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最近更新：25.Jul.2020

背景介紹：

導電現象是現代人日常生活中常見的現象，所有電器的使用，都離不開它。隨便一個物體，拿個乾電池施加電壓於其上，都可檢測出或大或小的電流；電流大的，我們便稱該物體電阻小；電流小的，則是有比較大的電阻。如果拿水流來類比電流，那電壓就好比施加於水管兩端的壓力差，電流則像通過水管的水流量，電阻，就是像是水流過管子的阻力大小。這樣的關係，在物理學上，是由歐姆定律（電壓＝電流＊電阻）來描述。

電壓的單位是伏特（V），常見的乾電池端電壓是 1.5 V，USB輸出電壓是 5 V，牆壁上的插座則是方均根值為 110 V 的 60 Hz 交流電壓。電流是單位時間內流過的電荷量，單位是庫倫（C）/秒（s），也就是安培（A）。電阻的單位是歐姆（Ω），施加一伏特的電壓於一個物體兩端，若量到的電流是 1 安培，則該物體兩端間的電阻值為一歐姆。常見物體的電阻值有小到低於百分之一歐姆的金屬棒，也有大到超過一百萬歐姆的竹筷子，差異很大。

電阻的量測，最常見的方式就是用三用電錶。將三用電錶功能切換到歐姆檔，兩個探棒接上帶測物體，顯示器就會告訴你電阻有幾歐姆。實際上，三用電錶量測電阻的原理，也是靠施加一個電壓於待測物體上，測量其電流大小來換算成電阻值（所以，歐姆計內部都要有電源）。

單純的電阻量測，對於數字不敏感的人，可能會覺得很無感，於是，就有人想出了將電阻轉換成聲音頻率高低的方式，讓電阻的量測更有趣味。

利用555計時器來組出一個無穩態的多諧振盪器，是電子學課程常見的範例，也是常見的電子學實驗課程，其輸出訊號的震盪頻率和電路中的電阻與電容乘積有關。然而，就是有人這麼愛玩，把它變得這麼有趣，而他的創意，就是把生活周遭的人、物拿來當作電路裡的一個電阻，電阻的改變就造成了震盪頻率的改變，產生了有趣的音效。這，算是科學與藝術的結合吧！

先來看段影片：https://www.youtube.com/watch?v=PV_w38ldZaE

更進一步的電路運作原理解釋影片：https://www.youtube.com/watch?v=P4-Wl0W1004

接線圖如下：

圖中的 Contact+ Contact- 即為連接到外部人物的接觸點。

工作原理：

當電源剛接上時，左下角的 680 pF 電容尚未累積電荷，電壓降（在此為 Vc）為零。上方比較器（A）的負端輸入電壓為 2/3 VCC，正端輸入為 Vc = 0 V，所以輸出為零電位；下方的比較器（B）正端端輸入電壓為 1/3 VCC，負端輸入為 Vc = 0 V，所以輸出為高電位，所以正反器的輸出 Q 為高電位，Q' 為低電位。因此電晶體的 CE 處於斷路狀態，電容繼續被電源 VCC 透過 10 K Ohm 與 Rx（外部人、物的電阻）、100 K Ohm 充電。隨著電壓的上升，當 Vc 高過 1/3 VCC 時，比較器 A 的輸出仍為低電位，可是比較器 B 的輸出電位由高轉低，正反器處於 HOLD 狀態，所以 Q' 處於關斷狀態。電容繼續充電，直到電壓超過 2/3 VCC。此時比較器A的輸出狀態變成高電位，正反器的輸出 Q' 變成高電位，使得電晶體導通，電容透過 100 K Ohm 與 Rx 從電晶體放電，電壓回降到低於 2/3 VCC，正反器處於 HOLD 狀態，維持 Q' 的高電位狀態。最後當 Vc 的電位低於 1/3 VCC 時，正反器的輸出狀態改變，Q' 變成低電位，電晶體關斷，電容又再次處於充電狀態。所以，電容的電壓就在 2/3 VCC 與 1/3 VCC 之間震盪，震盪的週期就由充電與放電的時間相加得到。輸出 Q 的頻率為 1.44 / { [ 10K + 2 * (Rx + 100 K) ]* 680 pF }，當Rx = 0 時，頻率約為 10 KHz，而當 Rx 斷路時，輸出頻率為零。 Rx 越低，頻率越高。

所以，當外界人、物的電阻在變時，輸出的頻率其會隨之改變，造成有趣的音效。

使用材料：

555計時器IC ( 1 顆）、10 kΩ 1/8W 電阻（1 個）、100 kΩ 1/8W 電阻（1 個）、0.01 μF 陶瓷電容（1 個）、680 pF 陶瓷電容（1 個）、10 μF 25 V 電解電容（1 個）、20 mm 8 Ω薄膜喇叭（1 個）、24 pin IC 座（1 個）、圖釘（1 個）、2B 鉛筆（1 支）、鋁箔（1 捲）、窄膠帶（1 捲）、繞線棒（1 支）、鍍銀線（1 捲）、9 V 方形電池盒（1 個）、9 V 方形電池（1 顆）、斜口鉗（1 支）

施作步驟：

  1. 參考上圖，將 IC 座正面朝上、缺口處朝左放置， 555 IC 1 號腳位置於左下方插入座內。
  2. 依序將 10 kΩ 電阻、100 kΩ 電阻、680 pF 陶瓷電容、0.01 μF 陶瓷電容、與 10 μF 電解電容插入 IC 座。
  3. 拿出繞線棒，將鍍銀線依圖中的接線連接各個腳位。
  4. 將電池盒的正負極電線接到圖中的 Vcc 與 GND 腳位。
  5. 將薄膜喇叭的正負極接到圖中的 SP+ 與 SP- 腳位。
  6. 將鋁箔纏繞在鉛筆上，再用一條電線連接鋁箔與圖中的 CT+。
  7. 拿一條電線纏繞在圖釘上，將圖釘釘入 2B 鉛筆的上端筆芯，電線的另一端接到圖中的 CT-。
  8. 將電池盒、薄膜喇叭、IC 座分別用膠帶固定在筆的末端。
  9. 手握著筆上的鋁箔，在紙上畫一條線，同時用另一支手碰觸線的另一端，聽聽看喇叭發出的聲音！


成品圖：

若是手邊有已經洗好的電路板（目前是第六版V6）如下圖，則施作步驟如下：

印刷電路版本施作步驟：

  1. 將電池扣的紅線接到 B+ 焊點，黑線接到 B- 焊點
  2. 將喇叭線的一端接到 SP+ 焊點，另一端接到 SP- 焊點（無極性）
  3. 將圖釘從元件端插入電路板到底，與背面的焊點焊好。
  4. 剪一段約 4 公分的單心線，兩端撥線各露出約 1 公分，如圖將此段線插入 IC 座最左邊的孔位（紅色線）。
  5. 剪一段約 10 公分的單心線，兩端撥線各露出約 1 公分，如圖將此段線一端插入 IC 座 7 號孔位（綠色線，--），另一端黏到鋁箔紙條上。
  6. 依序將 10 kΩ 電阻、100 kΩ 電阻、680 pF 陶瓷電容、0.01 μF 陶瓷電容、與 10 μF 電解電容插入 IC 座。
  7. 用圖釘將電路板釘到2B鉛筆中。
  8. 組裝完成，裝上電池，測試喇叭是否能夠發出聲音。

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