简易“竞赛抢答器”的设计和制作

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摘要：介绍师生互动研制抢答器过程。通过专题实践活动，旨在加深和扩展学生对物理知识的理解与应用，增强学生创新意识和培养学生科学探究能力。

关键词：抢答器；设计；制作

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2008)2(S)-0053-3

学校经常开展的第二课堂活动需用抢答器。抢答器市面无现货，网上虽有邮购但价格较贵。厂家生产的竞赛抢答器大多具有数码全自动功能，制作复杂、成本高。为此，我们研制了成本低、制作简单的抢答器。笔者选用自动控制电子元件可控硅等材料。经反复实践，终于制作出二台有九组控制功能、简易实用的智力竞赛抢答器（图1）。经实际使用，效果较好，并被选送参加省级自制教具比赛，获三等奖。现介绍如下。

1 抢答器的基本功能和工作原理

1.1 基本功能

每套抢答器有主机一台、抢答控制线九条（带插头和抢答按钮）。在几组参赛的情况下，首先抢答者按下抢答按钮发出抢答信号，此时其他参赛组成员的抢答电路即无触发导通条件而失效。在主持人解除抢答信号后，电路才自动恢复到各组成员又可均等抢答的状态中。

1.2 工作原理

本机电路由核心元件单向晶闸管、继电器等组成，接通电源时，当任一组抢答者最先按下抢答按钮，即对应单向晶闸管控制极有触发电压而导通，相应组号的指示灯亮。同时继电器迅速动作立即断开所有管子的触发电路和接通音响告知电路蜂鸣器发出提示音。原已导通的管子当触发电路断开失去了控制极触发电压后，仍能形成正反馈放大过程，使管子导通电流≥其维持电流，管子呈持续导通状态。其后抢答的因晶闸管失去了控制极触发电压都不导通，对应的指示灯不亮，形成抢答自锁，从而保证只有其中最先抢答的一路导通。

2 制作材料、元件和工具

学生多用表、电烙铁、钻子和φ1～φ８钻头、小钢锯、小刀（中学实验室常用工具中均有）等。

3 制作过程及方法

3.1 根据元件性能设计绘制电路原理图。

其基本的电路由抢答器主体电路、各组的抢答灯光显示电路、抢答音响告知电路、电源电路等几部分组成。如图2所示。

3.2 挑选元件和元件参数要求

①单向晶闸管MCR100-6的选择。管子工作电流1A＞0.１４Ａ（整机工作输出电流），远满足要求。先用学生多用表进行导通特性检测：置R×1档，将红表笔接晶闸管负极，黑表笔接正极（图3），这时表针不动，然后用黑表笔触一下控制极K，给K极一正向触发电压，这时表针示值为几十欧～十欧左右，黑表笔马上离开K极表针示值仍保持不变。表明管子触发特性基本正常，否则是触发特性不良或根本不能触发，这样的管子不能用。为更安全可靠，再用如图4所示具体检测电路能直观地检测其导通情况。图中VS为待测管；L为12V指示灯，它是管子导通时的负载；E为-12V电源；R为控制极限流电阻。

检测方法 当开关S断开时，晶闸管应处于阻断状态，指示灯不亮；若指示灯亮，说明该管击穿；若指示灯微亮，说明该管漏电严重。此时将多用表置直流电流档代替指示灯可测出漏电电流的大小。将开关S迅速地闭合一下，该管触发而导通，此时指示灯较亮，接着断开S ，正常情况指示灯仍同样亮；若指示灯不很亮，说明该管导通压降大。可用多用表检测导通时压降，一般近1V。若S闭合时灯亮，S断开时灯灭，其控制极损坏。

总之，选用截止时漏电流很小，触发导通后压降也很小，触发灵敏度相近，性能良好的管子是关键。

②控制极限流电阻R。该电阻对管子触发灵敏度有影响，可防止管子之间相互干扰，产生误动作,不可不要。而且选择不当会产生多管同时导通。取值约1/4W 220KΩ～330KΩ。

③12V指示灯与灯座要接触良好。若用发光二极管作指示需串1/2w200Ω的电阻；不过亮度比前者稍弱。

④用电铃开关作抢答按钮时，要选用阻力小，从各方向压按钮芯时都保持接通良好的。可用多用表测量接触状况。必要时进行改良或自制。

3.3 元件安装线路板的设计制作

①根据实物元件尺寸和电路原理图，设计绘制出元件安装线路图（图略），并复印或直接粘贴在广告装璜纸上。

②按元件安装线路图的尺寸大小裁下绝缘敷铜板且擦干净板面。将复印有元件安装线路图广告装璜纸粘贴在敷铜板（铜箔的一面）上。

③用刻刀把不用保留部分的广告纸剔除,其余要保留部分让广告纸覆盖。

④把经处理好的粘贴有广告纸的敷铜板放入容器，倒入三氯化铁溶液腐蚀，溶液必须将敷铜板浸没。可加温、晃动溶液来加快腐蚀进程，几小时后直至把暴露的铜箔腐蚀干净。完毕，溶液回收下次再用。

⑤取出敷铜板用水冲净。依实物大小定位，用φ1～2.5mm钻头在线路板上钻孔后安装线路板告成。然后把元件插在线路板对应位置。注意各管脚的极性，不能插错。然后焊接元件和线路，抢答按钮安装在圆木块上。然后制作机壳，用旧仪器壳和收录机音箱改装而成。在机壳顶部等距开孔安装指式灯和恢复按钮。中部安装线路板，变压器装在底部，等。

⑥试机、测试整机和各单元工作电流。导通时每路指示灯工作电流约１００毫安；蜂鸣器工作电流约４０毫安；整机工作电流约为140毫安。依次按下每路抢答按钮试机即相应指示灯亮。试机２０次故障率为０；模拟竞赛试机每次只有最先抢者指示灯亮，其余不亮。试机２０次故障率为０。持续通电工作三小时没有异常和过热现象。

⑦整机组装、定型。编写资料，打印标识。

4 使用方法

4.1 先把各抢答器外接控制线路插头插入机盒上线路插口。

4.2 接通交流220伏电源。主持人说"开始"同时即按下机壳上面的恢复按钮。

4.3 任一路先按下抢答按钮，对应指示灯即亮并伴有声响提示。迟按或不按抢答按钮对应线路指示灯不亮。每次抢答完毕，按下机壳上面的恢复按钮一次后指示灯灭，提示响声停止。再按一次恢复开关方可进行下一轮抢答。

4.4 抢答者手向下压抢答按钮动作完成后即抬手离开按钮，使按钮恢复常态。不要按着不放。以免影响下次抢答。

4.5 在开赛前，各路参赛者依次试按抢答按钮，以防因人为因素造成线路接触不良等影响竞赛进行。

5 优点

①该机设计科学合理，性能较可靠，有声、光提示，比较美观。完全达到抢答器功能要求。根据需要该抢答器控制电路组数可任意减少或扩展。

②操作简单，体积小、重量轻、消耗功率小、造价低（每台造价不到100元）。

③加深和扩展了学生对物理知识的理解与应用，提高了学生实验、观察、动手解决问题的实际能力。

④培养学生善于废物利用，节约、环保意识。

⑤制作与高中物理知识联系紧密，材料来源便捷，适宜高中学生实验制作。亦可作为学生探究性学习的有效工具。

参考文献：

［1］金正浩等编.怎样检测家用电器电子元器件.人民出邮电出版社.2001年1月

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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