈骨架；也可采用兩只現成的卷裝醫用膠布的塑料芯子做線圈骨架，并在塑料芯子的一頭鉆上兩個φ1.5mm的穿線孔。然后，取φ0.12mm的漆包線分別在兩線圈骨架上繞3000匝左右，要求線圈引線長度不小于80mm，YA1的線圈正向繞制，YA2的線圈反向繞制，即兩個線圈的繞向正好相反。

小磁鐵最好選用磁性較強的扁圓形或方形永久磁鐵，從市售磁性碰鎖或廢舊磁性鉛筆盒中拆出來的磁鐵，使用效果就挺不錯。如能夠購買到體積小、磁性強的新型釹鐵硼磁鐵，則使用效果更佳。

R1-R4均用RTX-1／8W型碳膜電阻器。C1、C2均用CD11-10V型電解電容器。SA可用CKB-1型撥動開關。G用四節5號或7號干電池串聯(需配套塑料電池架)而成，電壓6V。

三、制作與使用

圖4所示是“黑白豬”蹺蹺板的印制電路板接線圖，印制電路板實際尺寸約為40mm×25mm。焊接時注意，發光二極管VD1和VD2、電源開關SA和電池G，均應通過一定長度的細電線焊接在印制電路板上。其余元器件則直接插焊在印制電路板上。另外還要特別注意，不要將電解電容器c1和c2、發光二極管VD1和VD2的極性接反，也不要焊錯晶體三極管VT1和VT2的管腳。

蹺板及其支架、底座盒等，按照圖5所示加工制作。蹺板用有機玻璃板或輕質薄木板按圖5(a)提供的尺寸加工制作，在蹺板中軸線兩頭的位置處，各打上一定深度(≥10mm)的針孔，分別插上兩枚截短了的大頭針做轉軸。鐵皮支架用鍍鋅薄鐵片或罐頭馬口鐵皮按圖5(b)提供的尺寸和形狀加工制成。底座盒用有機玻璃板、薄木板或五合板粘制而成，其尺寸及外形見圖5(c)所示。在底座盒面板距兩端15mm處各開出φ5mm的小孔，用來放置電磁鐵YA1和YA2的鐵芯；在中間位置按鐵皮支架4只插腳的間距，開出4個對應小方孔，用于固定鐵皮支架。在底座盒前側面兩頭各開出由5mm的小孔，以便嵌放發光二極管VD1和VD2；在中間位置開出大小合適的小孔，用于固定電源開關SA。

組裝參照圖1所示進行。首先，將鐵皮支架插入底座盒面板所開的4個對應小方孔內，并使盒內伸出的4只鐵皮腳彎折勾緊。然后，通過兩枚截短的大頭針把蹺板裝在鐵皮支架上。蹺板的兩端下面用強力膠各粘一塊小磁鐵，小磁鐵的磁場方向應與蹺板垂直。如果小磁鐵體積較大，可以事先根據小磁鐵的形狀在蹺板兩端挖槽，把小磁鐵粘固在槽內。蹺板上面的左右端各粘上一黑一白兩個卡通“黑白豬”圖片，如果能夠購買到大小適中的市售塑料或絨布做成的卡通“黑白豬”，則效果更理想。蹺板應保持兩邊基本平衡、上下擺動起來靈活，而且“黑白豬”的身體及蹺板不可過重。焊接好的電路板、電池G(帶塑料架)等全部安裝在底座盒內，發光二極管VDl和VD2、電磁鐵YAl和YA2、電源開關SA等，分別嵌固在底座盒上所開出的對應小孔內。“黑白豬”蹺蹺板的外觀，應發揮自己的想象力去盡力美化。

裝配好的“黑白豬”蹺蹺板，只要元器件質量有保證，焊接無誤，閉合電源開關SA后，蹺板就會上下翻動．并且發光二極管VD1和VD2也會同步閃亮。如果蹺板擺動速度太快，可通過適當增大電容器c1和c2的容量或電阻器R2和R3的阻值來加以調整；反之，蹺板翻動速度太慢時，則應減小其容量或阻值。如果發現電磁鐵YA1和YA2的推力不足，可以適當減小電阻器R2和R3的阻值，或者換用B值大一些的晶體三極管VT1和VT2，以使其能夠進入深度飽和。如果其中有一個電磁鐵將蹺板吸住不放，可將蹺板上對應的小磁鐵調換一下極性；如果兩電磁鐵都吸住蹺板，則應把蹺板左右兩端調換一下位置，或同時調換蹺板兩端小磁鐵的極性。

這個“黑白豬”蹺蹺板在工作時電路最大電流將近50mA，無論當玩具或作為小擺設使用時，均應注意做到人離開隨手關掉電源開關SA，以節約電能。