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电子驱蚊器电路

驱蚊产品如蚊香、驱蚊片、液体蒸发器、驱蚊霜等在日常生活中非常常见，但它们往往存在潜在危害，对人体健康可能产生不良影响。

例如，驱蚊霜和驱蚊油可能会刺激皮肤，引发过敏反应；蚊香和驱蚊片在加热时会释放有害烟雾，容易导致呼吸不适；而液体蒸发器在加热时同样会产生刺激性气体。

为了在高效驱蚊的同时避免副作用，最优的解决方案是制作一个简单的电子驱蚊电路。该电路仅需少量元件，即可产生特定频率的信号来驱赶蚊虫。

简单来说，本文将介绍一个基于电子元件的驱蚊电路的设计方法。

1. 原理​

人类能够听到频率在20赫兹到20千赫兹之间的声音。任何高于20千赫兹的声音被称为超声波。许多动物，如猫、狗、昆虫和蚊子，能够听到这种超声波。在蚊子中，这一特性归因于它们触角上的感觉结构。

通常，雄蚊会发出超声波，而雌蚊会接收这些超声波。然而，在繁殖后，雌蚊通常会避开超声波，这一事实可以被利用来产生类似于雄蚊发出的超声波频率，从而驱赶蚊子。超声波会在蚊子的触角上产生压力，从而将它们驱赶走。

换句话说，设计了一个简单的电路，能够产生频率在20千赫兹到38千赫兹之间的超声波，从而吓跑蚊子。

2. 电子驱蚊器电路图​

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电子驱蚊器电路图 - ElectronicsHub.Org

最常见的无稳态多谐振荡器（Astable Multivibrator）电路是基于 555 定时器 IC 构建的。 555 定时器是一款 8 引脚集成电路，其各引脚功能如下：

  • 引脚 1（Ground）：接地引脚，直接连接到电池的负极。
  • 引脚 2（Trigger 触发端）：低电平有效。当该引脚的电压低于电源电压的 1/3 时，定时器被触发。在无稳态工作模式中，该引脚与 引脚 6 直接相连。
  • 引脚 3（Output 输出端）：定时器的输出引脚，用于提供脉冲信号。
  • 引脚 4（Reset 复位端）：低电平有效。通常将其连接到电池正极，以避免定时器被意外复位。
  • 引脚 5（Control 控制端）：通常很少使用。为了稳定工作，一般通过一个 0.01µF 陶瓷电容将其接地。
  • 引脚 6（Threshold 阈值端）：当该引脚的电压 大于或等于电源电压的 2/3 时，定时器输出会回到稳定状态。在无稳态模式下，该引脚与 引脚 2 短接，并通过电阻连接至 引脚 7。
  • 引脚 7（Discharge 放电端）：为外部电容提供放电路径，从而形成振荡。

2.1 所需元件​

  • 555定时器
  • 1个0.01微法拉电解电容
  • 1个0.01微法拉陶瓷电容
  • 1个760欧姆电阻
  • 1个1.5千欧电阻
  • 压电蜂鸣器
  • 1个SPST开关
  • 1个5伏电池

2.2 电路设计​

开发该电路的基本思想是利用蜂鸣器产生超声波。蜂鸣器由振荡器电路驱动。在此，我们使用基于555定时器的无稳态多谐振荡器电路作为振荡器电路。

设计电路涉及设计一个无稳态多谐振荡器电路。通常，555无稳态多谐振荡器产生的输出信号频率由以下公式给出：

F=1.44(Ra+2Rb)×CF = \frac{1.44}{(R_a + 2R_b) \times C}

其中，RaR_a是引脚7与Vcc之间的电阻值，RbR_b是引脚7和6之间的电阻值，CC是引脚6与地之间电容的值。

设 C=0.01C = 0.01 微法拉，F=38F = 38 千赫兹，占空比 D=60%D = 60\%（555定时器无法产生50%占空比的信号）。

由此可得：

Ra=1.44×(2D−1)F×CR_a = \frac{1.44 \times (2D - 1)}{F \times C}
Rb=1.44×(1−D)F×CR_b = \frac{1.44 \times (1 - D)}{F \times C}

代入 CC、FF 和 DD 的值，得到：

Ra=758欧姆,Rb=1.52千欧R_a = 758 \text{欧姆}, \quad R_b = 1.52 \text{千欧}

因此，可以使用一个760欧姆的电阻和一个1.5千欧的电阻。这里使用了一个1.5千欧的电位器。

2.3 电路原理​

  • 多谐振荡器是一种产生脉冲输出信号的电子电路。通常，多谐振荡器根据输出的稳定性分为以下几类：
    • 具有一个稳定状态的多谐振荡器称为单稳态多谐振荡器，用作脉冲发生器。
    • 没有稳定状态的多谐振荡器称为无稳态多谐振荡器，用作振荡器。
    • 具有两个稳定状态的多谐振荡器称为双稳态多谐振荡器，用作施密特触发器。
  • 在此，我们主要关注无稳态多谐振荡器。无稳态多谐振荡器不需要外部触发，因此可以用作振荡器。它们可以通过晶体管、运算放大器或集成电路实现。

2.4 电路工作原理​

闭合开关后，555定时器获得电源。根据内部电路，最初电容电压为零，因此阈值引脚和触发引脚的电压也为零。随着电容通过电阻 RaR_a 和 RbR_b 充电，当阈值引脚的电压小于电容电压时，定时器的输出会发生变化。电容现在开始通过电阻 RbR_b（即放电引脚）放电，并持续放电，直到输出电压恢复到原始状态。因此，输出信号是一个频率为38千赫兹的振荡信号。该无稳态多谐振荡器电路的输出驱动一个38千赫兹的压电蜂鸣器，产生规律的超声波。通过改变电位器的值，也可以改变输出频率。

2.5 应用​

如上所述，该电路可以用作驱蚊器。通过修改电阻和电容的值，该电路也可以用于驱赶其他昆虫。此外，它还可以用作简单的蜂鸣器报警电路。

2.6 电路局限性​

  • 需要大量的频率设置。
  • 超声波信号以45度角从声源传播。如果路径上有任何障碍物，信号会被反射或偏转。
  • 对于蚊子数量较少的情况，效果较好。