“黑白猪”跷跷板小摆设电路的制作

简介：

在中国民间，憨厚可爱的猪是随和、厚道、诚实、本分、财富的象征。而由日本偶像创作旗舰公司于2005年3月推向市场的卡通“黑白猪”造型图案，更是受到众多少男少女们的追捧和迷恋！如果你的生肖是十二属相中的猪， 或者你对卡通猪一类的玩具喜欢有加，不妨按照下面的介绍自己动手制作一个如图1所示的“黑白猪”跷跷板小摆设，将它摆放在自己的写字台或家里客厅的博古架上，让不停地跷上跷下的“黑白猪”时刻陪伴着你，则不失为一件有意义的趣事。

图1 “黑白猪”跷跷板小摆设外形图

工作原理：

“黑白猪”跷跷板小摆设是根据两块磁铁间N极（北极）或S极（南极）“同性相斥”的基本原理而制成的，它的电路图如图2所示。晶体三极管VTl、VT2等组成的典型无稳态多谐振荡器控制两个电磁铁YAl和YA2交替工作， 所产生的间歇磁场与跷板上对应的永久磁铁发生“同性相斥”作用，以维持跷板及上面的“黑白猪”不停地跷上跷下。

图2 “黑白猪”跷跷板小摆设电路图

由图2可知，晶体三极管VTl的集电极通过电容器C1与VT2的基极耦合，VT2的集电极通过C2与VTl的基极耦合，因此这是一个集一基耦合式无稳态多谐振荡器。闭合电源开关SA后，电路通电起振， VTl与VT2交替导通和截止，发光二极管VDl和VD2交替亮灭，同时电磁铁YAl和YA2的线圈也交替通电。当VTl导通、VT2截止时，VTl集电极电流分成两路：一路通过限流电阻器R1使VDl发光；另一路流过电磁铁YAl的线圈，使YAl产生磁场。 由于YAl和YA2均固定在跷板底座两端且与跷板两端下方粘固的两块永久小磁铁相对应，如果YAl的接线合理，便能在YAl铁芯的上端形成N极，这恰好与跷板左端小磁铁的N极相对而发生“排斥”，其结果是跷板左端被磁力推斥升高、右端则下降落在YA2上。 经过一段时间，电容器C1、鲍无放电过程结束，VT2转为导通、而VTl转为截止，VT2的集电极电流流过VD2使其发光、流过YA2在其铁芯上端形成S极，这与跷板右端小磁铁的S极恰好相对而同样发生“排斥”，于是跷板右端升高、左端降低……。 上述过程反复循环进行，跷板在发光二极管VDl、VD2交替亮灭的同时，会一上一下交替摆动，从而产生“黑白猪”不停地跷跷板的趣味动景。

电路中，同时调整电阻器R2和R3或振荡耦合电容器Cl和C2的数值，可改变电容器充、放电时间的长短，从而能够改变跷板上下摆动的频率（即快慢）。由于跷板的机械翻动频率不能太高， 所以电路中C1和雕的数值取得比较大（均为220PF），以使振荡频率较低。发光二极管VDl、VD2除有闪光功能外，还具有分别保护VTl和VT2不被相应电磁铁线圈上所产生的较高感应电压击穿的作用。

元器件选择：

晶体管VTl、VT2均选用9014（集电极最大允许电流Icm=100mA，集电极最大允许功耗Pcm=310mW）或3DG8型硅NPN小功率三极管，要求两管尽量配对、电流放大系数渗50。 VDl、VD2均采用45mm普通红色发光二极管

电磁铁YAl、YA2需自制：首先按如图3所示，取两根Φ5M×25mm的铁芯，另取Φ20mm的塑料圆片4片，中心开出Φ5mm的圆孔，其中两个塑料圆片的边沿处还要分别开出两个Φ1—1.5mm的穿线孔， 再用强力胶将两对塑料圆片分别粘固在两根铁芯两端，其中一端露出铁芯约5mm，即做成两个电磁铁的线圈骨架；也可采用两只现成的卷装医用胶布的塑料芯子做线圈骨架，并在塑料芯子的一头钻上两个Φ1—1.5mm的穿线孔。 然后，取Φ0.12mm的漆包线分别在两线圈骨架上绕3000匝左右，要求线圈引线长度不小于80mm，YAl的线圈正向绕制，YA2的线圈反向绕制，即两个线圈的绕向正好相反。

图3 电磁铁的制作

小磁铁最好选用磁性较强的扁圆形或方形永久磁铁，从市售磁性碰锁或废旧磁性铅笔盒中拆出来的磁铁，使用效果就挺不错。如能够购买到体积小、磁性强的新型铵铁硼磁铁，则使用效果更佳。

R1-R4均用RTX—1/8W型碳膜电阻器。C1、C2均用CD11—10V型电解电容器。SA可用CKB—1型拨动开关。G用四节5号或7号干电池串联（需配套塑料电池架）而成，电压为6V。

制作与使用：

如图4所示是“黑白猪”跷跷板的印制电路板接线图，印制电路板实际尺寸约为40mm×25mm。印制电路板可直接采用“洞洞板”。焊接时注意，发光二极管VDl和VD2、电源开关SA和电池G， 均应通过一定长度的细电线焊接在印制电路板上，其余元器件则直接插焊在印制电路板上。另外还要特别注意，不要将电解电容器C1和C2、发光二极管VDl和VD2的极性接反，也不要焊错晶体三极管VTl和VT2的管脚。

图4 “黑白猪”跷跷板小摆设印制电路板图

跷板及其支架、底座盒等，按照如图5所示加工制作。跷板用有机玻璃板或轻质薄木板按如图5（a）提供的尺寸加工制作，在跷板中轴线两头的位置处，各打上一定深度（》10mm）的针孔， 分别插上两枚截短了的大头针做转轴。铁皮支架用镀锌薄铁片或罐头马口铁皮按如图5（b）提供的尺寸和形状加工制成。底座盒用有机玻璃板、薄木板或五合板粘制而成，其尺寸及外形如图5（c）所示。 在底座盒面板距两端15mm处各开出Φ5的小孔，用来放置电磁铁YAl和YA2的铁芯；在中间位置按铁皮支架4只插脚的间距，开出4个对应小方孔，用于固定铁皮支架。在底座盒前侧面两头各开出Φ5M的小孔， 以便嵌放发光二极管VDl和VD2；在中间位置开出大小合适的小孔，用于固定电源开关SA。

图5 跷板及壳体的加工制作

组装参照图1所示进行。首先，将铁皮支架插入底座盒面板所开的4个对应小方孔内，并使盒内伸出的4只铁皮脚弯折勾紧。然后，通过两枚截短的大头针把跷板装在铁皮支架上。跷板的两端下面用强力胶各粘一块小磁铁， 小磁铁的磁场方向应与跷板垂直。如果小磁铁体积较大，可以事先根据小磁铁的形状在跷板两端挖槽，把小磁铁粘固在槽内。跷板上面的左右端各粘上一黑一白两个卡通“黑白猪”图片，如果能够购买到大小适中的市售塑料或绒布做成的卡通“黑白猪”， 则效果更理想。跷板应保持两边基本平衡、上下摆动起来灵活，而且“黑白猪”的身体及跷板不可过重。焊接好的电路板、电池G（带塑料架）等全部安装在底座盒内，发光二极管VDl和VD2、电磁铁YAl和YA2、电源开关sA等， 分别嵌固在底座盒上所开出的对应小孔内。“黑白猪”跷跷板小摆设的外观，应发挥自己的想象力去尽力美化。

装配好的“黑白猪”跷跷板小摆设，只要元器件质量有保证，焊接无误，闭合电源开关SA后，跷板就会上下翻动，并且发光二极管VDl和W2也会同步闪亮。如果跷板摆动速度太快， 可通过适当增大电容器Cl和C2的容量或电阻器R2和R3的阻值来加以调整；反之，跷板翻动速度太慢时，则应减小其容量或阻值。如果发现电磁铁YAl和YA2的推力不足，可以适当减小电阻器R2和R3的阻值，或者换用P值大一些的晶体三极管VTl和VT2， 以使其能够进人深度饱和。如果其中有一个电磁铁将跷板吸住不放，可将跷板上对应的小磁铁调换一下极性；如果两电磁铁都吸住跷板，则应把跷板左右两端调换一下位置，或同时调换跷板两端小磁铁的极性。

这个“黑白猪”跷跷板小摆设在工作时电路最大电流将近50mA，无论作为小摆设还是当作玩具使用，均应注意做到不使用时随手关掉电源开关SA，以节约电能。如果改用交流电稳压电源供电，则效果更好。
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