Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_4.pdf

Na warsztacie

PRAKTYCZNY

KURS

ELEKTRONIKI

cz. 4

Oto czwarta część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zaingurowaliśmy w numerze lutowym MT

i będziemy kontynuować przez kilkanaście miesięcy. Zainteresowanie tym kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydo-

waliśmy się umożliwić czytelnikom dołączenie do kursu w dowolnym momencie. Po prostu, wszystkie poprzednie

części są dla wszystkich dostępne w formacie PDF na stronie www.mt.com.pl. Można z nich korzystać w komputerze

lub wydrukować sobie. Publikacja każdej kolejnej części jest zawsze poprzedzona jedną stroną wstępnych informacji

(jest to właśnie ta strona), żeby nowi czytelnicy mogli zapoznać się z zasadami KURSU i dołączyć do kursantów.

ZAPRASZAMY!

Oto czwarta część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zaingurowaliśmy w numerze lutowym MT

Jeśli nie masz bladego pojęcia o elektronice, ale chętnie

byś poznał jej podstawy, to nadarza Ci się jedyna, niepowta-

rzalna okazja. We współpracy z bratnią redakcją miesięcz-

nika Elektronika dla Wszystkich rozpoczęliśmy w Młodym

Techniku cykl kilkunastu fascynujących lekcji dla zupełnie

początkujących. Jest to Praktyczny Kurs Elektroniki (PKE)

z akcentem na Praktyczny , gdyż każda Lekcja składa się

z projektu i wykładu z ćwiczeniami , przy czym projekt

to konkretny układ elektroniczny samodzielnie monto-

wany i uruchamiany przez „kursanta”. Pewnie myślisz

sobie – pięknie, ale jak ja mam montować układy nie mając

lutownicy ani żadnych części elektronicznych. Otóż jest

rozwiązanie. Lutownicy nie będziesz w ogóle używać, gdyż

wszystkie układy będą montowane na płytce stykowej ,

do której wkłada się „nóżki” elementów na wcisk.

I rzecz najważniejsza! Wydawnictwo AVT przygo-

towało zestaw EdW 09 , zawierający płytkę stykową

i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania

kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw

EdW 09 będzie można kupić w sklepie internetowym

www.sklep.avt.pl lub w sklepie i rmowym AVT

(Warszawa, ul. Leszczynowa 11) – cena brutto 47 zł.

Ale Ty nie musisz kupować! Dostaniesz ten zastaw

za darmo , jeśli jesteś prenumeratorem MT lub wykupisz

wkrótce prenumeratę. Wystarczy wysłać na adres:

prenumerata@avt.pl dwa zdania:

„Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny

zestaw EdW09. Mój numer prenumeraty: ......................”

Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 30. kwietnia

2013 r., to zestaw EdW09 wyślemy Ci w pierwszej deka-

dzie maja wraz z czerwcowym numerem MT.

Uwaga uczniowie!

Szkoły prenumerujące MT otrzymają Pakiety Szkolne

PS EdW09 , zawierające po 10 zestawów EdW09 (każdy

zestaw EdW09 zawiera komplet elementów z płytką sty-

kową) skalkulowane na zasadach non proi t w promocyj-

nej cenie 280 zł brutto za jeden pakiet PS EdW09 (tj. z ra-

batem 40% – 28 zł brutto za pojedynczy zestaw EdW09,

którego cena handlowa wynosi 47 zł). Upewnij się, czy

Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszystkie szkoły

ponadpodstawowe i wiele podstawowych otrzymują

MT w prenumeracie sponsorowanej przez Ministerstwo

Nauki i Szkolnictwa Wyższego) i przekaż nauczycielom

informację o Praktycznym Kursie Elektroniki z promo-

cyjnymi dostawami Pakietów Szkolnych PS EdW09

do ćwiczeń praktycznych.

Zestaw EdW09 zawiera następujące

elementy (specyﬁ kacja rodzajowa):

Diody prostownicze

4 szt.

2. Układy scalone

4 szt.

3. Tranzystory

8 szt.

Fotorezystor

1 szt.

5. Przekaźnik

1 szt.

6. Kondensatory

22 szt.

Mikrofon

1 szt.

8. Diody LED

11 szt.

Przewód

1 m

10. Mikroswitch

2 szt.

11. Piezo z generatorem

1 szt.

12. Rezystory

64 szt.

13. Srebrzanka

1 odcinek

14. Zatrzask do baterii 9V

1 szt.

15. Płytka stykowa prototypowa

840 pól stykowych 1 szt.

Jest to specyﬁ kacja ostateczna, nieznacznie

skorygowana w stosunku do wydania

opublikowanego przed miesiącem.

Cena zestawu EdW09 – 47 zł brutto

(www.sklep.avt.pl)

Uwaga Szkoły

Tylko dla szkół prenumerujących Młodego

Technika przygotowano Pakiety Szkolne

zawierające 10 zestawów EdW09 (PSE EdW09)

w promocyjnej cenie 280 zł brutto,

t.j. z rabatem 40%.

Autorem zaplanowanego na ponad rok Praktycznego

Kursu Elektroniki jest Piotr Górecki , redaktor naczelny

kultowego w świecie hobbystów elektroników miesięcz-

nika Elektronika dla Wszystkich i autor legendarnych cy-

kli artykułów i książek uczących elektroniki od podstaw.

80 m.technik - www.mt.com.pl

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

Projekt 4

Nocny dręczyciel

– elektroniczny świerszcz

Na powyższej fotograii pokazany jest model Nocnego dręczyciela . Jest to układ do robienia dowci-

pów. Aby zrobić komuś dowcip, należy podrzucić to urządzenie do jego sypialni w miejsce niewidoczne

i trudno dostępne, na przykład na szafę (regał). Układ wyposażony jest w fotorezystor, przez co rozpoczy-

na działanie dopiero wtedy, gdy zrobi się ciemno – w praktyce, gdy oiara dowcipu zgasi światło. Wtedy

co około dziesięć sekund wytwarza krótki, niezbyt głośny pisk. Dobrze słyszalne kolejne piski są nie

tylko intrygujące, ale wręcz irytujące.

Gdy jednak zaintrygowana, a może już

także zirytowana oiara zaświeci światło,

żeby poszukać dokuczliwego „owada”, foto-

rezystor wyłączy dźwięk. Układ będzie mil-

czał do czasu, gdy nieszczęśnik znów zgasi

światło. Dręczenie zacznie się od nowa...

UWAGA 1! Z uwagi na nieuniknione róż-

nice oświetlenia i rozrzut parametrów, być

może konieczne będzie dostosowanie czu-

łości dręczyciela na światło – jest to prosta

czynność, dokładnie opisana dalej.

Dźwięk słychać, ale ponieważ jest to dość

wysoki pisk i trwa krótko, bardzo trudno

jest zlokalizować źródło tego dźwięku

za pomocą słuchu. Oiara takiego dow-

cipu zapewne kilka razy zgasi i zaświeci

światło, zanim wreszcie po żmudnych

+U ZAS

220k

470k

BC558

220k

10nF

głośność

470k

4,7M

10M

czułość

1 µ F

C3A 10nF

BC548

2xBC548

multiwibrator

Na warsztacie

poszukiwaniach ze zdziwieniem odkryje, że nie jest to żaden świerszcz czy inny owad, tylko dziwny

układ elektroniczny.

A wtedy biada temu, kto podrzucił taki gadżet do sypialni...

UWAGA 2! Na takie żarty można sobie pozwolić wyłącznie względem zaprzyjaźnionych osób, mają-

cych duże poczucie humoru. W przeciwnym wypadku układ może zostać zniszczony, a autor dowcipu

naraża się na poważną awanturę, a być może sam stanie się oi arą rękoczynów.

Opis układu dla „zaawansowanych”

Nocny dręczyciel jest prostym układem elektronicznym, o schemacie pokazanym na rysunku A .

Na schemacie wyróżnione są poszczególne bloki, po części omówione we wcześniejszych wykładach.

Podstawą jest popularny multiwibrator z tranzystorami T1, T2, wyróżniony żółtą podkładką. Bardzo

duża wartość współpracujących rezystorów powoduje, że generator ten pobiera bardzo mało prądu,

około 0,02 miliampera, dzięki czemu nawet zwykła bateria starczyłaby na tysiące godzin pracy

(o ile układ wcześniej nie zostałby zniszczony przez porywczą oi arę nękania).

Po włączeniu zasilania, multiwibrator pracuje stale, niezależnie od poziomu oświetlenia. Duże stałe

czasowe R2C1 i R3C2 powodują, że cykl pracy trwa około 10 sekund.

Obwód kształtowania krótkich impulsów wyróżniony jest różową podkładką. Podczas przełączania,

gdy na kolektorze T2 pojawia się opadające zbocze, obwód R6C3 wytwarza ujemny impuls, który otwiera

tranzystory T3 i T4. Impuls ten też bardzo krótki, trwa około 5 milisekund (0,005 s). W punkcie A poja-

wia się wtedy napięcie o wartości około (U ZAS –0,7 V). Napięcie to zasila obwód z tranzystorami T5, T6

tylko w tym krótkim czasie – kilku milisekund. Wtedy obwód czujnika świetlnego sprawdza, czy jest

ciemno. Gdy jest jasno, fotorezystor ma małą rezystancję, napięcie na dzielniku R7, FR jest małe i tranzy-

story T5, T6 pozostają zatkane. Brzęczyk Y1 nie pracuje.

Gdy natomiast jest ciemno, wtedy rezystancja fotorezystora FR jest bardzo duża. Napięcie na dzielniku

R7FR staje się na tyle duże, że tranzystory T5, T6 zostają otwarte, co uruchamia brzęczyk. Brzęczyk celo-

wo zasilany jest obniżonym napięciem, przez szeregowy rezysotr R8, żeby jego dźwięk nie był za głośny,

a przez to zbyt łatwy do zlokalizowania.

Podane na rysunku A wartości rezystorów R7=10 MV i R8=2,2 kV okazały się optymalne w przed-

stawionym modelu, jednak należy liczyć się z dużym i nieuniknionym rozrzutem parametrów brzęczy-

ka Y1, a zwłaszcza fotorezystora FR. Właśnie z uwagi na rozrzut właściwości poszczególnych typów

i egzemplarzy fotorezystora oraz na różne warunki oświetleniowe w sypialniach, najprawdopodobniej

konieczne będzie, żebyś indywidualnie dobrał wartość rezystora R7 , który wyznacza próg zadziałania.

Nie obawiaj się, jest to łatwe.

Proponuję, żebyś najpierw zmontował układ według rysunku A, jednak z następującymi zmiana-

mi: na razie nie montuj FR, a jako C1, C2 wstaw wstępnie kondensatory 100 nF (0,1 MF), a nie 1 MF.

Multiwibrator będzie pracował z dziesięciokrotnie większą częstotliwością i będzie dawał impuls co oko-

ło sekundę. Teraz w razie potrzeby możesz śmiało zmienić wartość R8 (0...10 kV), żeby uzyskać optymal-

ną Twoim zdaniem głośność dźwięku – pamiętaj jednak, że w sypialni będzie cicho i sygnał nie może być

zbyt głośny. Powinieneś uzyskać krótkie „ćwierknięcia”. Jeżeli uznasz, że te „ćwierknięcia” są za krótkie,

możesz dodać równolegle do C3, drugi kondensator 10 nF.

Na początek rezystor R7 może mieć wartość 1 MV (brązowy, czarny, zielony, złoty).

Dalsze czynności wykonaj wieczorem lub w nocy: Najpierw przy włączonym świetle włóż fotorezystor FR.

Gdyby brzęczyk od razu się odezwał, zwiększ wartość R7, bowiem przy włączonym oświetleniu brzęczyk

musi milczeć. Wyłącz światło. Brzęczyk powinien wydać dźwięk.

Uwaga! Ustawienie czułości najlepiej byłoby przeprowadzić w planowanym „miejscu akcji”. Może

się bowiem okazać, że np. w danej sypialni nigdy nie robi się zupełnie ciemno z uwagi na pobliską

lampę za oknem, albo odwrotnie: oświetlenie w sypialni może być słabe i dręczyciel zostałby włą-

czony przed wyłączeniem światła. Dlatego warto w płytkę wpiąć szereg zapasowych rezystorów,

żeby w razie potrzeby szybko skorygować czułość. Zasada jest prosta: jeżeli brzęczyk pracuje przy

włączonym świetle – zwiększ wartość R7. Jeżeli natomiast nie chce się włączyć po zgaszeniu światła

– wartość R7 należy zmniejszyć.

Zastosowanie w modelu R7=10 MV powoduje, że sygnały dźwiękowe pojawiają się dopiero wtedy,

gdy zrobi się naprawdę ciemno.

Gdy za pomocą R7 ustawisz pożądaną czułość, a R8 – głośność, wymień kondensatory C1, C2 na 1 MF. Jeśli

chcesz, możesz zmienić odstęp między impulsami, dobierając wartości R2, R3 w zakresie 1 MV … 15 MV.

Uwaga! Dobierając wartości rezystorów być może stwierdzisz, że dany rezystor daje efekt za mały,

a następny z posiadanych – za duży. Wtedy połącz dwa rezystory o „sąsiednich” wartościach – uzy-

skasz wartość pośrednią. Przykładowo masz elementy 220 kV i 470 kV, a potrzebowałbyś wartość

pośrednią. Możesz do większej z tych wartości dołączyć równolegle rezystor o większej wartości.

82 m.technik - www.mt.com.pl

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

I tak łącząc równolegle 470 kV i 1 MV, uzyskasz 320 kV, a łącząc 470 kV i 2,2 MV uzyskasz około

390 kV. Natomiast łącząc szeregowo mniejsze nominały 220 kV i 100 kV uzyskasz 320 kV, a łącząc

220 kV i 47 kV uzyskasz około 270 kV. W ten sposób możesz dobrać praktycznie dowolną rezystancję

„pośrednią”.

Układ modelowy, pokazany na fotograii wstępnej, został zmontowany na płytce stykowej. Kto chciał-

by mieć model „w wersji użytkowej” o zdecydowanie mniejszych rozmiarach, może zmontować układ

inaczej, niekoniecznie na płytce drukowanej. Początkujący mogą montować proste układy bez lutowania,

na przykład wykorzystując kawałek sztywnego kartonu, robiąc szpilką dziurki na końcówki elementów.

Wystające z drugiej strony końcówki elementów można skręcić ze sobą i z przewodami łączącymi po-

szczególne punkty, dokładnie według schematu ideowego.

Wykład z ćwiczeniami 4

Poznajemy elementy i układy elektroniczne

Badając tranzystor w ramach wykładu 2 sprawdziliśmy, że nawet przy dużych zmianach prądu bazy i prądu

kolektora, napięcie U BE zmienia się bardzo niewiele i wynosi około 0,6...0,7 V – w uproszczeniu możemy przyjąć,

że jest niezmienne. Często można przyjąć taki uproszczony wniosek, jednak w rzeczywistości napięcie baza-emiter

w tranzystorze, a także napięcie na zwykłej diodzie i na diodach LED w pewnym niezbyt dużym stopniu zależy

od prądu. O ile w rezystorze zależność między prądem i napięciem jest liniowa (U=I*R), o tyle w diodach jest

logarytmiczna.

Rysunek 1 pokazuje tę samą zależność prądu i napięcia popularnej diody 1N4148, tylko narysowaną raz w skali

logarytmicznej, i dwa razy w skali liniowej (dla różnych zakresów prądu). Dawniej wykorzystywano diody oraz

złącza baza-emiter tranzystorów w tzw. komputerach analogowych do przeprowadzania matematycznych operacji

logarytmowania i alogarytmowania (także do mnożenia, dzielenia, podnoszenia do potęgi i wyciągania pierwiast-

ków). Jednak w większości przypadków nie interesuje nas logarytmiczna zależność napięcia i prądu, a jedynie fakt,

że zmiany napięcia na diodzie lub złączu baza-emiter, wynoszącego zwykle 600...700 mV, są niewielkie. Rysunek 1

wskazuje, że duże zmiany prądu powodują znaczące zmiany napięcia – o około 100 mV (60...120 mV) przy dziesię-

ciokrotnym zwiększeniu lub zmniejszeniu prądu. Przy dwukrotnej zmianie prądu (podwojeniu lub zmniejszenie do

połowy), napięcie zwiększy się lub zmniejszy tylko o 30 mV, czyli o około 5%. Natomiast przy wzroście lub zmniej-

szeniu prądu o 10%, napięcie zwiększy się lub zmniejszy o około 4 mV, czyli o około 0,6%. Nie jest to wprawdzie

stabilizacja idealna, ale dość przyzwoita. Bardzo podobnie, a nawet lepiej, jest z diodami LED, które dość często

liniowa skala prądu

logarytmiczna skala prądu

I F

U F

I F [mA]

wykorzystujemy w roli źródeł napięcia odniesienia . Rysunek 2 po-

kazuje przybliżone charakterystyki prądowo-napięciowe niektórych

diod LED, dotyczące temperatury pokojowej. Niestety, do tego docho-

dzą znaczące zmiany napięcia pod wpływem zmian temperatury. Tym

aspektem zajmiemy się w następnym wykładzie.

Wtórnik . Możemy przyjąć, że napięcie między bazą i emiterem

podczas normalnej, liniowej pracy tranzystora zmienia się bardzo

mało, prawie wcale. A to znaczy, że w układach z rysunku 3 podczas

normalnej pracy napięcie na emiterze będzie podążać za napięciem na

bazie (wtórować) – dlatego taki układ nazywany wtórnikiem . W typo-

wych warunkach (liniowej) pracy wtórnika z rysunku 3a, napięcie na

emiterze jest o około 0,7 V niższe od napięcia na bazie, a we wtórniku

z rysunku 3b – o około 0,7 V wyższe.

Możemy też zbudować wtórnik podwójny według rysunku 4 .

Infra Red

Red

Super

Red

Green

Yellow

Blue

U F [V]

Na warsztacie

Różnica napięć między wejściem i wyjściem będzie mniejsza, niż 0,1 V (z uwagi na niejednakowe zwykle wartości

R1, R2, prądy tranzystorów i niejednakowe napięcia U BE ). Dwa takie podwójne wtórniki dają układ z rysunku 5a ,

który czasem bywa wykorzystywany w praktyce. Częściej wykorzystywane są odmiany komplementarnego wtór-

nika z dwoma diodami według idei z rysunku 5b . Zamiast dwóch diod, częściej wykorzystywany jest dodatkowy

tranzystor, na przykład według rysunku 6a – stosunek rezystorów R A , R B decyduje, jaki prąd płynie przez tranzy-

story T1, T2 w spoczynku. W praktyce często spotykamy rozwiązanie

wtórnika według rysunku 6b , gdzie tranzystor T3 i potencjometr P1,

pozwalają płynnie nastawić napięcie polaryzujące Ux, a tym samym

prąd, który w spoczynku płynie przez tranzystory T1, T2. Czasem

wykorzystywana jest też wersja z rysunku 6c , gdzie w spoczynku oba

tranzystory są zatkane.

Tylko po co komu takie wtórniki, które nie wzmacniają napięcia?

Otóż tranzystory mają duże wzmocnienie prądowe: prąd wejściowy

jest wielokrotnie mniejszy od prądu wyjściowego. Dlatego fachowo

mówimy, że wtórniki mają dużą rezystancję wejściową i małą wyjściową .

Często mówimy, że wtórnik jest buforem.

Oto przykład: na rysunku 7a mamy dzielnik

R1=R2=100 kV. Woltomierz, dołączony równolegle do rezy-

stora R2 w moim modelu pokazał 4,49 V, czyli mniej więcej

połowę napięcia zasilania. Po dołączeniu do tego dzielnika

rezystora R L =10 kV, zgodnie z rysunkiem 7b , napięcie na

wyjściu dzielnika, w punkcie A wyniosło tylko 0,78 V!

Po dołączeniu rezystora R3 za pośrednictwem wtórnika

npn, napięcia były takie, jak pokazuje rysunek 7c . Dołączenie

podwójnego wtórnika dało znakomite wyniki pokazane na

rysunku 7d . Fotograi a 8 pokazuje układ z rysunku 7d

podczas testów.

Uwaga! Do dokładnych pomiarów dwóch napięć potrzeb-

ne są dwa mierniki, trzeba bowiem pamiętać, że woltomierz

stanowi jakąś rezystancję. Tanie mierniki mają rezystancję

1 MV, a lepsze – 10 MV. I już dołączenie (rezystancji) mier-

nika zmienia w jakimś stopniu napięcie dzielnika.

Różnego rodzaju wtórniki – bufory są wykorzystywane

jako „cegiełka” do budowy rozmaitych wzmacniaczy.

I nie tylko wzmacniaczy.

Równoległy stabilizator napięcia . Wiemy, że stabilność

napięcia U F na diodach oraz stabilność napięcia U BE w tran-

zystorze nie jest doskonała. Jednak w mniej wymagających

zastosowaniach, z powodzeniem wykorzystujemy napięcie

U BE oraz napięcie przewodzenia różnych diod, jako napięcie

wzorcowe i zakładamy, że jest niezmienne. Na rysunku 9a

masz przykład prościutkiego tzw. stabi-

lizatora równoległego. Napięcie wyjścio-

we zależy od liczby i koloru diod LED.

Rezystor R1 należy tak dobrać, żeby prąd

I 1 nie przekroczył 20 mA, bezpiecznego

dla diod LED i żeby był 2...10 razy większy

od spodziewanego prądu wyjściowego

– prądu obciążenia I L . Elementem stabili-

zującym mogą być diody LED lub zwykłe

diody – rysunek 9b .

Przy wyższych wymaganiach stosujemy

tzw. diody Zenera , w których stabilność

napięcia jest dużo lepsza. Na ilustracji 10

pokazane są typowy układ pracy i wy-

gląd diod Zenera o różnych napięciach

stabilizacji (od 2,1 V do nawet 160 V, przy

czym z reguły zamiast przecinka, stosuje

się literę V, stąd np. 5V1=5,1 V). Trzeba

+U ZAS

R E

npn

pnp

R E

+U ZAS

U wy

≈U we

U wy

≈U we

+U ZAS

U wy

≈U we

U wy

≈U we

+U ZAS

R A

POT

R B

84 m.technik - www.mt.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: