声光静电感应演示器

电路由静电“天线”、电压控制振荡器、声音和灯光驱动电路等组成。电路由锁相环集成电路4046组成。电压控制振荡器的工作频率范围设置在音频范围，通过一个喇叭输出音频振荡。当带有静电的物体靠近静电天线。静电电场就会引起振荡器输出的脉冲频率发生变化；人们就会听到喇叭发出的声音频率发生了变化。电路的灯光颜色可以显示周围电场的极性；红色灯表示正电、蓝色灯表示负电。电路原理图见左图。

锁相环集成电路4046内含一个电压控制振荡器：可由外设的电阻电容控制振荡器的输出频率；同时还可通过调整电压控制端⑨的电压，控制振荡器输出脉冲的频率。这个电压控制端的直流输入阻抗在数十兆欧以上。本电路就是利用了这个压控振荡器的高阻抗输入特性，将一个静电接收“天线”接在电压控制端⑨上。这样，只要天线周围的电场发生变化，压控振荡器输出的脉冲频率就会随之变化。实验表明，它探测静电的静敏度很高，只要使用十厘米左右长的导线做天线，就能探知周围几十厘米甚至1米范围内的电场变化。

由于音频范围很宽，可以从几十到几千赫兹，输入电压越高、输出的脉冲频率越高，所以采用了电磁喇叭输出。一个8欧250毫瓦的喇叭，采用三极管射极输出电路推动，可以获得比较好的效果。

灯光信号输出采用4069非门电路，输出推动发光二极管显示周围电场的极性。4069的直流输入阻抗也很高；静电天线同时接在一个非门的输入端。一般情况下它的输入端是不允许悬空的；本电路恰恰采用了其输入阻抗高，可以被周围电场干扰影响输出状态的特点。由于4069输入端内部有保护电路，周围电场的变化不会导致4069的损坏。电路用多个非门并联输出推动发光二极管，选用红色显示正电荷、蓝色显示负电荷。

4046锁相IC内部框图如右图所示。包括输入整形电路、相位比较器I、相位比较器ll、压控振荡器等。

4046内部的压控振荡器，可以在电压的控制下产生从极低到数兆赫兹的脉冲信号。压控振荡器VCO的中心振荡频率由外接电容C1、外接电阻R1和R2决定。控制电压从9脚输入，电压越高、振荡频率也越高，4脚为振荡脉冲输出端。R1与R2都可以决定振荡频率，它们的区别在于：只用R1而不用R2，振荡频率 范围没有下限；而接入R2，振荡器的频率就有一个下限，只能从某一频率开始，随着电压的升高，频率从这个频率开始升高。使用时可以根据需要决定是否接入R20。

压控振荡器的中心频率fo=1/(2πR1C1)。

与传统金属片静电仪不同的是，本声光静电感应器可以感知静电场的正负。我们可以做一系列实验来研究不同极性的电场对本作品的影响。例如用塑料尺、塑料文件夹等物品，在衣物上磨擦一下；将塑料尺慢慢地靠近天线，在靠近的过程中，可以发现它输出的声音频率由高变低;同时红色灯熄灭，蓝色灯变亮。这表明塑料尺与衣服磨擦带负 电荷。如果把塑料尺移动，让它与感应天线远离,则上述变化正相反，输出的声音信号频率变高，红灯亮、蓝灯灭。

也可以采用三级管推动多个发光二极管，并且用发光二极管组成“十”字表示正电荷、组成“-”字表示负电荷，供更多的人观看。