从电火花打点计时器高清拆解图，分析构造，详细解读电路工作原理

互推小编 2024-01-06

电火花打点计时器是物理实验中常用的一种计时仪器，其基本原理是每隔相同的时间在一条纸带上打出一个点。对于国内家庭照明用电来说，交流电的频率是50赫兹，电火花打点计时器直接使用照明用电，220伏交流电源供电，在交流电每个周期产生一次火花放电，在纸带上打点。因此电火花打点计时器打点频率与交流电的频率相同，也是50赫兹，交流电周期是0.02秒，所以电火花打点计时器也是每隔0.02秒打一次点，纸带上相邻两个点的时间间隔是0.02秒。

上图是物理实验室中使用很多年的打点计时器，稍微有些物理知识的就能看出来，这实际是一台电火花打点计时器，仪器标签是错误的。电火花打点计时器使用时，接通220伏交流电源，打点周期与交流电源周期相同，每个周期发生一次高压火花放电。纸带放在墨粉盘和放电极之间，高压电击穿纸带，在放电极和墨粉盘之间产生火花放电，在纸带上留下黑色点迹。此处墨粉盘作用有两个，其一导电，其二火花放电时在纸带上留下点迹。特别注意使用时，纸带放在墨粉盘下面（这里使用时经常放错顺序，纸带上点迹不清楚）。

下面我们进行拆解，看一下内部结构，分析一下工作原理。从底部卸下螺丝，拆开外壳，可以看到内部构造：电路板连接着一个匝数很少的线圈，小线圈绕在磁棒上，小线圈外部嵌套着一个匝数很多，分段绕制的大线圈，显然这是一个升压线圈（也可以理解为变压器）。小线圈匝数少，漆包线线径较粗，是初级线圈；大线圈绕制在一个塑料框架上，用塑料隔板隔开分段绕制，漆包线线径较细，匝数很多，是次级线圈。升压后次级线圈电压很高，可达数万伏，绝缘塑料隔开分段绕制防止击穿漆包线绝缘层放电。

绕制次级线圈的漆包线很细，线圈两端固定在外壳两个插孔上，并通过另外两根更粗的漆包线连接到放墨粉盘的转轴上和放电极上。我们把线圈单独拆下来仔细看一下其构造，仔细看一下线圈绕制方法以及在防止高压放电方面的具体做法。如下图所示，次级线圈一段一段的用厚厚的塑料隔板隔开，这样做的目的是防止漆包线间电压差过大，击穿漆包线表面的绝缘层放电。如果不加隔板整体绕制，就需要更复杂的绝缘措施，绕完一层线圈后加上绝缘布或绝缘纸后才再绕制一层。

上图中，两根绝缘套管连着的是初级线圈，初级线圈嵌套在次级线圈内部，初级线圈外面包裹着绝缘纸。把初级线圈拿出后，可以看到初级线圈匝数很少，只在磁棒上绕了一层。初级线圈连着电路板，次级线圈与电路板没有任何电路连接。电路板电子元件较少，看起来比较简单，六个二极管1N4007，四个色环电阻，阻值通过色环可以很简单的读出，另外还有一个稳压管，一个电容器，一个单向可控硅。如下图所示。

根据电路板，顺着背面敷铜线路走向，在白纸上绘出电路图。我们根据电路图简单分析一下，电路原理。在交流电正半周期，电源通过D1、R2、D3给电容器C1充电，电容器极板电压上正下负。在交流电的负半周期，电源经过D4、R3、R4、稳压管和D1等形成回路，并触发单向可控硅导通，C1上电荷经过初级线圈、D6和可控硅形成的回路形成脉冲电流，电流迅速减小到达可控硅维持电流后，可控硅关断。初级线圈脉冲电流形成的变化磁场在次级线圈上感应出高压电，高压电通过放电电极和墨粉盘，在距离最小处击穿纸带形成火花放电，在纸带上留下点迹，一个周期结束。交流电进入下一个周期，周而复始再次充电放电，充放电周期与电源周期相同。因此对于50赫兹的交流电来说，打点周期是0.02秒。