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雷雨时,常会看到电光闪闪,听到雷声隆隆,这就是人们常说的雷电。雷电对人类的危害性众所周知,就每家每户而言,雷电发生时常会引起家庭失火、损坏家用电器,甚至危及人身安全!
据国家气象局的不完全统计,我国每年因雷击伤亡人数逾千,造成的直接经济损失更是无法估量。可见,雷电灾害是一种破坏性很大的自然灾害。每年的5月～9月是我国雷雨频发的季节,宣传和开展有关全民科学预防雷电灾害活动具有极其重要的意义。
如果自己动手制作一台小小的雷电探测器,可对雷电进行早期预警。它能够在本地发生雷雨之前,探测出远处天空云层间或云层与大地之间的放电,进行早期报警。
这样,我们可以及时采取相关的防雷击措施,如断开家用电器的电源、拔掉计算机调制解调器的数据传输线、不使用电话和手机等,做到防患于未然,避免雷电造成重大伤害事故!
一、工作原理
雷电探测器的电路如图1所示,它实际上是一个高灵敏度的静电放电检测器。
晶体三极管VTI、VT2组成直流耦合式自激振荡电路,其正反馈回路总增益由微调电位器RP来设定。
晶体三极管VT3与晶体二极管VD、耦合电容器c4等组成整流开关电路。
HA为微型压电陶瓷蜂鸣器。
平时,由晶体三极管VTl和VT2组成的振荡电路处于临界自激振荡状态,晶体三极管VT3因无合适偏压而处于截止状态,压电陶瓷蜂鸣器HA无电不工作。此时,整个电路耗电甚微,实测静态总电流≤60μA。
每当远处云层放电或已发生雷击(云层与地面之间的放电)时,天线W检测到感应电信号,并经电容器C1耦合到晶体三极管VTl的基极,触发振荡电路起振。
于是,VT2的集电极就输出约42kHz的振荡电信号,经电容器c4耦合到VT3的基极,通过晶体二极管VD整流,得正向电压去偏置VT3,使其导通,从而在VT3的发射极输出直流电压,驱动压电陶瓷蜂鸣器HA发出单音“嘀——”声,提醒主人:雷电将至,注意预防!
电路中,电容器C3设定了晶体三极管VT2发射极的固定相位,而接在微调电位器RP滑动触点上的电容器C2在振荡时会增加相移。
C5为晶体三极管VT3输出电压的滤波兼延时电容器,它不仅能够使压电陶瓷蜂鸣器HA两端获得的工作电压平稳,HA发声更响亮;而且由于其容量选择比较大,所以还具有一定的使HA延时发声作用。C6为电源滤波电容器,它能够降低电池G的交流内电阻,避免电路产生阻塞振荡,相对延长电池使用寿命。
二、元器件选择
晶体管VT1～VT3均用9014(集电极最大允许电流ICM=0.1A,集电极最大允许功耗PCM=310roW)型硅NPN小功率三极管,要求电流放大系数B>200。
实际上,任何同类型的小功率、高增益晶体三极管(如3DG8、BCl09C等),都可以在这里使用。VD用1N4148型硅开关二极管。
RP选用普通塑料封装的小型卧式微调电位器。R1～R4一律用RTX-114W型碳膜电阻器。C1、C2用CCl型高频瓷介电容器,3、C4用CTI型低频次介电容器,C5、C6拥CD11-16V型电解电容器。
HA选用CPBl4A12-4.0型自带音源微型直流压电陶瓷蜂鸣器,它实质上是一个内含振荡电路和压电陶瓷片的有源发声器;它不需要外加任何音频驱动电路,只要接通直流电源就能直接发声,使用非常方便。
CPBl4A12-4.0的主要参数:外形尺寸为φ14mm×7.5mm,重量0.9g;发声频率为4.0±0.5kHZ(连续单音),声压电平~80dB;直流工作电压范围3v～15V,工作电流≤7mA,工作温度范围-20℃～70%。
该压电陶瓷蜂鸣器属于微功耗器件,被广泛应用在各种仪器、仪表和微型报警装置上作发声器件。
天线w可用便携式收音机常用的150mm长度的拉杆天线,也可用相同长度、φ1mm的粗铜(铁)丝来直接代替。G采用6F22-9V型叠层干电池,要求配上揿钮式接线扣板。本机不设电源开关,用毕从揿钮式接线扣板上取下干电池即可。
三、制作与使用
图2所示为该雷电探测器的印制电路板接线图。印制电路板实际尺寸约为50mm×25mm。
焊接好的电路板可装入尺寸约为80mm×55mm×25mm的绝缘小盒内。盒面板适当位置处开出φ5mm和φ14mm的小圆孔各一个,分别作为微调电位器PR的调节孔(用于伸进小螺丝刀头)和压电陶瓷蜂鸣器HA的安装孔。盒子顶端适当位置处开出小孔,用于伸出天线W。
安装好的电路,检查无问题后,便可接通干电池G,开始进行调试。
具体方法:首先,用小螺丝刀缓慢调节微调电位器RP的电阻值,使压电陶瓷蜂鸣器HA处于临界发声状态(即振荡电路处于临界起振状态)。
然后,用小螺丝刀戡手直接去触及一下天线W,则压电陶瓷蜂鸣器HA应发声1s～2s。如果HA连续发声或根本不发声,则说明探测器的灵敏度过高或太低,应重新微调RP,再进行检测,直至符合要求。
还可以用一把摩擦后带电的塑料直尺(或塑料梳),在距离天线W约2m远的地方用手指逼近塑料尺而使其放电,检验能否让压电陶瓷蜂鸣器HA可靠发声1s～2s。如果不符合要求,亦应重新细调RP,直至达到要求为止。
调试好的探测器,可摆放在计算机桌旁或经常有人的地方,进行每天24小时全天候的雷电预报工作。一旦探测器发声,在排除其他静电放电干扰的情况下,便说明雷电即将到来。
有时探测器发声后,隔数秒钟会听见远方传来的沉闷雷电声。这是因为,电波以3.0×108m/s的速度传播至探测器,而雷声以340m/s(15℃空气中)的低速度传播至人耳的缘故。
如果对照钟表读出探测器开始发声至听见雷声的时间,再乘以340na/s的声音传播速度,则可求得雷电发生处到自己处的直线距离来。
该雷电探测器一般可检测到半径5km范围内的云中放电。其电路静态工作电流≤60μA,报警时工作电流为4mA左右。每换一块9V新干电池,通常可连续监控一年时间。
据国家气象局的不完全统计,我国每年因雷击伤亡人数逾千,造成的直接经济损失更是无法估量。可见,雷电灾害是一种破坏性很大的自然灾害。每年的5月～9月是我国雷雨频发的季节,宣传和开展有关全民科学预防雷电灾害活动具有极其重要的意义。
如果自己动手制作一台小小的雷电探测器,可对雷电进行早期预警。它能够在本地发生雷雨之前,探测出远处天空云层间或云层与大地之间的放电,进行早期报警。
这样,我们可以及时采取相关的防雷击措施,如断开家用电器的电源、拔掉计算机调制解调器的数据传输线、不使用电话和手机等,做到防患于未然,避免雷电造成重大伤害事故!
一、工作原理
雷电探测器的电路如图1所示,它实际上是一个高灵敏度的静电放电检测器。
晶体三极管VTI、VT2组成直流耦合式自激振荡电路,其正反馈回路总增益由微调电位器RP来设定。
晶体三极管VT3与晶体二极管VD、耦合电容器c4等组成整流开关电路。
HA为微型压电陶瓷蜂鸣器。
平时,由晶体三极管VTl和VT2组成的振荡电路处于临界自激振荡状态,晶体三极管VT3因无合适偏压而处于截止状态,压电陶瓷蜂鸣器HA无电不工作。此时,整个电路耗电甚微,实测静态总电流≤60μA。
每当远处云层放电或已发生雷击(云层与地面之间的放电)时,天线W检测到感应电信号,并经电容器C1耦合到晶体三极管VTl的基极,触发振荡电路起振。
于是,VT2的集电极就输出约42kHz的振荡电信号,经电容器c4耦合到VT3的基极,通过晶体二极管VD整流,得正向电压去偏置VT3,使其导通,从而在VT3的发射极输出直流电压,驱动压电陶瓷蜂鸣器HA发出单音“嘀——”声,提醒主人:雷电将至,注意预防!
电路中,电容器C3设定了晶体三极管VT2发射极的固定相位,而接在微调电位器RP滑动触点上的电容器C2在振荡时会增加相移。
C5为晶体三极管VT3输出电压的滤波兼延时电容器,它不仅能够使压电陶瓷蜂鸣器HA两端获得的工作电压平稳,HA发声更响亮;而且由于其容量选择比较大,所以还具有一定的使HA延时发声作用。C6为电源滤波电容器,它能够降低电池G的交流内电阻,避免电路产生阻塞振荡,相对延长电池使用寿命。
二、元器件选择
晶体管VT1～VT3均用9014(集电极最大允许电流ICM=0.1A,集电极最大允许功耗PCM=310roW)型硅NPN小功率三极管,要求电流放大系数B>200。
实际上,任何同类型的小功率、高增益晶体三极管(如3DG8、BCl09C等),都可以在这里使用。VD用1N4148型硅开关二极管。
RP选用普通塑料封装的小型卧式微调电位器。R1～R4一律用RTX-114W型碳膜电阻器。C1、C2用CCl型高频瓷介电容器,3、C4用CTI型低频次介电容器,C5、C6拥CD11-16V型电解电容器。
HA选用CPBl4A12-4.0型自带音源微型直流压电陶瓷蜂鸣器,它实质上是一个内含振荡电路和压电陶瓷片的有源发声器;它不需要外加任何音频驱动电路,只要接通直流电源就能直接发声,使用非常方便。
CPBl4A12-4.0的主要参数:外形尺寸为φ14mm×7.5mm,重量0.9g;发声频率为4.0±0.5kHZ(连续单音),声压电平~80dB;直流工作电压范围3v～15V,工作电流≤7mA,工作温度范围-20℃～70%。
该压电陶瓷蜂鸣器属于微功耗器件,被广泛应用在各种仪器、仪表和微型报警装置上作发声器件。
天线w可用便携式收音机常用的150mm长度的拉杆天线,也可用相同长度、φ1mm的粗铜(铁)丝来直接代替。G采用6F22-9V型叠层干电池,要求配上揿钮式接线扣板。本机不设电源开关,用毕从揿钮式接线扣板上取下干电池即可。
三、制作与使用
图2所示为该雷电探测器的印制电路板接线图。印制电路板实际尺寸约为50mm×25mm。
焊接好的电路板可装入尺寸约为80mm×55mm×25mm的绝缘小盒内。盒面板适当位置处开出φ5mm和φ14mm的小圆孔各一个,分别作为微调电位器PR的调节孔(用于伸进小螺丝刀头)和压电陶瓷蜂鸣器HA的安装孔。盒子顶端适当位置处开出小孔,用于伸出天线W。
安装好的电路,检查无问题后,便可接通干电池G,开始进行调试。
具体方法:首先,用小螺丝刀缓慢调节微调电位器RP的电阻值,使压电陶瓷蜂鸣器HA处于临界发声状态(即振荡电路处于临界起振状态)。
然后,用小螺丝刀戡手直接去触及一下天线W,则压电陶瓷蜂鸣器HA应发声1s～2s。如果HA连续发声或根本不发声,则说明探测器的灵敏度过高或太低,应重新微调RP,再进行检测,直至符合要求。
还可以用一把摩擦后带电的塑料直尺(或塑料梳),在距离天线W约2m远的地方用手指逼近塑料尺而使其放电,检验能否让压电陶瓷蜂鸣器HA可靠发声1s～2s。如果不符合要求,亦应重新细调RP,直至达到要求为止。
调试好的探测器,可摆放在计算机桌旁或经常有人的地方,进行每天24小时全天候的雷电预报工作。一旦探测器发声,在排除其他静电放电干扰的情况下,便说明雷电即将到来。
有时探测器发声后,隔数秒钟会听见远方传来的沉闷雷电声。这是因为,电波以3.0×108m/s的速度传播至探测器,而雷声以340m/s(15℃空气中)的低速度传播至人耳的缘故。
如果对照钟表读出探测器开始发声至听见雷声的时间,再乘以340na/s的声音传播速度,则可求得雷电发生处到自己处的直线距离来。
该雷电探测器一般可检测到半径5km范围内的云中放电。其电路静态工作电流≤60μA,报警时工作电流为4mA左右。每换一块9V新干电池,通常可连续监控一年时间。