光控電報機

這也是臺科秀要用的東西

利用光來打電報？

電報基本上就是電磁鐵

之前做過電報機的原型

但要在舞台使用聲音太小

那就直接用繼電器好了

答答答的聲音很明顯，搭配LED就會更明顯了

如果要更大的效果

到時候直接利用繼電器外掛就可以

光控就更簡單了

將光敏電阻放在G極的上拉電阻位置

利用VR機動調整配合現場的光度(電位)

選擇用FET，功率較大也比較穩定

做好像這樣

影片如下

想知道要拿來幹什麼

請期待11月的臺科秀囉~~

電子電路的電源選擇

在做電子電路設計的時候都是用DC

電池當然是一個最方便的選擇

但除非loading的功率很大

用一般碳鋅電池才是最好的選擇

若用高功率的電源，例如鹼性電池或鋰電池

除非操作者很小心

不然不小心短路就會很危險

花大錢又不安全

就像底下的電池盒一樣

上課還沒半小時就陣亡...

但電池畢竟是消耗品

長時間看來還是用電源供應器更好

但一般電源供應器不外乎就是交換式電源或線性電源

以這種電源來操作電子電路會發現一個很困擾的現象

直接碰觸B極就會導通CE極!!

這個現象有好有壞

好處就是可以直接作為單電極的觸碰開關

壞處就是電路很容易受到人體的干擾誤開或誤關

原因其實也很簡單

就是之前一直提到的耦合現象

細節可以參考這幾篇文章

簡單的來說就是因為電源供應器並不是標準直流電

在整流過程中會產生一個脈衝頻率

這個頻率會和人體之間耦合產生位移電流((Displacement Current)

我們直接測量電源供應器和人體之間的電壓(AC)

其實還不小呢!!

交換式電源

線性電源

同樣的概念，我們之前也用過示波器來偵測

就可以當作感應式驗電筆

這個感應電壓主要就是受到頻率的影響

而且頻率越高，人體和電源之間等效電容的容抗越小

所以在相同電壓的情況下

交換式電源(高頻，10k赫以上)感應出來的電壓比線性電源(低頻，60赫)要大上許多

所以我們即使改變電壓(變化幅度不大時)，感應電壓變化也不大

那要怎麼處理這個討厭的現象？

想辦法把這個感應電壓導掉就好

通常會在B極和地(或負極)之間放一個合適的電容

利用電容通交隔直的特性將感應電壓釋放到大地

這樣單觸B極就不會有影響了

這個電容的大小通常在0.01(103)-0.1(104)微法上下

還是要看感應電壓的大小和電晶體的種類來匹配

若電容再並聯一個數百K的放電電阻效果就更棒了

要同時碰觸B極和正極才能導通

這就是工程師在實際電路中解決 EMI（電磁干擾）的方法

馬達轉向控制器_電流變換電路

電流變換的電路在許多研習中都有提到

六段變壓器、線控風力車、安培定律實驗板等

我們都是用三段6P(兩迴路)的開關來改裝

「可以用電子電路嗎？」有老師問

這個電路一開始(20多年前)我就是想用電子電路解決

但當時功力不夠

20多年後又有老師提起

我想應該可以來設計看看

不難~~

電路圖如下，請笑納

SW1控制Q1，SW2控制Q2

當按下SW1，馬達電流向左

但在a點有分路往Q2啊

通往Q2的B極有1k的電阻

相較於Q1的CE極短路，當然不會走Q2

同樣的在b點也不會走Q1的

這樣就完成電子控制電流方向的電路了

影片如下

示波器當驗電器_耦合的應用

實驗的時候偶然發現我抓著示波器時竟然有一個正弦波的訊號出現

而且還是漂亮的60Hz

                                        

原本不以為意，就當作是波器本身的雜訊吧？

但又時有時無，直到開關電源時發現訊號突變

這就絕對不是雜訊了

明顯就是市電的影響

人體本身就是一個大電容

當附近有交變電場時，電容會耦合產生位移電流

因為示波器本身就是一個靈敏的伏特計

因此當手抓著探針時，周圍又有交變電場(60Hz市電)

示波器就會感應出一個電壓

理論如此，就實驗看看

1.探針夾著一條導線靠近未通電的電線

示波器沒有反應

2.靠近通電的電線

60Hz正弦波

而且越靠近電線訊號越強

3.突然開啟電源

明顯產生一個高電壓突波

4.用訊號產生器模擬交變電場，5k Hz

示波器感應出5k Hz正弦波

5.訊號產生器模擬交變電場，9k Hz

示波器感應出9k Hz正弦波

6.訊號產生器模擬交變電場，60 Hz

示波器沒有反應

從以上實驗可以明顯證實是波器確實可以透過耦合的方式感應出附近的交變電場

而且非常靈敏

但若用訊號產生器，因為電壓最高只有3.3V

因此頻率至少要到150Hz左右

示波器才會感應到訊號

這樣就可以直接用示波器來當作感應式驗電筆了

而且調整示波器的顯示電壓範圍就可以調整靈敏度

有發現新大陸的感覺啊~~

提高勾表靈敏度

勾表用耦合的方式，不需要打開電路串聯

因此可以偵測極大的電流，隨便都有幾百安培!!

但同樣的，對微小電流就不靈敏了

通常辨識率約10mA
相較於安培計(三用電表)到微安等級，實在差很多
還是有方法可以提高準確度的~~
從原理下手就對了...

拉高磁通量就可以

用實心線繞十圈串聯在電路中

這十圈可以增加十倍的磁通量

理論上就提高了十倍的準確度

實測如下

直接勾電線

勾十倍線圈

但也不可能無限制拉高分辨率

實心線繞100圈!!

不實際吧~~

電感耦合的應用_自製CT環

再來隨便寫

之前花了許多篇幅說明數位電錶測量電壓的原理

還有測量電阻的方法

當然，利用串聯測量電流的方式也說過了

指針式的構造和電路原理也寫過

也利用這些原理和大家分享如何分辨一般電表與TRUE RMS電表

加上前幾天說的耦合概念

勾表就誕生了~~

原理和實驗也可以參考這篇

大功率的功率計也是相同的方法測量電流

那顆電感就叫做CT環(比流器 ，Current Transformer)

CT環的構造很像一般的環型電感

只不過內部線圈的圈數更多，至少都是上千

基本上不可能有辦法自己繞

用變壓器來改裝吧!!

一般工型變壓器有一級線圈和二級線圈

低功率降壓型的工型變壓器一級線圈通常線圈數都很多

拆掉二級線圈只留一級線圈就可以充當比流器了

直接在CT環接上LED燈就可以比較通過的電流大小

完全非接觸

這就是耦合厲害的地方

耦合的概念與應用

之前在談高頻無線充電時提到耦合的概念

這個名詞很陌生但卻好像在物理學裡又常常聽到

就我所了解的和大家聊聊吧(不負責喔)

耦合(Coupling)，基本上就是連結兩個物理系統的方式(或者稱為交互作用)

可簡單區分為需要介質和不需要介質兩種模式

需要介質的耦合通常就是利用接觸力來連接兩個系統

例如腳施力在踏板上，利用齒輪和鍊條將能量(或動量)傳遞到後輪上

又或者撞球，母球碰撞紅球，也會將能量(或動量)轉移到紅球上

能量，可以視為施力作用的空間(距離)

動量，可以視為施力作用的時間

這種耦合的模式其實大家很熟悉

只是我們用了一個陌生的名詞(耦合)來說明

另外比較模糊(玄學)的就是不需要介質的耦合

其實並不是不需要XXX，而是利用場的方式來當作傳遞的載體

最常見的就是重力場、電場和磁場

星球之間利用重力場讓彼此擁有圓周運動的向心力

電場的耦合最常用的媒介就是電容

當某個空間內有電位高低，就存在著電場(即使沒有產生電流)

因此交流電的火線和中性線或大地(ground)之間就存在一個交變的電場

當有一個電容在這個電場內，就會使電容內部的電子趨向產生電位差

若這個電場有變化，電容就會將這個電子釋放出來，也就是所謂的位移電流((Displacement Current)，偉哉~馬克士威!!

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所謂位移電流就是因為「變化電場」等效而成的電流

並不是真實電荷的流動，而是電通量 (Electric Flux) 隨時間的變化率

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因此我們將非接觸式驗電筆靠近火線時

火線和驗電筆之間就出現了一個電容(空氣就是絕緣介質)

這個電容產生的位移電流雖然極小

但透過驗電筆內部的放大電路就可以使LED或蜂鳴器作用

說得簡單，實際上這個放大電路的設計非常高竿

必須讓B極(或G極)穩定處在未飽和與飽和的界線

還必須避開人體(和大地之間)電容的干擾

很考驗工程師的能力

磁場耦合的媒介就是電感

在電學系統中產生磁場的來源就是電流

因此必須要有負載的情況下才會有電流(電場的產生不一定要有負載)

最常見的應用就是變壓器和勾表

勾表內有一個CT環(比流器 ，Current Transformer)

當有交變磁場通過CT時

內部電感會感應出電動勢，同時產生感應電流

相關實驗可以參考這篇

感應電流的大小和這個交變磁場有正相關

透過內部電路就能換算出通過的電流

所以勾表只能掛在其中一條電線上(L或N)

同時掛在兩條線時，磁場就會相互抵銷

如果此時還是有偵測到電流

那就表示L和N的電流不相等(通常都是L＞N)

最有可能的原因就是漏電了 

搶答鈴

邏輯電路的應用最經典的應該就是搶答鈴了吧~~

用符號來表示就像這樣

and必須同為1才會輸出

因此將第一組的not 1 連接(預設為1)第二組and 2 的輸入端B2

同樣把第二組的not 2 連接第一組and 1 的B1

當第一組按下輸入端A1，此時輸出1給LED電路和not 1

同時and 2 收到not 1 的訊號，輸入端B2變為0

這時你不管怎麼按A2都不會有反應了

同樣如果先按A2，A1也不會有反應

這就是搶答鈴的基本概念

重點在於and輸出給LED和not的時候必需等值

因此LED要有一個電晶體電路

直接輸給LED是行不通的

因為電路會選擇跑not的BE端

這種電路圖對初學邏輯電路的人來說就是天書

直接改成電路圖其實更清楚(??)

也才能了解電路走向，不是只有組裝而已

影片如下

那可否擴充為更多組？

當然可以，但基本兩組就已經接成蜘蛛網

所以就會直接用集成IC來做了

模組的概念就這裡慢慢成形