電火花打點計時器是物理實驗中常用的一種計時儀器，其基本原理是每隔相同的時間在一條紙帶上打出一個點。對於國內家庭照明用電來說，交流電的頻率是50赫茲，電火花打點計時器直接使用照明用電，220伏交流電源供電，在交流電每個週期產生一次火花放電，在紙帶上打點。因此電火花打點計時器打點頻率與交流電的頻率相同，也是50赫茲，交流電週期是0.02秒，所以電火花打點計時器也是每隔0.02秒打一次點，紙帶上相鄰兩個點的時間間隔是0.02秒。
上圖是物理實驗室中使用很多年的打點計時器，稍微有些物理知識的就能看出來，這實際是一臺電火花打點計時器，儀器標籤是錯誤的。電火花打點計時器使用時，接通220伏交流電源，打點週期與交流電源週期相同，每個週期發生一次高壓火花放電。紙帶放在墨粉盤和放電極之間，高壓電擊穿紙帶，在放電極和墨粉盤之間產生火花放電，在紙帶上留下黑色點跡。此處墨粉盤作用有兩個，其一導電，其二火花放電時在紙帶上留下點跡。特別注意使用時，紙帶放在墨粉盤下面（這裡使用時經常放錯順序，紙帶上點跡不清楚）。
下面我們進行拆解，看一下內部結構，分析一下工作原理。從底部卸下螺絲，拆開外殼，可以看到內部構造：電路板連接著一個匝數很少的線圈，小線圈繞在磁棒上，小線圈外部嵌套著一個匝數很多，分段繞制的大線圈，顯然這是一個升壓線圈（也可以理解為變壓器）。小線圈匝數少，漆包線線徑較粗，是初級線圈；大線圈繞制在一個塑料框架上，用塑料隔板隔開分段繞制，漆包線線徑較細，匝數很多，是次級線圈。升壓後次級線圈電壓很高，可達數萬伏，絕緣塑料隔開分段繞制防止擊穿漆包線絕緣層放電。
繞制次級線圈的漆包線很細，線圈兩端固定在外殼兩個插孔上，並通過另外兩根更粗的漆包線連接到放墨粉盤的轉軸上和放電極上。我們把線圈單獨拆下來仔細看一下其構造，仔細看一下線圈繞制方法以及在防止高壓放電方面的具體做法。如下圖所示，次級線圈一段一段的用厚厚的塑料隔板隔開，這樣做的目的是防止漆包線間電壓差過大，擊穿漆包線表面的絕緣層放電。如果不加隔板整體繞制，就需要更復雜的絕緣措施，繞完一層線圈後加上絕緣布或絕緣紙後才再繞制一層。
上圖中，兩根絕緣套管連著的是初級線圈，初級線圈嵌套在次級線圈內部，初級線圈外面包裹著絕緣紙。把初級線圈拿出後，可以看到初級線圈匝數很少，只在磁棒上繞了一層。初級線圈連著電路板，次級線圈與電路板沒有任何電路連接。電路板電子元件較少，看起來比較簡單，六個二極管1N4007，四個色環電阻，阻值通過色環可以很簡單的讀出，另外還有一個穩壓管，一個電容器，一個單向可控硅。如下圖所示。
根據電路板，順著背面敷銅線路走向，在白紙上繪出電路圖。我們根據電路圖簡單分析一下，電路原理。在交流電正半週期，電源通過D1、R2、D3給電容器C1充電，電容器極板電壓上正下負。在交流電的負半週期，電源經過D4、R3、R4、穩壓管和D1等形成迴路，並觸發單向可控硅導通，C1上電荷經過初級線圈、D6和可控硅形成的迴路形成脈衝電流，電流迅速減小到達可控硅維持電流後，可控硅關斷。初級線圈脈衝電流形成的變化磁場在次級線圈上感應出高壓電，高壓電通過放電電極和墨粉盤，在距離最小處擊穿紙帶形成火花放電，在紙帶上留下點跡，一個週期結束。交流電進入下一個週期，週而復始再次充電放電，充放電週期與電源週期相同。因此對於50赫茲的交流電來說，打點週期是0.02秒。
以上就是對物理實驗中電火花打點計時器結構及工作原理的簡單介紹，通過拆解一臺實際使用中的打點計時器進行分析，希望通過高清拆解圖，大家能瞭解其基本構造。通過繪製的電路圖，能看清電路構造，通過我的簡單分析，能深刻了解打點計時器打點週期與交流電源週期相同。
本文系作者原創，除圖二外，圖片均為實景拍攝。
