继电振荡器

以下是你需要用到的东西。

□ 交流适配器、面包板、导线、钢丝钳和剥线器。

□ 双刀双掷开关，数量：1个。

□ LED，数量：2个。

□ 单刀单掷的按钮，数量：1个。

□ 弹簧夹，数量：1个。

□ 电阻器，约680Ω的阻值，数量：1个。

□ 电容器，电解型，1 000µF，数量：1 个。

看看图2-63的电路以及图2-64对应的电路原理图，它们是前一个实验电路的修订版本，请注意比较修订前后的差别。在以前的电路中，按钮直接连接到继电器的线圈，而在修订的新电路中，电源在经过按钮以后，要先通过继电器的触点，然后才到线圈。

图2-63 前一个实验电路在经过稍微修订之后，当加上电源时，继电器将开始振荡起来

图2-64 以电路原理图形式表示的振荡电路

现在，当你按下开关时，处于释放状态的触点将电力输送到线圈以及左手侧的LED。不过一旦线圈得到激磁，它又会使触点断开。这将中断线圈的供电——因而使继电器释放，触点又闭合。这将给线圈提供一个新的电流脉冲，再次打开触点。这个循环将不断进行下去。

由于我们使用的继电器极小，它的开关速度特别快。实际上，它振荡的速度也许达到了50次每秒（这对于LED来讲是太快了，以致它无法显示实际发生的事情）。请确保你的电路跟图中的一样，然后短暂地按一下按钮。你应该可以听到继电器发出嗡的一声。如果你听力不好，那么可以将手指轻轻接触继电器，你应该可以感觉到继电器的振动。

当你按着这样的方式来迫使继电器振荡时，将有可能烧掉继电器或毁坏它的触点。这就是我让你短暂按压按钮的原因。为了使电路更为实用，我们需要某样东西来使继电器的动作变慢，并防止其自毁。这需要一个电容器。

加入电容

像示意图2-65以及电路原理图2-66那样，在继电器的线圈两端并联一个1 000 µF 的电解电容器。如果你不太清楚电容器到底是什么样子，请看看图2-14。数值1 000 µF 将印在电容器的侧面，稍后我将解释这个数值的意义。

图2-65 增加一个电容器使继电器振荡变慢

图2-66 电路原理图底部的是电容器

请确保电容器较短的引脚连接到电路的负的一侧，否则的话，它将不起作用。你应该可以发现，在电容器身上引脚较短的一侧上有一个负号，它是用来告诉你哪侧为负的。电解电容器对这个方向是很在乎的。

现在当你按下开关时，继电器应该是慢慢地嘀嗒嘀嗒，而不是像以前那样吱吱响了。那么这其中到底发生了什么呢？

电容器就像一个微小的可充电电池。它如此微小，以至于它充好电所需的时间不到1 s，在继电器打开自己下面的一对触点之前，电容器就充好电了。那么，当触点打开后，电容器就像一节电池，给继电器的线圈提供电力。它让继电器的线圈在大约1 s 内继续保持激磁。当电容器耗尽自己储存的电力后，继电器就进入释放状态，并重复前面的过程。

基础知识

法拉

法拉是国际单位制中测量电容的单位。现代电路通常需要小电容器。因此，看到的电容器往往采用微法（百万分之一法拉）甚至于皮法（一万亿分之一法拉）做单位。也有采用纳法的，欧洲比美国更常用。请看以下的转换表。

（你也许碰得到大于1 000 µF的电容，但不常见。）

被电容器电死

如果一个大电容器充上了高电压，它将可以在很长的时间里保持为高电压。由于本书的电路采用低电压，因此你不用担心危险，但是如果你莽撞地打开一个旧电视机，并在里面东摸西碰（我不建议大家干这种事情），那么你就有可能遭遇凶险。一个没有放掉电的电容器可以轻而易举地电死你，就跟你将手指插入电源插座被电死一样的容易。永远不要接触大电容器，除非你真的知道自己在干什么。

基础知识

电容

直流电流不能通过电容器，但是直流电压可以在电容器内快速累积，并且在电源断开之后仍然保持。图2-67和图2-68也许可以帮助你理解当电容器充满电之后里面所发生的事情。

图2-67 当直流电压到达电容器时，没有电流流过，但是电容器就像一节小电池一样，自身被充电。正负电荷数量相等，位于相对的两面

图2-68 你可以想象正的“带电粒子”积聚在电容器的一侧，吸引着负的“带电粒子”来到相对的另一面

在大多数现代的电解电容器中，极板已经被简化成了两条极薄、可弯曲的金属薄膜，彼此卷绕在一块，由厚度均匀的薄绝缘体隔开。碟状的陶瓷电容器通常仅包含一个非导体材料的碟子，碟子的两侧涂抹上金属漆并焊上引脚。

最常见的两种电容器是陶瓷型的（储存的电荷相对较少）和电解型的（储存的电荷可能很大）。陶瓷电容通常是碟形、黄色的；电解电容的形状通常像个微型锡罐，可以有各种颜色。前面的图2-14和图2-15是电容器的照片。

陶瓷电容器没用极性，也就是说你可以在任何一侧施加负电压。电解电容是有极性的，只有按正确的方向连接才能工作。

电容器的原理图符号主要有两种：两条直线（象征电容器中的极板），或一条直线和一条曲线，如图2-69所示。当你看到一条曲线时，那么电容器的该侧应该比另一侧更负些，其原理图符号上可能还会包含一个正号“+”。遗憾的是，有些人在表示极化电容器时不画一条曲线，而有些人却在遇到非极化电容器时画一条曲线。

图2-69 左图是电容器的基本符号。右边的版本表示极化电容器，它要求左极板比右极板的电位“更正”（其中的正号往往被省略）

电容器的极性

必须正确连接电解电容器，使其较长的引脚比其较短的引脚更正。在外壳上较短引脚的旁边，往往有个负号标记。

如果你把某些电容器的极性弄错了，可能产生很糟的后果。有一次我将一个钽电容器接在一个电路中，所用的电源能够提供很大的电流。正当我凝视着电路，奇怪它为什么没有工作时，电容器爆开了，一些小块带着火花散落在3in半径的范围里。错在我忘记了钽电容器很在乎连接的正负方向。图2-70显示了其后果。

图2-70 在将一个钽电容器插到这块面包板上时，不小心插反了方向，不巧的是，电源会输出较大的电流。经过一分钟左右的误接之后，电容开始反抗了，它爆裂开来，一些小块带着火花四处散开，烧坏了面包板的塑料。教训：注意极性！

背景知识

迈克尔·法拉第与电容器

最早的电容器是由两块金属极板间隔一个很小的间隙构成的。它的原理很简单。

□ 如果一个极板连接在电源的正极上，那么正电荷将把负电荷吸引到另一个极板上。

□ 如果一个极板连接到电源的负极上，那么负电荷将把正电荷吸引到另一个极板上。

前面的图2-67和图2-68传达了以上观点。

电容器的储电能力称作电容，其单位是法拉，以电气研究先驱者中的一位伟人——迈克尔·法拉第的名字命名的。法拉第（见图2-71）是一位英国化学家和物理学家，生于1791年，卒于1867年。

图2-71 迈克尔·法拉第

尽管法拉第没怎么受过正规教育，也不具备多少数学知识，但他曾经在一个图书装订商手下当了7年学徒，有机会广泛阅读书籍，自学知识。此外，在他生活的时代，通过一些相对简单的实验就能够发现电的基本性质。因此，法拉第做出了一些重大发现，其中包括电磁感应，这导致了电动机的发明。他还发现磁场能够影响光线。

法拉第的工作给他带来了大量的荣誉，他的图像被印制在了1991年到2001年发行的20英镑的纸币上。

在面包板上搭建电路

我曾答应过你，在适当的时候我将把你从弹簧夹的烦恼中解救出来，现在这一时刻来临了。请把你的注意力转移到我曾让你买的那个上面有很多小孔的塑料块上来。我不知道为什么，总之它叫面包板。当你将元件插入孔中时，面包板内部隐藏的金属条将连接元件，使你可以建立电路进行测试，并且可以很容易地对其进行修改。完成任务之后，你又可以从面包板上将元件拔下，放在一边供将来使用。

毫无疑问，在你决定一个电路是否有用、是否值得保留之前，在面包板上搭建电路是对其进行测试最方便的方法。

几乎所有的面包板都是与集成电路兼容的（我们将在第4章使用集成电路）。集成芯片需要跨坐在面包板的中央空道上，其两排针脚分别插入空道两侧的小孔（小孔通常是一行5孔相连）。其他元件的针脚则插入同一侧不同行的孔中即可。

此外，面包板的每侧还应该有纵向的孔，用于分配正、负电源。

请看看图2-72和图2-73，它们是普通面包板的图片，其中图2-72是俯视面包板上部的情况，图2-73则是像X光透视一样，俯视面包板孔后所嵌金属条的情况。

图2-72 一个普通的面包板。你可以将元件插入孔中，快速测试电路

图2-73 面包板的这个X 光版本视图展示了嵌入面包板中的铜条的情况。这些铜条起到了在元件之间传导电流的作用

重要提示：有些面包板将左边和右边的每列孔又分割成上下两个独立的部分。请使用万用表的连续性测试功能来判断你的面包板是否沿整个长度方向的电源孔都是联通的，如果需要的话，请使用架空线将面包板上下两半的电源孔连接起来。

图2-74显示了如何在面包板上实现振荡继电器的电路。为了使该电路工作，你还需要把来自交流适配器的正负电源线插到面包板上。由于来自交流适配器的导线几乎肯定是成股的铜线，因此将它们插入面包板的小孔会遇到一定的困难。解决这个问题的一个办法是使用一对裸线径为22号线规的导线，用一对弹簧夹将它们连接在适配器的导线上，作为它们的端子，插入面包板的小孔，如图2-75所示（这个方法仍要求你使用一对弹簧夹）。作为替代方案，你可以使用带有电源端子的面包板，这将更为方便。

图2-74 如果在如图所示的面包板位置上放置元件，那么建立的电路将跟你在实验8中用导线和弹簧夹建立的电路一样。各元件如下。

D₁、D₂：发光二极管

S₁：双刀双掷继电器

S₂：单刀单掷短暂开关

C₁：电解电容器，1 000 µF

R₁：电阻器，最小680 Ω

图2-75 如果你的面包板上没有螺丝端子，那么可以在面包板上插入两根端部剥掉绝缘层的实心导线，然后利用弹簧夹将它们接在适配器的引出线上

另外你还需要更多的22号线规的导线，或者准备一些预先剪好的架空线，来将电源连接到元件，图2-76和图2-77具体显示了它们插入面包板的情况。如果你的所有连接都正确无误的话，那么电路应该跟以前的一样正常工作。

图2-76 两个大尺寸LED、一个电阻器以及一些必要的架空线已经插在面包板上

图2-77 接下来插上按钮、继电器以及电容器，从而完成了示意图以及电路原理图中的电路。当按下按钮时，继电器将振荡，LED将闪光

面包板上金属连接条的特殊几何分布常常会迫使你绕着弯儿去连接元件。例如，按钮是为继电器的刀提供电源的，但是你无法直接将它们对接，因为没有地方进行对接。

大尺寸版本的电路原理图和面包板照片可以在本书的网站http://oreilly.com/catalog/9780596153748上找到。

请记住：面包板内没有插入任何导线或元件的金属条跟你的实验毫不相干，它们在实验中不做任何事情。

在你使用本书的过程中，我将时不时给你推荐一些面包板布局，不过最终你还是得自己设计自己的面包板布局，因为这是电子爱好者的一个基本技能。