1 a1 ośla łączka elektronika dla początkujących, · pdf file1 a1 39 ośla łączka...
TRANSCRIPT
A11
39
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
Elektronika dla początkujących,czyliwyprawy na oślą łączkę
Gdy pierwszy raz w życiu stajesz nanartach, nie odbywa się to na szczycieKasprowego. Szukasz jakiegoś łagodne−go, mało stromego stoku, jednym sło−wem – oślej łączki. Tam opanowujeszpodstawowe zasady jazdy, skrętów, ha−mowania. Cieszysz się, że wybrałeś ła−godny, łatwy stok, a obserwatorów pra−wie nie ma. Przecież na początku nie za−wsze wszystko idzie dobrze – często sięprzewracasz, a skręcona noga długo boli.
W końcu jednak nabywasz upragnio−ne umiejętności i przychodzi czas, gdypotrafisz zjechać z Kasprowego.
Podobnie jest w elektronice. Jeśli je−szcze nic nie umiesz, to mogą Cię nieźlezestresować nawet najmniej skompliko−wane artykuły w najbardziej przystęp−nym czasopiśmie elektronicznym –Elektronice dla Wszystkich.
Jeżeli jednak chcesz rozpocząć pięk−ną przygodę z elektroniką, to ten cyklartykułów jest dla Ciebie – zapraszamCię na elektroniczną oślą łączkę. Bę−dziemy wspólnie odbywać kolejne wy−prawy w fascynujący świat elektroniki,w trakcie których będziesz budowałukłady, począwszy od najprostszych docoraz bardziej skomplikowanych. Jeślibędziesz podążał za mną, na pewno sięnie zgubisz.
I już na początku chciałbym wyja−śnić ważną sprawę. Wielu osobomelektronika wydaje się dziedziną bar−dzo trudną. Każdy rzut oka na „wnętrz−ności” współczesnych urządzeń elek−tronicznych potęguje takie wrażenie.Opinię taką przypieczętowują trudnościi porażki tak charakterystyczne dla próbwykonania własnych (a nawet skopio−wania cudzych) układów elektronicz−nych.
Rzeczywiście, współczesna elektroni−ka to niezmiernie szeroka dziedzina.Żaden człowiek nie jest dziś w stanie po−znać wszystkiego. Ty też nie masz na toszans, ale na szczęście nie o to chodzi!
Prawdopodobnie i Ty będziesz w przy−szłości doskonałym fachowcem−elektroni−kiem. Nie będziesz jednak wiedział wszy−stkiego. I oto doszliśmy do sedna sprawy –w elektronice, zwłaszcza na początku, ko−
nieczna jest selekcja informacji, by za−jąć się tym, co najważniejsze dla prakty−ka. Rzecz w tym, by rozumieć przynaj−mniej w sposób uproszczony to, co rze−czywiście jest niezbędne i przydatne. Natym etapie wiedza teoretyczna nie poma−ga, a ze względu na ogrom informacji –wręcz przeszkadza. Dlatego w niniej−szym cyklu wszelkie interpretacje fi−zyczne są mocno uproszczone (o ile wogóle są), a główna uwaga skierowanejest na zagadnienia praktyczne. Uwydat−nia to charakterystyczna struktura kur−su, pozwalająca bawić się i uczyć jedno−cześnie. Kurs został tak pomyślany, bynajpierw bawić, a dopiero potem uczyć.Dlatego każdy odcinek zawiera czterybloki, wyróżnione kolorami.
Niewątpliwie najbardziej atrakcyjneokażą się ćwiczenia praktyczne. Jestto podstawa całego kursu – jego częśćnajważniejsza. Główna część umie−szczona jest na białym tle, a podane taminformacje całkowicie wystarczą dozbudowania i uruchomienia opisanychpożytecznych układów. Zdziwisz się,jak wiele przydatnych w praktyce ukła−dów można zbudować dosłownie z kil−ku elementów.
Jeśli chcesz się nie tylko pobawić wuruchamianie układów, ale również cze−goś nauczyć, zajrzyj do wyróżnionegoniebieskim kolorem ELEMENTarza,prezentującego elementy użyte w ćwi−czeniach oraz inne elementarne informa−cje. To drugi blok naszego kursu.
Zachęcam Cię jednak, byś poświęciłwięcej czasu i pomału, starannie przea−nalizował zamieszczone na żółtym tleTECHNIKALIA – czyli najważniejszewyjaśnienia techniczne. Okaże się, iż ca−ła elektronika opiera się na kilku pro−stych zasadach. Większość z nich jesttak oczywista, że aż dziw bierze. Trzebatylko zrozumieć co to jest prąd, napięcieoraz proste zasady z nimi związane.Trzeba też zrozumieć działanie tranzy−stora i kilku innych prostych elementów.I to są fundamenty. Potem jedno będziewynikać z drugiego.
Ostatni, czwarty blok − Biblioteczkapraktyka − wyróżniony jest kolorem
różowym i jest przeznaczony dla osób,które nie tylko chcą zrozumieć podsta−wy, ale też chcą projektować własneukłady. W tej części prezentowane będąnajważniejsze informacje dla młodegokonstruktora oraz swego rodzaju klocki– sprawdzone gotowe rozwiązania, któremożna z powodzeniem wykorzystać wewłasnych konstrukcjach.
Dociekliwi zainteresują się wszystki−mi czterema blokami. Natomiast niecier−pliwi i najmłodsi nie muszą czytać wszy−stkiego – poprzestając na wykonaniuatrakcyjnych układów z części białejniewątpliwie zaznają radości tworzeniaoraz zaimponują kolegom i rodzicom.Zawsze mogą też zajrzeć do pozostałychczęści, by wzbogacić swą wiedzę.
Cykl Ośla łączka obejmuje dwagłówne nurty elektroniki i składa się zdwóch części. Każda część będzie sięskładać z kilku lub kilkunastu wypraww przepiękny świat elektroniki. Prezen−towana dalej wyprawa pierwsza rozpo−czyna przygodę z tak zwaną technikąanalogową. W przyszłości udamy siętakże na wyprawy w świat techniki cy−frowej. Kolejne wyprawy będą numero−wane – ta oznaczona jest A1 (A jaktechnika analogowa), natomiast pierw−sza wyprawa „cyfrowa” oznaczona bę−dzie C1. Ponieważ stopień trudności ko−lejnych wypraw będzie wzrastał, dlate−go aby proces nauki przebiegał bezbole−śnie, warto zaczynać od wyprawypierwszej, najłatwiejszej.
Piotr Górecki − autor cyklu
P.S. Ponieważ kurs ma charakter wy−bitnie praktyczny i polega na wykony−waniu różnych atrakcyjnych układów,niezbędne są podzespoły elektroniczne.Można je zdobyć we własnym zakresie,np. od zaprzyjaźnionego elektronika.Kto miałby kłopoty ze zdobyciem po−trzebnych elementów, akcesoriów i na−rzędzi, może skorzystać z oferty wydaw−nictwa AVT i nabyć zestawy elementówkompletowane do poszczególnych lekcji− oferta na stronie 112.
A1 2
40
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
Proponowane ćwiczenia polegają na ze−stawieniu i zbadaniu prostych układówelektronicznych. Układy trzeba zesta−wić dokładnie według planu – schema−tu ideowego. Schemat ideowy pokazujejak elementy mają być połączone. Za−miast rysować podobizny elementów,na schematach ideowych (elektrycz−nych) wykorzystuje się ich symbole.We wszystkich prezentowanych ukła−
dach nie jest ważne, jakimi sposobamizostaną połączone poszczególne koń−cówki – ważne jest tylko, by rzeczywi−sty układ połączeń był dokładnie taki,jak podaje schemat. Bardziej zaawanso−wani elektronicy lutują układy na płyt−kach drukowanych. Lutowanie nie jesttrudne, więc możesz wykonywać kolej−ne ćwiczenia lutując elementy na tzw.płytkach uniwersalnych (w AVT można
kupić zestawy takich płytek AVT−716,AVT−717, AVT−718). Można też na razie nie używać lutowni−cy. Fotografie w artykule pokazują róż−ne sposoby montażu: w tzw. pająku, naspecjalnej płytce stykowej oraz z wyko−rzystaniem specjalnie przygotowanychmodułów.
Wspaniałą pomocą w montażu okażesię niewielka pinceta, najlepiej solidnapinceta lekarska (tanie blaszane pincetykosmetyczne nie są odpowiednie – war−to poszukać czegoś solidniejszego). Na−wet jeśli na początku wydaje Ci się, żepinceta bardziej przeszkadza niż poma−ga, przyzwyczajaj się do niej. Z czasemprzekonasz się, że jest ona naprawdę po−żyteczna, wręcz niezbędna – czymwcześniej się przyzwyczaisz, tym lepiej.
W każdym wypadku unikaj zginaniawyprowadzeń tuż przy obudowie. Jeśliwyginasz końcówkę elementu, chwyć ją
Wyprawa pierwsza − A1Tajemnicza latarka, Siłomierz,
Wykrywacz kłamstw, Systemy alarmowe
Prąd elektryczny przepływający przez ciało człowieka nie jest obojętny dlazdrowia. Czym większe napięcie, tym większy prąd i większy wpływ na orga−nizm. Napięcia nie przekraczające 24V uznaje się za bezwzględnie bezpiecz−ne. Napięcia rzędu 60V i więcej uznawane są za niebezpieczne. Napięcie wdomowym gniazdku sieci energetycznej wynosi 220...230V – jest to więc na−pięcie groźne dla życia!
Przeprowadzanie prób z układami dołączonymiwprost do sieci grozi śmiercią!
Aby zapobiec nieszczęściu, należy zasilać budowane układy z baterii albo z użyciem fa−brycznego, atestowanego zasilacza, który co prawda jest dołączany do sieci, ale zasto−sowane rozwiązania zapewniają galwaniczną izolację od sieci i pełne bezpieczeństwo.
diody świecące (LED)dowolny kolor
rezystoryróżne
dioda świecąca migająca
złączka baterii− tzw. kijanka
przycisk(microswitch)
przewódizolowany
srebrzankakontaktron(rurka)
bateria9V zwykła
zasilacz wtyczkowy 9 ... 12V
tranzystory NPN(np. BC548)
bateria litowa(np. CR2032)
brzęczyk piezo z generatorem12V
Wykonaj miniaturową latarkę według fo−tografii 1 wykorzystując zwykłą, zielonądiodę LED oraz baterię litową (najlepiejCR2032, CR2450, CR2430, ale możebyć też CR2016, CR2025). Jeśli uda Cisię zamknąć baterię i diodę w jakiejś ma−łej obudowie, otrzymasz miniaturową la−tarkę, świecącą tajemniczym, zielonka−wym światłem. W dzień nie jest zbytefektowna, ale po zapadnięciu zmroku...Zauważ, że dioda świeci tylko przy od−powiedniej biegunowości baterii − gdypołączysz dodatni biegun baterii z dłuż−szą końcówką diody. Przy odwrotnymdołączeniu baterii dioda na pewno niezaświeci – podobnie jest w przypadkubardziej skomplikowanych układów –
przy odwrotnym dołączeniu źródła zasi−lania układy nie będą działać, a nawetmogą ulec uszkodzeniu! Pamiętajo tym, by uniknąć przykrych niespo−dzianek.Oczywiście w tajemniczej latarce mo−żesz wykorzystać diodę żółtą lub czer−woną. Zamiast baterii litowej możesz
Od początku trzeba wiedzieć, że wbrew obiego−wym opiniom, w elektronice nie ma nic z magii −wszystkim rządzą ścisłe prawa i zależności.W procesorach komputerów, w kineskopach mo−nitorów i telewizorów, w głośnikach, w mikrofo−nach, w diodzie świecącej i laserze półprzewodni−kowym, telefonach – wszędzie kluczową rolę od−grywają elektrony.1. Podstawową wielkością w elektronice jestPRĄD. Jak wiadomo, prąd to uporządkowany ruchelektronów. Prąd płynie w przewodach podobniejak woda w rurach wodociągowych − czym więcejelektronów (wody) przepływa w jednostce czasu,tym większy prąd. Wartość prądu elektrycznegopodajemy w amperach. Prąd o wartości jednego
ampera (w skrócie 1A) to jak na układy elektro−niczne duży prąd − współczesne układy elektro−niczne pobierają prąd setki i tysiące razy mniej−szy. Dlatego w praktyce spotkasz jednostki znacz−nie mniejsze, np. miliampery (mA), mikroampery(µA oznaczane też uA), a nawet nanoampery i pi−koampery (nA, pA). W energetyce i przemyśleprądy mają natężenie tysięcy amperów, czyli kilo−amperów (kA). 2. Aby popłynął prąd, potrzebne jest jakieśźródło energii elektrycznej. Źródłem takim jest naprzykład bateria albo zasilacz. Bateria i zasilacz mają dwa bieguny: dodatnii ujemny (częściej mówimy plus i minus). Wielelat temu przyjęto, że prąd płynie od plusa do mi−
nusa. Potem odkryto elektrony, będące nośnika−mi prądu. Okazało się, że elektrony w rzeczywi−stości wędrują od minusa do plusa, jednak to niejest istotne − nadal przyjmujemy, iż prąd pły−nie od plusa do minusa, i zaznaczamy jak narysunku poniżej.Podstawowym parame−trem baterii, akumulatorai zasilacza jest NAPIĘCIE.Jeśli prąd elektrycznyporównaliśmy do prze−pływu wody, to napięciemożemy sobie wyobrazićjako ciśnienie wodyw instalacji.
41
A13 Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz
TE
CH
NIK
AL
IA
RezystorNajpopularniejszy i najprostszyelement elektro−niczny, zwanytakże oporni−kiem. Najważ−niejszym para−metrem jest re−zystancja, nazy−wana takżeopornością. Re−zystancja (opor−ność) to zdol−ność do prze−c iwstawianiasię przepływo−wi prądu. Moż−na obrazowopowiedzieć, żeczym większa rezystancja, tym prąd płynie„bardziej opornie”. Jednostką rezystancji jestom, oznaczany dużą grecką litera omega Ω.Najczęściej używane rezystory mają rezy−stancję w bardzo szerokim zakresie, od 1Ω do22000000Ω, ale można spotkać rezystoryo wartościach 0,01Ω...100000000Ω.Na schematach rezystory oznaczamy literąR z kolejnym numerem (R1, R2, R3...) i po−dajemy ich wartość (rezystancję). Rezystoryi wszystkie inne elementy występującew układzie powinny być ponumerowane.W zasadzie nie jest to konieczne, ale przeko−nasz się, że jest to bardzo pomocne przy opi−sywaniu działania układu oraz gdy dany ele−ment można łatwo odnaleźć na schemacieideowym, schemacie montażowym, w wyka−zie elementów i na płytce.Przemysł produkuje rezystory o znormalizo−wanych wartościach (nominałach) i określonejtolerancji. Dawniej powszechnie wykorzysty−wano rezystory o tolerancji ±20% i 10%. Obe−cnie najpopularniejsze są rezystory o toleran−cji ±5%, czyli o nominałach z tak zwanegoszeregu E24. Oznacza to, że kupując rezystoro nominale, powiedzmy, 2,4kΩ i tolerancji±5%, trzeba się spodziewać, że w rzeczywi−stości jego rezystancja może wynosić2,4kΩ±5%, czyli 2,28...2,52kΩ. Takie odchył−ki nie mają znaczenia – na razie możesz zupeł−nie zapomnieć o czymś takim jak tolerancja.W sklepie nie kupisz więc rezystora o dowol−nej wartości − popularne rezystory będą miećnominały będące wielokrotnością następują−cych liczb:
pincetą tuż przy obudowie i wygnij tylkowystającą część – ilustruje to rysunek A(na stronie 3).
Bardzo Cię proszę, byś już teraz sta−rał się wykonywać swą pracę starannie,równo, elegancko. Na pewno takie dobrenawyki przydadzą Ci się w przyszłości.
Do zasilania układów możesz wyko−rzystać baterię 9V, zasilacz o napięciu9...12V, ewentualnie niewielki akumula−tor o napięciu 9...12V.
Zawsze zwracaj uwagę, by nie podłą−czyć źródła zasilania odwrotnie – możesię to skończyć uszkodzeniem użytychelementów. Nigdy też nie zwieraj ze so−bą wyprowadzeń baterii czy zasilacza,
bo zupełnie niepotrzebnie wyładujeszbaterię, a zasilacz ulegnie przegrzaniui uszkodzeniu!
Osobiście radzę Ci, żebyś postarał sięo niewielki (stabilizowany) zasilaczwtyczkowy np. 12V 200mA (9...12V100...500mA) – taki jednorazowy zakupokaże się w sumie tańszy niż jednorazo−we baterie, które trzeba często zmieniać.
Zdecydowanie nie polecam akumula−tora samochodowego. Z akumulatoramożna pobrać ogromny prąd, co w przy−padku błędu w montażu lub odwrotnegopołączenia może skończyć się uszkodze−niem elementów, a nawet pożarem. Pa−miętaj też, że akumulator samochodowyzawiera silny kwas, który w razie wylaniapoparzy Ci skórę, uszkodzi oczy i zni−szczy wyposażenie mieszkania. Jeśli po−mimo moich ostrzeżeń koniecznie chciał−byś wykorzystać (stary) akumulator sa−mochodowy, koniecznie musisz dodać ża−rówkę 12V 10W (12V 5W...21W), któraograniczy prąd – ilustruje to rysunek B.
Fot. 1
Rys. A
Rys. B
Ćwiczenie 1 Tajemnicza latarka
10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91.
A1 4
wykorzystać dwie małe guzikowe (ze−garkowe) 1,5−woltowe, np. LR44(w żadnym wypadku nie używaj dwóch„paluszków” R6). Sprawdź też, czy ja−
kakolwiek dioda zaświeci przy zasilaniuz jednej baterii 1,5−woltowej.Uwaga! Nie dołączaj diody świecącejwprost do zasilacza!
Zestaw układ we−dług rysunku 1używając zwykłejdiody LED. Po−mocą będzie rów−nież fotografia 2.Sprawdź, jak
świeci dioda, gdy napię−cie zasilania wynosi3V (bateria litowa), a jakświeci, gdy napięcie wy−nosi 9V (bateria 6F22)lub 12V (zasilacz) –czym większe napięcie,tym większy prąd i dio−da świeci jaśniej.Przy napięciu zasilania6...15V (np. bateria9V lub zasilacz) sprawdź,jak jasność diody zależyod wartości rezystora Rx.Sprawdź, jak świeci dio−da, gdy Rx ma wartość:220Ω (czerwony, czerwo−ny, brązowy), 1kΩ (brą−zowy, czarny, czerwony),
10kΩ (brązowy, czarny, pomarańczowy),100kΩ (brązowy, czarny, żółty), 1MΩ (brą−zowy, czarny, zielony), 10MΩ (brązowy,czarny, niebieski). Przy jakiej wartości rezy−stora nie dostrzegasz już świecenia diody?Przekonałeś się, że czym większa rezy−stancja, tym mniejszy prąd i dioda świe−ci słabiej.Możesz być z siebie dumny, bo oto po−znałeś podstawowe zależności rządząceelektroniką – eksperymentalnie przeko−nałeś się, jaki jest sens słynnego prawaOhma (czytaj oma).Gdy rezystor Rx będzie mieć 1kΩ, dwadobre, alkaliczne „paluszki” R6 (po−
łączone w szereg, dające w sumie 3V)wystarczą na około trzy miesiące ciągłejpracy. Jasność wprawdzie nie jest rewe−lacyjna, ale w ciemności wystarczy − mo−że zechcesz wstawić gdzieś taką intrygu−jącą „wieczną lampkę”, budzącą zacieka−wienie przechodniów i sąsiadów?
Uwaga! W trakcie przygotowywania isprawdzania ćwiczeń okazało się, żemożesz napotkać na nieoczekiwanąniespodziankę. Mianowicie zasilacz 9−woltowy ma złączkę wyjściową identy−czną jak bateria 9V. Niestety, biegunowośćnapięcia na tej złączce jest odwrotna niż wbaterii! Jeśli wykorzystasz taki zasilacz idołączysz do niego "kijankę", pamiętaj, żeczerwony przewód będzie końcówkąujemną − odwrotnie niż zazwyczaj.
To dość istotna wada, o której musiszpamiętać, by dołączając do "kijanki" zasi−lacz 9V, a potem baterię czegoś nie zepsuć.
W przypadku zasilacza 12V takiegoproblemu nie ma (brak złączki "bateriopodobnej") − prawdopodobnie obetnieszwtyczkę i wykorzystasz odizolowanekońce przewodów zasilacza. Zaznaczprzewód "plusowy" zawiązując na nimsupełek. W tym ćwiczeniu maszmożliwość sprawdzić biegunowośćprzewodów zasilacza.
Napięcie mierzymy w woltach. Przykładowo, po−jedyncza bateria, popularny “paluszek” daje na−pięcie o niewielkiej wartości około półtora wolta(1,5V). Popularny „bloczek” ma napięcie 9V −dotknij dwa bieguny do języka − kłuje. Akumula−tor samochodowy ma napięcie 12V (nie dotykajjęzykiem). Co ciekawe, napięcie nie jest związa−
ne z wielkością baterii − maleńka bateryjka do pi−lotów (fotografia obok) też daje napięcie 12V.Jak się łatwo domyślić, wielkość baterii związanajest z ilością zawartej w niej energii. Mała żarów−ka dołączona do akumulatora samochodowegobędzie świecić co najmniej kilka dni, a dołączonado baterii od pilota zaświeci tylko na chwilę albonawet nie zaświeci wcale.Współczesne układy elektroniczne są zasilane na−pięciami w zakresie 3...12V, czasem 24V. W ukła−dach tych często interesują nas bardzo małe napię−cia czy różnice napięć, wyrażane w miliwoltach(mV), a nawet w mikrowoltach (µV oznaczane teżuV). W technice wysokich napięć popularną jedno−stką są kilowolty (kV).
Uwaga! Prąd i napięcie to nie jest to samo!W instalacji wodociągowej może panować dużeciśnienie (napięcie), ale jeśli wszystkie krany sąpozakręcane, to woda (prąd) nie płynie. Dokła−dnie tak jest z napięciem i prądem. Jeśli bateria(zasilacz) nie jestdo niczego podłą−czona, to na jejbiegunach wystę−puje napięcie, aleprąd nie płynie.Żeby popłynąłprąd, do bateriitrzeba dołączyćjakieś obciążenie,
42
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
zT
EC
HN
IKA
LIA
To właśnie są wartości tak zwanego szereguE24.Rezystory zazwyczaj znakowane są nie cy−frami, tylko kolorowymi paskami. Te koloro−we paski określają rezystancję w omach oraztolerancję. Rysunek C pomoże rozszyfrowaćwartość dowolnego rezystora. Dwa pierwszepaski to cyfry znaczące, trzeci pasek to licz−ba zer – wartość wychodzi w omach. Czwar−ty pasek podaje tolerancję – w przypadkunajpopularniejszych rezystorów 5−procento−wych pasek jest w kolorze złotym.Ten cały kod kolorów to naprawdę nic trud−nego. Szybko się nauczysz: 0 − czarny, 1 −brązowy, 2 − czerwony, 3 − pomarańczowy, 4− żółty, 5 − zielony, 6 − niebieski, 7 – fioleto−wy, 8 − szary, 9 – biały.
Choć do rozszyfrowania wartości trzeba usta−lić, który pasek jest pierwszy, a który ostatni,obie końcówki rezystora są równorzędne;żadna nie jest w żaden sposób wyróżniona.Rezystor jest elementem niebiegunowym.Uwaga! W proponowanych ćwiczeniachwykorzystywane są jedynie rezystory z sze−regu E3, czyli o nominałach będącychwielokrotnościami 10, 22 oraz 47. Pierw−sze dwa paski będą zawsze mieć kolory:brązowy czarny (1, 0)czerwony czerwony (2, 2)żółty fioletowy (4, 7)Trzeci pasek (mnożnik, liczba zer) pokażewartość:złoty (−1) − wartości 1Ω, 2,2Ω, 4,7Ωczarny (0) – wartości 10Ω, 22Ω, 47Ω
Rys. 1
Rys. J
Fot. 2
Ćwiczenie 2 Prawo Ohma
Rys. C
+
−
ΩΩ
A15
Ceny elementów elektronicznych są natyle niskie, że śmiało możesz zepsuć nie−które w ramach eksperymentów. Samjednak zdecyduj, czy chcesz ryzykowaćzniszczenie elementów. Uwaga! Pod−czas takich prób elementy mogą się sil−nie nagrzewać, co grozi poparzeniem!Jeśli się zdecydujesz, podłącz na chwilędiodę LED bezpośrednio do zwykłej ba−terii 9V typu 6F22. Uwaga! Musi to byćtania, zwykła bateria, a nie droga ba−teria alkaliczna (nie powinna mieć na−pisu alkaline).Na podstawie wcze−śniejszych próbmogłeś sięspodziewać, żeprzy napięciu9V i bez rezy−stora ograni−czającego prąddiody będzie bar−dzo duży. Jasnośćświecenia diody wskazu−je jednak, że w obwodzie jestjednak rezystancja ograniczająca prąd. Tak, to wewnętrzna rezystancja baterii.Każde źródło zasilania (bateria, akumu−lator, zasilacz) zachowuje się, jakbyw środku oprócz „czystego źródła na−pięcia” była jakaś rezystancja − zobaczrysunek 2. Taką samą sytuację miałeśw ćwiczeniu 1 – prąd diody był ograni−czony przez (znaczną) rezystancję we−wnętrzną baterii litowej. Często zapo−minamy o rezystancji wewnętrznej,a ma ona duże znaczenie w praktycei zwykle jest wadą nie zaletą. Czym
mniejsza rezy−stancja wewnę−trzna, tymwiększy prądmożna pobraćz tego źródła.G e n e r a l n i e ,czym większajest bateria,
tym mniejsza rezystancja wewnętrzna.Baterie alkaliczne mają mniejszą rezy−stancję wewnętrzną – dlatego w tymćwiczeniu miałeś wykorzystać baterięzwykłą, nie alkaliczną. Akumulatorymają rezystancję wewnętrzną znaczniemniejszą niż jakiekolwiek baterie jed−norazowe – można więc z nich pobraćduży prąd.Możesz mi wierzyć na słowo − gdyprzeprowadzałem testy przygotowują−ce to ćwiczenie, dwie diody czerwone
podłączone do dobrej 9−woltowej baterii al−
kalicznej (Dura−cell) wydały
krótki błyski momental−nie się spali−ły. Zielona
dioda dołą−czona do tej
baterii alkalicznejświeciła kolorem...
pomarańczowym, a żółta –czerwonym. Wyprowadzenia silnie sięnagrzewały i o mało nie poparzyłemsobie palców. Diody dołączone do zasi−lacza natychmiast ulegały uszkodzeniu,a nawet pojawił się dym. Zastanów sięwięc, czy chcesz wykonać takie ekspe−rymenty. Chodzi przede wszystkimo to, żebyś zrozumiał, że miniaturoweelementy mają ograniczoną wytrzyma−łość i przy zbyt dużych prądach po pro−stu się zepsują. Właśnie dlatego musi−my stosować rezystory ograniczająceprąd. Aby celowo zepsuć diody czy inne ele−menty, musisz dysponować źródłemenergii, które może dostarczyć prąduo wartości co najmniej kilkuset miliam−perów. Może to być zasilacz, akumulatoralbo zestaw baterii. Jeśli zamierzasz wy−korzystać akumulator, koniecznie dołączdiodę przez żarówkę 12V 2...5W wedługrysunku ze strony 41.
na przykład rezystor i diodę świecącą, jak na ry−sunku J. Na rysunku tym zaznaczono napięcie (9woltów) i prąd (12 miliamperów) − napięcieoznacza się literą U (w krajach anglojęzycznychliterą V od Voltage). Z kolei prąd zawsze oznaczasię literą I.W swojej przyszłej praktyce napotkasz kilkaprzypadków:− napięcia nie ma, prąd nie płynie − oczywiste,− napięcie jest, prąd nie płynie − np. bateria bezobciążenia,− napięcie jest, prąd płynie – sytuacja w układachelektronicznych,− napięcia nie ma, prąd płynie – niemożliwe,z wyjątkiem tzw. nadprzewodników.
We wszystkich układach, jakie napotkasz w swejpraktyce, prąd jest ściśle związany z napięciem –jeśli płynie prąd, to występuje też napięcie. Jed−nak obecność napięcia nie gwarantuje przepływuprądu. Dlaczego?Kluczem jest tu oporność, ściślej − rezystancja.Niektóre materiały, takie jak guma, papier, drewno,tworzywa sztuczne, szkło, nie chcą przewodzićprądu elektrycznego. Stawiają mu opór. Są to takzwane izolatory (dielektryki). Na początek (choćnie jest to prawdą) możesz przyjąć, że izolatorystawiają opór nieskończenie wielki i żaden prądprzez nie nie płynie.Metale, na przykład miedź, srebro, złoto, alumi−nium, chętnie przewodzą prąd elektryczny. Sta−
wiają mu bardzo mały opór. Inne metale, jak że−lazo, nikiel, ołów, cyna, chrom, wolfram, osm,stawiają przepływowi prądu nieco większy opór.Niektóre inne materiały, na przykład grafit(odmiana węgla), specjalne tworzywa sztuczneoraz liczne płyny (np. roztwór soli w wodzie) teżprzewodzą prąd, stawiając mu jednak pewienznaczący opór.Istnieją też tak zwane nadprzewodniki, któreo dziwo, wcale nie stawiają oporu – to jednak zu−pełnie inna historia. Nadprzewodniki można spo−tkać tylko w dużych laboratoriach.Spodziewasz się na pewno, że są jeszcze inne ma−teriały, które ze względu na oporność wobec prą−du mieszczą się gdzieś między przewodnikami
75
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz
TE
CH
NIK
AL
IA
brązowy (1) – wartości 100Ω, 220Ω, 470Ωczerwony– wartości 1kΩ, 2,2kΩ, 4,7kΩpomarańczowy– wartości 10kΩ, 22kΩ, 47kΩżółty– wartości 100kΩ, 220kΩ, 470kΩzielony– wartości 1MΩ, 2,2MΩ, 4,7MΩniebieski − wartości 10MΩ, ewentualnie 22MΩ
Oprócz takich najpopularniejszych rezysto−rów, produkowane są też inne. Oznaczane sąw różny sposób. Fotografia poniżej pokazu−je niektóre takie rezystory. Wartość rezysto−rów (i nie tylko rezystorów) jest bardzo czę−sto podawana w niecodzienny sposób – wię−cej szczegółów możesz znaleźć w rubryceTECHNIKALIA
.Dioda LED(dioda elektroluminescen−cyjna, LED − Light EmittingDiode)Element elektroniczny (pół−przewodnikowy), któryświeci przy przepływie prą−du. W zależności od zastoso−wanego materiału struktury,diody świecą światłem o ko−lorach czerwonym, zielo−nym, żółtym bądź niebie−skim. Diody niebieskie sąznacznie droższe od innych.Nie ma diod fioletowych, sąnatomiast diody świecąceniewidzialnym światłem podczerwonym(oznaczane IRED od InfraRED − podczer−wień). Każdy pilot telewizyjny zawiera diodępodczerwoną.
1kΩ
2,2kΩ
2,4kΩ
różne rezystory
Rys. 2
Ćwiczenie 3
Rezystancja wewnętrzna baterii
Czy wiesz że ...nazwa elektronika pochodzi od elektronu.
Starożytni Grecy elektronem nazywali bursztyn(który u nich w tamtych czasach był rzadkością, sprowa−
dzaną z dalekiej północy, między innymi z terenów dzisiej−szej Polski). Zauważyli oni, że bursztyn pocierany tkani−
ną przyciąga potem kurz i drobne, lekkie przedmioty.Znacznie później elektronem nazwano cząstkę
elementarną, jeden z podstawowychskładników atomu.
− ++
A1 6
Zestaw układ we−dług wcześniej−szego rysunku 3,ale zamiast zwy−kłej diody wyko−rzystaj diodę mi−gającą (z wbudo−wanym impulsa−torem). Poznasz ją po ciemnej plamce we−wnątrz obudowy. Pomocą będzie równieżfotografia 3. Najpierw zewrzyj punkty A,B (Rx=0). Nie bój się!Dioda ładnie miga. Sprawdź, przy jakichwartościach Rx dioda poprawnie pracuje.Kolejno jako Rx dołączaj rezystory o co−raz większej oporności: 10Ω (brązowy,czarny, czarny), 100Ω (brązowy, czarny,brązowy), 1kΩ (brązowy, czarny, czerwo−ny), 10kΩ (brązowy, czarny, pomarańczo−wy), 100kΩ (brązowy, czarny, żółty),...Co się dzieje? Przy jakiej rezystancji diodaprzestaje pełnić swoje funkcje? Już zauwa−żyłeś, dioda migająca w normalnym ukła−
dzie pracy nie ma rezystora ograniczające−go. Dioda migająca zachowuje się zupeł−nie inaczej niż zwykła dioda LED właśnieze względu na obecność układu sterujące−go − scalonego impulsatora.Sprawdź jeszcze, czy dioda migająca bę−dzie pracować przy napięciu zasilania4,5V (tzw. bateria płaska lub trzy palu−szki), 3V (bateria litowa lub dwa palu−szki), ewentualnie 1,5V (paluszek)?
Nie proponuję Ci jednak prób polegają−cych na zwieraniu biegunów źródła zasi−lania – baterii albo zasilacza. Takiepróby naprawdę nie mają sensu – bateriapo prostu się wyczerpie, a zasilacz możesię zepsuć.
W żadnym wypadku niepodłączaj diody LED, ani in−nego elementu do sieci ener−getycznej!
Zmontuj układ według rysunku 4 wy−korzystując dwie jednakowe zwykłe dio−dy LED, dwa rezystory i tranzystor NPN(BC548). Pomocą będzie fotografia 4.Niech rezystor R1, ograniczający prąddiody D2, ma wartość 1kΩ (brązowy,czarny, czerwony). Sprawdź jasność obudiod, stosując Rx o wartościach 1kΩ,10kΩ, 100kΩ, 1MΩ, 10MΩ. A co siędzieje, gdy nie ma rezystora Rx (rezy−stancja nieskończenie wielka)? Przy ja−kiej wartości Rx nie dostrzegasz jużświecenia diody D1? A przy jakiej war−tości Rx przestaje świecić dioda D2?
a nieprzewodnikami (izolatorami). Może myślisz,że są to półprzewodniki.Jest w tym coś z prawdy (tzw. półprzewodniki sa−moistne), ale nie jest to najszczęśliwsze wyobra−żenie − słowo półprzewodniki słusznie kojarzy sięz tranzystorami, układami scalonymi i całą zadzi−wiającą elektroniką, a nie z jakimiś substancjamikiepsko przewodzącymi prąd. Elementy półprze−wodnikowe to zupełnie nowa jakość i fantastycz−ne możliwości: wzmacniają, przetwarzają, licząi tworzą wszystkie cuda i cudeńka współczesnejelektroniki. Na razie nie musisz się w to wgłębiać– nie traktuj jednak półprzewodników jedynie ja−ko czegoś pośredniego między przewodnikamia izolatorami.
Na razie zapamiętaj, że różne substancje stawia−ją prądowi elektrycznemu różny opór. Ten opórnazywa się rezystancją. Jednostką rezystancjijest om, oznaczany dużą grecką literą omega Ω.Jeden om (1Ω) to mała rezy−stancja. W elektronice częściejmamy do czynienia z kilooma−mi (kΩ). Duże rezystancje wy−rażamy w megaomach (MΩ),a bardzo małe w miliomach(mΩ). Na przykład kawałekmiedzianego drutu ma rezy−stancję kilku...kilkunastu mili−omów. Czasem mówi się teżo gigaomach (GΩ) i teraomach
(TΩ) − takie rezystancje mają materiały uważaneza izolatory.A teraz sprawa najważniejsza. Rysunek K ilustru−je zależność prądu od napięcia − pokazuje kilka
76
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
zT
EC
HN
IKA
LIA
Uwaga! Dioda przewodzi prąd tylko w jed−nym kierunku i tylko wtedy świeci. W prze−ciwieństwie do rezystora, każda dioda jestelementem biegunowym – nie jest obojętne,gdzie zostaną dołączone końcówki.Typowej diody LED nie wolno dołączaćwprost do źródła napięcia! Wymagany jestrezystor ograniczający prąd (wyjątkiem sąznacznie rzadziej spotykane diody migającei diody z wbudowanym rezystorem).Diody świecące mogą mieć różne obudowy,ale nie ma kłopotu z identyfikacją końcówek.Końcówka dodatnia (anoda) jest zawszedłuższa. W razie wątpliwości można jednakzawsze sprawdzić diodę w układzie z rysun−ku D. Przy odwrotnym włączeniu zwykładioda nie zaświeci, ale też nie ulegnie uszko−dzeniu.Istnieją też diody dwu−, a nawet trzykolorowe.Na schematach diody oznaczamy albo literąD, albo LED i kolejnym numerem.
Migająca dioda LED Element ten oprócz diody LED ma wbudo−wany miniaturowy układ sterujący, dzięki te−mu może (i powinien) być zasilany bezpośre−dnio, z pominięciem rezystora ograniczające−go. Migające LED−y można poznać po ciem−nej plamce wewnątrz obudowy. Diody miga−jące nie mają specjalnego symbolu. Na sche−matach wykorzystuje się symbol zwykłejdiody LED.
++II
Rys. K
Rys. 4
Ćwiczenie 5 Tranzystor jako wzmacniacz prądu
Ćwiczenie 4 Migająca dioda LED
Fot. 3
ciemna plamka
Rys. 3
Rys. D
A17
Przekonałeś się naocznie, że tranzystorwzmacnia prąd (prąd bazy) płynący przezRx i diodę D1. Przy dużych wartościachRx przez diodę D2 płynie prąd (prąd ko−lektora) co najmniej 100−krotnie większyniż przez Rx i D1. Na rysunku 4 czerwo−nymi strzałkami zaznaczyłem prąd bazy(IB), prąd kolektora (IC) i prąd emitera (IE).Zwróć uwagę na kierunek przepływu prą−dów w tranzystorze NPN – prąd emiterajest zawsze sumą prądów kolektora i bazy.Zapoznałeś się oto z najpopularniejszymtranzystorem typu NPN. Układ o iden−tycznych właściwościach możesz zesta−wić według rysunku 5, stosując tranzy−stor typu PNP (BC558), który różni sięod wcześniej użytego tranzystora NPNtylko kierunkiem przepływu prądów.
Jeśli chcesz, możesz sprawdzić, czyukład będzie pracował, gdy inaczej za−mienisz miejscami punkty dołączeniakolektora i emitera albo gdy w układziez rysunku 4 zamiast tranzystora NPN za−stosujesz PNP (BC558).Uwaga 1. Nie zwieraj punktów A,B (Rx=0), bo przez diodę D1 i obwód ba−za−emiter tranzystora popłynie duży prąd,ograniczony tylko rezystancją wewnętrz−na baterii (zasilacza) – prąd ten możeuszkodzić i diodę, i tranzystor.Uwaga 2. Zarówno w tym, jak i następ−nych ćwiczeniach sprawdzaj jasność świe−cenia diody, gdy zmontujesz układ i gdynie będziesz dotykał najczulszych obwo−dów. Najprawdopodobniej nawet bez re−zystora Rx dotykanie obwodu bazy tranzy−stora palcem spowoduje świecenie diodyD2. Nie dziw się, ciało człowieka działaw tym wypadku jak antena.
Zestaw układ według rysunku 6. Pomocąbędą fotografie 5a i 5b. Pokazano tu dwamodele. Jeden wykonany jest jako tzw.pająk. Drugi zmontowany jest na specjal−nej płytce stykowej. Taka uniwersalnapłytka stykowa jest znakomitą pomocą
przy montażu różnych próbnych ukła−dów. Jeśli postarasz się o taką płytkę,szybko docenisz jej zalety.A teraz wracamy do układu. Tak jak po−przednio dołączaj jako Rx rezystory o war−tościach od 1kΩ do 10MΩ. Przy jakiej
przypadków, gdy napięcie zmienia się,a rezystancja jest jednakowa. RysunekL pokazuje zależność prądu od rezystan−cji, gdy napięcie jest stałe − natężenieprądu zależy od oporu (rezystancji) R.Zależności te sprawdzałeś w ćwiczeniu2. Jeśli zrozumiałeś, o co tu chodzi, toprzyswoiłeś sobie najważniejsze prawoelektroniki i elektrotechniki − prawoOhma (czytaj: oma). Nie ucz się na pa−mięć formułki − chodzi o to, żebyś o każ−
dej porze dnia i nocy rozumiał: czym większe na−pięcie, tym większy prąd, a czym większy opór (re−zystancja) tym prąd jest mniejszy. Proste, prawda?W praktyce będziesz bardzo, bardzo często wyko−rzystywał wzór wyrażający prawo Ohma:I = U / Rgdzie U − napięcie, I − prąd, R − rezystancja. Znającdowolne dwie wielkości, bez trudu obliczysz trze−cią. Koniecznie naucz się więc trzech podstawo−wych wzorów, z których będziesz bardzo częstokorzystać:
77
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
TE
CH
NIK
AL
IA
Tranzystor (bipolarny)
Tranzystor, ściślej tranzystor bipolarny (ina−czej „zwykły” tranzystor) to podstawowyelement wzmacniający, posiadający trzy koń−cówki. Można w uproszczeniu powiedzieć,że końcówką wejściową jest baza, wyjściową− kolektor. Istnieją tranzystory bipolarne typun−p−n (NPN) oraz p−n−p (PNP). Różnica po−lega na kierunku przepływu prądów − ilustru−je to rysunek E.
Działanie tranzystora jest bardzo proste –wzmacnia on prąd. Jeśli prąd bazy jest równyzeru, to i prąd kolektora jest równy zeru. Je−śli w obwodzie baza−emiter zacznie płynąćprąd, to w obwodzie kolektor−emiter popły−nie prąd znacznie większy − mówimy, żetranzystor się otwiera. Istotnym parametremtranzystora jest wzmocnienie, czyli stosunekprądu kolektora do prądu bazy. Ten współ−czynnik wzmocnienia prądowego, oznaczanyczęsto grecką literą beta β, dla najpopular−niejszych współczesnych tranzystorów wy−nosi 100...500.Już to pokazuje, że trzeba odpowiednio dołą−czyć wyprowadzenia. Przy błędnym włącze−niu łatwo można tranzystor uszkodzić.Uwaga 1. Prąd bazy i prąd kolektora nie mo−gą być zbyt duże, by nie spowodowałyuszkodzenia tranzystora.Uwaga 2. Obwód kolektor−emiter nie jest od−powiednikiem baterii, to znaczy nie wytwa−
NPN
PNP
Rys. E
Rys. L
Rys. 5
Ćwiczenie 6 Układ Darlingtona
Fot. 4
Fot. 5aRys. 6
A1 8
wartości Rx nie dostrzegasz świecenia dio−dy D2? Tym razem dioda D3 będzie jasnoświecić nawet przy bardzo dużych warto−ściach rezystancji Rx. Czy może coś sięzepsuło? Sprawdź, czy diody będą świecićprzy braku Rx? Jeśli przy braku Rx D2 nieświeci, oznacza to, że układ działa, tylkojest niesamowicie czuły! Wzmocnienieprądowe jest bardzo duże.Uwaga! Nie zwieraj Rx, bo możesz ze−psuć D1 i tranzystory.Radzę Ci także sprawdzić działanieukładów z rysunku 7. Z Rx o wartości10MΩ – przekonaj się, jak dużewzmocnienie prądowe zapewniają dwatranzystory. W każdym przypadku prądpłynący w obwodzie kolektor−emiterT1 staje się prądem bazy T2. Wypad−kowe wzmocnienie prądowe jest ilo−czynem wzmocnienia obu tranzysto−rów. Jeśli każdy z nich ma wzmocnie−nie na przykład 100, to wypadkowewzmocnienie wyniesie 10 000. Przea−nalizuj kierunek przepływu prądów
w tych układach – przyda Ci się tow przyszłości.
Piotr Górecki
Ciag dalszy w nastepnym numerze EdW.
I = U / RR = U / IU = I * RJak wspominałem, w elektro−nice bardzo często mamy doczynienia z prądami, napięcia−mi, rezystancjami o warto−ściach wielokrotnie większychlub mniejszych niż amper,wolt czy om. Dlatego po−wszechnie używamy jednostektysiące, miliony i miliardy ra−zy mniejszych lub większych,na przykład miliwoltów, mi−kroamperów, megaomów czynanofaradów. W tabeli 1(obok) znajdziesz bliższe in−formacje na ten temat.
c.d.n.
78
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Ta
rz
EL
EM
EN
Ta
rz
EL
EM
EN
Ta
rz
EL
EM
EN
Ta
rz
EL
EM
EN
Ta
rz
EL
EM
EN
Ta
rzT
EC
HN
IKA
LIA
TE
CH
NIK
AL
IA
rza prądu. Prąd pochodzi z zewnętrznegoźródła (baterii, zasilacza), a obwód kolektor−emiter jest jakby sterowanym rezystorem (re−zystorem o zmiennej wartości) − zobacz ry−sunek F. Lepiej jednak nie wyobrażać sobiego jako zmiennej rezystancji, tylko pamiętać,że prąd kolektora jest β razy większy od prą−du sterującego (prądu bazy). Uwaga 3. Istotne jest, że w typowych tranzy−storach podczas przepływu prądu bazy napięciena złączu baza−emiter wynosi 0,55...0,7V i bar−dzo mało zmienia się nawet przy dużych zmia−nach prądu. Można przyjąć, że napięcie baza−emiter wynosi podczas normalnej pracy 0,6V.Wynika z tego bardzo ważny wniosek prak−tyczny: do otwarcia tranzystora (typowe−go tranzystora krzemowego) potrzebnejest napięcie baza−emiter około 0,6V. Je−śli napięcie na złączu baza−emiter jestmniejsze niż 0,5V, to tranzystor na pewnonie przewodzi(jeśli przewo−dzi – jestuszkodzony).Jeśli napięcieto jest większeniż 0,8V, tran−zystor na pew−no jest nieod−w r a c a l n i euszkodzony .Ilustruje to rysunek G. Dotyczy to zarów−no tranzystorów NPN, jak i PNP.Na schematach tranzystory oznaczamy zwy−kle literką T i kolejnym numerem. Na zagra−nicznych schematach zamiast T stosuje sięczęsto literę Q.W niektórych zastosowaniach wykorzystujesię połączenie dwóch tranzystorów w takzwanym układzie Darlingtona. Wzmocnie−nie jest tu bardzo duże i jest iloczynem
mnożnik nazwa symbol przykład 1 000 000 000 000 000 000 = 1018 eksa E 14EB=14000000000000000000 − 14 eksabajtów
1 000 000 000 000 000 = 1015 peta P 2PFLOP=2000000000000000FLOP – 2 petaflopy 1 000 000 000 000 = 1012 tera T 1TΩ=1000000000000Ω − 1 bilion omów
1 000 000 000 = 109 giga G 6GHz=6000000000Hz − 6 miliardów herców 1 000 000 = 106 mega M 77MW=77000000W − 77 milionów watów
1 000 = 103 kilo k 100kV=100000 − 100 tysięcy woltów 100 = 102 hekto h nie używane w elektronice 10 = 101 deka da nie używane w elektronice
1 = 100 − − 15V – piętnaście woltów 0,1 = 10−1 decy d nie używane w elektronice
0,01 = 10−2 centy c nie używane w elektronice
0,001 = 10−3 mili m 3ms=0,001s − 3 tysięczne części sekundy 0,000 001 = 10−6 mikro µ 11µA=0,000 011A − 11 milionowych części ampera
0,000 000 001 = 10−9 nano n 50nH 0,000 000 05H − 50 miliardowych części henra 0,000 000 000 001 = 10−12 piko p 5pl=0,000 000 000 005l = 5 bilionowych części litra
0,000 000 000 000 001 = 10−15 femto f 3fF=0,000 000 000 000 003F – 300 biliardowych farada 0,000 000 000 000 000 001 = 10−18 atto a
FFoott.. 55bb
Rys. 7
Rys. H
Rys. F
wzmocnienia obu tranzystorów. Ilustruje torysunek H. Oprócz zalet, takie połączenie
ma pewne wady, dlatego nie wyparło poje−dynczych tranzystorów.
c.d.n.Rys. G
A19
Zestaw układ według rysunku 8. Rezy−stor R1 zabezpiecza przed uszkodze−niem w przypadku zwarcia punktów A,B. Pomocą będzie fotografia 6. Ten mo−del zbudowany został na kawałku tektu−ry. Polecam Ci na początek taką prostąmetodę montażu bardziej skomplikowa−nych układów. Końce elementów z dru−giej strony płytki są połączone przez ichskręcenie ze sobą. Z czasem, gdy już na−uczysz się lutować, nadal możesz wyko−rzystywać tę prostą, a użyteczną „karto−nową” metodę montażu.Do punktów A, B dołącz ja−kiekolwiek (możliwiekrótkie) przewody−sondyi sprawdź rezystancję róż−nych materiałów: metali,tworzyw sztucznych, drewna,wody z kranu, wody destylowanej, mineral−nej i wody z solą.Narysuj miękkim ołówkiem na kartce gru−bą, mocną kreskę − sprawdź rezystancję
tak uzyskanej ścieżki wę−glowej (grafitowej). Takmniej więcej produko−wane są niektóre rezy−
story. Dioda D3 będziesię świecić nawet przy ogrom−
nych wartościach rezystancji Rx(sprawdź koniecznie jak świecą diody,gdy Rx=10MΩ). Dotknij lekko palcami obydwu rąk druty
dołączone do punk−tów A, B. Czy dio−dy się zaświecą?Ściśnij te druty pal−cami. Co się dzieje?Okazuje się, żekażdy człowiekjest... rezystorem,a rezystancja zale−ży od siły ściskaniadrutu. Wykonałeświęc przyrządumożliwiający wy−łonienie lokalnegosiłacza. Tak samoprzyrząd możnanazwać mierni−kiem temperamen−tu i przeprowadzićwybory lokalnegoCasanovy. (Tobiepodpowiem w taje−mnicy, że przed
Zauważ, że w elektronice używane są mnożniki,których każdy jest 1000 razy większy (bądź mniej−szy) od poprzedniego, co odpowiada przesuwaniuprzecinka o trzy miejsca. Poznanie mnożników, ichoznaczeń i skrótów nie powinno sprawić Ci więk−szych trudności.Przyzwyczaisz się też do innych, na pozór bardzodziwnych oznaczeń, których historia sięga epokistarych kopiarek i drukarek. Wydruki i kopie byływtedy słabej jakości, zawierały skazy, plamy i ry−sy. Poza tym zarówno maszyny do pisania, jaki pierwsze drukarki nie drukowały greckich liter.Nie masz chyba wątpliwości, co znaczy 33k – tooczywiście 33kΩ.Ale co oznacza 3k3 albo k33?
W przypadku niewyraźnej kopii można mieć wąt−pliwości, czy chodzi o 33k, czy o 3,3k. Aby po−zbyć się wątpliwości, wystarczy w miejsce prze−cinka wstawić literę z końca, czyli zamiast3,3k zapisać 3k3. Z reguły pomija się też zerow liczbach ułamkowych, czyli zamiast 0,33k pi−sze się k33. Zamiast małej litery k, czasem spoty−ka się dużą, na przykład 2K7 to to samo, co 2k7,czyli 2,7kΩ.W przypadku omów w zasadzie wystarczyłoby poprostu pominąć symbol oma, czyli zamiast 12Ω za−pisać 12 – i taki zapis czasem można spotkać. Abyjednak uniknąć wątpliwości, czy przypadkiemomyłkowo nie pominięto literki k albo M (co dało−by wartość tysiąc albo milion razy większą −
12kΩ albo 12MΩ), w przypadku omów pisze siędużą literę R. Dlatego bardzo często spotyka sięzapis typu 120R (120Ω), 47R (47Ω), 6R8 (6,8Ω),R22 (0,22Ω). Ale bez przesady – nie pisze się120kR czy 2k2R, tylko 120k, 2k2.Choć nie mówiliśmy o wszystkich elementach elektro−nicznych, już teraz Ci podam, że podobnie skraca się za−pis wartości innych elementów, zwłaszcza kondensato−rów, ale także cewek, itd. Odpowiednią literę wstawia sięzawsze w miejsce przecinka. Oto przykłady:7p5 = 7,5pF150p = 150pFn15 = 0,15nF = 150pF6n8 = 6,8nF47n = 47nF
37
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz
TE
CH
NI
KA
LI
A
Brzęczyk piezo
Brzęczyk piezo (piezoelektryczny), zwanyczęsto buzzerem, po dołączeniu do źródłanapięcia wydaje dźwięk − ciągły pisk.Brzęczyk nie jest prostym elementem jakdioda LED, rezystor czy tranzystor –w istocie składa się z kilku elementów,w tym tranzystora(−ów) tworzących gene−rator oraz przetwornika elektroakustycz−nego – membrany z materiału piezoelek−trycznego (stąd nazwa). Brzęczyk piezoz wbudowanym generatorem jest elemen−tem biegunowym − końcówkę oznaczonąkolorem czerwonym (końcówkę dłuższą)należy dołączać do plusa, drugą końcówkę(czarną, krótszą) − do minusa. Fotografiapowyżej pokazuje dwa najpopularniejszerodzaje brzęczyków.Uwaga! Oprócz opisywanych brzęczykówpiezo z wbudowanym generatorem,w podobnych obudowach bywają umieszcza−ne niebiegunowe membrany piezo. Membra−na jest prostym przetwornikiem elektroaku−stycznym. Aby jednak wydała dźwięk, po−trzebny jest generator.Na schematach brzęczyki oznacza się różnie,czasem literą Y, czasem X lub jeszcze ina−czej – nie ma ścisłej reguły. Używa się teżróżnych symboli – w ramach niniejszegokursu stosowny będzie symbol pokazanywyżej.
FFoott.. 66
Ćwiczenie 7 Siłomierz towarzyski
Rys. 8
Ciąg dalszy z EdW 10/2000
Czy wiesz, że...Jeśli przez element elektroniczny popłynieprąd większy od dopuszczalnego, element
ten ulegnie nieodwracalnemuuszkodzeniu.
A1 10
próbą warto zwilżyć palce, np. poślinić –efekt murowany.)Uwaga! Zwłaszcza w tym bardzo czu−łym układzie zaobserwujesz, że doty−kanie jednym palcem punktu B powo−duje świecenie lampek. Twoje ciałodziała jak antena i stajesz się niejako
źródłem małego prądu, który jestwzmacniany przez tranzystory. Tenefekt trochę przeszkadza w ćwiczeniu,ale nie będziemy go likwidować, bo je−szcze nie poznałeś kondensatorów (na−leżałoby włączyć kondensator międzypunkty A, B).
W układzie z rysunku 8 sprawdziłeś, żeczłowiek jest rezystorem. Rezystancjaskóry nie jest stała, zmienia się podwpływem różnych czynników. Gdy ktośsię spoci, na przykład podwpływem stresu, re−zystancja maleje.Zjawisko zmia−ny opornościpod wpływemstresu jest wy−korzystywanew wykrywaczachkłamstwa. Możesz spraw−dzić, czy rezystancja skóry Twoich kole−gów (koleżanek) różni się, gdy dają odpo−wiedzi prawdziwe i fałszywe. Do takiej za−bawy musisz jednak wykorzystać jakiekol−
wiek metalowe elektrody, mocowane naskórze "ofiary" i dołączone do punktów A,B. Nie musza to być specjalne elektrody,wystarczą odizolowane końce przewodów.
Zadając pytania będziesz ob−serwował jasność diod.
Ostrzegam jednak,że zmiany rezy−stancji skóry podwpływem stresui emocji są bardzo
małe i masz nie−wielkie szanse, by za−
uważyć zmiany jasnościdiod LED. Nie zmienia to faktu, że taje−mniczy układ z różnokolorowymi lamp−kami mimo wszystko jest znakomitympretekstem do wesołej zabawy w więk−
Ale to nie wszystko. Szczególnyproblem jest z małą grecką literąmi − µ (mikro – 0,000001). Nawetwspółczesny komputer z porząd−ną drukarką może zamiast grec−kiej litery µ z czcionki Symbolwydrukować jej odpowiednikw jakiejkolwiek innej czcionce –będzie to mała litera m. Literam (mili – 0,001) wprowadziw błąd, bo zmieni wartość tysiąc−krotnie! Aby tego uniknąć, oddawna pisze się zamiast greckiejlitery µ małą literę u. Oto przykła−dy: u68 (0,68µF), 4u7 (4,7µF),33u (33µF). Czasem spotyka siędużą literę U, np.: 2U2 (2,2µF)lub 100U (100µF). Litery m (mili)do dziś unika się przy oznaczaniukondensatorów. Zamiast 22mF pi−sze się zazwyczaj 22000u,22000uF lub 22000µF.
38
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
TE
CH
NI
KA
LI
AT
EC
HN
IK
AL
IA
Przycisk, przełącznik
Te proste elementy elektromechaniczne są bar−dzo często wykorzystywane w praktyce. Typo−wy przycisk zwiera swe styki na czas naciśnię−cia. Normalnie styki są rozwarte (ang. normallyopen – stąd skrót NO). Znacznie mniej popular−ne są przyciski normalnie zwarte (ang. normallyclosed – NC), otwierane przez czas naciskania. Bardzo często wykorzystywane są przełącz−niki, umożliwiające zwarcie styków na stałe,a nie tylko na czas naciskania. Oprócz prze−łączników dwupozycyjnych często wykorzy−stuje się przełączniki trzypozycyjne „z zeremw środku” – w środkowej pozycji nie ma po−łączenia. Fotografie pokazują najpopular−niejsze przełączniki dźwigienkowe orazprzyciski, popularny microswitch (czytaj:mikrosłicz). Oprócz przełączników dźwi−gienkowych produkowanych jest wiele in−nych odmian, w tym wielopozycyjne prze−łączniki obrotowe. Przyciski i przełącznikinajczęściej oznacza się literami S lub W.
Tabela 2
Czy wiesz, że...nazwa jednostki prądu, amper, pochodzi od nazwi−
ska uczonego francuskiego Andre’a Marie Ampere, któryzajmował się między innymi badaniem zjawisk elektrycznych.
Nazwa jednostki napięcia, wolt, też pochodzi od nazwiska uczo−nego − Alessandro Volta był włoskim eksperymentatorem, który
wynalazł ogniwo elektryczne – baterię. Natomiast jednostkarezystancji zawdzięcza nazwę niemieckiemu uczonemu
− Georg Simon Ohm odkrył prawo wiążąceprąd, napięcie i oporność.
Ćwiczenie 8 Wykrywacz kłamstw
Fot. 7
Rys. 9
12mV = µV = nV = V880uV = mV = nV = V920mA = µA = kA = A
21nA = pA = µA = A68Ω = kΩ = MΩ = Ω
20mΩ = Ω = kΩ = Ω5k62 = Ω = MΩ = Ω4k22 = kΩ = MΩ = Ω33R = mΩ = MΩ = Ω
R020 = mΩ = µΩ = Ω3R3 = Ω = kΩ = Ω1M8 = MΩ = kΩ = Ωn18 = nF = pF = F
220nF = µF = nF = F0,01uF = nF = pF = F
.0022 = pF = nF = F1.5 = nF = µF = F
47uH = mH = nH = H33m = mH = nH = H
A111
Zestaw układ we−dług rysunku 10,w y k o r z y s t u j ą cbrzęczyk i zwykłądiodę LED. Koń−cówkę czarną do−łącz do ujemnegobieguna baterii.Zwróć uwagę najasność świeceniadiody LED − jestniewielka, czylitym razem prądw obwodzie ogra−nicza brzęczyk (nie ma rezystora Rx).Usuń diodę i zasil brzęczyk bezpośre−dnio napięciem 3V (z baterii litowej lubdwóch paluszków R6) – rysunek 11.Sprawdź, czy brzęczyk o nominalnymnapięciu pracy wynoszącym 12V pracu−je przy napięciu zasilania wynoszącymtylko 3V. Sprawdź też, czy będzie praco−wał przy zasilaniu z jednej baterii o na−pięciu 1,5V (R6 albo LR44).Zapamiętaj, że brzęczyk piezo, w prze−ciwieństwie do (zwykłej) diody świecą−cej, nie wymaga żadnego rezystoraograniczającego prąd.
Zapewne zauważyłeś, że w układzie po−kazanym na fotografii 8 zastosowałemdiodę migającą (z ciemną plamką). Ze−staw taki układ! Dioda powinna migać,a brzęczyk powinien wydawać przery−wany, melodyjny dźwięk. Z niektórymiegzemplarzami diod migajacych sztucz−ka taka może się nie udać. Dlatego w Bi−blioteczce Praktyka na końcu artykułuznajdziesz dwa schematy, gdzie dla po−lepszenia warunków pracy diody miga−jącej dodany jest rezystor. Nie wątpię, żetakie proste sygnalizatory będziesz sto−sował w praktyce.Najprostszy w pełni funkcjonalny dzwonekdo drzwi możesz zrobić według rysunku12. Zamiast przyciskuS1 możesz wykorzystaćnietypowe wyłącznikiwłasnej produkcji, choć−by dwa kawałki drutu,które będą zwierane np.w chwili otwarciadrzwi. Możesz w tensposób budować minisystemy alarmowe.Jeśli zamiast przycisku zastosujesz dwiedruciane sondy (kawałki przewodu),otrzymasz tester ciągłości obwodu, który
może Ci sięprzydać w prak−tyce. Praktyczneukłady takich te−sterów znaj−dziesz w częścipt. BiblioteczkaPraktyka.
szym gronie (a może też do odkrycia ser−cowych tajemnic rówieśników).A jeśli zależy Ci nie tylko na zabawie, tyl−ko naprawdę chcesz sprawdzić podanązależność, możesz mierzyć rezystancjęskóry za pomocą cyfrowego multimetrupracującego w roli omomierza − patrz fo−tografia 7. Oczywiście pod warunkiem,że taki multimetr posiadasz. Nie radzę ko−rzystać z miernika wskazówkowego, bo
zmiany rezystancji są bardzo małe i tylkomiernik cyfrowy daje szansę, by je wy−kryć. Ale my mamy się przede wszystkimbawić − przyznasz, że układ z diodami jestbardziej atrakcyjny do zabawy, dlategojeśli już masz multimetr cyfrowy, możeszgo wykorzystać w roli mikroamperomie−rza (na zakresie 200µA lub 2mA) i próbo−wać mierzyć prąd płynący przez skóręw układzie z rysunku 9.
Jeszcze inaczej bywa w literaturze amerykańskiej.Tam zazwyczaj podaje się pojemność w mikrofara−dach, pomijając nie tylko F (farad), ale też µ (mi−kro) i pierwsze zero w ułamkach. Poza tym na za−chodzie zamiast przecinka stosuje się kropkę. Za−pis .22 oznacza więc 0,22µF, zapis .033 to0,033µF, czyli 33nF, 47 to 47µF, a .1 to 0,1µF,czyli 100nF.Różnorodność jest więc duża: 1nF, 1n, 1000pF,1000p, 0,001µF 0,001u oraz .001 – oznaczają tęsamą pojemność.Być może teraz, na początku wydaje Ci się to trud−ne. Z czasem się przyzwyczaisz. Mało tego, jeślichcesz być elektronikiem, musisz to opanować, i to jak najszybciej. Poćwicz więc już teraz,
uzupełniając tabelkę na poprzedniej stronie.Podstawiając do podanych wcześniej wzorów war−tości U, I, R, koniecznie musisz uwzględnić mnoż−nik. Początkujący często mają z tym kłopoty, bozapominają o mnożnikach – Ty nie popełniaj ta−
kich błędów! Albo zamień wszystko na jednostkipodstawowe, czyli wolty, ampery i omy, albo zau−waż pewne zależności. Na przykład mili (1/1000)jest odwrotnością kilo (1000). Tak samo mikro toodwrotność mega. Czy już rozumiesz, dlaczegoniektórzy mówią, że „miliamper i kiloom dająwolt” oraz „mikroamper i megaom też dają wolt”?Pomocne okażą się poniższe trójki:amper − om − woltmiliamper − kiloom − woltmiliamper − om − miliwoltmiliamper, megaom, kilowoltmikroamper − megaom − woltmikroamper − kiloom − miliwoltmikroamper − om − mikrowolt
39
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz E
LE
ME
NT
arz EL
EM
EN
Tarz
TE
CH
NI
KA
LI
A
KontaktronSzklana rurka kon−taktronowa zawieraspecjalne styki,które są zwieranew obecności polamagnetycznego,pochodzącego np.z magnesu trwałegolub elektromagnesu. Styk kontaktronowyoznacza się na schematach różnie: albo literą S,albo K, albo jeszcze inaczej.
BateriaChemiczne źródło energii elektrycznej. Najważniejsze parametry bate−rii to napięcie oraz pojemność.Czym większa pojemność, tymwięcej energii elek−trycznej zawiera ba−teria i tym większyprąd można z niejpobrać. Jeśli pobórprądu jest dla danejbaterii znaczny, na−pięcie spada (cojest skutkiem ist−nienia tzw. rezy−stancji wewnętrz−nej). Baterie alka−liczne są lepsze odzwykłych węglo−wo−cynkowych, sąteż znacznie droż−sze. Typowe ogni−wo baterii, zarów−no zwykłe, jak i al−kaliczne (np. popu−larny „paluszek”R6) daje napięcie1,5V. Baterie(ogniwa) litowemają napięcie 3V.Pojemność wyraża−na jest w ampero−godzinach (Ah)
RR66 − zzwwkkłłaaLLRR66 − aallkkaalliicczznnaa((ppaalluusszzkkii))
Fot. 8
Ćwiczenie 9 Brzęczyk piezo
Rys. 11
Rys. 10
Rys. 12
99VV66FF2222
aallkkaall iicczznnaa
lliittoowwee 33VV
zzeeggaarrkkoowwee
zzwwyykkllaa
zzwwyykkllaa
Czy wiesz, że...każdy przedmiot czy materiał ma jakąś opor−
ność (rezystancję). Nawet materiały uważane zaizolatory mają pewną (ogromnie dużą) rezystancję,
i może przez nie płynąć prąd, wprawdzieznikomo mały, ale jednak prąd.
A1 12
W modelu, pokazanym na fotografii 9wykorzystano styki normalnie zwarte(NC) popularnego łącznika, dzięki cze−mu brzęczyk nie pracuje, gdy przyciskjest wciśnięty, a odzywa się, gdy zosta−nie zwolniony. Gdyby wykorzystano po−zostałe dwie skrajne końcówki łącznika,tworzące styk normalnie otwarty (NO),
brzęczyk odzywałby się po naciśnięciuprzycisku. Jeśli przypadkiem masz takilub podobny przełącznik, możesz zbudo−wać pożyteczne sygnalizatory.Pożyteczne przyciski ze stykami nor−malnie zwartymi (NC) są zdecydowaniemniej popularne od przycisków ze sty−kami normalnie otwartymi (NO). Ale nie
A teraz, aby nabrać wprawy, uzupełnij puste miej−sca w tabeli 3. Zwróć uwagę, że wytłuszczone za−znaczone czerwono jednostki zawsze tworzą poda−ne właśnie trójki.Jak już wspomniałem w ELEMENTarzu, praktycz−nie wszystkie rezystory, kondensatory i inne
elementy mają znormalizowane wartości i toleran−cje. Choć powszechnie dostępne są wszystkie war−tości według 5−procentowego szeregu E24, czę−ściej są używane rezystory o wartościach z szere−gów E12, a nawet E6. Tabela 4 podaje informacjeo szeregach E3 ...E24.Nie wyobrażasz sobie, jak wiele układów można
wykonać wykorzystując wyłącz−nie elementy według szeregu E3 –takie rezystory będziemy wyko−rzystywać w trakcie kursu (... 1Ω,2,2Ω, 4,7Ω, 10Ω, 22Ω, 47Ω,100Ω, 220Ω, 470Ω, 1kΩ, 2,2kΩ,4,7kΩ, 10kΩ ...). Precyzyjne re−zystory o tolerancji 1% (wg szere−gu E96) są potrzebne bardzo rzad−ko – tylko do precyzyjnych i ultra−niskoszumnych układów. Nie−zmiernie rzadko, a może nigdy niebędzie Ci potrzebny rezystoro nietypowej wartości np.5,14kΩ (zastąpisz go potencjome−trem albo złożysz z kilku typo−wych rezystorów). Znacznie droż−sze rezystory 1−procentowe są
jednak dość popularne, i jeśli takowe posiadasz,możesz je spokojnie stosować w miejsce popular−nych 5− czy 10−procentowych.
40
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
EL
EM
EN
Tar
z E
LE
ME
NT
arz
TE
CH
NIK
AL
IAT
EC
HN
IKA
LIA
TE
CH
NIK
AL
IAlub miliamperogodzinach (mAh) i wskazujejak długo będzie pracować bateria przy da−nym (niezbyt dużym) prądzie. Na fotogra−fiach można zobaczyć najpopularniejsze ba−terie zwykłe, alkaliczne i litowe.Na schematach baterię oznacza się zwykle li−terami B albo BAT.
AkumulatorC h e m i c z n eźródło energiie lektrycznejzachowuje siępodobnie jakbateria. F o t o g r a f i eobok pokazują kilkaa k u m u l a t o r ó w .W przeciwieństwiedo jednorazowychbaterii, akumulatormoże być wielokrot−nie ładowany i rozła−dowywany. Akumu−latory należy łado−wać w warunkach (prąd, czas ładowania) zale−canych przez producenta. Ładowanie małychakumulatorów zbyt dużym prądem może sięskończyć eksplozją. Z akumulatorów, zarów−no niklowo−kadmowych, niklowo−wodorko−wych, jak i kwasowych można pobrać stosun−kowo duży prąd, dużo większy niż z jednorazowych baterii o podobnej
Tabela 3
Fot. 10
Fot. 9
Ćwiczenie 10 Dzwonek do drzwi, tester ciągłości obwodu
Czy wiesz, że...zwieranie wyprowadzeń baterii i zasi−
lacza to robienie sobie na złość?
AAkkuummuullaattoorryyNNiiCCdd((zzaassaaddoowwee))
AAkkuummuullaattoorryyżżeelloowwee((kkwwaassoowwee,,oołłoowwiioowwee))
Jeśli U=9V, R=47ΩΩ to I= 9V/47ΩΩ = 0,1915A = 191,5mA
Jeśli U=1,5V, I=3mA to R=1,5V/3mA=0,5kΩΩ=500Ω
Jeśli U =40mV, R=100ΩΩ to I=40mV/100Ω=0,4mA=400mA
Jeśli I=1,5mA, R=1MΩΩ to U=1,5mA*1MΩ=1,5kV=1500V
Jeśli I=2,5µµA, R=2MΩΩ to U=2,5µA*2MΩW=5V
Jeśli U=800mV, R=1kΩΩ to I=800mV/1kΩ=800µµA =0,8mA
Jeśli U=930µµV, I=3µµA to R=930µV/3mA=310ΩΩ=0,31kΩ
Jeśli U=9V, I=1,5A to I=
Jeśli I=40mA, R=22kΩ to U=
Jeśli U=15mV, R=50Ω to I=
Jeśli U=1kV, I=20mA to R=
Jeśli U =6V, R=15MΩ to I=
Jeśli I=350µA, R=3kΩ to U=
Jeśli U =700µV, R=100W to U=
A113
jest to duże nie−szczęście. Zestawukład według ry−sunku 13. Foto−grafia 10 pokazu−je model zbudo−wany z modułówzestawu nazywa−nego w Redakcjibombonierką. Oczywiście Ty zestawiszukład w dowolny sposób, na przykładtak jak pokazują poprzednie fotografie.Dioda zgaśnie po naciśnięciu przycisku,czyli po zwarciu jego styków. Gdy przy−cisk jest naciśnięty, prąd płynie od plusazasilania przez rezystor R1 i dalej „naj−
krótszą drogą” do minusa przez przycisko bardzo małej rezystancji, omijając dio−dę. Niektórzy mówią, że prąd jest leniwyi zamiast męczyć się i płynąć przez dio−dę, szuka drogi najkrótszej, drogi o naj−mniejszej rezystancji. Zapamiętaj to –prąd woli płynąć po trasie najmniejszegooporu (rezystancji).W zasadzie można zbudować podobnyukład z brzęczykiem zamiast diodyLED – możesz go wypróbować, ale nieręczę, czy brzęczyk będzie działał(niektóre brzęczyki nie chcą piszczećw takim układzie pracy bez kondensa−tora, a kondensatory poznasz dopierow lekcji drugiej).
1−procentowy szereg E96 opiera się na następują−cych nominałach:100 102 105 107 110 113 115 118 121 124127 130 133 137 140 143 147 150 154 158
162 165 169 174 178 182 187 191 196 200205 210 215 221 226 232 237 243 249 255261 267 274 280 287 294 301 309 316 324332 340 348 357 365 374 383 392 402 412422 432 442 453 464 475 487 499 511 523
536 549 562 576 590 604 619 634 649 665681 698 715 732 750 768 787 806 825 845866 887 909 931 953 976.
Wartości wytłuszczone tworzą szereg E48.Fotografia ze strony 4 pokazuje kilka rezys−torów precyzyjnych. Wśród nich znajduje sięrezystor o tolerancji 0,1% − jak widać, jegowartość (9,00kΩ) jest jeszcze inna, niż podanaw szeregach E24 czy E96.
85
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
TE
CH
NIK
AL
IAwielkości. Zwłaszcza akumulator samochodo−wy może być źródłem prądu o ogromnej war−tości. Gdybyś chciał wykorzystać taki akumu−lator do zasilania budowanych układów, ko−niecznie powinieneś zastosować żarówkęw połączeniu według rysunku na wstepie tejlekcji, by ograniczyć maksymalny prąd.Na schematach akumulatory oznacza się za−zwyczaj literami AKU, B lub BAT.Akumulatory NiCd (niklowo−kadmowe)oraz NiMH (niklowo−wodorkowe) mogązastępować typowe baterie jednorazowe, naprzykład „paluszki”. Akumulatory możnałatwo odróżnić od baterii jednorazowych ponapisach takich jak NiCd, NiMH, recharge−able, charge.
ZasilaczUkład elektronicz−ny, który zamieniawysokie napięciesieci energetycznejna małe napięciepotrzebne do zasi−lania układów elek−tronicznych. Bar−dzo popularne sązasilacze wtyczko−we. Wiele z nichzawiera stabilizator, czyli układ precyzyjnieutrzymujący na wyjściu napięcie nominalne.Taki zasilacz znakomicie zastępuje baterie.Najtańsze zasilacze wtyczkowe nie mają sta−bilizatorów, a ich napięcie silnie zależy odchwilowego poboru prądu. Dla początkują−cego hobbysty najodpowiedniejszy jest zasi−lacz stabilizowany o napięciu wyjściowym12V i maksymalnym prądzie co najmniej100mA (lepiej 200...500mA).Zasilacz nie jest elementem i nie ma osob−nego symbolu. Czasem do oznaczenia za−silacza używa się symbolu baterii, ogólnie – źródła napięcia.
Tabela 4E3 10 22 47 E6 10 15 22 33 47 68
E12 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82 E24 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91
Rys. 13
Ćwiczenie 11 „Odwrotny“ sygnalizator Czy wiesz, że...Akumulatory mogą dostarczyć dużego
prądu, a to w pewnych warunkachspowoduje silne rozgrzanie elemen−
tów, a nawet pożar?
Bardzo często wy−k o r z y s t u j e m ytranzystory w rolip rze łączn ików,dlatego radzę Ci,byś sprawdziłdziałanie układuz rysunku 14. Po−równaj układ z ry−sunkiem 13 − rolę,
jaką w tamtym układzie pełnił przycisk,pełni teraz tranzystor.Zestaw też układ według rysunku 15.Model, pokazany na fotografii 11 zostałzmontowany na uniwersalnej płytce sty−kowej. Oczywiście można go zmonto−wać w dowolny inny sposób, na przy−kład na tekturce.Zamiast przycisku możesz wykorzystaćdwa kawałki drutu.
Fot. 11
Rys. 14
zzaassiillaacczzwwttyycczzkkoowwyy
EL
EM
EN
Ta
rz EL
EM
EN
Ta
rz EL
EM
EN
Ta
rz EL
EM
EN
Ta
rz EL
EM
EN
Ta
rz EL
EM
EN
Ta
rz EL
EM
EN
Ta
rz
A1 14
Zbuduj też układ według rysunku 19.Fotografia 13 udowadnia, że kawałektekturki i gumka pozwalają zbudować
porządny model, którego nie wstyd po−kazać innym i który można śmiało wy−korzystać w praktyce.
Tym razem brzęczyk się odezwie, gdyoddalisz magnes od kontaktronu. Jeślikontaktron umieścisz na futrynie,
Zestaw układ według rysunku 16. Dio−da zaświeci się po przerwaniu drucika(wyrwaniu go). Gdy drucik jest cały,prąd płynie od plusa zasilania przez dio−dę D1, rezystor R1 i dalej „najkrótsządrogą” do minusa przez drucik o bardzomałej rezystancji, omijając bazę tranzy−stora. Tranzystor nie przewodzi prądu,mówimy, że jest zatkany. Gdy drucik zo−stanie przerwany, prąd popłynie przezrezystor R1, złącze baza−emiter tranzy−stora, co spowoduje otwarcie T1 i za−
świecenie D2. Tranzystor pełni tu dwiepożyteczne funkcje:− przełącznika− wzmacniacza prądu.Zauważ, że w spoczynku układ pobierapewien prąd – prąd płynący przez D1, R1(10kΩ) i pętlę z drutu. Ze względu na du−że wzmocnienie tranzystora i niewielkiprąd pracy brzęczyka, prąd ten może byćjeszcze mniejszy (można zwiększyć war−tość R1). Pobór prądu w spoczynku moż−na jeszcze zmniejszyć, stosując układ
Darlingtona, we−dług rysunku17 i fotografii12. Jest to naj−prawdziwszy sy−stem alarmowy −brzęczyk ode−zwie się po prze−rwaniu drucika,a mówiąc fachowo – pętli dozorowej. Ta−ki ulepszony układ możesz z powodze−niem wykorzystać w praktyce. Pobór prą−du w stanie czuwania wynosi mniej niż 1mikroamper (1 milionowa ampera), więcnawet niewielka bateria wystarczy na kil−ka miesięcy ciągłego czuwania. Cieniutkidrucik uzyskasz rozplatając kawałek prze−wodu elektrycznego – linki. Nie muszę Cichyba podpowiadać, gdzie możesz zasto−sować taki układ – pułapkę.
Zestaw układ według rysunku 18. Weźjakikolwiek magnes – na pewno w do−mu znajdziesz jakiś magnes. Jeśli zbli−żysz magnes do rurki kontaktronowej,styki zostaną zwarte i brzęczyk zadzia−ła. Rurkę kontaktronu możesz ukryć.Każde zbliżenie jakiegokolwiek ma−gnesu włączy brzęczyk. Czy znajdzieszdla takiego układu praktyczne zastoso−
wanie? Jak wykorzystasz taki tajemni−czy wyłącznik?Uwaga! Szklana rurka kontaktronowajest bardzo krucha. Może łatwo ulecuszkodzeniu, jeśli wyprowadzenia będąwyginane tuż przy szkle. Aby wygiąć wy−prowadzenie, koniecznie trzeba chwycićwyprowadzenie pincetą i wygiąć tylkowystającą końcówkę – zobacz rysunek
wstępny A. Przewody łączące kontaktronz układem mogą być długie, ale wtedytrzeba je ze sobą skręcić, by uniknąćewentualnych zakłóceń przemysłowych.
86
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
Zwieraj punkty A,B i sprawdź, jak świecą dio−dy. Tranzystor niejako od−wraca działanie przycisku –dioda D3 gaśnie, gdy D1 sięzaświeca. Niech Cię niezmyli podobieństwo do ry−sunków 13 i 14. Teraz w ro−li przełącznika pracuje tran−zystor T1. Gdy przycisk jest
w spoczynku, przez D1(R1 i obwód bazy T1)prąd nie płynie − tranzy−stor T1 nie przewodzi.Gdy tranzystor nie prze−wodzi, to tak, jakby go niebyło. Prąd płynie nato−miast przez diodę D2, re−zystor R2 i dalej przez ob−wód baza−emiter tranzy−
stora T2. Prąd ten otwiera tranzystor T2i w efekcie świeci dioda D3. Gdy przy−cisk S1 zostanie naciśnięty, popłynieprąd przez D1, R1 i tranzystor T1 zosta−nie otwarty. Prąd, jak już wiesz, jest le−niwy, więc płynąc nadal przez D2 i R2wybierze teraz łatwiejszą drogę przeztranzystor T1. Niejako zabierze całyprąd bazy T2 i tranzystor T2 zostanie za−tkany (wyłączy się) − dioda D3 zgaśnie.
Ćwiczenie 14 System alarmowy
Rys. 16
Rys. 17
FFoott.. 1122
Rys. 15
Ćwiczenie 12 Tranzystor jako przełącznik
Ćwiczenie 13 Tajemniczy wyłącznik − system sterowany z kontaktronem
Rys. 18
A115
a magnes na drzwiach, brzęczyk odezwiesię, gdy drzwi zostaną otwarte. Dlaczegonie miałbyś zainstalować czegoś takiegowe własnym pokoju? A może znajdzieszdla tajemniczego, magnetycznego wy−łącznika z rysunku 18 lub 19 jeszcze in−ne praktyczne zastosowanie?
Piotr Górecki
87
Ośla łączka
E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch
Fot. 13
Rys. 19
Biblioteczka Praktyka
Na górnym rysunku zamieszczonyjest schemat uniwersalnego sygnaliza−tora świetlno−dźwiękowego z migają−cą dioda LED i typowym brzęczy−kiem piezo (z generatorem). Układmoże być zasilany napięciem w za−kresie 3...12V. Typowo wartość rezy−stora wynosi 100 omów, jednak w za−leżności od parametrów użytej diodymigającej można dobrać wartość re−zystancji we własnym zakresie.Na dolnym rysunku można znaleźćtrzy prościutkie schematy sygnaliza−torów przejścia (zwarcia). W dru−gim układzie napięcie zasilajacemusi zapewnić niezawodną pracębrzęczyka. Przy zastosowaniu brzę−czyka na napięcie 1,5V, tester może
być zasilany z jednej baterii. Dobry,alkaliczny "paluszek" wystarczy nakilka lat pracy takiego testera.W trzecim układzie wartość rezysto−ra można dobrać, by zarówno ja−sność diody jak i głośność brzęczy−ka były wystarczające.Rysunek obok pozwoli rozszyfrowaćparametry najróżniejszych rezysto−rów. Najpopularniejsze są obecnie re−zystory z czterema paskami,z którychostatni jest złoty (tolerancja 5%).Trzypaskowe rezystory o tolerancji20% są dziś rzadko spotykane.Pięcio− i cześciopaskowe rezystory torezystory precyzyjne. Często spoty−kane są pięciopaskowe rezystoryo tolerancji 1% (ostatni pasek brązo−wy) W ich oznaczeniu występujątrzy cyfry znaczące i mnożnik, a war−tości są z szeregu E96. Trudno do−stępne dla hobbystów są rezystorysześciopaskowe z podanym współ−czynnikiem temperaturowym (wyra−żonym w ppm/K). Są to stabilne re−zystory o wysokiej precyzji, używa−ne zwykle w aparaturze pomiarowej.Skrót ppm to "parts per million" −części na milion, czyli 0,000001, na−tomiast K − kelwin.1ppm/K=0,000001/oC=0,0001%/oC
BIB
LIO
TE
CZ
KA
PR
AK
TY
KA
BIB
LIO
TE
CZ
KA
PR
AK
TY
KA
BIB
LIO
TE
CZ
KA
Uwaga! Do pierwszej części artykułu wkradł sie drobny błąd. Na stronie 75 na górnej fotografii trzeci rezystor ma rezystancję4,7kΩΩ, a nie 2,4kΩΩ. Prosimy o naniesienie takiej poprawki w swoich egzemplarzach.