實驗 14：可穿戴的脈沖發光體

到目前為止，我一直在鼓勵你把各種器件連接到一起，卻沒有太多的理論或計劃。“發現學習法”就是這樣，有計劃帶你一步步實現目標。

需要的物品

• 連接線、剪線鉗、剝線鉗、萬用表、15W 烙鐵、輔助工具
• 9 V 電池和連接器，或 9 V 交流—直流適配器
• 細焊絲（0.6mm）
• 普通多孔板
• 電阻器：470 Ω 2 個、100 kΩ 1 個、4.7 kΩ 2 個、470 kΩ 2 個
• 電容器：3.3 μF 2 個、220 μF 1 個
• 2N2222 晶體管 3 個
• 通用 LED 1 個

復習振蕩現象

請翻回到圖 2-116，重拾對這個電路的記憶。現在，你的任務是把它做得盡可能小，這樣就可以把它戴在身上了。

圖 3-66 展示了我為減小電路尺寸進行的一次最成功的嘗試，電路搭建在一片 0.9×1.3 英寸的普通多孔板上。以下是一些方法。

• 使用額定功率 1/8 W 的小電阻器，而非 1/4 W 的電阻器。
• 垂直安裝電阻器。
• 如果多孔板上的孔足夠大，把兩根引線穿在同一個孔里。

元件之間的連接線在哪里呢？在板子下面。在圖 3-67 中，我把元件畫成了灰色，略去了板子，這樣你就可以看見接線方法了。

如果將這幅電路圖非常仔細地與圖 2-116 中的電路圖相比較，你會發現，元件間的連接方式完全相同

圖 3-68 展示了另一種視圖，這一次略去了元件，只顯示電路板，這樣你就能明白連接線如何適應了電路板上 0.1×0.1 英寸的小孔網格。

最后，圖 3-69 展示了向右翻轉的電路板，這樣你就看見了它的背面。這張圖將幫助你連接電路元件。你一定會試一試的，對吧？

彎曲引腳并焊接

那么你應該如何進行所有的連接呢？

這并不困難。電阻器、電容器和晶體管的引腳通常至少長 1/2 英寸。因此，你可以把它們插入多孔板上的小孔內，然后彎曲引腳，使它們互相接觸，再把它們焊接在一起。剪掉多余的引腳，連接電池，工作就完成了。

你需要注意三個主要問題。

• 使電路板在工作時保持穩定需要一定的謹慎和耐心。使用輔助工具很有必要。
• 元件和焊接點之間的距離將非常近，請使用銅質彈簧夾提供散熱保護。
• 把電路板翻來覆去很麻煩，你很容易把導線連錯位置。我認為這才是最困難的部分。

或許你見過這樣的多孔板：每個小孔周圍都加了一圈銅。這樣的多孔板適合本實驗嗎？銅圈的有點是可以牢固固定元件，但是它們也能在距離很近的導線之間形成短路。我認為裸電路板對于這樣的一個小項目來說更容易一些。圖 3-22 展示了一個例子。有些多孔板上的孔更大，但是并沒有太顯著的差異。

按步操作

以下是搭建電路的具體步驟。
裁下一塊普通多孔板，大小為 0.9×1.3 英寸。（不需要用有刻度的尺子，數好板子上孔的排數就行。）

準備好所有的元件，仔細地把三四個元件插入小孔，數一數孔的個數，確保元件的位置正確。

把板子翻過來，彎曲元件的引腳，使它們固定在板子上，做成如圖 3-69 所示的連接。如果有的引腳
不夠長，你就得用一段 22 線規的導線來補充。要剝除導線的絕緣層，因為絕緣層有阻礙作用。

用剪線鉗大概修剪一下導線。

用烙鐵進行焊接。
現在是最重要的部分：用近距離放大鏡檢查每個焊接點，用尖嘴鉗扭動導線。如果焊料不夠，不能形成牢固的焊接點，就重新加熱，再加一點焊料。如果焊料形成的連接位置有誤，你可以用美工刀在焊料上平行切兩刀，刮除中間的部分。

通常，我一次只焊接三四個元件，因為如果數量太多，我就容易糊涂。如果我把一個元件焊錯了位置，改正錯誤還不太困難——除非我在發現錯誤時已經又焊上了更多元件。

注意：迸飛的導線段

剪線鉗的鉗口力量很大，在剪斷導線時，力量會達到頂峰，然后突然釋放。這種力量會轉化為被剪下的導線段突然具有的動能。有些導線比較軟，不會造成威脅，但是晶體管和 LED 的引腳比較硬，可能有危險。小段導線會以不可預知的角度高速飛出，在你進行近距離工作時，對眼睛十分危險。

普通的眼鏡能在修剪導線時保護你的眼睛。如果你不戴眼鏡，使用塑料護目鏡也是非常好的方法。

完成工作

我通常使用明亮的燈光照明。這并不是奢侈，而是必需。如果你還沒有臺燈，就買一盞。臺燈不需要很昂貴，便宜的就可以。

我使用日光光譜 LED 臺燈，因為它能幫助我更可靠地辨認出電阻器上的色帶。我原來用的是熒光臺燈，當我發現燈管涂層上的任何小瑕疵都會讓紫外線泄漏出來之后，我就不再用它了。近距離在燈下工作時，紫外線輻射會構成威脅。

無論視力有多好，你都應該用放大鏡檢查每個焊接點。你將會對某些焊接點的不完美程度感到吃。把放大鏡盡量靠近眼睛，然后拿起電路板，慢慢靠近放大鏡，直到你觀察的焊接點變得清晰為止。

最后，你做成的電路發出的脈沖應當像心跳一樣。是不是？如果電路不能工作，請回頭檢查每個連接點，將其與電路圖比較。如果沒有發現問題，就給電路加上電源，將萬用表的黑色表筆與負極連接，用紅色表筆檢查電路各點的電壓。電路工作時，各部分都應該至少具有一定的電壓。如果你發現有的連接點處電壓為零，可能是因為焊接點斷裂了，或者根本沒有焊接。

做完電路后，又該干什么呢？現在你可以從電子學愛好者轉變成手工藝愛好者了。你可以試著想出一個方法，把電路做成可穿戴的器件。

首先需要考慮的是電源。由于所用元件的要求，電路需要 9 V 電源才能正常工作。如何在帶著一個龐大的 9 V 電池的情況下把這個電路改造成可穿戴器件呢？

我想到了三種方法。

• 可以把電池放在口袋里，把閃光裝置安裝在口袋外面，一根細導線穿過口袋。
• 可以把電池安裝在棒球帽的帽頂里面，閃光裝置安裝在前面。
• 可以把三節 3 V 紐扣電池摞在一起，放在塑料夾子里，但是我不確定它們能用多長時間。

我必須說明一下，本實驗的 2N2222 晶體管并不理想，因為它們使用的電能比場效應晶體管（也
叫 MOSFET）更多。但是，我決定在本書中只使用一個類別的晶體管，而雙極型 NPN 型晶體管是最基本的類型。

再說一說 LED 的選擇。透明的 LED 會產生邊界清晰的光束，對于此實驗可能不太適合，而漫射光束更惹人喜歡。為了擴散 LED 的光束，你可以把LED 裝在一塊厚度至少為 1/4 英寸的透明丙烯酸塑料
中，如圖 3-70 所示。用細砂紙把丙烯酸塑料的外表磨粗糙，最好使用旋轉式砂光機，它不會磨出明顯的圖案。這樣，丙烯酸塑料就變得半透明。

在丙烯酸塑料的背面鉆一個比 LED 略大的孔，但不要鉆透。向孔中吹入一些壓縮空氣，清除孔中的碎屑和塵土。如果你沒有空氣壓縮機，用水沖洗也可以。

在鉆孔完全干燥后，用一些透明的硅樹脂或混合一些透明的環氧樹脂，滴一滴在鉆孔的底部。

然后把 LED 推入鉆孔中，讓環氧樹脂填滿 LED 周圍，形成嚴密的密封。

點亮 LED，如果有必要，繼續用砂紙打磨丙烯酸塑料。最后，你可以決定把電路安裝在丙烯酸塑料的背面，還是引出一根導線連接到別的地方。
你可以選擇振蕩器電路中的電阻器阻值，使 LED 的閃爍頻率接近人體靜止時心臟跳動的頻率。

這樣整個器件看起來就像正在測量你的脈搏，如果你把器件裝在胸膛中央或用帶子綁在手腕上，那就更像了。如果你喜歡惡作劇，就可以宣稱自己的身體簡直太好了，甚至連你進行劇烈運動時，脈搏都能保持恒定。

為了給器件做一個美觀的外殼，我考慮了幾種方案，從把整個器件安裝在透明環氧樹脂中到尋找維多利亞風格的小盒，等等。其他選擇方案就留給你自己考慮吧，因為這是一本電子學教材，而不是手工藝教材。但是，我還要說明一個與手工藝有關的問題，而現在正是好機會。

背景知識：讓人抓狂的度量制

本書中，我主要使用英寸為度量單位，但是有時我也冒險使用公制度量單位，例如“5 mm
LED”。不是因為我個人沒有做到統一，這反映了電子工業矛盾的現狀：日常生活中英寸和毫米都很常用，經常在同一張數據表上出現。例如，表面安裝芯片的引腳間距通常用毫米表示，但通孔芯片的引腳間距仍然表示為 0.1 英寸，并且可能一直保持下去。

使事情更復雜的是，在使用英寸的場所，分數的英寸有兩種不同表示方法。例如，鉆頭的尺寸用
1/64 英寸的倍數表示。金屬墊片以 1/1000 英寸的倍數（0.001 英寸、0.002 英寸，等等）劃分等級。更令人困惑的是，金屬片的厚度通常用“線規”表示，例如 16 線規鋼片的厚度大約為 1/16 英。

為什么美國不改用公制度量系統呢？公制看起來更加合理啊！

我們可以討論一下它的合理性。當公制度量系統于 1875 年正式提出時，“米”的定義是沿一條穿過巴黎的線，從北極到赤道之間距離的 1/10 000 000。為什么是巴黎？因為這個概念是法國人提出的。從那以后，經過一系列為提高科學應用中的精度而進行的努力，“米”又被重新定義了三次。

說到十進制系統的實用性，移動一個小數點當然比計算一英寸的 1/64 更簡單，但是我們使用十進制的唯一原因是我們恰好習慣了用十個手指計算。十二進制系統確實更方便，因為數字可以被 2和 3 整除。

以上內容均為猜想。事實是，我們無法擺脫長度測量的矛盾，所以我畫了四張表格，幫助你進行系統間的轉換。從表格中你能看出，若需要為 5 mm 的 LED 鉆一個孔，3/16 英寸的鉆頭比較合適。（實際上，這個孔比真正以 5 mm 鉆出的孔更小。）

圖 3-71 將幫助你在 1/64 英寸和 1/100 英寸的倍數間轉換。灰色的一列被均分成 64 份，藍色的一列分成 32 份，綠色的一列分成 16 份，橘黃色的一列分成 8 份。通常，如果一個值可以用較大的單位精確表示，我們就采用這種表示方法；因而我們不說一英寸的 8/64，而說一英寸的 1/8。在你試圖比較兩個測量值孰大孰小時，這種表示方法又會引發混亂——例如，11/32 英寸比 5/8 英寸大嗎？

請查看圖表以證實猜測。

因為數據表經常使用單位為英寸的十進制小數表示尺寸，所以圖 3-72 中的第二個表格進行了十進制和 64 進制之間的轉換。你很有可能見到 0.375 英寸這樣的測量值，要知道它等于 3/8 英寸，類知識非常有用。

很多數據表同時提供毫米和英寸測量值，但一些數據表現在只使用毫米表示。如果你仍然習慣用英寸思考，或者想知道元件是否適合面包板或多孔板上 1/10 英寸的孔間距，那么牢記 1/10 英寸等于 2.54 mm 將十分有用。假如元件很小，那么 2.5 mm 倍數的引腳間距可以接受。但是，不小于 25 mm的引腳間距可能不適應間距為 25.4 mm（即一英寸或以上）的孔。

圖 3-73 展示了毫米、1/100 英寸的倍數和 1/64 英寸的倍數之間的轉換關系。

圖 3-74 是圖 3-73 的放大版，展示了 0.1 mm 的倍數和 1/1000 英寸的倍數之間的轉換關系。

過去四十年中，美國在采用公制度量系統方面作出了一些進步，但是轉換完成還需要數十年時間。在此期間，任何使用美國生產或銷售的零件或工具的人員都應該熟悉這兩種度量系統，除此之外沒有其他的方法。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的电子学：第013课——实验 14：可穿戴的脉冲发光体的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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