Strona 1 Na warsztacie PRAKTYCZNY SZKOŁA KURS cz. 3 ELEKTRONIKI Poziom tekstu: średnio trudny Oto trzecia część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zaingurowaliśmy śmy w w numerze numerze llutowym MT i będziemy kontynuować przez kilkanaście miesięcy. Zainteresowanie tym kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydo- waliśmy się umożliwić czytelnikom dołączenie do kursu w dowolnym momencie. Po prostu, wszystkie poprzednie części są dla wszystkich dostępne w formacie PDF na stronie www.mt.com.pl. Można z nich korzystać w komputerze lub wydrukować sobie. Publikacja każdej kolejnej części jest zawsze poprzedzona jedną stroną wstępnych informacji (jest to właśnie ta strona), żeby nowi czytelnicy mogli zapoznać się z zasadami KURSU i dołączyć do kursantów. ZAPRASZAMY! Jeśli nie masz bladego pojęcia o elektronice, ale chętnie byś poznał jej podstawy, to nadarza Ci się jedyna, niepowta- Zestaw EdW09 zawiera następujące rzalna okazja. We współpracy z bratnią redakcją miesięcz- elementy (specyfikacja rodzajowa): nika Elektronika dla Wszystkich rozpoczęliśmy w Młodym Techniku cykl kilkunastu fascynujących lekcji dla zupełnie 1. Diody prostownicze 4 szt. początkujących. Jest to Praktyczny Kurs Elektroniki (PKE) 2. Układy scalone 4 szt. z akcentem na Praktyczny, gdyż każda Lekcja składa się 3. Tranzystory 8 szt. z projektu i wykładu z ćwiczeniami, przy czym projekt to konkretny układ elektroniczny samodzielnie monto- 4. Fotorezystor 1 szt. wany i uruchamiany przez „kursanta”. Pewnie myślisz 5. Przekaźnik 1 szt. sobie – pięknie, ale jak ja mam montować układy nie mając 6. Kondensatory 22 szt. lutownicy ani żadnych części elektronicznych. Otóż jest rozwiązanie. Lutownicy nie będziesz w ogóle używać, gdyż 7. Mikrofon 1 szt. wszystkie układy będą montowane na płytce stykowej, do 8. Diody LED 11 szt. której wkłada się „nóżki” elementów na wcisk. 9. Przewód 1m I rzecz najważniejsza! Wydawnictwo AVT przygo- 10. Mikroswitch 2 szt. towało zestaw EdW 09, zawierający płytkę stykową i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania 11. Piezo z generatorem 1 szt. kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw 12. Rezystory 64 szt. EdW 09 będzie można kupić w sklepie internetowym 13. Srebrzanka 1 odcinek www.sklep.avt.pl lub w sklepie firmowym AVT (Warszawa, ul. Leszczynowa 11) – cena brutto 47 zł. 14. Zatrzask do baterii 9V 1 szt. Ale Ty nie musisz kupować! Dostaniesz ten zastaw 15. Płytka stykowa prototypowa za darmo, jeśli jesteś prenumeratorem MT lub wykupisz 840 pól stykowych 1 szt. wkrótce prenumeratę. Wystarczy wysłać na adres prenu- [email protected] dwa zdania: Jest to specyfikacja ostateczna, nieznacznie „Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny skorygowana w stosunku do wydania zestaw EdW09. Mój numer prenumeraty: ......................” opublikowanego przed miesiącem. Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 28. lutego 2013 r., to zestaw EdW09 wyślemy Ci w pierwszej deka- Cena zestawu EdW09 – 47 zł brutto dzie marca wraz z kwietniowym numerem MT. (www.sklep.avt.pl) Uwaga uczniowie! Szkoły prenumerujące MT otrzymają Pakiety Szkolne Uwaga Szkoły PS EdW09, zawierające po 10 zestawów EdW09 (każdy Tylko dla szkół prenumerujących Młodego zestaw EdW09 zawiera komplet elementów z płytką sty- Technika przygotowano Pakiety Szkolne kową) skalkulowane na zasadach non profit w promocyj- nej cenie 280 zł brutto za jeden pakiet PS EdW09 (tj. z ra- zawierające 10 zestawów EdW09 (PSE EdW09) batem 40% – 28 zł brutto za pojedynczy zestaw EdW09, w promocyjnej cenie 280 zł brutto, którego cena handlowa wynosi 47 zł). Upewnij się, czy t.j. z rabatem 40%. Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszystkie szkoły ponadpodstawowe i wiele podstawowych otrzymują MT w prenumeracie sponsorowanej przez Ministerstwo Autorem zaplanowanego na ponad rok Praktycznego Nauki i Szkolnictwa Wyższego) i przekaż nauczycielom Kursu Elektroniki jest Piotr Górecki, redaktor naczelny informację o Praktycznym Kursie Elektroniki z promo- kultowego w świecie hobbystów elektroników miesięcz- cyjnymi dostawami Pakietów Szkolnych PS EdW09 do nika Elektronika dla Wszystkich i autor legendarnych cy- ćwiczeń praktycznych. kli artykułów i książek uczących elektroniki od podstaw. 82 m.technik - www.mt.com.pl 082-090_elektronika.indd 82 2013-02-27 15:42:47 Strona 2 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI LED4 LED1 LED2 trójkolorowa LED5 LED6 ELDáD niebieska czerwona ĪyáWD LED3 zielona R18 100k R13 100k R12 100k R17 220k R15 1k R16 1k R14 2,2k R19 1k R20 1k R11 2,2k C9 2xBC558 2xBC558 + C1 C2 C3 C4 10nF 10nF 100nF 100nF B 1000uF T1 T2 T3 T4 + C5 C6 100nF 100nF 9V 470k 220k 100k 220k 2,2k 4,7k 4,7k 2,2k 4,7k T7 T8 T5 T6 C7 C8 4,7k 2xBC548 100nF 100nF A R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 2 x BC548 83 Bez nazwy-1 83 2013-02-27 15:44:13 Strona 3 Na warsztacie Opis układu dla „zaawansowanych” SZKOŁA Schemat ideowy układu pokazany jest na rysunku A. Jak widać, jest to zestaw czterech podobnych bloków, zrealizowanych na tranzystorach npn oraz pnp. Są to cztery niezależne generatory – klasyczne multiwibratory, zwane też przerzutnikami astabilnymi. Dwa tranzystory każdego generatora otwierają się i zamykają na przemian, a to powoduje migotanie diod, włączonych w ich kolektorach. Czasy włączenia i wyłączenia każdego z tranzystorów są wyznaczone przez stałe czasowe RC elementów, dołączonych do ich baz. Warto zwrócić uwagę, że w niektórych generatorach wartości elementów RC, wyznaczające czasy trwania obu stanów, celowo nie są jednakowe. Dzięki temu można uzyskać przebiegi o współczynniku wypełnienia różnym od 50%, czyli zróżnicować czas zaświecania i wygaszania poszczególnych diod LED. Ściślej biorąc, stała czasowa obwodu RC, dołączonego do bazy danego tranzystora, wyznacza czas wyłą- czenia danego tranzystora i wygaszenia danej diody, natomiast o czasie jego włączenia decyduje stała cza- Poziom tekstu: średnio trudny sowa obwodu RC, dołączonego do drugiego, współpracującego tranzystora. Czas wyłączenia danej diody można zmieniać, modyfikując wartość rezystora i kondensatora, dołączonego do bazy sterującego ją tran- zystora. Rezystory i kondensatory można łączyć szeregowo i równolegle, by uzyskać pośrednie wartości. W modelu diody LED nieprzypadkowo ustawiono w rzędzie, a anody wszystkich są dołączone do plusa zasilania. Aby to uzyskać, nietypowo włączono diody LED w emiterach tranzystorów pnp T1 – T4. Dzięki temu diody o poszczególnych kolorach można dołączać do generatorów dowolnie. W modelu zastosowa- no też trójkolorową diodę LED. Zamiast niej można oczywiście włączyć dowolne trzy pojedyncze diody. Każdy Czytelnik może inaczej rozmieścić i dołączyć diody o dowolnych kolorach, by uzyskać odmienny, niepowtarzalny efekt. Warto wypróbować działanie urządzenia z kondensatorem C9 o dużej pojemności 1000 uF, jak i bez niego. Z kondensatorem generatory będą mieć mniejszą skłonność do wzajemnej synchronizacji, a bez tego kondensatora (zależnie od tolerancji użytych elementów) może wystąpić synchronizacja generatorów, która zresztą może być potraktowana albo jako zaleta, albo jako wada. Podane dalej wiadomości pozwolą zmodyfikować lub zupełnie inaczej zrealizować tęczową wstęgę. Możliwości są wręcz nieskończone i każdy może stworzyć niepowtarzalny wzór świetlny. Można też dobrać jasność świecenia poszczególnych diod LED i związany z tym pobór prądu, zmieniając wartości rezystorów w kolektorach wszystkich tranzystorów. W modelu prądy diod są zbliżone, ponieważ równole- gle połączono po dwa rezystory 4,7 kV, uzyskując 2,35 kV, oraz łącząc w szereg 2×1 kV, by uzyskać 2 kV. Kto chce, może zmieniać wartość tych rezystorów kolektorowych w zakresie 1 kV...10 kV, np. by wyrów- nać jasność świecenia diod o różnych kolorach. Model może być zasilany z baterii 9V. Choćby tylko ze względów ekonomicznych warto byłoby jednak do zasilania wykorzystać 6 (4...8) jednorazowych ogniw lub akumulatorków wielkości R6 (AA), które mają zdecydowanie większą pojemność. Pozwoli to na pracę przy większych prądach diod LED, przez co efekt będzie widoczny z daleka. Wykład z ćwiczeniami 3 Poznajemy elementy i układy elektroniczne W tym wykładzie poznamy kilka bardzo ważnych, popularnych, często wykorzystywanych obwodów i układów. Zapoznaj się z nimi, starannie wykonując wszystkie zaproponowane ćwiczenia! Tranzystor jako przełącznik. W poprzednim wykładzie zapoznaliśmy się z tranzystorami bipolarnymi. Przekonaliśmy się, że tranzystor jest wzmacniaczem. W wielu zastosowaniach tranzystory pracują w za- kresie liniowym, czyli wzmacniają napięcia i prądy. Częściej jednak tranzystor pracuje w tak zwanych układach logicznych, gdzie pełni rolę przełącznika (klucza). Wtedy wykorzystujemy tylko stan zatkania i nasycenia, a zakres liniowy nas praktycznie nie interesuje. Na rysunku 1a pokazany jest tak pracujący tranzystor. Gdy przełącznik S1 ustawimy w położeniu H, czyli podamy na punkt X tak zwany stan wy- soki (napięcie zasilania), wtedy przez R1 popłynie prąd i tranzystor zostanie nasycony, a w punkcie Y napięcie będzie równe zeru (potencjałowi masy), co nazywany stanem niskim. I odwrotnie: podanie na wejście stanu niskiego L (potencjał masy) zatka tranzystor, spadek napięcia na rezystorze R2 będzie rów- ny zeru, więc w punkcie Y napięcie będzie równe napięciu zasilania, czyli będzie to stan wysoki – H. Tak pracujący tranzystor okazuje się przełącznikiem odwracającym – inwerterem, co w uproszczeniu może- my przedstawić na rysunku 1b. W praktyce inwertery realizuje się inaczej, uzyskując lepsze parametry, niemniej także układ z rysunku 1a jest użyteczny. Taką ideę wykorzystaliśmy też w poprzednim odcinku, w tytułowym układzie alarmowym – tam tranzystor T1 pracował jako tego rodzaju przełącznik „odwra- cający”. Teraz zbadajmy kilkustopniowy układ, pokazany na ilustracji 2, ale na razie bez kondensatorów 84 m.technik - www.mt.com.pl 082-090_elektronika.indd 84 2013-02-27 15:42:58 Strona 4 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI a) +UZAS b) C1, C2, C3. W spoczynku jasno świeci dioda LED2, ponieważ R2 stan 1k T1 jest nasycony, a napięcie wysoki + w punkcie C jest bliskie zeru. H R1 Y Y X X Dlatego T2 jest zablokowany B (stan odcięcia) i prąd przezeń L 10k T1 stan npn nie płynie. Niewielki prąd niski płynie przez R3, R7 do bazy T3 1 LED1 LED2 LED3 LED4 R8 10k R9 10k R10 10k R11 R1 R2 R3 R4 10k 2,2k 2,2k 2,2k 2,2k B R5 R6 R7 + A B C D E F G 100k 100k T2 100k T3 9V T1 BC548 BC548 BC548 2 C1 100PF C2 100PF C3 100PF +UZAS i T3 jest otwarty (nasycony) – świeci LED4. Gdy naciśniesz S1, napięcie w punkcie A stanie się równe zeru, co zatka T1. Prąd kolektora T1 przestaje + płynąć, zgaśnie LED2, a napięcie na kolektorze T1 Y Z X (punkt C) wzrośnie, co powoduje włączenie i nasy- B cenie T2 i zaświecenie LED3. Otwarty (nasycony) T2 spowoduje zatkanie T3 i zgaśnięcie LED4. Prądy baz, płynące przez R1, R2, R3 powodowałyby niewielkie świecenie LED1, LED2, LED3. Aby diody te nie świeciły, równolegle z nimi włączyliśmy rezystory 3 GRGDWQLHVSU]ĊĪHQLH]ZURWQH R8, R9, R10, R11 o takiej wartości, żeby prądy baz wywoływały na nich spadek napięcia +UZAS +UZAS a) mniejszy, niż napięcie przewodzenia diod LED (poniżej 1,5 V). Mogą to być rezystory = R2 R2 22 kV lub 10k V. Wtedy stan diod LED poka- R1 A B A B zuje, jaki jest prąd kolektora danego tranzysto- ra. Proponuję, żebyś sprawdził też działanie R1 T1 T1 bez rezystorów R8-R11. W każdym razie potwierdziliśmy, że układ z rysunku 1a istotnie jest przełącznikiem od- XMHPQHVSU]ĊĪHQLH]ZURWQH wracającym, inwerterem, inaczej negatorem: Gdy napięcie w punkcie A rośnie, to tak samo +UZAS rośnie też napięcie w punkcie E. Tak samo, b) gdy rośnie napięcie w punkcie C, rośnie też w punkcie G. Możemy powiedzieć, że kierun- A B C D ki zmian napięcia w punktach A i E oraz C i G są zgodne. Natomiast kierunki zmian napięcia w punktach A, C oraz E, G są przeciwne, odwrotne. A teraz spowolnijmy działanie każdego 4 XMHPQHVSU]ĊĪHQLH]ZURWQH stopnia, dołączając kondensatory C1, C2, C3. Przy każdej zmianie stanu, kondensatory będą się ładować lub rozładowywać (według zielonej krzywej z rysunku 22 z pierwszego wykładu), co powo- duje opóźnione zmiany napięcia na bazie tranzystora. W układzie bez kondensatorów też występują takie opóźnienia, ale zwykle są one mniejsze niż 1 milionowa sekundy i zwykle możemy je zaniedbać. Weźmy teraz dwa inwertery według rysunku 3. Łącząc wejście pierwszego z wyjściem drugiego, jak 85 082-090_elektronika.indd 85 2013-02-27 15:42:59 Strona 5 Na warsztacie pokazuje zielono wyróżniona linia, wprowadzamy SZKOŁA w układzie bardzo silne dodatnie sprzężenie zwrotne. Mamy sprzężenie zwrotne, bowiem zwracamy sygnał LED1 LED2 z wyjścia na wejście, a dodatnie jest ono dlatego, że R5 10k R6 10k zmiany napięć w punktach X, Z są zgodne. Gdybyśmy R2 R1 podobne połączenie wykonali w układzie z rysunku 4a 2,2k B 2,2k lub 4b, byłoby to silne ujemne sprzężenie zwrotne, + ponieważ kierunki zmian napięć w punktach A, B oraz A C E D w punktach A, D są odwrotne, przeciwne. Do ujemne- B T2 9V go sprzężenia zwrotnego jeszcze wrócimy. R4 BC548 R3 100k 100k Na razie praktycznie zbadajmy układ według ilustra- T1 S2 cji 5. Mamy tu dwa stopnie (dwa inwertery), dodaliśmy Poziom tekstu: średnio trudny BC548 dwa przyciski, a łącząc R1 z kolektorem T2 wprowa- S1 5 dziliśmy bardzo silne dodatnie sprzężenie zwrotne. Na przemian naciskaj S1 i S2 – przekonaj się, że zbudowałeś R5 R6 właśnie elementarną komórkę pamięci, układ o dwóch 10k 10k stanach stabilnych. Zazwyczaj taki układ ma schemat na- LED1 LED2 rysowany inaczej – w podręcznikach przedstawiany jest jak na rysunku 6 i jest powszechnie znany jako przerzutnik R1 R2 2,2k 2,2k bistabilny, lub przerzutnik RS, (RS – Reset - wyzeruj, Set B R4 R3 – ustaw). + Analogicznie dwa stany stabilne ma połączenie dwóch 100k 100k tranzystorów komplementarnych (dopełniających), czy- T1 T2 li npn i pnp. Tranzystor pnp też możemy traktować jak przełącznik z rysunku 1, co pokazuje rysunek 7a. Możemy S1 S2 wykorzystać komplementarne przełączniki - inwertery, na przykład według rysunku 7b - porów- 6 naj rysunki 3, 5, 6. Podobieństwo jest bardzo duże, zmiany napięć i prądów a) b) +UZAS T2 są zgodne, czyli też występuje bardzo R2 silne dodatnie sprzężenie zwrotne. pnp Z T1 Y R3 Schemat można narysować inaczej – jak X na rysunku 7c. Możemy także uprościć R1 R1 R4 układ do postaci z rysunku 7d - tutaj 10k R2 T1 prąd kolektora jednego tranzystora staje 1k się prądem bazy drugiego. Taki układ też ma dwa stany stabilne, występuje jednak istotna różnica w działaniu – to +UZAS +UZAS c) d) nie jest przerzutnik bistabilny o dwóch równorzędnych stanach. Tu w jednym R2 T2 ze stanów stabilnych oba tranzystory są R3 zablokowane, nie przewodzą. Gdy choć T2 R2 na chwilę otworzymy jeden z tranzysto- T1 rów, oba zaczną przewodzić – zostaną R1 R1 nasycone i pozostaną w takim stanie, T1 dopóki będzie płynął prąd. R4 Taki układ można jeszcze bardziej uprościć, do postaci z rysunku 8a. I taką 7 właśnie strukturę zastępczą ma element +UZAS +UZAS elektroniczny, znany jako tyrystor – jego symbol graficzny a) b) jest pokazany na rysunku 8b. Tyrystor bywał nazywany R1 R1 sterowaną diodą, dlatego elektrody nazywają się anoda A, katoda K oraz bramka G (gate). Tyrystory są produkowane A tyrystor jako pojedyncze elementy – fotografia 9 pokazuje przykłady R3 tyrystorów i triaków (triaki to tak zwane „tyrystory dwukie- A RG runkowe”). Tyrystorami i triakami nie będziemy się zajmo- G G wać w ramach PKE. Zapamiętaj tylko, że tyrystor jest trochę K podobny do tranzystora npn, bo do włączenia potrzebny jest K prąd elektrody sterującej (bramki - G) i napięcie na bramce 8 86 m.technik - www.mt.com.pl 082-090_elektronika.indd 86 2013-02-27 15:42:59 Strona 6 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI około 0,7 V. Jednak w prze- ciwieństwie do tranzystora, nawet bardzo krótki impuls prądu bramki włącza tyrystor na trwałe. W przeciwieństwie do tranzystora, klasycznego tyrystora nie można wyłączyć, zwierając bramkę do katody (na co wskazuje obecność rezystora RG na rysunku 8a). Tyrystor można wyłączyć tylko przery- 9 wając przepływ prądu obcią- żenia. Czy zauważyłeś, że taką A strukturę tyrystorową zastoso- waliśmy jako pamięć alarmu w projekcie wstępnym wykładu 2? Aby układ był mniej czuły na szkodliwe wpływy i zakłócenia, dodaliśmy tam rezystory i kondensatory według rysunku 10. A teraz dokładnie zbadajmy pewne ważne zagadnienie, sprawiające kłopot wielu G początkującym. Nie zlekceważ tego ważnego ćwiczenia! Zbuduj układ według ilustracji 11. W spoczynku T1 nie przewodzi, LED1 jest wygaszona, napięcie na ko- lektorze T1 jest wysokie. Prąd płynie przez R4 do bazy T2, który jest otwarty, dlatego świeci LED2. Gdy naciśniesz i przytrzymasz przycisk S1, włączysz T1 i zaświeci LED1, przez - K chwilkę zaświeci też włączona „odwrotnie” dioda LED3 i na pewien czas zgaśnie LED2. Wymień kondensator +UZAS 9V C1 z 10 uF na 100 uF - czas gaśnięcia LED2 zdecydowanie R5 się wydłuży. Czy potrafisz wy- 10k LED1 LED2 jaśnić zachowanie diod LED2 i LED3? S1 R4 R6 R1 10k 9V Otóż w spoczynku, w sta- 100k R2 2,2k B nie ustalonym, prąd płynie R3 C1 2,2k 100k + + przez R4 i napięcie na bazie A B C D E nasyconego tranzystora T2 10uF, wynosi około 0,6 V. Takie też R7 potem 100uF T2 napięcie występuje na ujemnej 4,7... T1 BC548 końcówce kondensatora C1. BC548 ! ...22k LED3 Tranzystor T1 jest zatkany, jakby go nie było, więc przez R1 i R5 prąd nie płynie, nie występuje na nich spadek napięcia (U=I*R), więc napięcie w  punkcie C jest równe napięcia zasilania (UZAS=9 V). Zgodnie z rysunkiem 12a, w spoczynku kondensator C1 jest naładowany i występuje na nim napięcie (8,4 V=9 V–0,6 V), czyli bliskie pełnemu napięciu zasilania. Gdy naciśniemy S1, otworzymy i nasycimy tranzystor T1. Choć nie jest to do końca prawdą, można śmiało przyjąć, że między kolektorem i emiterem powstanie wtedy zwarcie – punkt C zostanie zwarty do masy. A to oznacza, że dodatnia końcówka kondensatora C1 zostanie zwarta (ściągnięta) do masy. A końcówka ujemna? a) +UZAS 9V b) c) +UZAS 9V d) e) +UZAS 9V +UZAS 9V R5 R4 + 0V 9V R4 9V + R5 D T2 D T2 R4 R4 R1 R4 + I4 C PDVD 0V C PDVD B 0V I4 LED1 I4 C +9V + V + B +0,6V D + + ! 0,6 T2 R1 + & E I4 T2 + _ D + I1 + 8, + 4V D & C & 0V & LED3 _ C I1 _ T2 _ _ D + QD&PDáH 0,6V 0V D PDVD 0V PDVD QDSLĊFLHXMHPQH QDSLĊFLHÄRGZURWQH´ @ Z]JOĊGHPPDV\ 87 082-090_elektronika.indd 87 2013-02-27 15:43:00 Strona 7 Na warsztacie +UZAS I właśnie tu początkujący mają duże problemy, SZKOŁA a tymczasem sprawa jest prosta: przekonaliśmy się R5 wcześniej, że naładowany kondensator zachowuje 10k LED1 LED2 się jak mała bateryjka. I właśnie dołączenie dodat- niego bieguna tej bateryjki do masy spowoduje, że na S1 R6 drugiej końcówce napięcie będzie ujemne względem R1 R2 10k masy. Ilustruje to w uproszczeniu rysunek 12b. Po R3 2,2k C1 B 2,2k 100k + D + pierwsze, jak wskazują czerwone strzałki, spowo- A B C E duje to chwilowy przepływ prądu przez włączoną 100PF 9V „odwrotnie” diodę LED3 - chwilowy, bo pojemność R7 R4 T2 C1 jest niewielka. Po drugie, na bazę tranzystora 4,7... T1 BC548 100k BC548 T2 zostanie wtedy podane napięcie ujemne wzglę- Poziom tekstu: średnio trudny dem masy. ...22k LED3 # +UZAS +UZAS Dotychczas a) b) nie rozważa- liśmy takiej BC558 BC558 S1 T1 T1 możliwości – LED2 LED2 C1 C1 otóż w takich R3 + + 100k C R6 C nietypowych A 10k B D R2 R2 warunkach 100PF B 100PF 2,2k 2,2k tranzystor R1 + R1 2,2k E 2,2k D E też będzie R5 T2 zatkany (od- LED1 9V LED1 R7 10k R8 cięty). Gdyby R4 T2 100k R4 4,7k... R5 nie było 100k BC548 100k ...22k 10k diody LED3, LED3 LED3 $ to ujemne napięcie w pierwszej chwili wynosiłoby –8,4 V. LED1 R2 LED2 S1 czerwona Obecność diody LED powoduje ograniczenie * czerwona tego napięcia poniżej 4 V (napięcie przewodze- + + nia diody LED, stąd zresztą silny, krótki błysk tej R7 R8 diody. C2 2,2k C2 2,2k B 100uF 100PF + W każdym razie prąd bazy T2 nie będzie R3 R5 płynął, natomiast cały czas będzie płynął prąd T1 T2 9V przez rezystor R4, czego nie zaznaczyliśmy na LED4 rysunku 12b. Bateria zasilająca B zostaje szere- R1 LED3 R4 S2 ELDáD R6 gowo połączona z naładowanym kondensato- * ELDáD rem C1 (dodatkową bateryjką), ich napięcia się dodają, i prąd płynie w obwodzie pokazanym R1, R2 - patrz tekst, R3, R4, R5, R6 = 100k: % na rysunku 12c. Kondensator C1 stopniowo się rozładowuje, napięcie na nim zmniejsza się do zera, a następnie... kondensator zaczyna się ładować, ale w przeciwnym kierunku. Gdyby nie było tranzystora, kondensator naładowałby się „odwrotne” do pełne- go napięcia baterii. Obecność złącza baza-emiter spowoduje, że „odwrotne” napięcie wzrośnie do około 0,6 V – wtedy zacznie znów przewodzić tranzystor T2 i zaświeci LED2 – sytuację ilustruje rysunek 12d. Jeśli przycisk S1 będzie ciągle na- ciśnięty, to układ +UZAS b) +UZAS pozostanie w ta- a) R5 R5 R6 kim właśnie stanie. 10k 10k 10k LED1 LED2 LED1 LED2 Zwróć uwagę, że R4 kondensator elek- R4 R6 100k 10k I1 I2 R1 100k trolityczny, który R2 R3 2,2k C1 2,2k jest elementem R1 R2 100k + R3 biegunowym, A B C D E 2,2k C1 2,2k 100k C + D B E zostanie nałado- 100uF T2 UE=Uwy wany napięciem S1 100uF o niewłaściwym T1 T1 T2 2 x BC548 LED3 START 2 x BC548 kierunku, jednak wyzwalanie o małej wartości ^ 88 m.technik - www.mt.com.pl 082-090_elektronika.indd 88 2013-02-27 15:43:00 Strona 8 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI UZAS UE UC 0,6 V...0,7 V, co jest dopuszczalne. Gdy przycisk S1 zostanie zwolniony, tranzy- 0,6V stor T1 przestanie przewodzić – będzie stanowił 0V QDSLĊFLH8D rozwarcie – jakby go znów nie było. W pierwszej UD ujemne chwili po rozwarciu T1 kondensator C1 będzie Z]JOĊGHPPDV\ „małą odwrotną bateryjką” o napięciu 0,7 V, jak I1 I2 pokazuje rysunek 12e. Oprócz płynącego przez LED 1 R4 prądu I4, pojawi się też przez chwilę płynący TIMP TIMP przez R1 prąd I1, który najpierw zmniejszy „nie- LED 2 właściwe” napięcie na C1 do zera, a dalej naładuje kondensator napięciem o prawidłowej bieguno- & NUyWNLHQDFLĞQLĊFLH6 GOXJLHQDFLĞQLĊFLH6 wości. Rozwarcie S1 i zatkanie T1 nie wpłynie więc na stan T2, który R13 pozostanie nasycony, bo do prądu, 4,7k płynącego przez R4, przez chwilę R9 LED3 dojdzie impuls prądu ładowania 10k LED1 LED2 LED4 R7 kondensatora C1 prądem I1. W zasa- R10 R11 22k R12 R1 R2 10k 10k 10k dzie w chwili zatkania T1 powinna R3 R5 100k 2,2k 100k R4 100k R6 R8 zgasnąć dioda LED1, jednak bę- 2,2k 2,2k 2,2k dzie się ona świecić nieco dłużej, A + B + C + D + E właśnie dzięki prądowi ładowania S1 C1 C2 C3 C4 kondensatora C1 przez rezystor R1. 10PF T1 10PF T2 10PF T3 100PF T4 Gdy C1 naładuje się do napięcia * T1-T4 = BC548 (UZAS–0,7 V), prąd I1 zmniejszy się do zera i powrócimy do sytuacji spoczynkowej z rysunku 12a. R5 Nawet jeśli w pełni nie rozumiesz wszystkich szczegółów, 10k LED1 LED2 zapamiętaj: R4 1 – przez jakiś czas w układzie pojawia się napięcie ujemne 100k R6 względem masy, o czym świadczy błysk LED3, R3 10k 100k R1 R2 2 – LED1 świeci chwilkę także po wyłączeniu (zatkaniu) T1 2,2k A + 2,2k wskutek prądu ładowania C1 przez R1. B + C Proponuję też, żebyś samodzielnie zbadał działanie wersji C1 C1 T2 z rysunku 13, gdzie rezystor R4 dołączony jest do masy, a nie 10PF 10PF do plusa zasilania. Wtedy w spoczynku T2 jest zatkany i LED2 T1 nie świeci. Nadal przy naciskaniu S1 błyska „odwrotnie” włą- LEDA LEDB czona dioda LED3 – wiesz już dlaczego. Dioda LED2 zaświeca ( się, ale nie po naciśnięciu, tylko po zwolnieniu przycisku S1. Proponuję teraz, żebyś NIE DEMONTOWAŁ wersji z rysunku 13, tylko dobudował nowy bardzo podobny układ według rysunku 14a. Wykorzystujemy tutaj inny in- werter, z tranzystorem pnp, jednak działanie powinno być takie same (pomijając diodę LED1). Tymczasem w układzie z rysunku 14a widać wyraźne różnice w czasach świecenia LED2 i LED3 w stosunku do ukła- du z rysunku 13. Czas błysku LED2 jest teraz krótszy, a LED3 – jakby dłuższy. Dlaczego? W układzie z rysunku 13 czas ładowania kondensatora C1 określony jest teraz głównie przez rezystancje R1+R5. Natomiast w układzie z rysunku 14, C1 ładuje się przez małą rezystancję otwartego tranzystora pnp (T1) i małą rezystancję obwodu bazy T2 - stąd krótszy czas świecenia LED2, a z kolei C1 rozładowuje się przez rezystancje R1+R5 i dlatego dłużej świeci LED3. Aby zwiększyć czas świecenia LED2, można we- dług rysunku 14b dodać szeregowy rezystor R8 – wtedy czas świecenia LED2 wyznaczy głównie stała czasowa R8C1. Ostatnie ćwiczenia zwracają uwagę na ważną kwestię ła- dowania i rozładowania kondensatora w tego typu układach. Początkujący często zapominają, że tak pracujący kondensator trzeba nie tylko naładować, ale też skutecznie (i szybko) rozła- dować. Zachęcam: zbadaj bliżej te zależności, zbuduj i testuj jednocześnie dwa bliźniacze układy z rysunku 15 przy różnych ) wartościach R1=R2: 2,2 kV, 22 kV, 220 kV. 89 082-090_elektronika.indd 89 2013-02-27 15:43:00 Strona 9 Na warsztacie Uniwibrator. +U R1, R2 = 1k...10k a) ZAS b) +UZAS TC TD TC TD TC SZKOŁA Wróć jeszcze +UZAS do układu R1 R2 UA UB z rysunku 11 R3 R4 0,6V z kondensato- 0V masa I1 I2 QDSLĊFLH rem C1=100 uF. UC DU XMHPQH Dioda LED zgaś- A + C D + B Z]JOĊGHP PDV\ nie na dłużej, na C1 C2 T1 T2 I1 czas określony R3,R4=10k...220k przez wartości C1,C2=1nF...1000uF I2 R4C1, ale trze- q ba długo naci- Poziom tekstu: średnio trudny R5 LED2 skać przycisk GREUDü S1. Zapewne B 470:... zauważyłeś też, LED1 Y1 + ...100k T3 że po pierwsze, BC548 piezo impuls nie koń- R3 R4 9V R1 10k R2 czy się nagle, 10k 2,2k 2,2k tylko płynnie. + + FR Po drugie, gdy T1 T2 tylko na chwil- C1 C2 kę naciśniesz S1, to LED2 też 2xBC548 1PF...10PF 1PF...10PF w zgaśnie tylko na tę chwilkę. W niektórych zastosowaniach byłyby to poważne wady. Możemy to w prosty sposób zmienić, dołączając w układzie z rysunku 11 punkt A do punktu E, czyli wprowadzając dodatnie sprzężenie zwrot- ne. Możemy to przedstawić jak na rysunku 16a, jednak częściej rysujemy to tak, jak na rysunku 16b, gdzie dodatkowo szarym kolorem zaznaczyłem przycisk wyzwalający S1. Przebiegi w układzie z rysun- ku 16b pokazane są na rysunku 17. Przetestuj taki układ – przekonasz się, że: 1 – wcześniej LED2 gasła nagle, ale zaświecała się płynnie, a teraz także zaświecanie jest nagłe. 2 – czas wytwarzanego impulsu nie jest zależny od czasu naciskania S1. Otrzymaliśmy klasyczny przerzutnik monostabilny, zwany często uniwibratorem. Wytwarza on poje- dynczy impuls prostokątny, którego czas trwania jest wyznaczony przez stałą czasową R4C1. Taki układ można wyzwalać na kilka sposobów, jednym z bezpieczniejszych jest dodanie przycisku lub tranzystora wyzwalającego, równolegle do T1 – bardzo podobne rozwiązanie, uniwibrator z komplementarnymi tran- zystorami npn i pnp, wykorzystaliśmy w układzie zaawansowanego alarmu w poprzednim odcinku (tran- zystory T2, T3, T4 w wersji wzbogaconej). Multiwibrator. W układzie z rysunku 2, dołączaliśmy trzy kondensatory opóźniające. Odmienny efekt „sztafety opóźnienia” możesz uzyskać w układzie z rysunku 18. Po dłuższym naciśnięciu S1 najpierw zgaśnie LED1, potem LED2, następnie LED3 i potem LED4. Gdy sprawdzisz działanie tego układu, odłącz R13, weź kawałek drutu i połącz punkt A najpierw z punktem E, potem z punktem D i wreszcie z punk- tem C. Zapewne we wszystkich przypadkach układ zacznie pracować jako generator. W przypadku połączenia „w pętlę” dwóch ogniw takiego łańcucha, według rysunku 19, otrzymamy bardzo popularny do dziś układ, tzw. przerzutnik astabilny, zwany też multiwibratorem. Taki układ możesz zrobić według rysunku 18, odłączając R13 i łącząc punkty A, C i dodając diody LEDA i LEDB, jak pokazuje fotografia 20 (wtedy możesz też zmniejszyć wartości stałych czasowych R5C3 oraz R7C4, żeby uzyskać dodatkowe efekty). Tu też w chwilach przełączania, na bazach tranzystorów występuje napięcie ujemne, o czym świadczą LEDA i LEDB. Układ, który zazwyczaj rysujemy jak na rysunku 21a. Przebiegi w kluczowych punktach pokazane są na rysunku 21b. Częstotliwość takiego generatora możesz ustawić dowolnie, wymieniając C1, C2 (1 nF...1000 uF) oraz R3, R4 (10 kV...220 kV), czy czym czasy TC i TD, wy- znaczone przez stałe czasowe odpowiednio R3C1 i R4C2 nie muszą być jednakowe. W tytułowym projekcie Tęczowej wstęgi wykorzystaliśmy też wersję z tranzystorami pnp i nietypowo włączonymi diodami LED. Częstotliwość takiego generatora można też zmieniać płynnie. Zbuduj układ według ilustracji 22. Silniejsze oświetlenie fotorezystora będzie zmniejszać częstotliwość. Wartość R5 dobierz, stosownie do oświetlenia i czułości posiadanego fotorezystora. Poznałeś właśnie kilka ważnych elementarnych układów i bloków, które pozwolą Ci samodzielnie zre- alizować wiele interesujących efektów świetlnych i innych urządzeń. Zachęcam Cię do takich samodziel- nych prób modyfikacji oraz tworzenia zupełnie nowych rozwiązań. Powodzenia!  Piotr Górecki 90 m.technik - www.mt.com.pl 082-090_elektronika.indd 90 2013-02-27 15:43:01