簡易“競賽搶答器”的設計和制作

摘要：介紹師生互動研制搶答器過程。通過專題實踐活動，旨在加深和擴展學生對物理知識的理解與應用，增強學生創新意識和培養學生科學探究能力。

關鍵詞：搶答器；設計；制作

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)2(S)-0053-3

學校經常開展的第二課堂活動需用搶答器。搶答器市面無現貨，網上雖有郵購但價格較貴。廠家生產的競賽搶答器大多具有數碼全自動功能，制作復雜、成本高。為此，我們研制了成本低、制作簡單的搶答器。筆者選用自動控制電子元件可控硅等材料。經反復實踐，終于制作出二臺有九組控制功能、簡易實用的智力競賽搶答器（圖1）。經實際使用，效果較好，并被選送參加省級自制教具比賽，獲三等獎。現介紹如下。

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1 搶答器的基本功能和工作原理

1.1 基本功能

每套搶答器有主機一臺、搶答控制線九條（帶插頭和搶答按鈕）。在幾組參賽的情況下，首先搶答者按下搶答按鈕發出搶答信號，此時其他參賽組成員的搶答電路即無觸發導通條件而失效。在主持人解除搶答信號后，電路才自動恢復到各組成員又可均等搶答的狀態中。

1.2 工作原理

本機電路由核心元件單向晶閘管、繼電器等組成，接通電源時，當任一組搶答者最先按下搶答按鈕，即對應單向晶閘管控制極有觸發電壓而導通，相應組號的指示燈亮。同時繼電器迅速動作立即斷開所有管子的觸發電路和接通音響告知電路蜂鳴器發出提示音。原已導通的管子當觸發電路斷開失去了控制極觸發電壓后，仍能形成正反饋放大過程，使管子導通電流≥其維持電流，管子呈持續導通狀態。其后搶答的因晶閘管失去了控制極觸發電壓都不導通，對應的指示燈不亮，形成搶答自鎖，從而保證只有其中最先搶答的一路導通。

2 制作材料、元件和工具

學生多用表、電烙鐵、鉆子和φ1㎜～φ８㎜鉆頭、小鋼鋸、小刀（中學實驗室常用工具中均有）等。

3 制作過程及方法

3.1 根據元件性能設計繪制電路原理圖。

其基本的電路由搶答器主體電路、各組的搶答燈光顯示電路、搶答音響告知電路、電源電路等幾部分組成。如圖2所示。

3.2 挑選元件和元件參數要求

①單向晶閘管MCR100-6的選擇。管子工作電流1A＞0.１４Ａ（整機工作輸出電流），遠滿足要求。先用學生多用表進行導通特性檢測：置R×1檔，將紅表筆接晶閘管負極，黑表筆接正極（圖3），這時表針不動，然后用黑表筆觸一下控制極K，給K極一正向觸發電壓，這時表針示值為幾十歐～十歐左右，黑表筆馬上離開K極表針示值仍保持不變。表明管子觸發特性基本正常，否則是觸發特性不良或根本不能觸發，這樣的管子不能用。為更安全可靠，再用如圖4所示具體檢測電路能直觀地檢測其導通情況。圖中VS為待測管；L為12V指示燈，它是管子導通時的負載；E為-12V電源；R為控制極限流電阻。

檢測方法 當開關S斷開時，晶閘管應處于阻斷狀態，指示燈不亮；若指示燈亮，說明該管擊穿；若指示燈微亮，說明該管漏電嚴重。此時將多用表置直流電流檔代替指示燈可測出漏電電流的大小。將開關S迅速地閉合一下，該管觸發而導通，此時指示燈較亮，接著斷開S ，正常情況指示燈仍同樣亮；若指示燈不很亮，說明該管導通壓降大?？捎枚嘤帽頇z測導通時壓降，一般近1V。若S閉合時燈亮，S斷開時燈滅，其控制極損壞。

總之，選用截止時漏電流很小，觸發導通后壓降也很小，觸發靈敏度相近，性能良好的管子是關鍵。

②控制極限流電阻R。該電阻對管子觸發靈敏度有影響，可防止管子之間相互干擾，產生誤動作，不可不要。而且選擇不當會產生多管同時導通。取值約1/4W 220KΩ～330KΩ。

③12V指示燈與燈座要接觸良好。若用發光二極管作指示需串1/2w200Ω的電阻；不過亮度比前者稍弱。

④用電鈴開關作搶答按鈕時，要選用阻力小，從各方向壓按鈕芯時都保持接通良好的?？捎枚嘤帽頊y量接觸狀況。必要時進行改良或自制。

3.3 元件安裝線路板的設計制作

①根據實物元件尺寸和電路原理圖，設計繪制出元件安裝線路圖（圖略），并復印或直接粘貼在廣告裝璜紙上。

②按元件安裝線路圖的尺寸大小裁下絕緣敷銅板且擦干凈板面。將復印有元件安裝線路圖廣告裝璜紙粘貼在敷銅板（銅箔的一面）上。

③用刻刀把不用保留部分的廣告紙剔除，其余要保留部分讓廣告紙覆蓋。

④把經處理好的粘貼有廣告紙的敷銅板放入容器，倒入三氯化鐵溶液腐蝕，溶液必須將敷銅板浸沒?？杉訙?、晃動溶液來加快腐蝕進程，幾小時后直至把暴露的銅箔腐蝕干凈。完畢，溶液回收下次再用。

⑤取出敷銅板用水沖凈。依實物大小定位，用φ1～2.5mm鉆頭在線路板上鉆孔后安裝線路板告成。然后把元件插在線路板對應位置。注意各管腳的極性，不能插錯。然后焊接元件和線路，搶答按鈕安裝在圓木塊上。然后制作機殼，用舊儀器殼和收錄機音箱改裝而成。在機殼頂部等距開孔安裝指式燈和恢復按鈕。中部安裝線路板，變壓器裝在底部，等。

⑥試機、測試整機和各單元工作電流。導通時每路指示燈工作電流約１００毫安；蜂鳴器工作電流約４０毫安；整機工作電流約為140毫安。依次按下每路搶答按鈕試機即相應指示燈亮。試機２０次故障率為０；模擬競賽試機每次只有最先搶者指示燈亮，其余不亮。試機２０次故障率為０。持續通電工作三小時沒有異常和過熱現象。

⑦整機組裝、定型。編寫資料，打印標識。

4 使用方法

4.1 先把各搶答器外接控制線路插頭插入機盒上線路插口。

4.2 接通交流220伏電源。主持人說\"開始\"同時即按下機殼上面的恢復按鈕。

4.3 任一路先按下搶答按鈕，對應指示燈即亮并伴有聲響提示。遲按或不按搶答按鈕對應線路指示燈不亮。每次搶答完畢，按下機殼上面的恢復按鈕一次后指示燈滅，提示響聲停止。再按一次恢復開關方可進行下一輪搶答。

4.4 搶答者手向下壓搶答按鈕動作完成后即抬手離開按鈕，使按鈕恢復常態。不要按著不放。以免影響下次搶答。

4.5 在開賽前，各路參賽者依次試按搶答按鈕，以防因人為因素造成線路接觸不良等影響競賽進行。

5 優點

①該機設計科學合理，性能較可靠，有聲、光提示，比較美觀。完全達到搶答器功能要求。根據需要該搶答器控制電路組數可任意減少或擴展。

②操作簡單，體積小、重量輕、消耗功率小、造價低（每臺造價不到100元）。

③加深和擴展了學生對物理知識的理解與應用，提高了學生實驗、觀察、動手解決問題的實際能力。

④培養學生善于廢物利用，節約、環保意識。

⑤制作與高中物理知識聯系緊密，材料來源便捷，適宜高中學生實驗制作。亦可作為學生探究性學習的有效工具。

參考文獻：

［1］金正浩等編.怎樣檢測家用電器電子元器件.人民出郵電出版社.2001年1月

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。