手機(jī)電磁輻射演示裝置的制作實(shí)驗(yàn)

眾所周知手機(jī)在使用中會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，怎樣觀察到這一現(xiàn)象呢?本制作可以演示手機(jī)發(fā)出的電磁波信號(hào)。把它放到手機(jī)附近，每當(dāng)手機(jī)撥打電話，或者接聽電話的時(shí)候，它就會(huì)發(fā)出燈光和聲音信號(hào)，指示手機(jī)發(fā)射電磁波的狀況。通過這個(gè)小裝置，我們可以觀察到手機(jī)向外輻射電磁波的狀態(tài)，同時(shí)還可以做一些有趣的實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)和了解手機(jī)的電磁輻射現(xiàn)象。

電路原理

原理圖見下圖。電路由高放、檢波、整形、顯示4部分組成。GSM手機(jī)發(fā)射頻率為900MHz電磁波，經(jīng)天線接收，信號(hào)首先通過Vl三極管9018組成的高頻放大電路放大，然后輸入到V2_極管9018組成的檢波電路檢波。檢波后得到了通訊信息編碼的脈沖信號(hào)。通過4069非門電路組成的整形電路，變成顯示脈沖信號(hào)，推動(dòng)顯示電路，發(fā)出聲音和燈光演示信息。

1.高放電路

采用9000系列中工作頻率最高的9018三極管構(gòu)成無調(diào)諧的高頻放大電路。為了有效地抑制較低頻段的高頻信號(hào)的干擾，電路采用了發(fā)射極直流反饋電路，并且不加交流旁路電容。這樣，這一級(jí)放大電路在獲得比較穩(wěn)定的直流工作點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)交流信號(hào)也有很強(qiáng)的負(fù)反饋功能，它的交流放大倍數(shù)很低。

但是對(duì)于900MHz的手機(jī)高頻信號(hào)，情況就不同了。我們知道，發(fā)射極和連接在它上面的反饋電阻R2對(duì)地來說有一個(gè)分布電容，這個(gè)電容的數(shù)量級(jí)對(duì)于手機(jī)高頻信號(hào)而言不容忽視;所以對(duì)于手機(jī)發(fā)出的電磁信號(hào)來說，這一級(jí)高頻放大的負(fù)反饋比較小，可以獲得比較大的放大倍數(shù)。高頻放大后的信號(hào)通過一個(gè)12pF的電容C1耦合到下一級(jí)檢波電路。

2.檢波電路

采用三極管檢波。用9018的基極在小電流下的非線性特性，把高頻信號(hào)中攜帶的脈沖信號(hào)取出來。本電路基極電阻R4為4.7MΩ，它兩端的電壓約為2.5V;基極的靜態(tài)工作電流為0.5uA。

這時(shí)三極管的集電極電流為40uA，通過負(fù)載電阻R5.可產(chǎn)生2.8V左右的電壓降，集電極對(duì)地電壓約為3.2V。當(dāng)基極檢出信號(hào)，產(chǎn)生信號(hào)電流后，集電極電流上升，負(fù)載電阻上的電壓降增加，導(dǎo)致集電極對(duì)地電壓下降。檢波信號(hào)通過電阻輸出到4069整形電路。為了使檢波回路更穩(wěn)定，同時(shí)也為了提高檢波效率，在基極并聯(lián)了一個(gè)倍壓檢波二極管D1。

3.整形電路

從檢波器輸出的信號(hào)波形為數(shù)字脈沖信號(hào);它的特點(diǎn)是占空比很小，也就是脈沖比較窄;通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)可知，GSM手機(jī)的通訊信號(hào)脈沖寬度大約在0.5毫秒，最短周期約為5毫秒;若干個(gè)這樣的脈沖信號(hào)組成一個(gè)脈沖信號(hào)組。

這樣的信號(hào)包含的能量較小，不能直接驅(qū)動(dòng)顯示電路。我們通過整形電路，把它變成占空比較大的脈沖信號(hào)。

在常態(tài)下，由檢波三極管集電極輸出的信號(hào)電壓為3.2V。一旦電路接收到手機(jī)發(fā)射的電磁波信號(hào)，檢波級(jí)輸出的電壓就會(huì)下降到3V以下。這樣，非門輸出電壓就會(huì)翻轉(zhuǎn)。通過3級(jí)非門電路后，檢波信號(hào)通過限流電阻R7，整流二極管D2，加到由電阻R8和電容C2組成的RC電路上。通過調(diào)整RC電路的時(shí)間常數(shù)，每一個(gè)窄脈沖信號(hào)可變成脈寬約5毫秒的信號(hào)。這樣，檢波得到的窄脈沖信號(hào)組就變成了長度不等的寬脈沖信號(hào)。整形后的信號(hào)通過2級(jí)非門電路，輸出到顯示電路。

4.顯示電路

顯示電路由9014三極管組成直流放大電路，推動(dòng)發(fā)光二極管和微型有源單音蜂鳴器。如果用3V的蜂鳴器，可在電路中串聯(lián)一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管;如果用6V的，可在電路中串聯(lián)一個(gè)紅色發(fā)光二極管。