Drawdio
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:
- 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。
- 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。
- 拿出繞線棒,將鍍銀線依圖中的接線連接各個腳位。
- 將電池盒的正負極電線接到圖中的 Vcc 與 GND 腳位。
- 將薄膜喇叭的正負極接到圖中的 SP+ 與 SP- 腳位。
- 將鋁箔纏繞在鉛筆上,再用一條電線連接鋁箔與圖中的 CT+。
- 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-。
- 將電池盒、薄膜喇叭、IC 座分別用膠帶固定在筆的末端。
- 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:
- 將電池扣的紅線接到 B+ 焊點,黑線接到 B- 焊點
- 將喇叭線的一端接到 SP+ 焊點,另一端接到 SP- 焊點(無極性)
- 將圖釘從元件端插入電路板到底,與背面的焊點焊好。
- 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)。
- 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。
- 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。
- 用圖釘將電路板釘到2B鉛筆中。
- 組裝完成,裝上電池,測試喇叭是否能夠發出聲音。