plik

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

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...

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)

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−

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−

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

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

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

, 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

, 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.

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

LEMENT

arz

LEMENT

arz

Ćwiczenie 7

Tester refleksu

Rys. 16

Przekaźniki

TECHNIKALIA

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−

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

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.

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−

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.

Rys. 18

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

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

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.

Ćwiczenie 9

Generator

wysokiego napięcia
Krzesło elektryczne

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

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.

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

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.

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