可以训练的机器狗电路及制作方法

gandalf

（本文原作者：田进勤 男，汉族，1930年出生，河南省新野县人。1947年参加革命工作，1950年加入中国共产党，曾任陕西省水电设计院政治处主任等职，其事迹被收入2007年8月中国工人出版社出版发行的《开国将士风云录》一书中。中国电子琴发明者）
这里介绍的机器狗是一种模拟动物条件反射的简单电子仪器，它能帮助我们了解一些用机器模仿大脑的简单原理，并且表演生动有趣。每当把“食物”（金属球）放进“小狗”咀里时，它会不例外地“亮”起眼睛并摇动尾巴，表示“兴奋”——无条件反射。如果先对机器狗发声，紧接着给以“食物”，并如此反复多次之后，就会看到从某一次起，这只狗在只听到声音而没有得到食物的情况下，也会摇起尾巴、亮起眼睛来，好像得到食物一样地兴奋，这说明条件反射已经形成。当然，如果你长期只用声音来“欺骗”它，那么它会逐渐“怀疑”起来，最后也“不理”这一套了（遗忘了条件反射）。
电路原理：

机器狗的电路原理示于图1。 P为一金属球，代表喂狗的食物。M为微音器，接收声音信号。Y为放大器。P1、P2、P3都是继电器，P1是速动的，P2是速吸迟放的，P3是迟吸迟放的。K1、K'1，K2、K'2及K3分别为P1、P2及P3所控制的常开接点。P4为执行继电器，控制狗的动作。

  由图可知，当没有任何信号作用时，执行继电器P4不会动作。狗也就不起反应。当仅向狗发声时，K2和K'2闭合，但因K1和K3没有闭合，所以狗仍不起反应。当只喂“食物”时，K1和K'1闭合，P4通过K'1而被接通，从而使狗反应（无条件反射）。
    现在先向狗发声，迟放继电器P2动作，闭合K2和K'2，再立刻喂以“食物”，则继电器P1接通，闭合K1和K'1。这时，继电器P3经K1、K2接通，但P3是长延时的迟吸迟放继电器，虽有电流通过，K3并不立刻闭合。只有当先声音后食物的信号组合连续重复几次时，P3才使K3闭合。K3闭合后，虽然只发出声音信号，即只对狗发声而不喂食物，但由于K3的长延时释放和K'2的闭合，也能使执行继电器P4通过K'2和K3接通，从而狗也会起反应（形成条件反射）。机器狗保持条件反射的时间可达2～5分钟。之后K3弹开，再对狗发声，它就不会起反应了（“遗忘”了条件反射）。
    从上述“训练”、“条件反射形成”及“遗忘条件反射”的过程中可看出，继电器P1、P2和P3的动作时序很重要。P1必须速吸速放。P2必须在向狗发声时很快就能动作，而在发声以后仍能保持一段时间才释放，以便在训练时使P3有足够长时间通过电流，累积较多热量（P3为热继电器），不必经过太多次数的训练就能形成条件反射，并且在形成条件反射后，每次发声停止，仍然能使狗保持短时间的兴奋。当然，P2的延迟释放时间不能太长，必须短于P3的吸动迟延时间，否则一次“训练”即形成条件反射，与真实情况不符。

图2是机器狗的具体电路。电子管V1、V2、V'2和V3组成声电子继电器。V1、V2作为音频放大器，用来放大从话筒输入的音频电流。V'2组成一个哈特莱振荡器。产生振荡时，V'2的栅负偏压接近于截止偏压，V'2的屏流极小。当有声音信号输入时，声音信号电流经V1、V2放大后通过C5及L2加于V'2栅极，使氖管N起燃。氖管起燃后，内阻急剧降低，几乎使V'2的栅—阴极短路，从而使振荡停止，V'2的栅负偏压接近于零，屏流剧升，使P0动作。据试验，屏流落差可达10～20毫安。V3组成一般的整流器。
P0控制接点K0，K0接通P2。P2为一电阻丝式热延时继电器，它是由于电阻丝R8通过电流后的发热膨胀使中部弯曲（方法见后）才把K2和K'2接通的。上面已谈到，对P2的要求是速吸迟放。由于电阻丝受热膨胀较快，而冷缩较慢，所以基本上可达到要求。实验证明，声音信号需要持续一秒钟，P2才能动作，而P2释放延迟时间可达2秒。
P3为一长延时继电器，它的接点K3是由双金属片带动的。双金属片外面绕以电阻丝R10。当P3（即R10）通过电流时，双金属片受热弯曲，使K3接通。继电器P4作成断续器，以便完成狗摇尾巴的动作。
制作、安装和调整
    声电子继电器部分的制作比较简单，各元件的数据已列在图2中。扼流圈L2是防止V'2的高频振荡被C5分路而用的，可用直径0.2毫米的漆包线在1兆欧以上炭质电阻外面绕制100～200匝而成，线圈端线就焊在电阻引线上。栅漏电容C7的值应根据试验在2000微微法到0.01微法范围内选取，与作为栅漏电阻的氖管的性能有关。试验中如果发现氖管过一定时间便自动闪亮一下，可增大C7一试，如果还有此现象，可改变同氖管串联的稳定电阻R7。增大R7会使氖管的工作更稳定，但氖管的灵敏度则随之减低。根据实验，有时甚至可以不用R7。振荡频率与C6有关，C6的数值以100微微法较好。继电器只要能8毫安起动、2毫安释放就行。或者，在截面积4×15毫米的铁心上用0.1毫米漆包线绕制3000匝自制。L1用的是美通630S型短波本机振荡线圈。这个线圈最好加装屏蔽，以防干扰其它收音机收听。电源变压器T的数据：铁心用厚0.35～0.5毫米的硅钢片作成，叠厚45毫米；初级绕组用0.35毫米直径的漆包线绕473×2匝；次级高压绕组用0.224毫米直径的漆包线绕2150匝，在1075匝处抽头；5伏绕组用1.0毫米直径的漆包线绕22匝；12.6伏绕组用1.12毫米直径的漆包线绕54匝，在27匝处抽头。

    这部分装好后，插上晶体话简，站在一米以外喊“喂”！氖灯应该燃亮，同时P0应可靠地动作。

延时继电器P2和P3装在同一底板上（图3）。图中虚线上部是P2，下部是P3。R8是一根稍微拉紧了的电阻丝，长15～20厘米，直径约0.07毫米（45号线），可从旧的270欧线绕阴极电阻上拆用。图3中1为一铁片作成的接点架，它能绕轴2回转。弹簧3的张力应小于R8的冷态张力，使只当R8通过电流变热松弛时弹簧3才使接点K2闭合。P2装成后，电阻丝R8应尽量成直线，K2和K'2簧片长一些、薄一些，效果会更好些。
    P3用一双金属片，外面套一个用500～800瓦的电炉丝（或类似电阻丝）绕成的加热线圈。这个线圈的圈数为5～6匝，直径约7毫米。加热线圈即电阻R10。双金属片可拆用日光灯起动开关（司塔脱）中的那个弯片。在固定P3时，应注意不要让螺管式的R10与它里面的双金属片相碰。双金属片未固定的一端要焊一弹性较好的薄铜片（长约30毫米）作K3接点之一。K3接点间距以1毫米为宜。R9也是用同样电炉丝绕成的（约10匝），其作用是调节通过R10的电流，以获得需要的延时，具体数值可依试验确定。
    狗体包括装有接点K1和K'1的下颚，代表眼珠的灯泡S1和S2，以及继电器P4（断续器）和由它操纵的摇尾装置。K1的两个接点直接靠铁球接通，K'1的上接点是一个簧片，靠铁球压力和下接点接通，所以K'1上接点和铁球接触的地方应加以绝缘，以免K'1和K1短路。P4是从12伏5安交流继电器拆出的铁心和线包，装置方法如图4所示。被P4吸动的衔铁块1由十余片硅钢片叠成（尺寸为10×10×5毫米），在它上面插入装有接触片的架子（架子与接触片间用套管2绝缘）。衔铁焊在围绕轴3转动的尾架4上。K4的另一接触片5直接焊在狗体骨架是。衔铁1平常被弹簧6拉向一边，使K4常闭。当P4工作时，衔铁即向P4的铁心摆去，由于此时K4断开，继电器P4中电流中断，所以衔铁又摆回。这样断续动作，带动狗尾摇动。衔铁1吸向铁心7后，应与铁心间保持一段1～2毫米的间隙。这个间隙太大，衔铁可能摆不动，太小则衔铁可能颤动。作成后试验，如尾巴摆动过急，可加重衔铁1的重量或减小弹簧6的弹性。注意，接触片5不应太坚硬。用O.5毫米厚的铜片（宽3毫米长30毫米）作接触片5，衔铁摆幅能达12.5毫米左右。

从狗体接出的引线共四根。a线接到K2的一个接点；b线接到电阻R10；C线是继电器P4线圈的一根引出线，接到K2'的一个接点；d线接到K0的一个接点或12.6伏绕组的一个接头上。S1、S2用一般收音机中的指示灯即可。
    狗体装成后，所有引线绞成一束，从下颚拉出（好似套绳），然后用外皮将狗体装饰一下。狗体以外的装置，可装在一个方匣内。方匣即作为台基，如图5所示。

    表演时，先向狗发声（声音需延续约一秒钟），紧接着将金属球放入狗口内。然后取出金属球，并随即又向狗发声，再将金属球放入狗口内。这样重复6～7次，注意各动作之间不要停顿，就能完成“训练”过程，形成条件反射了。
（本文原作者：田进勤 男，汉族，1930年出生，河南省新野县人。1947年参加革命工作，1950年加入中国共产党，曾任陕西省水电设计院政治处主任等职，其事迹被收入2007年8月中国工人出版社出版发行的《开国将士风云录》一书中。中国电子琴发明者）