C
CE
EN
NA
A
33,,0000
P
PLLN
N
P
P
rra
azzy
y d
drrzzw
wii,, cczzy
yllii
p
po
ow
wa
ab
b ffu
uzzzzy
y
NR
IND
372161
IIS
SS
SN
N 11223322--22662288
nnrr
11009988
((7755))
R
Ro
ottu
ujj¹
¹ccy
y zze
eg
ga
arr
M
Miik
krro
op
prro
occe
esso
orro
ow
wy
y
rre
eg
gu
ulla
atto
orr m
mo
occy
y
S
Sy
ym
mu
ulla
accjja
a u
uk
k³³a
ad
dó
ów
w
e
elle
ek
kttrro
on
niicczzn
ny
ycch
h
4
4
STRONY
STRONY
WIÊCEJ
WIÊCEJ
!!
!!
!
!
K
K ii e
e ss zz o
o n
n k
k o
o w
w y
y
o
od
db
biio
orrn
niik
k U
UK
KF
F F
FM
M
„Praktyczny Elektronik” jest pierw-
szym w kraju pismem, które od po-
cz¹tku swojego istnienia sprzeda-
wa³o gotowe p³ytki drukowane
do prezentowanych na swoich
³amach urz¹dzeñ. Dziœ po
ponad szeœciu latach na-
sza oferta obejmuje po-
nad trzysta pozycji. Jest
to dorobek wszystkich
wspó³pracuj¹cych z nami
autorów, a przede
wszystkim naszego ko-
legi redakcyjnego, spod
którego rêki wysz³a ka¿da
p³ytka (z drobn¹ poprawk¹
pisz¹cy te s³owa tak¿e zapro-
jektowa³ kilka z nich). Ka¿dy z
Czytelników mo¿e zauwa¿yæ, ¿e na-
sze p³ytki drukowane posiadaj¹ swój
odrêbny i niepowtarzalny styl prowadze-
nia œcie¿ek.
Niestety tak du¿y asortyment prowa-
dzi tak¿e do komplikacji wysy³ek. Czasa-
mi zdarza siê, ¿e osoba zamawiaj¹ca
wiêkszy asortyment p³ytek drukowa-
nych nie otrzymuje ich w deklarowa-
nym przez nas terminie. Po prostu
brak jednej pozycji w magazynie po-
woduje wstrzymanie realizacji za-
mówienia. Wszystkich tych, którzy
tego doœwiadczyli pragniemy ser-
decznie przeprosiæ. Jednoczeœnie
bêd¹c uczciwymi wobec naszych Czytel-
ników nie mo¿emy zagwarantowaæ,
¿e takie sytuacje siê nie po-
wtórz¹. Mamy jednak nadzie-
jê, ¿e przypadki te bêd¹
odosobnione i spotkaj¹
siê ze zrozumieniem
zamawiaj¹cych.
Istnieje mo¿liwoœæ za-
mawiania p³ytek z reali-
zacj¹ czêœciow¹. Ozna-
cza to ¿e w ci¹gu dwóch
dni od otrzymania za-
mówienia wysy³amy p³yt-
ki te które aktualnie s¹ w
magazynie pozosta³¹ czêœæ
zamówienia uniewa¿niamy.
Brakuj¹ce p³ytki mo¿na wtedy
zamówiæ przy innej okazji.
Koszty wysy³ki p³ytek s¹ doœæ
wysokie. Przyczyn¹ tego s¹ koszty listów
poleconych i op³aty zwi¹zane z pobra-
niem, oraz przelewem pieniêdzy na na-
sze konto. Postanowiliœmy jednak
wprowadziæ pewn¹ innowacjê, która na
pewno ucieszy naszych Czytelników.
Co miesi¹c trzy osoby, które za-
mawiaj¹ p³ytki otrzymaj¹ je bez nali-
czonych kosztów wysy³ki. Za same
jednak p³ytki trzeba bêdzie zap³aciæ.
Losowanie bêdzie przeprowadza³
obiektywny komputer, który zarz¹-
dza ca³¹ organizacj¹ wysy³ek.
BEZP£ATNE OG£OSZENIA DROBNE - PATRZ
BEZP£ATNE OG£OSZENIA DROBNE - PATRZ
INFORMACJE
INFORMACJE
NA STR. 35
NA STR. 35
Nowe zasady sprzeda¿y p³ytek drukowanych –
co miesi¹c 3 wysy³ki za darmo !!!
UW
AGA !!!
NOWE CENY
PROGRAMÓW
P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zaliczeniem pocztowym. Orientacyjny czas oczekiwania na realizacjê zamówienia wynosi trzy tygodnie. Nie przyj-
mujemy zamówieñ telefonicznych. Zamówienia na p³ytki drukowane prosimy przesy³aæ na kartach pocztowych, lub kartach zamówieñ zamieszcza-
nych w PE. Koszt wysy³ki 8,00 z³ bez wzglêdu na kwotê pobrania. W sprzeda¿y wysy³kowej dostêpne s¹ archiwalne numery „Praktycznego Elektro-
nika”: 3/92, 1/94, 8–12/95, 3–12/96, 1–12/97, 1–10/98. Cena detaliczna jednego egzemplarza wynosi 3,00 z³ plus koszty wysy³ki. Kserokopie
artyku³ów i ca³ych numerów, których nak³ad zosta³ wyczerpany, wysy³amy w cenie 1,75 z³ za pierwsz¹ stronê, za ka¿d¹ nastêpn¹ 0,25 z³ plus koszty
wysy³ki. Kupony prenumeraty zamieszczane s¹ w numerach 11/98, 12/98, 2/99, 5/99, 8/99.
Historia zna wiele przypadków rewolucyjnych zmian,
których konsekwencje (oceniaj¹c z perspektywy czasu) nie daj¹
ich inicjatorom powodów do dumy. Z drugiej strony teoria ewo-
lucji, ze swej natury bardziej czasoch³onna, przynios³a ludzkoœci
chyba wiêcej dobrego.
Ponad szeœæ lat redakcyjnych doœwiadczeñ, uœwiadomi³o
nam jak wiele jeszcze nale¿y zrobiæ, aby "Praktyczny Elektronik"
sta³ siê miesiêcznikiem w pe³ni odpowiadaj¹cym Waszym oczeki-
waniom. Ulepszenia bêdziemy wprowadzaæ stopniowo - na dro-
dze ewolucyjnej.
W 75 numerze „Praktycznego Elektronika” przygotowaliœmy
Wam, drodzy Czytelnicy, kilka niespodzianek. Pierwsz¹, któr¹ ju¿
z pewnoœci¹ zd¹¿yliœcie zauwa¿yæ, jest nowa, kolorowa ok³adka.
Na pierwszej stronie, pod nowym LOGO naszego pisma, znaj-
dziecie zawsze zdjêcie wybranego przez nas urz¹dzenia numeru
oraz skrótowe informacje o tym, co jeszcze mo¿na znaleŸæ we-
wn¹trz.
Objêtoœæ „Praktycznego Elektronika” wzros³a do 36 stron.
Teraz wiêcej miejsca poœwiêcamy na artyku³y. Co miesi¹c prezen-
towaæ bêdziemy opisy co najmniej 5 urz¹dzeñ. Naszym nieu-
stannym wyzwaniem jest dba³oœæ o atrakcyjnoœæ i wysoki poziom
merytoryczny prezentowanych publikacji. Od samego pocz¹tku
posiadamy w³asny styl, który pragniemy kontynuowaæ. Teraz
wnêtrze zyska³o na czytelnoœci przez dodanie drugiego koloru i
zmianê uk³adu strony na trzykolumnowy.
Mo¿liwoœæ sukcesywnego powiêkszania objêtoœci oraz wpro-
wadzenia pe³nego koloru na wszystkich stronach wi¹¿emy z roz-
wojem dzia³u reklamy. Dodanie reklam pozwoli na utrzymanie
niskiej ceny gazety.
Zainicjowaliœmy równie¿ proces reorganizacji dzia³u sprzeda-
¿y, by doprowadziæ do szybszej i bardziej satysfakcjonuj¹cej ob-
s³ugi naszych klientów. Szczegó³y prezentujemy na drugiej stro-
nie ok³adki. Naszym Czytelnikom oferujemy równie¿ mo¿liwoœæ
bezp³atnego umieszczania drobnych og³oszeñ na ³amach nasze-
go czasopisma.
Ci z Was, którzy zdecyduj¹ siê na prenumeratê maj¹ szansê
wygraæ wiele atrakcyjnych nagród. Wiêcej informacji na ten te-
mat w nastêpnym numerze.
A teraz zachêcam do lektury.
ZastŒpca Redaktora Naczelnego
Spis treœci
Rotuj¹cy zegar..........................................4
K¹cik pocz¹tkuj¹cego elektronika –
zmagañ z diodami ci¹g dalszy....................9
Mikroprocesorowy regulator mocy..........11
P
P
razy drzwi, czyli powab fuzzy...............15
Modu³ przetwornika
wartoœci skutecznej..................................19
Projektowanie i symulacja
uk³adów elektronicznych
za pomoc¹ programu PSpice....................21
Kontroler napiêcia
akumulatorów w latarce..........................24
Kieszonkowy odbiornik
stereofoniczny UKF FM............................27
Elektronika inaczej cz. 33 –
Przemiana czêstotliwoœci.........................31
Prosta ³adowarka
do akumulatorów....................................33
Pomys³y uk³adowe – proste
wzmacniacze akustyczne.........................34
Adres Redakcji:
„Praktyczny Elektronik”
ul. Jaskó³cza 2/5
65-001 Zielona Góra
tel/fax.:
(0-68) 324-71-03 w godzinach 8
00
-10
00
e-mail:
artkele@kor.com.pl
Redaktor Naczelny:
mgr in¿. Dariusz Cichoñski
Z-ca Redaktora Naczelnego:
mgr in¿. Tomasz Kwiatkowski
©Copyright by Wydawnictwo Techniczne ARTKELE Zielona Góra, 1998r.
Druk: Zielonogórskie Zak³ady Graficzne „ATEXT” sp. z o.o.
Plac Pocztowy 15 65-958 Zielona Góra
Artyku³ów nie zamówionych nie zwracamy. Zastrzegamy sobie pra-
wo do skracania i adjustacji nades³anych artyku³ów.
Opisy uk³adów i urz¹dzeñ elektronicznych oraz ich usprawnieñ za-
mieszczone w
„
Praktycznym Elektroniku” mog¹ byæ wykorzystywane
wy³¹cznie do potrzeb w³asnych. Wykorzystanie ich do innych celów,
zw³aszcza do dzia³alnoœci zarobkowej wymaga zgody redakcji „Praktycz-
nego Elektronika”. Przedruk lub powielanie fragmentów lub ca³oœci pu-
blikacji zamieszczonych w
„
Praktycznym Elektroniku” jest dozwolony
wy³¹cznie po uzyskaniu zgody redakcji.
Redakcja nie ponosi ¿adnej odpowiedzialnoœci za treœæ reklam
i og³oszeñ.
Du¿a ewolucja
Z pewnoœci¹ ma³o kto uœwiadamia
sobie, ¿e zjawisko stroboskopowe, bazu-
j¹ce na niedoskona³oœci naszego wzroku,
jest jednym z bardziej rozpowszechnio-
nych w œwiecie. Bez niego nie by³oby ki-
na, telewizji a z komputerami komuniko-
walibyœmy siê nadal za poœrednictwem
taœm perforowanych. Na szczêœcie efekt
stroboskopowy ma siê dobrze i nic nie za-
gra¿a jego pozycji. To doœæ nietypowe
urz¹dzenie wykorzystuje znane od dawna
zjawisko stroboskopowe do wyœwietlania
czasu w postaci analogowej.
Uk³ad jest prosty - tarcza, która zdaje
siê zawieraæ dziesi¹tki promieniœcie
roz³o¿onych diod œwiec¹cych, po zatrzy-
maniu prezentuje siê doœæ skromnie - tyl-
ko 8 LED-ów, jeden uk³ad scalony i kilka
innych elementów. Efekt wizualny jaki
mo¿na uzyskaæ za pomoc¹ tych kilku ele-
mentów wprawi z pewnoœci¹ niejednego
w zdumienie.
Poza nietypow¹ konstrukcj¹ mecha-
niczn¹, zegar spe³nia swoje podstawowe
zadanie u¿ytkowe - wskazuje czas. Urz¹-
dzenie mo¿na powiesiæ na œcianie lub po-
stawiæ na stole - w ka¿dej pozycji bêdzie
spe³nia³o, z subtelnym poszumem silnika,
swoj¹ funkcjê.
Wykonanie tego uk³adu przysporzy
jego u¿ytkownikom z pewnoœci¹ wiele sa-
tysfakcji i radoœci. W artykule po³o¿ono
szczególny nacisk na opis konstrukcji
mechanicznej zegara, która w znacznym
stopniu decyduje o efekcie koñcowym.
Schemat rotuj¹cego zegara przedsta-
wiono na rysunku 1. Jak widaæ sk³ada siê
on z dwóch czêœci. Pierwsza, umieszczona
na osi silnika, ma za zadanie odmierzanie
i wyœwietlanie czasu w postaci tarczy ze-
gara analogowego. Druga spe³nia funkcjê
zasilacza oraz steruje ustawianiem zegara.
Aby lepiej zrozumieæ zasadê dzia³ania te-
go urz¹dzenia przyjrzyjmy siê jak zosta³o
skonstruowane. Do obracaj¹cej siê p³ytki
doprowadzone zosta³y dwa przewody za-
silaj¹ce. Jeden poprzez oœ silnika, a drugi
poprzez szczotki umieszczone po stronie
druku. Poniewa¿ na obracaj¹cej siê kilka-
dziesi¹t razy na sekundê tarczy nie mo¿na
umieœciæ przycisków umo¿liwiaj¹cych
ustawianie czasu bie¿¹cego, konieczne
by³o przeniesienie ich poza p³ytkê g³ów-
n¹. Z drugiej strony ograniczenie liczby
przewodów ³¹cz¹cych czêœæ rotuj¹c¹ ze
stojanem upraszcza³oby w zdecydowany
sposób konstrukcjê.
Maj¹c przede wszystkim na wzglê-
Zegar, który tu prezentujemy, jest z pozoru ca³kiem przeciêtny,
gdy¿ potrafi tylko wskazywaæ bie¿¹cy czas. Ale po co mu silnik,
bez którego przesta³by dzia³aæ? OdpowiedŸ na to pytanie znaj-
dziecie po przeczytaniu tego artyku³u lub dopiero po wykonaniu
tego niezwyk³ego urz¹dzenia.
Rotuj¹cy zegar
4
10/98
TRANSOPTOR
/16V
47
mF
47n
mF
220
/16V
P1
470
W
820
W
SZCZELINOWY
V1
CNY17
T
R11
240
W
R10
470
W
~
C3
1
C4
C5
,,
,,TARCZA
US3
AT89C2051
+S
7V
~
–
+
2
3
317
R5
GB006
PR1
US2
+5V
10
~
LM
*
Z2
Z1
39
W
P3.7
P1.7
19
11
18
D8
D9
R9
39
W
10n
470n
5
1
C1
C2
8
17
P1.5
P3.4/TO
P3.3/INT1
7
9
P1.6
P3.5
Z3
R8
CVolt
TRIG
GND
2
P3.2/INTO
6
P3.1
P1.4
16
T
X
15
39
W
P1.2
14
D4
D5
R7
1k
Q
THR
NE
DIS
6
3
R3
2
P3.0
RESET
D6
D7
555
P1.3
3
39
W
Vcc
R
7
4
8
51k
100k
33p
10k
1
13
P1.1
–
SZCZOTKI
PRZEZ
PO£¥CZENIE
/16V
12
R6
D3
D2
1N4001
D1
US1
MIN.
GODZ.
XTAL1
4
R4
C9
10
mF
R2
R1
XTAL2
+ P1.0
C8
100n
mF
220
W£1
W£2
33p
C7
5
12MHz
CZESC RUCHOMA
+5V
CZEήNIERUCHOMA
C11
C10
20
Q1
Rys. 1 Schemat ideowy zegara
Konstrukcja i dzia³anie
dzie d¹¿enie do uproszczenia konstrukcji
mechanicznej zegara, zdecydowano siê
na po³¹czenie funkcji przewodów zasila-
j¹cych z ustawiaj¹cymi. Do tego celu wy-
korzystany zosta³ popularny uk³ad czaso-
wy NE 555. Spe³nia on dwa zadania –
du¿y pr¹d wyjœciowy pozwala na zasila-
nie czêœci rotuj¹cej bezpoœrednio z jego
wyjœcia. Wciœniêcie jednego z klawiszy
powoduje generowanie krótkich szpilek
na napiêciu zasilaj¹cym, które mog¹
nastêpnie byæ zdekodowane przez
mikrokontroler.
Czêstotliwoœæ powtarzania impulsów
musi byæ na tyle ma³a, ¿eby nie wp³ywa-
³a na wahania napiêcia zasilaj¹cego. Ka¿-
demu z klawiszy zosta³a przypisana inna
czêstotliwoœæ powtarzania impulsów. Dla
klawisza W£1 (ustawianie minut) jest ona
równa 30 Hz,a dla W£2 (ustawianie go-
dzin) wynosi oko³o 60 Hz. Zadaniem mi-
krokontrolera jest poprawne zdekodowa-
nie tych sygna³ów tak, aby zak³ócenia np.
iskrzenie styków nie wywo³a³o b³êdu w
procesie ustawiania. Klawisze W£1 i W£2
zosta³y tak po³¹czone z uk³adem NE 555,
¿e w przypadku gdy ¿aden z nich nie jest
wciœniêty generator nie pracuje - na wyj-
œciu uk³adu panuje stan wysoki.
Umieszczony na p³ytce tarczy mikro-
kontroler jest odpowiedzialny za odmie-
rzanie oraz wyœwietlanie czasu. Do wy-
œwietlania bie¿¹cego czasu s³u¿y osiem
diod œwiec¹cych D2÷D9 tworz¹cych li-
nijkê diodow¹. Sterowane s¹ one bezpo-
œrednio z wyjœæ uk³adu AT89C2051, po³¹-
czenie wyprowadzeñ P1.0÷P1.7 w pary
pozwoli³o na zwiêkszenie wartoœci pr¹du
p³yn¹cego przez diody œwiec¹ce D2÷D9
do 40 mA. Dodatkow¹ funkcj¹ mikrokon-
trolera jest dekodowanie sygna³ów usta-
wiania godzin oraz minut. Do tego celu
wykorzystano wejœcie przerwañ - wypro-
wadzenie nr 7 US3. Dioda D1 separuje
kondensator C10 filtruj¹cy zak³ócenia
oraz sygna³ z generatora NE 555 na zasi-
laniu uk³adu US3.
Do poprawnego wyœwietlania bie¿¹-
cego czasu konieczny jest uk³ad synchro-
nizacji. Za jego poœrednictwem mikrokon-
troler mo¿e ustaliæ w jakiej fazie obrotu
(w jakim po³o¿eniu) aktualnie znajduje
siê linijka diodowa. Przy ka¿dym pe³nym
obrocie tarczy synchronizacja generuje
krótki impuls, wywo³uj¹cy przerwanie
w programie zegara. Mo¿liwe s¹ trzy wa-
rianty wykonania uk³adu synchronizacji,
które ilustrujemy na rysunku 2. Sposób
ich wykonania opisujemy szczegó³owo
w czêœci artyku³u poœwiêconej monta¿owi
zegara.
Za wprawianie tarczy w ruch obroto-
wy odpowiedzialny jest silnik pr¹du sta³e-
go typu PRM-33-1,5 lub PRM-33-1,9.
Silniki tego typu by³y powszechnie stoso-
wane w magnetofonach kasetowych ro-
dzimej produkcji (Kasprzak, Diora, itp.),
dlatego z ich zdobyciem nie powinno byæ
¿adnych problemów. Najpewniejszym
Ÿród³em silników tego typu bêd¹ wiêc
stare magnetofony.
P³ytka zegara jest umieszczona bez-
poœrednio na osi silnika, bêd¹cej jedno-
czeœnie przewodem zasilaj¹cym. Na kor-
pusie silnika zosta³y umieszczone szczotki
odpowiedzialne za doprowadzenie dru-
giego bieguna zasilania do obracaj¹cej siê
p³ytki. W bloku silnika znajduje siê rów-
nie¿ uk³ad stabilizacji obrotów pozwalaj¹-
cy na p³ynn¹ regulacjê prêdkoœci wirowa-
nia tarczy.
Mo¿liwe jest równie¿ wykorzystanie
silnika innego ni¿ wymieniony powy¿ej.
Na przyk³ad zastosowanie silnika pr¹du
zmiennego (napiêcie 220 V) stosowane-
go niegdyœ w gramofonach analogowych
jest równie¿ dopuszczalne. W takim przy-
padku poprzez oœ silnika nie mo¿na do-
prowadzaæ do p³ytki zegara potencja³u
masy. Nale¿y przemyœleæ inny sposób
monta¿u szczotek - tak by mo¿liwe by³o
za ich poœrednictwem po³¹czenie dwóch
przewodów zasilaj¹cych ze stabilizatora
do tarczy.
Do zasilania silnika oraz wszystkich
uk³adów zegara wykorzystany zosta³ po-
pularny, regulowany stabilizator napiêcia
typu LM 317. Wybrano ten uk³ad, gdy¿
napiêcie zasilaj¹ce musi mieæ odpowie-
dni¹, definiowan¹ wartoœæ. Regulacja na-
piêcia w tym uk³adzie jest konieczna w
celu kompensacji spadku napiêcia na ob-
wodach wyjœciowych uk³adu NE 555,
przewodach zasilaj¹cych (szczotki, oœ sil-
nika, ³o¿yska) oraz diodzie D1. Napiêcie
na wyjœciu stabilizatora US2 powinno
mieæ tak¹ wartoœæ, ¿eby pomiêdzy nó¿ka-
mi nr 10 i 20 uk³adu US3 (zasilanie mi-
krokontrolera) panowa³o napiêcie +5 V.
Do jego ustawiania s³u¿y potencjometr
P1. Wybrane wartoœci rezystorów R10,
R11 i P1 pozwalaj¹ na regulacjê napiêcia
wyjœciowego stabilizatora w zakresie od
+5,5 V do +8 V.
Program zapisany w pamiêci mikro-
5
10/98
NIERUCHOMA
CZEή
CZEή
ROTUJ¥CA
N
S
MAGNES
P3.2
+5V
FOTOTRANZYSTOR
c)
LED
IR
P3.2
FILTR IR
+5V
180
W
b)
TRANSOPTOR
SZCZELINOWY
P3.2
PRZES£ONA
470
W
+5V
a)
Rys. 2 Warianty uk³adu synchronizacji
obrotów tarczy
Program
Z2
Rozwarta
Rozwarta
Zwarta
Zwarta
Z1
Rozwarta
Zwarta
Rozwarta
Zwarta
Wskazówki
Od œrodka
Od œrodka
Od Zewn¹trz
Od zewn¹trz
Podzia³ka
Od zewn¹trz
Brak
Od œrodka
Brak
Ilustracja
Fot. 1
Fot. 2
Fot. 3
Fot. 4
Ustawienie zwor
Uk³ad tarczy
Tabela 1 Warianty tarczy
Fot. 1
Fot. 2
Fot. 3
Fot. 4
kontrolera US3 jest odpowiedzialny za
odmierzanie oraz wyœwietlanie czasu.
W programie zegara przewidziano cztery
warianty tarcz. W zale¿noœci od upodo-
bañ, u¿ytkownik ma mo¿liwoœæ wyboru
jednego z czterech uk³adów wskazówek
i podzia³ki zegara. Wybór mo¿liwy jest
tylko przy nie obracaj¹cej siê tarczy (wy-
³¹czone zasilanie) za poœrednictwem zwor
Z1 i Z2, umieszczonych od strony druku
(zwieranie b¹dŸ rozwieranie odbywa siê
poprzez naniesienie lub usuniêcie cyny
z pól lutowniczych) . W tabeli 1 opisano
ka¿de z czterech mo¿liwoœci ustawieñ.
W celu bardziej obrazowego przedstawie-
nia ka¿dego z tych wariantów, na fotogra-
fiach 1÷4 zosta³y zamieszczone zdjêcia
ka¿dego z nich.
Po uruchomieniu zegara mo¿e nas
spotkaæ niespodzianka, gdy zegar zacznie
chodziæ w drug¹ stronê. W istocie to,
w któr¹ stronê bêd¹ przeskakiwa³y wska-
zówki, zale¿y od kierunku obrotów silni-
ka. W sprzeda¿y dostêpne mog¹ byæ le-
woskrêtne b¹dŸ prawoskrêtne typy silni-
ków. Aby umo¿liwiæ stosowanie obydwu
typów, w programie zawarto opcjê wybo-
ru typu silnika. U¿ytkownik, za poœrednic-
twem zwory Z3 (zwieranej kropelk¹ cyny)
mo¿e poinformowaæ mikrokontroler,
¿e posiada silnik obracaj¹cy siê w prawo
lub w lewo. W tabeli 2 opisany zosta³
sposób definiowania typu silnika ustawie-
niem zwory Z3.
Do ustawiania godzin i minut s³u¿¹
klawisze W£1 i W£2 umieszczone na p³yt-
ce zasilacza. Po w³¹czeniu zasilania zegar
wskazuje na analogowej tarczy godzinê
12:00:00. Ustawianie bie¿¹cego czasu
nale¿y przeprowadziæ po uruchomieniu
zegara przy prawid³owej synchronizacji.
Przyciœniêcie klawisza W£1 spowoduje
zwiêkszenie nastawy minut to znaczy
wskazówka minut bêdzie przesuwaæ siê w
prawo. Natomiast przyciœniêcie klawisza
W£2 spowoduje zwiêkszanie nastawy
godzin. Przytrzymanie klawisza przez czas
d³u¿szy od 1 s spowoduje automatyczne
powtarzanie akcji zwi¹zanej z klawiszem.
Ka¿dorazowe przyciœniêcie którego-
kolwiek z klawiszy spowoduje ustawienie
wskazówki sekund w po³o¿eniu zerowym
(„na godzinê dwunast¹”). Dok³adnoœæ
czêstotliwoœci generowanej przez zastoso-
wany w uk³adzie rezonator kwarcowy,
determinuje wypadkow¹ dok³adnoœæ
zegara.
Od starannoœci monta¿u oraz wyko-
nania czêœci mechanicznej w
zdecydowanym stopniu zale¿y efekt koñ-
cowy, dlatego tej czêœci opisu nale¿y po-
œwiêciæ najwiêcej uwagi.
Pierwszym wa¿nym problemem kon-
strukcyjnym jest doprowadzenie zasilania
do uk³adów elektronicznych zegara. Jak
ju¿ wczeœniej napisano tarcza ³¹czy siê
z czêœci¹ nieruchom¹ dwoma przewoda-
mi. Poniewa¿ p³ytka tarczy z mikrokontro-
lerem znajduje siê w ci¹g³ym ruchu, do-
prowadzenie tych dwóch sygna³ów jest
³atwe. Je¿eli u¿yjemy popularnych silni-
ków ma³ej mocy, których oœ umieszczona
jest w ³o¿yskach tocznych, do prowadze-
nia przewodu masy mo¿na wykorzystaæ
oœ silnika. Przewód masy doprowadzamy
wówczas do obudowy silnika, a od strony
p³ytki lutujemy bezpoœrednio do oœki lub
za poœrednictwem zaciskanej tulejki. Do-
prowadzenie przewodu zasilaj¹cego
(potencja³ dodatni) do p³ytki wymaga
monta¿u szczotek.
W tym celu na p³ytce zegara umie-
szczono pole pozwalaj¹ce na bezpoœre-
dnie po³¹czenie ze szczotkami umiejsco-
wionymi na bloku silnika. Sposób monta-
¿u szczotek ilustruje rysunek 3.
Szczotki mo¿na uzyskaæ z demonta¿u
dowolnego silnika pr¹du sta³ego ma³ej
mocy. W silniku PRM-33-XX, szczotki
umieszczane s¹ na plastikowej wlewce po
wewnêtrznej stronie tylnej œcianki silnika.
Taki blok dwóch szczotek mo¿na po zde-
montowaniu umieœciæ bezpoœrednio na
korpusie silnika. Jako materia³ na szczotki
mo¿na równie¿ wykorzystaæ styki przeka-
Ÿnika, lecz bêd¹ one mia³y mniejsz¹ od-
pornoœæ na œcieranie przez co zu¿yj¹ siê
szybciej. Przy monta¿u szczotek nale¿y
pamiêtaæ o ich w³aœciwym skierowaniu
(przesuwaj¹c siê zgodnie z kierunkiem
obrotu silnika - punkt mocowania musi
znajdowaæ siê przed miejscem styku
szczotki z polem kontaktowym). Nieod-
powiedni monta¿ styków spowoduje ich
uszkodzenie lub szybsze zu¿ycie siê. Pod-
czas monta¿u styków kontaktowych wska-
zana jest du¿a starannoœæ (z pewnoœci¹ siê
op³aci - uk³ad bêdzie dzia³a³ ciszej, pew-
niej i d³u¿ej). Na fotografii 5 bia³¹
strza³k¹ zaznaczono miejsce monta¿u
szczotek.
Drug¹ nie mniej wa¿n¹ czynnoœci¹
jest wykonanie uk³adu synchronizacji.
Aby tarcza zegara wskazywa³a poprawnie
czas, nale¿y zadbaæ o staranne wykonanie
detektora po³o¿enia. Mo¿liwe s¹ trzy wa-
rianty uk³adu synchronizacji, które przed-
stawione zosta³y na rysunku 2. Najlep-
szym i jednoczeœnie najprostszym do wy-
konania jest uk³ad z rysunku 2c. Jedyn¹
trudnoœci¹ mo¿e byæ zdobycie hallotronu.
Najpewniejszym Ÿród³em tego typu ele-
mentów s¹ stare napêdy dysków elastycz-
nych. Hallotrony umieszcza siê w nich
w celu synchronizacji obrotów silnika
liniowego (tego, który „obraca”
dyskietkê).
Czujniki Halla wykonywane s¹ naj-
czêœciej w obudowie z tworzywa sztucz-
nego, takiej jak tranzystory ma³ej mocy
i maj¹ trzy lub cztery wyprowadzenia.
Naj³atwiej zidentyfikowaæ je po tym, ¿e
znajduj¹ siê w pobli¿u magnesu na tarczy
silnika (skierowane p³askim bokiem
6
10/98
Ustawienie zwory
Z3
Rozwarta
Zwarta
Typ silnika
Lewoskrêtny
Prawoskrêtny
Monta¿ i uruchomienie
WIDOK Z BOKU
WIDOK OD GÓRY
SILNIK
SILNIK
P£YTKA ZEGARA
SZCZOTKI
JEDNEJ
WIDOK
-
+
SZCZOTKI
OΠSILNIKA
PO£¥CZENIE
OSI Z MASA
Rys. 3. Sposób monta¿u szczotek na silniku
w stronê jednego z biegunów magnesu).
Hallotron nieznanego typu nale¿y przed
zamontowaniem sprawdziæ w uk³adzie
próbnym. Trzeba pamiêtaæ równie¿
o tym, ¿e polaryzacja magnesu, który bê-
dzie sprzê¿ony z czujnikiem Halla, nie jest
obojêtna – nale¿y j¹ wczeœniej ustaliæ eks-
perymentalnie. Odpowiednio spolaryzo-
wany magnes umieszczamy na wsporni-
ku, tak by podczas obrotów tarczy znaj-
dowa³ siê bezpoœrednio pod hallotronem.
Uk³adu synchronizacji na transopto-
rze szczelinowym przedstawiony na
rysunku 2a wymaga przes³ony. Przes³ona
musi byæ umieszczona na podstawie
(stojanie) i przy ka¿dym obrocie powinna
trafiaæ dok³adnie w szczelinê transoptora.
Du¿y czas reakcji fototranzystora mo¿e
byæ przyczyn¹ nieprawid³owego dzia³ania
tego wariantu uk³adu synchronizacji.
Dlatego nale¿y doœwiadczalnie dobraæ
d³ugoœæ przes³ony oraz jej lokalizacjê, tak
¿eby impulsy synchronizuj¹ce pojawia³y
siê na nó¿ce nr 6 US3 przy ka¿dym
obrocie tarczy zegara (przy normalnej
prêdkoœci wirowania). W zale¿noœci od
typu (lub nawet egzemplarza) transopto-
ra, mo¿e okazaæ siê konieczne takie
dobranie wartoœci rezystora R5, ¿eby
fototranzystor znajdowa³ siê w stanie
przewodzenia, jednak bliskim zatkaniu.
Ostatnim z proponowanych warian-
tów jest zastosowanie fototranzystora
sprzê¿onego z diod¹ œwiec¹c¹ umieszczo-
n¹ w czêœci nieruchomej zegara. Przy ta-
kim rozwi¹zaniu, które ilustruje rysunek
2b, nale¿y zadbaæ o precyzyjne umie-
szczenie diody w stosunku do fototranzy-
stora. Przez diodê powinien przep³ywaæ
pr¹d o du¿ej wartoœci, ¿eby spowodowa³
otwarcie fototranzystora w chwili, gdy
znajdzie siê on bezpoœrednio pod diod¹
nadawcz¹. Mo¿na równie¿ zastosowaæ
kilka umieszczonych blisko siebie diod.
Fototranzystor powinien mieæ ekran pro-
mieniowania podczerwonego, który naj-
³atwiej wykonaæ z cienkiego czerwonego
pleksiglasu.
Po wykonaniu monta¿u wszystkich
elementów (pod uk³ad US3 nale¿y obo-
wi¹zkowo zastosowaæ podstawkê !!!),
szczotek oraz uk³adu synchronizacji pozo-
stanie nam ju¿ tylko wykonanie kilku
czynnoœci, aby zegar by³ gotowy do dzia-
³ania. Bezpoœrednio przed umieszczeniem
p³ytki zegara na osi silnika, nale¿y spraw-
dziæ, czy œrodek ciê¿koœci p³ytki wypada
na osi obrotu. W tym celu umieszczamy
p³ytkê w pozycji pionowej, a przez otwór
przeznaczony na oœ silnika przek³adamy
szpikulec (mo¿e to byæ równie¿ cienki œru-
bokrêt, d³uga ig³a, ma³e wiert³o itp.)
w taki sposób, aby p³ytka mog³a siê swo-
bodnie na min obracaæ (w p³aszczyŸnie
pionowej). Nastêpnie trzymaj¹c szpikulec
w jednej rêce, wprawiamy p³ytkê drug¹
rêk¹ w ruch obrotowy. Teraz bacznie ob-
serwujemy jej zachowanie w chwili za-
trzymania. Próbê kilkakrotnie powtarza-
my. Je¿eli po wykonaniu kilku prób p³yt-
ka bêdzie zatrzymywaæ siê za ka¿dym ra-
zem w tej samej pozycji np. czêœci¹ z dio-
dami œwiec¹cymi do góry, bêdzie to
oznak¹ braku wywa¿enia. W tej sytuacji
konieczne bêdzie dowa¿enie l¿ejszej czê-
œci p³ytki, tak aby pozostawa³a w równo-
wadze z ciê¿sz¹. W tym celu na p³ytce
umieszczone zosta³y dwa prostok¹tne po-
la lutownicze po stronie z diodami œwie-
c¹cymi. Przeciwwagê mo¿e stanowiæ np.
nalutowana na te pola cyna. Poprawnie
wywa¿ona p³ytka powinna zatrzymywaæ
siê w przypadkowej, nie powtarzaj¹cej siê
pozycji.
Po wywa¿eniu mo¿emy ju¿ umieœciæ
p³ytkê zegara na osi silnika. W celu
usztywnienia tego po³¹czenia wskazane
jest u¿ycie tulejki zaciskowej oraz kleju.
Otwór w p³ytce drukowanej przez, który
bêdzie przechodziæ oœ silnika powinien
mieæ œrednicê identyczn¹ ze œrednic¹ osi.
Sposób monta¿u p³ytki na osi silnika
ilustruje fotografia 5.
Silnik mo¿na zamontowaæ na
podstawce, któr¹ mo¿e byæ na przyk³ad
kawa³ek sklejki lub deseczki. Pomiêdzy
silnik a podstawê dobrze jest pod³o¿yæ
sprê¿ysty materia³ na przyk³ad cienk¹
warstwê gumy lub g¹bki.
Po zakoñczeniu monta¿u czêœci me-
chanicznej urz¹dzenia, mo¿emy przejœæ
do jego uruchamiania. W pierwszej kolej-
noœci ustawiamy napiêcie zasilaj¹ce mi-
krokontroler. W tym celu od³¹czamy zasi-
lanie silnika i wyjmujemy mikrokontroler.
Teraz w³¹czamy zasilanie i sprawdzamy
napiêcie pomiêdzy wyprowadzeniami
10 i 20 US3. W przypadku braku jakiego-
kolwiek napiêcia musimy sprawdziæ po-
prawnoœæ monta¿u szczotek oraz kontakt
masy na osi silnika. Nastêpnie potencjo-
metrem P1 ustawiamy wartoœæ napiêcia
zasilaj¹cego mikrokontroler na 5 V (nó¿ki
nr 10 i 20 US3). Zakres regulacji jest doϾ
du¿y - pamiêtajmy, ¿e maksymalne na-
piêcie zasilania uk³adu AT89C2051 wy-
nosi 6V. Wartoœci tej nie wolno przekra-
czaæ! Po poprawnym ustawieni napiêcia
mo¿emy w³o¿yæ uk³ad US3 w podstawkê
i do³¹czyæ zasilanie silnika.
Po wykonaniu wy¿ej opisanych czyn-
noœci nadszed³ w koñcu d³ugo oczekiwa-
ny moment ostatecznego uruchomienia
zegara. W³¹czamy zasilanie i obserwuje-
my zachowanie siê urz¹dzenia. Je¿eli na
obracaj¹cej siê tarczy diody œwiec¹ce po-
zostaj¹ wygaszone, mo¿e to oznaczaæ,
brak poprawnej inicjalizacji uk³adu.
Wskazane jest wówczas zastosowanie za-
silacza o wiêkszej wydajnoœci pr¹dowej.
Je¿eli natomiast diody œwiec¹ siê, lecz
wyœwietlane znaki zdaj¹ siê wirowaæ jest
to oznak¹ braku synchronizacji tarczy.
W zale¿noœci od typu zastosowanej syn-
chronizacji musimy podj¹æ odpowiednie
œrodki zaradcze (pomocne w tym mo¿e
byæ zamieszczony wy¿ej opis wykonania
uk³adu synchronizacji).
Uwaga! Po w³¹czeniu zasilania zegar
przeprowadza autokalibracjê wewnêtrz-
nych rejestrów steruj¹cych. Objawia siê
to p³ynnym „rozkrêcaniem” podzia³ek
i wskazówek na tarczy. Nie nale¿y tego
traktowaæ jako objaw b³êdu w progra-
mie. Autokalibracja przeprowadzana jest
po ka¿dorazowym w³¹czeniu zasilania
zegara.
Silnik wraz z p³ytk¹ stabilizatora mo¿-
na zmontowaæ na kawa³ku sklejki. W cza-
sie pracy zegara mog¹ wystêpowaæ wi-
7
10/98
Fot. 5
bracje, dlatego konstrukcjê najlepiej jest
umieœciæ na gumowych podk³adkach lub
nó¿kach. Prêdkoœæ wirowania silnika mo¿-
na regulowaæ potencjometrem umie-
szczonym w bloku stabilizacji obrotów –
nie powinna byæ zbyt du¿a ze wzglêdu na
wiêksze prawdopodobieñstwo powstania
wibracji i szybsze zu¿ywanie siê styków.
Dla lepszego efektu wizualnego, ca³¹
p³ytkê tarczy (za wyj¹tkiem diod œwiec¹-
cych) mo¿na pomalowaæ na czarno.
Na zakoñczenie ma³a uwaga prak-
tyczna. W sytuacji gdy zegar nie musi pra-
cowaæ przez ca³y czas, aby zmniejszyæ
proces zu¿ywania siê szczotek kontakto-
wych, mo¿na zastosowaæ wy³¹cznik zasi-
lania silnika. Po wy³¹czeniu silnika uk³ad
bêdzie nadal odmierza³ czas, którego od-
czytanie bêdzie mo¿liwe dopiero po „roz-
krêceniu tarczy”.
Cena: p³ytka numer 430 - 4,21 z³
AT89C2051 TARCZA - 35,00 z³
+ koszty wysy³ki.
Podzespo³y elektroniczne mo¿na
zamawiaæ w firmie LARO - patrz IV strona
ok³adki.
ARTKELE 430
Z3
Rys. 4 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów
8
10/98
ARTKELE 430
Z3
~
US2
C3
R10
R11
~
+
-
T
X
C5
T
+S
GODZINY
MINUTY
US1
C2
C1
R3
NE
555
P1
PR1
C4
~
OBCI
¥¯
ENIE
OBCI
¥¯
ENIE
R9
A
D9
A
W£
1
W£
2
R2
R1
A
D4
A
D5
A
D6
D7
D8
R8
A
R7
R6
A
D2
D3
A
US3
T
Z2
Z1
C9
C11
Q1
D1
C7
R4
C8
T A R C Z A
E
C
C10
V1
R5
A
K
US1
– NE 555
US2
– LM 317T
US3
– AT89C2051 z programem
„
TARCZA
”
D1
1N4001
D2÷D9
– diody œwiec¹ce o podwy¿-
szonej jasnoœc
V1
– transoptor szczelinowy -
patrz opis w tekœcie
PR1
– mostek prostowniczy GB006
R6÷R9
– 39
V
/0,25 W
R10
– 240
V
/0,125 W
R5
– 470
V
/0,125 W – patrz opis
w tekœcie
R11
– 820
V
/0,125 W
R3
– 1 k
V
/0,125 W
R4
– 10 k
V
/0,125 W
R2
– 51 k
V
/0,125 W
R1
– 100 k
V
/0,125 W
P1
– 470
V
TVP 1232
C8, C9
– 33 pF/50 V ceramiczny
C2
– 10 nF/100 V MKSE
C5
– 47 nF/100 V ceramiczny
C11
– 100 nF/100 V ceramiczny
C1
– 470 nF/63 V MKSE
C7
– 10 m
m
F/16 V 04/U
C4
– 47 m
m
F/16 V 04/U
C3, C10
– 220 m
m
F/16 V 04/U
Q1
– rezonator kwarcowy
12 MHz
W£1, W£2 – mikro³¹czniki
silnik
– PRM-33-1,5, PRM-33-1,9
lub podobny z modu³em
stabilizatora obrotów
p³ytka drukowana
numer 430
Wykaz elementów
Pó³przewodniki
Rezystory
Kondensatory
Inne
à
à
mgr in¿. Tomasz Kwiatkowski
W uk³adach elektronicznych bardzo
czêsto mo¿na spotkaæ diody œwiec¹ce, fa-
chowo nazywane diodami elektrolumine-
scencyjnymi lub w skrócie diodami LED
(ang. Light Emitting Diode - dioda emitu-
j¹ca œwiat³o). Diody te stosowane s¹
w uk³adach optycznej sygnalizacji w miej-
sce króluj¹cych niegdyœ miniaturowych
¿aróweczek. Diody LED posiadaj¹ z³¹cze
p-n które emituje œwiat³o w wyniku re-
kombinacji noœników ³adunku. Do pro-
dukcji diod stosuje siê ró¿ne materia³y
pó³przewodnikowe, których sk³ad ma
wp³yw na barwê emitowanego œwiat³a.
Najczêœciej spotykane kolory œwiecenia to
czerwony, ¿ó³ty, zielony, pomarañczowy,
czasami mo¿na te¿ spotkaæ diody œwiec¹-
ce w kolorze niebieskim, lecz s¹ one ma-
³o popularne ze wzglêdu na wysok¹ cenê.
LED-y s¹ bardzo ¿ywotne, œredni czas ¿y-
cia diod wynosi ok. 100.000 godzin.
LED-y produkowane s¹ w szerokiej
gamie obudów plastikowych o ró¿nych
kszta³tach (rys. 1). Najczêœciej spotykane
s¹ diody o przekroju okr¹g³ym (œrednice
3 i 5 mm) i prostok¹tnym (2,5´5 mm).
Ostatnio du¿¹ popularnoœci¹ ciesz¹ siê
diody dwukolorowe, gdzie w jednej obu-
dowie umieszczone s¹ dwie diody równo-
czeœnie; œwiec¹ce jedna na zielono, a dru-
ga na czerwono. Stwarza to mo¿liwoœæ
otrzymania trzech kolorów œwiecenia, zie-
lonego, czerwonego, i pomarañczowego
gdy œwiec¹ obie diody równoczeœnie.
W handlu mo¿na te¿ spotkaæ diody wiel-
kogabarytowe przeznaczone do podœwie-
tlania napisów lub budowania wielkowy-
miarowych wyœwietlaczy segmentowych.
Diody takie z regu³y sk³adaj¹ siê z kilku
lub kilkunastu pojedynczych diod po³¹-
czonych wewn¹trz obudowy.
Obudowy s¹ najczêœciej barwione na
kolor w którym œwieci dioda. Mo¿na spo-
tkaæ diody w których czêœæ dolna wyko-
nana jest z barwionego plastiku przezro-
czystego, a górna (sama koñcówka) wy-
konana jest z plastiku mlecznego (mêtne-
go). Dolna czêœæ obudowy to œwiat³owód,
a górna to warstwa dyspersyjna rozpra-
szaj¹ca œwiat³o. Diody o du¿ej jasnoœci
œwiecenia - super i hiper jasne maj¹ naj-
czêœciej obudowê bezbarwn¹.
Wszystkie LED-y œwiec¹ po przy³o¿e-
niu napiêcia w kierunku przewodzenia.
Poniewa¿ wytrzyma³oœæ napiêciowa diod
LED w kierunku zaporowym jest niewiel-
ka i z regu³y nie przekracza
6÷10 V, bardzo istotne jest
prawid³owe rozpoznanie elektrod. Ogól-
n¹ zasad¹ jest, ¿e w diodzie LED d³u¿sze
wyprowadzenie jest anod¹ (warto o tym
pamiêtaæ). W diodach okr¹g³ych dodat-
kowo katoda oznaczana jest przez p³askie
œciêcie obudowy. Jeszcze innym sposo-
bem rozpoznania elektrod jest przyjrzenie
siê wewnêtrznej budowie diody, oczywi-
œcie je¿eli jest to mo¿liwe. Katod¹ jest
nó¿ka doprowadzona do wiêkszej elektro-
dy w kszta³cie „miseczki”, obok której
znajduje siê druga, znacznie cieñsza nó¿-
ka - anoda (rys. 2).
Diody dwukolorowe posiadaj¹ jedn¹
wspólnie wyprowadzon¹ elektrodê jest to
z regu³y katoda, umieszczona po œrodku,
po jej obu stronach znajduj¹ siê anody.
Identyfikacjê anod mo¿na przeprowadziæ
eksperymentalnie, lub w oparciu o dane
katalogowe.
9
10/98
K¹cik pocz¹tkuj¹cego
elektronika - zmagañ
z diodami ci¹g dalszy
A2
A1 K
K
A
A K
K
A
TABLICZKA
Z NAPISEM
ŒWIAT£OWÓD
DYSPERSYJNA
WARSTWA
Rys. 1 Wygl¹d typowych obudów diod LED
ANODA
KATODA
Rys. 2 Identyfikacja elektrod diody LED
na podstawie jej wewnêtrznej budowy
40
50
10
20
30
WARTO
ή
RELATYWNA
0
F
mA
I
JASNO
ή
Œ
WIECENIA
0
JASNO
ή
Œ
WIECENIA
WARTO
ή
RELATYWNA
0
0
10
20
30
40
50
mA
I
F
1,0
1,0
2,0
2,0
3,0
3,0
=10mA
F
I
4,0
¯Ó£TA GaAsP/GaP
=10mA
F
I
4,0
POMARAÑCZOWA I Hi-EFF
JASNO
ή
Œ
WIECENIA
1,0
WARTO
ή
RELATYWNA
0
0
60
40
20
mA
F
I
100
80
0
1,0
JASNO
ή
Œ
WIECENIA
I
mA
F
0
WARTO
ή
RELATYWNA
30
20
10
50
40
3,0
2,0
3,0
2,0
I
I
=20mA
F
4,0
CZERWONA GaAsP
4,0
F
=10mA
ZIELONA GaP
Rys. 3 Jasnoœæ œwiecenia diody w funkcji pr¹du
Jasnoœæ œwiecenia diod LED zale¿y od
pr¹du p³yn¹cego przez z³¹cze. Zale¿noœæ
ta jest w przybli¿eniu liniowa, dla pr¹dów
z zakresu 0÷40 mA (rysunek 3). Nie ma
wiêkszego sensu nadmierne zwiêkszanie
pr¹du diody, gdy¿ dwukrotny wzrost ja-
snoœci œwiecenia jest prawie niezauwa¿al-
ny. Przyczyn¹ tego jest logarytmiczna (sil-
nie nieliniowa) charakterystyka czu³oœci
oka ludzkiego. Zwiêkszanie pr¹du p³yn¹-
cego przez diodê prowadzi do spadku
sprawnoœci zamiany energii elektrycznej
na œwiat³o i obni¿a czas ¿ycia diody.
Spadek napiêcia na przewodz¹cym
z³¹czu diody LED zale¿y w du¿ej mierze
od materia³u z którego wykonana jest
dioda (por. rys. 4). Generalnie diody
œwiec¹ce na czerwono s¹ wykonane z ar-
senku galu GaAsP i charakteryzuj¹ siê
spadkiem napiêcia wynosz¹cym 1,7 V.
Diody œwiec¹ce na pomarañczowo i dio-
dy czerwone o wysokiej jasnoœci (Super
Red, Hi-EFF) wykazuj¹ spadek napiêcia
2,0 V. Diody zielone do których budowy
zastosowano fosforek galu GaP wykazuj¹
spadek napiêcia 2,2 V. Nieco wy¿szy
spadek napiêcia wystêpuje na diodach
¿ó³tych wykonanych z mieszanki arsenku
galu i fosforku galu GaAsP/GaP. Wynosi
on 2,3 V.
W praktyce, gdy dioda LED stosowa-
na jest jako sygnalizator œwietlny mo¿na
przyj¹æ ogólne za³o¿enie, ¿e spadek na-
piêcia na z³¹czu wynosi 2,0 V przy pr¹-
dzie 20 mA. W uk³adach impulsowych,
oraz tam gdzie dioda zasilana jest w uk³a-
dzie z napiêciem mniejszym ni¿ 5 V po-
wy¿sze uproszczenie nie obowi¹zuje.
Diody LED zasila siê przez rezys-
tor ograniczaj¹cy napiêcie. Obliczenie
wartoœci tego rezystora dla zadanego na-
piêcia zasilania nie stanowi problemu.
Schemat takiego uk³adu zamieszczono na
rysunku 5.
W niektórych uk³adach wymaga-
ne jest zasilanie diod napiêciem prze-
miennym. W takim przypadku niezbêd-
ne jest zabezpieczenie diody przed od-
wrotn¹ polaryzacj¹, gdy¿ jak ju¿ wcze-
œniej wspomniano, wytrzyma³oœæ napiê-
ciowa diod w kierunku zaporowym jest
niewielka. Schemat takiego rozwi¹zania
przedstawiono na rysunku 6. Równoleg³e
po³¹czenie diody ma³osygna³owej spo-
laryzowanej przeciwnie do diody
elektroluminescencyjnej zabezpiecza j¹
skutecznie przed przebiciem.
Na zakoñczenie warto jeszcze pod-
kreœliæ, ¿e ze wzglêdu na spadek napiêcia
na z³¹czu wynosz¹cy 1,7÷2,3 V diod LED
nie mo¿na sprawdzaæ przy pomocy omo-
mierza w wiêkszoœci mierników uniwer-
salnych, zarówno analogowych jak i cy-
frowych. W miernikach tych przy
pomiarze rezystancji na zaciskach
pomiarowych panuje napiêcie w
granicach 1,5÷2,0 V, które jest zbyt ma-
³e do spolaryzowania z³¹cza. Najprost-
sz¹ metod¹ jest pod³¹czenie diody po³¹-
czonej szeregowo z rezystorem oko³o
510 V/0,125 W do bateryjki, lub zasila-
cza o napiêciu 3÷6 V. Przy jednym kie-
runku przewodzenia dioda powinna
œwieciæ siê, a przy drugim nie. Niskie na-
piêcie zasilania gwarantuje, ¿e przy takim
sprawdzaniu nie uszkodzimy diody.
Obliczyæ wartoœæ rezystora szere-
gowego dla diody œwiec¹cej w kolorze
zielonym, aby pr¹d p³yn¹cy przez dio-
dê wynosi³ 10 mA (patrz rys. 4 i 5).
Uk³ad zasilany jest napiêciem 12 V.
Rozwi¹zania prosimy wysy³aæ wy-
³¹cznie na kartach pocztowych w terminie
do 20 paŸdziernika 98 z dopiskiem KON-
KURS 10/98, na adres redakcji podany na
stronie 3. Rozwi¹zania nades³ane po tym
terminie nie bêd¹ bra³y udzia³u w kon-
kursie. Zwyciêzca w nagrodê otrzyma
miernik uniwersalny. Prosimy nie przysy-
³aæ odpowiedzi konkursowych na kartach
z zamówieniami.
Nagrodê w konkursie z numeru 8/98
Praktycznego Elektronika wygra³
Marian
Zawada ze Zrêcina.
Ci¹g dalszy w nastêpnym numerze.
10
10/98
10
0
1,6
1,2
2,8
2,4
2,0
V
U
3,0
U V
U V
10
0
1,2
1,6
2,0
2,4
2,8
3,0
20
20
30
40
30
40
F
I
mA
50
¯Ó£TA GaAsP/GaP
mA
I
F
50
POMARAÑCZOWA I Hi-EFF
1,2
1,6
2,0
2,4
2,8
3,0
1,2
1,6
2,0
2,4
2,8
3,0
10
0
U V
0
10
U V
U V
20
20
40
30
30
40
F
I
mA
50
CZERWONA GaAsP
mA
I
F
50
ZIELONA GaP
Rys. 4 Spadek napiêcia na diodach LED w funkcji pr¹du
LED
zas
–
V
U
1,7÷2,0V
~
R k
W =
~
~
mA
I
10÷20mA
~
zas
LED
U
V
–
V
U
zas
U
R
U
LED
LED
I
Rys. 5 Schemat uk³adu zasilania diody
LED
1N4148
R
~Uz
Rys. 6 Zasilanie diody elektrolumines-
cencyjnej napiêciem przemiennym
Konkurs
Historia mikrokontrolerów PIC firmy
Microchip nie jest zbyt d³uga ale bardzo
ciekawa. Uk³ady tej rodziny zdoby³y
wielk¹ popularnoœæ g³ównie za spraw¹
prostoty konstrukcji wynikaj¹cej z podo-
bieñstw do architektury RISC (Reduced
Instruction Set Computer - z ang. kompu-
ter o zredukowanej liczbie instrukcji)
i wielu usprawnieñ sprzêtowych (du¿ej
liczby urz¹dzeñ zewnêtrznych). Te wzglê-
dy sprawi³y, ¿e nie maj¹ sobie równych
w prostych zastosowaniach, szczególnie
w urz¹dzeniach z zasilaniem bateryjnym.
Uk³ady PIC12C5XX to stosunkowo
nowe mikrokontrolery, które przede
wszystkim wyró¿niaj¹ siê zastosowaniem
8-nó¿kowej obudowy. S¹ to wiêc jedne
z najmniejszych mikrokontrolerów. Pomi-
mo tak niewielkiej obudowy, posiadaj¹
wiele usprawnieñ, z których wymieniæ
nale¿y:
– wydajn¹ architekturê podobn¹ do RISC
- programista do dyspozycji ma tylko
33 rozkazy;
– napiêcie zasilania od 2,5 do 5,5 V;
– bardzo ma³y pobór pr¹du (<2 mA przy
U
zas
=5 V i F
CLK
=4 MHz);
– du¿a wydajnoœæ pr¹dowa portów
(±25 mA);
– zewnêtrzny lub wewnêtrzny kalibro-
wany generator zegarowy;
– wewnêtrzny RESET nie wymagaj¹cy
elementów zewnêtrznych (Power-On
Reset);
– uk³ad nadzoruj¹cy pracê mikrokontro-
lera (Watchdog) z w³asnym gene-
ratorem;
– tryb oszczêdzania energii (SLEEP),
z którego mo¿na wyjœæ po zmianie
stanu portu wejœciowego;
– 8-bitowy tajmer z programowalnym
dzielnikiem;
– 5 linii we/wy oraz jedna wejœciowa.
Zgromadzenie tylu funkcji w 8-nó¿-
kowym uk³adzie by³o mo¿liwe poprzez
przypisanie poszczególnym wyprowa-
dzeniom kilku funkcji. Przeznaczenie ka¿-
dego z wielofunkcyjnych „pinów” ustala-
ne jest w czasie programowania.
Tak bogate wyposa¿enie tego ma³e-
go uk³adu pozwala na wykorzystanie go
w wielu prostych aplikacjach. Jedn¹
z nich prezentujemy poni¿ej. Jest to uni-
wersalny regulator mocy, który mo¿e
mieæ wiele zastosowañ.
Przewidziana zosta³a mo¿liwoœæ za-
stosowania mikrokontrolera z tym sa-
mym programem w dwóch ró¿nych apli-
kacjach. Pierwsza umo¿liwia regulacjê
mocy dostarczanej do obci¹¿enia zasila-
nego napiêciem sta³ym 12 V np. ¿arówki
halogenowej, silnika pr¹du sta³ego (wen-
tylator), itp. Druga pozwala na regulacjê
mocy obci¹¿enia zasilanego z sieci pr¹du
zmiennego 220 V. Uk³ad pozwala na
zmianê wspó³czynnika wype³nienia
w zakresie od 0% do 100% w 64 kro-
kach. Schemat blokowy regulatora
przedstawiono na rysunek 1.
Regulator posiada programowo ste-
rowany PWM (Pulse Width Modulator -
z ang. Modulator Szerokoœci Impulsów),
który w sposób impulsowy kontroluje
moc wydzielana w obci¹¿eniu. Zasada
dzia³ania urz¹dzeñ tego typu opiera siê
na zmianie wspó³czynnika wype³nienia
sygna³u okresowego steruj¹cego element
kluczuj¹cy. Urz¹dzenie posiada równie¿
obwód zasilania, element kluczuj¹cy oraz
obwód synchronizacji generatora PWM.
Na rysunku 2 przedstawione zosta³y trzy
przyk³adowe stany regulatora przy pracy
ze sta³ym napiêciem zasilaj¹cym.
Dla wspó³czynnika wype³nienia
równego 100%, do obci¹¿enia odda-
wana jest pe³na moc równa:
11
Na ³amach Praktycznego Elektronika prezentowanych by³o ju¿
wiele opracowañ regulatorów mocy. Ten jednak inauguruje seriê
artyku³ów poœwiêconych prostym opracowaniom z wykorzysta-
niem mikrokontrolerów PIC. Co miesi¹c bêdziemy prezentowaæ
proste opracowania w oparciu o uk³ady z rodziny PIC12C50X.
10/98
Mikroprocesorowy
regulator mocy
ELEMENT
WYKONAWCZY
OBWÓD
PWM
ZASILANIE
MIKROKONTROLER
ZASILAJ¥CY
DETEKTOR
GENERATOR
SYNCHRONIZACJA
PRZEZ ZERO
PRZEJŒCIA
Rys.1. Schemat blokowy regulatora mocy
Przy wspó³czynniku wype³nienia równym
50% moc dostarczana do obci¹¿enia jest
równa po³owie mocy maksymalnej:
Dziesiêcio procentowe wype³nienie
przebiegu spowoduje wydzielenie tylko
0,1 mocy pe³nej. Jak widaæ energia do-
starczana do obci¹¿enia jest wprost pro-
porcjonalna do wspó³czynnika wype³nie-
nia sygna³u steruj¹cego. Aby wiêc uzy-
skaæ liniow¹ regulacjê w 64 zakresach
wystarczy ca³y obszar regulacji podzieliæ
na 64 równe czêœci.
Sytuacja komplikuje siê w przypadku
obwodów pr¹du zmiennego, gdzie na-
piêcie zasilaj¹ce mo¿e przybieraæ dowol-
ne kszta³ty. Rozwa¿ania ograniczymy tyl-
ko do napiêcia sinusoidalnego. Na ry-
sunku 3 przedstawiono sytuacjê kluczo-
wania elementu z identycznymi jak dla
poprzedniego przypadku wspó³czynnika-
mi wype³nienia: 100%, 50% i 10%.
Przy pracy z napiêciem zmiennym
jest wa¿ne uzyskanie synchronizacji, bez
której nie by³oby mo¿liwe poprawne klu-
czowanie triaka (element pe³ni¹cy naj-
czêœciej funkcjê elementu wykonawcze-
go). Synchronizacja generatora PWM
musi nastêpowaæ w chwili tzw. przejœcia
napiêcia przez zero czyli momentu zmia-
ny polaryzacji (Uzas=0 V). Momenty te
zaznaczone zosta³y na rysunku 3
strza³kami.
Wróæmy jednak do naszej analizy za-
le¿noœci mocy od wspó³czynnika wype³-
nienia. Na rys. 3 ju¿ na pierwszy rzut oka
widaæ, ¿e zale¿noœæ ta prawdopodobnie
nie bêdzie liniowa. W przypadku 100%
wype³nienia nie ma w¹tpliwoœci, ¿e do
obci¹¿enia trafi 100% mocy. Wype³nie-
nie 50% powoduje wydzielenie na ob-
ci¹¿eniu 50% mocy znamionowej. Nato-
miast przy 10-cio procentowym wype³-
nieniu moc jest du¿o mniejsza ni¿
w przypadku wczeœniej analizowanego
obwodu pr¹du sta³ego (pole ograniczone
wycinkiem sinusoidy).
Aby w takim uk³adzie by³a mo¿liwa
liniowa regulacja mocy, konieczne jest
bardziej szczegó³owe przeanalizowanie
zagadnienia. Moc przypadaj¹ca na ka¿dy
z 64 przedzia³ów bêdzie jednakowa
wówczas, gdy powierzchnia ka¿dego
z przypadaj¹cych mu wycinków sinusoi-
dy bêdzie identyczna. W zapisie mate-
matycznym wygl¹da to nastêpuj¹co:
Wyznaczenie tych przedzia³ów nie
jest ³atwe, gdy¿ wymaga odwo³ania siê
do rachunku ca³kowego. Jednak¿e
uwzglêdnienie w programie tej zale¿no-
œci gwarantuje, ¿e regulacja mocy bêdzie
odbywaæ siê proporcjonalnie równie¿ dla
napiêæ zmiennych.
Mikrokontroler mo¿e pracowaæ
w dwóch aplikacjach bez koniecznoœci
zmiany programu. Schemat ideowy regu-
latora uwidoczniono na rysunku 4.
Ze wzglêdu na koniecznoœæ linearyza-
cji charakterystyki dla drugiego wariantu,
mikrokontroler musi sam wykrywaæ,
w której aplikacji siê znajduje. Jest to
mo¿liwe dziêki po³¹czeniu wyprowadze-
nia nr 2 z wyprowadzeniem nr 5 w pierw-
szej wersji (rys. 4). Dziêki temu po³¹cze-
niu mo¿liwa jest równie¿ autosynchroni-
zacja generatora PWM przy pracy ze sta-
³ym napiêciem zasilania (przy napiêciu
przemiennym generator PWM synchroni-
zuje siê za pomoc¹ detektora zera).
PWM=10%
PWM=50%
PWM=100%
SYNCHRONIZACJA
Rys. 2 Zmiana
wspó³czynnika
wype³nienia
PWM w
obwodzie
pr¹du sta³ego
PWM=10%
PWM=50%
PWM=100%
ZERO
(SYNCHRONIZACJA)
Rys. 3 Zmiana
wspó³czynnika
wype³nienia
PWM w
obwodzie
pr¹du
zmiennego
12
10/98
W wariancie pierwszym uk³ad po-
zwala na regulacjê mocy odbiorników
pr¹du sta³ego. Regulacja mocy odbywa
siê poprzez zmianê sposobu kluczowania
elementu wykonawczego (T1). Zmiana
wspó³czynnika wype³nienia przebiegu
spowoduje zmianê wartoœci energii do-
starczanej do obci¹¿enia. Uk³ad pozwala
na zmianê wspó³czynnika wype³nienia
w zakresie od 0 do 100% w 64 krokach.
Ma³y pobór pr¹du pozwala na zasilanie
mikrokontrolera z prostego stabilizatora
napiêcia na elementach R1, D1 i C1.
Uk³ad zasilany jest napiêciem przemien-
nym 12 V, które prostowane jest w pro-
stowniku PR1.
Wariant drugi jest zasilany bezpoœre-
dnio z sieci 220 V. Za zasilanie odpowie-
dzialne s¹ elementy R5, R6, C3, D1, D2,
D4 i C4. Detektor przejœcia przez zero
zosta³ zrealizowany na elementach R7
i D3. Przejœcie napiêcia sieci z wartoœci
dodatniej na ujemn¹ powoduje zg³osze-
nie przerwania w programie obs³ugi. Za
sterowanie elementu wykonawczego
odpowiedzialny jest optotriak US1. Ele-
menty R1÷R3, C1, C2 t³umi¹ oscylacje
powstaj¹ce przy sterowaniu obci¹¿eñ
indukcyjnych.
Do obs³ugi regulatora przewidziane
zosta³y trzy klawisze: „GÓRA”, „DÓ£”
i „W£/WY£”. Dla obydwu wariantów wy-
konania, obs³uga jest identyczna. Klawi-
szami „GÓRA” i „DÓ£” powodujemy
zwiêkszenie b¹dŸ zmniejszenie mocy do-
starczanej do obci¹¿enia. Wciœniêcie kla-
wisza „W£/WY£” powoduje wy³¹czenie
napiêcia je¿eli regulator nie znajdowa³
siê wczeœniej w pozycji spoczynkowej lub
w przeciwnym przypadku podanie pe³-
nej mocy do obci¹¿enia (wype³nienie
równe 100% - w³¹czenie). Akcja przypi-
sana klawiszom „GÓRA” i „DÓ£” (zwiêk-
szanie lub zmniejszanie nastawy) jest wy-
konywana po ka¿dorazowym wciœniêciu
jednego z nich. Je¿eli klawisz zostanie
wciœniêty i przytrzymany przez oko³o
1 sekundê nast¹pi automatyczne po-
wtórzenie akcji z nim zwi¹zanej z czêsto-
tliwoœci¹ 10 Hz. W chwili gdy zostan¹
osi¹gniête graniczne wartoœci dla ka¿de-
go z klawiszy (odpowiednio: wartoϾ
minimalna dla klawisza „DÓ£” lub war-
toœæ maksymalna dla klawisza „GÓRA”),
to program nie bêdzie wykonywa³
¿adnej akcji.
W£/WY£
:
D1-D3 - 1N4148
W£1
W£2
W£3
V1 BT136/500V
Z2
2
7
GP5/OSC1/CLKIN
GP4/OSC2
GP3/MCLR
GP0
GP1
GP2/T0CKI
5
6
3
4
3
2
4
5
100n
/400V
C1
39
W
47n
/400V
A2
G
C2
A1
Z1
Vss
Vdd
R1
1
6
8
1
470
W
R2
R3
360
W
MOC3023
US1
PIC12C508
US2
620
W
R4
D5
5,1M
R7
100
mF
C4
4V7
D4
D2
D3
R6
100k/0,5W
0,5W
+5V
D1, D2 - 1N4005
D1
C3
330n/400V
R5
100k
W£/WY£
W£3
W£2
W£1
T1
BUZ11A
R2
1k
GP0
GP5/OSC1/CLKIN
7
2
1
8
Vdd
Vss
3
6
GP1
GP4/OSC2
G
D
max 100W
~
+
–
PR1
12V
S
GP3/MCLR
GP2/T0CKI
5
4
~
US1
KBPC10-04
10A/400V
~
¯ARÓWKA
HALOGENOWA
PIC12C508
100
mF
4V7
R1 1,5k
D1
C1
+5V
Rys. 4 Schemat ideowy regulatora mocy: a) zasilanie napiêciem sta³ym 12 V,
b) zasilanie napiêciem przemiennym 220 V
13
10/98
Opis konstrukcji
Obs³uga
KLAWISZ
WCIŒNIÊTY?
PWM
ZMNIEJSZ
ZWIÊKSZ
PWM
NIE
PWM=0
NIE
WCIŒNIÊTY?
KLAWISZ
TAK
KLAWISZ W£/WY£
TAK
WCIŒNIÊTY?
PWM=LICZNIK
ZATRZYMAJ
TAK
LICZNIK
NIE
ZERO?
TAK
URUCHOM
LICZNIK
ZERO?
NIE
START
LICZNIK=0
Rys. 5 Uproszczony algorytm
dzia³ania regulatora
Uproszczony algorytm dzia³ania pro-
gramu uwidoczniono na rysunku 5.
W pierwszej kolejnoœci po uruchomieniu
program przeprowadza kalibracjê czêsto-
tliwoœci sygna³u synchronizuj¹cego (czê-
stotliwoœci sieci). Nastêpnie w pêtli
programowej sprawdza stan klawiszy.
W przypadku przyciœniêcia jednego
z nich wykonuje przypisan¹ mu akcjê.
Obs³uga generatora PWM odbywa siê na
przerwaniach z wykorzystaniem tajmera.
Przy uruchamianiu drugiej wersji
uk³adu nale¿y pamiêtaæ o tym ¿e uk³ad
zasilany jest bezpoœrednio z sieci energe-
tycznej i na wszystkich elementach,
w³¹cznie z mas¹ uk³adu, panuje nie-
bezpieczne dla ¿ycia napiêcie sieci. Pod-
czas uruchamiania uk³adu wskazana jest
ostro¿noœæ. Obydwa uk³ady nie wymaga-
j¹ ¿adnych zabiegów podczas urucha-
miania - powinny dzia³aæ zaraz po w³¹-
czeniu zasilania. W przypadku pracy
z wiêkszym obci¹¿eniem nale¿y zastoso-
waæ radiator na PR1 i T1 (wersja 1) lub
V1 (wersja 2). P³ytki drukowane do oby-
dwu wersji zosta³y umieszczone na jed-
nym kawa³ku laminatu.
P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zalicze-
niem pocztowym. P³ytki i
zaprogramo-
wane uk³ady PIC 12C508 z dopiskiem
REGULATOR
mo¿na zamawiaæ
w redakcji PE.
Cena: p³ytka numer 426 - 4,87 z³
PIC 12C508
REGULATOR
- 25,00 z³
+ koszty wysy³ki.
Podzespo³y elektroniczne mo¿na zama-
wiaæ w firmie LARO - patrz IV strona
ok³adki.
Rys. 6 P³ytka
drukowana i
rozmieszczenie
elementów
ARTKELE 426
à
à mgr in¿. Tomasz Kwiatkowski
Konstrukcja i uruchomienie
ARTKELE 426
R2
W
£
1
508
PIC12C
R4
US2
US1
MOC
3023
R3
C2
V1
BUZ11A
T1
¯
AR
Ó
WKA
W
£
1
508
PIC12C
US1
Z2
C1
D2
D1
D4
D3
D5
C3
R6
R5
R7
Z1
WY
£
W
£
/
W
£
3
W
£
2
R2
R1
12V
~
WY
£
W
£
/
R1
~
~
–
+
PR1
C1
D1
W
£
3
W
£
2
C4
Pó³przewodniki
US1
– optotriak MOC3023
US2
– PIC12C508 z programem
REGULATOR
V1
– BT 136/500
D1, D2
– 1N4005
D3
– 1N4148
D4
– BZP683 C4V7
D5
– LED kolor dowolny
Wykaz elementów - wersja 2
Pó³przewodniki
US1
– PIC12C508 z programem
REGULATOR
T1
– BUZ11A
D1
– BZP683 C4V7
PR1
– mostek prostowniczy
KBPC10-04
Rezystory
R2
– 1 kV
V
/0,125 W
R1
– 1,5 kV
V
/0,125 W
Kondensatory
C1
– 100 m
m
F/16 V 04/U
Inne
W£1÷W£3 – mikro³¹czniki
p³ytka drukowana
numer 426
Wykaz elementów - wersja 1
Rezystory
R1
– 39 V
V
/0,125 W
R3
– 360 V
V
/0,125 W
R2
– 470 V
V
/0,125 W
R4
– 620 V
V
/0,125 W
R5, R6
– 100 kV
V
/0,5 W
R7
– 5,1 MV
V
/0,125 W
Kondensatory
C2
– 47 nF/400 V MKSE
C1
– 100 nF/400 V MKSE
C3
– 330 nF/400 V MKSE
C4
– 100 m
m
F/16 V 04/U
W£1÷W£3 – mikro³¹czniki
p³ytka drukowana
numer 426
14
10/98
Pó³przewodniki
Pó³przewodniki
Rezystory
Rezystory
Kondensatory
Kondensatory
Inne
Inne
Wiêkszoœæ produktów pochodzi z Ja-
ponii, prze¿ywaj¹cej prawdziwy boom
rozwoju tej dziedziny. W Europie czy
Ameryce mówi siê nawet o utracie kolej-
nej technologii na rzecz wielkiego prze-
mys³u Kraju Kwitn¹cej Wiœni. Ulubionym
polem zastosowañ jest sprzêt AGD. Obie-
cana jest ³atwiejsza obs³uga przy zwiêk-
szonej funkcjonalnoœci i palecie mo¿liwo-
œci. I tak w fuzzy-procesor wyposa¿ona
jest pralka o wdziêcznym imieniu Aisaigo
(pol. moja kochana ¿ona). Fuzzy-proce-
sor, na podstawie informacji o iloœci pra-
nia i stopniu jego zabrudzenia sam dobie-
ra iloϾ potrzebnej wody i program. Ste-
rowanie tego typu mo¿na znaleŸæ równie¿
w odkurzaczach, suszarkach kamerach vi-
deo itd. Równie¿ wielki przemys³ okaza³
siê niezmiernie wdziêcznym polem zasto-
sowañ - windy, piece cementowe i do
spalania œmieci, metro a nawet japoñskie
browary! Fuzzy-sterowanie odpowiedzial-
ne jest tam za w³aœciwy proces warzenia
ry¿owego piwa.
Jakie by³y wiec pocz¹tki tego nowe-
go trendu i co sprawia ¿e dziêki niemu
problemy dot¹d nierozwi¹zywalne dla
klasycznej teorii sterowania zostaj¹ poko-
nane, a u¿ytkownik sprzêtu AGD czy elek-
troniki domowej nie ma wiêcej proble-
mów z obs³uga, a zu¿ycie energii wody
czy proszku do prania maleje.
W uk³adzie regulacji automatycznej
(uproszczenie, rys. 1) wyró¿niæ mo¿na
obiekt regulacji i regulator. Oba te bloki
opisane s¹ za pomoc¹ skomplikowanych
równañ ró¿niczkowych, lub najczêœciej
tzw. funkcji przenoszenia okreœlonej
w dziedzinie zespolonej. Gdy zadany jest
ju¿ obiekt regulacji (w postaci funkcji prze-
noszenia) to istnieje wiele sprawdzonych
metod doboru i optymalizacji regulatora
(np. kryterium Hurwitza) i nie stwarza to
powa¿niejszych problemów. Najwa¿niej-
szym i zarazem najtrudniejszym zada-
niem jest opis obiektu regulacji za pomo-
c¹ funkcji przenoszenia. Im zawiera on
mniej uproszczeñ i bli¿ej odpowiada rze-
czywistoœci tym wiêksze szanse na to, ¿e
nasz uk³ad bêdzie dzia³a³ d³ugo
i bezawaryjnie.
Problemami nie do „zgryzienia” by³y
zagadnienia zmiany parametrów uk³adu
w czasie (np. starzenie) nieliniowoœæ uk³a-
dów, czy brak wiedzy potrzebnej do ich
opisania. Wiele procesów które podlega-
³y sterowaniu przez cz³owieka nie nada-
wa³o siê wrêcz do automatyzacji w spo-
sób klasyczny. Jednym z bardzo obrazo-
wych przyk³adów jest problem parkowa-
nia auta w „kopertê”. Kursant w czasie
szkolenia musi siê zadowoliæ informacja-
mi typu „je¿eli… to prostuj ko³a”, „je¿eli
jeszcze nie… to maksymalnie w prawo”,
„je¿eli odstêp miedzy samochodami jest
wiêkszy, to mo¿esz…”. W zupe³noœci one
wystarczaj¹. Nie istnieje ¿aden algorytm
umo¿liwiaj¹cy parkowanie samochodu w
zmiennych warunkach drogowych, nawet
jeœli do pracy zaprzêgn¹æ powa¿ny kom-
puter. S³owne instrukcje zdaj egzamin.
Problemami tego typu zaj¹³ siê w latach
'60 profesor elektrotechniki Lotfi Zadeh
(Berkeley, Kalifornia).
Faktem jest, ¿e matematyka koñca
lat '60 osi¹gnê³a tak wysoki pu³ap, ¿e
wiele problemów znalaz³o swoje rozwi¹-
zania, wymaga³y one jednak czêsto
¿mudnych i d³ugich obliczeñ, a bywa³y
czasem tylko przybli¿one. Prof. Zadeh za-
rzuca³ te¿ „jednokierunkowoœæ” rozwoju
technik sterowania. Mia³y siê one zajmo-
waæ jedynie takimi problemami, które
by³y „strawne” dla aparatu matematycz-
nego, a do nich nie nale¿a³o np. zaga-
dnienie parkowania samochodu. Zapro-
ponowa³ on zupe³nie rewolucyjne rozwi¹-
zanie. W miejsce skomplikowanych rów-
15
Coraz czêœciej przebieraj¹c wœród elektronicznych produktów co-
dziennego u¿ytku zdarza siê nam natrafiæ na urz¹dzenie z doœæ
tajemniczym s³ówkiem
„
fuzzy
”
na obudowie. Instrukcja obs³ugi z
regu³y nie wyjaœnia co siê za tym kryje, ale z maniakalnym upo-
rem zachwala zalety nowej
„
superbroni
”
. Artyku³ ten usi³uje opo-
wiedzieæ o historii, znaczeniu, i zastosowaniach teorii zbiorów
rozmytych, nazywanej w literaturze fachowej fuzzy set theory.
10/98
P
P
razy drzwi, czyli powab fuzzy
– ZAK£ÓCENIA
z(t)
e=xo(t) – g(t) – UCHYB REGULACJI
Gr(s), Go(s) – REGULATOR, OBIEKT REGULACJI,
ZADANA FUNKCJA PRZENOSZENIA G (s)
x (t) – WIELKOŒÆ REGULOWANA np: DOP£YW METANU
SPRZʯENIE ZWROTNE
xo(t) РWARTOή ZADANA
-x(t)
Go(s)
Gr(s)
REGULATOR
OBIEKT REGULACJI
z (t)
xo(t)
e(t)
x(t)
Rys. 1 Uk³ad regulacji automatycznej
nañ o œciœle okreœlonych wspó³czynnikach
powinien siê znaleŸæ fuzzy-algorytm. Sk³a-
daæ siê on mia³ ze s³ownych instrukcji ty-
pu: „je¿eli A i B to C”. Mia³ wiec odpo-
wiadaæ ludzkiemu sposobowi myœlenia,
który nie pos³uguje siê liczbami z dok³ad-
noœci¹ do x-go miejsca po przecinku, a ra-
czej pojêciami nieœcis³ymi np. „ma³y”,
„du¿y”. Ci¹g takich poleceñ mia³ byæ na-
stêpnie zast¹piony na konkretn¹ wartoœæ
fizyczn¹, np. mocy silnika czy k¹t skrêtu
kó³ samochodu (ok. roku 1968 ukaza³y
siê jego pierwsze publikacje na ten te-
mat). Zniknê³a „ostroœæ” i „œcis³oœæ” a jej
miejsce zajê³y okreœlenia typu „daleko”,
„nieco dalej”, „trochê w prawo”. Takie
formu³owanie problemu jest zmor¹ ka¿-
dego informatyka, a szerzej patrz¹c filo-
zofia europejska ma „problemy” z „od-
cieniami prawdy”. Tak wiec w swych po-
cz¹tkach ta rewolucyjna droga zosta³a za-
rzucona. Mo¿e fakt, ¿e dla kultury azja-
tyckiej owe (upraszczaj¹c) „miêdzytony
prawdy” s¹ bardziej naturalne sprawi³
dzisiejszy boom tej techniki w Kraju Kwit-
n¹cej Wiœni.
Pierwszym urzeczywistnieniem teorii
w wymiarze laboratoryjnym by³o skon-
struowanie sterowania do maszyny paro-
wej (Mamdani, Assilian, 1975). 9 s³ow-
nych (lingwistycznych) regu³ odpowie-
dzialnych by³o za dop³yw ciep³a, 15 za
ustawienie zaworu w zale¿noœci od iloœci
pary w kotle i obci¹¿enia silnika. Pe³en
sukces.
W przemyœle najwczeœniej zautoma-
tyzowano piec cementowy (Dania, Holm-
blad I Östergaard, 1980). Do tej pory je-
dynie cz³owiek odpowiada³ za produkcjê
cementu, nie istnia³a ¿adna inna metoda
pozwalaj¹ca na automatyzacjê. (lit. 3)
Gdy przemys³ Japonii rozpozna³ no-
wy potencja³, rozpocz¹³ siê prawdziwy
boom na produkty codziennego u¿ytku ze
s³ówkiem fuzzy w nazwie. W 1989 przy
wsparciu Ministerstwa Przemys³u i Han-
dlu Japonii wielkie koncerny utworzy³y
LIFE-institut (Laboratory for International
Fuzzy Engineering Research) s³u¿¹cy ma-
sowemu przek³adaniu teorii w daj¹ce siê
dobrze sprzedaæ produkty. W œwiecie Za-
chodu, bêd¹cym kolebk¹ nowej techniki
coraz czêstsze by³y glosy o utracie kolej-
nej technologii na rzecz przemys³u
Japonii.
Jak wiêc konkretnie funkcjonuje owo
sterowanie? Jak zbudowany jest algorytm
i jego elementy sk³adowe (owe "niedo-
k³adne" okreœlenia typu "bardziej w le-
wo") i jak w koñcu zamieniæ ca³y ci¹g nie-
dok³adnych instrukcji, odpowiadaj¹cych
ludzkiemu sposobowi myœlenia, na war-
toœæ wielkoœci wyjœciowej, np. mocy chwi-
lowej silnika?
O tym po kolei poni¿ej.
Gdy mamy zadane wielkoœci mierzo-
ne, przyk³adem niech bêdzie pomiar ci-
œnienia i temperatury pieca oraz wielkoœci
regulowanej - dop³yw metanu (rys. 2÷4)
nale¿y przyst¹piæ do tzw. fuzzyfikacji
(rys. 5). Zmienna lingwistyczna tempera-
tura przyjmuje wartoœci niska, œrednia,
wysoka i bardzo wysoka. I tak przyk³ado-
wo temperatura 7808C zostanie opisana
jako „ca³kiem wysoka i jeszcze ledwo œre-
dnia”, co odpowiada mniej lub bardziej
prawdziwym pojêciom logiki rozmytej
(fuzzy logic). Stopieñ przynale¿noœci,
w jakim dana temperatura nale¿y do
zbioru „wysokich”, jest okreœlony przez
liczbê z zakresu 0..1. '0' oznacza, ¿e tem-
peratura nie nale¿y ca³kowicie do zbioru
„wysokich”, '1' mówi o ca³kowitej przy-
nale¿noœci. Ten zwi¹zek jest pierwszym
warunkiem zrozumienia s³ownych in-
strukcji przez komputer. Nastêpnie nale¿y
spi¹æ ze sob¹ poszczególne pojêcia, tak
by nios³y ze sob¹ wiedzê potrzebn¹ do
sterowania procesu; tworzy³y regu³y).
Zwi¹zek konkretnej wielkoœci technicznej
ze zmienn¹ lingwistyczn¹ to dopiero
pierwszy krok.
Analogicznie do operatorów I, LUB,
NIE logiki Bool'a fuzzy logic rozwinê³a
swoje operatory. Stopieñ prawdy dwu
wypowiedzi po³¹czonych przez 'lub' od-
powiada przyk³adowo maksimum stopni
przynale¿noœci obu wyrazów.
16
10/98
Zmienne lingwistyczne
16
14
12
10
8
6
4
2
0
PRZYNALE¯NOŒCI
STOPIEÑ
OTWARTY
OTWARTY
PÓ£OTWARTY
ZAMKNIÊTY
1
PRAWIE
Rys. 4 Funkcja przynale¿noœci dla stopnia otwarcia zaworu metanu
Operatory ³¹czenia
300
400
500
600
700
800
900
1000
TEMPERATURA KOMORY SPALANIA
[°C]
0
STOPIEÑ
PRZYNALE¯NOŒCI
1
NISKA
ŒREDNIA
WYSOKA
BARDZO WYSOKA
Rys. 3 Funkcja przynale¿noœci dla temperatury spalania
300
400
500
600
700
800
900
1000
TEMPERATURA KOMORY SPALANIA
[°C]
0
STOPIEÑ
PRZYNALE¯NOŒCI
1
NISKA
ŒREDNIA
WYSOKA
BARDZO WYSOKA
Rys. 2 Funkcja przynale¿noœci dla ciœnienia przedkomory
Stopieñ prawdy wypowiedzi „…tem-
peratura komory spalania jest bardzo wy-
soka, albo ciœnienie jest powy¿ej nor-
my…” zosta³ by okreœlony jako 0,8, gdy-
by temperatura nale¿a³a w stopniu 8,0
do zbioru bardzo wysokich temperatur, a
ciœnienie w stopniu 0,5 do zbioru ciœnieñ
powy¿ej normy (por. rys. 2).
Stopieñ prawdy wyra¿enia po³¹czo-
nego przez I zostanie okreœlony jako mini-
mum, a negacja jest zdefiniowana jako
ró¿nica do 1 (A = 1-A).
Gdyby stopnie przynale¿noœci ogra-
niczyæ tylko do 0 i 1 to odpowiada³o by
to klasycznej algebrze Bool'a. Tak wiec
omawiana teoria zbiorów rozmytych jest
uogólnieniem teorii mnogoœci (nauki
o zbiorach).
Podstawowym elementem przetwa-
rzania rozmytej informacji jest regu³a.
Sk³ada siê ona z czêœci gdy - warunku i to
- wniosku. Istniej¹ ro¿ne sposoby obra-
biania regu³, tu zostan¹ przedstawione
dwie.
GDY temperatura = bardzo wysoka
LUB ciœnienie = powy¿ej normy TO za-
wór metanu = zamkniêty
GDY temperatura = wysoka I ciœnie-
nie = normalne
TO zawór metanu =
pó³otwarty
Jak wiêc wygl¹da ustawienie zaworu
metanu przy temperaturze 9108C I ciœnie-
niu 40,5 bar? Najpierw nastêpuje fuzzyfi-
kacja (rys. 5), czyli lingwistyczna interpre-
tacja wielkoœci technicznej:
Temperatura 91088C
Bardzo wysoka
(0,8)
Wysoka
(0,3)
ZADANA
WARTOή
FUZZYFIKACJA
INFERENCJA
(WNIOSEK)
DEFUZZYFIKACJA
STERUJ¥CA
WIELKOή
URZ¥DZENIE
DANE
POMIAROWE
Rys. 5 Schemat blokowy regulatora rozmytego
17
10/98
ZAWÓR METANU
GDY TEMPERATURA = WYSOKA
I CIŒNIENIE = NORMALNE
TO ZAWÓR METANU = PÓ£OTWARTY
0,3
0,3
1,0
0,8
REZULTAT
1,0
ZAWÓR METANU = ZAMKNIÊTY
TO
CIŒNIENIE = POWY¯EJ NORMY
LUB
TEMPERATURA = BARDZO WYSOKA
GDY
METODA MAX-MIN
0,8
1,0
TO
ZAWÓR METANU = PÓ£OTWARTY
0,3
0,3
1,0
GDY TEMPERATURA = BARDZO WYSOKA
I CIŒNIENIE = NORMALNE
ZAWÓR METANU
1,0
0,8
METODA MAX-PROD
0,8
1,0
TEMPERATURA = BARDZO WYSOKA
GDY
LUB CIŒNIENIE = POWY¯EJ NORMY
TO
ZAWÓR METANU = ZAMKNIÊTY
REZULTAT
a)
b)
Rys. 6 Wnioskowanie: a) metod¹ MAX–PROD, b) metod¹ MAX–MIN
Regu³a (2):
Regu³y
Regu³a (1):
Œrednia
(0,0)
Niska
(0,0)
Ciœnienie 40,5 bar
Poni¿ej normy
(0,0)
Normalne
(0,5)
Powy¿ej normy
(0,5)
Temperatura zosta³a okreœlona jako
„raczej bardzo du¿a i ledwo co du¿a”, a
ciœnienie „miêdzy normalnym, a powy¿ej
normy”. Stopnie prawdy, okreœlaj¹ce sto-
pieñ „wype³nienia” regu³y okreœla siê na-
stêpuj¹co:
Regu³a (1):
Max{0,8:0,5}=0,8
Regu³a (2):
Min{0,3:0,5}=0,3
Zak³ada siê przy tym, ¿e skutek po-
siada ten sam stopieñ prawdy co waru-
nek. Z regu³ wynika wiêc, ¿e zawór
w stopniu 0,8 ma byæ zamkniêty,
a w stopniu 0,3 otwarty. Opisywany przy-
k³ad definiuje zmienn¹ lingwistyczn¹ dla
ustawienia zaworu - musz¹ wiêc rezultaty
regu³ zostaæ odniesione do definicji. Ist-
nieje wiele metod, najczêœciej stosowane
s¹ dwie metody inferencji (wnioskowa-
nia): metoda MAX-MIN, oraz MAX-
PROD.
W przypadku metody MAX-MIN
wartoœci zmiennej lingwistycznej zostaj¹
ograniczone do stopnia prawdy w jakim
s¹ spe³nione (minimum). W ten sposób
otrzymane zbiory rozmyte s¹ sumowane
w jeden (maksimum), (por. rys. 6).
Nieco inaczej postêpuje siê w przy-
padku metody MAX-PROD. Wartoœci
zmiennej lingwistycznej nie zostaj¹ ogra-
niczone, ale tworzony jest iloczyn ze zbio-
ru rozmytego wniosku i stopnia prawdy
warunku. Jak to zosta³o pokazane na
rysunku 6 wyniki ró¿ni¹ siê tylko nie-
znacznie.
W rezultacie otrzymuje siê w przy-
padku obu metod zbiór rozmyty, który
jest jednak informacj¹ niezdatn¹ do usta-
wienia w sposób jednoznaczny zaworu.
Potrzebna jest konkretna liczba rzeczywi-
sta, a sposób jej pozyskania jest nazwany
deffuzyfikacj¹ (rys. 5).
Istnieje wiele metod defuzzyikacji,
najbardziej popularn¹ jest wyznaczanie
punktu ciê¿koœci (center of area) zbioru,
a tym samym wartoœci liczbowej mówi¹-
cej o otwarciu zaworu, zgodnie z zale¿no-
œci¹:
gdzie:
m
B
* – stopieñ przynale¿noœci, oœ rzêd-
nych;
g
0
– ustawienie przep³ywu metanu, oœ
odciêtych.
Mówi¹c obrazowo, nale¿y owy zbiór
wyci¹æ z kartonu, a nastêpnie podpieraæ
zaostrzonym o³ówkiem tak, by karton po-
zostawa³ w równowadze (por. rys. 7).
Owy punkt podparcia jest szukanym
punktem ciê¿koœci wyznaczaj¹cym otwar-
cie zaworu. W opisywanym przypadku
dop³yw metanu zostanie ustawiony na
2,7 m3/h.
Przyk³ad z dziedziny techniki regula-
cji, który pos³u¿y³ do przybli¿enia czytel-
nikowi problematyki z zakresu teorii zbio-
rów rozmytych (fuzzy set theory) ods³ania
jedynie fragment jej zastosowañ i w³aœci-
woœci. Systemy eksperckie, decyzyjne
pracuj¹ce w bankach, czy firmach ubez-
pieczeniowych to kolejne, bardziej skom-
plikowane pola zastosowañ. Wiele by
o nich trzeba powiedzieæ, wprowadziæ
nowe operatory (np. „coœ” miêdzy „albo”
i „i” w zale¿noœci od wspó³czynnika g) je-
szcze œciœlej naœladuj¹cy sposób myœlenia
cz³owieka. Ale nie to by³o celem tego ar-
tyku³u.
Zaniechany te¿ zosta³ œcis³y forma-
lizm matematyczny, doϾ skomplikowany
i zajmuj¹cy wiele miejsca, którego zbyt
zwiêz³e przytoczenie (ograniczona prze-
strzeñ) nie koniecznie przyczyni³o by siê
do lepszego zrozumienia problemu. (ob-
szernie w lit. 3,)
Technika regulacji pozostaje do tej
pory najczêstszym miejscem zastosowañ.
Opracowano ju¿ wiele typów sterowni-
ków, których funkcjonowanie, sposób
uczenia s¹ stosunkowo ³atwe do zrozu-
mienia. (Przyk³adem jest chocia¿by mo-
del NEFCON stanowi¹cy po³¹czenie kon-
ceptu sterownika fuzzy z sieci¹ neurono-
w¹). S¹ one ju¿ na tyle popularne, ¿e mo-
g¹ z powodzeniem byæ stosowane przez
elektronika amatora. Ale przybli¿enie te-
orii sieci neuronowych, czy zapropono-
wanie ciekawego, prostego uk³adu do sa-
modzielnego zmontowania (maj¹cego
uczyniæ opisan¹ wy¿ej teorie bardziej
„uchwytn¹” i unaoczniæ jej zalety) to za-
gadnienia mog¹ce wype³niæ inne ar-
tyku³y.
Celem powy¿szego by³o wzbudzenie
w Czytelniku zainteresowania niekonwen-
cjonaln¹ technik¹ sterowania. Na ile mo¿-
liwe, stara siê on wyjaœniæ przynajmniej
pogl¹dowo, co kryje siê za „tajemni-
czym” terminem „rozmyty” (fuzzy). Zaga-
dnieniu temu poœwiecono ca³e tomy, jest
rzecz¹ niemo¿liw¹, by w jednym artykule
rozwiaæ ka¿d¹ w¹tpliwoœæ. Jedyne co po-
zostaje, to samodzielna lektura, pytania.
Poni¿ej znajduje siê lista literatury wyko-
rzystanej w opracowani artyku³u.
Literatura:
T. Kaczorek, Teoria Sterowania, PWN
1977
Constantin von Altrock, Über den Dau-
men gepeilt, w c't, 3/91, strony 188-206
B. Biewer Fuzzy-Methoden, Springer-Ver-
lag Berlin 1997
R. Rojas Theorie der neuronalen Netze,
Springer-Verlag Berlin 1996
18
10/98
ZAWÓR METANU = 2,7 m3/h
PUNKT CIE¯KOŒCI
Rys. 7
Wyznaczanie
punktu ciê¿koœci
à
à
Przemys³aw Janik
Wnioskowanie
W pomiarach napiêæ zmiennych naj-
bardziej istotnym parametrem charakte-
ryzuj¹cym mierzony sygna³ jest jego war-
toϾ skuteczna. Interpretacja fizyczna war-
toœci skutecznej oznacza tak¹ wartoœæ na-
piêcia sta³ego, które dzia³aj¹c w obwo-
dzie o sta³ej rezystancji wytworzy tak¹ sa-
m¹ moc, jak napiêcie przemienne. Przy-
k³adowo podawana wartoœæ napiêcia sie-
ci w Polsce równa 220 V oznacza jego
wartoœæ skuteczn¹. W gniazdku wystêpuje
napiêcie szczytowe (amplituda) równa
312 V. Zdecydowana wiêkszoœæ mierni-
ków uniwersalnych mierz¹cych napiêcia
zmienne jest wyskalowana tak by wskazy-
waæ poprawnie wartoœæ skuteczn¹ napiê-
cia sinusoidalnego o okreœlonej czêstotli-
woœci (z regu³y od 50 Hz do 1÷10 kHz,
w tanich, cyfrowych miernikach uniwer-
salnych górna czêstotliwoœæ graniczna jest
czêsto mniejsza). Próba pomiaru takim
miernikiem napiêæ przemiennych o in-
nych kszta³tach zawsze spowoduje zafa³-
szowanie wskazañ. Bêdzie ono tym wiêk-
sze im mniej badany przebieg przypomi-
naæ bêdzie sinusoidê.
Prawid³owy pomiar wartoœci skutecz-
nej dowolnych nieokresowych lub mocno
odkszta³conych (w stosunku do przebiegu
sinusoidalnego) napiêæ jest mo¿liwy tylko
za poœrednictwem mierników „True RMS”
- mierz¹cych prawdziw¹ wartoœæ skutecz-
n¹. Pierwszymi takimi urz¹dzeniami by³y
mierniki termoelektryczne, elektroma-
gnetyczne oraz elektrodynamiczne. Wszy-
stkie one mia³y ma³¹ rezystancjê wewnê-
trzn¹ co bardzo ogranicza³o ich zakres
zastosowañ.
Prze³omem w dziedzinie pomiaru
wartoœci skutecznej by³o opracowanie
monolitycznych przetworników, które do
wyznaczania wartoœci skutecznej przebie-
gu, wykorzystywa³y przekszta³cenia mate-
matyczne. Metodê tak¹ wykorzystuje
miêdzy innymi uk³ad MX 636, na którym
oparta zosta³a konstrukcja pierwszego z
dwóch prezentowanych tu modu³ów.
Schemat modu³u przetwornika wartoœci
skutecznej w wersji „True RMS”
uwidoczniono na rysunku 1.
Zasada dzia³ania uk³adu MX 636
oraz jego charakterystyka zosta³y umie-
szczone w artykule „Przetwornik «True
RMS»” zamieszczonym w PE nr 9/95, dla-
tego opis jego dzia³ania pomijamy. Uk³ad
pracuje w podstawowej konfiguracji po-
zwalaj¹cej na przekszta³canie wartoœci na-
piêcia wejœciowego w odpowiadaj¹c¹ mu
wartoœæ sta³ego napiêcia skutecznego,
pracuj¹c w szerokim zakresie czêstotliwo-
œci. Zapewnia du¿¹ liniowoœæ przetwarza-
nia nie wymagaj¹c jakichkolwiek kalibra-
cji. Jedyn¹ wad¹ uk³adu MX 636 jest je-
go doϾ wysoka cena.
W przypadku potrzeby pomiaru tyl-
ko sygna³ów sinusoidalnych mo¿na wyko-
naæ wariant ekonomiczny modu³u. Uk³ad
w drugiej wersji przetwarza poprawnie na
wartoœæ skuteczn¹ tylko napiêcia sinusoi-
dalne. Ograniczenie to nie ma du¿ego
znaczenia w wiêkszoœci zastosowañ. Sche-
mat przetwornika w drugiej wersji uwi-
doczniono na rysunku 2.
Przetworniki wartoœci skutecznej na
napiêcie sta³e tego typu dzia³aj¹ podob-
nie jak stosowane w popularnych mierni-
kach uniwersalnych tzn. wykorzystuj¹
fakt, ¿e dla przebiegów sinusoidalnych
wartoœæ skuteczna jest równa 0,707 war-
toœci amplitudy (wartoœci szczytowej).
Wystarczy wiêc zmierzyæ amplitudê sy-
gna³u a nastêpnie przemno¿yæ tak by od-
19
Zgodnie z obietnic¹ prezentujemy dwa modu³y przetworników
wartoœci skutecznej na napiêcie sta³e przystosowanych do monta-
¿u w laboratoryjnym woltomierzu ze skal¹ logarytmiczn¹ opubli -
kowanym w PE 9/98. Wykonanie jednego z nich pozwoli w pe³ni
wykorzystaæ mo¿liwoœci tego urz¹dzenia.
10/98
MODU£ PRZETWORNIKA
WARTOŒCI SKUTECZNEJ
C2
220n
C6
1
mF
100p
4,3k
R5
C5
4
-5V
3
-5V
4
D1
D2
470k
R6
1
R3
10k
mF
C3
C4
mF
10k
R4
1
R2 2,2M
+5V
5
LF355
R1 100k
G1
+5V
C1
2
2
x
2 1N4148
mF
4,7
3
7
6
1
US1
Rys. 2
Schemat
przetwornika
wartoœci
skutecznej.
Wersja 2
(sygna³y
sinusoidalne)
-5V
R3
1M
C3
10
mF
dB
COMMON
MX636
5
6
9
10
5
+5V
R2 20k
BUF OUT
BUF IN
RL
I
OUT
7
8
V
IN
+Vs
1
2
13
14
R1 1M
1
CAV
NC
4
11
mF
10
4
-5V
NC
-Vs
NC
NC
US1
3
12
C2
2,2
mF
C1
3
2
G1
+5V
Rys. 1
Schemat
przetwornika
wartoœci
skutecznej.
Wersja 1
(„True RMS”)
powiada³a wartoœci skutecznej.
W wersji drugiej modu³u wykorzysta-
no wzmacniacz operacyjny, który wraz
z otaczaj¹cymi go elementami pe³ni rolê
wzmacniacza oraz prostownika.
Obydwa warianty modu³u nie wy-
magaj¹ ¿adnych zabiegów podczas uru-
chamiania. W przypadku drugiego wa-
riantu mo¿e okazaæ siê konieczne skory-
gowanie wartoœci napiêcia wyjœciowego
poprzez dobranie wartoœci rezystora R5.
Zwiêkszenie jego wartoœci spowoduje
zmniejszenie wzmocnienia wzmacniacza
co spowoduje zmniejszenie wskazania.
Z kolei redukcja wartoœci rezystora R5 spo-
woduje zwiêkszenie wskazania miernika.
P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zali-
czeniem pocztowym. P³ytki mo¿na
zamawiaæ w redakcji PE.
Cena: 1,82 z³ + koszty wysy³ki.
Podzespo³y elektroniczne mo¿na zama-
wiaæ w firmie LARO - patrz IV strona
ok³adki.
Pó³przewodniki
US1
– LF 355
D1, D2
– 1N4148
Rezystory
R5
– 4,3 kV
V
/0, 125 W
R3, R4
– 10 kV
V
/0,125 W
R1
– 100 kV
V
/0,125 W
R6
– 470 kV
V
/0,125 W
R2
– 2,2 MV
V
/0,125 W
Kondensatory
C5
– 100 pF/63 V KCP
C2
– 220 nF/100 V MKSE
C3, C4, C6 – 1
m
F/25 V 04/U
C1
– 4,7
m
F/16 V 04/U
p³ytka drukowana
numer 423
Wykaz elementów - wersja 2
à
à mgr in¿. Tomasz Kwiatkowski
423
Rys. 3 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów
423
T
– +
G1
C3
R2
R1
C1
C2
C6
C3
US1
US1
R3
MX636
G1
C1
D2
D1
C4
C2
C5
R5
R6
R4
R3
R1
R2
355
LF
20
10/98
Pó³przewodniki
US1
– MX 636
Rezystory
R2
– 20 kV
V
/0,125 W
R1, R3
– 1 MV
V
/0,125 W
Kondensatory
C2
– 2,2
m
F/16 V 04/U
Wykaz elementów - wersja 1
C1, C3
– 10
m
F/16 V 04/U
p³ytka drukowana
numer 423
Pó³przewodniki
Rezystory
Kondensatory
Pó³przewodniki
Rezystory
Kondensatory
Zapewne niejednokrotnie mieliœmy
problemy z uruchomieniem dopiero co
zbudowanego uk³adu elektronicznego na
podstawie uproszczonych obliczeñ. Zda-
rza siê tak¿e, ¿e w obliczeniach dok³ad-
nych, które zabieraj¹ sporo czasu, poja-
wiaj¹ siê b³êdy. Budowanie uk³adu w ta-
kich przypadkach powoduje niepotrzeb-
ne straty. Z pomoc¹ mog¹ nam przyjœæ
programy symuluj¹ce uk³ady elektronicz-
ne. Twórcy tego typu oprogramowania
stworzyli komputerowe modele elemen-
tów elektronicznych. Za pomoc¹ dyskret-
nych metod obliczeniowych mo¿na otrzy-
maæ wyniki odpowiadaj¹ce rzeczywistym
z dok³adnoœci¹ do b³êdów obliczeñ
i zgodnoœci tych modeli z realnymi ele-
mentami. W ostatnich latach pojawi³o siê
wiele takich programów. Do najwa¿niej-
szych mo¿na zaliczyæ: PSpice, mCap,
OrCad. Prawdopodobnie najbardziej roz-
powszechnionym jest program PSpice,
o czym œwiadczy chocia¿by du¿a liczba
bibliotek udostêpnianych przez wielu
producentów uk³adów scalonych.
Postaram siê jak najbardziej przybli-
¿yæ najnowsz¹ wersje pakietu MicroSim
Design Center Eval 8.0. Jest to wersja
uproszczona (demonstracyjna). W do³¹-
czonej dokumentacji i w komentarzach
producenta zawarte s¹ informacje o ogra-
niczeniach pakietu. Najwa¿niejszym utru-
dnieniem jest to, ¿e mo¿emy zbudowaæ
uk³ad z³o¿ony z maksymalnie 64 wêz³ów,
25 elementów i 9 tranzystorów, co jed-
nak w wiêkszoœci przypadków pozwala na
zaprojektowanie i przeanalizowanie œre-
dnio skomplikowanego uk³adu.
Pakiet sk³ada siê z nastêpuj¹cych
programów:
Schematics – program do tworzenia
i edycji schematów;
Design Manager – program zarz¹dzaj¹cy
prac¹ ca³ego pakietu
(automatycznie uruchamia
siê w tle);
PspiceAD – program symuluj¹cy badany
uk³ad;
Probe – program do wizualizacji wyników
symulacji;
PCBoards – program do projektowania
p³ytek drukowanych.
Oraz wielu innych programów, które dla
pocz¹tkuj¹cego u¿ytkownika maj¹
mniejsze znaczenie.
Aby zainstalowaæ oprogramowanie
nale¿y uruchomiæ plik setup.exe, nastêp-
nie program ten w sposób identyczny jak
w innych programach dla Windows prze-
prowadzi nas bez k³opotów przez ca³y
proces instalacji. Wymagania oprogramo-
wania s¹ niewielkie i z pewnoœci¹ kompu-
tery jakie posiadamy w pracy czy w do-
mu bêd¹ mog³y im sprostaæ.
Wszystkie programy s¹ anglojêzyczne
ale posiadaj¹ cechy programów
stworzonych dla systemu Windows, tzn.
je¿eli Czytelnik zna powszechnie stosowa-
ne oprogramowanie to z pomoc¹ tu za-
wartych wskazówek i odrobiny intuicji
21
Tym artyku³em zaczynamy trzyczêœciowy cykl artyku³ów
poœwiêconych opisowi przydatnego narzêdzia do symulacji
uk³adów elektronicznych. Wersja demonstracyjna, któr¹ tu
opisujemy jest dostêpna w Internecie pod adresem
http://www.microsim.com lub za poœrednictwem redakcji PE.
10/98
Wstêp
Rys.1
Okno programu
Schematics.
Projektowanie i symulacja
uk³adów elektronicznych za
pomoc¹ programu PSpice
bêdzie móg³ bez problemów poznaæ
g³ówne zasady pracy z pakietem.
Dla celów prezentacyjnych i eduka-
cyjnych stworzy³em prosty tranzystorowy
wzmacniacz jednostopniowy w uk³adzie
WE (rys.1). Uk³ad wczeœniej by³ obliczony
metod¹ uproszczon¹, a potem zbudowa-
ny w programie. Celowo posiada on
mniejsze napiêcie na emiterze, sprawdzi-
my jaki bêdzie mia³o to wp³yw na pracê
wzmacniacza.
Aby zbudowaæ uk³ad nale¿y urucho-
miæ program Schematics z grupy Design-
Lab Eval 8. Pojawi siê nowe puste okno
wraz z otaczaj¹cym je paskiem menu i
ikonami, które teraz omówiê (rys.1).
Wiêkszoœæ najwa¿niejszych poleceñ menu
posiada odpowiedniki w postaci ikon.
Umieszczone s¹ one na belce narzêdzio-
wej i korzystanie z nich znacznie u³atwia
pracê. Pierwsz¹ grup¹ w menu jest File -
plik, gdzie mo¿emy otworzyæ nowy (New)
lub istniej¹cy (Open) schemat, zapisaæ go
(Save), wydrukowaæ (Print) lub zamkn¹æ
(Close). W nastêpnej grupie Edit mo¿emy
cofn¹æ ostatni¹ operacjê (Undo) lub j¹
ponowiæ (Redo). Wyci¹æ (Cut), skopiowaæ
(Copy) lub wkleiæ zaznaczone myszk¹ ele-
menty schematu (Past). Mo¿na tak¿e ska-
sowaæ wybrany element (Delete) oraz za-
znaczyæ ca³y schemat (Select All). Mo¿emy
tak¿e zmieniaæ atrybuty elementów sche-
matu (Attributes) oraz dopisaæ etykietê
(Label). Za pomoc¹ polecenia Rotate
obracamy element o 90° w prawo, a za
pomoc¹ Flip robimy lustrzane odbicie.
W nastêpnej grupie menu Draw zamie-
szczone s¹ instrukcje do budowania sche-
matu. Za pomoc¹ Place Part wstawiamy
elementy na ekran (dok³adniejszy opis
u¿ycia tego i nastêpnego polecenia znaj-
duje siê w dalszej czêœci rozdzia³u), Wire -
tworzy po³¹czenie elementu (przewód),
a Bus tworzy magistralê, mo¿emy tak¿e
zdefiniowaæ blok graficzny (Block). W me-
nu znajduj¹ siê równie¿ instrukcje graficz-
ne, których odpowiedniki w postaci ikon
ze znakami graficznymi znajduj¹ siê na
pionowej belce po lewej stronie schema-
tu. W grupie Navigate mo¿emy pos³u¿yæ
siê poleceniami do pracy na kilku stro-
nach. Nasz schemat mo¿emy podzieliæ na
kilka czêœci (kilka stron) i powi¹zaæ ich
wejœcia i wyjœcia za pomoc¹ odpowie-
dnich ³¹czników. W grupie View znajdzie-
my wszystkie instrukcje odpowiedzialne
za to co widzimy na naszym ekranie. Mo-
¿emy powiêkszaæ (In) lub pomniejszaæ
(Out) nasz widok a tak¿e przerysowaæ (Re-
draw) schemat w przypadku niedoci¹-
gniêæ graficznych edytora. Nastêpna gru-
pa Options umo¿liwia nam dostosowanie
cech programu do naszych indywidual-
nych potrzeb. Wszystkie parametry s¹
ustawione przez producenta i na pocz¹t-
ku nie zachêcam do ich zmian. Grupê
Analysis, Tools, Markers opiszê przy okazji
omawiania symulacji uk³adu. Przedostat-
nia grupa Windows dotyczy ustawieñ
okna, ostatnia zaœ Help zawiera polecenia
pomocy programu. Gor¹co polecam ko-
rzystanie z pierwszego polecenia z tej
grupy (Search For Help On...) w przypadku
nawet minimalnej znajomoœci angielskich
s³ówek technicznych. Mo¿na skorzystaæ
z podrêcznika lub indeksu pomocy.
Znaj¹c najwa¿niejsze polecenia me-
nu mo¿emy zabraæ siê do tworzenia na-
szego schematu. Na belce narzêdziowej
(rys. 1) znajduje siê ikona odpowiadaj¹ca
poleceniu Place Part (CTRL+G). Bêdzie to
jedna z najczêœciej u¿ywanych ikon
w programie Schematics. Po przyciœniêciu
jej otwiera siê okienko (rys. 2). Gdy
okienko znajduje siê w rozszerzonym try-
bie (zmiana - przycisk Advanced>>, po-
wrót do trybu standardowego - Basic<<)
to ukazuje siê w nim symbol graficzny
i krótki opis wybranego elementu.
Mo¿emy teraz na kilka sposobów wybraæ
element, który chcemy wstawiæ do nasze-
go schematu. Znany nam symbol wpisu-
jemy do pola Part Name. Je¿eli jednak nie
znamy symbolu elementu, to mo¿emy
wybraæ go z posortowanej alfabetycznie
listy znajduj¹cej siê w tym samym oknie
lub wpisywaæ pocz¹tkowe znaki w pole
Part Name, co spowoduje automatyczne
wyszukiwanie tego lub podobnie nazy-
waj¹cego siê elementu na liœcie. Mo¿emy
tak¿e przegl¹daæ krótsze listy elementów
porozmieszczanych w tematycznych bi-
bliotekach. Do tego pos³u¿y nam przycisk
Libraries.... Po wybraniu symbolu naciska-
my przycisk Place lub Place & Close, który
umieszcza element na schemacie we
wskazanej przez nas pozycji po naciœniê-
ciu lewego klawisza myszki. Aby zrezy-
gnowaæ ze wstawiania wybranego ele-
mentu, naciskamy prawy klawisz myszki.
Zaczynamy. Na pocz¹tek wpisujemy
w górne pole (Part Name) dla przyk³adu
R i pojawia nam siê rezystor. Umieszcza-
my go w odpowiednim miejscu i u³o¿eniu
(obrót - CTRL+R) na schemacie. Mo¿emy
teraz zmieniæ jego parametry. Klikamy na
ju¿ postawiony element dwa razy i w no-
wym otwartym okienku (rys. 3) zmienia-
my np. nazwê, rezystancjê lub inne war-
toœci. Aby skasowaæ niepotrzebny ele-
ment ze schematu trzeba go zaznaczyæ
Rys. 2 Okienko Part Browser w trybie Advanced.
Tworzenie schematów
22
10/98
pojedynczym klikniêciem myszki a na-
stêpnie przycisn¹æ klawisz Delete.
Przy ustalaniu wartoœci parametrów
nale¿y pamiêtaæ, ¿e w amerykañskiej no-
tacji liczbowej znakiem separatora dzie-
siêtnego jest kropka, a nie jak w notacji
polskiej przecinek. Mo¿emy u¿ywaæ tak¿e
mno¿ników jednostek: k-kilo, meg-mega,
m-mili, u-mikro, p-piko, n-nano itp. Np.:
33 uF, 2,2 k, 10 mV. Wszystkie opisy ele-
mentu s¹ ruchome i w przypadku gdy na-
chodz¹ na siebie mo¿na je dowolnie
przesuwaæ myszk¹. W uk³adzie koniecznie
musi byæ w³¹czony element masy
GND_ANALOG. Zacznijmy jednak od
tranzystora. Wybieramy z listy tranzystor
o oznaczeniu Q2N2222. Jest to popular-
ny, ma³osygna³owy tranzystor prze³¹cza-
j¹cy. Wstawiamy go w centrum widoku.
Pobieramy nastêpnie z okienka Part Brow-
ser rezystor tak jak opisywa³em powy¿ej
i stawiamy w nieznacznej odleg³oœci od
emitera lub kolektora. Powtórzê, ¿e ele-
ment mo¿na obróciæ poleceniem z me-
nu Rotate lub skrótem klawiszowym
CTRL+R. Zmieniamy wartoœci rezystora
tak jak poprzednio przez klikniêcie na
elemencie lub na wartoœci rezystancji. £¹-
czymy teraz koñcówki elementów za po-
moc¹ polecenia linii Wire lub skrótu
CTRL+W. Mo¿emy prowadziæ liniê do-
wolnie nie krzy¿uj¹c jej z innymi. Dopro-
wadzenie koñca linii do œrodka innej po-
woduje automatyczne utworzenie wêz³a.
Gdy elementy s¹ po³¹czone wstawiamy
nastêpne rezystory i kondensatory (ozna-
czone symbolem - C). Do wejœcia do³¹-
czamy Ÿród³o napiêciowe sinusoidalne
oznaczone symbolem VSIN. Wszystkie
Ÿród³a napiêciowe maj¹ pierwsz¹ literê V
np. VDC, VAC, pr¹dowe zaœ I np. IAC, IDC,
ISIN. Musimy teraz ustawiæ potrzebne
nam parametry Ÿród³a takie jak FREQ -
czêstotliwoœæ, VAMPL (IAMPL) - amplitu-
da napiêcia (pr¹du) sinusoidalnego, VOFF
(IOFF) - sk³adowa sta³a napiêcia (pr¹du).
W naszym przyk³adzie niech VOFF=0,
FREQ=5 kHz, VAMPL=0.5 V. Napiêcie
zasilania Ecc jest Ÿród³em napiêcia sta³ego
oznaczonego symbolem VDC i jego para-
metr DC ustawiamy na 9 V.
Teraz pozostaje ustawiæ w odpowie-
dnie miejsca markery - sondy naszej ana-
lizy. Bêd¹ one wskazywa³y miejsce „po-
miaru” pr¹du, napiêcia lub innego para-
metru uk³adu. Z grupy menu Markers wy-
bieramy polecenie Marker Current into Pin
i wybrany marker pr¹dowy który usta-
wiamy na koñcówce elementu, np.: rezy-
stora Rg oraz RL (Rys. 1).
Program posiada nastêpuj¹ce markery:
Mark Voltage/Level – napiêcie potencja³u
wzglêdem masy;
Mark Voltage Differential – ró¿nica
potencja³ów (dwa markery + i - );
Marker Current into Pin – pr¹d na
koñcówce elementu;
Mark Advanced – lista wielu innych
przydatnych markerów (czêœæ
rzeczywista i urojona,
wzmocnienie, faza itp.).
Przycisk Libraries w okienku Part
Browser (rys. 2) umo¿liwia otworzenie
okienka wyboru odpowiedniej biblioteki
grupuj¹cej poszczególne elementy. U³a-
twia to nam poszukiwanie. Mo¿emy do-
k³adaæ do programu biblioteki zgodne z
formatem bibliotek PSpice (rozszerze-nie
slb i plb). Wielu producentów do³¹cza ta-
kie pliki do swoich katalogów na p³ytach
CD i stronach WWW. Standardowo pakiet
jest wyposa¿ony w nastêpuj¹ce
biblioteki:
Abm
– elementy s³u¿¹ce do matematycz-
nego obrabiania sygna³u.
Analog – elementy bierne (Q- tranzystory,
J - tranzystor JFET, M - tranzystor
MOS, D - diody, R- rezystory, C -
kondensatory, L - cewki, K - cew
ki sprzê¿one, T - linie d³ugie,
E,F,G,H - Ÿród³a sterowane).
Breakout – elementy z tolerancj¹.
Connect – elementy ³¹cz¹ce (z³¹czki).
Eval – elementy pó³przewodnikowe (tran
zystory, diody, uk³ady scalone
analogowe i cyfrowe serii 74).
Port – symbole masy, napiêæ +5V i -5V,
porty.
Source – wszelkiego rodzaju Ÿród³a (auto-
nomiczne i sterowane).
Sourcstm – analogowe i cyfrowe Ÿród³a
konfigurowane (stimulus).
Special – elementy specjalne.
Aby dodaæ now¹ bibliotekê do pro-
gramu nale¿y w menu Options wybraæ
polecenie Editor Configuration....,
w otwartym okienku widzimy listê do³¹-
czonych plików. Naciskamy na przycisk
Library Settings, gdzie mo¿emy dodaæ no-
w¹ bibliotekê. W tym celu nale¿y wpisaæ
w pole Library Name nazwê z œcie¿k¹ do-
stêpu np. C:\program files\Msim_8\lib\marker
i nacisn¹æ przycisk Add. Je¿eli nie znamy
po³o¿enia pliku (œcie¿ki dostêpu) to wci-
skamy przycisk Browse... , mo¿emy teraz
poszukaæ potrzebnej nam biblioteki znaj-
duj¹cej siê gdzieœ na dysku lub p³ycie CD-
ROM. Najlepiej wczeœniej skopiowaæ pliki
o rozszerzeniu slb i plb do katalogu
Msim_8\userlib. Tam biblioteki bêd¹ po-
szukiwane w pierwszej kolejnoœci. Teraz
mo¿emy ju¿ do³¹czaæ elementy z dodat-
kowych plików do naszych schematów.
Po wstawieniu wszystkich elementów
uk³adu (rys.1) i starannym dobraniu od-
powiednich parametrów mo¿emy przy-
st¹piæ do analizy i projektowania p³ytki
drukowanej. Procesy te zaprezentujê
Wam w nastêpnych numerach Praktycz-
nego Elektronika.
Dla osób bardziej dociekliwych pole-
cam czytanie plików pomocy lub bardzo
dobrej ksi¹¿ki opisuj¹cej wczeœniejsze we-
rsje pakietu:
KRZYSZTOF BARANOWSKI, ARTUR WELO, "Sy-
mulacja uk³adów elektornicznych PSPICE Pa-
kiet Design Center" pod redakcj¹ MARIANA
MATUSZYKA. Wydawnictwo EDU-MIKOM,
1996r.
Mo¿liwe jest zamawianie w redakcji
p³yty CD z plikami instalacyjnymi pakietu
omawianej w tym artykule wersji
Evaluation.(Cena 30 z³ + koszty wysy³ki).
à
à Grzegorz Cejko
Rys 3. Okienko zmiany parametrów elementu
23
10/98
cc
Na rynku mo¿na dziœ spotkaæ dwa
zasadnicze typy akumulatorów zasado-
wych:
– niklowo-kadmowe NiCd;
– niklowo-metaliczno-wodorkowe NiMH.
Okreœlenie akumulator zasadowy po-
chodzi od zastosowanego w nim elektro-
litu. Akumulatory zasadowe charaktery-
zuj¹ siê du¿¹ gêstoœci¹ zgromadzonej
w nich energii. Oznacza to ¿e iloœæ mo¿li-
wej do akumulowania energii jest du¿a
w stosunku do masy i objêtoœci akumula-
tora. Innymi ich zaletami s¹:
– du¿e wartoœci pr¹dów roz³adowania;
– d³ugi czas ¿ycia;
– du¿a liczba cykli ³adowania i roz-
³adowywania;
– brak koniecznoœci obs³ugi (uzupe³niania
elektrolitu).
Pierwszy akumulator niklowo-kad-
mowy zosta³ skonstruowany w 1932r, ale
do masowej produkcji zosta³ wprowadzo-
ny dopiero w latach 60-tych, kiedy to po-
jawi³y siê pierwsze pó³przewodniki. Aku-
mulator sk³ada siê z elektrody ujemnej
wykonanej z kadmu i dodatniej wykona-
nej z niklu, st¹d pochodzi jego nazwa
(rys. 1). Jako elektrolit zastosowano
w nim wodny roztwór wodorotlenku po-
tasu. Elektrody, w celu unikniêcia zwarcia,
rozdzielone s¹ porowatym separatorem
wykonanym z tworzywa sztucznego.
Umo¿liwia on swobodny przep³yw elek-
trolitu równoczeœnie izoluj¹c od siebie
dwie metalowe elektrody. W akumulato-
rach cylindrycznych elektrody maj¹ po-
staæ folii, rozdzielonej jak najcieñszym se-
paratorem, zwiniêtej spiralnie. Taki zwój
umieszczony jest w metalowej obudowie
i uzupe³niony o dolny i górny izolator.
Obudowa wype³niona jest elektrolitem
i wyposa¿ona w zawór bezpieczeñstwa
zapobiegaj¹cy powstawaniu nadciœnienia
przy silnym prze³adowaniu, kiedy to po-
wstaj¹cy wewn¹trz akumulatora tlen
i wodór mog³yby rozsadziæ obudowê. Ga-
zy powstaj¹ w czasie ³adowania na skutek
elektrolizy wody i w normalnych warun-
kach s¹ w ca³oœci poch³aniane przez ma-
teria³y z których wykonany jest akumula-
tor, dlatego te¿ nie wymaga on obs³ugi,
czyli uzupe³niania elektrolitu.
Elektroda dodatnia po³¹czona jest
z górnym zaciskiem akumulatora, a ujem-
na z obudow¹. Dziêki zwijanej konstrukcji
elektrod uzyskano bardzo du¿¹ ich po-
wierzchniê, od której zale¿y pojemnoœæ
akumulatora. Du¿e pr¹dy roz³adowania
mo¿liwe s¹ dziêki ma³ej rezystancji we-
wnêtrznej akumulatora uzyskanej przez
zastosowanie bardzo cienkiego se-
paratora.
Akumulatory niklowo-kadmowe daj¹
napiêcie ogniwa ok. 1,2 V. W ogniwie
w pe³ni na³adowanym napiêcie na zaci-
skach wynosi ok. 1,35÷1,5 V, a w ogni-
wie wy³adowanym ok. 0,9÷1,1 V.
W czasie ³adowania do akumulatora
dostarcza siê wiêcej energii ni¿ otrzymuje
siê przy roz³adowaniu. Dla wiêkszoœci
Coraz wiêksz¹ popularnoœci¹ ciesz¹ siê miniaturowe akumulatory
produkowane w typowych obudowach baterii. Niska cena, du¿a
liczba cykli ³adowania i roz³adowywania, oraz coraz wiêksza po-
jemnoœæ przemawiaj¹ za zakupem akumulatorów. Zdecydowana
wiêkszoœæ urz¹dzeñ zasilanych bateryjnie przystosowana jest fa-
brycznie do pracy z akumulatorami. Nie ka¿dy jednak zdaje sobie
sprawê z ich ograniczeñ eksploatacyjnych. Poni¿szy artyku³ po-
zwoli zapoznaæ siê z niebezpieczeñstwami jakie czyhaj¹ na u¿yt-
kowników akumulatorów.
Kontroler napiêcia
akumulatorów w latarce
Rys. 1 Budowa cylindrycznego akumulatora zasadowego NiCd
24
10/98
akumulatorów tego typu przyjmuje siê
wartoϾ doprowadzonej energii jako
140% pojemnoœci znamionowej akumu-
latora, oznaczanej jako wspó³czynnik ³a-
dowania 1,4. Normalny pr¹d ³adowania
wynosi 0,1C w czasie 14÷16 godz. (dla
16 godzin wspó³czynnik ³adowania wy-
nosi 1,6). Pr¹d ³adowania mo¿na okreœliæ
na podstawie wzoru:
gdzie:
I [A] - pr¹d ³adowania;
1,4 - wspó³czynnik ³adowania;
Q [Ah] - pojemnoϾ znamionowa, poda-
wana tak¿e w [mAh];
t [h] - czas ³adowania (h - hour, ang.
godzina).
PojemnoϾ znamionowa akumulato-
ra C definiowana jest jako iloczyn czasu
i pr¹du roz³adowania. Wartoœæ pr¹du do-
brana jest w taki sposób aby po czasie
roz³adowania wynosz¹cym 5 godzin
otrzymaæ napiêcie na zaciskach akumula-
tora równe 1,0 V. Roz³adowanie przepro-
wadza siê sta³ym pr¹dem w tempe-
raturze 20±5oC.
Przy podawaniu pr¹dów zarówno ³a-
dowania i roz³adowania stosuje siê czêsto
pojêcie pr¹du roz³adowania, odniesione-
go do pojemnoœci znamionowej akumu-
latora, oznaczanego jako C lub CA:
gdzie:
Q [Ah] - pojemnoϾ znamionowa;
t [h] - czas roz³adowywania;
CA [A] - pr¹d roz³adowania.
W praktyce pr¹d roz³adowania zapi-
sywany jest w nieco innej postaci. Dla
przyk³adu roz³adowuj¹c akumulator
w jednej godziny otrzymuje siê wartoœæ
pr¹du liczbowo równ¹ pojemnoœci aku-
mulatora. Dla akumulatora o pojemnoœci
1 Ah wartoœæ pr¹du roz³adowania wynosi
1 A przez jedn¹ godzinê, czyli C = 1 A,
jest to tak zwany pr¹d jednogodzinny 1C.
Dla tego samego akumulatora roz³adowy-
wanego przez 10 godzin pr¹d przyjmuje
wartoϾ 0,1 A, a C = 0,1 A, jest to tak
zwany pr¹d dziesiêciogodzinny zapisywa-
ny jako 0,1C. Podobnie jest dla innych
czasów roz³adowania. Zatem operuj¹c
wielkoœci¹ pr¹du C mo¿na opisywaæ znor-
malizowan¹ wielkoœæ pr¹du odniesion¹
do pojemnoœci akumulatora.. Umo¿liwia
to podawanie uniwersalnych wartoœci
pr¹du dla akumulatorów o ró¿nych po-
jemnoœciach. Poni¿szy przyk³ad ilustruje
t¹ zale¿noœæ.
Akumulator o pojemnoœci
Q=1200 mAh:
1C = 1,2 A - pr¹d jednogodzinny;
0,1C = 0,12 A - pr¹d dziesiêciogodzinny;
4C = 4,8 A - pr¹d piêtnastominutowy;
5C = 6A - pr¹d dziesiêciominutowy.
Akumulator o pojemnoœci
Q = 0,75 Ah:
1C = 0,75 A - pr¹d jednogodzinny;
0,1C = 0,075A-pr¹d dziesiêciogodzinny;
4C = 3,0 A - pr¹d piêtnastominutowy;
5C = 3,75 A - pr¹d dziesiêciominutowy.
Maksymalny ci¹g³y pr¹d roz³adowy-
wania akumulatorów NiCd nie powinien
przekraczaæ 8÷10C. Przy takim du¿ym
poborze pr¹du akumulator roz³adowuje
siê w ci¹gu ok. 4÷5 minut. Impulsowo
mo¿liwy jest pobór pr¹du nawet
do 100C.
Na rysunku 2a przedstawiono zale¿-
noœæ napiêcia na zaciskach akumulatora
w funkcji pojemnoœci roz³adowanej dla
ró¿nych wartoœci pr¹du roz³adowania.
Okazuje siê, ¿e im wiêkszym pr¹dem roz-
³adowujemy akumulator, tym mniej jego
energii mo¿emy wykorzystaæ (dla pr¹du
4C tylko 65%). Drugi wykres (rys. 2b)
przedstawia wp³yw temperatury na pro-
ces roz³adowania. Dane te dotycz¹ wszy-
stkich akumulatorów NiCd, choæ w zale¿-
noœci od typu i producenta mog¹ siê nie-
znacznie ró¿niæ.
Akumulatory niklowo-metaliczno-
wodorkowe NiMH powsta³y w po³owie
lat 70-tych. Gêstoœæ energii w akumulato-
rach tego typu jest jeszcze wiêksza ni¿
w akumulatorach NiCd, co jest ich naj-
wiêksz¹ zalet¹. Na rynku mo¿na spotkaæ
akumulatory w obudowie baterii R6
o pojemnoœci nawet 1500 mAh. Napiêcie
ogniwa wynosi 1,2 V. Ogniwo w pe³ni na-
³adowane ma napiêcie 1,45÷1,50 V,
a wy³adowane 1,0 V.
Zasada dzia³ania ogniwa NiMH pole-
ga na magazynowaniu gazowego wodoru
w stopie metalu. P³ytka niklowa tworzy
elektrodê dodatni¹, a elektrod¹ ujemn¹
jest specjalny stop metali ziem rzadkich:
niklu, magnezu, aluminium i kobaltu,
Proporcje wszystkich sk³adników decydu-
j¹ o pojemnoœci akumulatora i stanowi¹
œciœle strze¿on¹ tajemnicê producentów.
Podczas ³adowania i roz³adowywania wo-
dór przemieszcza siê pomiêdzy elektroda-
mi gromadz¹c, lub oddaj¹ energiê.
Do wad akumulatorów NiMH nale¿y
zaliczyæ mniejsz¹ szybkoœæ ³adowania. Nie
dotyczy to cyklu dziesiêciogodzinnego,
dla którego wspó³czynnik ³adowania wy-
nosi tak¿e 1,4. Problemy zaczynaj¹ siê
przy ³adowaniu szybkim. Minimalny czas
³adowania ogniwa wynosi ok. 1 godziny.
Podobnie jest te¿ z roz³adowywaniem.
Nie zaleca siê pr¹dów roz³adowania
wiêkszych ni¿ 3 do 5C. Zalet¹ ogniw jest
brak „efektu pamiêciowego”
¯ywotnoœæ wspó³czesnych akumula-
torów wynosi ok. 800÷1000 cykli ³ado-
wania i roz³adowywania, pod warunkiem
¿e s¹ eksploatowane w sposób prawid³o-
wy. Na zmniejszenie ¿ywotnoœci ma
wp³yw zbyt du¿a temperatura która wy-
twarza siê przy szybkim ³adowaniu i po-
woduje degradacjê materia³ów z których
wykonany jest akumulator. Wp³yw tem-
peratury zaznacza siê podczas ³adowania
pr¹dami wiêkszymi od 0,3C. Dla wiêkszo-
œci zwyk³ych ³adowarek o pr¹dzie 0,1C jej
wp³yw na ¿ywotnoœæ akumulatora mo¿na
pomin¹æ.
Drugim bardzo wa¿nym czynnikiem
jest prawid³owe roz³adowanie akumula-
tora. Jego ¿ywotnoœæ maleje przy bardzo
silnym roz³adowaniu. Dlatego nale¿y uni-
kaæ roz³adowania poni¿ej 0,9 V na ogni-
wo. Jest to szczególnie wa¿ne gdy akumu-
lator sk³ada siê z wielu ogniw, lub kilka
ogniw po³¹czonych jest szeregowo. Ró¿-
nice w pojemnoœci rzeczywistej akumula-
torów mog¹ byæ na tyle du¿e, ¿e jeden
z nich roz³aduje siê prêdzej ni¿ drugi.
Przyczyn¹ tego mo¿e byæ tak¿e nierówne
na³adowanie akumulatorów. W efekcie
nierównomiernego roz³adowania mo¿na
doprowadziæ do sytuacji, kiedy napiêcie
na jednym akumulatorze spadnie do 0,9
Rys. 2 Napiêcie na zaciskach akumulatora
podczas roz³adowania w funkcji:
a) pr¹du roz³adowania,
b) temperatury akumulatora
25
10/98
V, a na drugim do 0,2 V. Mo¿e te¿ wyst¹-
piæ odwrócenie polaryzacji najbardziej
roz³adowanego akumulatora. Wszystkie
te czynniki powoduj¹ skracanie czasu ¿y-
cia akumulatorów. Wskazane jest przyj¹æ
zasadê, ¿e w jednym komplecie, korzysta
siê z akumulatorów o tej samej pojemno-
œci, tego samego producenta i zakupio-
nych w jednym czasie.
Wiêkszoœæ urz¹dzeñ przeznaczonych
do zasilania bateryjnego i akumulatoro-
wego posiada uk³ady kontroli napiêcia,
które wy³¹czaj¹ pobór pr¹du gdy napiê-
cie na zaciskach akumulatora spadnie po-
ni¿ej wartoœci 0,9÷1,0 V na ogniwo. Za-
pobiega to nadmiernemu roz³adowaniu
akumulatorów i skróceniu czasu ¿ycia.
W niektórych uk³adach nie ma jednak ta-
kich zabezpieczeñ. Najprostszym z nich
jest latarka. Poni¿ej przedstawiamy prosty
uk³ad kontroli napiêcia na akumu-
latorach.
Uk³ad zbudowano na tranzystorach,
chc¹c zapewniæ pracê przy minimalnym
napiêciu 2,0 V. Co prawda mo¿na znaleŸæ
wzmacniacze operacyjne pracuj¹ce przy
takim napiêciu, ale s¹ one doœæ drogie.
Uk³ad sk³ada siê z komparatora T1 i T2
pracuj¹cego w uk³adzie wzmacniacza ró¿-
nicowego. Napiêcie odniesienia ok. 1,2 V
otrzymywane na diodach uniwersalnych
D1, D2 doprowadzone jest do wejœcia
komparatora (baza T1). Natomiast napiê-
cie mierzone, bêd¹ce równoczeœnie na-
piêciem zasilania doprowadza siê do dru-
giego wejœcia komparatora (baza T2) za
poœrednictwem regulowanego dzielnika
P1, RX, R6. Rezystor R5 wprowadza do
uk³adu niewielk¹ histerezê eliminuj¹c¹
oscylacje w chwili prze³¹czania siê
komparatora.
W sytuacji gdy napiêcie zasilania do-
prowadzane z zacisków akumulatora jest
wy¿sze ni¿ ustawiony próg tranzystor T2
jest nasycony, a T1 zatkany. W efekcie te-
go zatkaniu ulega tak¿e tranzystor T3
i dioda LED D3 pozostaje zgaszona.
Obni¿anie siê napiêcia zasilaj¹cego
powoduje, ¿e wartoœæ napiêcia na bazie
T2 zmniejsza siê, natomiast na bazie T1
pozostaje sta³a dziêki stabilizacyjnemu
dzia³aniu diod. Na skutek tego tranzystor
T2 zatyka siê, a T1 nasyca, powoduj¹c
tak¿e nasycenie T3 i zapalenie diody LED.
Uk³ad wymaga stosowania ró¿nych
wartoœci rezystorów RX i RY w zale¿noœci
od napiêcia pracy. Wartoœci te podano na
schemacie ideowym (rys. 3). Z uwagi na
niskie minimalne napiêcie pracy zaleca
siê stosowanie diody LED o kolorze czer-
wonym. Przy czym nale¿y wybraæ diodê
która œwieci ju¿ przy spadku napiêcia
1,6 V. Nie nadaj¹ siê do tego celu diody
super jasne i o podwy¿szonej jasnoœci
pracuj¹ce ze spadkiem napiêcia 2,1 V.
Regulacja uk³adu jest bardzo prosta.
Urz¹dzenie pod³¹cza siê do zasilacza re-
gulowanego. Na jego wyjœciu ustawia siê
napiêcie takie jak ma kontrolowaæ uk³ad.
Na przyk³ad dla latarki lub innego urz¹-
dzenia zasilanego dwoma ogniwami
NiCd powinno to byæ napiêcie 2 V (na-
piêcie roz³adowania 1,0 V na ogniwo).
Z kolei dla trzech ogniw 3 V itd. Potencjo-
metr P1 ustawia siê w takiej pozycji, aby
dioda D3 by³a na granicy œwiecenia. Nie-
wielkie zwiêkszenie napiêcia zasilania po-
winno spowodowaæ zgaœniêcie diody,
a niewielkie zmniejszenie powoduje za-
palenie diody pe³nym œwiat³em, co ozna-
cza wy³adowanie akumulatorów i dalsze
zaprzestanie ich eksploatacji.
P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zalicze-
niem pocztowym. P³ytki mo¿na zama-
wiaæ w redakcji PE.
Cena: 1,50 z³ + koszty wysy³ki.
Podzespo³y elektroniczne mo¿na zama-
wiaæ w firmie LARO - patrz IV strona
ok³adki.
429
Rys. 3 Schemat ideowy kontrolera napiêcia akumulatora
à
à mgr in¿. Dariusz Cichoñski
Pó³przewodniki
T1, T2
– BC 547B
T3
– BC 557B
D1, D2
– 1N4148
D3
–
LED kolor œwiecenia czerwony,
patrz opis w tekœcie
Rezystory
R4
– 2,2 kV
V
/0,125 W
R1
– 5,1 kV
V
/0,125 W
R2, R3
– 10 kV
V
/0,125 W
R6, R7
– 47 kV
V
/0,125 W
R5
– 470 kV
V
/0,125 W
RX
– patrz schemat ideowy
RY
– patrz schemat ideowy
P1
– 100 kV
V
TVP 1232
p³ytka drukowana
numer 429
Wykaz elementów:
429
T
P1
RY
RX
R6
D1
D2
R4
D3
LED
T3
R7
+
R5
R3
T2
T1
R2
R1
Rys. 4 P³ytka drukowana i rozmieszczenie
elementów
DLA ZAKRESU 2÷4V RX=22k, RY=100
W
DLA ZAKRESU 4÷6V RX=120k, RY=240
W
DLA ZAKRESU 6÷8V RX=220k, RY=680
W
D1,D2 – 1N4148
T1,T2 – BC547B
LATARKA
D2
2,2k
47k
R6
R4
D3
LED
RY
470k
R5
T1
T2
RX
AKUMULATOR
D1
R7
BC557B
R2
10k
10k
R3
P1
100k
+
5,1k
47k
R1
Z
.
–
W£1
T3
+Uz
Opis uk³adu
26
10/98
Pó³przewodniki
Rezystory
Do budowy odbiornika wykorzysta-
no nowoczesne uk³ady scalone firmy Phi-
lips. Zasadnicza czêœæ odbiorcza wykorzy-
stuje uk³ad TDA 7088T. Jest to uk³ad
w obudowie typu SO16 przewidzianej
do monta¿u powierzchniowego. Zawiera
w swoim wnêtrzu:
– pe³ny tor odbiorczy FM mono z
demodulatorem,
– obwód wyciszania,
– uk³ad automatycznego przestrajania
wspó³pracuj¹cy z zewnêtrzn¹ diod¹
pojemnoœciow¹,
– zabezpieczenie przed odwrotn¹
polaryzacj¹ zasilania.
Minimalne napiêcie zasilania wynosi
1,8 V co pozwala na zasilanie napiêciem
3 V (dwa ogniwa R6). Maksymalne na-
piêcie zasilania nie powinno przekroczyæ
5 V. Typowy pobór pr¹du wynosi 5,2 mA.
Zakres temperatur pracy -10÷+70° C
pozwala na u¿ywanie przy lekkim mrozie
jak i przy upale. Uproszczony schemat
blokowy uk³adu prezentuje rys. 1.
Sygna³ wejœciowy z anteny jest do-
prowadzany do szerokopasmowego uk³a-
du wejœciowego z indukcyjnoœci¹ L1 i da-
lej do mieszacza M. Do mieszacza dopro-
wadzony jest tak¿e sygna³ z generatora
przestrajanego napiêciem VCO. Czêstotli-
woœci obu tych sygna³ów ró¿ni¹ siê jedy-
nie o 70 kHz. Tak¹ czêstotliwoœæ ma sy-
gna³ poœredniej czêstotliwoœci wydzielany
przez œrodkowoprzepustowy filtr RC (F).
Nastêpnie sygna³ poœredniej czêstotliwo-
œci jest wzmacniany we wzmacniaczu
ograniczaj¹cym O i podawany do demo-
dulatora czêstotliwoœci DFM i demodula-
tora amplitudy D.
Koncepcja tak niskiej czêstotliwoœci
poœredniej umo¿liwi³a wyeliminowanie
tradycyjnych filtrów LC ze wzmacniacza
poœredniej czêstotliwoœci. Generator VCO
pracuje w uk³adzie pêtli regulacji czêsto-
tliwoœci (z angielskiego FLL) zapewniaj¹c
dostrojenie do czêstotliwoœci œrodkowej
filtru RC (F) zastosowanego na wejœciu
wzmacniacza ograniczaj¹cego p.cz. (O).
Zadaniem demodulatora amplitudy
jest wytworzenie sygna³u STOP zatrzymu-
j¹cego uk³ad przestrajania. Jest on tak¿e
wykorzystywany do wyciszania sygna³u
m.cz. Sygna³ wyjœciowy z demodulatora
czêstotliwoœci jest wykorzystywany po-
trójnie. Sk³adowa zmienna jako sygna³
wyjœciowy m.cz.. Sk³adowa sta³a przez
wzmacniacz W1 s³u¿y do dok³adnego do-
strajania generatora VCO. Sk³adowa sta³a
z wyjœcia wzmacniacza W2 wykorzysty-
wana jest przez uk³ad przestrajania UP.
Napiêcie wyjœciowe uk³adu przestra-
jania jest pobierane z kondensatora C1
i przez rezystor R podawane do diody po-
jemnoœciowej D. Zmiana pojemnoœci dio-
dy przestraja zewnêtrzny obwód genera-
tora VCO z indukcyjnoœci¹ L2. Mikroprze-
³¹cznik R s³u¿y do ustawienia najni¿szej
czêstotliwoœci odbieranej, po krótkotrwa-
³ym zwarciu kondensatora C1. Mikroprze-
27
Prezentujemy konstrukcjê miniaturowego odbiornika s³uchawko-
wego nadaj¹cego siê do noszenia jako tzw. walkman radiowy.
Odbiornik nie wymaga k³opotliwych do zdobycia filtrów poœre-
dniej czêstotliwoœci i kondensatora zmiennego. Wymiary p³ytki
drukowanej dostosowano do typowej obudowy dostêpnej w skle-
pach z czêœciami elektronicznymi.
10/98
Kieszonkowy odbiornik
stereofoniczny UKF FM
Opis podzespo³ów
+
UP
R
C1
UW
W2
START
DOSTR.
STOP
m.cz.
WY
R
L2
VCO
D
W1
D
DFM
O
F
M
L1
WE
w.cz.
C2
S
+
Rys. 1 Schemat blokowy TDA7088T
³¹cznik S uruchamia przestrajanie do ko-
lejnej stacji za pomoc¹ sygna³u START. Sy-
gna³ stopu jest wytwarzany automatycz-
nie zatrzymuj¹c przestrajanie z uk³adu UP.
Dalsze dostrojenie VCO (dok³adne) odby-
wa siê przez wzmacniacz W1.
Obwód wyjœciowy UW realizuje
funkcjê wyciszania. Zmniejsza to
znacznie szumy podczas przestrajania
automatycznego.
Kolejnym uk³adem jest dekoder
stereofoniczny TDA 7040T. Tak¿e w obu-
dowie przewidzianej do monta¿u
powierzchniowego (SO8). W swoim wnê-
trzu zawiera:
– filtr dolnoprzepustowy eliminuj¹cy
sk³adowe poœredniej czêstotliwoœci
70 kHz,
– generator VCO 228 kHz,
– detektor pilota i uk³ad za³¹czania
stereo,
– uk³ad t³umienia zak³óceñ,
– dekoder prze³¹cznikowy.
Minimalne napiêcie zasilania wynosi
tak¿e 1,8 V. Maksymalne napiêcie nie po-
winno przekroczyæ 6 V. Typowa wartoœæ
pobieranego pr¹du - 3 mA.
Wzmacniacz ma³ej czêstotliwoœci to
tak¿e uk³ad firmy Philipsa o oznaczeniu
TDA 7050. Tym razem w typowej osmio-
nó¿kowej obudowie DIP8 charaktery-
stycznej dla wzmacniaczy operacyjnych.
Zawiera w swoim wnêtrzu dwa wzmac-
niacze mocy o ustalonym wzmocnieniu
przeznaczone do wysterowania s³ucha-
wek stereofonicznych. Wymaga minimal-
nej iloœci elementów zewnêtrznych i pra-
cuje poprawnie przy napiêciu zasilania
oko³o 2 V, co pozwala na zastosowanie
zasilania bateryjnego 3 V. Typowy pobór
pr¹du jest rzêdu 3 mA.
Jego wzmocnienie napiêciowe
wynosi 26 dB. Moc wyjœciowa pzy
napiêciu zasilania 3 V i typowej dla
s³uchawek rezystancji obci¹¿enia 32 V
wynosi 35 mW. Maksymalne napiêcie
zasilania nie powinno przekroczyæ 6 V.
Antena prêtowa stosowana w od-
biornikach przenoœnych, w odbiorniku
kieszonkowym jest nie do przyjêcia. Dla-
tego jako antenê odbiornika wykorzysta-
my przewód s³uchawek. Separacjê prze-
wodu s³uchawkowego od masy dla sy-
gna³ów w.cz. zapewniaj¹ d³awiki w.cz.
do³¹czone do jego ¿y³ (D£1, D£2, D£3).
Sygna³ w.cz. indukowany w przewo-
dzie masy s³uchawek jest podawany
przez dzielnik pojemnoœciowy C1, C3 do
obwodu wejœciowego z indukcyjnoœci¹
L1. Wejœcie mieszacza to wyprowadzenia
11 i 12 US1. Wyprowadzenie 12 jest blo-
kowane kondensatorem C5 do masy.
Do wyprowadzenia 5 i „+” zasilania
do³¹czony jest obwód rezonansowy gene-
ratora, sk³adaj¹cy siê z indukcyjnoœci L2
i szeregowo po³¹czonych diody pojemno-
œciowej D1 i kondensatora C13.
Do anody diody pojemnoœciowej, re-
zystorem R1 doprowadzane jest napiêcie
przestrajania z wyprowadzenia 16 (US1).
Napiêcie to jest filtrowane kondensato-
rem C8. Katoda diody do³¹czona jest
przez indukcyjnoœæ L2 do „+” zasilania.
Zwarcie styków W£2 (R) zwiera
kondensator C8. Napiêcie na wypro-
wadzeniu 16 jest zbli¿one do napiêcia
zasilania. Dioda jest wtedy polaryzo-
wana minimalnym napiêciem i posiada
najwiêksz¹ pojemnoœæ, co odpowiada
najmniejszej czêstotliwoœci sygna³u od-
bieranego (oko³o 88 MHz).
Krótkotrwa³e zwarcie styków W£1 (S)
uruchamia przestrajanie. Napiêcie na wy-
prowadzeniu 16 zmniejsza siê. Wzrasta
28
10/98
Schemat ideowy i dzia³anie
R6
22k
,, S
,,
R
,,
100n
R1 5,6k
100n
W£1
W£2
P2
100k
C25
8
1
C8
100n
C23
270p
C24
C28
100n
220n
16
15
2
1
100n
C15
10n
C27
4,7k
R8
7
2
TDA7040T
470p
C7
C22
100k
120k
US3
10n
220p
100n
C6
14
13
4
3
22n
C14
C21
10n
R7
P3
100n
6
3
220n
TDA 7088T
US1
C5
C4
680p
BB105G
5
4
82p
68p
C2
330p
L1
12
11
6
5
L2
D1
C13
mF
C26
220n
C17
C16
k
C1
C3
100
10
9
8
7
C10
3,3n
180p
C11
C12
5
4
T
R10
100
100k
R9
100
mF
D£3
C9
3,9n
TDA7050
6
3
D£2
C20
R4
10
W
P
10
W
P1’
22k
US2
10
W
mF
100
R2
22k
7
2
100
R3
C19
D£1
mF
L
P1
8
1
C18
–
W£3
+
3V
Rys. 2 Schemat ideowy
napiêcie polaryzuj¹ce diodê i nastêpuje
przestrajanie odbiornika w kierunku wy-
¿szych czêstotliwoœci. Natrafienie na sta-
cjê radiow¹ zatrzymuje zmianê napiêcia
przestrajania. Kolejne zwarcie styków
W£1 uruchomi dalsze przestrajanie.
Pe³ny zakres zmiany napiêcia prze-
strajania nie przekracza 1,5 V. Wymaga to
zastosowania diody pojemnoœciowej
o du¿ym nachyleniu charakterystyki po-
jemnoœci w zakresie 0,5÷2 V. Najlepiej
do tego celu nadaje siê dioda BB 910 za-
lecana przez Philipsa. W proponowanym
rozwi¹zaniu zastosowano dostêpn¹ po-
wszechnie diodê BB 105G. Mo¿na zasto-
sowaæ mniej popularne diody BB 105B.
Od jakoœci diody bêdzie zale¿a³o uzyska-
nie pe³nego zakresu przestrajania
88÷108 MHz.
Kondensatory C9, C10, C11 ustalaj¹
czêstotliwoœæ filtru œrodkowoprzepusto-
wego wzmacniacza poœredniej czêstotli-
woœci. Ich dobór nie jest krytyczny, po-
niewa¿ generator VCO dostraja siê zawsze
do charakterystyki filtru.
Kondensator C15 wykorzystany jest
w uk³adzie wyciszania sygna³u wyjœciowe-
go, który uzyskujemy na wyprowadzeniu
2 US1. Podczas przestrajania sygna³ wyj-
œciowy jest wyciszony. Po dostrojeniu wy-
ciszanie wy³¹cza siê automatycznie.
Przez rezystor nastawny P2 i konden-
sator C25, z³o¿ony sygna³ stereofoniczny
z US1 podawany jest do wejœcia dekode-
ra (8 US3). Rezystorem nastawnym P2
ustala siê wzmocnienie stopnia wejœcio-
wego dekodera. Kondensator C24 zapew-
nia korekcjê górnych czêstotliwoœci. P2
mo¿na zast¹piæ rezystorem o dobranej re-
zystancji z przedzia³u 33÷68 kV. Zmniej-
szenie rezystancji zwiêksza wzmocnienie
i obni¿a próg zadzia³ania dekodera.
Obwód R8, C27, C28 stanowi filtr
uk³adu PLL odtwarzaj¹cego sygna³ pod-
noœnej (38 kHz) niezbêdny dla pracy de-
kodera. C23 do³¹czone jest w uk³adzie
detekcji pilota i automatycznego prze³¹-
czania mono - stereo. Rezystor nastawny
P3 s³u¿y do dostrojenia generatora VCO
uk³adu PLL. Mo¿liwe jest zast¹pienie P3
rezystorem o rezystancji oko³o 47 kV.
Sygna³ wyjœciowy kana³u prawego
uzyskuje siê na wyprowadzeniu 5, a sy-
gna³ kana³u lewego na wyprowadzeniu 6
(US3). Kondensatory C21 i C22 z rezy-
stancjami wyjœciowymi dekodera (oko³o
5 kV) realizuj¹ uk³ady deemfazy.
Rezystory R9 i R10 zmniejszaj¹ sy-
gna³ podawany na potencjometry P1, P1’
i w efekcie sygna³ wyjœciowy, daj¹c zabez-
pieczenie uszu s³uchacza. Sygna³y z suwa-
ków potencjometrów P1, P1’ podawane
s¹ do wejœæ 2 i 3 US2. Sygna³y wyjœciowe
uzyskuje siê na wyprowadzeniach 6 i 7
wzmacniacza. Rezystory R3 i R4 zabez-
pieczaj¹ dodatkowo wyjœcia wzmacnia-
cza. Przez kondensatory C19, C20 i d³a-
wiki D£1, D£2 sygna³ wyjœciowy podawa-
ny jest do s³uchawek.
Napiêcie zasilania blokowane jest
kondensatorem C18. Zasilanie uk³adów
US1 i US3 jest filtrowane rezystorem R2
i kondensatorami C12, C26, C6. Pobór
pr¹du bez wysterowania przy napiêciu
zasilaj¹cym 3 V wynosi oko³o 12 mA.
Do budowy odbiornika nale¿y skom-
pletowaæ elementy o ma³ych wymiarach
zewnêtrznych. Dotyczy to zw³aszcza kon-
densatorów. Przed monta¿em wskazane
jest dopasowanie p³ytki drukowanej do
posiadanej obudowy. Przewidziano wy-
korzystanie obudowy z tworzywa o ozna-
czeniu Z-32. Obudowa ta ma miejsce na
baterie. Do umieszczenia i pod³¹czenia
dwóch ogniw R6 mo¿na zastosowaæ poje-
mnik oznaczany BC-223. Aby uzyskaæ
mo¿liwoœæ wymiany ogniw nale¿y odci¹æ
z jednej strony pojemnika uchwyty przy-
trzymuj¹ce ogniwa. Przewody zasilaj¹ce
p³ytkê dolutowaæ bezpoœrednio do kon-
taktów pojemnika.
Przed przyst¹pieniem do monta¿u
dopasowaæ otwory w p³ytce do posiada-
nych elementów. Nastêpnie przyst¹piæ
do nawiniêcia cewek. Cewki L1 i L2 nawi-
n¹æ na trzpieniu (wiertle) o œrednicy
4 mm drutem nawojowym o œrednicy
0,5÷0,6 mm. Iloœæ zwojów wynosi 6,5–
nawin¹æ pe³ne 6 zwojów i dowin¹æ tro-
chê wiêcej jak 0,5 zwoju dla uzyskania
wyprowadzeñ z jednej strony cewki bez
potrzeby ich doginania (tzw. krêpowa-
nia). Wyprowadzenia o d³ugoœci 4 mm
oczyœciæ z izolacji i pocynowaæ. D³awiki
wykonaæ przez nawiniêcie 15,5 zwoju dru-
tu nawojowego o œrednicy 0,4÷0,5 mm
na trzpieniu o œrednicy 3 mm.
Cewki i d³awiki zamontowaæ bezpo-
œrednio na powierzchni p³ytki. Nastêpnie
zamontowaæ zwory, elementy RC i na za-
koñczenie pó³przewodniki.
Szczególnej starannoœci wymaga
monta¿ (lutowanie) uk³adów scalonych
US1 i US3. Uk³ady te nale¿y zamontowaæ
od strony œcie¿ek korzystaj¹c z lutownicy
o cienkim grocie, zasilanej napiêciem
bezpiecznym 24 V. Na p³ytce zaznaczono
po³o¿enie wyprowadzeñ nr 1. Wypro-
wadzenie 1 znajduje siê po stronie uk³adu
scalonego ze œciêciem na górnej kra-
wêdzi. Po lutowaniu sprawdziæ czy nie
ma zwaræ korzystaj¹c z lupy.
Po zamontowaniu elementów regu-
1
1
428
1 1
C19
C18
R2
+
W£3
TDA
7050
R3
R4
D
£
2
C16
R6
C12
C2
C1
C3
C4
C6
C7
C5
L1
C9
–
3V
US2
C20
D£1
C27
R8
R7
P1
C28
C26
R9
R10
17
C24
P2
C8
C10
L2
C14
C15
D1
C13
R1
C11
D£3
C25
C22
C21
C23
US3
US1
W£1
W£2
Rys. 3 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów
29
10/98
1
428
1
Monta¿ i uruchomienie
lacji i gniazda s³uchawkowego, wykonaæ
w górnej czêœci obudowy otwory umo¿li-
wiaj¹ce dostêp do potencjometru si³y
g³osu, wy³¹cznika zasilania W£3 i przyci-
sków W£1, W£2. Mikroprze³¹czniki W£1,
W£2 powinny mieæ d³ugie trzpienie, aby
wystawa³y oko³o 2 mm nad powierzchniê
obudowy (podobnie wy³¹cznik W£3). Na
krótszej œciance bocznej wykonaæ otwór
do wyprowadzenia gniazda s³uchawko-
wego. Do ustalenia po³o¿enia p³ytki
w obudowie przewidzieæ wsporniki.
Po sprawdzeniu poprawnoœci monta-
¿u mo¿na przyst¹piæ do uruchamiania
odbiornika. Do tego celu niezbêdny
bêdzie multimetr i inny odbiornik
radiowy UKF FM na zakres CCIR
(87,5÷108 MHz). Oczywiœcie potrzebne
bêd¹ dwa ogniwa R6 lub zasilacz siecio-
wy 3 V. Napiêcie z zasilacza musi byæ sta-
rannie odfiltrowane (stabilizowane).
Rezystory nastawne ustawiæ w œrod-
kowe po³o¿enia, a potencjometr P1 na
minimum si³y g³osu. Do³¹czyæ zasilanie
przez miliamperomierz. Pobór pr¹du nie
powinien przekraczaæ 12 mA. Przekrocze-
nie tej wartoœci mo¿e oznaczaæ zwarcie
w obwodzie zasilania na p³ytce, które na-
le¿y zlokalizowaæ i usun¹æ.
Sprawdziæ napiêcia zasilania na po-
szczególnych uk³adach scalonych (US1 –
wyprowadzenie 4, US2 – wyprowadze-
nie 8, US3 – wyprowadzenie 4). Wartoœci
tych napiêæ powinny byæ zbli¿one do 3 V.
Napiêcia na wyprowadzeniach 6 i 7 US2
powinny wynosiæ oko³o 1,5 V.
Do³¹czyæ s³uchawki stereofoniczne
o typowej rezystancji 32 V. Potencjometr
P1 ustawiæ na maksimum si³y g³osu. Jeœli
nie s³ychaæ audycji lub szumu, przytkn¹æ
palec za poœrednictwem œrubokrêta do
wejœcia dekodera. Powinien daæ siê s³y-
chaæ przydŸwiêk sieci. Jeœli nic nie s³ychaæ
trzeba sprawdziæ tor sygna³owy i usun¹æ
ewentualn¹ usterkê. PrzydŸwiêk powi-
nien byæ s³yszalny w obu s³uchawkach.
Lekko rozgi¹æ zwoje cewki L2. Nieco
wiêcej rozci¹gn¹æ zwoje cewki L1. Wcis-
n¹æ przycisk W£2 (R). Po ustaleniu ma-
ksymalnego napiêcia na wyprowadzeniu
16 US1, zacznie siê ono zmniejszaæ. Roz-
pocznie siê automatycznie przestrajanie,
które powinno zatrzymaæ siê na jakiejœ lo-
kalnej stacji UKF. Napiêcia tego nie da siê
zmierzyæ typowym multimetrem. Wyma-
gana jest du¿a rezystancja wejœciowa wol-
tomierza (rzêdu 100 MV). Brak odbioru
wymaga wyszukania nieprawid³owoœci
monta¿u lub wadliwego elementu.
Korzystaj¹c z odbiornika „wzorcowe-
go” okreœliæ czêstotliwoœæ odbieranego
sygna³u. Nacisn¹æ krótkotrwale przycisk
W£1 (S). Odbiornik powinien przestroiæ
siê na stacjê o wiêkszej czêstotliwoœci.
Sprawdzaæ odbiornikiem „wzorcowym”
kolejne czêstotliwoœci odbieranych sygna-
³ów. W pewnym momencie odbiornik
przestanie siê przestrajaæ, co œwiadczy
o osi¹gniêciu najwy¿szej czêstotliwoœci
odbieranej. Dociskaj¹c lub rozginaj¹c
zwoje cewki L2 uzyskaæ odbiór stacji
o czêstotliwoœci najbli¿szej 108 MHz.
Rozci¹ganie cewki zwiêksza odbieran¹
czêstotliwoœæ (zmniejsza indukcyjnoœæ),
a œciskanie zwojów zmniejsza czêstotli-
woœæ (zwiêksza indukcyjnoœæ).
Wcisn¹æ przycisk „R” i sprawdziæ jak¹
najni¿sz¹ czêstotliwoœæ odbiera odbior-
nik. Jeœli jest zbli¿ona do 88 MHz lub ni¿-
sza, to strojenie mo¿na zakoñczyæ. Jeœli
bêdzie wy¿sza, nale¿y zwiêkszyæ indukcyj-
noœæ L2 (œcisn¹æ lekko zwoje) i sprawdziæ
najni¿sz¹ czêstotliwoœæ odbieran¹ a na-
stêpnie najwy¿sz¹. Mo¿e siê okazaæ wska-
zanym rozwi¹zanie kompromisowe. Trze-
ba bêdzie wybraæ czy bardziej zale¿y nam
na dolnych czêstotliwoœciach odbiera-
nych, czy górnych. Inna ewentualnoœæ to
dobieranie diod pojemnoœciowych, dla
uzyskania pe³nego pokrycia zakresu.
Cewkê L1 nale¿y dostroiæ na œrodko-
wej czêstotliwoœci zakresu, w³aœciwe jej
zestrojenie poprawia dostrajanie siê
odbiornika na najni¿szych odbieranych
czêstotliwoœciach. Powinna byæ nieco bar-
dziej rozci¹gniêta ni¿ cewka L2.
Strojenie dekodera stereofonicznego
nale¿y wykonaæ zdaj¹c siê na s³uch.
W tym celu zmniejszyæ rezystancjê P2 do
oko³o 33 kV (zwiêkszenie wzmocnienia
wejœcia dekodera). Dostroiæ siê do najle-
piej odbieranej stacji stereofonicznej. Po-
krêcaj¹c suwakiem rezystora nastawnego
P3 okreœliæ po³o¿enia przy jakich zanika
przestrzennoœæ dŸwiêku (stereo). Osta-
tecznie ustawiæ suwak w œrodku miêdzy
tymi punktami. Przy ustawieniu poten-
cjometru P1 na maksimum ustaliæ maksy-
maln¹ g³oœnoœæ reguluj¹c rezystorem na-
stawnym P2. Zmniejszanie g³oœnoœci mo-
¿e spowodowaæ zanik stereo, wtedy nale-
¿y cofn¹æ suwak P2, a g³oœnoœæ skorygo-
waæ przez zmianê wartoœci rezystorów
R9 i R10.
Rezystory nastawne TVP1232 maj¹
du¿¹ wysokoœæ i dlatego niezbêdne jest
po ustaleniu po³o¿eñ suwaków ich wy-
montowanie i zmierzenie rezystancji.
Nale¿y zast¹piæ je rezystorami o takich sa-
mych wartoœciach rezystancji.
P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zalicze-
niem pocztowym.
Cena: 3,16 z³ + koszty wysy³ki.
Podzespo³y elektroniczne mo¿na zama-
wiaæ w firmie LARO - patrz IV strona
ok³adki.
à
à
R.K.
US1
– TDA 7088T
US2
– TDA 7050
US3
– TDA 7040T
D1
– BB 105G (BB 610, BB 105B)
R2, R3, R4 – 10
V
/0,125 W
R8
– 4,7 k
V
/0,125 W
R1
– 5,6 k
V
/0,125 W
R6
– 22 k
V
/0,125 W
R9, R10
– 100 k
V
/0,125 W
R7
– 120 k
V
/0,125 W
P1
– 2x22 k
V
(log.)
P2, P3
– 100 k
V
TVP1232
C3
– 68 pF/50 V ceramiczny
C1
– 82 pF/50 V ceramiczny
C11
– 180 pF/50 V ceramiczny
C5
– 220 pF/50 V ceramiczny
C24
– 270 pF/50 V ceramiczny
C2
– 330 pF/50 V ceramiczny
C7
– 470 pF/50 V ceramiczny
C13
– 680 pF/50 V ceramiczny
C10
– 3,3 nF/50 V ceramiczny
C9
– 3,9 nF/50 V ceramiczny
C6, C21,
C22
– 10 nF/25 V ceramiczny
C14
– 22 nF/25 V ceramiczny
C4, C8, C15,
C23, C25,
C26, C28
– 100 nF/63 V MKT
C16, C17,
C27
– 220 nF/63 V MKT
C12, C18,
C19, C20
– 100 mF/6,3 V 04/U
L1, L2
– 6,5 zw. DNE 0,6/4 mm
D£1, D£2,
D£3
– 15,5 zw. DNE 0,45/3 mm
W£1, W£2 – mikroprze³¹cznik
W£3
– wy³¹cznik suwakowy
gniazdo s³uchawkowe
– GJ21
obudowa – Z-32
pojemnik na baterie
– BC-223
p³ytka drukowana
numer 428
Wykaz elementów
Pó³przewodniki
Rezystory
Kondensatory
Inne
30
10/98
Jest to operacja stosowana w techni-
ce analogowej. Polega na przesuniêciu
czêstotliwoœci lub pasma sygna³u w dzie-
dzinie czêstotliwoœci. Operacja ta doty-
czyæ mo¿e sygna³ów zmodulowanych,
nie zmieniaj¹c parametrów modulacji.
W przypadku modulacji mamy do czynie-
nia z „zakodowaniem” informacji i jedno-
czesnym przesuniêciem czêstotliwoœci.
Przemiana ogranicza siê jedynie do prze-
suniêcia czêstotliwoœci. Uk³ad realizuj¹cy
przemianê czêstotliwoœci nazywany jest
stopniem przemiany lub mieszaczem.
Stopieñ przemiany jest podstawowym
blokiem superheterodynowych odbiorni-
ków radiowych i telewizyjnych.
Zanim przyst¹pimy do opisania ro-
dzajów przemiany zapoznamy siê ze
schematem blokowym ilustruj¹cym jej
dzia³anie.
Schemat ten zawiera dwa bloki:
oznaczony liter¹ M mieszacz i filtr œrodko-
woprzepustowy oznaczony liter¹ F. Do
mieszacza doprowadzony jest sygna³ wej-
œciowy o czêstotliwoœci f
s
, który bêdzie
poddany przemianie. Do uzyskania prze-
miany niezbêdny jest drugi sygna³ tzw.
sygna³ heterodyny o czêstotliwoœci f
h
.
Czêstotliwoœæ f
h
wyznacza przesuniêcie
czêstotliwoœci sygna³u wyjœciowego
wzglêdem wejœciowego. Czêstotliwoœæ sy-
gna³u wyjœciowego nazywana jest czêsto-
tliwoœci¹ poœredni¹ fp.
Do wytworzenia sygna³u heterodyny
niezbêdny jest specjalny generator nazy-
wany heterodyn¹ lub generatorem lokal-
nym. Najczêœciej jest to generator prze-
strajany. Powinien charakteryzowaæ siê
bardzo dobrymi parametrami. Istotna
jest niska zawartoϾ harmonicznych, po-
niewa¿ ka¿da harmoniczna w kombinacji
z przypadkowym sygna³em wejœciowym
mo¿e daæ czêstotliwoœæ poœredni¹. Sytua-
cja taka nazywana jest odbiorem niepo-
¿¹danym. Wa¿ne s¹ tak¿e stabilnoœæ
czêstotliwoœci i amplitudy sygna³u
wyjœciowego.
Bezpoœrednio na wyjœciu mieszacza
M uzyskuje siê sygna³y o czêstotliwo-
œciach bêd¹cych ró¿nymi kombinacjami
czêstotliwoœci sygna³ów wejœciowego
i heterodyny. Podstawowe okreœlone s¹
podanymi ni¿ej wzorami:
f
p1
= f
h
f
s
f
p1
= f
s
f
h
Bêd¹ tam tak¿e sygna³y o czêstotli-
woœciach f
s
i f
h
. Zadaniem filtru œrodko-
woprzepustowego jest wydzielenie jednej
z nich uwa¿anej za czêstotliwoœæ poœre-
dni¹ fp. Najczêœciej wykorzystuje siê sk³a-
dow¹ fp1. Nale¿y zauwa¿yæ, ¿e uzyskany
zgodnie z tym wzorem sygna³ poœredniej
czêstotliwoœci bêdzie mia³ zamienione
miejscami wstêgi boczne. Mo¿e to byæ
istotne przy sygnale jednowstêgowym
lub z czêœciowo t³umion¹ wstêg¹ boczn¹.
Przemiana jest operacj¹ realizowan¹
na przebiegach sinusoidalnych. Aby uzy-
skaæ sygna³, którego czêstotliwoœæ bêdzie
sum¹ lub ró¿nic¹ czêstotliwoœci sygna³ów
wejœciowych nale¿y dokonaæ ich wymno-
¿enia (podobnie jak przy opisywanej
wczeœniej modulacji). Odbywa siê to na
zasadzie funkcji sinusoidalnych sumy
i ró¿nicy k¹tów.
Iloczyn sygna³ów wejœciowych jest
tak¿e jednym ze sk³adników podniesionej
do kwadratu sumy sygna³ów. Tak¹ sytua-
cjê mamy w przedstawionej na rysunku 2
przemianie sumacyjnej.
Sygna³y wejœciowy E
s
i heterodyny E
h
s¹ sumowane i doprowadzane do ele-
mentu nieliniowego EN. Elementem nie-
liniowym mo¿e byæ przesterowany tran-
zystor lub dioda pó³przewodnikowa.
Dziêki nieliniowoœci uzyskuje siê pomno-
¿enie sygna³ów i w efekcie poszukiwane
sk³adowe o czêstotliwoœciach ró¿nico-
wych. Filtr œrodkowoprzepustowy F wy-
dziela w³aœciw¹ sk³adow¹ jako sygna³ po-
œredniej czêstotliwoœci.
Zalet¹ tej metody jest prostota uk³a-
dowa. Podstawow¹ wad¹ jest mo¿liwoœæ
wyst¹pienia wielu odbiorów niepo¿¹da-
nych. Zasadnicz¹ ich przyczyn¹ jest nieli-
niowoœæ niezbêdna do uzyskania prze-
miany. Powoduje ona jednoczeœnie po-
wstanie harmonicznych sygna³ów wej-
œciowego i heterodyny, których kombina-
cje mog¹ daæ tak¿e czêstotliwoœæ poœre-
dni¹. Kolejn¹ wad¹ jest przenikanie sy-
gna³u heterodyny do obwodu sygna³u
wejœciowego, który w pewnych sytua-
cjach mo¿e zostaæ nawet wypromienio-
wany przez antenê odbiorcz¹.
Podanych wad jest pozbawiona tzw.
przemiana iloczynowa. Obwody, wejœcio-
wy i heterodyny s¹ rozdzielone. Zasadni-
czym blokiem jest uk³ad mno¿enia analo-
gowego UM. Uk³ad ten pracuje liniowo w
odniesieniu do oddzielnych sygna³ów,
wejœciowego i heterodyny. Na jego wyj-
œciu uzyskuje siê sygna³y o czêstotliwo-
œciach bêd¹cych kombinacjami (sum¹
i ró¿nic¹) czêstotliwoœci sygna³ów wej-
œciowych. Sygna³ poœredniej czêstotliwo-
œci wydzielany jest przez filtr œrodkowo-
przepustowy F.
Wad¹ przemiany iloczynowej by³a
kiedyœ trudnoœæ jej realizacji na dyskret-
nych tranzystorach bipolarnych, chocia¿
by³a powszechnie stosowana w dobie
lamp elektronowych. Wrócono do niej
w technice uk³adów scalonych. Do jej re-
alizacji nadaj¹ siê tak¿e dwubramkowe
tranzystory polowe MOS.
Zaczniemy od uk³adów przemiany
sumacyjnej. Jako pierwszy opiszê tzw.
mieszacz diodowy (rys. 4) wykorzystuj¹cy
diodê pó³przewodnikow¹ jako element
nieliniowy.
31
10/98
Elektronika inaczej cz. 33 -
Przemiana czêstotliwoœci
Rodzaje przemiany czêstotliwoœci
fh
fp
fs
fs-fh
fh-fs
F
M
Rys. 1 Schemat blokowy przemiany
czêstotliwoœci
~
Eh
fp
~
Es
F
EN
Rys. 2 Przemiana sumacyjna
Przyk³ady uk³adów przemiany
czêstotliwoœci
~
Eh
UM
F
Es
~
fp
Rys. 3 Przemiana iloczynowa
Sygna³ wejœciowy u
s
podawany jest
przez transformator dopasowuj¹cy i wy-
dzielany w obwodzie L
s
, C
s
. Tak¿e przez
transformator jest podawane napiêcie he-
terodyny u
h
. Uzwojenia wtórne transfor-
matorów, dioda D i obwód rezonansowy
L
p
, C
p
filtru poœredniej czêstotliwoœci po-
³¹czone s¹ szeregowo. W obwodzie tym
dziêki nieliniowoœci diody uzyskuje siê
miêdzy innymi sygna³ o czêstotliwoœci
poœredniej wydzielany przez podany
wy¿ej obwód i transformowany jako
sygna³ u
p
.
Uk³ad wymaga napiêcia heterodyny
o wartoœci umo¿liwiaj¹cej wprowadza-
nie diody w stan przewodzenia. WartoϾ
tego napiêcia mo¿na zmniejszyæ pola-
ryzuj¹c wstêpnie diodê w kierunku
przewodzenia. Wad¹ uk³adu jest brak
wzmocnienia. Stosowany jest przy
wielkich czêstotliwoœciach.
Jako element nieliniowy mo¿na za-
stosowaæ tranzystor bipolarny, którego
obwód wejœciowy B-E odpowiada dio-
dzie. Tranzystor oprócz wzmocnienia sy-
gna³u poœredniej czêstotliwoœci mo¿e byæ
wykorzystany jako heterodyna. Taki
„kombajn” nazywany jest mieszaczem
samowzbudnym.
Przedstawiony schemat odpowiada
mieszaczowi u¿ywanemu w prostych
odbiornikach radiowych. Sygna³ wejœcio-
wy indukowany za pomoc¹ rdzenia ante-
ny ferrytowej jest wydzielany
przez obwód L
s
, C
s
. Jako napiêcie
u
s
podawany jest do obwodu ba-
zy tranzystora T. W obwodzie ko-
lektora w³¹czony jest obwód wy-
dzielaj¹cy sygna³ poœredniej czê-
stotliwoœci (L
p
, C
p
). Szeregowo
z nim w³¹czony jest obwód rezo-
nansowy generatora lokalnego
(heterodyny) - L
h
, C
h
. Napiêcie
sprzê¿enia zwrotnego jest poda-
wane przez uzwojenie sprzêgaj¹-
ce i kondensator C2 do emitera
tranzystora. Zapewnia ono wzbudzenie
drgañ generatora i jest jednoczeœnie na-
piêciem heterodyny u
h
. Generator pracu-
je w uk³adzie Meissnera (ze sprzê¿eniem
transformatorowym).
Sygna³ u
s
i napiêcie heterodyny u
h
s¹
sumowane w obwodzie B-E tranzystora.
NieliniowoϾ tranzystora prowadzi do
uzyskania sygna³u o poœredniej czêstotli-
woœci wydzielanego w obwodzie kolekto-
ra i podawanego przez transformator ja-
ko u
p
.
Oba te uk³ady obarczone s¹ wadami
charakterystycznymi dla przemiany su-
macyjnej. Kolejne prezentowane uk³ady
dotycz¹ przemiany iloczynowej.
Pr¹d drenu dwubramko-
wego tranzystora polowego
MOS jest proporcjonalny do ilo-
czynu napiêæ podawanych na
obie bramki. Umo¿liwia to jego
bezpoœrednie wykorzystanie do
realizacji stopnia przemiany.
Sygna³ o czêstotliwoœci
f
s
podawany jest do pierwszej
bramki. Do drugiej bramki po-
dawane jest napiêcie heterody-
ny o czêstotliwoœci f
h
. Iloczyn
obu tych sygna³ów wytwarza w
obwodzie drenu sygna³y o czêstotliwo-
œciach sumacyjnych i ró¿nicowych. Sygna³
poœredniej czêstotliwoœci jest wydzielany
przez obwód pierwotny transformatora
sk³adaj¹cy siê z indukcyjnoœci L
p
oraz
kondensatora C
p
i podawany na wyjœcie
jako u
p
.
Bramka druga wymaga polaryzacji
napiêciem sta³ym. W opisywanym uk³a-
dzie napiêcie polaryzuj¹ce jest pobierane
z rezystora Ÿród³owego. O stosunkowo
ma³ej popularnoœci tego rozwi¹zania sta-
nowi¹ rozwój uk³adów scalonych i podat-
noœæ na uszkodzenia tranzystorów polo-
wych MOS.
Mieszacze iloczynowe na tranzysto-
rach bipolarnych wymagaj¹ znacznego
skomplikowania uk³adu. Dlatego s¹ one
realizowane dopiero w technice uk³adów
scalonych. Podstawowym uk³adem jest
tutaj wzmacniacz ró¿nicowy, w którym
napiêcie heterodyny zmienia sumê pr¹-
dów tranzystorów pary symetrycznej.
Pr¹d w obwodzie kolektorów tych tranzy-
storów jest proporcjonalny do iloczynu
napiêæ wejœciowych.
Sygna³ wejœciowy u
s
przez transfor-
mator podawany jest do baz tranzysto-
rów wzmacniacza ró¿nicowego. Obwód
rezonansowy L
s
i C
s
s³u¿y do
wydzielania tego sygna³u. Na-
piêcie heterodyny u
h
przez ko-
lejny transformator podawane
jest do bazy Ÿród³a pr¹dowego.
Sygna³ poœredniej czêstotliwoœci
wydzielany jest przez obwód
L
p
, C
p
i przez transformator po-
dawany na wyjœcie (u
p
).
Na obu schematach
przemiany iloczynowej widaæ
oddzielenie obwodu sygna³u
wejœciowego od obwodu hete-
rodyny. Zmniejsza siê dziêki te-
mu mo¿liwoœæ zak³ócania odbioru innym.
Problem tzw. sygna³ów niepo¿¹danych
jest istotnym zagadnieniem zwi¹zanym z
przemian¹ czêstotliwoœci.
Jak poda³em na samym pocz¹tku
uk³ad przemiany wytwarza na swoim
wyjœciu wiele sygna³ów o czêstotliwo-
œciach bêd¹cych kombinacjami czêstotli-
woœci sygna³ów wejœciowych oraz kombi-
nacjami ich harmonicznych. Sygna³ami
niepo¿¹danymi bêdziemy nazywali takie
sygna³y wejœciowe, które dadz¹ na wyj-
œciu sygna³y o czêstotliwoœci poœredniej.
Pierwszym niepo¿¹danym sygna³em,
na który wrêcz uk³ad przemiany jest uczu-
lony, to sygna³ o czêstotliwoœci poœredniej
f
p
. Stopieñ przemiany bardzo dobrze
wzmacnia sygna³ o czêstotliwoœci poœre-
32
10/98
u
h
Cs
Ls
u
s
p
u
Lp
Cp
D
+Uz
Rys. 4 Mieszacz diodowy
+Uz
u
Ch
Lh
h
C1
u
s
Ls
Cs
C2
T
p
u
Lp
Cp
Rys. 5 Mieszacz samowzbudny
fh
+Uz
p
u
Lp
Cp
fs
Rys. 6 Mieszacz iloczynowy z dwubramkowym
tranzystorem polowym
Sygna³y niepo¿¹dane
W oparciu o popularny uk³ad za-
silacza LM 317 mo¿na zbudowaæ pro-
st¹ ³adowarkê do akumulatorów po-
siadaj¹c¹ regulacjê napiêcia do które-
go na³aduje siê akumulator oraz regu-
lacjê pr¹du ³adowania. £adowarka
mo¿e s³u¿yæ do ³adowania akumula-
torów kwasowych (samochodowych),
oraz zasadowych.
Schemat ³adowarki zamieszczono na
rys. 1. Jak ju¿ na wstêpie wspomniano
sercem urz¹dzenia jest uk³ad LM 317
(US1), dostarczaj¹cy 1,5 A maksymalne-
go pr¹du ³adowania, lub LM 350 - 3,0 A.
Regulacjê napiêcia wyjœciowego, do
którego ma byæ na³adowany akumulator
przeprowadza siê potencjometrem P1.
Natomiast do regulacji maksymalnego
pr¹du ³adowania s³u¿y potencjometr P2.
Ustawianie napiêcia koñcowego ³a-
dowania przeprowadza siê bez pod³¹-
czonego akumulatora, mierz¹c wolto-
mierzem napiêcie wyjœciowe. Po do³¹cze-
niu roz³adowanego akumulatora uk³ad
zaczyna stabilizowaæ pr¹d wyjœciowy. Na-
piêcie akumulatora jest wtedy ni¿sze ni¿
napiêcie na wyjœciu ³adowarki i stabiliza-
tor US1 d¹¿y do podniesienia tego napiê-
cia. Powoduje to przep³yw pr¹du ³ado-
wania z wyjœcia stabilizatora US1 przez
akumulator i rezystor R4 do masy. Pr¹d
³adowania wywo³uje proporcjonalny do
niego spadek napiêcia na rezystorze R4.
W efekcie tego tranzystor T1 zaczyna siê
otwieraæ zmniejszaj¹c napiêcie na wejœciu
REG stabilizatora ograniczaj¹c tym sa-
mym pr¹d do zadanej wartoœci.
W miarê jak wzrasta napiêcie na za-
ciskach akumulatora pr¹d ³adowania
spada prawie do zera. Uk³ad przechodzi
wiêc p³ynnie do stabilizacji napiêcia okre-
œlonego przez stosunek rezystancji rezy-
stora R1 i potencjometru P1. W koñ-
cowej fazie przez akumulator p³ynie
niewielki pr¹d podtrzymujacy.
Napiêcie wejœciowe uk³adu po-
winno zostaæ dobrane w taki spo-
sób, aby ró¿nica napiêæ pomiêdzy
wejœciem i wyjœciem stabilizatora
nie przekracza³a 10 V, gdy¿ przy
wiêkszej ró¿nicy wewnêtrzne uk³ady
zabezpieczenia pr¹dowego stabiliza-
tora US1 rozpoczn¹ ograniczanie
pr¹du przy wartoœciach mniejszych
ni¿ podane.
dniej np. wypromieniowany przez inny
odbiornik.
Przy ustaleniu czêstotliwoœci poœre-
dniej zgodnie ze wzorem: f
p
= f
h
- f
s
,
kolejnym sygna³em niepo¿¹da-
nym bêdzie tak zwany sygna³
lustrzany f
l
. Sygna³ ten daje
czêstotliwoœæ poœredni¹ wed-
³ug wzoru: fp = f
l
- f
h
. Wszystkie
nastêpne sygna³y niepo¿¹dane
bêd¹ zwi¹zane na przyk³ad
z harmonicznymi czêstotliwoœ-
ci heterodyny.
Za t³umienie sygna³ów
niepo¿¹danych odpowiada ob-
wód selektywny znajduj¹cy siê
w torze sygna³owym przed
stopniem przemiany. Przy du-
¿ych czêstotliwoœciach sygna³u i
ma³ych czêstotliwoœciach poœre-
dnich (fale krótkie) t³umienie
sygna³ów lustrzanych mo¿e byæ
niewystarczaj¹ce. Sposobem na
jego poprawienie jest zastoso-
wanie tzw. podwójnej przemia-
ny czêstotliwoœci.
Podwójna przemiana czê-
stotliwoœci wymaga zastosowania dwóch
mieszaczy i oczywiœcie dwóch heterodyn.
Mieszacz M1 s³u¿y do zwiêkszenia odstê-
pu miêdzy czêstotliwoœci¹ sygna³u po¿¹-
danego a czêstotliwoœci¹ sygna³u lustrza-
nego. Dlatego pierwsza czêstotliwoœæ po-
œrednia f
p
1 jest kilka razy wiêksza od dru-
giej czêstotliwoœci poœredniej f
p
2. Roz-
wi¹zanie to stosuje siê w wysokiej klasy
odbiornikach fal krótkich.
Ci¹g dalszy w nastêpnym numerze.
33
10/98
u
h
Ch
Lh
Lp
Cp
s
u
p
u
Lp
Cp
Rys. 7 Mieszacz iloczynowy na tranzystorach
bipolarnych
f
fp
fs
fh
f
L
fp
fp
A
Rys. 8 Podstawowe sygna³y niepo¿¹dane
fh
1
2
fh
M1
M2
fs
fp
1
fp
Rys. 9 Podwójna przemiana czêstotliwoœci
WE
WY
Reg
220
W
1
W/5W
1k-A
100
W
–
BC547B
1000÷
2200
mF
LM 317
4,7k-A
wy
3A/100V
Reg
390
W
Uwy=1,5V÷16V
I
=0,5A÷3A
~
WIDOK OD SPODU
LM 350
WY
+
~ Uwe
+
–
PR
WE
WY
~
WE
Reg
LM 317 Imax=1,5A
LM 350 Imax=3A
PR1
US1
T1
C1
R1
P1
P2
R2
R3
R4
Rys. 1 Schemat ideowy ³adowarki
Prosta ³adowarka do akumulatorów
à
àD.C.
Zastosowanie stopnia komplementarnego na wyjœciu
wzmacniacza operacyjnego pozwala w prosty sposób zwiêkszyæ
jego pr¹d wyjœciowy. Taki wariant wzmacniacza zaprezentowa-
no na rysunku 1a. Zniekszta³cenia stopnia wyjœciowego kom-
pensuje w znacznym stopniu pêtla ujemnego sprzê¿enia zwrot-
nego (R3). Na skutek istnienia ograniczenia prêdkoœci zmian
napiêcia wyjœciowego wzmacniacza operacyjnego (slew rate)
nastêpuje znaczne ograniczenie szybkoœci zmian napiêcia na
wyjœciu uk³adu w okolicy przejœcia tego napiêcia przez zero,
co powoduje powstawanie zniekszta³ceñ. Jednak, dla zastoso-
wañ nie wymagaj¹cych du¿ych szybkoœci dzia³ania nie jest po-
trzebne ustalanie niezerowego pr¹du spoczynkowego pary
komplementarnej (stopieñ wyjœciowy pracuje w klasie B).
Uk³ad przedstawiony na rysunku 1b jest modyfikacj¹ uk³a-
du z rysunku 1b pozwalaj¹c¹ na zasilanie jednym napiêciem.
Uk³ady z rysunków 1a i 1b mo¿na zasilaæ napiêciami z zakresu
ograniczonego wartoœci¹ napiêcia pracy wzmacniacza
operacyjnego.
Do konstrukcji prostego wzmacniacza akustycznego nie
trzeba wcale wykorzystywaæ wzmacniacza operacyjnego. Maj¹c
do dyspozycji trzy tranzystory i kilka elementów mo¿na skon-
struowaæ prosty wzmacniacz z par¹ komplementarn¹. Schemat
takiego uk³adu przedstawiony zosta³ na rysunku 1c. W tym
uk³adzie parê komplementarn¹ stanowi¹ tranzystory T2 i T3. Za
ich sterowanie odpowiedzialny jest tranzystor T1 typu pnp,
pracuj¹cy w uk³adzie wzmacniacza napiêciowego. Rezystor R3
oraz po³¹czona szeregowo z nim dioda ustalaj¹ i stabilizuj¹
punkt pracy stopnia wyjœciowego. Pêtlê ujemnego sprzê¿enia
zwrotnego, linearyzuj¹cego charakterystykê przejœciow¹
wzmacniacza zamyka rezystor R2. Za jego poœrednictwem usta-
la siê wzmocnienie wzmacniacza. Rezystor R4 spe³nia funkcjê
dodatniego sprzê¿enia zwrotnego tworz¹c wraz z kondensato-
rem C2 tzw. uk³adu bootstrap. Zastosowanie uk³adu bootstrap
powoduje, ¿e rezystor R4 zachowuje siê jak Ÿród³o pr¹dowe,
co sprawia, ¿e zwiêksza siê wzmocnienie napiêciowe stopnia
z tranzystorem T1. Kondensator C2 separuje równie¿ sk³adow¹
sta³¹ od obci¹¿enia. Wzmocnienie wzmacniacza mo¿na
w przybli¿eniu okreœliæ stosunkiem rezystancji R2 i R1 (rys. 1c).
Analogiczny uk³ad wykorzystuj¹cy w stopniu steruj¹cym
tranzystor npn przedstawiono na rysunku 3. Dodanie poten-
cjometru P1 w obwodzie emitera T3 pozwala na stabilizacjê
punktu pracy stopnia wyjœciowego oraz stanowi dodatkowe
ujemne sprzê¿enie stopnia wejœciowego. Aby ustawiæ optymal-
ny punkt pracy nale¿y potencjometrem P1 ustawiæ na emi-
terach tranzystorów T1 i T2 napiêcie równe po³owie napiêcia
zasilaj¹cego.
Uk³ady z rysunków 1c i 1d bêd¹ dzia³aæ ju¿ przy napiêciu
zasilania 5 ÷ 6 V, przez co nadaj¹ siê do zasilania bateryjnego.
Wszystkie zaprezentowane uk³ady maj¹ moc nie przekraczaj¹c¹
1 W. Do ich wyjœcia mo¿na pod³¹czyæ g³oœniczek lub inne ob-
ci¹¿enie o rezystancji nie mniejszej ni¿ 8 V.
Pomys³y uk³adowe -
proste wzmacniacze
akustyczne
34
10/98
(TL 072)
(LM 324)
LM 358
100n÷4,7
mF
WE
10÷51k
R3
510k
R4
(BC327-16)
BC557B
Rwe = R3
R4
Ku =
R3
1uF
R2
100k
/25V
100
mF
Robc
WY
R1
100k
+Vcc
+Vcc
+Vcc
BC547B
(BC337-16)
R2
Rwe =
(LM 324)
–Vcc
(TL 072)
–Vcc
WE
10÷100k
R2
910k
R3
(BC327-16)
BC557B
R2
Ku =
R3
(BC337-16)
BC547B
R1
91k
Robc
WY
LM 358
+Vcc
+Vcc
R2
150k
1÷33k
T3
P1
100
W
Ku =
R2
68
W
WE
T2
/16V
Rwe = R1
WY
Robc
R1
R1
100n÷4,7
mF
C1
1N4148
/16V
470
W
R3
T1 - BC337-16
100
mF
T1
R4
T2 - BC327-16
T3 - BC547B
C2
+Vcc
47
mF
1N4148
470
W
T3 - BC327-16
T2 - BC337-16
R4
R1
Robc
WY
/16V
1N4148
T3
Rwe = R1
T1 - BC557B
T2
C2
Ku =
R2
100
mF
68
W
R3
150k
C1
100n÷4,7
mF
R1
1÷33k
WE
T1
R2
+Vcc
b)
c)
d)
a)
Rys. 1 Ró¿ne warianty wzmacniaczy akustycznych
à
à
T.K.
Gie³da „Praktycznego Elektronika”
Pocz¹wszy od bie¿¹cego numeru wprowadzamy now¹ rubrykê
bezp³atnych og³oszeñ drobnych. Mamy nadziejê, ¿e rubryka ta przys³u¿y
siê naszym Czytelnikom, którzy bêd¹ chcieli sprzedaæ, kupiæ lub wymieniæ
podzespo³y elektroniczne, urz¹dzenia pomiarowe, schematy,
literaturê itp.
Zasady zamieszczania og³oszeñ drobnych
1. Bezp³atne og³oszenia drobne przyjmowane s¹ wy³¹cznie od osób
fizycznych.
2. Treœæ og³oszenia mo¿e dotyczyæ sprzeda¿y, kupna, wymiany lub
innych propozycji zwi¹zanych z bran¿¹ elektroniczn¹.
3. Og³oszenia drobne zawieraj¹ce nie wiêcej ni¿ 180 znaków przyj-
mowane s¹ wy³¹cznie na aktualnych kuponach zamieszczanych
w „Praktycznym Elektroniku”.
4. Kupon zawiera 180 kratek które nale¿y wype³niæ du¿ymi drukowany-
mi literami, z zachowaniem odstêpu jednej wolnej kratki pomiêdzy
wyrazami.
5. Og³oszenia mo¿na nadsy³aæ na adres redakcji:
„Praktyczny Elektronik”, ul. Jaskó³cza 2/5, 65-001 Zielona Góra,
koniecznie z dopiskiem GIE£DA PE.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
TOMEX
Produkcja obwodów
drukowanych
ul.Kaliska 4
63-462 Czekanów
tel/fax:
(062) 733-88-37
Ceny od 1,90z³/dm
2
Sprzedam wobuloskop
do 1 GHz.
tel. (0-71) 57-16-20
Sprzedam rozszerzenie pamiê-
ci (2MB) do A2000.
Cena 20 z³
tel. (071) 352-25-44
Document Outline
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
PE Nr 05 98
PE Nr 11 98
PE Nr 10 95
PE Nr 10 99
PE Nr 12 98
PE Nr 10 96
PE Nr 02 98
PE Nr 09 98
PE Nr 01 98
PE Nr 10 93
PE Nr 07 98
PE Nr 05 98
PE Nr 10 94
PE Nr 10 97
PE Nr 08 98
PE Nr 04 98
PE Nr 02 98
PE Nr 09 98
więcej podobnych podstron