1.7　雷电测距器

打雷时，许多青少年朋友也许会想：这雷电离我们有多远？雷电测距器就可以立即回答这样的问题。

1.7.1　测距原理

打雷时，我们总是先看到闪电，然后才听到雷声，这是因为打雷时产生的光和声的传播速度不一样。光波的速度是每秒30万千米，而声波的速度约是每秒340米（15℃空气中）。距离越远，从看到闪电到听到雷声的时间差越大。雷电测距器就是根据这个原理工作的。

如图1-69所示为雷电测距器电路，由时钟脉冲、计数显示、控制等部分组成。如图1-70所示为其原理方框图。

D 1 、D 2 组成自激多谐振荡器，产生周期为295ms的时钟脉冲。IC 1 、IC 2 级联组成两位（1位整数位，1位小数位）计数显示电路。D 3 、D 4 构成RS触发器，与微分电路C 2 、R 3 ，测距按钮开关S 2 等组成控制部分。

电路工作原理是时钟脉冲的周期为295ms，声波在295ms中正好传输了100m。记录下从看到闪电到听到雷声这段时间里时钟脉冲的个数，再乘以100m，即是雷电的距离。控制部分在测距按钮开关的控制下，产生清零脉冲、送数/锁存脉冲，控制计数显示电路正确计数并显示结果。电路工作波形如图1-71所示。

1.7.2　元器件选择

电路中使用了3块集成电路。IC 1 和IC 2 选用CMOS-LED组合电路CL102，由CMOS数字集成电路与LED数码显示器组合在一起封装而成，减少了显示装置的连线，提高了可靠性。其外壳采用双列式封装，上面有七段数码管显示窗口。CL102引脚功能如图1-72（a）所示，外形如图1-72（b）所示。

CL102内部电路如图1-73所示，包括十进制计数器、锁存器、译码驱动器和LED七段数码管。时钟脉冲由CP端送入计数器计数，计数结果经锁存器送入译码驱动器译码后，驱动七段数码管显示。当LE=1时，锁存器处于锁存状态，将此时的计数结果锁存并稳定地显示出来。

D 1 ~D 4 选用CMOS数字集成电路CD4011，内部包括4个互相独立的与非门，分别用作D 1 、D 2 、D 3 、D 4 。CD4011引脚功能如图1-74（a）所示，外形如图1-74（b）所示。

1.7.3　制作方法与步骤

雷电测距器的制作可按以下步骤进行。

（1）制作电路板

截取一块50mm×80mm的单面敷铜板，如图1-75所示描画好线路后腐蚀成型。电路板上部测距按钮开关S 2 的两个安装孔和下部电池卡子的4个安装孔为直径2mm，其他元器件安装孔为直径0.8~1mm。

（2）自制电池卡子

首先用具有良好弹性的薄铜片如图1-76所示尺寸剪制成型，a、b两种形状的各做两片，并分别在图中左侧画实线小圆圈处钻出直径2mm的安装孔。

接着如图1-77所示，将4片电池卡子分别放在橡皮垫上，在右侧画虚线圆圈处放一颗钢珠，用铁锤敲击钢珠，使电池卡子上形成一个凹坑。

如图1-78所示b形状的两块电池卡子上，上面一个虚线圆圈处是向下的凹坑，下面一个虚线圆圈处则是向上的凸起（将电池卡子反过来敲击即可），并且b 1 与b 2 正好相反，不能搞错。再将b 1 、b 2 两铜片沿虚线向上折弯成直角状。

然后将两片a形状的铜片也沿虚线向上折弯成直角状，分别制成正极卡子a 1 和负极卡子a 2 ，如图1-79所示。

最后用直径2mm的铜铆钉将4片电池卡子铆固在电路板的元件面上（非铜箔面）。a 1 、a 2 、b 1 、b 2 的安装位置如图1-80所示。a 1 、a 2 两片电池卡子应分别通过铜铆钉与电路板背面的铜箔焊牢。

（3）安装元器件

各元器件在电路板上的位置如图1-81所示。CL102的安装高度为12mm，其余各元器件的安装高度不得超过10mm。

（4）自制按钮帽

测距按钮开关S 2 为微动开关，需为其自制一个按钮帽，可用塑料或有机玻璃材料如图1-82所示尺寸制作，并将上下两部分粘牢。

（5）制作外壳

可选用或自制一个塑料小盒，其尺寸以正好能放下电路板为准。如图1-83所示，在外壳的正面对应两个CL102的地方开一个长方形窗口，并粘上一块透明有机玻璃，作为显示窗口。在外壳顶端对应电源开关S 1 的地方开一个长方形孔，对应测距按钮开关S 2 的地方开一个直径6.5mm的圆孔。

（6）整机组装

整机组装时，先将按钮帽从外壳内放入直径6.5mm的圆孔中，再将电路板放入外壳，使电源开关S 1 的拨柄从长方形孔中伸出，测距按钮开关S 2 的按钮正对着按钮帽，如图1-84所示。

（7）面板美化

雷电测距器的面板如图1-85所示，也可根据自己的喜好另行设计。

1.7.4　使用方法

使用时，先打开电源开关，然后如图1-86所示手持雷电测距器，大拇指放在测距按钮上。当看到闪电时，迅速按下测距按钮（按住不放）；当听到雷声时，迅速放开测距按钮，这时，雷电测距器上的数码管便会显示出雷电的距离。