63

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99

Do czego to służy?

Układ, który chciałbym zaprezentować

Czytelnikom, jest doskonałym przykładem
jak można i trzeba radzić sobie w czasach
ogólnej dostępności wszelakich elementów
elektronicznych. Rzecz dotyczy gotowego
generatora sygnału prostokątnego o często−
tliwości 1MHz (fachowo nazywanego oscy−
latorem kwarcowym 14 – pin DIL). Jest to
element wielu urządzeń: częstościomierzy,
skal cyfrowych, itp. Jest też − niestety – ele−
mentem kilku kitów AVT. Dlaczego nieste−
ty? Otóż element ten jest trudny do kupie−
nia, a jego cena wysoka. Dla przykładu –
w jednej z firm wysyłkowych kosztuje − z po−
datkiem – dwadzieścia złotych. Czas realiza−
cji zamówienia około pięciu tygodni. Posta−
nowiłem więc wziąć sprawę w swoje ręce.
Zaprojektowałem układ będący odpowie−
dnikiem elementu fabrycznego.

Jak to działa?

Schemat elektryczny proponowane−

go układu oraz wyprowadzenia na płytce
przedstawiłem na rry

ys

su

un

nk

ku

u 1

1. Jego moż−

liwości to: generowanie częstotliwości
4MHz, 2MHz, 1MHz, stan spoczynku.
Właściwy generator tworzy bramka
U1D oraz elementy R1, R2, C1, C2, Q1.
Jest to tradycyjny układ z zastosowa−
niem elementu CMOS. Zastosowałem
kwarc 4MHz gdyż te
o częstotliwości 1MHz są
również trudne do dosta−
nia oraz − jak się domyśla−
cie – drogie. Następna
bramka U2C stanowi bufor
separujący oraz umożliwia
zablokowanie przepływu
impulsów przez podanie
na nóżkę 8 zera logiczne−
go. Wejście blokujące
STROB dołączone jest po−
przez rezystor R3 do plusa
zasilania. Dwa przerzutniki
4013 dzielą sygnał przez
dwa i cztery. Dzięki nim
impulsy wyjściowe 2MHz
i 1MHz mają zawsze wy−
pełnienie 50%. Bramki
U1A i U1B stanowią bufo−
ry wyjściowe. Zapytacie
co jest rewelacyjnego
w tym układzie. Tak na−

prawdę to nic. Sama prostota. Atrakcyj−
ność tkwi w wykonaniu. Otóż cały układ
zmontowany został na malutkiej płytce
z wykorzystaniem elementów SMD.
Dzięki temu koszt wszystkich elemen−
tów jest minimalny. Jedyną wadą jest
przeciętny współczynnik stabilności ter−
micznej układu.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na maleń−

kiej płytce drukowanej pokazanej na rry

y−

s

su

un

nk

ku

u 2

2. Elementy montujemy po oby−

dwu stronach płytki. Odpowiednie miej−
sca są opisane. Sugeruję by zacząć od
przylutowania układów scalonych. Na−
stępnie rezystory i kondensatory. Kwarc
– wrażliwy na przegrzanie – zostawmy
na koniec. Montujemy go od strony

R

Ry

ys

s.. 1

1.. S

Sc

ch

he

em

ma

att iid

de

eo

ow

wy

y

Uniwersalny generator
kwarcowy 1MHz

2380

V

VC

CC

C

układów scalonych zaginając
wyprowadzenia tak, by leżał
na kostkach. Ułatwieniem

podczas lutowania może być
zamocowanie płytki w ima−
dełku stołowym. Uruchomie−
nie sprowadza się
do zasilenia całości
i sprawdzenia np.
przy pomocy oscy−
loskopu sygnałów
na odpowiednich
wyjściach. Dołą−
czając STROB do
masy sprawdzamy
możliwość zablo−
kowania

impul−

sów.

Kilka uwag na

koniec. Kwarc ste−
rujący

generato−

rem może mieć do−
wolną inną wartość
częstotliwści f. Na
wyjściach otrzyma−

my f, f/2 i f/4. Zasilanie układu
może wynosić od 5 do 15V.
Umożliwia to pracę z elemen−
tami TTL i CMOS. Wyprowa−
dzenia 1MHz, masa i “+” zasi−
lania odpowiadają wyprowa−
dzeniom generatorów fabrycz−
nych. Zasilanie układu powin−
no być odsprzęgnięte konden−
satorami 10uF/25V i 100nF.

J

Ja

arro

os

słła

aw

w B

Ba

arra

ań

ńs

sk

kii

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99

64

Wykaz elementów

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2, 2k

Ω

SMD

R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10M

Ω

SMD

R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k

Ω

SMD

C1,C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22pF SMD
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF SMD
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4011 SMD
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4013 SMD
Q1 . . . . . . . . . . . . . . . . .kwarc 4,000MHz

Uwaga: w komplecie elementów rezystory

i kondensatory wystąpią w podwójnej liczbie
− jest to zapas na wypadek drgnięcia ręki.

K

Ko

om

mp

plle

ett p

po

od

dzze

es

sp

po

ołłó

ów

w zz p

płły

yttk

ką

ą

jje

es

stt d

do

os

sttę

ęp

pn

ny

y w

w s

siie

ec

cii h

ha

an

nd

dllo

ow

we

ejj

A

AV

VT

T jja

ak

ko

o k

kiitt A

AV

VT

T−2

23

38

80

0

R

Ry

ys

s.. 2

2.. S

Sc

ch

he

em

ma

att m

mo

on

ntta

ażżo

ow

wy

y

C

Ciią

ąg

g d

da

alls

szzy

y zze

e s

sttrro

on

ny

y 6

62

2

Z tego względu tranzystor T2 musi być wy−
posażony w niewielki radiator z kawałka
blachy.

Jak wykazano, rezystancja czujnika (wy−

padkowa oporność R1...R4) powinna być ta−
ka, by w trybie czuwania tranzystor T1 był
tuż przed progiem otwierania. Zwiększenie
obciążenia przez nawet niezbyt silne przyci−
śniecie wiertarki do płytki spowoduje wzrost
prądu, a tym samym wzrost napięcia na re−
zystancji czujnika i otwarcie tranzystora T1.
Otwarty tranzystor T1 spowoduje podanie
na wiertarkę praktycznie pełnego napięcia
zasilania (pomniejszonego tylko o 0,6...0,8V).

Po wywierceniu otworu obciążenie

i prąd się zmniejszają, tranzystor T1 zo−
staje zamknięty, napięcie na wiertarce
spada i układ wraca do trybu czuwania.

Jak wspomniano wcześniej, nieobcią−

żona wiertarka niezależnie od napięcia
pobiera niemal taki sam prąd. Jest to bar−
dzo ważna cecha, umożliwiająca działanie
prezentowanego układu. Gdyby obciąże−
niem nie był silnik wiertarki, tylko inny
odbiornik, układ nie mógłby funkcjono−
wać w opisany sposób − po włączeniu
tranzystora T1 i podaniu pełnego napięcia
na obciążenie prąd znacznie wzrósłby
i zestaw tranzystorów T1, T2 zatrzasnął−
by się, podobnie jak tyrystor.

W tym miejscu

należy wyjaśnić, iż
takie połączenie
tranzystorów rze−
czywiście ma wła−
ściwości bardzo
podobne do tyry−
stora. Trzeba też
pamiętać,

że

w drugim trybie
pracy,

gdy

na

wiertarkę poda−
wane jest pełne
napięcie, a prąd
jest

znacznie

większy od prądu
“spoczynkowe−
go”, większa
część tego prądu
płynie przez ob−
wód emiter−baza
tranzystora

T1.

Właśnie dlatego
także tranzystor
T1 powinien być
tranzystorem mo−
cy, o

katalogo−

wym prądzie bazy
większym niż prąd
pracy

wiertarki.

Z d e c y d o w a n a
większość tranzy−
storów mocy ma
prąd bazy rzędu

kilku amperów i takie tranzystory śmiało
można stosować jako T1. Tranzystor T2
w zasadzie mógłby być tranzystorem śre−
dniej mocy, ponieważ w najgorszym przy−
padku (w trybie czuwania) wydziela się na
nim co najwyżej 2...5W mocy. Natomiast
w drugim trybie, gdy oba tranzystory są
otwarte, wydziela się w nich moc strat
mniejsza niż 1W. Dlatego też tranzystor T1
nie potrzebuje radiatora, choć musi to być
tranzystor mocy o prądzie bazy rzędu kilku
amperów.

Kto chce, może sprawdzić, jak zmienia−

ją się właściwości układu przy zmianach
rezystancji R5. Testy praktyczne wykazały,
iż podane wartości (1,2k

Ω

, 510

Ω

) są opty−

malne. Przy próbach zmian wartości ele−
mentów R5, R6 należy pamiętać, że część
prądu płynącego przez R5 to prąd bazy T2.
Można wiec usunąć R6 i dobrać R5 dla da−
nej wiertarki i konkretnego egzemplarza
tranzystora T2 (stosownie do jego wzmoc−
nienia prądowego), by w trybie czuwania
napięcie na wiertarce nie przekraczało 1/3
napięcia nominalnego.

Jeśli natomiast rezystor R6 o wartości

510

Ω

będzie zastosowany, musi to być

rezystor o obciążalności co najmniej
0,5W − przecież na nim w drugim trybie
pracy też będzie występować praktycz−
nie całe napięcie zasilające.

Montaż i uruchomienie

Układ sterownika można zmontować

albo na płytce drukowanej, pokazanej na
rry

ys

su

un

nk

ku

u 2

2, albo w “pająku”. Montaż nie

sprawi trudności. W przypadku wiertarki
AD−19 z oferty AVT zamiast czterech rezy−
storów R1...R4 należy zastosować jeden,
o wartości 2,2

Ω

(0,25W). W innych przy−

padkach wartość rezystancji czujnika prą−
du należy dobrać samodzielnie.

Układ zmontowany ze sprawnych ele−

mentów powinien od razu pracować po−
prawnie.

Gdyby wiertarka po włączeniu zasila−

nia od razu pracowała na pełnych obro−

tach, należy zmniejszyć rezystancję czuj−
nika. Wartość rezystancji czujnika nie mo−
że być zbyt duża, bo spadek napięcia na
nim przekraczałby 0,6V i tranzystor T1
byłby stale włączony. Wartość rezystancji
czujnika nie może też być zbyt mała, bo
układ nie będzie działał po niezbyt dużym
zwiększeniu obciążenia. Doświadczenia
redakcyjne wskazują, że ewentualne do−
branie wartości rezystancji czujnika nie
sprawi kłopotów. Należy zaczynać od
większej wartości rezystora R1, gdy wier−
tarka cały czas pracuje na pełnych obro−
tach, a potem zmniejszać wypadkową re−
zystancje wlutowując równolegle kolejne
rezystory R2...R4, aż napięcie się zmniej−
szy i układ przejdzie w tryb czuwania.

Praktyczne próby wiercenia płytek z uży−

ciem opisanego sterownika jak najbardziej
potwierdziły jego przydatność. Wykonanie
takiego układu można więc zalecić wszy−
stkim posiadaczom miniaturowych wierta−
rek zasilanych prądem stałym.

P

Prro

ojje

ek

ktt o

op

prra

ac

co

ow

wa

an

ny

y w

w R

Re

ed

da

ak

kc

cjjii E

Ed

dW

W

n

na

a p

po

od

ds

stta

aw

wiie

e p

po

om

my

ys

słłu

u P

Piio

ottrra

a W

Wó

ójjtto

ow

wiic

czza

a

R

Ry

ys

s.. 2

2.. S

Sc

ch

he

em

ma

att m

mo

on

ntta

ażżo

ow

wy

y