雷电预报器的DIY制作全过程.pdf

雷电预报器的雷电预报器的 DIYDIYDIYDIY 制作全过程制作全过程雷雨季节，我们常会看到电光闪闪，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！每年的5月～9月是我国雷雨频发的季节，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个能够预报雷电的报警器，便可在雷雨到来之前，探测出远处天空云层间或云层与大地之间的放电，对雷电进行早期预警这样，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、不使用和等，做到防患于未然！图1 雷电预报器电路图工作原理工作原理这个雷电报警器的电路如图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 VT1、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 VT1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 VT1的基极，触发振荡电路起振于是，VT2的集电极就会输出约42kHz 的振荡电信号，经电容器 C4耦合、晶体二极管 VD 整流后，向 VT3的基极提供合适的正向偏置电压，使 VT3导通，压电陶瓷蜂鸣器 HA 通电发出单音“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 两端获得平稳的工作电压，使 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图2 所用元器件实物外形图元器件选择元器件选择该制作总共用了19个电子元器件和配件，可对照图2所示的实物集体照一一进行配购晶体管 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=310mW）型硅 NPN 小功率三极管，要求电流放大系数β＞200。

实际上任何同类型的小功率、高增益晶体三极管（如3DG8、BC109C 等） ，都可以在这里使用VD 用1N4148型硅开关二极管HA 选用 CPB14A12-4.0型自带音源微型直流压电陶瓷蜂鸣器， 其外形尺寸及引脚排列如图3所示， 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CPB14A12-4.0的主要参数：外形尺寸为φ14mm×7.5mm，重量0.9g；发声频率为4.0±0.5 kHZ（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-1/4W 型碳膜电阻器C1、C2用 CC1型高频瓷介电容器，C3、C4用 CT1型低频瓷介电容器，C5、C6用 CD11-16V 型电解电容器天线 W 可用一段φ1mm、长度150mm的铁（铜）丝如果希望作品更美观一些的话，可选用便携式收音机常用的150mm 长度的拉杆天线。

G 采用6F22-9V 型叠层干电池，要求配上揿钮式接线扣板本装置不设电源开关，用毕从揿钮式接线扣板上取下干电池即可图3 CPB14A12-4.0型压电陶瓷蜂鸣器图4洞洞板”接线图制作方法制作方法整个制作过程可分为焊接电路、调试电路和组装3大步骤来完成，现分步介绍如下：第1步，焊接电路首先，裁取一块尺寸约为35 mm×20mm 的单孔“洞洞板”，按照图4给出的电路板接线图进行焊接（注意：焊接面朝向读者，元器件在板的背面） 焊接时充分利用元器件引脚飞线连接，要求焊点光要求焊点光亮整洁采用“洞洞板”的好处是取材简便、成本低廉、使用方便，可达到事半功倍的效果焊接时注意，压电陶瓷蜂鸣器HA 通过4cm 长的两根细电线焊接在“洞洞板”上，电池扣板的引线长度以7cm 左右为宜焊接好的实物如图5所示图5 焊接好的电路（a）元件面（b）焊接面（c）整体图第2步，调试电路焊接好的电路，经检查无问题后，便可按图6（a）所示接通9V叠层干电池，开始进行调试具体方法：首先，按照图6（b）所示，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） 。

调节 RP 电阻值的技巧是，可预先将小螺丝刀逆时针旋转至 HA 不发声，接着一边缓慢顺时针方向旋转小螺丝刀，一边听 HA 是否开始发声当压电陶瓷蜂鸣器 HA 发声时，即停止顺时针方向旋转小螺丝刀，并反方向（逆时针）稍退回一点点，使 HA 停止发声，即获最佳工作状态然后，按图6（c）所示，用小螺丝刀或手指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，直到符合要求还可以用塑料梳子连续梳干燥的头发十多下，使塑料梳子与头发摩擦后带上静电，在距离天线 W 约2m 远的地方用手指逼近塑料梳子使其放电， 以检验能否让压电陶瓷蜂鸣器 HA 可靠发声1～2s如果不符合要求，亦应重新细调 RP，直至达到要求为止图6 电路的调试（a）接通干电池 G（b）微调电位器 RP（c）使用方法使用方法雷电预报器做成功以后，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预报器反复发声，在排除其他静电放电干扰的情况下，便说明雷电即将到来需要指出的是，该预报器不仅能够探测静电放电，而且还能探测附近各种电器产生的“电火花”。

每当开关附近的电灯或其他用电器的电源开关时，“天线宝宝”均会发声1～2s而如果房间空气比较干燥时，人体就会带上较高的静电，当用手去接触金属门拉手或其他物体时，只要产生静电放电，亦会触发不远处的“天线宝宝”发声1～2s使用中应注意加以区分，不要预报器一发声就判断为雷电将至如果使用中发现预报器的探测灵敏度不够理想，可按照前面所讲的电路调试方法，微调电位器 RP 的电阻值，并进行灵敏度测试，直到满意为止该预报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。