雷電探測器的制作

雷雨時，常會看到電光閃閃，聽到雷聲隆隆，這就是人們常說的雷電。雷電對人類的危害性眾所周知，就每家每戶而言，雷電發生時常會引起家庭失火、損壞家用電器，甚至危及人身安全!

據國家氣象局的不完全統計，我國每年因雷擊傷亡人數逾千，造成的直接經濟損失更是無法估量。可見，雷電災害是一種破壞性很大的自然災害。每年的5月～9月是我國雷雨頻發的季節，宣傳和開展有關全民科學預防雷電災害活動具有極其重要的意義。

如果自己動手制作一臺小小的雷電探測器，可對雷電進行早期預警。它能夠在本地發生雷雨之前，探測出遠處天空云層間或云層與大地之間的放電，進行早期報警。

這樣，我們可以及時采取相關的防雷擊措施，如斷開家用電器的電源、拔掉計算機調制解調器的數據傳輸線、不使用電話和手機等，做到防患于未然，避免雷電造成重大傷害事故!

一、工作原理

雷電探測器的電路如圖1所示，它實際上是一個高靈敏度的靜電放電檢測器。

晶體三極管VTI、VT2組成直流耦合式自激振蕩電路，其正反饋回路總增益由微調電位器RP來設定。

晶體三極管VT3與晶體二極管VD、耦合電容器c4等組成整流開關電路。

HA為微型壓電陶瓷蜂鳴器。

平時，由晶體三極管VTl和VT2組成的振蕩電路處于臨界自激振蕩狀態，晶體三極管VT3因無合適偏壓而處于截止狀態，壓電陶瓷蜂鳴器HA無電不工作。此時，整個電路耗電甚微，實測靜態總電流≤60μA。

每當遠處云層放電或已發生雷擊(云層與地面之間的放電)時，天線W檢測到感應電信號，并經電容器C1耦合到晶體三極管VTl的基極，觸發振蕩電路起振。

于是，VT2的集電極就輸出約42kHz的振蕩電信號，經電容器c4耦合到VT3的基極，通過晶體二極管VD整流，得正向電壓去偏置VT3，使其導通，從而在VT3的發射極輸出直流電壓，驅動壓電陶瓷蜂鳴器HA發出單音“嘀——”聲，提醒主人:雷電將至，注意預防!

電路中，電容器C3設定了晶體三極管VT2發射極的固定相位，而接在微調電位器RP滑動觸點上的電容器C2在振蕩時會增加相移。

C5為晶體三極管VT3輸出電壓的濾波兼延時電容器，它不僅能夠使壓電陶瓷蜂鳴器HA兩端獲得的工作電壓平穩，HA發聲更響亮;而且由于其容量選擇比較大，所以還具有一定的使HA延時發聲作用。C6為電源濾波電容器，它能夠降低電池G的交流內電阻，避免電路產生阻塞振蕩，相對延長電池使用壽命。

二、元器件選擇

晶體管VT1～VT3均用9014(集電極最大允許電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310roW)型硅NPN小功率三極管，要求電流放大系數B>200。

實際上，任何同類型的小功率、高增益晶體三極管(如3DG8、BCl09C等)，都可以在這里使用。VD用1N4148型硅開關二極管。

RP選用普通塑料封裝的小型臥式微調電位器。R1～R4一律用RTX-114W型碳膜電阻器。C1、C2用CCl型高頻瓷介電容器，3、C4用CTI型低頻次介電容器，C5、C6擁CD11-16V型電解電容器。

HA選用CPBl4A12-4.0型自帶音源微型直流壓電陶瓷蜂鳴器，它實質上是一個內含振蕩電路和壓電陶瓷片的有源發聲器;它不需要外加任何音頻驅動電路，只要接通直流電源就能直接發聲，使用非常方便。

CPBl4A12-4.0的主要參數:外形尺寸為φ14mm×7.5mm，重量0.9g;發聲頻率為4.0±0.5kHZ(連續單音)，聲壓電平~80dB;直流工作電壓范圍3v～15V，工作電流≤7mA，工作溫度范圍-20℃～70%。

該壓電陶瓷蜂鳴器屬于微功耗器件，被廣泛應用在各種儀器、儀表和微型報警裝置上作發聲器件。

天線w可用便攜式收音機常用的150mm長度的拉桿天線，也可用相同長度、φ1mm的粗銅(鐵)絲來直接代替。G采用6F22-9V型疊層干電池，要求配上撳鈕式接線扣板。本機不設電源開關，用畢從撳鈕式接線扣板上取下干電池即可。

三、制作與使用

圖2所示為該雷電探測器的印制電路板接線圖。印制電路板實際尺寸約為50mm×25mm。

焊接好的電路板可裝入尺寸約為80mm×55mm×25mm的絕緣小盒內。盒面板適當位置處開出φ5mm和φ14mm的小圓孔各一個，分別作為微調電位器PR的調節孔(用于伸進小螺絲刀頭)和壓電陶瓷蜂鳴器HA的安裝孔。盒子頂端適當位置處開出小孔，用于伸出天線W。

安裝好的電路，檢查無問題后，便可接通干電池G，開始進行調試。

具體方法:首先，用小螺絲刀緩慢調節微調電位器RP的電阻值，使壓電陶瓷蜂鳴器HA處于臨界發聲狀態(即振蕩電路處于臨界起振狀態)。

然后，用小螺絲刀戡手直接去觸及一下天線W，則壓電陶瓷蜂鳴器HA應發聲1s～2s。如果HA連續發聲或根本不發聲，則說明探測器的靈敏度過高或太低，應重新微調RP，再進行檢測，直至符合要求。

還可以用一把摩擦后帶電的塑料直尺(或塑料梳)，在距離天線W約2m遠的地方用手指逼近塑料尺而使其放電，檢驗能否讓壓電陶瓷蜂鳴器HA可靠發聲1s～2s。如果不符合要求，亦應重新細調RP，直至達到要求為止。

調試好的探測器，可擺放在計算機桌旁或經常有人的地方，進行每天24小時全天候的雷電預報工作。一旦探測器發聲，在排除其他靜電放電干擾的情況下，便說明雷電即將到來。

有時探測器發聲后，隔數秒鐘會聽見遠方傳來的沉悶雷電聲。這是因為，電波以3.0×108m/s的速度傳播至探測器，而雷聲以340m/s(15℃空氣中)的低速度傳播至人耳的緣故。

如果對照鐘表讀出探測器開始發聲至聽見雷聲的時間，再乘以340na/s的聲音傳播速度，則可求得雷電發生處到自己處的直線距離來。

該雷電探測器一般可檢測到半徑5km范圍內的云中放電。其電路靜態工作電流≤60μA，報警時工作電流為4mA左右。每換一塊9V新干電池，通常可連續監控一年時間。