电子学：第013课——实验 14：可穿戴的脉冲发光体

实验 14:可穿戴脉冲发光体

到目前为止，我一直鼓励你把各种设备连接在一起，但没有太多的理论或计划。发现学习方法就是这样，有计划带你一步一步实现目标。

需要的物品

• 连接线、剪线钳、剥线钳、万用表、15W 烙铁，辅助工具
• 9 V 电池和连接器，或 9 V 交流-直流适配器
• 细焊丝（0.6mm）
• 普通多孔板
• 电阻器：470 Ω 2 个、100 kΩ 1 个、4.7 kΩ 2 个、470 kΩ 2 个
• 电容器：3.3 μF 2 个、220 μF 1 个
• 2N2222 晶体管 3 个
• 通用 LED 1 个

复习振荡现象

请翻回到图 2-116，重拾对这个电路的记忆。现在，你的任务是尽可能小，这样你就可以把它戴在身上。

图 3-66 它展示了我减少电路尺寸的最成功尝试，电路建在一起 0.9×1.3 一寸普通多孔板。以下是一些方法。

• 使用额定功率 1/8 W 小电阻，而不是 1/4 W 的电阻器。
• 电阻器垂直安装。
• 若多孔板上的孔足够大，将两根引线穿过同一个孔。

元件之间的连接线在哪里？在板下。 3-67 中间，我把元件画成灰色，把板子省略，这样你就可以看到接线方法了。

振荡器电路，缩小了体积，在多孔板上占用尽量小的空间">

如果将这幅电路图非常仔细地与图 2-116 与中间的电路图相比，您会发现元件之间的连接方式完全相同

图 3-68 显示另一个视图，这次删除元件，只显示电路板，这样你就可以理解连接线如何适应电路板 0.1×0.1 英寸小孔网格。

最后，图 3-69 展示向右翻转的电路板，这样你就可以看到它的背面。这张照片将帮助您连接电路元件。你会试试的，对吧？

弯曲引脚并焊接

那么你应该如何连接所有的连接呢？

这并不难。电阻器、电容器和晶体管的引脚通常至少长 1/2 英寸。因此，你可以将它们插入多孔板上的小孔中，然后弯曲引脚，使它们相互接触，然后焊接在一起。切断多余的引脚，连接电池，完成工作。

要注意三个主要问题。

• 保持电路板稳定需要谨慎和耐心。使用辅助工具是必要的。
• 元件与焊点之间的距离将非常近，请使用铜弹簧夹进行散热保护。
• 把电路板翻过来很麻烦，你很容易把导线连错位置。我认为这是最困难的部分。

也许你见过这样的多孔板：每个小孔周围都有一圈铜。这样的多孔板适合这个实验吗？铜圈的一点是可以固定元件，但它们也可以在非常近的电线之间形成短路。我认为裸电路板对这样的小项目更容易。 3-22 举个例子。多孔板上的一些孔比较大，但差别不大。

按步操作

以下是构建电路的具体步骤。
切下一块普通多孔板，大小为 0.9×1.3 英寸。(不需要用有刻度的尺子数板孔的排数。

准备好所有的元件，仔细地把三四个元件插入小孔，数一数孔的个数，确保元件的位置正确。

将板翻过来，弯曲元件的引脚固定在板上，做成如图所示 3-69 所示的连接。若有引脚
不够长，你就得用一段 22 补充线规的导线。由于绝缘层阻碍，应剥离导线的绝缘层。

用剪线钳修剪导线。

焊接用烙铁。
现在是最重要的部分：用近距离放大镜检查每个焊点，用尖嘴钳拧紧导线。如果焊料不够，不能形成牢固的焊点，再加热，再加一点焊料。如果焊料形成的连接位置错误，可以用艺术刀平行切割焊料上的两把刀，刮掉中间部分。

通常，我一次只焊接三四个元件，因为如果数量太多，我很容易感到困惑。如果我把一个元件焊接在错误的位置，纠正错误并不难——除非我在发现错误时焊接了更多的元件。

注：爆飞导线段

剪线钳的钳口力很大。剪线时，力会达到顶峰，然后突然释放。这种力会转化为剪线段的突然动能。有些导线很软，不会造成威胁，但晶体管和 LED 引脚很硬，可能很危险。小导线会以不可预知的角度飞出，对你的眼睛非常危险。

修剪导线时，普通眼镜可以保护眼睛。假如不戴眼镜，用塑料护目镜也是很好的方法。

完成工作

我通常使用明亮的灯光。这不是奢侈品，而是必需品。如果你还没有台灯，买一盏。台灯不需要很贵，很便宜。

我使用日光光谱 LED 台灯，因为它可以帮助我更可靠地识别电阻器上的色带。我最初使用荧光台灯。当我发现灯管涂层上的任何小缺陷都会泄漏紫外线时，我就不再使用它了。当在灯下近距离工作时，紫外线辐射会构成威胁。

不管你的视力有多好，你都应该用放大镜检查每个焊点。你会觉得有些焊点不完美。尽量把放大镜靠近眼睛，然后拿起电路板，慢慢靠近放大镜，直到你观察到的焊点变得清晰。

最后，你做的电路脉冲应该像心跳一样。是不是？如果电路不能工作，请回头检查每个连接点，并将其与电路图进行比较。如果没有发现问题，就给电路加上电源，将万用表的黑色表笔与负极连接，用红色表笔检查电路各点的电压。电路工作时，各部分应至少有一定的电压。如果发现某些连接点的电压为零，可能是因为焊接点断裂或根本没有焊接。

完成电路后该怎么办？现在你可以从电子爱好者变成手工艺爱好者了。你可以试着想出一种方法，把电路做成可穿戴的设备。

首先要考虑的是电源。由于所使用元件的要求，电路需要 9 V 电源可以正常工作。如何带来巨大的 9 V 将电路转换为可穿戴设备的电池？

我想到了三种方法。

• 将电池放入口袋，将闪光装置安装在口袋外，一根细线穿过口袋。
• 棒球帽顶部可以安装电池，前面安装闪光装置。
• 可以把三节 3 V 纽扣电池堆放在塑料夹子里，但我不确定它们能用多久。

我必须解释这个实验 2N2222 晶体管不理想，因为它们使用的电能比场效应晶体管(也
叫 MOSFET）更多。然而，我决定在这本书中只使用一种晶体管，而双极型 NPN 晶体管是最基本的类型。

再说一说 LED 选择。透明的 LED 边界清晰的光束可能不适合这个实验，漫射光束更有吸引力。 LED 光束，你可以把LED 至少安装一块厚度 1/4 透明丙烯酸塑料英寸
中，如图 3-70 所示。丙烯酸塑料的外观粗糙，最好使用旋转砂光机，不会磨出明显的图案。这样，丙烯酸塑料就变得半透明了。

在丙烯酸塑料背面钻一个比 LED 稍微大一点的孔，但不要穿透。将一些压缩空气吹入孔中，以清除孔中的碎片和灰尘。如果你没有空气压缩机，用水冲洗。

钻孔完全干燥后，在钻孔底部滴一滴透明硅树脂或混合透明环氧树脂。

然后把 LED 进入钻孔，填充环氧树脂 LED 周围，形成严密的密封。

点亮 LED，如有必要，继续用砂纸打磨丙烯酸塑料。最后，您可以决定将电路安装在丙烯酸塑料的背面，或者将导线连接到其他地方。
您可以选择振荡器电路中的电阻值 LED 闪烁频率接近静止时心脏跳动的频率。

这样，整个设备看起来就像在测量你的脉搏。如果你把设备放在胸部中央或用腰带绑在手腕上，那就更像了。如果你喜欢恶作剧，你可以声称你的身体太好了。即使在剧烈运动时，脉搏也能保持恒定。

为了给设备做一个漂亮的外壳，我考虑了几个方案，从在透明的环氧树脂中安装整个设备到寻找维多利亚风格的小盒子，等等。其他的选择留给你自己，因为这是一本电子教科书，而不是一本手工艺教科书。但我必须解释一个与工艺有关的问题，现在是一个很好的机会。

背景知识：疯狂的测量系统

在这本书中，我主要使用英寸作为测量单位，但有时我也冒险使用公共系统测量单位，如5 mm
LED.不是因为我个人没有统一，这反映了电子工业矛盾的现状:英寸和毫米在日常生活中非常常用，它经常出现在同一个数据表上。例如，表面安装芯片的引脚间距通常用毫米表示，但通孔芯片的引脚间距仍然表示 0.1 英寸，可能会一直保持。

使事情复杂的是，在使用英寸的场所，分数的英寸有两种不同表示方法。例如，钻头的尺寸用
1/64 英寸的倍数表示。金属垫片以 1/1000 英寸的倍数（0.001 英寸、0.002 英寸，等等）划分等级。更令人困惑的是，金属片的厚度通常用“线规”表示，例如 16 线规钢片的厚度大约为 1/16 英。

为什么美国不改用公制度量系统呢？公制看起来更加合理啊！

我们可以讨论一下它的合理性。当公制度量系统于 1875 年正式提出时，“米”的定义是沿一条穿过巴黎的线，从北极到赤道之间距离的 1/10 000 000。为什么是巴黎？因为这个概念是法国人提出的。从那以后，经过一系列为提高科学应用中的精度而进行的努力，“米”又被重新定义了三次。

说到十进制系统的实用性，移动一个小数点当然比计算一英寸的 1/64 更简单，但是我们使用十进制的唯一原因是我们恰好习惯了用十个手指计算。十二进制系统确实更方便，因为数字可以被 2和 3 整除。

以上内容均为猜想。事实是，我们无法摆脱长度测量的矛盾，所以我画了四张表格，帮助你进行系统间的转换。从表格中你能看出，若需要为 5 mm 的 LED 钻一个孔，3/16 英寸的钻头比较合适。（实际上，这个孔比真正以 5 mm 钻出的孔更小。）

图 3-71 将帮助你在 1/64 英寸和 1/100 英寸的倍数间转换。灰色的一列被均分成 64 份，蓝色的一列分成 32 份，绿色的一列分成 16 份，橘黄色的一列分成 8 份。通常，如果一个值可以用较大的单位精确表示，我们就采用这种表示方法；因而我们不说一英寸的 8/64，而说一英寸的 1/8。在你试图比较两个测量值孰大孰小时，这种表示方法又会引发混乱——例如，11/32 英寸比 5/8 英寸大吗？

请查看图表以证实猜测。

因为数据表经常使用单位为英寸的十进制小数表示尺寸，所以图 3-72 中的第二个表格进行了十进制和 64 进制之间的转换。你很有可能见到 0.375 英寸这样的测量值，要知道它等于 3/8 英寸，类知识非常有用。

很多数据表同时提供毫米和英寸测量值，但一些数据表现在只使用毫米表示。如果你仍然习惯用英寸思考，或者想知道元件是否适合面包板或多孔板上 1/10 英寸的孔间距，那么牢记 1/10 英寸等于 2.54 mm 将十分有用。假如元件很小，那么 2.5 mm 倍数的引脚间距可以接受。但是，不小于 25 mm的引脚间距可能不适应间距为 25.4 mm（即一英寸或以上）的孔。

图 3-73 展示了毫米、1/100 英寸的倍数和 1/64 英寸的倍数之间的转换关系。

图 3-74 是图 3-73 的放大版，展示了 0.1 mm 的倍数和 1/1000 英寸的倍数之间的转换关系。

过去四十年中，美国在采用公制度量系统方面作出了一些进步，但是转换完成还需要数十年时间。在此期间，任何使用美国生产或销售的零件或工具的人员都应该熟悉这两种度量系统，除此之外没有其他的方法。