documentrr

32 E l e k t ron i k a d l a Wszys t k i ch

Zadanie numer 134 to pomysł Piotra Ko-smeckiego z Poznania. Napisał on, że w do-mu przydałby się uniwersalny przyrząd do te-stowania baterii i żarówek dla gospodarstwadomowego. (…) Często zachodzi potrzebaszybkiego sprawdzenia, w jakim stanie jestbateria, nawet taka ze sklepu. Mam na myślibaterie typu „paluszek”, R14, R20, 6F22 (9V)czy „płaska” 4,5V.

Ja jak zwykle znacznie rozszerzam tematzadania. Mianowicie rozwiązaniem może byćpomysł na dowolny tester jakichkolwiekelementów, urządzeń czy wielkości.

Oto temat zadania 134: Zaproponuj dowolny układ testera.

To kwietniowe zadanie wcale nie ma cha-rakteru primaaprilisowego. Chodzi o zapropo-nowanie jakiegoś pożytecznego układu prób-nika-testera. Prawdą jest, że wiele testówmożna przeprowadzić, wykorzystując popu-larny multimetr. Nie każdy jednak ma multi-metr i nie każdy umiałby się nim posługiwać.Załóżmy, że taki tester ma być Waszym pre-zentem dla cioci, która zupełnie nie ma poję-cia o technice. Tester powinien więc być ła-twy w obsłudze.

Niejednemu z nas przydałby się uniwersal-ny tester baterii i akumulatorków, pozwalającysprawdzać i porównywać nie tylko napięcie,ale też wydajność prądową pod obciążeniembaterii i akumulatorów różnego typu. Na-prawdę warto pomyśleć o takim urządzonku.

Oprócz testerów baterii i akumulatorówmożecie zaproponować wiele innych rozwią-zań. Na przykład może to być tester przejścia(zwarcia), choćby taki do sprawdzania, czyżarówka nie jest przepalona.

A może ktoś zechce zrealizować tematUniwersalny tester domowy? Zastanówciesię, co oprócz baterii miałby sprawdzać?

A może ktoś zrealizuje tester jakiegoś ro-dzaju elementów elektronicznych? Jeśli inspi-racją będzie schemat z literatury – konieczniepodajcie źródło.

Praktyka pokazuje, że nawet dla elektroni-ków obserwacja i interpretacja cyferek ukazują-cych się na wyświetlaczu nie jest optymalnymrozwiązaniem. Jeśli wysoka dokładność nie jestwymagana, lepsza jest sygnalizacja akustyczna.Nie trzeba wtedy patrzeć na wyświetlacz i moż-na skupić uwagę na testowanym obiekcie.Zwróćcie uwagę, że każdy cyfrowy multimetr

ma dźwiękową sygnalizację przejścia-zwarcia.Jednak pojedynczy ton i zero-jedynkowa infor-macja jest/nie ma to rozwiązanie prymitywne.A może warto wykorzystać sygnalizator, poka-zujący także stany pośrednie? W rozwiązaniuzadania Jak to działa? na stronie 12 znajdziecieinteresujący, prosty przykład części wykonaw-czej takiego akustycznego testera z użyciemkostki 4046. Trzeba tylko dodać mniej lub bar-dziej skomplikowaną część pomiarową.

Warto też zwrócić uwagę na problem kosz-tów. Tester nie powinien być drogi.

Jeśli jakieś testy związane byłyby z napię-ciem sieci 230V, trzeba byłoby zapewnić ab-solutne bezpieczeństwo osoby obsługującej.Jednak nie namawiam, a wręcz zniechęcamdo układów wykorzystujących niebezpiecznenapięcia. W żadnym wypadku takich niebez-piecznych układów nie mogą realizować oso-by niepełnoletnie, chyba że pod opieką wy-kwalifikowanego nauczyciela.

Jestem przekonany, że zaproponujecie sze-reg interesujących propozycji. Jeśli skorzystaciez literatury, podajcie źródło. Jak zwykle szansena upominki i nagrody mają zarówno modele,jak też interesujące propozycje teoretyczne.

Temat listopadowego zadania 128 brzmiał:Zaproponuj układ elektronicznej świeczkilub „elektronicznego płomienia” w komin-ku.

Cieszę się, że postawione, w sumie małopoważne, zadanie spotkało się z dużym zain-teresowaniem, czego wyrazem jest 6 prak-tycznie zrealizowanych projektów. A otoszczegóły.

Propozycje teoretyczneMarcin Ogórek ze Szczecina podzielił sięprzemyśleniami. Sceptycznie podszedł dosztucznych płomieni, które nie są w stanie wytworzyć odpowiedniej atmosfery. Niemniej

Każdy Czytelnik Elektroniki dla Wszystkich może nadesłać rozwiązane jednego, dwóch lub wszystkich trzech zadańSzkoły z danego numeru. Rozwiązania można nadsyłać zwykłą pocztą albo mailem. Paczki z modelami i koperty zawsze adresujcie: AVT — EdW ul. Burleska 9 01-939 Warszawa i koniecznie podawajcie na kopercie czy paczcezawartość, np. Szko134, Jak4, NieGra134, #4, itd.

Osoby, które nadsyłają rozwiązanie e-mailem, powinny wysłać je na adres: szkola@elportal. com. pl (szkola, a nieszkoła). W tytule maila i w nazwach wszystkich załączników oprócz nazwy konkursu i numeru zadania umieśćcie także nazwisko (najlepiej bez typowo polskich liter), na przykład: Szko134Kowalski, Policz134Zielinski, NieGra134Malinowski, Jak4Krzyzanowski

Regularnie potwierdzam otrzymanie wszystkich e-maili kierowanych na adres [email protected]. Jeśli więc w terminie kilku dni po wysłaniumaila do Szkoły nie otrzymacie mojego potwierdzenia, prześlijcie pliki jeszcze raz (do skutku).

Bardzo proszę wszystkich uczestników, także osoby nadsyłające prace e-mailem, żeby podawały imię, nazwisko, adres zamieszkania oraz wiek.Jest to pomocne przy opracowywaniu rozwiązań, ocenie prac oraz wysyłce upominków i nagród. Jeśli na łamach czasopisma nie chcecie ujawniaćswoich danych — napiszcie, a zachowam dyskrecję, podając tylko imię i pierwszą literę nazwiska, ewentualnie miejscowość zamieszkania.

Jeśli nadsyłacie model, zawsze dołączajcie własnoręcznie podpisane i opatrzone datą oświadczenie: Ja, niżej podpisany, oświadczam, że projekt/artykuł pt.: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,który przesyłam do redakcji Elektroniki dla Wszystkich, jest moim osobistym opracowaniem i nie był wcześniej nigdzie publikowany.

Mam też prośbę: na schematach podawajcie wartości elementów, a dodatkowo dołączcie Wykaz elementów w postaci pliku tekstowego.

SSSSzzzzkkkkoooo łłłłaaaaKKKKoooonnnnsssstttt rrrruuuukkkkttttoooorrrróóóówwww

Rozwiązanie zadania głównego 129

Zadanie główne nr 134

33

Szkoła Konstruktorów

zaproponował budowę elektronicznej świecz-ki z diodą LED. Schematu nie podał, ale napi-sał, iż sterownikiem byłby układ 4017, na któ-rego wyjściach umieszczone byłyby różne rezystory dające efekt migania płomienia.

Konrad Rosłon z Nowej Wsi przedstawiłtylko ogólną ideę wykorzystania mikroproce-sora oraz trzykolorowej diody LED albotrzech diod: czerwonej, żółtej i białej.

15-letni Patryk Kątny z Katowic propo-nuje wydrążyć prawdziwą świeczkę o odpo-wiednich rozmiarach (…) wewnątrz umieścićbaterię, układ elektroniczny i białą diodęLED. Nie podał jednak żadnych szczegółówukładu elektronicznego.

Znany z oryginalnych i nietypowych po-mysłów Jacek Konieczny z Poznania tym ra-zem zaproponował… rodzaj projektora. Pro-ściutki projektor, zawierający pewną liczbędiod LED, udawałby płomień ogniska lub ko-minka. Jacek dla uzyskania realistycznegoefektu proponuje wcześniej nagrać zmiany ja-sności płomienia i potem je odtwarzać. Zapisdokonany byłby na… taśmie magnetofonowejz użyciem fotorezystorów i prostego obiekty-wu – zmianom jasności płomienia odpowia-dałyby zmiany amplitudy fali nośnej wedługidei z rysunku 1. Później taśma z takim zapi-sem „stereo” zostałaby odtworzona i amplitudazapisanego sygnału regulowałaby jasnośćdwóch grup diod LED według idei z rysunku 2.

Pomysł niewątpliwie wart jest przemyśle-nia. A może jeden z kanałów magnetofonuudałoby się wykorzystać do nagrania i odtwo-rzenia odgłosów towarzyszących spalaniudrewna w kominku?

Rozwiązania praktyczne14-letni Łukasz Mościcki z Rozłogi napisał,że próbował zrealizować elektronicznąświeczkę zapa-laną zapałkąi gaszoną pal-cami, ale koń-cowy efekt gonie zadowolił.Autor nie przy-słał fotografiimodelu, a je-dynie rozbudo-wany schemat,który należało-

by radykalnie uprościć. Pomimo niedoskona-łości układu młodziutki Autor otrzyma upo-minek za próby zmierzenia się z tematem.

Michał Stec z Jazowska przysłał modelpokazany na fotografii 1. W liście napisał:Witam! Mam 15 lat. Elektroniką interesuję sięjuż od dawna, ale praktycznie zajmuję się niąod ok. 1,5 roku (wcześniej zajmowałem sięwyłącznie „demontażem” różnych urządzeń).

Rys. 2

Rys. 3

Fot. 2 Układ Marty Mrozowicz

Rys. 1

Fot. 1 Model Michała Steca

E l e k t ron i k a d l a Wszys t k i ch

34



Po raz pierwszy wysyłam swój układ do„Szkoły konstruktorów”. Ponieważ nie mamjeszcze zbyt wiele wiedzy i doświadczenia, za-projektowałem prosty układ cyfrowy. Schematnarysowałem w Eagle’m (wydruk to bitmapo-wy zrzut z ekranu), a płytkę zaprojektowałemw Autotraxie. Przy projektowaniu płytki sta-rałem się stosować do wszelkich ogólnie przy-jętych zasad, ale niestety nie umiałem zrobićnetlisty i na razie mam straszny bałagan w bi-bliotekach. Zasada działania układu jest do-syć prosta. Zawiera on trzy typowe, dwubram-kowe generatory na układzie CD40106, któ-rych przebiegi są mieszane tak, aby uzyskaćprzebieg losowy. Do tego mieszania użyłemtrzech kluczy analogowych (CD4066). Wyj-ścia kluczy są zwarte i podłączone do diodyświecącej (jak najjaśniejsza żółta lub poma-rańczowa). Na wejściach tych kluczy są rezy-story, dzięki którym otwarcie jednego kluczapowoduje mniej intensywne świecenie diodyniż otwarcie dwóch czy trzech kluczy. Właści-wie do mieszania prze-biegów można byłobyużyć zwykłych tranzy-storów. Taka była też pierwsza wersjaukładu. Układdziałał jednak tro-chę dziwnie, a ja

wtedy nie wiedzia-łem, że to wina złe-go doboru częstotli-wości generatorów.Wymieniłem więc(według mnie po-dejrzane) tranzy-story na CD4066i tak już zostało.Gdy układ już dzia-łał, pozostał miproblem obudowy.W końcu stanęło natym, że układ zostałumieszczony w obu-dowie mojego kom-putera. Wprawdzienie mam obudowyz okienkiem, ale mamdwie duże kratkiwentylacyjne. Przy odpowiednim ustawieniudiod udaje się uzyskać ciekawy efekt płonące-go wnętrza.

Schemat ideowy pokazany jest na rysun-ku 3. Projekt płytki (Autotrax i PDF) i wykazelementów umieszczone są w Elportalu,w materiałach dodatkowych do tego numeruEdW jako Stec.zip.

Marta Mrozowicz z Ostrowca Święto-krzyskiego, ucząca się w drugiej klasie w Ze-spole Szkół Ekonomicznych, napisała: (…)Głównie moim hobby jest elektronika, lecz in-teresuję się również robotyką, informatyką

i komputerami. Do Elektroniki dlaWszystkich piszę i przesyłam projekt po

raz drugi. Do rozwiązania kolejne-go zadania zmotywowała mnie bar-dzo wysoka ocena mojego pierwsze-go projektu. Było to zadanie 125i przy okazji dziękuję za przyznaniemi tak dużej liczby punktów i oczy-wiście za… nagrodę! A teraz prze-chodzę już do tematu kolejnego za-dania, tym razem nr 129.

Fot. 3 Symulator Mateusza Ulfika

Radosław Krawczyk Ruda Śl. . . . . . . . 81Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . 70Mateusz Ulfik Przezchlebie . . . . . . . . . 49Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . 42Dariusz Iwanoczko Brzeg Dolny . . . . . 41Tomasz Jadasch Kęty . . . . . . . . . . . . . . 41Witold Kardyś Warszawa . . . . . . . . . . . 38Tomek Chronowski Mała Wieś . . . . . . 34Paweł Karcz Kraków . . . . . . . . . . . . . . 34Piotr Raczyński Gdynia . . . . . . . . . . . . 29Marcin Kopa Kleosin . . . . . . . . . . . . . . 27Michał Gołaszewski Lubiszewice . . . . . 23Mariusz Jaglarz Chrzanów . . . . . . . . . 23Przemysław Korpas Skierniewice . . . . 23Łukasz Kwiatkowski Kraków . . . . . . . 23Piotr Nowicki Ćmielów . . . . . . . . . . . . 23Paweł Knioła Lubiewo . . . . . . . . . . . . . 21Piotr Tatoń Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Marcin Rekowski Brusy . . . . . . . . . . . . 20Filip Rus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . 20Dominik Ciurej Trzemesna . . . . . . . . . 19Jakub Borzdyński Glinik . . . . . . . . . . . 17Jakub Cieśliński Świętochłowice . . . . 17Adam Kulpiński Sanok . . . . . . . . . . . . 17

Adam Ples Jaworzno . . . . . . . . . . . . . . 17Maciej Grzanka Pogórze . . . . . . . . . . . 16Paweł Świtalski Siedlce . . . . . . . . . . . . 15Tomasz Albrecht Koluszki . . . . . . . . . . 14Ryszard Pichl Gdynia . . . . . . . . . . . . . . 14Marcin Piotrowski Białystok . . . . . . . . 14Szymon Snarski Czeladź . . . . . . . . . . . 14Jakub Zając Suchoraba . . . . . . . . . . . . 13Mateusz Dołgoszej Ełk . . . . . . . . . . . . . 12Przemysław Musz Trzebnica . . . . . . . . 12Tomasz Olszewski Pszczółczyn . . . . . . 12Marek Osiak Starogard Gd. . . . . . . . . . 12Jacek Rączka Połomia . . . . . . . . . . . . . 12Przemysław Szpiler Oleśnica . . . . . . . . 12Marcin Pazdro Borowa . . . . . . . . . . . . 11Bartosz Wesołowski Tarnowałąka . . . . . 11Aleksander Bernaczek Magnuszowice . 10Marta Mrozowicz Ostrowiec Św. . . . . . 10Marcin Dobrogowski Gajowniki . . . . . . 9Jarosław Łangowski Bydgoszcz . . . . . . . 9Marcin Połomski Kraków . . . . . . . . . . . 9Łukasz Radomski Gdańsk . . . . . . . . . . . 9Bartosz Tarnowski Katowice . . . . . . . . . 9Artur Rolewski Gniezno . . . . . . . . . . . . 8

Leszek Szczepaniak Lublin . . . . . . . . . . 8Janusz Telega Gdańsk . . . . . . . . . . . . . . 8Michał Waśkiewicz Białystok . . . . . . . . . 8Radosław Borowicz Poznań . . . . . . . . . . 7Adam Kawa Częstochowa . . . . . . . . . . . 7Rafał Kozik Bielsko-Biała . . . . . . . . . . . 7Rafał Kuchta Skrzyszów . . . . . . . . . . . . 7Wojciech Macek . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Marcin Szatkowski Ciechanów . . . . . . . 7Paweł Konopacki Gliwice . . . . . . . . . . . 6Piotr Kuranty Sól . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Piotr Łaskarzewski Lewin Brzeski . . . . . 6Łukasz Oszmaniec Żory . . . . . . . . . . . . . 6Teodor Woźniak Łódź . . . . . . . . . . . . . . 6Dawid Arendarski Bogunice . . . . . . . . . 5Piotr Cieśliński Kraków . . . . . . . . . . . . . 5Filip Grabarek Opole . . . . . . . . . . . . . . . 5Damian Jasik Kończyce . . . . . . . . . . . . . 5Bartłomiej Ogryczak Kościan . . . . . . . . 5Wojciech Pękul Myszadła . . . . . . . . . . . 5Kacper Rogalski Zielona Góra . . . . . . . . 5Michał Stec Jazowsko . . . . . . . . . . . . . . 5Andrzej Szulda Olsztyn . . . . . . . . . . . . . 5Mateusz Wiśniewski Wisznice . . . . . . . . 5

Punktacja Szkoły Konstruktorów

Fot. 4 Świeczka JakubaBorzdyńskiego

Fot. 5 Model Radosława Krawczyka

35



Zadanie 134Na rysunku A pokazany jest schemat sterow-nika trzykolorowej diody LED RGB, nadesła-ny przez 12-letniego uczestnika jako rozwią-zanie jednego z poprzednich zadań Szkoły.Zadanie tym razem jest bardzo łatwe.

Jak zwykle pytanie brzmi: Co tu nie gra?

Bardzo proszę o możliwie krótkie odpo-wiedzi. Kartki, listy i e-maile oznaczcie dopi-skiem NieGra134 i nadeślijcie w terminie 60dni od ukazania się tego numeru EdW. Auto-

rzy najlepszych odpowiedzi otrzymają upo-minki.

Rozwiązanie zadania 129W EdW 11/2006 pokazany był rysunek B,schemat przełącznika dotykowego, będącegorozwiązaniem jednego z poprzednich zadań.Oto fragmenty opisu: (…) Antena jest tutajźródłem sygnału zmiennego. Powinna to byćnieduża, cienka metalowa blaszka, dobrze wy-czyszczona i gładka. (…) Wzmocnienie tegowzmacniacza jest ustalone przez stosunek

Marta przysłała model Elektronicznegopłomyka, pokazany na fotografii 2. Układ jestbardzo prosty, niemniej kieruję go do spraw-dzenia i publikacji w Forum Czytelników.

Mateusz Ulfik z Przezchlebia napisał: Wi-tam!!! Tym razem prezentuję układ „Mikropro-cesorowego symulatora świeczki”. Początko-wo wykonałem taki układ na zwykłych ukła-dach cyfrowych (4093, 4017), ale nie chciałdziałać. Bardzo szybko doszedłem do tego,czym było to spowodowane, ale postanowiłemnie zawracać sobie głowy tym układem i wyko-nałem całkiem inny układ na mikroprocku. Sy-muluje on idealnie prawdziwą świeczkę, a dotego nie gaśnie i nie kapie z niego wosk .

Model przysłany przez Mateusza pokaza-ny jest na fotografii 3.

Z kolei fotografia 4 pokazuje ŚwieczkęRGB Jakuba Borzdyńskiego z Glinika. Au-tor pisze: Pod tajemniczym tytułem skrywa siędość proste urządzenie imitujące naturalnąświeczkę. „Płomień” tej świeczki może zostać„zapalony” za pomocą zapalniczki i zgaszonypoprzez zdmuchnięcie. Świeczka może emito-wać światło w sześciu różnych kolorach.

Fotografia 5 przedstawia model Radosła-wa Krawczyka z Rudy Śląskiej. Jest to noc-na lampka przypominająca świeczkę. Posiadanastępujące tryby pracy: - lampa (dająca zwyczajne światło) - efekt płomienia (pomarańczowa dioda roz-świetla okresowo matową bańkę żarówki) - niebieska poświata- czerwona poświata- biała poświata- stopniowe przekształcanie barwy niebieskiejw czerwoną, i odwrotnie.

Wszystkie te funkcje są dostępne niezależ-nie od siebie. W celu jak najłatwiejszej obsłu-gi zastosowano w niej odbiornik podczerwie-ni, przez co można nią sterować za pośrednic-twem dowolnego pilota RC5.

Na koniec jeszcze bardziej oryginalny mo-del – fotografia 6 pokazuje Domowe ognisko,

którego wyko-nawcą jest Ar-tur Rolewskiz Gniezna. Ar-tur zrealizowałdwie wersje ste-rownika. Dziękiumieszczeniudiod w głębiogniska, wśródpatyków i tra-wy, uzyskanyefekt jest zadzi-wiająco reali-styczny, zwłasz-cza biorąc poduwagę prostotęukładu elektro-nicznego. Autor zakoń-czył list tak: Na zakończenie ma-ła uwaga z mojej strony. Żaden układ elektro-niczny, nawet najbardziej rozbudowany, niejest w stanie wytworzyć takiej atmosfery, jakądaje prawdziwy płomień. Człowiek może kon-struować mniej lub bardziej udane symulato-ry, jednak nigdy nie dogoni natury. Czasem poprostu nie obejdzie się bez rozpalenia w ko-minku prawdziwego ognia....

Pięciu ostatnich projektów nie omawiamszczegółowo, ponieważ kieruję je do sprawdze-nia i publikacji. Niektóre mają bardzo prostyukład elektroniczny, ale jestem pewien, że zain-teresują wielu młodych Czytelników, a przy oka-zji udowadniają, że końcowy efekt nie zawszeodzwierciedla stopień skomplikowania układu.

PodsumowanieCieszę się, że znów mogę pięć projektówskierować do sprawdzenia i publikacji. Tymrazem nagrody otrzymują: Artur Rolewskii Michał Stec. Natomiast upominki dostają:Jacek Konieczny, Łukasz Mościcki, MartaMrozowicz, Radosław Krawczyk, MateuszUlfik i Jakub Borzdyński. Po publikacji pro-

jektów (o ile zostaną pozytywnie zaopiniowa-ne w Pracowni AVT) honoraria autorskieotrzymają: Marta Mrozowicz, RadosławKrawczyk, Mateusz Ulfik, Jakub Borzdyń-ski i Artur Rolewski.

Na koniec standardowa prośba – przypo-mnienie dla osób przysyłających materiaływ postaci elektronicznej: bardzo proszęo przysyłanie schematów, projektów płyteki innych rysunków w popularnych forma-tach, na przykład PDF, JPG, GIF czy PNG,i to także wtedy, gdy przysyłacie źródłowyplik z danego programu projektowego.

Jak zwykle pozdrawiam serdeczniewszystkich sympatyków Szkoły i zapraszamdo udziału w rozwiązaniu jej zadań.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Fot. 6 Ognisko Artura Rolewskiego

Druga klasa Szkoły Konstruktorów

CCoo ttuu nniiee ggrraa?? - SSzzkkoołłaa KKoonnssttrruukkttoorróóww kkllaassaa IIII

Rys. A

36



rezystancji kolektorowej (R3) do wypadkowejrezystancji emiterowej (R4||R5) i wynosi onaokoło 100. (…) Wzmocniony sygnał następniepoprzez kondensator C2 trafia na bazę kolej-nego tranzystora T2. Tam sygnał zmienny ule-ga obwodowi baza-emiter, który odcina dolneprzebiegi napięcia zmiennego. Następnie sy-gnał trafia na obwód RC (R6, C4), który pro-stuje górne połówki dawnego napięcia zmien-nego.

Teraz napięcie (prawie) stałe jest podanena wejście układu U1 typu 4017, który na codzień jest licznikiem dziesiętnym, ale w tymukładzie jego zakres zliczający został skróco-ny do 2, zwierając wejście RESET (pin 15)wraz z wyjściem Q2 (pin 4). (…) Tak więcodebrane w antenie napięcie zmienne zostajewzmacniane, przefiltrowane w obwodzie RCpilnującym, aby układ U1 nie zareagował kil-kakrotnie na jeden „dotyk”, a następnie dzię-ki temu układ 4017 zmienia stan wyjść, włą-czając lub wyłączając przekaźnik PK1.

Uczestnicy słusznie stwierdzili, że głów-nym błędem jest brak obwodu polaryzacji ba-zy tranzystora T2. Naładowany kondensatorC2 nie będzie się mógł rozładować.

I to jest jedyny oczywisty błąd. Układ licz-nika z kostką 4017 i obwodem wykonawczymjest prawidłowy, warto byłoby jedynie dodaćrezystory ograniczające prąd diod LED. Przynapięciu zasilania 12V prąd ten może byćnadmiernie wielki – wartość zależy od para-metrów egzemplarza układu scalonego. I ta-kim krótkim stwierdzeniem można byłoby za-mknąć analizę tego zadania. Warto jednakprzyjrzeć się układowi nieco bliżej. Dwóchuczestników stwierdziło bowiem, że obwodywejściowe można radykalnie uprościć, dołą-czając czujnik wprost do wejścia CLK liczni-ka U1. I to jest prawda.

Otóż ma to być przełącznik dotykowy.Przełączniki takie realizowane są na dwagłówne sposoby. Jeden to reakcja na przebie-gi zmienne, indukujące się w ciele człowieka.Drugi to wykorzystanie rezystancji skóry pal-ca. W tym drugim sposobie czujnik musi skła-dać się z dwóch elektrod, ponieważ wykorzy-stuje się tu prąd stały, płynący między nimiprzez rezystancję palca. Nieco ryzykowny jestnajprostszy układ z czujnikiem rezystancyj-nym według rysunku C, zaproponowany

przez jednego z Kolegów. Duża wartość rezy-stora R1 może spowodować niepożądane reak-cje na rozmaite zakłócenia. Można zmniejszyćwartość R1. Jednak dopiero dodanie obwodufiltrującego RC według rysunku D lub tylkokondensatora według rysunku E rozwiązujeproblem ewentualnych zakłóceń i ryzyka błęd-nego zliczania dodatkowych impulsów.

To jeszcze niewszystko – wróćmydo sposobu z prze-biegami indukują-cymi się w cieleczłowieka. Są toprzebiegi o najróż-niejszych częstotli-wościach, w tym ra-diowych, wysokiejczęstotliwości, jed-

nak te zazwyczaj mają małą amplitudę. Tegorodzaju dotykowe czujniki reagują głównie naprzydźwięk sieci energetycznej – przebieg

o częstotliwości50Hz indukowanypod wpływem pólmagnetycznego,a zwłaszcza elek-trycznego, wytwa-rzanych przez lo-kalną instalacjęenergetyczną. Dla-tego czujnik doty-kowy tego typuma tylko jednąelektrodę. Zasad-niczo także w tym

przypadku nie powinniśmy używać określe-nia „antena”, ponieważ antena kojarzy sięz sygnałami w.cz., a w tym kontekście okre-ślenie to może rodzić błędne wyobrażenia.

Warto wiedzieć, że energia tak indukowa-nych przebiegów jest znikoma. Okazuje się,że ciało człowieka, będącego w tym wypadku

anteną i źródłemprzydźwięku sieci50Hz, ma bardzodużą oporność wyj-ściową. Nie chodzitu o mierzoną omo-mierzem rezystan-cję ciała, która jestdużo mniejsza, tyl-ko mówiąc niepre-cyzyjnie, o wydaj-ność prądową sy-gnału indukowane-go w ciele człowie-ka. Co bardzo istot-ne, napięcie sygna-łu użytecznegoz czujnika bardzosilnie zależy odoporności obwoduobciążającego tenczujnik. Czym

większa jest ta oporność, tym większy sygnał.W przybliżeniu, bez dużego błędu możemyprzyjąć, że ciało człowieka dotykające do an-tenki czujnika ma charakter źródła prądowegoo bardzo małej wydajności, rzędu nanoampe-rów.

A jeśli tak, to nasuwa się pytanie, czy za-miast wzmacniania sygnału, nie wystarczyło-by zwiększenie rezystancji wejściowej obwo-du czujnika?

Warto zauważyć, że w oryginalnymukładzie dla przebiegów o częstotliwości50Hz oporność obciążająca czujnik to równo-ległe połączenie R2, R1 oraz impedancji tran-zystora, która równa jest mniej więcej iloczy-nowi wzmocnienia prądowego tranzystorai wypadkowej oporności „emiterowej” T1,która wynosi mniej więcej 2kΩ. Zakładającminimalne wzmocnienie prądowe T1 równe200, obliczamy oporność wejściową tranzy-stora około 400kΩ. W połączeniu równole-głym z R1 (3600kΩ) i R2 (300kΩ) daje to mi-nimalną rezystancję wejściową wzmacniaczaokoło 164kΩ.

Można się spodziewać, że zwiększenie re-zystancji wejściowej do 10…22MΩ powinnodać podobny efekt jak stukrotne wzmocnieniew proponowanym układzie. Dlatego napraw-dę warto zastanowić się, czy trzeba wzmac-niać sygnał z czujnika w zaproponowanymdwutranzystorowym układzie, czy też możnaobwody czujnika znacznie uprościć? Przecieżrezystancja wejść układów CMOS jestogromna, rzędu wielu gigaomów. Możnawięc spróbować uprościć obwody wejściowedo postaci pokazanej na rysunku F. DiodaD1 obcina ujemne połówki sygnału, a te do-datnie ładują niewielki kondensator CA przezR2. Stała czasowa ładowania i rozładowywa-nia kondensatora CA powinna być większa o ok. 20ms, czyli od okresu przebiegu 50Hz.Na pierwszy rzut oka wszystko jest w porządku,

Rys. B

Rys. D

Rys. E

Rys. C

Rys. H

Rys. F

Rys. G

37



Rozwiązanie zadania Policz 129W EdW 11/2004 przedstawione było zadaniez serii Policz, które brzmiało: Eksperymentu-jemy z ultradźwiękami. Między innymi chcemypodsłuchiwać nietoperze. (…) Chcemy zbudo-wać wzmacniacz wejściowy według ogólnejidei z rysunku B. Wzmacniacz ma mieć pa-smo 20kHz…100kHz i ma zapewnić wzmoc-nienie 60dB.

Na początek oczywiście trzeba było zdaćsobie sprawę, że wzmocnienie 60dB towzmocnienie tysiąckrotne. Popularny poje-dynczy wzmacniacz operacyjny nie jest w sta-nie wzmocnić tysiąckrotnie sygnałów o czę-

stotliwości 100kHz, co poniekąd sugeruje teżrysunek B, na którym widać dwa wzmacnia-cze operacyjne. Na rysunku C pokazana jestcharakterystyka bardzo popularnego wzmac-niacza operacyjnego LM358. Jest to zależ-ność wzmocnienia od częstotliwości pracyprzy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego. Jak

widać, wzmocnienie samego wzmacniaczasilnie zależy od częstotliwości. Dwie linie po-kazują, że w bardzo prostej kostce LM358wzmocnienie w pewnym stopniu zależy teżod napięcia zasilania – niższe napięcie zasila-nia oznacza nieco mniejsze wzmocnienie (li-nia zielona). Owszem, wzmacniacz zapewniawzmocnienie rzędu 100dB, czyli 100 tysięcyrazy, a nawet większe, ale tylko dla przebie-gów wolnozmiennych i sygnałów stałych. Jakwidać z rysunku C, tylko przy częstotliwo-ściach poniżej 1kHz wzmocnienie kostkiLM358 jest wyższe niż 1000. Dla częstotli-wości 100kHz wzmocnienie z otwartą pętląsprzężenia zwrotnego wynosi około 10x, czy-li 20dB. Tak więc dla uzyskania wzmocnienia1000x potrzebne byłyby co najmniej trzy ta-kie wzmacniacze…

Dodanie pętli ujemnego sprzężenia zwrot-nego w postaci dwóch rezystorów powoduje,że wzmocnienie dla prądu stałego i małychczęstotliwości jest określone przez stosunek

Przeprowadzamy eksperymenty związane zezdalnym sterowaniem za pomocą podczer-wieni. Wykorzystujemy typowe scalone ukła-dy odbiorników podczerwieni. Mamy w zapa-sach układy TFMS5360, a także mające takiesame parametry SFH506-36kHz, które reagu-ją na przebiegi o częstotliwości nośnej 36kHz.Chcemy zbudować nadajnik, wytwarzającykrótkie paczki impulsów sterujących. W na-dajniku będzie pracować dioda nadawczapodczerwieni (IRED), sterowana dwoma

układami CMOS 4047 według idei z rysunkuA. Wysyłane co sekundę paczki impulsów po-winny być możliwie krótkie, jednak nie zakrótkie, żeby odbiornik niezawodnie na niereagował.

W ramach zadania należy obliczyć warto-ści elementów RA, CA ustalających długośćpaczek impulsów (liczbę impulsów w paczce)oraz RB, CB wyznaczających częstotliwośćnośną, która ma wynosić 36kHz.

Dodatkowo można przeanalizować wpływrozrzutu elementów RC oraz wahań napięciazasilającego.

W żadnym wypadku nie chodzi o ekspery-mentalne dobranie elementów ukła-du ani o odszukanie w literaturzepodobnego rozwiązania, tylko o sa-modzielne obliczenie wartości ele-mentów. Dlatego w rozwiązaniu na-leży podać: 1. schemat układu2. wartości elementów RA, CA, RB, CB,

ale dobrze byłoby także: 3. zwięźle wyjaśnić, dlaczego war-tości elementów są takie, a nie inne.

Potrzebne karty katalogowe układówTFMS5360 oraz CMOS4047 można znaleźćpod adresem: www.datasheetcatalog.com

Rozwiązania powinny być możliwie krót-kie, ale ważne jest, by podać wyjaśnienie, dotyczące przyjętych wartości elementów.Najlepiej, gdyby praca zawierała zwięzły opisprzebiegu obliczeń.

Nagrodami będą kity AVT lub książki. Je-stem przekonany, że potraktujecie tę trzeciąklasę nie tyle jako okazję do zdobycia upo-minków, ale przede wszystkim sposobność donauki i pogłębiania wiedzy. Wszystkie roz-wiązania nadsyłane w terminie 60 dni od uka-zania się tego numeru EdW powinny mieć do-pisek Policz134 (na kopercie, a w tytule mailadodatkowo nazwisko, np.: Policz134Jankow-ski). Z uwagi na specyfikę zadania, bardzoproszę o podawanie swojego wieku oraz miej-sca nauki czy pracy.

Zapraszam do rozwiązania tego zadaniazarówno początkujących, jak i doświadczo-nych elektroników! Można też jeszcze nadsy-łać rozwiązania zadania Policz133 z poprzed-niego miesiąca.

A

B

C

Policz 134

jednak w tym przypadku kwestia jest znikomawydajność prądowa źródła sygnału, a tym sa-mym pojawia się problem czasu ładowaniakondensatora CA oraz sensownych wartości re-zystorów R1 i RA. Niewiele pomoże modyfika-cja według rysunku G. Problem rozwiązuje za-stosowanie tranzystora polowego, choćbyBS170, według uproszczonej idei z rysunku

H. Z uwagi na dużą podatność na uszkodzeniemałych MOSFET-ów, zwłaszcza bez żadnychelementów zabezpieczających obwód bramki,warto też wypróbować prostszą wersję, naprzykład według rysunku J.

Tym razem upominki otrzymują: Seba-stian Powroźnik – Kolno, Tomasz Nowak –Wołomin, Michał Olejniczak – Łódź.

W ramach trzeciej klasy Szkoły Konstrukto-rów zajmujemy się przykładami praktycznych

obliczeń. Są to zazwyczaj nieskomplikowaneobliczenia, z jakimi mamy do czynienia na co

dzień. Przy okazji jest to też praktyczna naukakorzystania z kart katalogowych.

Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów

Rys. J

rezystorów pętli sprzęże-nia zwrotnego. Jeśli jed-nak spróbowalibyśmyzbudować wzmacniaczo nominalnym wzmocnie-niu równym 10x, na przy-kład według rysunku D,to przy częstotliwości100kHz wzmocnieniez kilku powodów będziemniejsze od 10 i to nawetprzy napięciu zasilania26…30V. Do uzyskaniaw całym paśmie określonego wzmocnienia,potrzebna jest pewna „nadwyżka” wzmocnie-nia. Aby w realnym układzie uzyskać przyczęstotliwości 100kHz wypadkowe wzmoc-nienie równe 60dB (1000x), potrzebne byłybyco najmniej cztery takie wzmacniacze, każdyo wzmocnieniu 15dB (5,62x), albo lepiej pięćwzmacniaczy o wzmocnieniu 12dB (3,98x).Taki kilkustopniowy wzmacniacz z LM358albo LM324 miałby szansę zrealizować po-stawione zadanie, ale tylko wtedy, gdy sygna-ły na wyjściu wzmacniacza nie byłyby duże.Wskazuje na to rysunek E, pokazujący mak-symalną międzyszczytową wartość sygnałuwyjściowego w funkcji częstotliwości. Przyczęstotliwości 100kHz maksymalna amplitu-da na wyjściu nie przekroczy 1,5Vpp, a toz uwagi na małą szybkość stopnia wyjściowe-go. Choćby tylko z tego względu warto prze-analizować możliwość wykorzystania kosteko lepszych parametrach.

Dla uzyskania wymaganych właściwościmożna byłoby wykorzystać nowoczesnywzmacniacz operacyjny wysokiej jakości.Szczerze mówiąc, tylko bardzo nieliczne po-jedyncze wzmacniacze operacyjne poradziły-by sobie z takim zadaniem. Na rysunku F po-kazana jest charakterystyka wzmacniaczaoperacyjnego z wejściami FET i napięcio-

wym sprzężeniem zwrotnym Analog DevicesAD8067. Przy częstotliwości 100kHz ma onwzmocnienie prawie 70dB (2000…3000x).Najprawdopodobniej jeden taki wzmacniaczmógłby wystarczyć do wzmocnienia sygna-łów z pasma 20kHz…100kHz o 60dB.

Dla takiego wzmacniacza iloczyn wzmoc-nienia (G – Gain) i szerokości pasma (B lubBW – Bandwidth), oznaczany GBW lub GBP,sięga 200MHz. Natomiast dla poczciwegoLM358 GBW wynosi tylko około 1MHz.

Ceny takich nowoczesnych, szybkichwzmacniaczy nie są porażające. Wydatek na-wet kilkudziesięciu złotych nie stanowiłbywiększego problemu, niemniej po uwzględ-nieniu kosztów wysyłki i czasu realizacji war-to zastanowić się nad możliwości wykorzy-stania wzmacniaczy powszechnie dostępnychi radykalnie tańszych, takich dosłownie zazłotówkę. Oczywiście „podejrzenie” pada nakostki NE5532, LM833 oraz na rodzinęTL08x i TL07x.

Tu od razu warto zwrócić uwagę na kwe-stię oporności wejściowej. Otóż często odbior-

cze przetworniki ultradźwiękowe budowanesą z materiałów piezoelektrycznych – wtedyich oporność wewnętrzna jest duża. Pożądanebyłoby, a na pewno nie będzie przeszkadzać,jeśli oporność wejściowa wzmacniacza bę-dzie duża. A to sugeruje użycie kostek z tran-zystorami polowymi na wejściach. W takimrazie na warsztat trzeba wziąć kostki z rodzinTL08x i TL07x.

Nie ulega wątpliwości, że lepsze byłybykostki mniej szumiące, czyli TL07x. Ich cha-rakterystyka wzmocnienia z otwartą pętlą po-kazana jest na rysunku G. Jak widać, przyczęstotliwości 100kHz mają one wzmocnie-nie około 30, czyli mniej więcej 30x. Dodaniepętli sprzężenia zwrotnego ustalającegowzmocnienie równe 10 nie zapewni przy czę-stotliwości 100kHz wzmocnienia dokładnierównego 10x. Wzmocnienie będzie troszkęmniejsze niż 10, niemniej można spróbowaćzrealizować wzmacniacz złożony z trzech ta-kich stopni. Bezpieczniej byłoby wykorzystaćkostkę TL074 i zrealizować na niej wzmac-niacz czterostopniowy, gdzie każdy stopieńbędzie miał wzmocnienie 15dB, czyli 5,62x.

Kostki TL07x (i TL08x) mają dość szybkistopień wyjściowy — szybkość zmian napię-cia wyjściowego typowo wynosi 13V/us,więc nie będzie kłopotu także z uzyskaniemna wyjściu przebiegu o wartości międzysz-czytowej zbliżonej do napięcia zasilania. Poświadcza to rysunek H.

Jeśli projektowany wzmacniacz ma miećdużą oporność wejściową, to jego pierwszystopień powinien być zrealizowany w konfi-guracji nieodwracającej. Dla uproszczenia po-zostałe trzy stopnie mogą być w konfiguracjiodwracającej. Układ zasilany pojedynczymnapięciem mógłby więc wyglądać jak na rysunku J. Projektując płytkę drukowaną,

38



F

H

J

D

E

G

39



należałoby zwrócić uwagę na minimalizacjęrozmaitych pasożytniczych sprzężeń (sposóbprowadzenia masy, obwodów zasilania orazpojemności między poszczególnymi obwoda-mi), które w skrajnym przypadku mogłybyspowodować samowzbudzenie takiegowzmacniacza. Z uwagi na pasożytnicze po-jemności montażowe, wartości rezystorów RB

i RD nie powinny być wyższe niż 100kΩ, le-piej 5…20kΩ. Dla uzyskania wzmocnienia

5,62x w pierwszym stopniu, stosunek RB/RA

powinien wynosić około 4,62x. Natomiast wewzmacniaczach odwracających stosunekRD/RC powinien wynosić 5,62. Nie jest to jed-nak wzmacniacz pomiarowy, więc nie trzebastosować precyzyjnych rezystorów 1-procent-owych. Nie ma sensu dodawanie kondensato-rów ograniczających pasmo od góry, co pro-ponowało kilku uczestników. Pasmo zostanieograniczone przez wzmacniacze operacyjne.

Kondensatory CF ograniczą pasmo od dołu.Nie zaszkodzi, jeśli dolna granica pasma prze-noszenia będzie mniejsza niż podane w zada-niu 20kHz, stąd proponowane wartości CF to10nF albo nawet 22nF, a nie 4,7nF.

Upominki za rozwiązanie zadania Poli-cz129 otrzymują: Paweł Fecko – Nowy Sącz, Michał Wcisło – Zajazd, Leszek Piotrowski– Wrocław.

Piort Grecki

documentrr

Documents