馬蓋先的時鐘

在馬蓋先水銀炸彈那集(絕對是經典之一)有許多有趣的科學

當然不可能當作教科書來讀

馬蓋先給的不是百分百的科學知識(人家又不是教育節目~~)

而是一種科學的思考模式，一種問題解決的思路，一種應用科學的態度

硬要去調侃裡面的科學實在是無聊至極(至少對我們這種忠誠的馬迷就是如此)

裡面的主角要解開其中一個利用計時才能開鎖的關卡

他很快想到利用增加電壓來加速石英鐘

這可以嗎？

基本一般上石英鐘是用一個晶振當作計時器

這個晶振透過IC計數，輸出一個較低頻率的交流電訊號輸入一組交流感應馬達

馬達收到訊號後帶動轉子再透過齒輪改變時針、分針、秒針的轉速

這個交流馬達的鐵芯兩邊不等價，因此磁場會產生微微的斜向分力

讓指針只能順時針旋轉

實測這組石英鐘

起振的頻率為0.5Hz

晶振有一個固定的頻率，理論上電壓確實會改變晶振的頻率

但其實影響並不大，至少要像影片加速成這樣是不可能的

我們實際測試，如下影片

基本上從1.5上升到3V左右

秒針的速度並沒有增為兩倍速

反而在電壓超過3V時啟動保護裝置不起振了

那要怎樣才能真正加速石英鐘呢？

那就要直接對交流馬達下手了

我們拆開將交流馬達的輸入端引出

再斷開原本的電路

手邊方便的交流電只有市電的60Hz

降壓後再通過1k的電阻限流，再輸入交流馬達

時鐘就飛快加速了~~

但這時因為電壓太高

原本的不等價鐵芯無法發揮功能

所以會隨機的正轉或反轉

只要輕觸幾次就可以選擇你要的轉向

這樣就能成功開鎖了~~

簡易LED電源

修過無數個LED燈

發現每個廠家的電源設計差異很大

這也會反應在價錢和使用時間上

好一點的會用開關電源

次級一點就用電感BUCK降壓

再更省一點就用容抗降壓

這個LED燈是用BUCK降壓的電路

這種電路通常都是輸出高壓直流電

LED燈板用串聯的模式

實際用高壓電源測為70V

高壓電路的測量方法可以參考這篇

電源板也不想修了

重新配一個容抗降壓(穩流)的電源給她

之後當作實驗的測試用電器就好

用個一個1微法的CBB電容

橋式整流和穩壓電容拆廢棄板來用

進入之前先過0.5A的保險

兩個電容也給她並上一條560k的放電電阻

才不會不小心電到自己

做好像這樣

實測功率約1-2W(原本燈板額定功率約9W)

這種電源高低壓沒有隔離

最好將電路絕緣，不然很容易觸電的

開關電源的自動反饋電路(國際電壓的原理)

今年春節很多朋友都在國外

剛剛收到某個朋友又問我日本的電器到底能不能帶回台灣用？

這個問題以前就已經回答過

請看這篇

如果小電器是國際電壓的規格

就放心買回來敗家不用擔心的

那甚麼是國際電壓？

其實就是可以依據輸入電壓自動調整輸出電壓為穩定要用的電壓

簡單的來說

現在的手機充電器「幾乎」都是國際電壓

不管輸入是100V、110V、220V

輸出都是5V

這是怎麼辦到的？

我們用一個簡單的電源管理IC，TNY266來示範一下

TNY266非常簡單

就是一個內建FET和頻率產生器的IC

幾乎不需要太多外接電路就能搞定的IC，有興趣的朋友可以玩看看

重點在於反饋電路

我們利用TL431建立一個參考電壓

當輸出電壓高於參考電壓

光耦內的LED就會發光

當電位差越大，LED越亮

光耦的接收端(NPN)開通的電流就越大

TNY226 pin4的輸出電壓也會越大

這時候TNY266就會降低開關的頻率讓輸出電壓下降

反之就會增加開關頻率讓電壓上升

這個反饋的裝置就會讓輸出電壓穩定在5V(TNY266內建輸出電壓就是5V，無法調整)

因為怕死，所以實驗不用110V

直接用可調DC電源來測試就好

所以輸出電壓只有3V左右

將熱地和冷地共點比較方便操作

正常情況我們會將兩個地隔離，這樣才不會有觸電的危險

電路圖如下

實驗影片如下

以20V為基準，頻率約46.6kHz，輸出電壓2.88V

電壓降為14.4V，頻率約132.1kHz，輸出電壓2.92V

電壓升到31.0V，頻率約36.3kHz，輸出電壓2.91V

維修電烤爐

整個除夕夜我就一直心繫著她

不時就握著她的手，深怕她生氣了，熱著了...

盯得我頭皮發麻

夜深了，我輕輕扒開她的衣裳

天啊~~這麼一個大姑娘支撐她脊髓的骨頭竟然如此隨意

我小心翼翼地旋開她脆弱的心

換上我為她精心準備的未來，2.0的未來

一個嶄新又安全的未來

中間不再有打擾我們的任何阻礙

這幾年她辛苦了，默默為這個家付出

決定再幫她買了一份10萬美金的保險

我內疚的心能表達的也只有如此了

仔細環顧她歷經歲月的身軀

這兩枚戒指也幫她悄悄換上新裝

再慢慢修整其他不搭配的疤痕

我輕輕喚醒她，9A的活力又充滿她的心

親愛的，希望妳能感受到我默默的付出

不再生氣，不再耍脾氣

我所做的一切就值了~~

經典RC震盪電路

要設計RC震盪電路

這應該是最經典的

電路的走法可以參考東海大學的實驗說明

https://physcourse.thu.edu.tw/bs508a/%E9%9B%BB%E8%B7%AF%E5%AF%A6%E9%A9%97/%E7%84%A1%E7%A9%A9%E6%85%8B%E5%A4%9A%E8%AB%A7%E6%8C%AF%E7%9B%AA%E9%9B%BB%E8%B7%AF/

一般會用NPN

這次嘗試電路反過來接，用PNP來玩看看

電路圖如下

直接先看影片

基本上C1、C2會依序充放電

所以兩個LED一定是交錯亮

交錯的頻率就由C和R的數值來決定

所以才叫做RC電路

但亮的時間和不亮的時間是可以單獨控制的

有點類似PWM，但又有點不太一樣

因為PWM是定頻，所以通斷路的時間會同時變化

但這個RC電路調整單一個VR只能決定通路或斷路的時間

以LED1為例

以下是兩個VR阻值都調到最大的情況

若VR1的阻值增加，LED1通電時間增加

VR1的阻值減少，LED1通電時間減少

但斷電時間大致不變(還是會有一點影響的)

若VR2的阻值增加，LED1斷電時間增加

VR2的阻值減少，LED1斷電時間減少

但通電時間大致不變

這個電路熟悉了

後續許多震盪電路都沒問題了

(但就是熟悉不了...)

後記

電路原理

TRIAC電器輕觸開關

TRIAC是現在家電很常見的電子開關

只要用一個小按鍵就可以控制大功率的家電

有關TRIAC的介紹可以看這篇

電路的設計其實也很簡單

但為了要單鍵觸發後繼續保持通路狀態

TRIAC之前的觸發電路要用FET，不能用電晶體

FET內部有一個寄生電容

只要電容有電，就能讓內部的G極產生電場

拉動DS極的電子移動

這個電容的絕緣很好，放電效率低

所以可以保持DS的通路

將G接地，電容放電就會截止導通

這樣的特性和TRIAC結合就可以當作電器的單觸開關了

很實用的電路

但要小心不要碰FET的G極

市電的L會經過TRIAC擊穿FET

也會有觸電的危險

電路圖如下

影片

真空管教具

現在要看到真空管除非高級音響

不然幾乎絕跡了~~

真空管最早是愛迪生發現加熱的燈絲會在真空中導電

後來稱為愛迪生效應（Edison effect）

之後弗萊明發揚光大，也就是後來大名鼎鼎的陰極射線管

目前看到的真空管幾乎都是二戰時期開發出來的

當時主要是通訊的功能

手邊的這隻6E5真空管是toshiba做的，60年了~~

查到的datasheet都還是打字機的版本

基本上就是利用一條燈絲加熱金屬板

在金屬板加上360V左右的高壓直流電引導熱電子

就可以讓兩片隔空的金屬板導通

這不稀奇

厲害的是在兩片金屬板中間加上另一個電場(Grid)來控制兩端金屬片的電動勢

就可以控制電子流的大小了

所以整個電路裝置需要有三個電源

1. 加熱燈絲的低壓，約6V

2. 引導電子的直流高壓，約360V

3. 控制電動勢大小的直流負壓，約-10V

原本內部的線路圖要先查出來才會安全

不然被360V電到不是開玩笑的

好像找不到有控制pin3柵極(Grid)的低壓端，直接接地

如下

原本的電容耐壓只有300V，但容值幾乎沒有衰退

真是厲害啊~~

不過安全起見還是換成450V的，但絕對撐不了60年

開關也壞了，換

500K的VR也壞，換

電線也要換

怕死，所以還是裝上一條1A的保險絲

弄好後終於要上電了

調整引導的電壓

可以看到上方螢光電極產生的亮度也會改變

如果真是電子束，應該會受到磁場影響

果然~~

N極或S極靠近，電子束旋轉的方向也會不同

影片如下

有趣的教具啊~~

但暫時不知道能幹嘛...