37

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

A3

45

Na rysunku 13 znajdziesz schemat elek−
tronicznej klepsydry. Po naciśnięciu
przycisku S zaświeca się dioda zielona.
Z upływem czasu zielona świeci coraz
słabiej, a czerwona coraz silniej. Gdy
dioda zielona zgaśnie, na chwilę ode−
zwie się brzęczyk, sygnalizując upływ
odmierzanego odcinka czasu. O długości
odmierzanego czasu decyduje pojem−
ność C1 i rezystancja R1.

Wbrew pozorom, ćwiczenie wcale

nie jest skomplikowane. W układzie
znajdziesz kilka interesujących bloków,
dowiesz się, jak dostosowywać układ do
potrzeb, a co najważniejsze, zapoznasz
się z pojęciem masy.

Wykonaj klepsydrę, ale według ry−

sunku 14. Przykładowy model zoba−
czysz na fotografii 4. Wcześniej staran−
nie porównaj rysunki 13 i 14. Jest to

Jak zepsuć cewkę...

O ile kluczowymi parametrami kondensatora są
pojemność i napięcie maksymalne, o tyle dla cew−
ki są to indukcyjność i prąd maksymalny. Wartość
indukcyjności cewki (i nie tylko) ogromnie zależy
od zastosowanego rdzenia. W sumie to właśnie
rdzeń decyduje o właściwościach cewki.

Zbyt duże napięcie dołączone do kondensatora

może nieodwracalnie uszkodzić jego dielektryk.
Inaczej jest z cewkami. Prąd większy od podanego
w katalogu od razu jej nie uszkodzi, jednak dopro−

wadzi do tak zwanego nasycenia rdzenia. Gdy
rdzeń zostaje nasycony, cewka gwałtownie traci
indukcyjność i przestaje pełnić pożądaną rolę –
praktycznie staje się rezystorem o małej wartości
(po zmniejszeniu prądu natychmiast odzyskuje
pierwotne właściwości). Choć więc nasycenie
rdzenia nie spowoduje trwałego uszkodzenia, nie
należy przekraczać dopuszczalnego, podanego
w katalogu prądu, który zresztą dla poszczegól−
nych cewek jest różny. Natomiast do fizycznego
uszkodzenia cewki (izolacji drutu) wskutek prze−

grzania dojdzie przy prądzie dużo większym niż jej
katalogowy prąd maksymalny.

Dodatkowe parametry
przekaźników

Podstawowe parametry przekaźnika to napięcie
nominalne cewki oraz obciążalność styków (dopu−
szczalny prąd i napięcie).

Napięcie podawane na cewkę przekaźnika nie

powinno być większe niż 120% napięcia nominal−
nego ze względu na możliwość przegrzania. War−

Warystor

Warystor to rodzaj rezy−
stora, którego rezystancja
zależy od wartości napię−
cia, występującego na je−
go końcówkach. Także
jest elementem niebiegu−
nowym. Przy małych na−
pięciach rezystancja wary−
stora jest bardzo duża, rzę−
du megaomów. Po przekroczeniu napięcia
nominalnego rezystancja gwałtownie maleje,
dziesiątki i setki razy. Na schematach i opi−
sach spotyka się oznaczenie VDR (Voltage
Dependent Resistor).

Głównym parametrem warystora jest...

napięcie nominalne, a nie jakakolwiek rezy−
stancja. Przy małych napięciach rezystancja
powinna być jak największa, a przy napię−
ciach większych od „nominalnego” – powin−
na jak najszybciej maleć.

Dawniej warystory wykorzystywane

były do stabilizacji napięcia, a obecnie
stosowane są tylko w obwodach zabezpie−
czeń przed przepięciami. Typowy przykład
zastosowania to ochrona linii telefonicz−
nych. Gdy napięcie między żyłami linii
wzrośnie, na przykład wskutek uderzenia
pioruna, rezystancja warystora maleje,
płynie przezeń duży prąd i napięcie zosta−
je ograniczone do „napięcia nominalnego”
tego warystora.

Podczas wypraw na oślą łączkę nie bę−

dziemy wykorzystywać warystorów, zresztą
są one wypierane przez inne elementy, nie
zaszkodzi jednak wiedzieć, co to za podze−
społy.

Ćwiczenie 5

Elektroniczna klepsydra

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Warystory firmy Siemens

Rys. 14

Rys. 13

Informacje dotyczące zestawu EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 120.

to wiedzieć, że każdy przekaźnik zadziała także
przy napięciu równym 90% napięcia nominalne−
go. Istotna jest też informacja, że po zadziałaniu
przekaźnika, gdy elektromagnes przyciągnie ko−
twicę i zamknie obwód magnetyczny, można
śmiało obniżyć napięcie na cewce przekaźnika na−
wet do 30% nominalnego. Dlatego w katalogach
podaje się nie tylko napięcie nominalne przeka−
źnika, ale też gwarantowane napięcia zadziałania
i podtrzymywania.

Wykorzystanie multimetru

Jeśli popełnisz błąd i włączysz amperomierz rów−
nolegle do baterii lub zasilacza, prawdopodobnie
spalisz wewnętrzny bezpiecznik. Trzeba go będzie
wymienić. Gorzej, gdy omomierz dołączysz do
punktów o znacznym napięciu (100V lub więcej) –
zapewne uszkodzisz miernik.

Ponieważ najwięcej uszkodzeń multimetrów

wynika z niewłaściwego ich ustawienia, dlatego

nie warto się śpieszyć, tylko od początku prze−
strzegać prostej zasady:
sprawdzić ustawienia multimetru przed każdym
pomiarem.

Spróbuj od początku stosować tę prostą zasadę.
A teraz kolejna ważna sprawa: jak myślisz, czy

dołączając do pracującego układu miernik (wolto−
mierz albo amperomierz) coś w tym układzie zabu−
rzasz?

Pomyśl...

38

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Na pewno się zdziwisz, gdy się dowiesz,

że każdy „zwykły” rezystor też minimalnie
zmienia swą rezystancję zależnie od przyło−
żonego napięcia, jednak zmiany te są nie−
wielkie, rzędu ułamka procenta.

Cewka indukcyjna, dławik

Najprościej

mówiąc,

cewka to element elek−
troniczny, zawierający
pewną liczbę zwojów
drutu. Zazwyczaj cewka
zawiera także rdzeń, wy−
konany albo z tak zwane−
go ferrytu, albo z zesta−
wu cienkich blaszek.
Na schematach cewki oznacza się literą L.

Co ciekawe, w cewce można gromadzić

energię. W pewnym sensie cewka jest przeci−
wieństwem kondensatora.

Hobbyści nie lubią cewek. Niektórzy

wręcz się ich panicznie boją, nie mogąc zro−
zumieć zasady ich działania. Ty się nie bój
cewek! Obecnie cewki są wykorzystywane
stosunkowo rzadko. Nie musimy ani obli−
czać, ani nawijać cewek. W razie potrzeby
stosujemy gotowe, o znanych parametrach.

Działanie cewki niektórym wydaje się

dziwne i niezwykłe. W rzeczywistości opiera
się na bardzo prostej zasadzie: cewka „nie lu−
bi” gwałtownych zmian prądu. Na próbę
zmiany wartości prądu reaguje powstaniem
„własnego” napięcia. Napięcie to niejako
próbuje przeciwstawić się zmianom prądu.
Powstające „własne” napięcie nazywane jest
napięciem samoindukcji. Tę właściwość ce−
wek badaliśmy w ćwiczeniach 8 oraz 9.
W cewce, która zostanie dołączona do źródła
napięcia przez chwilę powstaje tzw. napięcie
samoindukcji, które odejmuje się od napię−
cia zasilania. W rezultacie prąd w cewce na−
rasta stopniowo. Z kolei przy przerwaniu ob−

w zasadzie ten sam układ, w pewnym
sensie odwrócony. Ponieważ chciałem
zastosować diodę dwukolorową, nie
mogłem wykorzystać rysunku 13, bo
nie mam diody dwukolorowej ze
wspólną anodą. Dostosowałem więc
układ do typowej diody dwukolorowej
ze wspólną katodą. Zwróć uwagę na
numerację elementów na obu rysun−
kach. Układ połączeń na rysunkach 13
i 14 jest w sumie taki sam.

Schemat na rysunku 14 narysowałem

jednak w nieco inny sposób, bo najwyż−
sza pora wprowadzić pojęcie masy.
Najprościej biorąc, obwód
masy to taki obwód,
względem którego
mierzymy napięcia
(tu dołączamy czar−
ny przewód wolto−
mierza). Obwód masy
nie jest jednak wybrany
przypadkowo. Zwykle jest to obwód
ujemnej szyny zasilania. Przeczytaj też
o masie w części TECHNIKALIA.

Oczywiście wszystkie punkty ozna−

czone symbolem masy są ze sobą
połączone. Tak samo strzałeczka ozna−
czona VCC wskazuje, że rezystor R3
jest dołączony do dodatniej szyny zasi−
lania (znajdź oba napisy VCC). Dzięki
zastosowaniu symbolu masy, a także
symbolu napięcia zasilającego (tu ozna−
czonego VCC), schematy są dużo czy−
telniejsze, bo unika się plątaniny linii.
Od tej pory obwód masy będziemy
oznaczać na schematach w taki właśnie
sposób.

Zwróć też uwagę na ciekawe obwody

na schematach klepsydry. Jak wiesz, na−
pięcie na czerwonej diodzie LED (D1)
wynosi około 1,8V (1,6...2V), a spadek
napięcia baza−emiter tranzystorów to
około 0,6V. Oznacza to, że na rezysto−
rach R1, R2 wystąpi niezmienne napię−
cie około 1,2V. Przez te rezystory po−
płyną prądy o niezmiennej wartości,
wyznaczonej przez R1 i R2 (I=U/R).
Praktycznie takie same prądy popłyną
w obwodach kolektorów T1 i T2. Uwa−
żaj − elementy R3, D1, T1, R1, T2, T2
tworzą dwa tak zwane źródła prądowe.
Na razie wystarczy Ci informacja, że

źródło prądowe to układ lub element,
który wytwarza (przez który płynie)
prąd o niezmiennej wartości.

Na wyprawie drugiej dowiedziałeś

się, że napięcie na kondensatorze ła−
dowanym przez rezystor zmienia się
nieliniowo według pewnej krzywej
wykładniczej. Teraz jest inaczej – na−
pięcie na kondensatorze (C1) ładowa−
nym niezmiennym prądem ze źródła
prądowego (T1, R1) zmienia się jed−
nostajnie, czyli liniowo. Tak samo li−
niowo zwiększa się jasność diody

czerwonej, która pracuje w obwo−

dzie monitora napięcia

z elementami T3, R4,

T4, R5.

Obie diody świe−

cące D2 zasilane są

ze wspólnego źródła

prądowego z elementa−

mi T2, R2. Jasność diody

czerwonej rośnie jednostajnie od zera.
Na samym początku, gdy dioda czerwo−
na jeszcze nie świeci, cały prąd źródła
prądowego płynie przez diodę zieloną.
Świecąca coraz jaśniej dioda czerwona
zabiera coraz więcej prądu dostarczane−
go przez T2. Tym samym dioda zielona
świeci coraz słabiej. Tranzystor T5
i dzielnik R6, R7 są potrzebne do takiej
właśnie pracy diody zielonej.

W każdym razie malejący prąd dio−

dy zielonej płynie przez T5, R8 i złą−
cze B−E tranzystora T6. Gdy zmaleje
on do bardzo małej wartości, zatka się
otwarty dotąd tranzystor T6. Napięcie
na końcówkach rezystora R9 zmniej−
szy się. Dodatkowy rezystor R10 za−
pewnia niewielką histerezę i przy−
spiesza proces przełączania T6. W re−
zultacie napięcie na kolektorze T6
zmieni się gwałtownie i przez kon−
densator C2 „pociągnie za sobą” bazę
T7. Brzęczyk piezo odezwie się na
czas wyznaczony głównie przez C2,
R11.

Taki układ możesz wykorzystać

w praktyce (np. 3−minutowa klepsydra
do gotowania jajek). Czas możesz regu−
lować w szerokich granicach:
− zgrubnie zmieniając pojemność C1
(1

µF...1000µF)

A3

46

Czy wiesz, że...

tani amperomierz ma rezystancję we−

wnętrzną z zakresie 100

Ω...0,1Ω, zależ−

nie od zakresu pomiarowego.

Różne cewki (dławiki)

Słusznie! Wszystko zależy od tego, czym

z „elektronicznego” punktu widzenia jest wolto−
mierz i amperomierz.

Śpieszę z wyjaśnieniem: z elektronicznego

punktu widzenia zarówno woltomierz, jak i ampe−
romierz przedstawiają sobą jakąś rezystancję – zo−
bacz rysunek H. Ich włączenie w pracujący układ
jest równoznaczne z dodaniem równoległego (wol−
tomierz) bądź szeregowego (amperomierz) rezy−
stora, czyli coś w układzie zmienia.

Zapamiętaj następujące informacje:

Najtańsze cyfrowego multimetry pracujące

w roli woltomierza mają na wszystkich zakresach
rezystancję wewnętrzną równą 1M

Ω

Ω. Lepsze ma−

ją rezystancję 10M

Ω

Ω.

Znacznie gorzej wygląda sytuacja w przypadku

mierników wskazówkowych. Rezystancja wolto−
mierza na każdym zakresie jest inna, a wielkością
charakterystyczną jest rezystancja przypadającą na
wolt (w praktyce 1k

Ω/V...100kΩ/V – czym więcej,

tym lepiej). Na przykład miernik o stałej
20k

Ω/V na zakresie 100V ma rezystancję wewnę−

39

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

wodu cewka, nie lubiąca zmian prądu, próbu−
je podtrzymać przepływ prądu. W tym celu
wytwarza napięcie samoindukcji, które za
wszelką cenę chce podtrzymać przepływ prą−
du. Jeśli wartość prądu gwałtownie zmieni
się w krótkim czasie, powstający przy tym
impuls napięcia może mieć setki woltów.

Ogólnie biorąc, zmiany prądu powodują

powstanie w cewce napięcia samoindukcji,
które próbuje powstrzymać te zmiany prądu.
Mam nadzieję, że zrozumiesz sens przebie−
gów na rysunku poniżej. Zwróć uwagę, że
napięcie samoindukcji (o

różnej wartości

i biegunowości) powstaje tylko wtedy, gdy
prąd zmienia swą wartość.

Podstawowym parametrem cewki jest

indukcyjność. Indukcyjność (cewki), będąca
w pewnym sensie przeciwieństwem pojem−
ności (kondensatora), wskazuje na zdolność
przeciwstawiania się zmianom prądu. Induk−
cyjność cewki wyraża się w henrach. 1 henr
to duża indukcyjność, najczęściej używane
cewki mają indukcyjność znacznie mniejszą,
wyrażaną w milihenrach (mH) i mikrohen−
rach (

µH).

Idealna cewka powinna mieć rezystancję

równą zeru. Rzeczywiste cewki z uzwojenia−
mi z drutu miedzianego mają pewną rezy−
stancję, która jest parametrem szkodliwym.
Biorąc sprawę w uproszczeniu − czym mniej−
sza rezystancja drutu i większa indukcyjność,
tym cewka ma większą dobroć.

Cewka może mieć odczepy. Czasem symbol

zawiera oznaczenie rdzenia – zobacz rysunek
na następnej stronie.

− precyzyjnie za pomocą
R1 (10k

Ω...1MΩ).

Pamiętaj tylko,

że stabilność „zwy−
kłych elektrolitów”
jest kiepska, więc
w miarę możliwości za−

stosuj kondensator

tantalowy

(taki

kondensator za−

warty jest w ze−

stawie elemen−

tów do tej lekcji −

A03).

Od dawna wiesz,
jak działa tranzy−
stor. Pojawienie się
prądu bazy powo−
duje przepływ prą−
du w kolektorze.
Gdy prąd bazy za−
nika, prąd kolekto−
ra również przesta−
je płynąć.

Dodajmy teraz

do tranzystora dru−
gi tranzystor we−
dług rysunku 15a.
W stanie spoczyn−

A3

47

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

4

4

4

4

Czy wiesz, że...

skupione światło lasera, w tym

także popularnego laserowego wska−

źnika, niesie znaczną energię i mo−

że uszkodzić wzrok?

Ćwiczenie 6

Rys. 15

A

G

K

H

Teoretycznie najprostszy tester refleksu
można byłoby zrealizować za pomocą
dwóch małych tyrystorów na zasadzie
pokazanej na rysunku 16. Na sygnał da−
ny przez sędziego, każdy z dwóch zawo−
dników stara się jak najszybciej wcisnąć
„swój” przycisk. Dioda LED pokaże, kto
był szybszy.

W spoczynku, po włączeniu zasilania

oba tyrystory nie przewodzą. Naciśnięcie
dowolnego przycisku powoduje trwałe
przewodzenie współpracującego tyrysto−
ra. Napięcie na tym tyrystorze (w punk−
cie A albo B) błyskawicznie spadnie. Tak
małe napięcie powinno uniemożliwić

trzną równą 2M

Ω (2000kΩ), ale na zakresie

0,3V tylko 6k

Ω.

Czym mniejsza rezystancja woltomierza, tym

bardziej zmienia on warunki pracy sprawdzanego
układu, a odczytany wynik jest mniejszy niż napię−
cie występujące tam w normalnych warunkach.
W skrajnych przypadkach dołączenie kiepskiego
analogowego woltomierza o małej oporności może
spowodować błędne działanie mierzonego urzą−
dzenia. W przypadku woltomierza cyfrowego sy−
tuacja jest znacznie lepsza, bo oporność jest więk−
sza. Miej jednak świadomość, że jeśli w układzie
występują rezystancje rzędu 1M

Ω lub większe, do−

łączenie tam woltomierza znacznie zmieni warun−
ki pracy.

Z amperomierzem jest podobnie – w układ

włączamy dodatkową rezystancję szeregową.
W przypadku każdego amperomierza rezystancja
nie jest stała i zależy od zakresu pomiarowego. Tu
mała dygresja – amperomierz jest w rzeczywisto−
ści woltomierzem, który mierzy napięcie na nie−
wielkim wzorcowym rezystorze – ilustruje to ry−
sunek I. Ta rezystancja wzorcowa amperomierza
dla tanich mierników cyfrowych na najmniejszym
zakresie 2mA wynosi aż 100

Ω, a na zakresach

10A czy 20A tylko 0,02

Ω...0,2Ω.

Choć w większości przypadków nie musisz się

tym przejmować, pamiętaj, że w niektórych sytua−
cjach dołączenie miernika może zmienić warunki
pracy układu, a odczytane wyniki nie będą odpo−

wiadać prądom i napięciom podczas normalnej
pracy. Ta informacja pozwoli wstępnie wyjaśnić

40

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Może też mieć kilka uzwojeń; wtedy jest

jednak zwykle nazywana transformatorem.
Cewki z jednym uzwojeniem (ale nie tylko
takie) są często nazywane dławikami.

Tyle wiedzy o cewkach na razie Ci wy−

starczy. Nieco więcej informacji zdobędziesz
w dalszej części kursu.

Elektromagnes

Okazuje się, że cewka, przez którą płynie
prąd, zachowuje się jak magnes. Siłę przycią−
gania takiego elektromagnesu zwiększa obe−
cność rdzenia z materiałów magnetycznych
(żelazo, stal, stopy niklu, kobaltu). Hobbyści
rzadko wykorzystują klasyczne elektroma−
gnesy, a bardzo często – przekaźniki, które
też są odmianą elektromagnesów.

Przekaźnik

Przekaźnik to element
elektromechaniczny, za−
wierający

elektroma−

gnes i styki. Można
uznać, że jest to stero−
wany elektrycznie prze−
łącznik. Przepływ prą−
du przez cewkę prze−
kaźnika powoduje jego

ku oba tranzystory są zatkane, czyli nie
przewodzą. Gdy po przyciśnięciu S po−
jawi się prąd bazy I

B

, najpierw otworzy

się tranzystor T1. Prąd jego kolektora
popłynie przez obwód baza−emiter tran−
zystora T2, czyli T2 na pewno zostanie
otwarty. Prąd kolektora T2 popłynie
przez obwód baza−emiter tranzystora T1,
co na pewno utrzyma w stanie otwarcia
T1. Nawet gdy w zaniknie prąd I

B

, oba

tranzystory będą nadal przewodzić. Wy−
stępuje tu bardzo silne dodatnie sprzęże−
nie zwrotne. Wystarczy więc choć na
krótką chwilę podać na „bramkę” impuls
dodatni, by oba tranzystory otworzyły
się na stałe. Zaznaczony kolorowo dwu−

tranzystorowy układ niejako się zatrza−
śnie i będzie przewodził aż do wyłącze−
nia zasilania.

Dziwny i nieprzydatny wynalazek?
Wcale nie – omówiliśmy właśnie

działanie tyrystora – jego symbol poka−
zany jest na rysunku 15b. Jeśli jednak
chcielibyśmy zbudować zastępczy tyry−
stor z dwóch tranzystorów, w celu unik−
nięcia niespodzianek trzeba będzie dodać
elementy R1, R2 i C1 według rysunku
15c. Tranzystory mają wielkie wzmoc−
nienie i bez tych elementów układ byłby
po prostu zbyt czuły.

Więcej o tyrystorach dowiesz się

z części ELEMENTarz.

A3

48

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

5

5

5

5

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

E

LEMENT

arz

E

LEMENT

arz

Ćwiczenie 7

Tester refleksu

Rys. 16

Przekaźniki

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

I

otwarcie drugiego ty−
rystora, gdy za chwilę
zostanie naciśnięty
drugi przycisk.

I to jest zasada

działania

układu,

który wraca do stanu
spoczynku po wyłą−
czeniu zasilania.

Zamiast

układu

najprostszego, zbuduj
tester refleksu we−
dług rysunku 17 i fo−
tografii 5.

W obwodach bra−

mek tyrystorów ko−
niecznie trzeba dodać
dzielniki

napięcia

(10k

Ω+10kΩ), ponie−

waż napięcie na ano−
dzie otwartego tyry−
stora nie spada do zera, tylko wynosi
około 0,7V, co bez dzielnika wystarczy−
łoby do otwarcia drugiego tyrystora. Ge−
nerator z tranzystorami T1, T2 wyznacza
rytm pracy − za pośrednic−
twem T3 zaświeca czer−
woną diodę LED D1
i wtedy zawodnicy
powinni jak naj−
wcześniej nacisnąć
przyciski. Zwycięzcę
wskaże zielona dioda
LED D2 lub D3. Po kil−
kudziesięciu sekundach diody
zgasną i po kolejnych kilkudziesięciu se−
kundach oczekiwania cykl się powtórzy.

Uwaga! Małe tyrystory w obudo−

wach TO−92, potrzebne do tego ćwi−

czenia, są mało popularne. Zestaw ele−
mentów do wyprawy (A03) zawiera
dwa takie tyrystory. W ostateczności
można zastosować układ zastępczy ty−

rystora z poprzedniego ćwi−

czenia. Natomiast z du−

żymi, częściej spoty−

kanymi tyrystorami

w obudowach TO−
220 układ prawdo−

podobnie nie będzie

działał ze względu na

dużą wartość tzw. prądu

podtrzymania, który dla ta−

kich tyrystorów typowo wynosi kilka−
dziesiąt miliamperów, być może wię−
cej, niż prąd płynący przez diody LED
D2, D3.

różne dziwne, na pozór niewytłumaczalne przy−
padki. Z pomiarami wiąże się też wiele innych za−
gadnień i problemów. Obejmuje je szeroka i waż−
na dziedzina elektroniki – miernictwo. Na razie nie
musisz się w nią wgłębiać.

Trwałość, starzenie

Jak wiadomo, artykuły spożywcze mają ogra−

niczoną trwałość, a na opakowaniach podaje się
datę przydatności do spożycia. Z elementami elek−
tronicznymi (rezystory, kondensatory stałe, tranzy−
story, diody...) jest zupełnie inaczej – można uznać,
że się nie starzeją. W prawidłowo zaprojektowa−
nym i wykonanym układzie będą pracować przez
dziesiątki lat.

Są nieliczne wyjątki, na przykład baterie, (alu−

miniowe) kondensatory elektrolityczne i fotorezy−
story, które po kilku latach zauważalnie zmieniają
parametry. W bateriach (i akumulatorach) zachodzi
proces samorozładowania i w efekcie już po roku
przechowywania występuje zauważalne (w lep−
szych, droższych bateriach) i duże (w najtańszych
bateriach) zmniejszenie ilości zawartej w nich
energii.

Podczas drugiej wyprawy omówiliśmy sprawę

rozformowania aluminiowych, czyli „zwykłych
elektrolitów”.

Trwałość przekaźników i przełączników zależy

od warunków pracy – czym większy prąd i
napięcie podczas przełączania, tym szybciej ni−

szczą się (wypalają się) styki. Upływ czasu nieko−
rzystnie wpływa na połączenia stykowe. Zaprezen−
towane na pierwszej wyprawie połączenia wyko−
nane przez skręcenie ze sobą końcówek, owinięcie
ich cienkim drutem albo wetknięcie końcówek
w specjalną płytkę stykową, po dłuższym czasie
użytkowania (kilka miesięcy) okazałyby się bardzo
zawodne ze względu na utlenianie (korozję) po−
wierzchni. Podobnie jest z układami na płytkach
stykowych. Takie sposoby montażu są znakomite,
jeśli chodzi o układy eksperymentalne, montowane
tylko na krótki czas do celów testowych. Układy,
które mają pełnić swoją funkcje przez długi czas
powinny być starannie zmontowane przy użyciu
lutownicy i świeżej cyny z topnikiem. Jeśli ko−

85

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

reakcję, czyli przyciągnięcie kotwicy i zmia−
nę stanu styków. Ogromna większość prze−
kaźników ma działanie chwilowe, to znaczy
zmiana stanu styków następuje na czas prze−
pływu prądu przez cewkę.

Na schematach przekaźniki oznaczane są

różnie, np.: Rel (od relais), Prz (od przeka−
źnik), Pu.

Najważniejszymi parametrami przekaźni−

ka są: napięcie robocze cewki, czyli napięcie,
którym powinna być zasilana cewka podczas
pracy, oraz maksymalny prąd styków.

Zdecydowana większość elementów elek−

tronicznych (rezystory, kondensatory, tranzy−
story, ...) ma niemal nieograniczoną trwałość,
to znaczy w normalnych warunkach powinny
one pracować bezawaryjnie przez długie lata.
Natomiast przekaźniki (ściślej biorąc wszyst−
kie elementy stykowe, także przełączniki
i przyciski) mają ograniczoną trwałość. Żywot−
ność styków zależy w wielkim stopniu od wa−
runków pracy, głównie prądu i napięcia. Czym
wyższe napięcia i prądy, tym szybciej niszczą
(wypalają) się styki. Każde rozłączenie obwo−
du powoduje powstanie na chwilę łuku elek−
trycznego (iskry), a to niszczy powierzchnie
styków. Jeśli delikatny przekaźnik będzie pra−
cował przy napięciach i prądach większych niż
przewidział producent, żywotność radykalnie
się zmniejszy; może nawet dojść do samoczyn−
nego sklejenia (zgrzania) styków.

O ile typowa żywotność mechaniczna

przekaźnika, czyli żywotność przy zniko−
mym obciążeniu, jest rzędu 10 milionów za−
działań, o tyle żywotność przy obciążeniu
nominalnym zazwyczaj wynosi 100 tysięcy
zadziałań. Czy to dużo?

100 000 zadziałań okazuje się liczbą nie−

wielką. Oblicz, ile czasu pracowałby przeka−
źnik, jeśli przełączałby styki raz w ciągu
sekundy...

100000 sekund to mniej niż 28 godzin!

Tu widzisz, dlaczego w miarę możliwości
dążymy do tego, by przekaźnik przełączał jak
najrzadziej.

Przekaźniki, pomimo ograniczonej trwało−

ści są nadal chętnie wykorzystywane, między
innymi dlatego, że zapewniają oddzielenie
galwaniczne, czyli pełną izolację styków od
cewki i sterującego ją układu elektronicznego.

A3

49

Czy pamiętasz, że...

elementy układu zawsze muszą być

połączone ze sobą dokładnie tak, jak po−

kazuje schemat ideowy (elektryczny).

Przestrzenne rozmieszczenie elemen−

tów nie musi wcale przypominać

schematu ideowego.

Ćwiczenie 8

Przekaźnik i cewka

Zjawisko samoindukcji

Rys. 17

Zbuduj układ według rysunku 18 i foto−
grafii 6. Zauważ, że dioda LED jest włą−
czona inaczej, niż zazwyczaj. W zesta−
wie do tej wyprawy znajdziesz przeka−
źnik RM81/12V lub RM83/12V. Po na−

ciśnięciu przycisku S odezwie się brzę−
czyk. To oczywiste! Gdy przez cewkę
przekaźnika popłynie prąd, zadziała ona
jak elektromagnes, przyciągnie kotwicę
i przełączy styki. Nie zaświeci się

natomiast dioda LED, bo jest włączona
odwrotnie.

Zwróć uwagę, że styki przekaźnika

nie są połączone elektrycznie z cewką.
Obwody cewki i styków są więc odizo−
lowane galwanicznie. To pożyteczna ce−
cha, pozwalająca skutecznie oddzielić
obwody sterujące od obwodów wyko−
nawczych.

Działanie przekaźnika jest samo

przez się zrozumiałe. Mam jednak nie−
spodziankę: czy potrafisz wyjaśnić, dla−
czego po zwolnieniu przycisku S na
chwilę zapala się dioda LED?

Zwróć uwagę, że dioda LED włą−

czona jest w „odwrotnym kierunku”,
więc po naciśnięciu przycisku nie
świeci. Błyska w chwili, gdy obwód
zostaje przerwany. Skąd bierze się prąd
i „odwrotne” napięcie zaświecające tę
diodę w chwili, gdy obwód jest prze−
rwany?

Podczas drugiej wyprawy przekonali−

śmy się, że kondensator gromadzi ener−
gię. Teraz dokonaliśmy kolejnego waż−
nego odkrycia! Okazuje się, że w cewce
przekaźnika też zgromadziła się jakaś
ilość energii i że w chwili zaniku prądu
cewka wytwarza „odwrotne” napięcie.
Dotyczy to wszelkich cewek, nie jedynie
przekaźników.

Za chwilę wykorzystasz to w zadzi−

wiający sposób, a na razie do jednego
LED−a z rysunku 18 dołącz w szereg
kilka lub nawet kilkanaście LED−ów.
Do ich zaświecenia potrzeba nie 2V,
tylko kilkanaście lub kilkadziesiąt
woltów.

Dziwna rzecz, diody nadal błyskają

– powstające „odwrotne” napięcie jak−
by się dopasowuje do potrzeb. Gdy
trzeba jest małe i zaświeca tylko jedną
diodę, a gdy trzeba może mieć kilkana−
ście, kilkadziesiąt i więcej woltów.
Dlaczego?

nieczne jest zastosowanie jakichś połączeń styko−
wych w takich układach, złącza stykowe powinny
być złocone. Urządzenia przeznaczone do pracy
w trudnych warunkach, np. w samochodzie, po−
winny być zmontowane szczególnie solidnie i do−
datkowo zabezpieczone lakierem izolacyjnym albo
zalewą silikonową.

Przerażające katalogi

Od początku kursu wspominam o różnych parame−
trach elementów elektronicznych. Niektóre para−

metry są ważne, inne mniej istotne – wyraźnie
wskazuję w ELEMENTarzu, które są najważniej−
sze. Początkujący hobbysta interesuje się tylko ty−
mi najważniejszymi, natomiast profesjonalny kon−
struktor musi uwzględnić także inne, by opracowa−
ne urządzenie mogło pracować przez długie lata
w różnych warunkach (temperatura, wilgotność,
wstrząsy).

Producenci elementów opisują swoje wyroby

w katalogach. Na fotografiach na tej i następnej
stronie znajdziesz fragmenty katalogów. Oprócz

takich obszernych katalogów często wykorzystuje
się katalogi skrócone, zawierające tylko najważ−
niejsze parametry. W Biblioteczce praktyka w
następnym numerze EdW znajdziesz skrócony ka−
talog najważniejszych diod.

Katalogi to bezcenne źródło informacji. Jednak

próba lektury pełnych katalogów firmowych może
Cię doprowadzić do rozpaczy. Przecież Ty nawet
połowy z tego nie rozumiesz!

Jeśli w katalogu spotkasz parametry czy

oznaczenia, o których znaczeniu nie masz blade−

86

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Większość przekaźników to elementy nie−

biegunowe, jednak niektóre, zwłaszcza małe
przekaźniki teletechniczne, są tak zwanymi
przekaźnikami polaryzowanymi i bieguno−
wość napięcia sterującego podawanego na
cewkę powinna być zgodna ze wskazówkami
producenta.

Oprócz typowych przekaźników o działa−

niu chwilowym produkuje się też tak zwane
przekaźniki bistabilne (dwustabilne) jedno−
i dwucewkowe. Podanie na chwilę napięcia
na jedną z cewek przełącza na stałe styki. Po−
danie na chwile napięcia na drugą cewkę po−
woduje powrót do stanu wyjściowego. Prze−
kaźnik bistabilny jest więc elementem pa−
miętającym.

Źródło prądowe

(current source)

W pewnych obwodach prąd powinien mieć
niezmienną, ściśle określoną wartość. Produ−
kowane są specjalne elementy, zwane źródłami
prądowymi, które to zapewniają. Nie są one
jednak zbyt popularne. Częściej do wytworze−
nia prądu o stałej wartości wykorzystuje się
proste układy pokazane na rysunku poniżej.

Lustro prądowe

(current mirror)

W pewnych sytuacjach trzeba niejako zmie−
nić kierunek przepływu prądu, zachowując
jego wartość. Służą do tego tzw. lustra prądo−
we. Przykłady dwóch najprostszych luster
prądowych pokazane są na rysunku na
następnej stronie. Aby prądy były takie sa−
me (z dokładnością do prądu bazy), użyte
tranzystory powinny mieć identyczne cha−
rakterystyki i

identyczną temperaturę.

W ćwiczeniu 4 sprawdziliśmy, że różnica
temperatur tranzystorów powoduje, iż prądy
nie są jednakowe.

A3

50

Rys. 18

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

6

6

6

6

Oczywiście nie podam Ci projektu
prawdziwego krzesła elektrycznego.
Gdy jednak usuniesz diodę świecącą
z poprzedniego układu, na cewce prze−
kaźnika przy wyłączaniu pojawią się im−
pulsy wysokiego napięcia. Schemat naj−
prostszego generatora wysokiego napię−
cia pokazany jest na rysunku 19. Do−
tknij jedną ręką do punktów A, B, a dru−
gą wciskaj i zwalniaj przycisk S. Czy
czujesz impulsy elektryczne w chwili
rozwierania przycisku?

Nie bój się − dodałem rezystor ograni−

czający R1. Ponieważ poszczególne oso−
by mają różną wrażliwość, niech na po−
czątek ma on 1k

Ω, jak pokazuje rysunek

19. Zapewne nic nie poczujesz, zmniejsz
więc wartość R1 do 100

Ω. Jeśli uważasz,

że impulsy nadal są zbyt słabe, zmniejsz
R1 do zera, czyli zewrzyj ten rezystor. Fo−
tografia 7 pokazuje model bez rezystora,
który przetestowałem wraz ze swym sy−
nem bez żadnych
nieprzyjemnych
odczuć. Impulsy
są wyraźnie od−
czuwalne,

ale

nie przykre. Je−
śli się nie boisz,
od razu pomiń
rezystor ograni−
czający.

Zajrzyj do części ELEMENTarz

i TECHNIKALIA.

Zawsze też pamiętaj o włączaniu dio−

dy równolegle do cewki przekaźnika.
Będzie to jednak zwykła dioda, a nie
dioda LED, która tu do celów poznaw−

czych, wbrew
zaleceniom ka−
talogu, praco−
wała przy napię−
ciu wstecznym
12V.

go pojęcia, nie musisz się tym zbytnio przejmo−
wać. Jeśli zamierzasz jedynie montować układy
według schematów z literatury, możesz być zu−
pełnie spokojny. W ramach tego kursu pokazuję
Ci, co jest najważniejsze i to na pewno wystar−
czy na początek.

Wiedz jednak, że po kilku wyprawach na oślą

łączkę nie zostaniesz „rasowym” konstruktorem.
Właśnie podczas lektury katalogów możesz się
przekonać, że elektronika to bardzo szeroka dzie−
dzina i aby zostać dobrym konstruktorem, trzeba

87

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Wzmacniacz różnicowy

Budując regulator temperatury w ćwiczeniu
11 wykorzystamy dwa tranzystory PNP
w specyficznym połączeniu. To tak zwana
para różnicowa, można też powiedzieć –
wzmacniacz różnicowy. Okazuje się, że jest
to bardzo, bardzo pożyteczny układ, zwła−
szcza gdy tranzystory mają identyczne para−
metry. W przyszłości spotkasz się z obwoda−
mi jak na rysunku niżej.

Na razie nie musisz wiedzieć wszystkiego

o wzmacniaczu różnicowym, zapamiętaj tyl−
ko, że reaguje on na różnicę napięć między
bazami tranzystorów.

Multimetr – miernik

uniwersalny

Najpopularniejsze
mierniki (wolto−
mierz, ampero−
mierz, omomierz)
oznaczamy

na

schematach tak,
jak pokazuje rysunek powyżej.

Multimetr czyli miernik uniwersalny to

przyrząd, który może pełnić rolę woltomie−
rza, amperomierza albo omomierza. Foto−
grafia na stronie 86 pokazuje jeden z naj−
prostszych i najtańszych multimetrów. Na za−
kup takiego przyrządu może sobie pozwolić
każdy hobbysta.

A3

51

Ćwiczenie 9

Generator

wysokiego napięcia
Krzesło elektryczne

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

7

7

7

7

Impuls wysokiego napięcia teoretycz−

nie może mieć nawet kilkaset woltów, jed−
nak ze względu na niewielką energię nie
jest groźny dla życia.

Uwaga! Opisanych eksperymen−

tów w żadnym wypadku nie mogą
przeprowadzać osoby z wbudowa−
nym rozrusznikiem serca. Osoby nie−
pełnoletnie mogą wykonać ćwicze−
nie wyłącznie pod ścisłą opieką wy−
kwalifikowanych osób dorosłych, za−
czynając od wersji z rezystorem R1.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW

Informacje dotyczące zestawu

EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują

się na stronie 120.

zgromadzić naprawdę dużo wiedzy i doświadcze−
nia. Oto kilka pytań kontrolnych:

Czy wiesz, na ile rezystancja rezystorów wę−

glowych i kompozytowych zależy nie tylko od

temperatury, ale także od napięcia? Czy wiesz, co
oznacza, że kondensatory MKT mają zdolność sa−
moregeneracji? Czy wiesz, jak zapobiegać efekto−
wi drugiego przebicia w tranzystorach bipolar−
nych? Czy wiesz, jak minimalizować efekt Mille−
ra w tranzystorach MOSFET pracujących jako
przełączniki? Czy wiesz, jaka jest stabilność dłu−
goczasowa „elektrolitów” aluminiowych? Czy
wiesz, co to jest kompatybilność elektromagne−
tyczna? Które elementy elektroniczne mogą praco−
wać w temperaturze −20

o

C, a które nie? Te pytania

stawiam nie po to, by Cię zniechęcić. Jeśli nie ze−
chcesz wgłębiać się w elektronikę, cykl „Ośla
łączka” całkowicie wystarczy do zrozumienia pod−
staw i do zbudowania wielu atrakcyjnych ukła−
dów, które przysporzą Ci wiele radości. Jeśli jed−
nak chcesz wgłębiać się w tajniki, ta odrobina zim−
nej wody wylana na głowę ma Cię zachęcić do
dalszych poszukiwań oraz stopniowego groma−
dzenia wiedzy i praktycznego doświadczenia.

88

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

Następna fotografia pokazuje multime−

try lepszej klasy, wyposażone w szereg do−
datkowych funkcji. Przed laty powszechnie
wykorzystywano multimetry wskazówkowe
(analogowe), które jak się okazuje miały
i nadal mają pewne zalety. Dziś mierniki
wskazówkowe są rzadkością, dlatego na na−
szych wyprawach będziemy się posługiwać
multimetrem cyfrowym.

Multimetr cyfrowy to dzisiaj podstawowy

przyrząd w pracowni elektronika. Nawet naj−
tańszy multimetr pozwala mierzyć napięcie,
prąd i rezystancję. Lepsze i droższe multime−
try mogą dodatkowo mierzyć pojemność,
częstotliwość, temperaturę i współczynnik
wzmocnienia tranzystorów.

Uwaga! Multimetr nie może pełnić kilku

funkcji jednocześnie – jedną potrzebną funk−
cję wybiera się, ustawiając odpowiednio po−
krętło zmiany zakresów oraz dołączając son−
dy do właściwych gniazd.

A oto żelazne zasady:
Woltomierz zawsze włączamy do ukła−

du równolegle.

Amperomierz zawsze włączamy do ob−

wodu szeregowo.

Omomierzem mierzymy rezystancję

pojedynczych elementów, a nie elementów
wlutowanych w układ.

Przykłady pokazane są na rysunku

powyżej. Przy pomiarach napięcia, prądu
i rezystancji zawsze wykorzystane jest gnia−
zdo oznaczone COM (ang. common –
wspólny). Do tego gniazda dołączamy czar−
ny kabel. Kabel czerwony ma być wetknię−
ty w jedno z pozostałych gniazd. Przy po−
miarach napięcia i rezystancji (w roli wolto−
mierza i omomierza) ma być wetknięty

w gniazdo oznaczone „V”, przy po−
miarach mniejszych prądów –
w gniazdo oznaczone „A” lub
„mA”, a przy pomiarach dużych
prądów – w gniazdo oznaczone
„20A” (lub „10A”). Dalszych infor−
macji warto szukać w instrukcji ob−
sługi. Fotografie pokazują różnie
ustawione multimetry.

Dalsze ważne wskazówki doty−

czące pomiarów za pomocą multi−
metru podane są w części pt. TECH−
NIKALIA.

A3

52

Czy wiesz, że...

wbrew potocznej opinii, nie zabijają

ani wolty, ani ampery. Człowieka może

zabić prąd płynący przez ciało, o ile jego

wartość wyniesie kilkadziesiąt miliampe−

rów lub więcej i jeśli prąd ten będzie

płynął przez dłuższy czas.

Rys. 19