簡(jiǎn)易“競(jìng)賽搶答器”的設(shè)計(jì)和制作

摘要：介紹師生互動(dòng)研制搶答器過程。通過專題實(shí)踐活動(dòng)，旨在加深和擴(kuò)展學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解與應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：搶答器；設(shè)計(jì)；制作

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)2(S)-0053-3

學(xué)校經(jīng)常開展的第二課堂活動(dòng)需用搶答器。搶答器市面無現(xiàn)貨，網(wǎng)上雖有郵購(gòu)但價(jià)格較貴。廠家生產(chǎn)的競(jìng)賽搶答器大多具有數(shù)碼全自動(dòng)功能，制作復(fù)雜、成本高。為此，我們研制了成本低、制作簡(jiǎn)單的搶答器。筆者選用自動(dòng)控制電子元件可控硅等材料。經(jīng)反復(fù)實(shí)踐，終于制作出二臺(tái)有九組控制功能、簡(jiǎn)易實(shí)用的智力競(jìng)賽搶答器（圖1）。經(jīng)實(shí)際使用，效果較好，并被選送參加省級(jí)自制教具比賽，獲三等獎(jiǎng)。現(xiàn)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(jī)一臺(tái)、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?lián)尨鸢粹o發(fā)出搶答信號(hào)，此時(shí)其他參賽組成員的搶答電路即無觸發(fā)導(dǎo)通條件而失效。在主持人解除搶答信號(hào)后，電路才自動(dòng)恢復(fù)到各組成員又可均等搶答的狀態(tài)中。

1.2 工作原理

本機(jī)電路由核心元件單向晶閘管、繼電器等組成，接通電源時(shí)，當(dāng)任一組搶答者最先按下?lián)尨鸢粹o，即對(duì)應(yīng)單向晶閘管控制極有觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，相應(yīng)組號(hào)的指示燈亮。同時(shí)繼電器迅速動(dòng)作立即斷開所有管子的觸發(fā)電路和接通音響告知電路蜂鳴器發(fā)出提示音。原已導(dǎo)通的管子當(dāng)觸發(fā)電路斷開失去了控制極觸發(fā)電壓后，仍能形成正反饋放大過程，使管子導(dǎo)通電流≥其維持電流，管子呈持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)。其后搶答的因晶閘管失去了控制極觸發(fā)電壓都不導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)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(dǎo)通。

2 制作材料、元件和工具

學(xué)生多用表、電烙鐵、鉆子和φ1㎜～φ８㎜鉆頭、小鋼鋸、小刀（中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常用工具中均有）等。

3 制作過程及方法

3.1 根據(jù)元件性能設(shè)計(jì)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(shù)要求

①單向晶閘管MCR100-6的選擇。管子工作電流1A＞0.１４Ａ（整機(jī)工作輸出電流），遠(yuǎn)滿足要求。先用學(xué)生多用表進(jìn)行導(dǎo)通特性檢測(cè)：置R×1檔，將紅表筆接晶閘管負(fù)極，黑表筆接正極（圖3），這時(shí)表針不動(dòng)，然后用黑表筆觸一下控制極K，給K極一正向觸發(fā)電壓，這時(shí)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(fā)特性基本正常，否則是觸發(fā)特性不良或根本不能觸發(fā)，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(cè)電路能直觀地檢測(cè)其導(dǎo)通情況。圖中VS為待測(cè)管；L為12V指示燈，它是管子導(dǎo)通時(shí)的負(fù)載；E為-12V電源；R為控制極限流電阻。

檢測(cè)方法 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，晶閘管應(yīng)處于阻斷狀態(tài)，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(yán)重。此時(shí)將多用表置直流電流檔代替指示燈可測(cè)出漏電電流的大小。將開關(guān)S迅速地閉合一下，該管觸發(fā)而導(dǎo)通，此時(shí)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(dǎo)通壓降大。可用多用表檢測(cè)導(dǎo)通時(shí)壓降，一般近1V。若S閉合時(shí)燈亮，S斷開時(shí)燈滅，其控制極損壞。

總之，選用截止時(shí)漏電流很小，觸發(fā)導(dǎo)通后壓降也很小，觸發(fā)靈敏度相近，性能良好的管子是關(guān)鍵。

②控制極限流電阻R。該電阻對(duì)管子觸發(fā)靈敏度有影響，可防止管子之間相互干擾，產(chǎn)生誤動(dòng)作，不可不要。而且選擇不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生多管同時(shí)導(dǎo)通。取值約1/4W 220KΩ～330KΩ。

③12V指示燈與燈座要接觸良好。若用發(fā)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(guān)作搶答按鈕時(shí)，要選用阻力小，從各方向壓按鈕芯時(shí)都保持接通良好的。可用多用表測(cè)量接觸狀況。必要時(shí)進(jìn)行改良或自制。

3.3 元件安裝線路板的設(shè)計(jì)制作

①根據(jù)實(shí)物元件尺寸和電路原理圖，設(shè)計(jì)繪制出元件安裝線路圖（圖略），并復(fù)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(fù)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?zhí)蕹溆嘁Ａ舨糠肿審V告紙覆蓋。

④把經(jīng)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。可加溫、晃動(dòng)溶液來加快腐蝕進(jìn)程，幾小時(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)位置。注意各管腳的極性，不能插錯(cuò)。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(jī)殼，用舊儀器殼和收錄機(jī)音箱改裝而成。在機(jī)殼頂部等距開孔安裝指式燈和恢復(fù)按鈕。中部安裝線路板，變壓器裝在底部，等。

⑥試機(jī)、測(cè)試整機(jī)和各單元工作電流。導(dǎo)通時(shí)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(jī)工作電流約為140毫安。依次按下每路搶答按鈕試機(jī)即相應(yīng)指示燈亮。試機(jī)２０次故障率為０；模擬競(jìng)賽試機(jī)每次只有最先搶者指示燈亮，其余不亮。試機(jī)２０次故障率為０。持續(xù)通電工作三小時(shí)沒有異常和過熱現(xiàn)象。

⑦整機(jī)組裝、定型。編寫資料，打印標(biāo)識(shí)。

4 使用方法

4.1 先把各搶答器外接控制線路插頭插入機(jī)盒上線路插口。

4.2 接通交流220伏電源。主持人說\"開始\"同時(shí)即按下機(jī)殼上面的恢復(fù)按鈕。

4.3 任一路先按下?lián)尨鸢粹o，對(duì)應(yīng)指示燈即亮并伴有聲響提示。遲按或不按搶答按鈕對(duì)應(yīng)線路指示燈不亮。每次搶答完畢，按下機(jī)殼上面的恢復(fù)按鈕一次后指示燈滅，提示響聲停止。再按一次恢復(fù)開關(guān)方可進(jìn)行下一輪搶答。

4.4 搶答者手向下壓搶答按鈕動(dòng)作完成后即抬手離開按鈕，使按鈕恢復(fù)常態(tài)。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(jìng)賽進(jìn)行。

5 優(yōu)點(diǎn)

①該機(jī)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，性能較可靠，有聲、光提示，比較美觀。完全達(dá)到搶答器功能要求。根據(jù)需要該搶答器控制電路組數(shù)可任意減少或擴(kuò)展。

②操作簡(jiǎn)單，體積小、重量輕、消耗功率小、造價(jià)低（每臺(tái)造價(jià)不到100元）。

③加深和擴(kuò)展了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解與應(yīng)用，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)、觀察、動(dòng)手解決問題的實(shí)際能力。

④培養(yǎng)學(xué)生善于廢物利用，節(jié)約、環(huán)保意識(shí)。

⑤制作與高中物理知識(shí)聯(lián)系緊密，材料來源便捷，適宜高中學(xué)生實(shí)驗(yàn)制作。亦可作為學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的有效工具。

參考文獻(xiàn)：

［1］金正浩等編.怎樣檢測(cè)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(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。