Pozdrawiamy: Wacława Stera z Chrzanowa, Macieja Berowskiego z Czę−
stochowy, Dawida Bandurę z Mszczonowa, Łukasza Piżucha z Limano−
wej, Mariusza Starzyka z Lisiej Góry, Pawła Serafina, Witolda Szymania−
ka, Grzegorza Dziedzica, Katarzynę Napiórkowską, Jakuba Balabucha,
Tomasza Urbanka, Marcina Peciaka, Sylwię Kępińską, Roberta Figulę
z Sosnowca, Andrzeja Rudobielskiego z Chicago, Dariusza Stefaniuka,
Pawła Serafina, Jacka Onoszko, Wiesława Zgorzelskiego, Mariusza Brze−
skiego, Piotra Sachera, Wiesława Popławskiego, Pawła Szatanika, Dariu−
sza Lipskiego, Marka Giżyńskiego, Wojtka Dziekana i Jana Duliana
z Mędrzechowa.

Uwagi do rubryki Errare humanum est z EdW 01/2002 przysłali ostatnio: Da−
mian Wlaźlak z Dylowa Rządowego, Łukasz Kwiatkowski z Krakowa, Łu−
kasz Cieślak z Łodzi, Miłosz Grell, Przemysław Agata z Pabianic, Rado−
sław Koppel z Gliwic, Maciej Turski z Łodzi, Marcin Dyoniziak z Brwino−
wa, Wojciech Chmurzyński i Mirosław Kowalczyk z Polic.

Nagrody otrzymują: Łukasz Kwiatkowski i Mirosław Kowalczyk.

Bardzo dziękujemy za liczne kondolencje, które napłynęły do naszej redakcji
po śmierci Zbyszka Raabe. Aby oddać odczucia wielu Czytelników postano−
wiliśmy całą Pocztę tego numeru EdW poświęcić Jemu.

Zbigniew Raabe − Epitafium

Szanowni Państwo!
Chciałbym złożyć na ręce redakcji kondolencje z powodu śmierci Sz. P.

Zbigniewa Raabe. Był to człowiek wielki w swym talencie i umiłowaniu nas −
młodych adeptów elektroniki. Wprowadzał nas w tajniki tej sztuki jak ojciec
(nie szczędząc rad) i zarazem jak starszy kolega (z właściwym sobie, po−
wszechnie lubianym poczuciem humoru). Pozostaje wierzyć, że jego pasja
i dydaktyczne umiejętności zostały zasiane w naszych sercach. Ponadto, czy−
tając informację o śmierci Pana Zbigniewa, miałem wrażenie, że autor wspo−
mnianej notki (EdW 02/02 str. 5) prof. Wiesław Marciniak w przedostatnim
zdaniu trochę przesadził. Przypuszczam, że chodziło o pewne rozładowanie sy−
tuacji. Panowie − to stwierdzenie: „Szkoda, że o tym się nie dowiesz, a może
jednak − wszak wierzyłeś chyba w reinkarnację” było nietaktowne. Nie jest
ważne w co wierzył p. Zbigniew. Jeżeli wiedzą coś panowie o reinkarnacji
i wędrówce dusz, to powinni wiedzieć, że człowiek raczej nie ma wielkich
szans na człowiecze drugie wcielenie. Po drugie osoby innej wiary, mogły czuć
się obrażone (i ja się tak poczułem). Uważam, że tekst był dobry, ale ostatni
fragment nie do końca przemyślany.

Rafał Dybich,

student III roku Wydziału Elektrycznego Politechniki Lubelskiej
o specjalności Inżynierskie Zastosowania Informatyki.

Szanowna Redakcjo!
Chciałbym dołączyć do wielu listów z kondolencjami także i mój. Śmierć

Pana Zbigniewa Raabe jest dla mnie czymś niemożliwym − a jednak to nie−
możliwe stało się. Był jednym z wielu redaktorów „Elektroniki dla wszyst−
kich”, lecz jego niepowtarzalny styl zmusił i mnie − elektronicznego „głąba” −
do myślenia. Jego artykuły o „BASCOM−ie” otworzyły drogę wielu podobnym
do mnie osobom, którym nieobce jest pisanie programów, a które mają pro−

blem z narysowaniem prostego schematu lub zbudowaniem działającego ukła−
du. Pana Zbigniewa będzie brakować, lecz choć nie ma go między nami, to
jednak będziemy o nim pamiętać. Bo jak napisał to jeden z poetów greckich:
„Zostawię po sobie pomnik trwalszy niż ze spiżu”
tak i po Panu Raabe zostanie wiele − artykuły i... pamięć człowieka.

Żyj wiecznie Zbigniewie Raabe.

Marcin Gogulski, Poznań

Droga Redakcjo!
Gdy tylko otworzyłem ostatni numer EdW moje oczy skierowały się na na−

główek „Żegnaj Zbyszku”. Nie czekając długo zabrałem się do czytania. To,
czego się dowiedziałem wywarło na mnie ogromne wrażenie, nie mogłem
uwierzyć, że słynny elektronik i „przywódca” wszystkich początkujących elek−
troników nie żyje. Z niedowierzaniem przyglądałem się temu wstępowi.
Chciałbym tu wyrazić swój głęboki żal z tego faktu. To ten właśnie człowiek
sprawił, że nie porzuciłem swoich marzeń o robotach, to on wprowadził mnie
w wielki świat elektroniki cyfrowej i podstawy analogowej, to właśnie dzięki
niemu ostatnio udało mi się zbudować konsolę do pieca opartą na mikropro−
cesorze AT89C1051. Na pewno wielu elektroników przestało się bać mikro−
procesorów. Dbał on również o to by elektronicy nie byli postrzegani tylko
i wyłącznie jako nudni ludzie. To on przecież zaprojektował słynnego na cały
kraj „Pipka dręczyciela”. Był wielkim człowiekiem, dlatego pomysł z ufundo−
waniem nagrody jego imienia jest naprawdę bardzo dobry. Na pewno dla wie−
lu elektroników stanie się ona czymś w rodzaju najwyższego uznania i nagro−
dy Nobla. Jestem również pewien, mimo że nie znałem Pana Zbigniewa osobi−
ście, że byłby bardzo zadowolony i cieszyłby się, że pamięć o nim została wła−
śnie w ten sposób uczczona.

Jeszcze raz pragnę wyrazić swoje ubolewanie z powodu Jego śmierci...
Wierny czytelnik od pierwszego numeru:

Piotr Krzyżaniak

Witam serdecznie redakcję EdW i pozdrawiam wszystkich jej członków.
Do napisania tego listu skłoniły mnie nagromadzone w moim skromnym

wnętrzu refleksje dotyczące całokształtu pisma EdW i nie tylko. List ten jest
również hołdem dla najlepszego bodajże wykładowcy z jakim miałem kontakt
na tym ziemskim padole – Ś.P. Zbigniewem Raabe.

EdW i EP czytam już od ponad dwóch lat. Za każdym razem nowe pomy−

sły treściowe i konstrukcyjne pozwalają mi przenieść się do „odrębnego świa−
ta” jakim jest właśnie świat elektroniki. Jest to swojego rodzaju niezwykły
świat, gdzie nie ma miejsca na zacofanie, nicość intelektualną, nienawiść czy
przemoc. Wręcz przeciwnie. Jest to kraina współpracy, świeżości pomysłu
i postępu, która jest również autostradą rozwoju intelektualnego i to nie tylko
w dziedzinie elektroniki. Wspomniana dziedzina pomaga dostrzec, a niejedno−
krotnie po raz pierwszy zauważyć najważniejsze prawdy i aspekty otaczające−
go nas świata. Pod tym względem, jak zapewne łatwo zauważyć, pełnicie, ja−
ko wydawnictwo, ogromną rolę społeczną. Jesteście źródłem i motorem napę−
dowym dla bardzo, bardzo wielu młodych ludzi, pomagając im tym samym nie−
jednokrotnie wybrać prawidłową drogę życiową a także stajecie się dla nich
prawdziwym gruntem, jaki mogą poczuć pod swoimi stopami.

W tym momencie pragnę nawiązać do osoby, która niestety nas opuściła.

Ś.P. Pan Zbigniew był źródłem inspiracji dla przeogromnej liczby młodych lu−
dzi. Korzystając i analizując Jego poszczególne projekty pojawiające się do−

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

Kwiecień 2002

Poczta

W rubryce „Poczta” zamieszczamy fragmenty Waszych li−

stów oraz nasze odpowiedzi na pytania i propozycje. Elek−

tronika dla Wszystkich to nasze wspólne pismo i przez tę

rubrykę chcemy zapewnić jak najbardziej żywy kontakt re−

dakcji z Czytelnikami. Prosimy o listy z oczekiwaniami

w stosunku do nas, z propozycjami tematów do opracowa−

nia, ze swoimi problemami i pytaniami. Postaramy się

w miarę możliwości spełnić Wasze oczekiwania.

Specjalną częścią „Poczty” jest kącik tropicieli chochlika

drukarskiego „Errare humanum est”. Wśród Czytelników,

którzy nadeślą przykłady błędów, będą co miesiąc losowa−

ne nagrody w postaci kitów z serii AVT−2000. Piszcie więc

do nas, bardzo cenimy Wasze listy, choć nie na wszystkie

możemy szczegółowo odpowiedzieć. Jest to nasza wspól−

na rubryka, dlatego będziemy się do Was zwracać po imie−

niu, bez względu na wiek.

Poczta

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

Kwiecień 2002

tychczas na łamach EdW i EP nauczyłem się bardzo wiele. Idea tego człowie−
ka oraz sposób, w jaki prowadził On kursy powinna być wzorem dla nauczy−
cieli zarówno przedmiotów technicznych jak i humanistycznych. Był to czło−
wiek, w pełni znaczenia tego słowa, a przynajmniej takie odniosłem wrażenie
zgłębiając wiedzę, która w takiej postaci prawie dosłownie rozlewała się po
stronach czasopism i była przeze mnie bezwzględnie wchłaniana. Działo się
tak przede wszystkim dlatego, iż nie był to suchy przekaz mdłych informacji,
ale za sprawą jego stylu bycia oraz serca i zaangażowania jakie wkładał
w swoją pracę. Za każdym razem była to wspaniała przygoda, porównywalna
do wędrówki w nieznane, po nową dawkę informacji i − co chyba najważniej−
sze – umiejętności. Dowodem na to niech będą praktyczne doświadczenia
przeprowadzane po każdej lekcji z kursu Bascom College. Czytałem podręcz−
niki bardziej i mniej udane i muszę przyznać, że fragmenty tekstu wyżej wspo−
mnianych były przez długi czas niezrozumiałe, pomimo zapewnień ich autorów
o przystępnej formie wykładów. Świadomie i z pełną odpowiedzialnością mo−
gę więc powiedzieć, że Pan Zbigniew wiedział co robi, i odnoszę wrażenie,
a właściwie jestem tego pewien, On również odczuwał satysfakcję z tego tytu−
łu. Podsumowując Jego pracę należy koniecznie zaznaczyć iż potrafił wyjść
czytelnikom naprzeciw i dać im to, czego najbardziej potrzebowali. Najlep−
szym tego przykładem są właśnie kurs Bascom College i opis środowiska Pro−

tel, którego pierwszy, a zarazem ostatni jego autorstwa, w tej serii artykuł, nad
czym niezmiernie ubolewam, ukazał się w lutowym numerze EdW. Wyrażam
ogromną nadzieję że redakcja dokończy rozpoczęte przez Niego dzieło. Jestem
przekonany że Wam się to uda. W każdym bądź razie serdeczne podziękowa−
nia dla Ś.P. Zbigniewa Raabe. Szkoda, że on sam nie może przeczytać już te−
go listu. Chociaż... może się mylę...

Życzę Wam wszystkim takich sukcesów jakie niezaprzeczalnie odniósł nie−

zastąpiony Ś.P. Zbigniew Raabe.

Z poważaniem stały prenumerator EdW i EP z Polanicy Zdroju.

Mariusz Ciszewski

Elektronika już nie będzie taka sama...
Śmierć każdego człowieka nieodwracalnie zmienia oblicze świata, ponieważ
każdy z nas jest niepowtarzalny. Jednak odejście Zbigniewa Raabe z pewno−
ścią jest na swój sposób wyjątkowe. Genialny autor „Pipka dręczyciela” na
zawsze pozostanie nieśmiertelny w sercach tysięcy elektroników. Niejeden
z nas biorąc lutownicę do ręki przypomni sobie p. Zbigniewa i jego genialne
artykuły.

To wszystko...

Mariusz Chilmon

Paweł Bartman . . . . . . . . . . . . . . . .Pułtusk
Piotr Bąk . . . . . . . . . . . . . . . . .Międzylesie
Grzegorz Bywalec . . . . . . . . . . .Oświęcim
Iwona Dudek . . . . . . . . . . . . . . . . . .Rębów
Krystian Dufner . . . . . . . . . . . . . .Chorzele
Marcin Dyoniziak . . . . . . . . . . . .Brwinów
Tomasz Gajda . . . . . . . . . . . . . .Wrząsawa
Damian Gutowski . . . . . . . . . . .Warszawa
Tomasz Jadasch . . . . . . . . . . . . . . . . .Kęty

Wojciech Jóźków . . . . . . . . . .Ciepielowice
Łukasz Kendzior . . . . . . . . .Dobre Miasto
Dariusz Knull . . . . . . . . . . . . . . . . .Zabrze
Zofia Komorkiewicz . . . . . . . . .Chotomów
Radosław Koppel . . . . . . . . . . . . . .Gliwice
Mirosław Kost . . . . . . . . . . . . .Golasowice
Mirosław Kowalczyk . . . . . . . . . . . .Police
Łukasz Kwiatkowski . . . . . . . . . . .Kraków
Marcin Malich . . . . . . . . . . .Wodzisław Śl.
Łukasz Miłobędzki . . . . . . . . . . . . .Siedlce

Łukasz Nowak . . . . . . . . . . . . . . .Krosinko
Maria Okoń . . . . . . . . . . . . . . . . . .Będzin
Przemysław Olczyk . . . . . . . . . . .Lubliniec
Piotr Omastka . . . . . . . . . . . . . .Mysłowice
Filip Ostatek . . . . . . . . . . . . . . . . .Kraków
Piotr Romysz . . . . . . . . . . . . . . . .Koszalin
Andrzej Sadowski−Skwarczewski . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Skarżysko−Kam.

Radosław Siechniewicz . . . . . . . . . .Zakręt
Sławomir Sitek . . . . . . . . . . .Zduńska Wola

Czesław Skrzecz . . . . . . . . . . . . . . .Siedlce
Andrzej Sobczyk . . . . . . . . . . . . .Brwinów
Paweł Szwed . . . . . . . . . . . . . .Grodziec Śl.
Józef Tomczyk . . . . . . . . . . . . . . . . . .Ruda
Kamil Uszyński . . . . . . . . . . . . . .Kobylany
Krzysztof Wachowski . . .Dąbrówka Wlkp.
Grzegorz Wasylów . . . . . . . . . . . . .Olsztyn
Marcin Wiązania . . . . . . . . . .Busko Zdrój
Zdzisław Wojtkowski . . . . . . . . .Szczecin.
Marcin Zieliński . . . . . . . . . . . .Mrozówek

EdW 4/2002 Lista osób nagrodzonych

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

Kwiecień 2002

Mam zamiar zbudować blokadę samochodową z EdW
7/2001 str. 97 (AVT−2472). Czy mogę ją zastosować do sil−
ników wysokoprężnych. (...) wtedy prawą rękę trzeba trzy−
mać na kluczyku przez dłuższą chwilę, póki silnik nie za−
skoczy, a lewą rękę na czujniku blokady. Kierownica zo−
staje bez ręki (...)

Opisaną blokadę można stosować w dowolnych pojazdach z rozru−
sznikiem elektrycznym. Zamiast dotykowego czujnika blokady moż−
na zastosować jakikolwiek przełącznik lub inny zwieracz, byle tylko
był ukryty przed ewentualnym złodziejem samochodu. Można zasto−
sować inny tranzystor MOSFET P, jednak proponowany IRF9540 jest
łatwo dostępny, niezbyt drogi i ma małą rezystancję otwarcia. Grubość
przewodów nie jest krytyczna − przez tranzystor nie płynie przecież
ogromny prąd rozrusznika. Wystarczy przewód o przekroju 1,5mm

Jak zmienić częstotliwość 50Hz na 100Hz? Podobno moż−
na za pomocą maszyny indukcyjnej trójfazowej pierście−
niowej. (...) bardzo bym prosił, by w EdW ukazały się sche−
maty dławików nasycanych lub jakichś układów elektro−
nicznych, podwajających częstotliwość sieci z 50 na
100Hz.

Częstotliwość można dowolnie zmieniać za pomocą tzw. falowników.
Są to skomplikowane i drogie urządzenia, jednak znacznie tańsze
i bardziej pożyteczne od wspominanych przez Czytelnika maszyn.

Nie planujemy w najbliższej przyszłości publikacji takich projek−

tów, bowiem do ich budowy, regulacji i uruchomienia potrzebne są du−
ża wiedza i doświadczenie, a także kosztowne przyrządy pomiarowe.

Czytelnika zachęcamy, by zainteresował się tematem falowników;

nie będzie to trudne, jeśli ma dostęp do Internetu.

Chciałbym zrobić przedwzmacniacz korekcyjny RIAA do
adaptera z ruchomą cewką. Z wiadomych względów chciał−
bym wyselekcjonować tranzystory o najmniejszym poziomie
szumów. W jaki najprostszy sposób tego dokonać? (...)

Rzeczywiście do przetwornika z ruchomą cewką niezbędny jest wyjąt−
kowo niskoszumny przedwzmacniacz, bo sygnał użyteczny i rezystan−
cja wewnętrzna przetwornika są bardzo niskie. Niewątpliwie najprost−
szym i wbrew pozorom, miarodajnym sposobem jest zbudowanie
kompletnego układu i pomiar szumów na wyjściu wzmacniacza mocy
przy różnych egzemplarzach tranzystorów przedwzmacniacza. Nie
trzeba wykorzystywać przy tym filtru psofometrycznego A, ale warto

obciąć prostym filtrem RC składowe o częstotliwościach powyżej
16kHz. Można mierzyć szumy woltomierzem napięć zmiennych, ale
nie zwyczajnym multimetrem, bo zwykle ma on za mały zakres czę−
stotliwości mierzonych. Jeszcze prościej jest ocenić szumy po prostu
na słuch, ewentualnie porównując szumy poszczególnych egzempla−
rzy w obu kanałach stereo. W każdym przypadku do wejścia
przedwzmacniacza trzeba dołączyć przetwornik adapteru lub równo−
ważną rezystancję. Przy rozwarciu wejścia szumy będą dużo większe.

W razie zainteresowania Redakcja może przedstawić prostą przy−

stawkę do multimetru z przetwornikiem TRMS i filtrem psofome−
trycznym, powalającą mierzyć nawet małe szumy. Bardzo prosimy
o listy w tej sprawie.

Praktyka pokazuje jednak, że w amatorskich konstrukcjach głów−

nym źródłem szumów nie są wcale tranzystory wejściowe, tylko błę−
dy i niedoróbki układowe związane z niedopasowaniem rezystancyj−
nym i przenikaniem „śmieci” z szyn zasilania. Dobór egzemplarzy
tranzystorów konieczny był kiedyś, gdy dostępne były niezbyt dobrej
jakości krajowe BC414 czy odrobinę lepsze zagraniczne BC560.
O wiele lepsze nowoczesne, ultraniskoszumne tranzystory, np. SSM−
2210 czy SSM−2220 (lub wcześniejsze serii MAT..) mają niewielki
rozrzut poziomu szumów między egzemplarzami i dobór egzempla−
rzy nie jest konieczny. Stosuje się raczej równoległe połączenie
dwóch lub trzech takich tranzystorów. Obecnie można bardzo upro−
ścić sobie zadanie stosując ultraniskoszumną kostkę SSM−2017, która
szumi nie więcej, niż rezystor 50−omowy. Zbudowanie w warunkach
amatorskich tranzystorowego wzmacniacza o mniejszych szumach
jest zadaniem nad wyraz trudnym i wymaga użycia co najmniej sze−
ściu tranzystorów SSM−2220 (po trzy równolegle).

Czym różnią się systemy redukcji szumów Dolby A, High−
Com, High−Com II, Super D, Dolby S, Dolby HX i jaką
mają skuteczność?

Czytelnik nie wymienił wszystkich popularnych systemów (DNR,
Dolby B, C, CNRS, Dolby HXpro, itd.). Poszczególne systemy róż−
nią się parametrami technicznymi (poziomami i częstotliwościami
granicznymi, głębokością zmian wzmocnienia) i deklarowanymi
współczynnikami redukcji szumów 6...30dB. Jednak podawanie licz−
bowych współczynników niewiele daje, bo jeden czy dwa parametry
nie dają informacji o subiektywnych wrażeniach, zwłaszcza o wa−
dach. Obszerniejsze omówienie systemów redukcji szumów zajęłoby
długi artykuł.

Skrzynka
Porad

W rubryce przedstawiane są odpowiedzi na

pytania nadesłane do Redakcji. Są to sprawy,

które, naszym zdaniem, zainteresują szersze

grono Czytelników.

Jednocześnie informujemy, że Redakcja nie

jest w stanie odpowiedzieć na wszystkie nade−

słane pytania, dotyczące różnych drobnych

szczegółów.

Skrzynka porad

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

Kwiecień 2002

Większość analogowych systemów redukcji szumów zawiera

w torze sygnału element o zmiennym wzmocnieniu. Jednostronna re−
dukcja szumów polega na obniżaniu poziomu sygnału w chwilach,
gdy brak sygnału użytecznego. Powoduje to zauważalne zmniejsze−
nie subiektywnie odczuwanych szumów. W systemach dwustronnych
odpowiednie zwiększanie i zmniejszanie wzmocnienia przeprowadza
się zarówno przy zapisie, jak i przy odczycie.

We wszystkich przypadkach chwilowe wzmocnienie zależy od po−

ziomu sygnału oraz od zawartości składowych o poszczególnych czę−
stotliwościach.

Przy powszechnej cyfryzacji znaczenie analogowych systemów

redukcji szumów systematycznie maleje, niemniej nadal systemy ta−
kie są stosowane, zwłaszcza w sprzęcie profesjonalnym (procesory
dźwięku: bramki szumu, kompresory, ekspandery). Pojawiają się tak−
że nowe opracowania, jak na przykład układ SSM2000, szczegółowo
opisany w artykule Nowoczesny system redukcji szumów HUSH
w EdW 1/1999 str. 9.

Czy są głośniki przenoszące całe pasmo akustyczne
(16Hz...20kHz)?

Wymagania stawiane głośnikowi w poszczególnych częściach pasma
akustycznego są sprzeczne. Dlatego wykonanie głośnika wiernie prze−
noszącego cały zakres częstotliwości akustycznych jest niezmiernie
trudne, wręcz niemożliwe, a na pewno nieopłacalne. Od dawna, zwła−
szcza w samochodach, stosowane są tak zwane głośniki szeroko−
pasmowe. Choć nieźle radzą sobie one z pasmem przenoszenia, jednak
ich dźwięk nie zadowala audiofilów. Do wiernego przeniesienia prze−
biegów impulsowych stosuje się dwa lub trzy głośniki, umieszczone

w starannie opracowanej obudowie, sterowane przez zwrotnicę, roz−
dzielającą sygnały na poszczególne głośniki. Coraz częściej też są
stosowane współosiowe głośniki dwudrożne, mające umieszczone je−
den w drugim dwa oddzielne systemy: jeden dla tonów niskich, dru−
gi dla wysokich. Fotografia pokazuje 16−centymetrowy samochodo−
wy głośnik tego typu firmy JBL o paśmie 45Hz...22kHz. Uzyskanie
pasma sięgającego 16Hz jest niezmiernie trudne.

Jak wskazuje tytuł projektu, chodzi o genera−
tor wysokiego napięcia. I nie jest to żaden pri−
maaprilisowy chwyt − zadziwiająco prosty
układ wytwarza impulsy o napięciu rzędu kil−
kudziesięciu kilowoltów, co umożliwia uzy−
skanie efektownych wyładowań łukowych,
czyli po prostu miniaturowych piorunów.

Ideę zaczerpnąłem z naszego czasopisma,

z rubryki Jak to robią inni (EdW 2/2002 str.
34), gdzie była zamieszczona króciutka not−
ka dotycząca prostego sposobu wytwarzania
wysokiego napięcia. Szybko na stole powstał
próbny model, gdzie między innymi zastoso−
wałem generator impulsów, który niedawno
powstał w ramach cyklu Ośla łączka.

Spektakularne wyniki eksperymentu oraz

prostota układu spowodowały, że przedsta−
wiam zbudowaną wytwornicę piorunów jako
projekt główny tego numeru.

Projekt jest oznaczony trzema gwiazdka−

mi tylko z uwagi na obecność wysokich na−
pięć, a nie ze względu na stopień trudności
montażu. Układ jest bardzo prosty i w wersji
podstawowej nie wymaga żadnej regulacji –
po zmontowaniu od razu pracuje poprawnie.

Ze względu na ryzyko porażenia i przy−

krego szoku, osoby niepełnoletnie i niedo−
świadczone mogą wykonać opisane ekspe−
rymenty wyłącznie pod opieką wykwalifi−
kowanych opiekunów (nauczycieli). Nawet
doświadczeni dorośli elektronicy nie powin−
ni przeprowadzać żadnych prób w poje−
dynkę, a jedynie w obecności drugiej osoby,
która w razie potrzeby odłączy zasilanie.

Choć długość błyskawic wytwarzanych

w powietrzu nie przekracza kilku centyme−
trów, uzyskany efekt na pewno jest godny
uwagi, o czym skutecznie przekonuje foto−
grafia na okładce.

Opis układu

Do wytwarzania piorunów (wyładowań łuko−
wych) służy samochodowa cewka wysokiego

napięcia. W układzie modelowym, pokaza−
nym na fotografiach pracuje popularna krajo−
wa cewka wysokiego napięcia o oznaczeniu
BE200B produkcji ZELMOT, pochodząca
z samochodowego szrotu. Rezystancja uzwo−
jenia pierwotnego wynosi około 3,2

Ω

, wtór−

nego – około 7k

Ω

, a przekładnia około 1:40.

Układ połączeń cewki i zasadę działania ilu−
struje rysunek 1. Uproszczone przebiegi po−
kazane są na rysunku 2. Zasada działania
jest bardzo prosta. Dodatni impuls (przebieg
A), podany na bramkę MOSFET−a otwiera
go w pełni. Napięcie na drenie tranzystora
jest praktycznie równe potencjałowi masy
(przebieg B). Przez tranzystor i uzwojenie
pierwotne cewki zaczyna płynąć prąd. Ze
względu na indukcyjność cewki prąd narasta
stopniowo (przebieg I). Podczas przepływu
prądu w cewce gromadzi się energia.

Gdy tranzystor zostanie gwałtownie za−

tkany, prąd nie może już płynąć w dotychcza−
sowym obwodzie. Cewka, jak wiadomo, „nie
lubi zmian prądu”, więc gwałtowny zanik
prądu powoduje powstanie napięcia samoin−
dukcji, które niejako „próbuje” podtrzymać
przepływ prądu (przebieg B). Na uzwojeniu
pierwotnym powstaje impuls napięcia o war−
tości kilkuset woltów. Ponieważ uzwojenie
wtórne ma kilkadziesiąt razy więcej zwojów,
na wyjściu w tym samym czasie pojawia się
impuls napięcia o wartości ponad 20kV

(przebieg C). Jeśli tylko elektrody wyjściowe
X, Y są oddalone nie więcej niż 15...30mm
(zależnie od napięcia zasilania i innych czyn−
ników), następuje przeskok iskry w powie−
trzu i powstanie łuku. Jeśli elektrody są odda−
lone za bardzo, iskra nie przeskoczy, a ener−
gia zgromadzona w cewce zamieni się na cie−
pło w elementach układu.

Fotografia na okładce pokazuje wyłado−

wania wewnątrz najzwyklejszej żarówki. We−
wnątrz bańki żarówki znajduje się gaz pod ni−
skim ciśnieniem, a w takich warunkach joni−
zacja i wyładowania powstają łatwiej.

Najodważniejsi (a raczej niefrasobliwi

i najmniej ostrożni) eksperymentatorzy po−
zwalają sobie wziąć bańkę żarówki w rękę
i zbliżać trzonek do przewodu wysokiego
napięcia wychodzącego z cewki. Wyładowa−
nie powstaje wtedy wewnątrz bańki, a jedną
z elektrod jest... ręka. Prąd (trzeba przyznać
o niewielkiej wartości średniej) zawsze musi
płynąć w zamkniętym obwodzie, więc znaj−
duje sobie jakąś drogę przez ciało człowieka
i dalej gdzieś do masy i „zimnych” zacisków
cewki. Oczywiście przepływ prądu przez

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

###

Rys. 1

Rys. 2

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

ciało powoduje nieprzyjemny efekt, a odczu−
cie bólu zależy od kilku czynników, między
innymi od odporności organizmu i drogi
przepływu prądu.

Stanowczo odradzam takie eksperymenty!
Choć płynące prądy (mikrosekundowe

impulsy o natężeniu do kilku amperów, po−
wtarzane co kilka milisekund) mają niewiel−
ką wartość średnią, porażenie może się oka−
zać wyjątkowo nieprzyjemne, a skutki − gro−
źne dla życia.

Dlatego kolejny raz przestrzegam przed

nonszalanckim podejściem do problemu.
Podczas eksperymentów należy unikać doty−
kania jakichkolwiek części układu. I nigdy
nie wolno przeprowadzać prób w pojedynkę.
W pomieszczeniu zawsze musi się znajdo−
wać przeszkolona osoba, która wyłączy na−
pięcie w razie nieszczęścia.

Trzeba też uważać na przyrządy pomiaro−

we. Jeśli to nie jest konieczne, nie należy
mierzyć w pracującym układzie żadnych na−
pięć czy prądów za pomocą miernika czy
oscyloskopu. Przypadkowy przeskok jednej
małej iskierki może uszkodzić obwody wej−
ściowe przyrządu.

Ja, co prawda, mierzyłem prawie wszyst−

kie przebiegi oscyloskopem z odpowiednią
sondą (z wyjątkiem impulsów wysokiego na−
pięcia) i udało mi się niczego nie zepsuć.
Niestety, wiem ze słyszenia, że niektórzy
eksperymentatorzy „załatwili” sobie multi−
metry, których kable pomiarowe przypadko−
wo lub nieprzypadkowo znalazły się zbyt bli−
sko obwodów wysokiego napięcia.

Kto chciałby zbudować i przetestować wy−

twornicę prywatnych piorunów, może wyko−
rzystać prościutki układ według rysunku 3.
Fotografia pokazuje taki model do wersji
podstawowej, zmontowany na... podstawce
20−pinowej.

Kluczową sprawą jest w naszej przetwor−

nicy maksymalny prąd cewki i nieodłącznie
z tym związany czas impulsu (czas przewo−
dzenia tranzystora T1), który nie powinien
być dłuższy niż 6...7ms. Zapewniają to zasto−
sowane elementy – czas impulsu wynosi tu
około 3,5 milisekund, a czas przerwy około
1,8ms. Daje to okres około 5ms czyli często−
tliwość powtarzania impulsów rzędu 200Hz.

Na wszelki wypadek układ sterujący do−

brze byłoby umieścić w odległości co naj−
mniej kilku centymetrów od cewki i tranzy−
stora, by nie narażać go na obecność bardzo
silnych pól elektrycznych – dlatego modelo−
wy sterownik jest połączony z tranzystorem
za pomocą kawałka trzyżyłowej tasiemki.

Obwód wytwarzania impulsów sterują−

cych można też zmodyfikować według ry−
sunku 4, co pozwoli sprawdzić działanie
przy różnych czasach impulsu i przerwy.
Rozdzielenie obwodów zasilania generatora
impulsów (9...12V) i przetwornicy pozwoli
odważniejszym eksperymentatorom przepro−
wadzić próby przy różnych napięciach zasi−
lania cewki i różnych czasach impulsu i prze−
rwy. Dodatkowy rezystor (0,1

Ω

) w obwodzie

źródła tranzystora umożliwi obserwację i po−
miar prądu ładującego cewki.

Montaż i uruchomienie

W układzie występują wysokie napięcia
groźne dla życia i zdrowia. Podczas ekspe−
rymentów należy zachować daleko posu−
niętą ostrożność i nie dotykać żadnych ele−
mentów pracującego układu.

Osoby niepełnoletnie mogą przeprowa−

dzić opisane eksperymenty wyłącznie pod
opieką wykwalifikowanych opiekunów.

Prezentowane układy są na tyle proste, że

można je zmontować „w pająku” albo na płyt−
ce uniwersalnej. Sam montaż nie jest trudny
i nie powinien nikomu sprawić kłopotów.

Ze względu na straty mocy w tranzystorze

T1, należy go wyposażyć w radiator. Będzie
się on grzał zwłaszcza przy napięciach zasi−

lania powyżej 12V.
Podczas moich wszyst−
kich (niezbyt długich)
eksperymentów przy
napięciach zasilania
do 24V wystarczył
pokazany na fotogra−
fii wstępnej niewielki
radiatorek, który się

wprawdzie mocno nagrzewał, ale nie do−
puścił do uszkodzenia tranzystora.

Opisany układ, wytwarzający impulsy

o wysokim napięciu i dużym prądzie, mo−
że być źródłem zakłóceń elektromagne−
tycznych (choć podczas prób nie stwier−
dziłem wpływu na odbiór RTV). Aby zmi−
nimalizować ich poziom, można podczas
prób położyć układ na możliwie dużym
kawałku blachy. Blacha powinna być połą−

czona z masą układu oraz, o ile to możliwe,
z uziemieniem.

Należy podkreślić, że podczas pracy ukła−

du silne impulsy występują nie tylko na wyj−
ściu wysokonapięciowym cewki, ale także na
drenie tranzystora. Przy tak dużych napię−
ciach można niespodziewanie doznać wstrzą−
su wskutek przepływu prądu przez pojemno−
ści montażowe, np. przy dotykaniu kabla wy−
sokiego napięcia, wychodzącego z cewki. Ze
względów bezpieczeństwa nie należy więc
przeprowadzać żadnych regulacji i zmian
w układzie będącym pod napięciem.

W pierwotnym modelu, pokazanym na fo−

tografii wstępnej wykorzystałem generator
impulsowy, stworzony wcześniej na potrzeby
cyklu Ośla łączka. Na marginesie warto po−
twierdzić, iż znakomicie zdał tu egzamin przy
pierwszych próbach, pozwalając wygodnie
regulować czas impulsu i przerwy. Obwód
cewki i tranzystora T1 zasilany był napięciem
7...24V z regulowanego zasilacza o wydajno−
ści kilku amperów, natomiast generator im−
pulsów − napięciem stabilizowanym 9V z in−
nego, małego zasilacza.

Sprawdziłem działanie z tranzystorami

MOSFET typu IRF840 oraz BUZ90A.
IRF840 ma katalogowe dopuszczalne napię−
cie źródło−dren równe 500V, natomiast
BUZ90A − 600V. Wyniki były praktycznie
jednakowe, a maksymalna długość iskry
w powietrzu przy zasilaniu cewki napięciem
12V±0,5V wynosiła około 2cm. Po zwięk−
szeniu napięcia zasilania cewki do 24V wyła−
dowanie stało się zdecydowanie silniejsze,
a maksymalna długość łuku między końcem
kabla wysokiego napięcia, a obudową lub za−
ciskiem B+ cewki wzrosła do 30mm (w po−
wietrzu). Dłuższego łuku na drodze kabel

Rys. 3

Rys. 4

wysokiego napięcia – zacisk B+ cewki nie
udało się uzyskać, ponieważ wyładowanie
zaczęło powstawać między metalową obudo−
wą cewki, a wyjściem kabla (po powierzchni
plastikowego izolatora).

Wyładowanie tworzy się w powietrzu,

między metalowymi częściami i łatwo po−
twierdzić znaną z podręczników zasadę, że
wyładowania „lubią” wszelkie ostre krawę−
dzie, nierówności i kolce. Czasem jednak
wyładowanie znajdowało lepszą drogę, niż
przez powietrze. Kilkakrotnie łuk wypalił so−
bie ścieżkę przez papier, na którym leżały
elektrody (co wcale nie dowodzi, że okładka
„elektronicznego” miesięcznika, jakim jest
EdW, jest przewodnikiem czy choćby pół−
przewodnikiem). Kiedy indziej przewodząca
ścieżka powstawała na powierzchni arkusza
meblowego laminatu, który też okazał się
gorszym izolatorem, niż powietrze.

Jeśli między elektrodami utrzymywał się

solidny łuk, to włożenie między nie kartki
papieru lub tektury nie przerywało go, tylko
powodowało szybki zapłon papieru.

Jak wspomniałem, niesamowicie atrak−

cyjne efekty, zwłaszcza w ciemności, można
uzyskać przy zastosowaniu najzwyklejszej
żarówki. Aby uzyskać efekt jak na fotografii
na okładce, koniec kabla wysokiego napięcia
przylutowałem do stopki żarówki, a do zaci−
sku B+ cewki dołączyłem kawałek srebrzan−
ki ukształtowany w pierścień, obejmujący
szklany balon żarówki na wysokości żarnika.
Właśnie ten druciany pierścionek wokół ba−
lonu stworzył warunki do równomiernego
rozłożenia łuku wewnątrz żarówki. Łuk po−
wstaje wewnątrz bańki i nie przeszkadza te−
mu szklany balon, będący skądinąd dobrym
izolatorem.

Ja wykorzystałem zwykłą żarówkę

40W o średnicy bańki 60mm, bo taką akurat
miałem pod ręką. Na pewno interesujące by−
łoby sprawdzenie efektu z żarówką o dużo
większej średnicy.

Interesujące okazały się także ekspery−

menty ze świetlówkami. Wykorzystałem 30−
centymetrową białą świetlówkę o mocy
8W i 15−cm ultrafioletową. Nie dołączałem
elektrod do przeciwległych końców świe−
tlówki – to byłoby zbyt oczywiste. Zacisk B+
cewki dołączony był do świetlówki z jednej
strony, a kabel wysokiego napięcia nie był
nigdzie połączony, tylko zbliżony do rury na
środku jej długości. Jeszcze ciekawszy był
fakt świecenia nigdzie nie podłączonej świe−
tlówki, leżącej w pobliżu pracującego gene−
ratora wysokiego napięcia. Nie przeprowa−
dzałem jedynie prób z popularnymi niegdyś
klasycznymi świetlówkami (jarzeniówkami)
o długości rury około metra.

Sprawdziłem natomiast, jak opisywana

przetwornica pobudza do świecenia uszko−
dzoną energooszczędną żarówkę Philipsa,
której stopka połączona była z zaciskiem B+,
a kabel WN zbliżony był do balonu lampy.

Dla dociekliwych

Choć opisany prościutki układ pozwala uzy−
skać naprawdę interesujące efekty, na pewno
część Czytelników chciałaby uzyskać wyniki
jeszcze bardziej widowiskowe. Przed przy−
stąpieniem do samodzielnych eksperymen−
tów warto zapoznać się z dodatkowymi in−
formacjami, mianowicie rozróżnić dwie pod−
stawowe sprawy:

Po pierwsze zwiększenie maksymalnego

napięcia wyjściowego, umożliwiające zapa−
lenie dłuższej iskry.

Po drugie zgromadzenie w cewce jak naj−

większej energii, by kolejne wyładowania
były jak najbardziej efektowne.

Zwiększanie napięcia. Maksymalna dłu−

gość iskry wyznaczona jest przez maksymal−
ne napięcie między punktami X, Y. Może
jednak nie dla wszystkich jest jasne, że na−
pięcie to nie jest wprost proporcjonalnie za−
leżne od napięcia zasilającego układ. Nawet
przy niewielkim napięciu zasilającym, prze−
pięcie powstające na cewce w chwili wyłą−
czenia tranzystora ma wartość rzędu kilkuset
woltów. To przepięcie prawie nie zależy od
napięcia zasilania, tylko od szybkości zmian
(zaniku) prądu, a ta zależy głównie od we−
wnętrznych pojemności montażowych i in−
nych szczegółów budowy cewki i obwodów
współpracujących.

Jednym z ograniczeń są właściwości...

tranzystora. Jak wiadomo, każdy MOSFET
posiada pasożytnicze struktury, które zazna−
cza się na symbolu tranzystora jako diodę,
włączoną między źródło i dren – patrz rysu−
nek 5a. Nie wszyscy jednak wiedzą, że te pa−
sożytnicze obwody zachowują się jak... dio−
da Zenera o napięciu nieco większym, niż ka−
talogowe napięcie U

. Ilustruje to rysunek

5b. Oznacza to, że próba przekroczenia tego
napięcia spowoduje przepływ prądu w obwo−
dzie dren−źródło także wtedy, gdy tranzystor
jest zatkany. Tym samym w praktyce nie da
się przekroczyć katalogowego napięcia dren−
źródło więcej niż o 10...15%. Warto dodać,
że przepływ prądu przez wspomnianą paso−
żytniczą „diodę Zenera” nie uszkodzi tranzy−
stora, o ile tylko energia impulsów nie będzie
zbyt duża – informacje o dopuszczalnej ener−
gii takich impulsów podane są zawsze w ka−
talogu (dla IRF840 pojedynczy impuls prze−
bicia lawinowego może mieć energię do
510mJ, powtarzalne – do 13mJ, przy czym
prąd przebicia może sięgnąć do 8A).

Generalnie obecność w tranzystorze

MOSFET takiej mało podatnej na uszkodze−
nia „diody Zenera” jest korzystna, jednak
w tym przypadku, aby uzyskać jak najdłuż−
sze wyładowanie, chcielibyśmy uzyskać na
uzwojeniu pierwotnym cewki jak największe
napięcie. Należy więc zastosować w układzie
tranzystor o jak największym napięciu pracy.

Choć dostępne są MOSFET−y o katalogo−

wym napięciu U

równym 1000V, próba ich

wykorzystania może wymagać pewnych

zmian. Wadą ich jest nie tylko znacznie
mniejsza popularność i trudności z zakupem.
Czym wyższe napięcie dopuszczalne, tym
większa rezystancja w stanie otwarcia. Przy−
kładowo tranzystor BUZ51 o napięciu
1000V, umieszczony w obudowie TO−220
ma rezystancję R

Dson

typowo 4

Ω

, czyli więk−

szą, niż rezystancja uzwojenia pierwotnego
cewki i może pracować przy prądzie drenu
do 3,4A. Oczywiście oznacza to, że straty
mocy w takim tranzystorze będą duże.
Aby utrzymać je na sensownym poziomie
należałoby zastosować tranzystor o znacznie
większym prądzie. Taki tranzystor, na
przykład BUZ312 o rezystancji R

Dson

typo−

wo 1,5

Ω

, prądzie drenu do 6A, umieszczony

w większej obudowie TO−218AA, na pewno
będzie dużo droższy i znacznie trudniejszy
do zdobycia.

Nieco inaczej jest z tranzystorami bipolar−

nymi. Tu wprawdzie nie występuje żadna
„dioda Zenera”, ale także i tu znaczne zwięk−
szenie napięcia kolektor−emiter powyżej na−
pięcia katalogowego spowoduje przepływ
prądu przez złącze kolektorowe. Co gorsza,
prąd ten może uszkodzić tranzystor. Różnice
jednak są dość istotne. W MOSFET−ach „na−
pięcie Zenera” jest z reguły tylko o kil−
ka...kilkanaście procent większe od katalogo−
wego napięcia U

DSmax

(BR)DSS)

). W tranzy−

storach bipolarnych „napięcie przebicia” po−
szczególnych egzemplarzy może być co naj−
mniej dwukrotnie większe, niż ich katalogo−
we napięcie U

CE0

, zwłaszcza przy odpowie−

dnim sterowaniu (zwieranie bazy do emitera
przy zatykaniu).

Kto chce, może przeprowadzić próby, na

przykład w układzie według rysunku 6
z popularnym tranzystorem bipolarnym
BU508A o napięciu katalogowym U

CE0

700V i U

CB0

1500V albo z innymi tranzysto−

rami, przeznaczonymi specjalnie do samo−
chodowych układów zapłonowych. Ze
względu na małe wzmocnienie tranzystorów
wysokonapięciowych (w skrajnym przypad−
ku <10), konieczne jest dodanie stopnia ste−
rującego, zapewniającego odpowiednio duży
prąd bazy T1. Prąd bazy wyznaczony jest
przez rezystor R4. Wartość tego rezystora
trzeba dobrać do wzmocnienia tranzystora
T1, by zapewnić jego nasycenie. Ze wzglę−
du na znaczną wartość prądu, zasilacz ste−
rownika powinien mieć odpowiednio dużą
wydajność, w skrajnym przypadku 1A. Po−
nieważ kluczowe znaczenie ma też szybkość

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Rys. 5

wyłączania, trzeba zastosować „dolny” tran−
zystor T3, a dla jego szybszego i pewniejsze−
go wyłączania T1, także diodę D3 i rezystor
polaryzujący R5.

Gdyby w roli T1 pracował wysokonapię−

ciowy „darlington”, D3, R5 nie są potrzebne,
a wartość R4 może być znacznie większa.

Jeszcze lepszym rozwiązaniem byłoby

wykorzystanie tranzystora IGBT o napię−
ciu pracy 1200V. Tranzystory IGBT, będą−
ce jakby połączeniem MOSFET−a i tranzy−
stora bipolarnego, z zasady mogą pracować
przy wysokich napięciach 600V...1200V, za−
leżnie od typu. Niestety, tranzystory IGBT są
zdecydowanie mało popularne i trudniejsze
do zdobycia.

Teoretycznie można się spodziewać, że

łatwo dostępne tranzystory, np. serii BU508
o napięciu U

CE0

równym 700V pozwolą uzy−

skać napięcie na kolektorze ponad 1000V,
a tym samym impulsy wyjściowe o amplitu−
dzie rzędu 40kV.

Teoretycznie!
Trzeba mieć świadomość, że przebiegi

z rysunku 2 są bardzo uproszczone i nie po−
kazują wszystkich ważnych szczegółów,
a tylko podstawową zasadę działania. Ze
względu na obecność pojemności montażo−
wych, pojemności uzwojeń cewki i innych
zjawisk, w układzie występują przebiegi prą−
dów i napięć o charakterze rezonansowym.
Omówienie tych przebiegów, odmiennych
w różnych warunkach pracy (w obecności
i przy braku wyładowania) zdecydowanie
wykracza poza ramy artykułu.

Jeśli ktoś ma sondę oscyloskopową 1:10

lub lepiej 1:100 o odpowiednio dużym dopu−
szczalnym napięciu pracy, może zmierzyć
przebiegi napięcia na drenie (kolektorze) tran−
zystora T1. Prąd można mierzyć dodając mały
rezystor, np. 0,1

Ω

, w obwodzie źródła (emite−

ra) tranzystora. Dociekliwi eksperymentatorzy,
gotowi zaryzykować uszkodzenie tranzystora,
zapewne będą chcieli sprawdzić, jak zmienia
przebiegi i parametry układu dołączenie rów−

nolegle do cewki dodatkowego kondensatora
o napięciu nominalnym 630V lub 1000V (po−
cząwszy od pojemności 1nF do nawet 100nF).

Uzyskanie wyższego napięcia może się

jednak okazać niemożliwe, choćby ze wzglę−
du na przebicie na drodze między obudową
cewki, a wyjściem kabla wysokiego napięcia.
Okazuje się także, że oprócz wysokości na−
pięcia, w praktyce ogromne znaczenie ma
ilość energii zmagazynowana w cewce pod−
czas przewodzenia tranzystora oraz częstotli−
wość powtarzania impulsów. Dlatego za−
miast poświęcić całą uwagę zwiększeniu na−
pięcia na tranzystorze i na pierwotnym uzwo−
jeniu cewki, należy raczej podjąć kroki po−
zwalające zwiększyć energię wyładowania.

Zwiększanie energii. Energia zgroma−

dzona w cewce wyznaczona jest przez szczy−
tową wartość prądu, płynącego przez nią (tuż
przed wyłączeniem tranzystora).

Wydawałoby się, że idealnym sposobem

zwiększania energii jest zwiększanie czasu
przewodzenia tranzystora. Owszem, jest to ja−
kiś sposób, jednak trzeba pamiętać o ogranicze−
niach. Głównym ograniczeniem jest tu rezy−
stancja cewki, wynosząca zwykle ponad 3

Ω

Do tego dochodzi rezystancja otwartego tran−
zystora MOSFET, która dla tranzystorów
IRF840, BUZ 90 wynosi prawie 1

Ω

. Rezystan−

cje te powodują, że prąd nie wzrasta liniowo,
tylko według krzywej wykładniczej. Rysunek
7 pokazuje, że dwukrotne zwiększenie czasu
przewodzenia tranzystora tylko w niewielkim
stopniu zwiększy szczytową wartość prądu.
Nadmierne przedłużenie czasu praktycznie nic
nie poprawi, natomiast bardzo wzrosną straty
mocy (powodujące grzanie cewki).

Co najważniejsze, i najgorsze, rezystancje

te uniemożliwią uzyskanie dużej wartości prą−
du – prąd maksymalny Imax zgodnie z pra−
wem Ohma zależy od napięcia i rezystancji
cewki i tranzystora. Ten prąd maksymalny
Imax wynosi przy napięciu zasilania 12V oko−
ło 3A, a tym samym roboczy prąd szczytowy
będzie rzędu 2A, co oczywiście ogranicza
wielkość porcji energii gromadzonej w cewce.

Zamiast zwiększać czas przewodzenia

tranzystora, należy zwiększyć napięcie zasi−
lające. Większe napięcie spowoduje szybsze
narastanie prądu zgodnie ze znanym wzorem
na szybkość narastania prądu:

I/t = U/L
Wtedy w tym samym czasie przewodze−

nia tranzystora prąd osiągnie większą war−
tość i w cewce zgromadzi się znacznie więcej
energii. Ja przeprowadzałem próby z napię−
ciem zasilania 6VDC do 24VDC i tranzystor
IRF840 z powodzeniem przetrzymał takie
katusze.

Odważni eksperymentatorzy mogą je−

szcze bardziej zwiększyć napięcie zasilania,
na przykład stosując układ według rysunku
8. Z transformatora o napięciu zmiennym
24V uzyskuje się tu napięcie zasilające po−
nad 60V. Większe napięcie powoduje szyb−
szy wzrost prądu. IRF840 ma rezystancję R

D−

Son

do 0,85 i może pracować przy ciągłym

prądzie drenu 8A przy temperaturze obudo−
wy +25

C i 5,1A przy temperaturze obudowy

+100

C. Maksymalny prąd impulsowy może

wprawdzie wynosić 32A, jednak nie można

Wykaz elementów układu
z rysunku 3:

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333nnFF M

KTT

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//2255V

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22220000

µµ

FF//2255V

V ((11000000......44770000

µµ

FF))

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIR

RFF884400,, B

UZZ9900,, B

UZZ9911

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..C

S 44001111 lluubb 44000011

LL .. .. .. .. .. .. ..ssaam

moocchhooddoow

waa cceew

wkkaa zzaappłłoonnoow

waa,, nnpp..

BEE220000B

B ZZEELLM

OTT

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Rys. 6

Rys. 7

Rys. 8

przekroczyć dopuszczalnej temperatury struk−
tury równej +150

C. Prąd teoretycznie mógł−

by wzrosnąć do wartości ponad 10A w impul−
sie, co w pewnych wypadkach byłoby ryzy−
kowne dla tranzystora kluczującego.

Aby zmniejszyć ryzyko przegrzania tran−

zystora przy napięciu zasilania dużo wy−
ższym niż 12V można zmniejszyć czas prze−
wodzenia tranzystora.

Ponieważ w ten sposób uda się szybciej

zgromadzić w cewce potrzebną porcję energii,
można zwiększyć częstotliwość impulsów, co

dodatkowo wzmocni siłę wyładowania. Umoż−
liwi to wytworzenie ciągłego łuku. Oczywiście
trzeba się liczyć, że praca przy napięciach i prą−
dach dużo wyższych, niż w typowych warun−
kach „samochodowych”, może spowodować
uszkodzenie tranzystora kluczującego.

Aby przy dużym napięciu zasilania

zmniejszyć takie ryzyko, obok skrócenia cza−
su impulsu, warto też dodać w szereg z cewką
rezystor(y) o odpowiedniej mocy, ogranicza−
jący prąd według rysunku 9. Można przypo−
mnieć, iż taka dodatkowa rezystancja...

zmniejszy

stałą

czasową obwodu
ładowania (t=L/R),
ale nie to jest waż−
ne. Istotne jest, że

wartość Rx wyzna−
cza

maksymalny

prąd, a tym samym
maksymalną ener−
gię. W

praktyce

wartość Rx będzie
rzędu pojedynczych
omów, a obciążal−
ność – kilka watów.

Mając na wzglę−

dzie podane infor−
macje, dociekliwi
i pomysłowi Czy−
telnicy zapewne osiągną efekty jeszcze bar−
dziej widowiskowe, niż opisane w artykule.

Piotr Górecki

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Ponieważ wielu Czytelników zechce
przeprowadzić podobne doświadczenia
w szkole lub w domu, ogłaszamy kon−
kurs. Zadaniem konkursowym jest:

wykonanie fotografii

wyładowań „własnej produkcji”

Do fotografii powinny być dołączo−

ne: schemat ideowy wykorzystanego
układu z podaniem sposobu zasilania,

ewentualny dodatkowy rysunek pokazu−
jący warunki eksperymentu oraz kilka
zdań zwięzłego opisu eksperymentu
i uzyskanych wyników.

Uwaga! Ze względu na ryzyko pora−

żenia, obowiązkowo należy też podać
swój wiek (rok urodzenia). Osoby nie−
pełnoletnie muszą dodatkowo nadesłać
pisemne oświadczenie rodziców lub
nauczyciela, którzy poświadczą, że eks−
perymenty z wytwarzaniem wysokich

napięć były wykonywane pod ich
osobistym nadzorem.

Prace należy nadsyłać w terminie

do 30 czerwca 2002 roku. Na kopercie
należy dopisać PIORUN. Nagrodami
będą atrakcyjne podzespoły elektro−
niczne. Dodatkowo najbardziej intere−
sujące eksperymenty mogą być opisane
w Forum Czytelników, a Autorzy
otrzymają honoraria.

Konkurs

Rys. 9

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Układ scalony AD817
i tranzystory HEXFET

Wzmacniacz operacyjny AD817 firmy Ana−
log Devices jest układem szybkim, pobiera−
jącym niewiele prądu i może pracować
w szerokim zakresie napięć zasilających.
Podstawowe parametry podane są w tabeli 1,
natomiast rysunek 4 pokazuje układ wypro−
wadzeń i sposób korekcji napięcia niezrów−
noważenia.

Kilka charakterystyk kostki AD817 moż−

na znaleźć na rysunkach 5...9. Stosując ten
bardzo szybki układ trzeba pamiętać o prawi−
dłowym prowadzeniu obwodu masy i o sta−
rannym odsprzęganiu zasilania. Producent

2625

śś

µµ

część 2

Rys. 4

Rys. 5

Rys. 6

Rys. 9

Rys. 7

Rys. 8

Tabela 1

Napięcie zasilania: . . . . . . . . . .+5V...+36V, ±2,5...±18V
Maksymalne napięcie zasilania: . . . . . . . . . .36V (±18V)
Pobór prądu: . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 7mA max 7,5mA
Wejściowe napięcie niezrównoważenia: . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 0,5mV max 2mV

Wejściowy prąd polaryzujący: . . .typ. 3,3

A, max 6,6

Dopuszczalne różnicowe napięcie wejściowe: . . . . .±6V
Wzmocnienie z otwartą pętlą: . . . . .typ. 6000 przy ±15V
Gęstość napięcia szumów: . . . . . . . . . . . . . .15nV/ Hz
Gęstość prądu szumów: . . . . . . . . . . . . . . .1,5pA/ Hz
Zawartość harmonicznych przy 1kHz: . . . . . . . .0,008%
przy 20kHz: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,016%
przy 1MHz: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,07%
Pasmo przenoszenia: . . . . . . . . . . . .70MHz przy ±15V

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20MHz przy +5V

Szybkość zmian na wyjściu: . . . . . .350V/

s przy ±15V

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200V/

s przy +5V

Zakres napięć wejściowych przy ±15V: . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .typ. −13,4...+14,3V, min. −12...+13V

Rezystancja wejściowa: . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 300k

Ω

Pojemność wejściowa: . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 1,5pF
Zakres napięć wyjściowych przy ±15V RL=1k

Ω

: . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. ±13,7V

Rezystancja wyjściowa z otwartą pętlą: . . . . . . .typ 8

Ω

Maksymalny prąd wyjściowy: . . . . . . . . . . . .min. 50mA
Prąd zwarciowy: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 90mA

zaleca umieszczanie w bezpośredniej bliskości
układu kondensatorów ceramicznych 100nF.

W układzie pracują MOSFET−y z kana−

łem N i P, odpowiednio IRF540 oraz
IRF9540. Na rysunku 10 pokazany jest
układ wyprowadzeń, w tabelach 2 i 3 ich
podstawowe parametry, natomiast rysunek 11
pokazuje prąd maksymalny w zależności od
temperatury obudowy.

Oryginalne karty katalogowe można ścią−

gnąć ze stron producentów lub ze strony EdW:
www.edw.com.pl/ z działu FTP.

Montaż i uruchomienie

Wzmacniacz można zmontować na jedno−
stronnej płytce drukowanej, pokazanej na ry−
sunku 12. Pomocą będą też fotografie mode−
lu – model pokazany na fotografiach różni

się nieco od płytki z rysunku 12 ze względu
na zmiany wprowadzone podczas testów.

Montaż wzmacniacza nie jest trudny.

Warto zacząć od zaznaczonych na płytce
zwór i kolejno montować elementy coraz
większe. Ze względu na przepływ dużych
prądów w obwodzie masy i kondensatorów
C1...C4, koniecznie trzeba wzmocnić obwód
masy, lutując do obszaru masy
gruby drut. Na płytce na obszarze
masy pozostawiono w tym celu
pola nie pokryte soldermaską.
Bez takiego wzmocnienia obwo−
du masy, w jednym z kanałów
mógłby się w czasie pracy poja−
wić brum sieci.

W wersji podstawowej, o nie−

wielkiej mocy, nie trzeba monto−
wać diod D2, D4, a diody D1, D3
mogą być diodami 1−amperowy−
mi np. 1N4001. Radiatory tranzy−
storów mocy mogą mieć postać
niewielkich kawałków aluminio−
wej blachy, jak widać na fotogra−
fiach modelu.

Tranzystory T2, T2A koniecz−

nie muszą być umieszczone na
radiatorze i mieć dobry kontakt
termiczny z tranzystorami mocy.
Konieczne jest użycie pasty prze−
wodzącej ciepło.

Z pewnych względów nieco

bardziej będą grzać się tranzysto−
ry T7, T7A, więc można czujniki
T2, T2A związać z nimi. W mo−
delu zostały umocowane na radia−
torze z tranzystorami T6, T6A.

Uwaga! Na radiatorach wy−

stępują napięcia: na jednym do−
datnie, na drugim ujemne niesta−
bilizowane napięcie zasilania
(około ±17V). Ma to istotne zna−
czenie, jeśli moduł umieszczony
byłby w metalowej obudowie.

Przed pierwszym włączeniem

warto starannie sprawdzić po−
prawność montażu i skręcić po−
tencjometry montażowe w prawo
(zgodnie z ruchem wskazówek
zegara) do oporu.

Do pierwszych prób trzeba wykorzystać

transformator zasilający o niedużej mocy (do
20W) lub wspomniany zasilacz Tatarek
AC/AC 12V/1,5A. Napięcie zmienne należy
dołączyć do punktów R, S.

Po włączeniu zasilania należy najpierw

sprawdzić, czy na wyjściach stabilizatorów
U1, U2 występuje napięcie 24V±1V, a na za−
silaniu wzmacniaczy operacyjnych 18V±1V.
Napięcie na wyjściach, czyli w punktach B,
BA powinno wynosić 0V±100mV. Napięcie
na wyjściach wzmacniaczy operacyjnych też
powinno być bliskie zeru. Następnie należy
dołączyć woltomierz napięcia stałego na naj−
niższym zakresie (200mV) do rezystora R16.
Przy skręceniu PR−ków w prawo do oporu
prąd spoczynkowy powinien wynosić zero
i takie powinno być wskazanie woltomierza.
Aby ustawić potrzebny prąd spoczynkowy,
należy powoli pokręcać potencjometrem w le−
wo (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara)

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Tabela 2 IRF540

Napięcie przebicia U

(BR)DS

: . . . . . . . . . . . . . . .min. 100V

Maksymalny prąd ciągły (Tc=25

C): . . . . . . . . . . . .33A

Maksymalny prąd ciągły (Tc=100

C): . . . . . . . . . . .23A

Rezystancja w stanie otwarcia R

DSon

: . . . . .max 0,052

Ω

Maksymalny prąd impulsowy: . . . . . . . . . . . . . . . .110A
Maksymalna moc strat: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140W
Rezystancja termiczna Rthjc: . . . . . . . . . . .max 1,1K/W
Napięcie progowe U

GS(th)

: . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2...4V

Dopuszczalne napięcie U

: . . . . . . . . . . . . . . . . .±20V

Maksymalna temperatura złącza: . . . . . . . . . . . .+175

Pojemność wejściowa C

iss

: . . . . . . . . . . . . . . . .1400pF

Czas narastania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 39ns
Czas opóźnienia włączania: . . . . . . . . . . . . . .typ. 8,2ns
Czas opadania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 33ns
Czas opóźnienia włączania: . . . . . . . . . . . . . .typ. 44ns

Tabela 2 IRF9540

Napięcie przebicia U

(BR)DS

: . . . . . . . . . . . .min. 100V

Maksymalny prąd ciągły (Tc=25

C): . . . . . . . . .19A

Maksymalny prąd ciągły (Tc=100

C): . . . . . . . . .13A

Rezystancja w stanie otwarcia R

DSon

: . . . .max 0,2

Ω

Maksymalny prąd impulsowy: . . . . . . . . . . . . . .72A
Maksymalna moc strat: . . . . . . . . . . . . . . . . .150W
Rezystancja termiczna Rthjc: . . . . . . . . . .max 1K/W
Napięcie progowe U

GS(th)

: . . . . . . . . . . . . . . . .2...4V

Dopuszczalne napięcie U

: . . . . . . . . . . . . . .±20V

Maksymalna temperatura złącza: . . . . . . . . .+175

Pojemność wejściowa C

iss

: . . . . . . . . . . . . .1400pF

Czas narastania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 73ns
Czas opóźnienia włączania: . . . . . . . . . . .typ. 16ns
Czas opadania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 57ns
Czas opóźnienia włączania: . . . . . . . . . . .typ. 34ns

Rys. 11

Rys. 10

Rys. 12 Schemat montażowy

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

i jednocześnie kontrolować napięcie na rezy−
storze R16 – jeden miliwolt napięcia na rezy−
storze 0,1

Ω

to prąd 10mA. Później taką samą

procedurę należy przeprowadzić w drugim
kanale mierząc napięcie na R16A a regulując
PR1A. Wartość prądu spoczynkowego
można ustawić w

szerokim zakresie

20mA...300mA. Czym większy prąd spo−
czynkowy, tym tryb pracy jest bardziej zbli−
żony do klasy A, ale i większe są straty mo−
cy. W modelu w obu kanałach ustawiono
dość duże prądy spoczynkowe równe 70mA
(7mV na rezystorach R16, R16A).

Po ustawieniu prądów spoczynkowych

należy jeszcze raz skontrolować napięcie sta−
łe na wyjściu. Typowo powinno wynosić −
33mV±40mV, co wynika z przepływu prądu
wejściowego wzmacniacza operacyjnego
przez rezystor R6, R6A).

Możliwości zmian

W wersji podstawowej na głośniku pojawi się
niewielkie napięcie stałe rzędu 30mV, wyni−
kające z przepływu prądu polaryzacji wejścia
wzmacniacza operacyjnego przez rezystor
R6. Aby zmniejszyć to napięcie do zera, moż−
na dodać dodatkowy rezystor Rx według ry−
sunku 13. Wartość Rx należy dobrać indywi−
dualnie, bo zależeć ona będzie od prądu wej−
ściowego danego egzemplarza wzmacniacza.

Nabywcy zestawu AVT−2625 otrzymają

komplecie wzmacniacze operacyjne

AD817. Jeśli ktoś opisany wzmacniacz chciał−
by wykonać we własnym zakresie, może za−
miast tych kostek użyć innych, choćby wspo−
mnianych bardzo popularnych TL071 czy
TL081, licząc się ze znacznym zmniejszeniem

szybkości wzmacniacza. Oczywiście nadal
będzie on przenosił pełne pasmo częstotliwo−
ści akustycznych, jednak parametry dyna−
miczne, istotne przy odtwarzaniu przebiegów
impulsowych okażą się „standardowe”.

Warto przeprowadzić samodzielne próby

z innymi wzmacniaczami operacyjnymi, po−
dając na wejście sygnał prostokątny
o ostrych zboczach i amplitudzie 0,4...1Vpp
(np. z generatora z układami cyfrowymi,
przez dzielnik). W razie potrzeby należy wte−
dy we własnym zakresie dobrać elementy

R17, C17, by uzyskać prawidłowe przeno−
szenie impulsów. Być może trzeba też będzie
zwiększyć wartość kondensatorów przyśpie−
szających C15, C16 do 2,2nF.

Interesujące będzie dodanie na wejściu in−

wertera fazy i sprawdzenie możliwości
wzmacniacza pracującego w układzie most−
kowym. Uzyskana moc rzędu kilkudziesięciu
watów okaże się wystarczająca do wielu po−
ważniejszych zastosowań.

Piotr Górecki

Wykaz elementów

Rezystory

R11,,R

R22,,R

R99,,R

R99A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600

Ω

R33,,R

R44,,R

R88,,R

R88A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R55,,R

R55A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

((110000......447700

Ω

))

R66,,R

R66A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R77,,R

R77A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

Ω

R1100,,R

R1100A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600

Ω

R1111,,R

R1111A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

R1122,,R

R1122A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

Ω

R1133,,R

R1133A

A,,R

R1144,,R

R1144A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6622

Ω

R1155,,R

R1155A

A,,R

R1166,,R

R1166A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,11

Ω

((00,,11…

…00,,2222

Ω

))

R1177,,R

R1177A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222

Ω

55W

R11,,P

R11A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ppootteennccjjoom

meettrr 11kk

Ω

Kondensatory

C11−C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44770000µµFF//2255V

C55−C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF//4400V

C99,,C

C99A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11uuFF ssttaałłyy

C1100,,C

C1100A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222µµFF//1166V

C1111,,C

C1111A

A,,C

C1122,,C

C1122A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C1133,,C

C1133A

A,,C

C1144,,C

C1144A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//2255V

C1155,,C

C1155A

A,,C

C1166,,C

C1166A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF

C1177,,C

C1177A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33ppFF

Półprzewodniki

D11−D

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N55440011

D55−D

D88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44000011

D99,, D

D1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ZZeenneerraa 66V

V22

TT11,,TT11A

A,,TT55,,TT55A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555577

TT22,,TT22A

A,,TT33,,TT33A

A,,TT44,,TT44A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554477

TT66,,TT66A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIR

RFF554400

TT77,,TT77A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIR

RFF99554400

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M331177

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M333377

U33,,U

U33A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

D881177

Inne

** TTR

AFFO

ZZaassiillaacczz A

C1122V

V 11,,55A

Uwaga! Zasilacz nie wchodzi w skład kitu i nleży go zamówić
oddzielnie.
**

Elementy oznaczone gwiazdką nie wchodzą w skład kitu.

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−2625

Rys. 13

Często się zdarza, że potrzebne jest wydajne
źródło światła o dużej mocy w miejscu, gdzie
brakuje zasilania sieciowego. Na rynku moż−
na kupić latarki wyposażone zazwyczaj
w świetlówki o mocy 6W. Oświetlenie nimi
średniego namiotu, czy przyczepy kempingo−
wej nie jest wcale sprawą łatwą. Proponuję,
wykonanie przetwornicy, która pozwoli nam
wykorzystać popularne i łatwo dostępne świe−
tlówki kompaktowe.

Lampa fluorescencyjna popularnie zwana
świetlówką jest źródłem światła o znacznie
większej sprawności niż żarówka. Skutecz−
ność świecenia świetlówki waha się w grani−
cach 55−70 lm/W, natomiast żarówki 6−30
lm/W. Trwałość świetlówki dochodzi do ok. 6
tysięcy godzin, a żarówki ok. tysiąca (np. ilość
światła wytwarzana przez 23W świetlówkę
kompaktową odpowiada 150W żarówce). Jed−
nak, aby osiągnąć tak dużą żywotność świe−
tlówki należy wyposażyć ją w układ zapłono−
wy o specjalnie dobranych parametrach. Pra−
widłowy zapłon zapewnia klasyczny układ za−
silania i włączania świetlówki (rys.1).

W układzie tym po załączeniu zasilania

przez wszystkie elementy (dławik, starter oraz
oba żarniki świetlówki) zaczyna płynąć prąd.
Żarniki (katody) rozgrzewając się podnoszą
temperaturę gazu wypełniającego rurę świe−
tlówki. Dzięki temu obniża się napięcie zapło−
nu z 500V do
100...150V. Jed−
nocześnie prze−
pływający prąd
rozgrzewa bime−
taliczny stycznik
startera, który po
osiągnięciu pew−
nej temperatury
przerywa swój
obwód. W tym

momencie w dławiku indukuje się napięcie,
które bez trudu zapala świetlówkę. W czasie
normalnej pracy na świetlówce utrzymuje się
stałe napięcie ograniczone przez dławik do
wartości rzędu 50...80V. Parametry dławika
oraz startera są specjalnie dobrane do mocy
lampy. W popularnych latarkach−świetlów−
kach stosowany jest inny sposób zapalania
lampy jarzeniowej. Napięcie zapłonu zimnej
świetlówki wynosi ok. 500V. Przyłożenie na−
pięcia wyższego do jej elektrod powoduje za−
płon. Jest to tzw. zimny zapłon, który bardzo
niekorzystnie wpływa na żywotność lampy.
Praktycznie już po kilkudziesięciu włącze−
niach na końcach świetlówki pojawiają się
ciemne pasy świadczące o jej zużyciu. Do te−
go typu zapłonu należałoby zastosować spe−
cjalne świetlówki, które są jednak trudno do−
stępne i drogie. Schemat przetwornicy tego
typu przedstawia rysunek 2.

Skonstruowanie przetwornicy, która za−

pewniałaby prawidłowe zasilanie i zapłon
świetlówki działającej w szerokim zakresie
napięć zasilających oraz o dużej sprawności
jest zadaniem bardzo skomplikowanym
i trudnym do realizacji przez konstruktora
amatora. Rozwiązanie problemu stanowią
dostępne od kilku lat w kraju świetlówki
zwane kompaktowymi lub energooszczędny−
mi. Podstawową zaletą takiej lampy jest
umieszczenie wewnątrz jej obudowy całego
układu potrzebnego do prawidłowego działa−
nia. Dzięki temu oraz dzięki miniaturyzacji
i zastosowaniu standardowego cokołu żarów−
ki, można je stosować wymiennie ze zwykły−
mi żarówkami.

Świetlówki kompaktowe można podzielić

na dwie kategorie. Pierwszą, starszą, jest ta−
ka, w której zastosowano klasyczny układ za−
płonu i startu, tylko zminiaturyzowany. Dru−
ga grupa, która nas interesuje to taka, gdzie
zastosowano elektroniczną przetwornicę.

Przetwornica tego typu pracuje z częstotli−
wością kilkudziesięciu kHz oraz zasilana jest
z wyprostowanego napięcia sieci, czyli ok.
310V (prostownik, zwykle mostek Graetza
znajduje się wewnątrz obudowy lampy). Za−
sadę działania przedstawia rysunek 3.

Lampa normalnie zasilana jest napięciem

zmiennym 220V 50Hz, ale równie dobrze
można ja zasilać napięciem stałym
310V (wartość skuteczna zmiennego napię−
cia sieci 220V).W tym wypadku wewnętrzny
prostownik nie gra roli.

Opis układu

Schemat elektryczny układu przedstawiono
na rysunku 4. Przetwornica zaprojektowana
została w układzie typu PUSH−PULL z wy−
korzystaniem tranzystorów MOSFET oraz
scalonego, uniwersalnego sterownika SG
3524 firmy Texas Instruments. Układ scalony
SG3524 zawiera wszystkie potrzebne ele−
menty sterowania i kontroli niezbędne do po−
prawnej pracy przetwornicy. Opis wyprowa−
dzeń pokazuje rysunek 5.

Schemat bloko−

wy układu przed−
stawia rysunek 6.
Jak widać we−
wnątrz układu znaj−
dują się: oscyla−
tor, źródło napięcia

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

###

śś

Rys. 1 Klasyczny

układ zasilania

i włączania

świetlówki

Rys. 2

Rys. 3

odniesienia 5V, komparator, wzmacniacz błę−
du, obwód zabezpieczenia prądowego, elektro−
niczny włącznik oraz układ formujący przebie−
gi wyjściowe.

Wewnętrzny oscylator generuje przebieg

piłokształtny o częstotliwości zależnej od
wartości elementów RTCT (w tym wypadku
50kHz). Przebieg piłokształtny porównywa−
ny jest w komparatorze z napięciem wzmac−
niacza błędu, w wyniku czego powstaje
przebieg prostokątny o stałej częstotliwości,
ale zmiennym wypełnieniu. Następnie prze−
bieg ten skierowany jest na wejścia obydwu
bramek NOR, które sterują wewnętrznymi
kluczami tranzystorowymi. Aby jednak
układ działał prawidłowo klucze muszą być

włączone na zmia−
nę. Zadanie to reali−
zuje przerzutnik ty−
pu T (dzielnik przez
2) sterowany prze−
biegiem prostokąt−
nym z oddzielnego
wyjścia oscylatora.
Wzmacniacz błędu

porównuje napięcie założone z rzeczywi−
stym. Podobnie działa ogranicznik prądu.
Obydwa te elementy wraz z elektronicznym
włącznikiem sterują komparator. Wszystkie
elementy prócz bramek NOR zasilane są sta−
łym napięciem 5V z wewnętrznego stabiliza−
tora.

Opis wyprowadzeń
układu SG 3524

Nóżka 1 − wejście nieodwracające wzmacnia−
cza błędu, wejście odwracające jest dostępne
na wyprowadzeniu 2 (zakres napięć wejścio−
wych: od 1,8V do 3,4V, optymalnie 2,6V).
Nóżka 3 − wyjście oscylatora (w tym wypad−
ku niewykorzystana).

Nóżka 4 − wejście odwracające, a nóżka 5
nieodwracające ogranicznika prądu, (aby
uruchomić ograniczenie prądowe należy
przyłożyć na nóżkę 4 napięcie większe
o 200mV niż na nóżkę 5).
Nóżka 6 − wejście oscylatora, do której nale−
ży podłączyć rezystor (od 1,8k

Ω

do 100k

Ω

Nóżka 7 − wejście oscylatora, do której nale−
ży podłączyć kondensator (od 1nF do 100nF).
Nóżka 8 − masa.
Nóżka 9 − może służyć do regulacji wypeł−
nienia przebiegu wyjściowego. Zwarta do
masy wyłącza przetwornicę. Podłączenie do
niej kondensatora o wartości kilku mikrofa−
radów umożliwia miękki start przetwornicy.
Nóżka 10 − wejście włącznika elektroniczne−

go. Podłączenie do masy lub
pozostawienie wolnej urucha−
mia przetwornicę. Podłączenie
do zasilania − wyłącza ją.
Nóżki 11 i 14 − emitery wewnę−
trznych tranzystorów mocy,
a nóżki 12 i 13 to ich kolektory.
Nóżka 15 − zasilanie (max.
40V).
Nóżka 16 − wyjście wewnętrz−
nego stabilizatora napięcia 5V.

Po włączeniu, zasilania

układ scalony zaczyna genero−
wać przebieg prostokątny na
wyprowadzeniach 11 i 14
o maksymalnym wypełnieniu
ok. 50%. Tranzystory wyjścio−
we znajdujące się wewnątrz
układu SG3524 odpowiadają
za szybkie wprowadzenie
tranzystorów mocy MOSFET
T6, T7 w stan nasycenia. Za

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Rys. 4 Schemat

Rys. 5

Rys. 6

Nap.wej.

(zasilania)

Nap. wyj.

10,0V

234V

10,5V

247V

11,0V

260V

11,5V

271V

12,0V

284V

12,5V

296V

13,0V

306V

13,5V

310V

14,0V

310V

równie szybkie wyłączenie ich odpowiadają
tranzystory T3, T4.

Tranzystory mocy, których działanie moż−

na porównać do kluczy zwierają na przemian
cewki uzwojenia pierwotnego L1, L2 do ma−
sy. Przepływ prądu w uzwojeniu pierwotnym
powoduje gromadzenie się energii magne−
tycznej w rdzeniu przez czas włączenia klu−
cza. Podczas włączenia kluczy energia zosta−
je przekazana na wyjście transformatora. Na−
pięcie zmienne powstałe w ten sposób zostaje
wyprostowane przy pomocy mostka Graetza
opartego na czterech wysokonapięciowych
diodach BA 159. Kondensator C8 ma za za−
danie wygładzenie tętnień napięcia wyjścio−
wego. Prosty dzielnik rezystorowy R15, R16,
R17 stanowi część ujemnego sprzężenia
zwrotnego ogranicznika napięcia wyjściowe−
go. Dzielnik o podziale ok. 1:100 ma za zada−
nie dopasowanie wysokiego napięcia wyj−
ściowego do poziomu, jakie toleruje sterow−
nik (1,8V...3,4V). W tym wypadku ok. 3V.

Bardzo ważne podwójne zadanie spełnia

bezpiecznik BZ1 o wartości 3A. Sam zabez−
piecza przetwornice przed zwarciem (rów−
nież na wyjściu). Natomiast wraz z diodą D1
zabezpiecza przed odwrotnym podłączeniem
zasilania. Dlatego też należy go bezwzglę−
dnie użyć. Dioda D7 sygnalizuje prawidłowe
zasilanie i stan bezpiecznika.

Elementy R1, R2, R3, R4, T1, T2 tworzą

przerzutnik Schmitta, który poprzez tranzy−
stor T5 wyłącza przetwornicę, jeżeli napięcie
zasilania spadnie poniżej 10V. Histereza jest
tak dobrana, aby ponowne włączenie prze−
twornicy nastąpiło przy ok. 11,5V. Dioda D4
swoim świeceniem sygnalizuje rozładowanie
akumulatora.

Transformator

Do budowy transformatora użyłem rdzenia
typu ETD 34 produkcji POLFER o stałej AL
= 2400 bez szczeliny, wy−
konany z materiału ferro−
magnetycznego mocy F−
807. Najpierw, na karka−
sie należy nawinąć uzwo−
jenie wtórne (220 zwojów
drutu w emalii o średnicy
0,25mm). Zwój koło zwo−
ju, każda warstwa przeło−
żona np. taśmą styrofle−
ksową. Uzwojenie pier−
wotne nawija się jedno−
cześnie dwoma odcinka−
mi drutu w emalii o śre−
dnicy 1mm. Ponieważ
karkas ma szerokość we−
wnętrzną 21mm, to 210
zwojów powinno utwo−
rzyć jedną warstwę. Koń−
ce wszystkich uzwojeń łą−
czymy z punktami lutow−
niczymi karkasu według
rysunku 7. Szczególną

uwagę należy zwrócić na uzwojenie pierwot−
ne. Koniec pierwszego uzwojenia (L1) musi
być połączony z początkiem drugiego (L2).

W celu minimalizacji zakłóceń transfor−

mator można zaekranować używając do tego
cienkiej blachy miedzianej o grubości 0,1mm
(rys. 8). Nachodzący na siebie ekran lutuje
się. Ekrany należy połączyć razem do masy
poprzez jedno z wyprowadzeń karkasu. Po
całkowitym uruchomieniu przetwornicy
transformator można zanurzyć na parę minut
w lakierze bezbarwnym.

Montaż i uruchomienie

Płytkę drukowaną wraz z rozmieszczeniem
elementów przedstawia rysunek 9. Układ na−
leży zmontować według typowych zasad. Na
początek proponuję nie montować transforma−
tora, co ułatwi uruchomienie i wykrycie ewen−
tualnych błędów. Do uruchomienia najlepiej
jest zastosować zasilacz o regulowanym napię−
ciu (10−14V) i prądzie. Można również zasto−
sować akumulator 12V np. samochodowy, ale

wówczas niezbędny jest bezpiecznik (100mA
do uruchomienia). Ponieważ układ SG3524
pobiera ok. 10mA, zabezpieczenie prądowe
zasilacza można ustawić na 100mA, co w zu−
pełności wystarczy do jego sprawdzenia.

Po użyciu elementów sprawnych i właści−

wej wartości układ powinien działać od razu.
Sterownik uruchamia się zwierając wypro−
wadzenia złącza ARK2 (dioda D7 powinna
się zapalić). Na nóżce 3 powinien pojawić się
wówczas przebieg o częstotliwości ok.
50kHz. Po podłączeniu oscyloskopu do
bramki któregoś z tranzystorów MOSFET
(T6 lub T7) na ekranie powinien pojawić się
regularny przebieg prostokątny o wypełnie−
niu ok. 50%, amplitudzie zbliżonej do napię−
cia zasilania i częstotliwości dwa razy mniej−
szej niż częstotliwość pracy oscylatora, czyli
ok. 25kHz. Napięcie na nóżce 16 SG3524
powinno wynosić 5V. Napięcie na nóżce 2
powinno dać się regulować przy pomocy re−
zystora nastawnego R6 w granicach od 0 do
5V. Po obniżeniu napięcia zasilania poniżej
10V dioda D4 powinna się zaświecić, a na
nóżce 9 powinno pojawić się napięcie ok. 0V.

Teraz można zamontować już transforma−

tor. Ponieważ transformator jest symetrycz−
ny, trzeba pamiętać o właściwym jego wluto−
waniu. Na początku przetwornicę należy uru−
chomić bez obciążenia. Po włączeniu należy
zmierzyć napięcie wyjściowe korzystając ze
złącza ARK3. Jeżeli różni się od 310V to
trzeba je wyregulować rezystorem nastaw−
nym R6. Po tym zabiegu można podłączyć
świetlówkę. Jeżeli się zaświeci to możemy
uznać, ze przetwornica działa prawidłowo.
Dobrze jest jeszcze ocenić pobór prądu przez
przetwornicę w czasie pracy. Przy obciążeniu
przetwornicy świetlówką o mocy 23W i zasi−
laniu 12V pobór prądu nie przekraczał 1,9A.

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 9

Uwagi dodatkowe

W celu zmniejszenia spadków napięć
(zwiększenie sprawności) ścieżki prądowe
(na schemacie wytłuszczone) można pogru−
bić cyną lub przylutować do nich odpowie−
dnio uformowane odcinki miedzianego dru−
tu o średnicy ok. 0,8mm (bardzo dobrze
nadaje się do tego srebrzanka).

Przedstawiona przetwornica przy zasila−

niu 12V i obciążeniu świetlówką 23W osią−
gnęła sprawność ok. 90% (od 86 do 94%
w zależności od napięcia zasilania).

Pętla sprzężenia zwrotnego nie stabilizuje

napięcia wyjściowego w całym zakresie napię−
cia zasilania. Właściwie służy ona tylko do tego,
aby na wyjściu przetwornicy nigdy nie pojawi−
ło się napięcie wyższe niż 310V. Po obciążeniu
przetwornicy świetlówką o mocy 23W napięcie
wyjściowe przestawało być stabilizowane poni−
żej 13V (patrz tabela 1) co oznacza, że poniżej
tego napięcia przetwornica pracowała z maksy−
malnym współczynnikiem wypełnienia. Nie jest
to wbrew pozorom wada. To właśnie przy pracy
z maksymalnym wypełnieniem przebiegu steru−
jącego (50%) przetwornica uzyskuje największą
sprawność. Niestabilne napięcie na wyjściu
przetwornicy praktycznie nie wpływa na inten−
sywność świecenia świetlówki (automatyka
świetlówki radzi sobie z tym doskonale). Nie−
znaczne pogorszenie świecenia można
zauważyć przy minimalnym napięciu zasilania
10V. Praca z maksymalnym współczynnikiem
wypełnienia zmniejsza również zakłócenia

emitowane przez przetwornicę. Ma to szczegól−
ne znaczenie, jeżeli chcemy posłuchać np. radia
w jej pobliżu.

Dzięki dużej sprawności przetwornicy

zbędne okazało się chłodzenie tranzystorów
przy pomocy radiatora. Po godzinie pracy
z 23W świetlówką i zasilaniu 12V temperatu−
ra tranzystorów nie przekraczała 32

C, a przy

zasilaniu 14V − 40

C. Mimo to, płytka umoż−

liwia zastosowanie radiatora.

Przetwornica została praktycznie spraw−

dzona przy mocy obciążenia ok. 40W (dwie
świetlówki 23W i 15W). Nie stwierdzono po−
gorszenia warunków pracy (tranzystory
nadal nie wymagały specjalnego chłodzenia).

Zmieniając parametry transformatora

można budować przetwornice na inne napię−
cia do ok. 100W mocy.

Przetwornica może być również wykorzy−

stana jako automatycznie załączane zasilanie
awaryjne schemat przedstawia rysunek 10.

Przy zasilaniu sieciowym przez przeka−

źnik płynie prąd. Wówczas jego styki przełą−
czone są w taki sposób, że świetlówka zasila−
na jest tylko z sieci. Po zaniku napięcia sie−
ciowego przekaźnik przestaje być zasilany,
a jego styki samodzielnie przełączają się łą−
cząc świetlówkę z przetwornicą.

Obudowa

Płytka przetwornicy ma wymiary umożliwia−
jące zamontowanie jej nad akumulatorem
12V 12Ah firmy YUASA lub podobnym.
Szkic obudowy przedstawia rysunek 11.
Urządzenie w wersji turystycznej powinno
być wyposażone w wyłącznik umożliwiający
fizyczne odłączenie akumulatora od przetwor−
nicy. Wyłącznik ten powinien być umieszczo−
ny w taki sposób, aby nie można go było prze−
łączyć przypadkowo np. w czasie transportu.
Podczas eksploatacji najlepiej posługiwać się
włącznikiem elektronicznym (złącze ARK).

W obudowie należy również zamontować

gniazdo do podłączenia świetlówki oraz gniaz−
do do ładowania akumulatora. Akumulator
można ładować ze stabilizowanego zasilacza
sieciowego typu „wtyczkowego” o wydajności
1...1,2A i napięciu 13.8V z ograniczeniem prą−
dowym w postaci 2..3 rezystorów o mocy 5W.

W razie utrudnionego dostępu do zasilania

sieciowego, akumulator można ładować w sa−
mochodzie korzystając z gniazda zapalniczki.
Można użyć także dostępnych w kraju ogniw
baterii słonecznych. To ostatnie rozwiązanie
jest chyba najlepsze, ponieważ uzależnia tyl−
ko od słonecznej pogody, której od ok. 10 lat
w Polsce wiosną i latem nie brakuje.

Olaf Janik

UWAGA! W tym urządzeniu o znacznej

mocy występują wysokie napięcia. Dlatego
należy zachować szczególną ostrożność przy
uruchamianiu i w czasie eksploatacji opisa−
nej przetwornicy.

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1111kk

Ω

R22,,R

R1122,,R

R1144,,R

R1177,,R

R1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1188kk

Ω

R55,,R

R88,,R

R99,,R

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R m

miinniiaattuurroow

wyy

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3366kk

Ω

R1100,,R

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

Ω

R1155,,R

R1166 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700kk

Ω

Kondensatory
C

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22220000µµFF
C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF
C

C33,,C

C44,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF
C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF
C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//440000V

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

Półprzewodniki
D

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa 55A

D22,,D

D33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D cczzeerrw

woonnaa

D55−D

D88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

A115599

D77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D zziieelloonnaa

TT11,,TT55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555588

TT22−TT44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555588C

TT66,,TT77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

K445555−6600 lluubb IIR

RFF554400N

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..S

G33552244 lluubb 22552244

Pozostałe
A

K11−A

K33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

BZZ11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..bbeezzppiieecczznniikk 33A

Gnniiaazzddoo bbeezzppiieecczznniikkoow

wee ddoo ddrruukkuu

TTrraannssffoorrm

maattoorr::

EETTD

D3344 –

– uuzzw

w.. ppiieerrw

woottnnee 22xx1100 zzw

woojjóów

w D

NEE 11,,2255

ALL22440000 –

– uuzzw

w.. w

wttóórrnnee 222200 zzw

woojjóów

w D

NEE 00,,2255

Kaarrkkaass

Rys. 10 Schemat „AZR“

Rys. 11

Napięcie zasilania

8...40V

Wydajność prądowa

50 mA

Wew. stab. nap.

100mA

Wydajność prądowa

SG2524

Wew. tranzyst. mocy

SG3524

Zakres temp. pracy

0...+70°C

Tab. 1

Płytka drukowana dostępna jest w sieci

handlowej AVT jako kit szkolny AVT−

Podzespoły

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

Kwiecień 2002

Wzmacniacz różnicowy

O ile układ z rysunku 9 nie jest popularny,
o tyle bardzo często wykorzystuje się jego
uproszczoną wersję z dwoma wejściami –
wzmacniacz różnicowy. Układ można śmiało
nazwać wzmacniaczem odejmującym, ale ta−
ka nazwa nie jest używana. Warto uściślić, że
chodzi tu o wzmacniacz różnicowy, nie róż−
niczkujący. Różnicowy, to znaczy dający na
wyjściu sygnał odpowiadający różnicy napięć
wejściowych. Wzmacniacz taki przenosi na
wyjście różnicę napięć, a tłumi sygnał wspól−
ny, podawany jednocześnie na oba wejścia.

Wzmacniacze różnicowe są wykorzysty−

wane bardzo często. Ich zadaniem jest od−
dzielenie (różnicowego) sygnału użyteczne−
go od (wspólnego) sygnału zakłócającego, na
przykład przydźwięku sieci. Najprostsze roz−
wiązanie wzmacniacza różnicowego pokaza−
ne jest na rysunku 10.

Wartości rezystorów R1, R3 oraz R2, R4 po−
winny być parami równe, wręcz idealnie jed−
nakowe (generalnie chodzi o równość sto−
sunku R2/R1 i R4/R3, ale w praktyce zazwy−
czaj R1=R3 i R2=R4). Wzmocnienie sygna−
łu różnicowego wynosi:
G = Uwy / (U2−U1) = R2/R1 = R4/R3

Teoretycznie, przy identycznych parach

rezystorów układ idealnie tłumi sygnał
wspólny (pomijając CMRR samego wzmac−
niacza operacyjnego). We wzmacniaczach
różnicowych z zasady stosujemy dobrej jako−
ści rezystory o tolerancji 1%, często dodatko−

wo selekcjonowane za pomocą miernika, by
uzyskać lepsze tłumienie sygnału wspólnego.
W praktyce dobrze jest dodatkowo zastoso−
wać potencjometr montażowy (helitrim)
o niewielkiej wartości – przykład pokazany
jest na rysunku 11a. Jeśli natomiast trzeba
regulować wzmocnienie, można wykorzy−
stać wersję z rysunku 11b.

Rysunki 12a, 12b ilustrują działanie

wzmacniacza różnicowego. Przy przesyłaniu

sygnału symetrycznego przez długą linię,
mogą pojawić się zakłócenia. Ponieważ za−
zwyczaj zakłócenia te będą jednakowe w obu
żyłach, zostaną stłumione przez wzmacniacz
różnicowy jako sygnał wspólny.

Podstawowy układ według rysunków

10...12 w niektórych przypadkach nie zapew−
nia wystarczających parametrów, na przykład
ze względu na niewielką rezystancję wejścio−
wą, i to różną dla obu wejść − rezystancja wej−
ściowa wejścia A wynosi R1, a wejścia
B (R3+R4). W najprostszych przypadkach,
gdy wzmocnienie jest równe 1, np. z rysunku
12b stosuje się cztery jednakowe rezystory,
by wyrównać rezystancje obu wejść.

Ciąg dalszy na stronie 32.

śś

Rys. 11

Rys. 12a

Rys. 12b

Rys. 10

Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Ciąg dalszy ze strony 25.

W innych przypadkach z reguły wykorzy−

stywany jest układ według rysunku 13,
nazywany niekiedy klasycznym wzmacnia−
czem różnicowym lub wzmacniaczem pomia−
rowym. Wzmacniacze U1, U2 zapewniają
dużą rezystancję wejściową i wzmacniają sy−
gnał różnicowy. Warto przy tym pamiętać, że
na wyjściach wzmacniaczy U1, U2 występu−
je sygnał wspólny, który nie jest wprawdzie
wzmacniany, ale i nie jest tłumiony. Wspólny
sygnał jest tłumiony dopiero w obwodzie ze
wzmacniaczem U3.

W praktyce upraszczamy sprawę: stosuje−

my rezystory R2...R5 o jednakowej wartości,
dodajemy potencjometr PR umożliwiający
precyzyjną symetryzację. Wzmocnienie
można zmieniać w szerokim zakresie za po−
mocą Rs, który może też być potencjome−
trem. Przykład pokazany jest na rysunku 14.

Wzmocnienie sygnału różnicowego wynosi:
G = R1/Rs +1

Optymalne tłumienie sygnału wspólnego

uzyskuje się za pomocą potencjometru PR.

Rysunek 15 przedstawia inne rozwiązanie

wzmacniacza pomiarowego. Stosowany jest
on tylko w przypadkach, gdy trzeba mierzyć

napięcie różnicowe, występujące na tle (bar−
dzo) dużego napięcia wspólnego, np. w ob−
wodach sieci energetycznej. Wartości ele−
mentów z rysunku 15 dotyczą wzmacniacza
różnicowego o zakresie napięć wejściowych
±100V. Przy napięciach wspólnych rzędu
±300V ze względu na niebezpieczeństwo
przebicia należałoby w roli R1 zastosować
trzy połączone w szereg rezystory 100k

Ω

1%.

Na rysunku 16 pokazano inny, rzadko

stosowany układ wzmacniacza pomiarowe−
go o dużej rezystancji wejściowej. Potencjo−
metr P pozwala regulować wzmocnienie,
a stosunek R4/R3=R1/R2 musi być tak wy−
brany, żeby U1 nie nasycił się pod wpływem
napięcia wspólnego.

Piotr Górecki

Podzespoły

Rys. 13

Rys. 14

Rys. 15

Rys. 16

Elektor w EdW

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

Kwiecień 2002

Aby porządnie przetestować stopień wyjścio−
wy, niezbędny jest zmienny rezystor odpo−
wiedniej mocy. Zamiast nieporęcznych wiel−
kich potencjometrów drutowych lub sieci re−
zystorów mocy z przełącznikiem, można wy−
korzystać rozwiązanie elektroniczne.

Parametry techniczne
Napięcie wejściowe

0...+100V

Prąd wpływający

0...20A

Rezystancja obciążenia

Ω

...>100k

Ω

Maksymalna moc strat

100W

Błąd liniowości

<0,5%

Opisany tu układ ma dwa rodzaje pracy.

Może pracować jako zmienny rezystor obcią−
żenia albo jako regulowane źródło prądu
wpływającego. Przy napięciach 0...100V prąd
może wynosić 0...+20A. W roli zmiennego
rezystora, oporność można regulować w za−
kresie szerszym niż 1...100k

Ω

Uwaga! Układ jest przewidziany do pracy

przy napięciu stałym. Dodanie prostownika
mostkowego umożliwi pracę przy napięciach
zmiennych niskiej częstotliwości. Przy sta−
rannym wykonaniu i regulacji można uzy−
skać błąd liniowości mniejszy niż 0,5%.

Źródło prądowe
i rezystor obciążenia

Rozpatrzmy najpierw działanie układu jako
źródła prądu wpływającego (przełącznik S2
w pozycji CC – constant current). Na począ−
tek pomińmy działanie części urządzenia
z trzema wzmacniaczami operacyjnymi
IC1B...IC1C i współpracującymi z nimi ele−
mentami.

Obwód mocy tworzą MOSFET mocy T1

i rezystor R2. Równolegle do nich jest dołą−
czony kondensator elektrolityczny C4, który

Editorial items appearing on pages 26−27 are the copyright property of © Segment B. V. Beek, The Netherlands, 1998, which reserves all rights.

Aktywne obciążenie
Źródło prądowe
z ograniczeniem mocy

Elektor w EdW

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

Kwiecień 2002

filtruje napięcie podawane na obwód T1R2
i usuwa ewentualne zakłócenia impulsowe.
MOSFET T1 jest sterowany przez wzmac−
niacz operacyjny IC1A. Jego zadaniem jest
utrzymać na wejściu odwracającym, a tym
samym na rezystorze R2 napięcie takie same,
jak na wejściu nieodwracającym. A to jest
z kolei równoznaczne z utrzymaniem na R2
napięcia z suwaka 10−obrotowego potencjo−
metru regulacyjnego P1. Tym samym otrzy−
mujemy, co chcieliśmy: prąd płynący przez
R2 jest wprost proporcjonalny do napięcia
z suwaka P1. Warunkiem uzyskania prądu
o niezmiennej wartości jest stabilne napięcie
na potencjometrze P1. Stabilność gwarantuje
2,5−woltowe źródło napięcia odniesienia
z układem scalonym D7. Dzięki obecności
rezystora R3, przy otwartym przełączniku S1
daje to na potencjometrze napięcie równe
0,779V. Odpowiada to prądowi około 40A,
więc w praktyce wykorzystane będzie co naj−
wyżej pięć pierwszych obrotów wieloobroto−
wego potencjometru P1. Gdy układ ma pra−
cować przy dużym napięciu i dużej mocy,
warto zredukować napięcie na P1 i R2, a tym
samym maksymalny prąd pracy. To zadanie
spełnia obwód P2, R12. Przełącznik S1 włą−
czy go równolegle do P1, i przy odpowie−
dnim ustawieniu P2 redukuje napięcie do
wartości 0,1V. Wtedy zakres regulacji prądu
wynosi 0...5A.

Jeżeli przełącznik S2 jest w pozycji CR

(constant resistance), zmienia się rola P1.
Napięcie na nim nie pochodzi już ze źródła
napięcia odniesienia D7, tylko z wejścia. Ca−
ła reszta działa, jak opisano wcześniej, jed−
nak teraz prąd jest proporcjonalny do napię−
cia wejściowego, a więc układ jest... rezysto−
rem o wartości wyznaczonej przez położenie
suwaka P1. Przy wartości R4 równej
475k

Ω

można uzyskać rezystancję w zakre−

sie od kilkuset kiloomów do mniej niż 1.

Ogranicznik mocy

Aby układ nie uległ przegrzaniu, na trzech
pozostałych wzmacniaczach operacyjnych
kostki LM348 został zbudowany układ ogra−
nicznika mocy, który nie zawiera kosztowne−
go analogowego układu mnożącego.

Rezystory R10, R11 tworzą dzielnik na−

pięcia wejściowego, który pracuje liniowo do
momentu, gdy przy większych napięciach
zacznie przewodzić dioda D2. To nie nastę−
puje gwałtownie – charakterystyka diody za−
pewnia łagodne przejście. Ze wzrostem na−
pięcia wejściowego napięcie na diodzie D2
wzrasta coraz wolniej. IC1C pełni rolę bufo−
ra, a IC1D odwraca kierunek zmian i wzmac−
nia je dziesięciokrotnie. Punkt pracy wzmac−
niacza IC1D jest przesunięty w stronę napięć
dodatnich przez diodę D3 i można go dokła−
dnie ustawić za pomocą potencjometru mon−
tażowego P3.

Komparator IC1B porównuje na koniec

napięcie wyjściowe z inwertera IC1D z na−

pięciem z rezystora R2. Przy osiągnięciu do−
puszczalnej granicy mocy, wzmacniacz
IC1B wyłącza tranzystor T1 przez diodę D4
i jednocześnie wyłącza zieloną kontrolkę D5
i włącza czerwoną D6.

Na marginesie: opisane rozwiązanie za−

pewnia zgrubną regulację ograniczenia
przy mocy strat tranzystora około 100W.
Właściwości zależą silnie od rozrzutu para−
metrów diod D2, D3 i od temperatury, nie−
mniej układ wystarczająco dobrze pełni ro−
lę ogranicznika przy za dużych prądach
i napięciu, przykładowo z akumulatora
samochodowego 12V.

Cały układ jest zasilany z własnego, kla−

sycznego zasilacza sieciowego, zbudowanego
z transformatorem TR1 (15...18V/>50mA),
mostkiem prostowniczym B1 i stabilizatorem
IC2. C2 filtruje wyprostowane napięcie, C3
odsprzęga wyjście i zapobiega oscylacjom.
Ponieważ wzmacniacze operacyjne pracują
blisko „dolnego” napięcia wejściowego, ko−
niecznością jest zapewnienie im ujemnego
napięcia zasilania, o ile nie chce się sięgać po
wzmacniacze typu Rail−to−rail. Aby to za−
pewnić wprowadzono diodę D1, która powo−
duje, że ujemne napięcie zasilające wzmac−
niacze leży około 5V poniżej „dolnego” na−
pięcia wejściowego.

Montaż i regulacja

Ponieważ do projektu nie przewidziano płyt−
ki, warto dodać kilka słów objaśnienia. Choć
układ nie wygląda na skomplikowany i moż−
na go zmontować na płytce uniwersalnej, nie
można go zmontować w małej plastikowej
obudowie. MOSFET w pewnych warunkach
traci ponad 85W mocy w postaci ciepła i tę
moc trzeba skutecznie rozproszyć do otocze−
nia. Jak wskazuje karta katalogowa tranzy−
stora, zastosowany radiator powinien mieć
rezystancję termiczną nie mniejszą niż
0,9K/W. Można wykorzystać do chłodzenia
komputerowy radiator dla mikroprocesora
z wentylatorem. Układ jest przewidziany dla
hobbystów i do krótkich prób laboratoryj−
nych, w żadnym wypadku do pracy ciągłej,
na przykład w testach 24−godzinnych.

Kto chce zastosować dodatkową ochronę

termiczną tranzystora, może wykorzystać
przekaźnik termiczny (zwierający przy
+105

C). Przekaźnik (czujnik) należy przy−

kleić dwustronną taśmą klejącą do tranzysto−
ra, a jego styk powinien po zadziałaniu zwie−
rać nóżkę 3 IC1A do „dolnej” szyny napięcia
wejściowego.

Kto chciałby, stosując wentylator, praco−

wać z jeszcze większymi mocami lub w try−
bie ciągłym, może zastosować kilka MO−
SFET−ów połączonych równolegle, np.
BUZ344. Układ będzie pracował bardzo do−
brze z 150...200−watowym darlingtonem mo−
cy, na przykład MJ11016 w obudowie TO−3,
ale nie w połączeniu równoległym i tylko
przy napięciach wejściowych powyżej 1V.

Także R2 ma swój udział w wydzielaniu

ciepła. Dlatego należy w tej roli zastosować
albo 15−watowy rezystor wlutowany kilka
milimetrów nad płytką, albo 10−watowy re−
zystor w metalowej obudowie, przeznaczony
do współpracy z radiatorem.

Tranzystor, rezystor R2 i kondensator C3

należy umieść blisko siebie na krawędzi płyt−
ki drukowanej, a przewody dołączyć z pomo−
cą wysokoprądowych złącz (AMP). Elemen−
ty T1 i R2 nie powinny być bardzo blisko sie−
bie ze względu na wydzielanie ciepła. Połą−
czenia między tymi elementami należy
wzmocnić grubym drutem.

Elektronika sterująca powinna być umie−

szczona jak najbliżej tranzystora, zwłaszcza
połączenie z wyjścia IC1A do bramki T1 po−
winno być jak najkrótsze.

Niezbędne elementy regulacyjne i gnia−

zda wejściowe należy umieścić na płycie
czołowej obudowy i dołączyć przewodami –
prowadzenie ścieżek nie jest tu zalecane. Dla
obwodów wejściowych, gdzie będą płynąć
prądy do 20A należy przewidzieć odpowie−
dnie zaciski, złącza i przewody. Pozostałe
połączenia niskoprądowe można wykonać
klasycznie, za pomocą cienkiego drutu. Zasi−
lacz można umieścić skromnie w narożniku
obudowy. Napięcie sieci można doprowadzić
przez standardowe gniazdo sieciowe, wypo−
sażone w bezpiecznik i wyłącznik zasilania,
dzięki czemu oszczędzi się wyłącznika na
płycie czołowej. Na pewno nie zaszkodzi ta−
kie oddzielenie „cienkiego” okablowania od
obwodów sieci i od obwodów prądowych
wejścia.

Po kolejnym sprawdzeniu poprawności

montażu, wbudowaniu w obudowę i zamoco−
waniu radiatora (oddzielonego galwanicznie
od tranzystora, można włączyć napięcie sie−
ci. Jeśli nie pojawią się kłęby dymu i nic nie
wybuchnie, należy sprawdzić napięcia zasi−
lające i napięcie odniesienia na D9. Dopiero
wtedy (po wyłączeniu zasilania) należy wło−
żyć do podstawki kostkę LM348 i po ponow−
nym włączeniu zasilania przeprowadzić re−
gulację.

Na zaciski wejściowe należy podać napię−

cie 10V. Napięcie na nóżkach 12 i 13 należy
wyrównać za pomocą P3. Napięcie na wyj−
ściu IC1D powinno być większe niż 0,95V,
a ograniczenie prądu powinno następować
przy 10 amperach. Aby tak było, należy z po−
mocą P4 ustawić na nóżce 5 IC1B napięcie
równe 200mV. To będzie odpowiadać prądo−
wi 10A przy napięciu 10A, czyli mocy 100W.
Przy okazji wyjdzie na jaw, że właściwe usta−
wienie P3 i P4 przypomina trochę grę zręcz−
nościową i wymaga cierpliwości. Regulacja
P2 została opisana wcześniej.

I to byłoby wszystko. Pozostanie tylko

przykręcić pokrywę obudowy i przyrząd go−
towy do pracy odstawić na półkę.

Peter Hirschbrich

Podstawy

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

Kwiecień 2002

Układy elektroniczne, a zwłaszcza mikrosko−
pijnej wielkości struktury układów scalonych
łatwo mogą zostać uszkodzone przez duże na−
pięcia i prądy, występujące podczas rozłado−
wania ładunków elektrostatycznych (ESD −
electrostatic discharge). Ładunki statyczne
powstają wskutek tak zwanego efektu trybo−
elektrycznego. Przykładowo, chodząc po dy−
wanie lub wykładzinie ze sztucznego włókna,
czy nawet posługując się najzwyklejszymi to−
rebkami z polietylenu możemy naładować
swoje ciało czy dotykane przedmioty do wy−
sokiego napięcia rzędu kilkuset woltów lub
nawet kilkunastu tysięcy woltów. Z punktu
widzenia elektryczności chodzi tu o nałado−
wanie pojemności i zgromadzenie w niej
energii. Choć wchodzące tu w grę pojemności
są stosunkowo małe, ze względu na duże na−
pięcie, zmagazynowana ilość energii jest
znaczna. Energia ta może bardzo łatwo do−
prowadzić do nienaprawialnego uszkodzenia
struktury półprzewodnika. Potężny impuls
prądu rozładowania może po prostu stopić
połączenie, natomiast wysokie napięcie może
nieodwracalnie przebić złącze lub dielektryk.

Większości elektroników problem ładun−

ków statycznych kojarzy się z uszkodzeniami
układów CMOS i małych tranzystorów MO−
SFET. Problem dotyczy także całych modu−
łów, na przykład kart i pamięci komputero−
wych. Mniej brana pod uwagę jest możliwość
stopniowej degradacji parametrów, prowadzą−
ca w końcu do uszkodzenia, dotycząca wszel−
kich delikatnych układów analogowych,
w tym także bipolarnych. Nieprzypadkowo
producenci układów analogowych, na przy−
kład wzmacniaczy operacyjnych, umieszczają
na opakowaniach i w specyfikacjach stosowne
ostrzeżenia oraz zalecenia przechowywania
i montażu, dotyczące układów bipolarnych.

Konstruktorzy współczesnych układów

scalonych włożyli wiele trudu, by zmniej−
szyć ich podatność na uszkodzenie. Na przy−
kład we wszystkich układach CMOS na wej−
ściach są umieszczone obwody zabezpiecza−
jące. Jednak umieszczenie skutecznych ob−
wodów ochronnych na wejściach układów

analogowych, na przykład ultraprecyzyjnych
wzmacniaczy operacyjnych mijałoby się
z celem, ponieważ każdy taki obwód pogar−
sza w jakiś sposób właściwości układu. Ale
nawet układy scalone z zabezpieczeniami nie
są całkowicie bezpieczne. W wyjątkowo nie−
sprzyjających warunkach rozładowanie ła−
dunków statycznych może uszkodzić niemal
każdy układ scalony, który przecież zawiera
delikatne struktury mikroskopijnej wielkości.

Choć dla wielu elektroników temat wyda−

je się bardzo tajemniczy, ogólna zasada jest
oczywista: naładowana do wysokiego napię−
cia pojemność rozładowuje się po zaistnieniu
sprzyjających okoliczności przez końcówkę
układu scalonego. Prąd zawsze płynie w za−
mkniętym obwodzie. Ilustruje to w upro−
szczeniu rysunek 1.

W praktyce jest wiele

różnych

możliwości

i trudno byłoby je wszyst−
kie

wymienić. Jedną

z częściej występujących
sytuacji jest rozładowa−
nie pojemności ciała
ludzkiego przez końców−
kę układu scalonego. Generalnie nie chodzi
o sam moment dotknięcia do końcówki, tylko
o powstanie sytuacji umożliwiającej przepływ
prądu w zamkniętym obwodzie przez strukturę
i przez ewentualne obwody zabezpieczające.

Na przykład po dotknięciu palcami przez

osobę „naładowaną” (względem ziemi) kilku
wyprowadzeń układu scalonego zwykle nie
dzieje się jeszcze nic strasznego. Maleńka
pojemność tych końcówek i całego układu
scalonego szybko ładuje się do napięcia, do
którego naładowana jest osoba. Problem po−
jawia się w chwilę później, przy wkładaniu
kostki do podstawki. Przypuśćmy, że naj−
pierw kontakt z podstawką mają końcówki,
które nie są dotknięte palcami. I właśnie
w tym krótkim ułamku sekundy może popły−
nąć duży prąd rozładowania pojemności cia−
ła przez palce, dotknięte końcówki i dalej
przez wewnętrzne struktury układu, do in−
nych końcówek, do podstawki i do masy.

Oczywiście w praktyce zazwyczaj sytua−

cja nie jest aż tak jasna, obwód „masy” nie
jest jednoznacznie określony (zwykle chodzi
o uziemienie), niemniej prąd zawsze płynie
w zamkniętym obwodzie, być może przez ja−
kieś dodatkowe pojemności. Generalnie moż−
na tu mówić najpierw o ładowaniu pojemno−
ści, a potem o jej rozładowaniu przez element.
Prąd przepływa pomiędzy końcówkami ele−
mentu półprzewodnikowego przez strukturę.
Ten sam prąd rozładowania płynie też przez
inne obwody, np. rezystancję ciała itp. Na do−
kładniejszym schemacie zastępczym należa−
łoby więc uwzględnić występujące dodatko−
we rezystancje i indukcyjności. Ilustruje to
rysunek 2 − w pozycji A przełącznika S po−
jemność C jest ładowana do wysokiego na−
pięcia. Potem, po przełączeniu S do pozycji
B, pojemność rozładowuje się przez rezystan−
cję R, indukcyjność L i przez strukturę pół−
przewodnikową narażanego elementu.

Aby w powtarzalny sposób określić od−

porność układów na uszkodzenia, wprowa−
dzono standardowe sposoby i warunki pomia−
ru właśnie według rysunku 2. Już w późnych
latach 60. na potrzeby armii amerykańskiej
wprowadzono tzw. Human Body Model, czy−
li model ludzkiego ciała. Kondensator o po−
jemności 100pF jest ładowany do wysokiego
napięcia (zwykle 400V ... 2kV) i potem rozła−
dowywany przez rezystor i badany element.
Schemat HBM z wartościami według amery−
kańskiej normy (MIL−STD−883) pokazany
jest na rysunku 3a, a kształt wyjściowego
impulsu prądowego na rysunku 3b. W zależ−
ności od napięcia, przy którym badany ele−
ment nie ulega uszkodzeniu, określa się klasy

czyli

łł

Rys. 1

Rys. 2

i oznaczenia, ewentualnie podaje się napięcie
próby, w zakresie kilkuset woltów do kilku
kilowoltów. Tylko zupełnie niezorientowani,
natrafiwszy w katalogu na wzmiankę typu:
ESD − 2kV sądzą, że element wytrzyma bez
uszkodzenia dowolny impuls o napięciu 2kV.
Tymczasem dotyczy to zwykle sytuacji z ry−
sunku 3a, gdzie prąd jest relatywnie mały.
Trzeba wiedzieć, że model HBM odwzoro−
wuje przeciętne, inaczej średnie warunki spo−
tykane w praktyce. Dość duża rezystancja
ograniczająca prąd, brak indukcyjności, stwa−
rzają stosunkowo łagodne warunki testu, co
słabo odzwierciedla sytuacje skrajne wystę−
pujące w rzeczywistych warunkach. Aby
sprawdzać odporność dla takich skrajnych
przypadków wprowadzono w 1976 nowy
model, nazwany MM (machine model). Ma
on związek z sytuacjami występującymi pod−
czas automatycznych testów układów scalo−
nych za pomocą maszyn−automatów, ale
odzwierciedla też skrajne przypadki związa−
ne z dotknięciem przez człowieka. W mode−
lu MM rezystancję ograniczającą prąd
zmniejszono do zera, a za to wprowadzono
indukcyjność, przez co impuls prądowy ma
charakter tłumionych oscylacji sinusoidal−
nych. Schemat MM i kształt impulsu testo−
wego są pokazane na rysunku 4. Jak widać,
testy z pomocą modelu MM stawiają badane−
mu elementowi dużo wyższe wymagania, niż
przy modelu HBM.

W pewnym uproszczeniu można powie−

dzieć, że modele HBM i MM dotyczą spraw−
dzania odporności układu scalonego na
uszkodzenie na drodze między końcówkami
wejściowymi, a masą. Niewiele mają nato−
miast wspólnego z samym dotknięciem przez
człowieka do końcówek. Tymczasem nie tyl−
ko amatorzy intuicyjnie czują, że już samo
dotknięcie końcówek, bez żadnego połącze−
nia z masą, niesie pewne zagrożenie. W ta−
kim intuicyjnym podejściu jest sporo praw−
dy. W tym wypadku jednak nie chodzi
o przepływ prądu przez struktury scalone,
tylko przepływ prądu związany z ładowa−
niem się pojemności struktury scalonej. Cho−
dzi o pojemność struktury względem masy
(ziemi), która nie jest stała i wynosi zwykle
1...20pF. Rysunek 5 ilustruje ładowanie tej
pojemności, oznaczonej Cs. W chwili do−
tknięcia dowolnej końcówki przez „nałado−

wanego” człowieka, w krótkim ułamku se−
kundy popłynie prąd i zostanie naładowana
maleńka pojemność Cs (zamiast źródła na−
pięcia HV można byłoby też narysować po−
jemność ciała ludzkiego, która jest znacznie
większa niż pojemność elementu Cs).

Uwzględniając takie zagrożenie, związa−

ne z ładowaniem pojemności elementu
względem ziemi, opracowano kolejny model,
zwany CDM (charged device model). Rysu−
nek 6 ilustruje sposób przeprowadzania po−
miarów i uzyskiwany impuls prądu.

Należy mieć świadomość, że omówione

modele i prowadzone przy ich pomocy ściśle
określone normami testy stosowane są głów−
nie względem elementów o specjalnym prze−
znaczeniu (wojskowe, lotnicze, kosmiczne,
ewentualnie medyczne). Elementom po−
wszechnego użytku poświęca się znacznie
mniej uwagi. Często w podstawowych kata−
logach nie ma żadnej informacji dotyczącej
ESD, ewentualnie występuje tylko krótka
wzmianka lub zalecenie ostrożności.

Warto jeszcze zwrócić uwagę, jakie para−

metry mają impulsy testowe oraz te występu−
jące w realnych warunkach. I właśnie takie
króciutkie impulsy potrafią w ułamku sekun−
dy zniszczyć kosztowny układ scalony. Przy−
kładowo w metodzie HBM ze względu na
dużą wartość rezystancji impuls prądu jest
stosunkowo niewielki, zwykle nie przekracza
1A, a czas trwania jest rzędu dziesiątych czę−
ści mikrosekundy. Przy modelu MM nawet
przy napięciu 400V szczytowy prąd przekra−
cza 5A, czas narastania pierwszego impulsu
prądowego wynosi typowo 14ns, a gasnące
drgania mają częstotliwość 10...15MHz. Przy
metodzie CDM (400V) impuls prądu ma na−
wet ponad 2 ampery, a jego czas trwania wy−
nosi tylko około 2 nanosekund.

Ponieważ

uszkodzeń

wynikających

z ESD nie można naprawić ani skompenso−
wać, jedynym ratunkiem jest ZAPOBIEGA−
NIE. Praktyka pokazuje, że uszkodzenia
związane z ESD nie są częste, co po części
wynika z zastosowania obwodów ochron−
nych, a po części z przypadkowo sprzyjają−
cych warunków przechowywania i montażu.
Ośmiela to amatorów do zupełnego lekcewa−
żenia niebezpieczeństwa. O ile zdarzające się
sporadycznie przypadki uszkodzenia ukła−
dów logicznych CMOS (raz na kilkadziesiąt
kostek) można pominąć choćby ze względu
na cenę traconych układów, o tyle nie należy
lekceważyć szkodliwego wpływu ESD na
precyzyjne układy analogowe. Kolejne rozła−
dowania nie uszkodzą układu całkowicie,
tylko na przykład zwiększą prądy upływu
czy obniżą precyzję poniżej granicy podanej
w katalogu. Powinni o tym pamiętać zwła−
szcza konstruktorzy, bowiem o takie trudne
do uchwycenia przypadki najłatwiej właśnie
podczas eksperymentów i budowania proto−
typów.

Aby radykalnie zmniejszyć prawdopodo−

bieństwo uszkodzenia podczas pracy warto:
− uziemić grot lutownicy,
− pracować na metalowym, uziemionym bla−

cie stołu

− przechowywać delikatne układy w antysta−

tycznych szynach, torebkach lub wetknięte
w czarną gąbkę

− nie nosić ubrań z tworzyw sztucznych (np.

z polaru)

Przy pracy z najdelikatniejszymi i ko−

sztownymi układami analogowymi i cyfro−
wymi warto też uziemić nie tylko lutownicę,
masy i obudowy przyrządów pomiarowych,
ale i własne ciało oraz zwiększyć wilgotność
powietrza, np. z rozpylając w pomieszczeniu
trochę wody.

Piotr Górecki

Podstawy

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

Kwiecień 2002

Rys. 3

Rys. 6

Rys. 4

Rys. 5

Konkurs

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

Kwiecień 2002

W EdW 9/2001 na stronie 32 ogłoszony został konkurs na urządzenie, wykorzystu−
jące ruchome diody LED do tworzenia napisów, wzorów i deseni. Bezpośrednią
przyczyną były listy i e−maile nadsyłane do Redakcji po opublikowaniu w EdW
7/2001 krótkiego artykułu, przedruku z Elektora, gdzie przedstawiono koncepcję
ruchomego wyświetlacza z siedmioma diodami LED.

Zadanie konkursowe było trudne, niemniej ponad dwadzieścia osób nadesłało

swoje prace. Oprócz prac teoretycznych, do Redakcji napłynęło 7 modeli i fotogra−
fie ósmego.

Bardzo interesujący, największy i najstaranniej wykonany model wykonał Grze−

gorz Bywalec z Oświęcimia. Model ten pokazany jest na fotografii 1. W załączo−
nym liście można przeczytać między innymi: Urządzenie można zastosować jako
ciekawą ozdobę wystawy sklepowej, choć jedna z osób poproszona o krótką recenzję
stwierdziła że jest to: 'Wizualizator zawartości pamięci EPROM typu 2716 lub
2732'. (...) Uzyskanie ruchu np. wahadłowego, aczkolwiek możliwe, 'pachniało'
skomplikowaną mechaniką i/lub dodatkową komplikacją układu sterującego. Jeśli
decydujemy się na to, że nasz wyświetlacz będzie wirował należało by się zastano−
wić, czy wyświetlacz ma tworzyć płaszczyznę prostopadłą do osi silnika czy też po−
winien być umieszczony równolegle do osi silnika zakreślając w przestrzeni boczną
powierzchnię walca. Zdecydowałem się na to drugie rozwiązanie. (...) Do krawędzi
głównej płytki przytwierdzona została mniejsza płytka na której umieszczonych jest
osiem diod oraz dwa transoptory szczelinowe. Tak umieszczone diody zakreślają
w przestrzeni okręgi tworzące powierzchnię walca. Teraz sterując diodami można
uzyskać na wyświetlaczu przeróżne esy−floresy. Moim zamierzeniem było docelowo
wyświetlać napis, przesuwający się po powierzchni walca. (...) Aby zapewnić akcep−
towalną jakość tworzonego wzoru trzeba stosować prędkość obrotową minimum 500
obrotów na minutę co odpowiada 'częstotliwości odświeżania' około 8Hz. Wbrew
pozorom, tak mała prędkość obrotowa zapewnia już całkiem dobre warunki do wy−
świetlania napisu. Apeluję do ewentualnych naśladowców, aby ich konstrukcje były
wytrzymałe, solidne i przemyślane. Mimo małej prędkości obrotowej przy konstruk−
cji takiego układu natrafimy na rzadko spotykany w układach elektronicznych pro−
blem – nasz układ musimy chociaż zgrubnie wyważyć (chyba że przemieszczanie się
urządzenia w trakcie pracy uznamy za atrakcyjne urozmaicenie). Ja w tym celu na
krawędzi płytki głównej umieściłem szereg otworów w których mocowane będą śru−
by M4. Proces wyważania najłatwiej przeprowadzić po zamontowaniu elektroniki na
osi silnika i takim ułożeniu urządzenia, aby oś obrotu była usytuowana poziomo.
Umieszczając masy wyważające (po ludzku – śruby i nakrętki) należy się kierować
rozkładem układów na powierzchni płytki – śruby powinny równoważyć masę ukła−
dów, a nie po prostu je przeważać. Wyważenie można skontrolować wprawiając płyt−
kę w ruch. (...) Sugeruję, aby silnik zamocować w taki sposób, by wirująca płytka
znajdowała się jak w osi obrotu – zapewni to najmniejsze możliwe momenty sił. Kon−
struując urządzenie należy zwrócić uwagę na położenie transoptorów, gdyż musimy
jakoś zamocować tarczę pozycyjną oraz coś, co wyznaczy punkt początkowy. Na tar−
czy kodowej jeden z segmentów jest szerszy niż pozostałe. (...) Wurządzeniu nie moż−
na uzyskiwać dużych jasności poprzez forsowanie diod LED dużymi prądami. Nale−
ży zauważyć że diody w krańcowych przypadkach mogą pracować non−stop. Wyma−
ga to bezwzględnego ograniczenia prądu pracy do zakresu nominalnego (wynoszą−
cego typowo 20mA, choć zdarzają się wyjątki). Uzyskanie dużej jasności możliwe
jest w zasadzie tylko poprzez zastosowanie wysokosprawnych diod. Wprototypie za−
stosowałem czerwone diody zaopatrzone w soczewkę dyfuzyjną o wydajności 700
mcd (...) Docelowy układ powinien być wyposażony w coś na kształt ISP – proces
programowania powinien być możliwy do przeprowadzenia w czasie pracy urządze−
nia bez konieczności rozbierania go i reprogramowania układu. Dodatkowo można
by pomyśleć o modyfikacji struktury wyświetlacza – stosując kilka kolumn diod roz−
mieszczonych w różnej odległości od osi obrotu można by uzyskać prymitywny wy−
świetlacz trójwymiarowy. Innym możliwym rozwiązaniem jest wykorzystanie, jako
elementów wyświetlających, laserów i rzutowanie ich światła na jakąś powierzch−
nię za pośrednictwem wirującego lusterka. (...)

Podczas transportu przezroczysta tarcza z folii została pogięta i trzeba było nie−

co podnieść wyświetlacz z transoptorami wymieniając podkładki dystansowe. Nie
sprawiło to jednak wielkiego kłopotu dzięki bardzo starannemu wykonaniu mode−
lu. Autor wykorzystał pamięć EPROM i klasyczne układy scalone CMOS.

Inni uczestnicy również zaproponowali bardzo interesujące rozwiązania.
Radosław Koppel z Gliwic wykonał na procesorze Atmel AVR „Magiczną różdż−

kę”, pokazaną na fotografii 2. Projekt został skierowany do publikacji.

Andrzej Sadowski−Skwarczewski ze Skarżyska−Kamiennej wykonał mikro−

procesorowy zegar z ośmioma diodami LED, a do synchronizacji wykorzystał fo−
totranzystor. Niestety, model dotarł kompletnie uszkodzony mechanicznie, co poka−
zuje fotografia 3.

Dwa interesujące modele nadesłał niezawodny Marcin Wiązania. Świetlna

pałka, pokazana na fotografii 4, zawiera sześć dwukolorowych diod. Istotnym
mankamentem modelu okazało się to, że podczas machania pałką trzeba cały czas
przyciskać jeden z przycisków. Przy małej prędkości ruchu obraz jest wąski, a szyb−
ki i energiczny ruch doprowadził szybko do uszkodzenia delikatnego microswitcha
z długą ośką.

Mikroprocesorowy zegar, pokazany na fotografii 5 ma dwa tryby pracy: analo−

gowy – jak klasyczny zegar wskazówkowy z sekundnikiem oraz cyfrowy. Co cie−
kawe, ten ruchomy zegar z odbiornikiem IRED jest ustawiany zdalnie za pomocą
dowolnego pilota RC−5. Jest to bardzo dobry pomysł, ponieważ nieruchomy zegar
nie pokazuje czasu i trudno byłoby go ustawić „na ślepo”. Model po dołączeniu za−
silania nie działał. Przyczyną okazał się brak połączenia między chromowaną ośką
silnika, a płytką z mikroprocesorem. Po usunięciu kleju i poprawieniu usterki zegar
zaczął pracować, jednak jego działanie nadal było niepewne, najprawdopodobniej
ze względu na przerwy w obwodzie między obudową silnika, a wirnikiem i jego
osią oraz brak skutecznej synchronizacji.

Oba zaprezentowane modele są bardzo interesujące, niemniej wymagają dopra−

cowania.

Widmowy wyświetlacz

Obrotowy wyświetlacz z mikroprocesorem wykonał również Wojciech Jóźków

z Ciepielowic. Model pokazany jest na fotografii 6. W liście napisał między inny−
mi: Budowę wyświetlacza widmowego rozpocząłem już w sierpniu, ponieważ pomysł
zaprezentowany w lipcu bardzo mnie zainteresował. Napięcie próbowałem przeka−
zać do każdej diody z osobna, tzn. mikroprocesor był umieszczony na podstawie, a na
części obrotowej było 5 diod. Niedługo później uznałem, że rozwijanie tego projektu
nie ma sensu, ze względu na trudności w wykonaniu aż 6 ślizgaczy i niestabilność
wirnika. (...) Dopiero około 15 października udało mi się zabrać do dalszej pracy.
Tym razem, mądrzejszy o poprzednie doświadczenia, uznałem, że procesor powinien
znajdować się na wirniku, razem z diodami LED. Zmniejszyło to liczbę ślizgaczy do
2. Okazało się, że przekazanie napięcia wcale nie jest aż tak trudne. Zrobiłem płyt−
kę z koncentrycznie ułożonymi dwoma okręgami – zewnętrzny to masa, a wewnętrz−
ny +5V. Ślizgacz bliżej osi obrotu jest zrobiony z kawałka sprężynki, a drugi ślizgacz
pochodzi z demontażu pozytywki z kartki urodzinowej. Znacznie większym proble−
mem było wyważenie wirnika (niestety nie udało mi się to zbyt dobrze). Na wirniku
umieściłem tylko 5 diod, ze względu na deformację liter w ruchu obrotowym. (...) Sil−
nik wykręciłem ze starego napędu CD, ale nie ten który obraca płytę, lecz ten odpo−
wiedzialny za wysuwanie szufladki. Kontaktron i magnes zapewniły synchronizację.
Teraz wystarczyło napisać jakiś sensowny program i wyświetlacz gotowy! Pierwszy
program jaki napisałem wyświetlał nieruchomą linię. Program ewoluował, aż do
osiągnięcia ruchomego napisu.

Mikroprocesorową świetlną pałkę, pokazaną na fotografii 7 nadesłał Łukasz

Nowak z Krosinka. Model dotarł do Redakcji dość wcześnie, i nie sposób dociec,
czy Autor chciał przedstawić ją jako projekt, czy jest to praca konkursowa. Osta−
tecznie zakwalifikowano ją do konkursu.

Łukasz Miłobędzki z Siedlec nadesłał zdjęcia wykonanego modelu, niestety

niezbyt dobrej jakości – patrz fotografie 8 i 9. W liście napisał: (...) Zawsze chcia−
łem zrobić wyświetlacz napisów, ale nigdy nie przypuszczałem, że użyję do tego tyl−
ko 8 diod. (...) udało mi się zbudować tylko część mechaniczną z doprowadzeniem
zasilania do diod. Aby przetestować urządzenie bez projektowania elektroniki diody
podłączyłem poprzez tranzystory do portu LPT komputera. Pierwszym programem
sterującym był Wasz sterownik girlandy. Jednak szybko okazało się, że minimalny
czas – jedna milisekunda – jest zbyt długi. Napisałem program w Pascalu, który za−
mieszczam w liście. (...) Wliście zamieściłem też inny program do generowania zna−
ków, który korzysta z pliku zawierającego definicję liter i innych znaków. Program
ten umożliwia dorysowanie kolejnych nietypowych znaków symboli. (...) Do osi sil−
nika przymocowałem plastikową rurkę, na której umieściłem dziewięć metalowych
pierścionków o długości 5mm. Przerwa między nimi wynosi ok. 2mm, gdzie wywier−
ciłem otwory na przewody doprowadzające napięcie zasilania z pierścionków do
diod. Przewody wykonałem z cienkiego drutu nawojowego – dzięki temu zmieści−
ły się wewnątrz rurki. Natomiast sprężynki wyjęte z dyskietek komputerowych
doprowadzają sygnał do pierścionków. Druga rurka z diodami tworzy z osią silnika
literę T. Napis jest generowany po pełnym obwodzie koła. Wmoim urządzeniu nie
ma żadnej synchronizacji. Zamiast niej zrobiłem synchronizację programową −
generowany napis jest zawsze tej samej długości, czyli czas wyświetlania jest zawsze
taki sam. Obroty silnika są tak dobrane, aby napis przesuwał się w lewo. Przy takim
rozwiązaniu jest ważne, aby silnik trzymał stabilne obroty. (...)

Ciekawymi przemyśleniami podzielił się

Sławomir Sitek ze Zduńskiej Woli. Na wirują−
cym pręcie chciałby umieścić nie tylko szereg
diod LED. Jak pokazuje rysunek obok, na jed−
nej połowie pręta umieszczone byłyby diody
LED, na drugiej fotoelementy. Pozwoliłoby to
stworzyć tarczę dla strzelnicy świetlnej (lasero−
wej). Wirujące diody LED tworzyłyby okrągłą
tarczę, fotoelementy wykrywałyby „trafienie”
wiązką lasera. Według pomysłodawcy program
sterujący od razu mógłby pokazywać miejsce
trafienia, przestrzelinę, czy to przez wygasze−
nie tarczy w tym miejscu, czy zaświecenie drugiej struktury dwukolorowej diody
LED. Pomysł jest bardzo ciekawy, a gdyby go ktoś z powodzeniem zrealizował,
śmiało może liczyć na publikację projektu w EdW.

Kilka osób chciałoby wykorzystać wentylatorek komputerowy z czujnikiem

obrotów. Sygnał z czujnika dobrze nadawałby się do synchronizacji urządzenia,
a szanse na realizację takiej koncepcji zależą od masy zamocowanej na wirniku i od
mocy silniczka. Umieszczenie na delikatnym wentylatorku płytki z elektroniką mo−
że się nie udać, natomiast interesująca jest propozycja Tomasza Gajdy z Wrząsa−
wy. Oto fragment listu: Chciałbym przedstawić propozycję wyświetlacza opartego
na diodzie laserowej sterowanej przez mikroprocesor. Efektem miała być godzina
nakreślana przez wiązkę lasera na ścianie w pokoju, budynku mieszkalnym. Urzą−
dzenie składałoby się z trzech części: silniczka, lasera, elektroniki sterującej. Jako
silniczek najlepiej zastosować wentylator z synchronizacją obrotów. Na obwodzie
wirującej części należy umieścić dziewięć malutkich zwierciadełek, przy czym każ−
de następne musi być nachylone do osi obrotu o ten sam niewielki kąt! Wwyniku
takiego zabiegu, kiedy skierujemy wiązkę laserową na wirujące zwierciadła (nieko−
niecznie z dużą prędkością ) otrzymamy dziewięć linii nakreślanych na ścianie
w równej odległości od siebie. Dalej to tuż niewielki krok od zbudowania zegara
z „widmowym wyświetlaczem”.

Pomysł jest godny uwagi,

choć cienkie linie lasera dadzą
„chudy” obraz. Największą
trudnością może się okazać
przyklejenie dziewięciu luster
do zewnętrznego pierścienia
wirnika wentylatora bo każde
lustro musi być pochylone pod
innym kątem do osi silnika.

Podsumowanie

Choć wszystkie nadesłane mo−
dele są godne uwagi, wszyst−
kie wykazują pewne wady.
Najbliższy nagrody był zdecy−
dowanie Grzegorz Bywalec
z Oświęcimia, który nadesłał
starannie wykonany wizuali−
zator

zawartości

pamięci

EPROM. Redakcyjna komisja
oceniająca nadesłane prace by−
ła jednak zgodna w opinii, że
bardzo cenna główna nagroda,
jaką jest zestaw uruchomienio−
wy mikroprocesorów PIC (Mi−
crochip Development Systems), nie zostanie przyznana.

Nagrody i upominki ufundowane przez AVT otrzymają: Grzegorz Bywalec,

Radosław Koppel, Andrzej Sadowski−Skwarczewski, Marcin Wiązania, Woj−
ciech Jóźków, Łukasz Nowak, Łukasz Miłobędzki, Sławomir Sitek i Tomasz
Gajda.

Choć zaprezentowane prace nie pozbawione były błędów, niemniej wyniki kon−

kursu okazały się interesujące, a nadchodzące listy świadczą o niesłabnącym zain−
teresowaniu tematem, Redakcja EdW wkrótce powróci do tego zagadnienia. Już te−
raz informujemy, że możemy wesprzeć osoby, które zrealizują kolejne układy tego
typu: możemy nieodpłatnie wykonać płytki drukowane na podstawie plików z pro−
gramów Autotrax, TraxMaker (CircuitMaker) lub Protel.

Planujemy też ogłoszenie kolejnego konkursu.
Na naszej stronie internetowej można znaleźć oryginalne opisy prac większości

wymienionych Autorów.

(red)

Konkurs

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

Kwiecień 2002

Szkoła Konstruktorów

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

Kwiecień 2002

Temat zadania, zaproponowany przez Danie−
la Loretza z Warszawy, zrodził się z jak naj−
bardziej praktycznej potrzeby. Chodzi
o układ automatycznego włączania mikrofo−
nu. W pewnego rodzaju systemach nagło−
śnieniowych udziela się głosu osobom sie−
dzącym na audytorium. Zamiast podawać im
do ręki klasyczny mikrofon z kablem albo
mikrofon bezprzewodowy, wyznaczona oso−
ba obsługuje specjalnie zbudowany mikrofon
(z przewodem). Ten specjalny mikrofon to
rodzaj tyczki o długości ponad 1,2m, wyko−
nywany z surowych kijków narciarskich.
Osoba wypowiadająca się nie bierze mikro−
fonu do ręki − obsługujący zbliża po prostu
przetwornik do jej ust na odległość kilku, co
najwyżej kilkunastu centymetrów. Przetwor−
nikiem jest maleńki mikrofon elektretowy,
umieszczony na cienkim końcu tyczki, nato−
miast z drugiej strony, w rączce, umieszczo−
ny jest układ elektroniczny. Ta rączka jest du−
żo grubsza od kijka − wykonana jest z rurki
aluminiowej o średnicy wewnętrznej 31mm
i długości około 200mm, jest więc dużo miej−
sca na ewentualną elektronikę.

W systemie nagłośnieniowym pracuje kil−

ka takich mikrofonów i co ważne, są one
podłączone do jednego wejścia, w pewnym
sensie równolegle. Każdy z mikrofonów ma
wewnętrzny wzmacniacz. Układy elektro−

niczne mikrofonów (lokalne wzmacniacze)
zasilane są przez trzyżyłowy kabel z systemu
nagłośnieniowego (przez przerobione wejścia
liniowe). Jedna z żył kabla zapewnia napięcie
zasilające 9...12VDC, druga to przewód sy−
gnałowy, trzecia to masa (ekran kabla).

Aby uniknąć hałasu i zakłóceń, a przy tym

zapewnić sprawną obsługę tych kilku mikrofo−
nów podłączonych do jednego wejścia, zasto−
sowano w nich zwykłe przyciski. Osoba obsłu−
gująca naciskała przycisk, czym dołączała da−
ny mikrofon do wejścia. Taki system przez la−
ta zdawał egzamin, ale w praktyce okazało się,
iż najsłabszym punktem są przyciski − w tej ro−
li wykorzystywane były popularne, małe przy−
ciski, niezbyt trafnie nazywane „microswitch”.

Oczywiście najprostszym rozwiązaniem

byłoby zastosowanie lepszej jakości przyci−
sku, ale nie w tym rzecz. Jeśli już taki mikro−
fon ma być modernizowany, niech włącza się
automatycznie, bez naciskania na guzik. Ogól−
na idea jest prosta: mikrofon powinien zostać
włączony po przechyleniu tyczki z pozycji
pionowej, w jakiej jest w stanie spoczynku,
do pozycji w przybliżeniu poziomej, w ja−
kiej znajdzie się w czasie wypowiedzi.

I tu doszliśmy do tematu zadania:

Zaprojektować układ automatycznego

wyłącznika reagującego na przechylenie
o kąt około 90

Najbardziej interesowałyby mnie, a tym

bardziej pomysłodawcę zadania, rozwiązania

przeznaczone właśnie do opisanego pokrótce
mikrofonu. Pamiętajcie, że w rączce jest du−
żo miejsca − jest to rura o średnicy wewnętrz−
nej 31mm i długości aż 200mm.

Celowo nie podaję żadnych schematów

istniejącego wzmacniacza z przyciskiem, że−
by nie sugerować sposobu rozwiązania.

Czy przycisk należy po prostu zastąpić

elementem lub układem, uaktywniającym się
po zmianie położenia? A może zastąpić styk
przycisku kluczem CMOS, np. z kostki 4066?

Najważniejszym problemem do rozwią−

zania jest oczywiście nie kwestia styku, tyl−
ko rodzaj czujnika, reagującego na zmianę
położenia.

Czy trzeba stosować opisywany w EdW

czujnik rodziny ADXL? A może wystarczy
jakiś prosty układ mechaniczny? Czy warto
zastanawiać się nad czujnikiem mechanicz−
no−optycznym, np. z transoptorem szczelino−
wym? A może poszukać w literaturze i kata−
logach handlowych gotowych elementów,
np. wyłączników rtęciowych?

Choć temat może się wydać nieco dziwny,

spróbujcie się z nim zmierzyć, bo jest jak naj−
bardziej praktyczny. Mam nadzieję, że nade−
ślecie interesujące propozycje. Ze względu
na specyfikę zadania tym razem część puli
nagród z góry przeznaczam dla osób, które
nadeślą najciekawsze pomysły i idee, nie
zrealizowane w praktyce. Przypominam
również, że autor opublikowanej propozycji
zadania otrzymuje nagrodę.

Temat zadania 70 brzmiał: Zaprojektować
układ uciszający szczekającego psa.

Jak napisałem w numerze grudniowym,

wahałem się, czy w ogóle wykorzystać tę
propozycję zadania. Później zastanawiałem
się, czy choć jeden Czytelnik nadeśle jakie−
kolwiek rozwiązanie. Z tym większą saty−

sfakcją zawiadamiam, że choć prac było zde−
cydowanie mniej niż zwykle, otrzymałem
cztery modele.

I już na początku informuję, że zdecydo−

wana większość uczestników była przeciwna

Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis działania.

Model i schematy montażowe nie są wymagane, ale przysłanie działającego modelu lub jego

fotografii zwiększa szansę na nagrodę.

Ponieważ rozwiązania nadsyłają Czytelnicy o różnym stopniu zaawansowania, mile widziane

jest podanie swego wieku.

Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powinny być umieszczone na oddzielnych

kartkach, również opatrzonych nazwiskiem i pełnym adresem. Prace należy nadsyłać w terminie

45 dni od ukazania się numeru EdW (w przypadku prenumeratorów – od otrzymania pisma pocztą).

łł

Zadanie nr 74

Rozwiązanie zadania nr 70

Szkoła Konstruktorów

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

Kwiecień 2002

zarówno stosowaniu takich metod tresury,
a nawet i wszelkim eksperymentom w tym
zakresie.

Rozumiem taką postawę i w dużej części

ją podzielam. Należy jednak wziąć pod uwa−
gę, że prawie każdy pies poddany jest takiej
czy innej formie tresury, przy czym nagroda
i kara mają tam kluczowe znaczenie. Stoso−
wanie kary, na przykład w postaci nieprzy−
jemnych dźwięków, nie jest chyba bardziej
drastyczne od „klasycznych” metod tresury,
gdzie kara jest nieodłącznym składnikiem
procesu szkolenia. Nie chcę jednak wchodzić
w szczegóły, bo celem zadania było jak zwy−
kle doskonalenie warsztatu elektronika−kon−
struktora. Ja obawiałem się tylko, że nadejdą
rozwiązania proponujące metody naprawdę
drastyczne, na przykład potraktowanie stwo−
rzenia silnymi impulsami elektrycznymi.
Mogłem się tego spodziewać choćby ze
względu na fakt, że ten sposób stosowany
jest powszechnie w elektrycznych pastu−
chach. Na szczęście Czytelnicy EdW pokaza−
li klasę, okazali się miłośnikami zwierząt
i żaden nie nadesłał ani informacji o próbach
z impulsami elektrycznymi, ani nawet teore−
tycznych propozycji tego typu!

Wszystkie rozwiązania mają dyscyplino−

wać psa dźwiękiem, ściślej ultradźwiękami.

Rozwiązania teoretyczne

Nadesłane rozwiązania można od razu
podzielić na trzy grupy.
1. Generatory (ultra)dźwięków sterowane
ręcznie.
2. Generatory sterowane odgłosem szczekania.
3. Generatory z rozbudowanym sterowaniem.

Do pierwszej grupy należy podwójny ge−

nerator z bramkami 4093, zaproponowany
przez Marcina Dyoniziaka z Brwinowa. Da−
je dźwięk przerywany w rytmie wyznaczanym
przez pierwszy generator. Drugi generator wy−
twarza przebieg o częstotliwości ponadaku−
stycznej, który jest zamieniany na ultradźwię−
ki przez głośnik wysokotonowy. Rozwiązanie
jest poprawne, jednak trzeba pamiętać, iż sta−
bilność generatora z jedną bramką 4093 jest
słaba. W tym przypadku niewielkie zmiany
częstotliwości wynikające ze zmian napięcia
zasilania nie powinny przeszkadzać. Jeśli by−
łoby inaczej, trzeba wykorzystać lepszy gene−
rator, na przykład klasyczny układ z dwiema
zwykłymi bramkami. Zastosowanie głośnika
wysokotonowego jest interesującym pomy−
słem, jednak powinien to być głośnik z prze−
twornikiem piezoelektrycznym. Zwykłe gło−
śniki elektromagnetyczne mogą pobierać zbyt
duży prąd, jak na tego typu urządzenie, które
z konieczności zasilane będzie z baterii. Czę−
stotliwość nie może być zbyt duża, bo głośni−
ki wysokotonowe mają zakres częstotliwości
pracy do 25kHz, co najwyżej do 30kHz.

Piotr Podczarski z Redecza Wielkiego

przysłał schemat jeszcze prostszego układu
z pojedynczym generatorem z bramkami

4093 sterującym „przetwornikiem ultra−
dźwiękowym”. Marcin Kartowicz z Bole−
chowa proponuje klasyczny dwubramkowy
generator z inwerterami 4049, gdzie po dwa
połączone inwertery sterują „przetwornikiem
ultradźwiękowym”. Bardzo podobny sche−
mat nadesłał 14−letni Mateusz Boryń z Gar−
bowa (Boryn.gif). Z kolei Piotr Bechcicki
z Sochaczewa wykorzystał kostkę 555, która
za pośrednictwem tranzystora napędza gło−
śnik dynamiczny GD 4

Ω

2W. Jak napisał, nie

zauważył choćby najmniejszej reakcji które−
gokolwiek ze swoich psów. Nic dziwnego,
zwykły głośniczek praktycznie nie przenosi
częstotliwości powyżej 10kHz.

Doceniam wysiłki Piotra, który natknął

się na najtrudniejszą przeszkodę − dobór od−
powiedniego przetwornika.

Najwięcej propozycji dotyczyło przyrzą−

dów drugiej grupy. Ogólna zasada działania,
zilustrowana na rysunku 1, jest tu prosta.
Szczekanie psa, odebrane przez mikrofon,
spowoduje włączenie na pewien czas genera−
tora. Schemat tego typu urządzenia z kostka−
mi TL072, CMOS 4047 przystał na przykład
młodziutki Dawid Lichosyt z Gorenic (Li−
chosyt1.gif, Lichosyt2.gif). Jarosław Tarna−
wa z Godziszki też chce wykorzystać
podwójny wzmacniacz operacyjny i genera−
tor ultradźwięków z kostką 4093 (Tarna−
wa.gif). Robert Jaworowski z Augustowa
także widzi sens wykorzystania podwójnego
wzmacniacza

operacyjnego

(LM358)

i dwóch generatorów z kostką 4093. Podob−
ny schemat z kostkami TL081, CMOS 4093
proponuje Maciej Marynowski z Baborowa.
Jego schemat pokazany jest na rysunku 2.
15−letni Mariusz Chilmon z Augustowa
proponuje wykorzystanie Inteligentnej lamp−
ki nocnej dla dzieci z EdW 10/01 i dodanie
do niej prostego generatora z bramką kostki
4093. Słusznie zauważył, że można też
wykorzystać głośne, krótkie dźwięki słyszal−
ne dla człowieka. Nie zapomniał o diodzie
kontrolnej,

informującej

o pracy generatora ultra−
dźwięków.

14−letni Piotr Omastka

z Mysłowic oprócz mikro−
fonu i wzmacniacza, reagu−
jącego na głośne dźwięki,
przewidział w swoim urzą−
dzeniu... tor podczerwieni.

Może się to wydać co najmniej dziwne,

jednak Piotr na podstawie praktyki stwierdza,
że jego pies najczęściej szczeka w tym samym
miejscu mieszkania. Bariera spełniałaby wiec
rolę prewencyjną, dyscyplinując psa, gdy tyl−
ko szykuje się do szczekania lub wycia. A oto
fragment listu: Urządzenie uciszające psa
można też zrealizować w inny sposób. Można
zaszyć w obroży psa. Wymaga to konstrukcji
w technice SMD. Układ taki wykrywałby baa−
ardzooo głośne dźwięki i uruchamiał genera−
tor ultradźwięków. (...) Psa można uciszać, da−
jąc mu smakołyki typu „Chapi” czy coś inne−
go. Takie urządzenie z dozownikiem „kulek”
jest nieco trudniejsze do zbudowania (mecha−
nika) i nie zawsze skuteczne, bo pies może za−
cząć szczekać jeszcze głośniej (mój przypa−
dek). Oczywiście nie polecam rozwiązań sady−
stycznych typu generatory wysokiego napię−
cia, ponieważ można tym psa rozwścieczyć.
Polecam za to uciszacze mówiące ciepłym gło−
sem pana. Dodatkowym atutem takiego uci−
szacza jest możliwość zmylenia włamywacza.
Pies zamknięty w mieszkaniu podczas naszej
nieobecności może zacząć szczekać, kiedy wy−
czuje obcego u progu. Uciszacz zacznie mówić
głosem człowieka i odstraszy włamywacza.
Dobrym według mnie pomysłem jest sygnali−
zator ucieczki psa. (...)

Choć w schematach (Omastka.zip) Piotr

nie uniknął usterek, otrzyma upominek. Na−
tomiast nadesłany program asystent.exe nale−
żałoby jeszcze dopracować.

Dwaj uczestnicy, Marcin Malich z Wo−

dzisławia Śl. i Paweł Szwed z Grodźca
zwrócili uwagę na bardzo istotną sprawę. Też
chcą zastosować mikrofon do wykrywania
szczekania psa i też chcą go dyscyplinować
ultradźwiękami. Według nich generator nie
powinien jednak włączać się od razu, po
pierwszym szczeknięciu. Oto fragment pracy
Marcina, którą w całości można znaleźć na
stronie internetowej (ze względu na problem
ochrony danych osobowych usunąłem z .pdf−a

Rys. 1

Rys. 2

Szkoła Konstruktorów

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

Kwiecień 2002

adres Autora): W układzie konieczna jest regu−
lacja włączenia układu wykonawczego, w na−
szym przypadku generatora ultradźwięków,
w zależności od natężenia i ilości szczeknięć
psa. Regulacja ta nie musi być dokładna, po−
nieważ ludzie nie będą reagować na ultra−
dźwięki, gdyż nie są w stanie ich usłyszeć. Po−
trzebny jest również obwód opóźnionego włą−
czenia generatora, aby zbytnio nie rozładować
baterii i nie wykończyć naszego zwierzaka.

Już za samo to stwierdzenie obu wnikli−

wym Kolegom należy się upominek. Rzeczy−
wiście, w większości przypadków wcale nie
chodzi o całkowitą eliminację wrodzonych
psich odruchów, tylko o uciszenie psa, który
zbyt głośno i zbyt długo szczeka lub wyje.
Na rysunku 3 pokazany jest schemat propo−
nowany przez Marcina, natomiast rysunek 4
pokazuje oryginalny schemat Pawła. W ukła−
dzie Pawła z pewnym opóźnieniem genero−
wane są najpierw słabsze „paczki” ultra−
dźwięków, a gdy to nie pomoże, sygnały sta−
ją się dłuższe i silniejsze. Warto przeanalizo−
wać samodzielnie podane schematy, bo choć
należałoby je radykalnie uprościć, podstawo−
wa idea jest jak najbardziej prawidłowa.

Kilka osób wspomniało o możliwości wy−

korzystania „gadających kostek” serii ISD do
dyscyplinowania psa głosem jego właścicie−
la. Pomysł interesujący, jednak wymagałby
porządnego głośnika i wzmacniacza, a co za
tym idzie, dużej baterii.

Rozwiązania praktyczne

Na fotografii 1 można zobaczyć model 15−let−
niego Piotra Romysza z Koszalina. Oryginal−
ny schemat jest pokazany na rysunku 5. Tu
także urządzenie nie reaguje na każde szczek−
nięcie. Oto fragment listu: Układy uciszające
psy trzeba używać z rozwagą, ponieważ mogą
one źle wpłynąć na zachowanie psa. Powinny
one włączać się jak najrzadziej, żeby pies nie
był bez przerwy dręczony ultradźwiękami.
Dlatego trzeba było zaprojektować układ tak,
aby reagował tylko na małą grupę dźwięków.
Tak właśnie starałem się wykonać mój układ.
(...) Elementy R6 i C2 tworzą bardzo prosty
filtr, który przepuszcza częstotliwości poniżej
6kHz. Próbowałem w to miejsce wstawić filtr
na wzmacniaczu operacyjnym, ale niestety
moje próby się nie powiodły (filtry robiły
wszystko, żeby nie działać tak jak chciałem),
dlatego pozostał tak prosty filtr. Jest to pierw−
sze ograniczenie grupy dźwięków odbieranych
przez układ. Następnym jest
układ, który nie przepuszcza
dźwięków dłuższych (...)

Pełny opis interesującego,

choć trochę za bardzo rozbu−
dowanego układu można
znaleźć na naszej stronie in−
ternetowej jako Romysz.zip.

Mirosław Kost z Gola−

sowic wykonał ładny model,
pokazany na fotografii 2

(Kost.gif). W układzie pracują LM358,
CMOS 4093 i 555. Dodatkowy tranzystor
blokuje wejście wzmacniacza w czasie pracy
generatora i zapobiega „zatrzaśnięciu”.
Z braku przetwornika ultradźwiękowego wy−
korzystał zwykłą membranę piezo, a przy
okazji wpadł na pomysł, który może stać się
podstawą kolejnego zadania w naszej Szkole.

Fotografia 3 i rysunek 6 pokazują układ

stałego uczestnika Szkoły, Marcina Wiązani.
Przetwornikiem jest nadajnik ultradźwiękowy
o częstotliwości rezonansowej 40kHz. Płytkę
można rozciąć na dwie części: generator
z ręcznym sterowaniem oraz czujnik mikrofo−
nowy. Układ można uprościć, stosując tylko

Rys. 5

Rys. 3

Rys. 4

Szkoła Konstruktorów

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

Kwiecień 2002

dwie kostki: wzmacniacz operacyjny i inwer−
tery 4049 i nieco zmodyfikować działanie
(dodać opóźnienie). Po takiej miniaturyzacji
bardziej będzie się nadawał do zawieszenia
na szyi psa.

Fotografia 4 pokazuje model Dariusza

Knulla z Zabrza, którego poprzedni list
na ten temat przekonał mnie do niniejszego
zadania. Prościutki układ Dariusza po spraw−
dzeniu w Pracowni Konstrukcyjnej AVT tra−
fi do działu E−2000 lub do Forum. A ja zacy−
tuję tu tylko fragmenty listu wyjaśniające
przy okazji, dlaczego ten tak aktywny wcze−
śniej uczestnik Szkoły ostatnio prezentuje
niewiele swoich konstrukcji:

(...) W literaturze były opisywane urządze−

nia pełniące rolę psich „treserów”, Najczę−
ściej ich działanie polegało na generowaniu
nieprzyjemnego dźwięku po odebraniu głosu
ujadającego psa. Dźwięk taki pojawiał się
z pewnym opóźnieniem, np. dopiero po kilku
szczeknięciach. Uważam, że w przypadku
nerwowego psa jest to zbyt łagodna forma
uspokajania. Posiadacze psów (ja też do nich
należę) wiedzą, że nerwowy zwierzak daje się
uspokoić dopiero po kilku, kilkunastu
próbach uciszenia. Dlatego sądzę, że „tre−
ser” powinien generować dźwięk natych−
miast po usłyszeniu szczekania psa. Ten

ostatni i tak się nie uspokoi od razu, tylko po
pewnym czasie. Model, który nadsyłam, wy−
konałem w październiku ubiegłego roku na
swoje potrzeby (ściślej dla mojego psa). (...)
Praktyka dowiodła, że czułość urządzenia
jest niewielka − treser reaguje jedynie na
szczekanie psa. (...) W archiwalnym Elekto−
rze Elektroniku spotkałem opis „tresera”,
gdzie jedna blaszka piezo pracowała w roli
nadajnika i odbiornika.(...)

P.S. Dziękuję za dotychczasowe upominki

i publikację moich artykułów na łamach
EdW. Tych ostatnich nie będzie już chyba tak
dużo jak w ubiegłym roku, bo od pewnego
czasu mam „czasożerną” pracę (składanie
i testowanie komputerów), ale na EdW za−
wsze znajdę wolną chwilę.

Ja ze swej strony zapraszam Dariusza i in−

nych Kolegów do nadsyłania kolejnych ukła−
dów, zarówno do Szkoły, jak i bezpośrednio
do publikacji w EdW.

Uwagi końcowe

Bardzo się cieszę, że znaleźli się Czytelnicy,
którzy podjęli się trudnego zadania zaprojek−
towania „uciszacza” psa. Wszyscy napotkali
poważny problem, jakim okazał się wybór
przetwornika.

Cóż to bowiem jest ten „przetwornik

ultradźwiękowy”, proponowany przez nie−
których uczestników? Powinien on mieć
szeroki zakres częstotliwości pracy, bo ci
uczestnicy chcą dostrajać częstotliwość „do
psa”, by ultradźwięki wywoływały jak naj−
większą reakcję zwierzęcia.

W zasięgu hobbystów nie ma jednego uni−

wersalnego przetwornika elektroakustyczne−
go, który przenosiłby cały zakres częstotli−
wości od, powiedzmy 20kHz do 100kHz. Jak
wspomniałem, głośniki wysokotonowe mogą
pracować do, co najwyżej, 30kHz. Typowe
przetworniki piezoelektryczne, stosowane
w sygnalizatorach i alarmach mają bardzo
nierówną charakterystykę i naprawdę sku−
teczne są tylko przy swojej częstotliwości re−
zonansowej, wynoszącej kilka kiloherców.
Zasada ta dotyczy także fabrycznych prze−
tworników ultradźwiękowych do czujek zbli−
żeniowych. Przeznaczone są do pracy przy
ściśle określonej częstotliwości, np. 40kHz.
Przy innych częstotliwościach będą one
wprawdzie działać, ale natężenie wytwarza−
nego (ultra)dźwięku będzie niewielkie.

Ze względu na niewielką lub nieznaną

skuteczność, wątpliwą przydatność będą
mieć proste układy, które miałyby dyscypli−
nować zwierzę z odległości kilku metrów.
Aby pies zareagował, bodziec akustyczny
musi być silny i nieprzyjemny. Już tu widać,
że słaba skuteczność przetworników wymu−
sza konieczność umieszczenia generatora bli−
sko uszu psa. Oznacza to, że „dyscyplinator”
powinien być umieszczony na szyi psa.

Nie mogę pominąć milczeniem istotnej wa−

dy niektórych rozwiązań. Chodzi o dodatnie
sprzężenie zwrotne na drodze przetwornik −
mikrofon. Część uczestników założyła, że mi−
krofon nie odbierze ultradźwięków. Tymcza−
sem planują pracować z częstotliwościami rzę−
du 20...30kHz. Mikrofon elektretowy umie−
szczony kilka centymetrów od źródła silnych
dźwięków o częstotliwościach nieco więk−
szych niż akustyczne da sygnał, który w zależ−
ności od konstrukcji układu elektronicznego
może podtrzymać działanie generatora. Taki

Fot. 1 Model Piotra Romysza

Fot. 2 Układ Mirosława Kosta

Fot. 3 Model Marcina Wiązani

Rys. 6

Fot. 4 Model Dariusza Knulla

Szkoła Konstruktorów

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

Kwiecień 2002

niedopracowany układ, gdy zadziała, nie wyłą−
czy się sam i będzie pracował aż do ręcznego
wyłączenia zasilania lub wyczerpania baterii.
W praktyce mogłoby to oznaczać, że pies bę−
dzie stale dręczony, a właściciel nie będzie
o tym wiedział; zdziwi się tylko faktem szyb−
kiego wyczerpania baterii. Można temu w pro−
sty sposób zaradzić odfiltrowując takie często−
tliwości w torze mikrofonu i wzmacniacza.

Osobom, które wspomniały, tym proble−

mie lub przewidziały środki do jego elimina−
cji przydzieliłem oczywiście dodatkowe
punkty. Oczywiście miało to też wpływ na
rozdział nagród i upominków.

I znów wraca sprawa poczty. Znajduję

czasem wzmianki, że czyjaś praca z wcze−
śniejszego zadania nie została sklasyfikowa−
na. Różne mogą być tego przyczyny. Czasem
przesyłka trafia do mnie z opóźnieniem,
i wtedy dopisuję uczestnikowi należne punk−
ty, w miarę możliwości wspominając o pracy
w następnym miesiącu. Nie przydzielam na−
tomiast punktów za prace opóźnione o... kil−
ka miesięcy, wykonane już po opublikowa−
niu rozwiązania. Wyjątkowo dobre rozwiąza−
nia nadesłane po tak długim czasie mają na−
tomiast szansę trafić do E−2000 lub do Fo−
rum. Oto świeżutki przykład. Bartek Czer−
wiec z Mogilna nadesłał w terminie rozwią−
zanie zadania 69, ale na paczce było napisa−
ne Zadanie 70, więc nie rozpakowana paczka
spokojnie leżała przez kolejny miesiąc. W ta−
kim przypadku przydzieliłem punkty, a mo−
del Bartka można zobaczyć na fotografii 5.

W innych przypadkach, gdy na kopercie

jest podana tylko skrytka pocztowa AVT, tak

nieprecyzyjnie zaadresowane koperty trafiają
czasem do innych działów AVT, a nawet zda−
rzało się, że do redakcji innych czasopism.
Trudno bowiem wymagać, by panie, segregu−
jące w sekretariacie AVT pocztę szczegółowo
znały treść wszystkich dziewięciu czasopism,
wydawanych przez Wydawnictwo.

Dlatego kolejny raz proszę, żebyście za−

wsze podawali na kopercie nie tylko prawi−
dłowy adres, ale i tytuł czasopisma i dział,
gdzie przesyłka ma trafić. Nie przysyłajcie
paczek na adres skrytki pocztowej. Przypo−
minam prawidłowy adres:
AVT − EdW
Szkoła konstruktorów zadanie XX
ul. Burleska 9
01−939 Warszawa

Wszyscy uczestnicy, wymienieni z nazwi−

ska otrzymują punkty (1...7). Aktualna punk−
tacja podana jest w tabeli. Upominki i nagro−
dy otrzymują: Piotr Omastka, Paweł Szwed,
Marcin Malich, Dariusz Knull, Piotr Ro−
mysz, Mirosław Kost i Marcin Wiązania.

Zachęcam serdecznie do udziału w bieżą−

cym i następnych zadaniach.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Fot. 5 Układ Bartka Czerwca (zadanie 69)

Marcin Wiązania Gacki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
Mariusz Chilmon Augustów . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Krzysztof Kraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Dariusz Drelicharz Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Marcin Malich Wodzisław Śl. . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św. . . . . . . . . . . . . . . .30
Dariusz Knull Zabrze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Piotr Romysz Koszalin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska . . . . . . . . . . .27
Roman Biadalski Zielona Góra . . . . . . . . . . . . . . . .26
Rafał Stępień Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . . . .25
Mariusz Ciołek Kownaciska . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jakub Kallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Filip Rus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Michał Pasiecznik Zawiszów . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Radosław Koppel Gliwice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Łukasz Cyga Chełmek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Radosław Ciosk Trzebnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Piotr Dereszowski Chrzanów . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Szymon Janek Lublin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Maciej Jurzak Rabka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Ryszard Milewicz Wrocław . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Emil Ulanowski Skierniewice . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Artur Filip Legionowo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Aleksander Drab Zdziechowice . . . . . . . . . . . . . . . .13
Arkadiusz Zieliński Częstochowa . . . . . . . . . . . . . . .12
Wojciech Macek Nowy Sącz . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Sebastian Mankiewicz Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Maciej Ciechowski Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Mariusz Ciszewski Polanica Zdrój . . . . . . . . . . . . . . .9
Filip Karbowski Warszawa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Witold Krzak Żywiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Piotr Kuśmierczuk Gościno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Dawid Lichosyt Gorenice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Michał Waśkiewicz Białystok . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Piotr Wilk Suchedniów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Punktacja Szkoły Konstruktorów

− S

Szzkkoołłaa KKoonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

Rozwiązanie zadania 70

W EdW 12/2001 zamieszczony był schemat
układu sygnalizacyjnego. Można go zoba−
czyć na rysunku A. Prawie wszyscy stwier−
dzili, że układ jest zbyt rozbudowany i nale−
ży go uprościć. Wniosek ten jest jak najbar−
dziej słuszny, niemniej bardzo pouczające
będzie przeanalizowanie błędów i usterek za−
proponowanego rozwiązania.

Dociekliwi uczestnicy zauważyli, że tran−

zystor PNP jest błędnie oznaczony jako
BC548, a nie BC558. Ta drobna pomyłka nie
jest godna większego zainteresowania. Nie
jest natomiast ani pomyłką, ani błędem, zasto−
sowanie w obwodzie zasilania kondensatorów
odsprzęgających 10nF i 10

F, zamiast często

stosowanych 100nF i 100

Zgodnym chórem stwierdziliście, iż układ

scalony CMOS 4093 powinien być na sta−
łe dołączony do biegunów zasilania. Rze−

czywiście, nie ma żadnego powodu, by włą−
czać zasilanie za pomocą tranzystora i to na
dodatek od strony masy. Przecież kostki
CMOS w spoczynku nie pobierają prądu.

Słusznie zauważyliście, iż kondensator

C1 po naładowaniu przez R4 nie będzie się
mógł rozładować, więc jest to układ „jedno−
razowego użytku”.

Nie jest poprawne uproszczenie schematu

do postaci z rysunku B. To też jest układ „jed−
norazowego użytku”. Kondensator C1 naładu−

je się przez rezystor R3 (10M

Ω

) i nie

będzie się mógł rozładować po roz−
warciu styków kontaktronu. Wpraw−
dzie złącze emiter−baza zachowuje
się jak dioda Zenera, ale jej napięcie
przebicia wynosi około 6V, więc
przy zasilaniu napięciem 9V w naj−
lepszym przypadku kondensator
rozładowałby się przez R3, owo złą−
cze i rezystory R2, R1 co najwyżej

Szkoła Konstruktorów

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

Kwiecień 2002

do napięcia około 6V. Zostanie to potrakto−
wane jako stan wysoki, zwłaszcza w przy−
padku kostki 4093 z histerezą na wejściach.

I kolejna sprawa. Tylko kilka osób

zwróciło uwagę na kwestię zakłóceń impul−
sowych. Gratuluję wszystkim, którzy wzięli
pod uwagę ten problem! Rzeczywiście moż−
na się spodziewać, że czujnik kontaktronowy
będzie oddalony od reszty układu i dołączo−
ny doń za pomocą przewodów. W przewo−
dach tych będą się indukować zakłócenia.
Mogą one mieć znaczną wartość z uwagi na
dużą wartość rezystora R1, wynoszącą 1M

Ω

Usterkę tę można usunąć na dwa sposoby: al−
bo zmniejszając wartość R1, na przykład do
10k

Ω

, albo dodać równolegle do R1 konden−

sator o pojemności 100... 220nF.

Kilku uczestników zwróciło uwagę na je−

szcze jedną kwestię. Słusznie zastanawiali się,
czy przypadkiem górny tranzystor PNP nie bę−
dzie stale otwarty...

Próbowali dociec, czy prąd będzie płynął

przez obwody ochronne, umieszczone na
wejściu każdej bramki CMOS w sytuacji,
gdy nóżka 7 nie jest dołączona do masy.
Choć przedstawione wywody nie są do koń−
ca prawidłowe, za wnikliwość słusznie nale−
ży się pochwała. Pod uwagę należy wziąć bo−
wiem nie tyle obwody wejść, tylko wyjść
bramek CMOS. Tam też występują dodatko−
we elementy, właściwie struktury, które na
schemacie ideowym są reprezentowane przez
diody włączone równolegle do wyjściowych
tranzystorów MOS. Ilustruje to rysunek C,
gdzie kolorem czerwonym zaznaczona jest
przewidywana droga przepływu prądu, który
otworzy na stałe tranzystor PNP i tym bar−
dziej uniemożliwi działanie układu.

A teraz propozycje zmian. Ani z rysunku,

ani z treści zadania nie wynika, jak szybko
ma się rozładować C1 po rozwarciu styku
kontaktronu. Czy szybciej, niż wynosił czas
ładowania, czy nie ma to żadnego znaczenia?
W zależności od sytuacji układ można upro−
ścić do postaci, pokazanej na rysunku D, al−
bo na rysunku E.

Nie będzie prawdopodobnie konieczne

zmniejszanie wartości R3, R4, a co za tym
idzie także C1. Oporność 10M

Ω

w praktyce

okazuje się dopuszczalna, o ile montaż jest
zwarty, a układ nie pracuje
w obszarze wyjątkowo silnych
zakłóceń. Ja osobiście zmniej−
szyłbym rezystancję „ładującą”
do 4,7M

Ω

i zastosował kon−

densator stały 1

F. Jeśli ktoś

chciałby zmniejszyć R4 i dla
zachowania potrzebnego czasu
zastosować w roli C1 „elektro−
lit” o odpowiedniej wartości,
powinien uwzględnić problem
formowania.

„Elektrolit”

w spoczynku powinien być pod

napięciem. Układ należałoby więc
zmodyfikować według rysunku F.
Gratulacje dla tych, którzy nie za−
pomnieli o tym szczególe.

Nagrody za najbardziej trafne

odpowiedzi otrzymują tym razem:
Marcin Dyoniziak z Brwinowa,
Radosław Siechniewicz z Zakrętu
i Kamil Uszyński z Kobylan.

Zadanie 74

Na rysunku G pokazany jest frag−
ment schematu sterownika pompy

z zadania 65. Podczas normalnej pracy prze−
rzutnik U1B (4013) jest sterowany przez sy−
gnały logiczne przychodzące z innego modu−
łu przez punkty oznaczone ON, OFF. Przyci−
ski S1, S2 umożliwiają sterowanie ręczne.
Kondensator C1 zapewnia zerowanie po włą−
czeniu zasilania, dzięki czemu przekaźnik nie
zostanie przypadkowo włączony.

Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Wyjaśnienia mogą i powinny być jak naj−

krótsze, co znacznie ułatwi mi analizę nade−
słanych odpowiedzi. Z góry dziękuję za takie
krótkie odpowiedzi! Kartki opatrzcie dopi−
skiem NieGra74 i nadeślijcie w terminie 45
dni od ukazania się tego numeru EdW. Na−
grodami będą drobne kity AVT.

Piotr Górecki

W poprzednim numerze przeszliśmy wspólnie
drogę od schematu na kartce do projektu płyt−
ki. Teraz zajmiemy się wątkiem bardzo waż−
nym, który wcześniej zupełnie pominęliśmy.

I już na początku mam dla Ciebie sporą nie−

spodziankę. Popatrz na rysunek 1. To odręcz−
ny schemat niecodziennego generatora „sinu−
sa”. Najzwyklejsze bramki NAND kostki 4011
tworzą generator przebiegu prostokątnego
o częstotliwości 1kHz. Jak wiadomo, przebieg
prostokątny jest złożeniem wielu przebiegów
sinusoidalnych o częstotliwościach równych
całkowitym wielokrotnościom częstotliwości
podstawowej. Skuteczny filtr dolnoprzepusto−
wy o częstotliwości granicznej ok. 1kHz
z dwoma wzmacniaczami operacyjnymi odfil−
trowuje te wyższe harmoniczne i na wyjściu
drugiego filtru, oznaczonego F2, otrzymujemy
czyściutki przebieg sinusoidalny.

Schemat ten narysowałem w Protelu i wy−

gląda on jak na rysunku 2.

Podoba Ci się taki sposób narysowania?
Mam nadzieję, że tak, i bardzo mnie to

cieszy!

To co widzisz, przypomina w znacznym

stopniu schematy zamieszczane w EdW.

Schemat ma własny styl. Co najważniejsze,
jest zwarty i „mięsisty”, a nie rozwlekły i bla−
dy. Oczywiście stworzyłem własne elementy
biblioteczne. Dla porównania na rysunku 3
możesz zobaczyć powyżej fragment schema−
tu rysowany za pomocą oryginalnych ele−
mentów dostarczanych z Protelem. Różnica
w „upakowaniu” schematu jest duża. Wiem,
że nie jestem odosobniony w swych upodo−
baniach – większość elektroników nie lubi
rozwlekłych schematów.

Czy jednak zachcianki i upodobania są wy−

starczającym powodem, żeby podejmować się
trudu przerabiania wszystkich bibliotek?

Jestem przekonany, że warto stworzyć

własne biblioteki tylko ze względów estetycz−
nych. Tym bardziej, że jest to w sumie bardzo
łatwe, a co najważniejsze, nie trzeba wszyst−
kiego robić na raz. Na początek wystarczą
podstawowe elementy. Potem, z czasem, przy
rysowaniu kolejnych schematów można stop−
niowo dodawać następne. Jak się przekonasz,
po nabraniu wprawy stworzenie niezbyt
skomplikowanego elementu bibliotecznego
zajmie tylko jedną do dwóch minut. Mam też
inną propozycję: możemy potrzebne bibliote−

ki stworzyć wspólnie, wymieniając się wzaje−
mnie za pośrednictwem Internetu.

Jeśli wygląd rysunku 2 to za mało, żeby

przekonać Cię do tworzenia własnych biblio−
tek, mam w zanadrzu znacznie mocniejszy
argument. Mianowicie schemat ten można
bezpośrednio wykorzystać do symulacji. Pa−
kiet Protel zawiera potężny symulator „mie−
szany”, to znaczy pozwalający symulować
zarówno układy analogowe, jak i cyfrowe
z wykorzystaniem jednej z wersji słynnego
programu SPICE. Zobacz, co on potrafi!

Mając w oknie roboczym otwarty sche−

mat z rysunku 2 wykonałem polecenie
S – R (Simulate, Run). Zostały stworzone
dwa nowe dokumenty: GenSin.sdf oraz
GenSin.sim. Po kliknięciu w głównym oknie
zakładki GenSin.sdf ukazał się obraz jak na
rysunku 4, pokazujący przebiegi w poszcze−
gólnych punktach układu. Zauważ, że nazwy
przy przebiegach odpowiadają wyróżnionym
punktom schematu (G1, F1, F2). Co prawda
maleńkie przebiegi niosą niewiele informa−
cji, niemniej rzecz zapowiada się ciekawie.

Wszystkie trzy przebiegi możemy umie−

ścić na jednym dużym wykresie, jak pokazuje

Kurs Protela

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

Kwiecień 2002

Spotkanie 2

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

rysunek 5. Jasno widać, że układ pełni wspo−
mnianą rolę, bo przebiegi na wyjściach filtru
są sinusoidalne.

Jeszcze lepiej świadczy o tym zawartość

widmowa (spektralna) poszczególnych prze−
biegów. Włączyłem tu i odpowiednio ustawi−
łem kursory, dzięki czemu możemy zmierzyć
interesujące nas wielkości. Rysunek 6 poka−
zuje skład widmowy przebiegu prostokątne−
go w punkcie G1. Odstęp składowej podsta−
wowej (1kHz) od trzeciej harmonicznej
(3kHz) wynoszący niecałe dziesięć decybeli
wskazuje, że całkowita zawartość harmo−
nicznych sięga kilkudziesięciu procent.

Znacznie lepiej jest z sygnałem na wyjściu
pierwszego filtru, w punkcie F1. Natomiast
przebieg na wyjściu drugiego filtru, w punk−
cie F2 ma parametry wręcz rewelacyjne.
Udowadnia to rysunek 7. Kursor A pokazu−
je, że poziom składowej podstawowej wyno−
si +7,7dB, natomiast trzeciej harmonicznej
–55,5dB. Okazuje się, że wszystkie harmo−
niczne leżą więcej niż 60dB poniżej poziomu
częstotliwości podstawowej, co wskazuje, że
zawartość harmonicznych jest rzędu 0,1%
lub mniej!

Plik tekstowy GenSin0.sim pokazuje po−

ziomy poszczególnych harmonicznych,
a także całkowitą ich zawartość w procen−
tach. Rysunek 8 świadczy, że nasz generator

powinien mieć całkowitą za−
wartość harmonicznych (zawar−
tość zniekształceń nielinio−
wych), rzędu 0,08%. Osiem set−
nych procenta harmonicznych
to rezultat wręcz wyśmienity!

Podoba Ci się taka zabawa?
Czy teraz już przekonałem

Cię, jak ważne są porządne ele−
menty biblioteczne?

Domyślasz się, że aby prze−

prowadzić tego typu symulację,
niezbędne są specjalnie przygo−
towane biblioteki. Na poprze−
dnim spotkaniu rysowaliśmy
schemat korzystając z elemen−

tów zawartych w bibliotece Mi−
scellaneous Devices.lib. Nieste−
ty, nie pozwolą one na przepro−
wadzenie symulacji. Są w pew−
nym sensie zbyt „ubogie”.

Elementy biblioteczne Prote−

la mają lub przynajmniej mogą
mieć wiele ukrytych parame−
trów, na pozór niepotrzebnych,
w rzeczywistości niezmiernie
przydatnych.

przykład

„schematowy” element biblio−
teczny może zawierać od razu
informację o obudowie (dla tran−

zystorów np.: TO−92, TO−220,

TO−3, dla układów scalonych np.: DIP−14,
DIP−16), co przyda się podczas automatycz−
nego umieszczana elementów na płytce.
Każdy element biblioteczny zawiera też in−
formacje o właściwościach poszczególnych
końcówek, co pozwala uniknąć najgrubszych
błędów na etapie rysowania schematu. Każ−
dy element biblioteczny może też zawierać
informacje o parametrach i innych cechach,
niezbędnych podczas ewentualnej symulacji.

I właśnie skądinąd dobre elementy z bi−

blioteki Miscellaneous Devices.lib nie zawie−
rają informacji potrzebnych dla symulatora.
Aby przeprowadzić symulację, należałoby
wykorzystywać specjalnie przygotowane ele−
menty z biblioteki schematowej Sim.ddb
(C:\Program Files\Design Explorer 99 SE\Li−
brary\Sch\Sim.dbb). Jeśli chcesz, otwórz tę
bibliotekę i sprawdź jej zawartość. Elementy
z wyglądu są niemal identyczne, jak w biblio−
tece Miscellaneous Devices.lib, czyli jak na
mój gust zbyt rozwlekłe i nieładne.

Generalny wniosek jest prosty: jeśli

chcesz przeprowadzać symulacje, musisz al−
bo skorzystać z biblioteki Sim.dbb, albo stwo−
rzyć elementy biblioteczne o odpowiadają−
cym Ci wyglądzie, zawierające wszystkie in−
formacje, niezbędne do symulacji. Serdecznie
Cię namawiam do stworzenia własnych bi−
bliotek i to nie tylko ze względów estetycz−
nych. Tworząc biblioteki „wgryziesz się”
w Protela dużo głębiej, niż korzystając z „go−
towców”. Poznasz nie tylko Protela, ale
i ogólne zasady, wykorzystywane w innych
elektronicznych pakietach projektowych.

Omawiany schemat i inne pliki wykorzy−

stane podczas niniejszego spotkania możesz
ściągnąć z naszej strony internetowej:
(www.edw.com.pl/ z działu FTP.

Otwórz w Protelu plik GenSin.ddb, a potem

z folderu Documents schemat GenSin.sch. Zo−
baczysz schemat jak na rysunku 2. W plikach
GenSin0.sdf i GenSin0.sim znajdziesz efekty
symulacji, pokazane na rysunkach 4...8. Celo−
wo zmieniłem nazwy plików, dodając zero na
końcu, by pliki te nie zostały skasowane, gdy
w przyszłości spróbujesz generować własne ze

schematu

GenSin.sch.

Oczywiście, żeby uzyskać

na ekranie przebiegi poka−
zane na rysunkach 4...7
musiałem co nieco „po−
majstrować”. Tego „maj−
strowania” jest sporo i zaj−
miemy się tym później.
Teraz tylko chciałem Ci
pokazać efekt finalny,
który mam nadzieję wy−
warł na Tobie odpowie−
dnie wrażenie i przekonał
do stworzenia własnych
bibliotek.

Piotr Górecki

Kurs Protela

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

Kwiecień 2002

Fot. 6

Fot. 7

Fot. 8

Rys. 5

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

Kwiecień 2002

Do czego to służy?

W EdW 3/2002 zaprezentowany był uniwer−
salny moduł do realizacji filtrów Sallen−
Keya. W niniejszym artykule przedstawiony
jest moduł, umożliwiający realizację filtrów
z wielokrotnym sprzężeniem zwrotnym
(MFB − Multiple FeedBack). Opisywany mo−
duł, oprócz filtrów dolno− i górnoprzepusto−
wych o dużej stromości zboczy pozwala zre−
alizować także filtry pasmowe. Moduł za−
wiera dwa stopnie drugiego rzędu, a więc po−
zwala na realizację filtru czwartego rzędu,
czyli o stromości zbocza wynoszącej aż
80dB/dekadę (24dB/oktawę).

W tym artykule podane są wyjątkowo

proste recepty, dzięki czemu nawet początku−
jący nie będą mieć żadnych problemów
z wykonaniem filtru o potrzebnej częstotli−
wości granicznej. Wartości rezystorów poda−
ne są na rysunkach, a pojemność kondensato−
rów dla potrzebnej częstotliwości granicznej
odczytuje się z tabeli albo oblicza z bardzo
prostego wzoru.

Obszerniejsze wskazówki dotyczące pro−

jektowania podstawowych filtrów prezento−
wane są w kolejnych Listach od Piotra, po−
cząwszy od EdW 9/2001.

Jak to działa?

Podstawowy schemat modułu pokazany jest
na rysunku 1. Kondensatory C11...C14 i re−
zystory R11, R12 tworzą obwód zasilania,
dzięki któremu moduł może być zasilany za−
równo napięciem symetrycznym ±4V...±18V,
jak i pojedynczym 8...25V. W każdym przy−
padku masą sygnałową jest obwód połączony
z punktem O.

Dwa wzmacniacze operacyjne z kostki

U1 pracują w dwóch stopniach filtru. Ponie−
waż moduł pozwala na realizację zarówno
filtru dolnoprzepustowego, górnoprzepusto−
wego jak i (wąsko)pasmowego, elementy

bierne filtru opisano na schemacie literą
Z (oznaczającą impedancję). Montowane tu
będą rezystory i kondensatory o wartościach
podanych w tabeli i na rysunkach 2, 3 i 4.

Uwaga! W przypadku filtru dolnoprzepu−

stowego pasmo obejmuje także częstotliwość
0Hz, czyli napięcia stałe. W wersji z poje−
dynczym zasilaniem masą modułu jest punkt
O, a nie punkt N. W razie potrzeby, aby od−
ciąć składową stałą i częstotliwości poniżej

Rys. 1 Schemat ideowy modułu

Rys. 2 Filtr dolnoprzepustowy

łł

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

Kwiecień 2002

1Hz trzeba dodać na wejściu dodatkowy ob−
wód RC, zaznaczony na rysunku 2 kolorem
zielonym.

Aby maksymalnie uprościć projektowanie

przyjęto prostą zasadę, że częstotliwość gra−
niczna filtru będzie ustalona przez dobór po−
jemności kondensatorów, natomiast rezysto−
ry będą mieć ustaloną wartość, podaną na ry−
sunkach i w wykazie elementów. Podobnie
jak poprzednio, w proponowanym układzie
do realizacji filtrów na zakres częstotliwości

akustycznych wykorzystywane będą konden−
satory

pojemnościach

zakresu

330pF...1

F. Układy zostały tak obliczone,

że kluczowe pojemności (C5 w filtrze dolno−
przepustowym, C1, C3, C4 w filtrze górno−
przepustowym i C3, C4 w pasmowym) mają
mieć wartości podane w tabelach. Kondensa−
tor C2 w filtrze dolnoprzepustowym ma mieć
wartość dziesięciokrotnie większą, niż poda−
na w tabeli. Jeśli ktoś chciałby uzyskać po−
średnie wartości częstotliwości, pomiędzy
podanymi w tabeli, może połączyć dwa kon−

densatory równolegle, ale nie warto przy tym
dążyć do dużej precyzji, ponieważ po pierw−
sze nie jest to wcale potrzebne (odchyłka o kilka
procent nie ma znaczenia w realnych układach),
a ponadto przy 5−procentowych rezystorach i 5− lub
10−procentowych kondensatorach uzyskanie ideal−
nej precyzji jest wręcz niemożliwe.

Także i tu w filtrach dolno− i górnoprzepu−

stowych można zastosować albo wartości
zaznaczone kolorem niebieskim albo czer−
wonym. Jak pokazuje tabela 1, wartości za−
znaczone kolorem niebieskim można śmiało
wykorzystać dla całego zakresu akustyczne−
go. Takie „niebieskie” wartości należy stoso−
wać, jeśli filtr ma mieć częstotliwość gra−
niczną większą niż 2kHz. Jeśli jednak często−
tliwość graniczna ma być mniejsza niż 2kHz,
warto zastosować wartości zaznaczone na ry−
sunku, w wykazie i w tabeli 2 kolorem czer−
wonym. Wtedy rezystory mają większe no−
minały i oporność wejściowa filtru jest je−
szcze większa.

Oporność wejściowa (impedancja) wersji

„czerwonej” jest bardzo duża, co najmniej
rzędu dziesiątek kiloomów i nie trzeba się
martwić, że filtr obciąży poprzedni stopień.

Rys. 3 Filtr górnoprzepustowy

Rys. 4 Filtry

pasmowe

f[Hz]

100

150

210

300

450

670

1,5k

2,1k

3,0k

4,5k

6,7k

10k

15k

21k

30k

C[nF]

680

470

330

220

150

100

6,8

4,7

3,3

2,2

1,5

0,68

0,47

0,33

wartości nie zalecane – raczej zastosuj wartości „czerwone”

wartości zalecane

f[Hz]

1,5

2,1

4,5

6,7

100

150

210

300

450

670

1000

1500

2100

3000

C[nF]

680

470

330

220

150

100

6,8

4,7

3,3

2,2

1,5

0,68

0,47

0,33

Tabela 1

W przypadku wersji „niebieskiej” impedan−
cja wejściowa filtru dolnoprzepustowego nie
jest zbyt duża (rzędu pojedynczych kilo−
omów) i poprzedni stopień musi mieć nie−
wielką oporność wyjściową. W razie wątpli−
wości, na wejściu filtru w wersji „niebie−
skiej” można zastosować wtórnik na wzmac−
niaczu operacyjnym lub tranzystor w ukła−
dzie wspólnego kolektora.

Z filtrami pasmowymi jest inaczej. Tu

oporność wejściowa jest praktycznie równa
rezystancji R1A i wynosi kilkadziesiąt kilo−
omów. Nie ma więc potrzeby (choć jest to
możliwe) wykorzystywać wartości „czer−
wonych”. Dlatego na rysunku 4 podano tylko
wartości „niebieskie”, dotyczące tabeli 1. Na
rysunku 4 podano trzy przykłady różnego
wzmocnienia i dobroci wypadkowej, które
okażą się przydatne w praktyce. Nie sposób

Tabela 3

Tabela 2

Cn=10nF A B C D E F

R1A,R1B

15,9k

Ω

31,8k

Ω

63,6k

Ω

95,4k

Ω

127,2k

Ω

159k

Ω

R2A,R2B

15,9k

Ω

4,54k

Ω

2,05k

Ω

1,34k

Ω

1,00k

Ω

0,799k

Ω

R5A,R5B

31,8k

Ω

63,6k

Ω

127,2k

Ω

190,8k

Ω

254,4k

Ω

318k

Ω

dobroć

jednego stopnia

Q − dobroć

dwóch stopni

1,5

3,1

6,2

9,4

12,5

przewidzieć wszystkich potrzeb, a w filtrach
pasmowych można łatwo zmieniać wzmoc−
nienie i dobroć. Tabela 3 i rysunek 5 poka−
zują wartości rezystorów i charakterystyki
filtrów o częstotliwości 1kHz, wzmocnieniu
1 (0dB) i różnej dobroci, gdzie wszystkie
kondensatory miały wartość 10nF. Podane
wartości elementów można wykorzystać
w praktyce, stosując rezystory 5−procentowe
o najbliższych nominałach i dobierając kon−
densatory według „niebieskiej” tabeli 1. Dal−
szych wskazówek należy szukać w jednym z
następnych odcinków Listów od Piotra,
gdzie zamieszczone będą wzory dotyczące
jednego stopnia. Omawiany tu moduł zawie−
ra dwa stopnie, dlatego wypadkowa dobroć
całości jest większa.

O ile w filtrach dolno− i górnoprzepusto−

wych drobne odchyłki wartości elementów
o kilka procent nie mają znaczenia, o tyle
w filtrach pasmowych może zajść potrzeba
dokładnego dostrojenia się do częstotliwości
pracy − jest to bardzo proste. Przede wszyst−
kim warto połączyć dwa kondensatory rów−
nolegle, żeby ich sumaryczna pojemność by−
ła możliwie bliska wyliczonej z podanego
wzoru:

C = 10nF/f[kHz].
Nie trzeba dobierać pojemności z dokład−

nością większą niż 5% − nieuniknione od−
chyłki związane z tolerancją kondensatorów
można skorygować zmieniając wartość rezy−
storów R2A i R2B. Do prób warto zamiast
nich włączyć potencjometry, a potem po
zmierzeniu i przetestowaniu układu wluto−
wać rezystory o potrzebnej wartości (dwa lub
trzy połączone w szereg).

Aby filtr miał dobre parametry, koniecz−

nie należy w nim zastosować kondensatory
foliowe. W żadnym wypadku nie należy wy−
korzystywać kondensatorów ceramicznych
ferroelektrycznych (o pojemności powyżej
1nF). Jedynie kondensatory o pojemnościach
330pF...1nF mogą być ceramiczne. General−
nie należy stosować rezystory metalizowane,
zwłaszcza w filtrach pasmowych o dużej do−
broci. W pozostałych przypadkach wystarczą
typowe rezystory o tolerancji 5% (z paskiem
złotym).

Montaż i uruchomienie

Filtr MFB z rysunków 2, 3, 4 można zmonto−
wać na płytce drukowanej, pokazanej na
rysunku 6. Montaż nie powinien nikomu
sprawić kłopotów. Warto zacząć od wlutowa−
nia elementów najmniejszych, czyli od zazna−
czonych na płytce zwór. Przy zasilaniu napię−
ciem symetrycznym można nie montować
R11, R12, a „dolne nóżki” kondensatorów
C11, C13 trzeba wlutować do otworów ozna−
czonych Y. Przy zasilaniu napięciem pojedyn−
czym R11, R12 są niezbędne do wytworzenia
sztucznej masy, a „dolne nóżki” C11, C13
trzeba wlutować do otworów oznaczonych X.

Aby uniknąć pomyłek, warto narysować

sobie ”prywatny” schemat montażowy, poka−
zujący rozmieszczenie rezystorów i konden−
satorów na podstawie jednego ze schematów
ideowych (rysunki 2...4). Na wkładce
w środku numeru można znaleźć odpowie−

dnie rysunki, które posłużą za matrycę do
stworzenia takiego „prywatnego” schematu.

Płytka została zaprojektowana w ten spo−

sób, by wszystkie punkty dla zewnętrznych
połączeń znajdowały się przy jednej krawę−
dzi. Umożliwi to wlutowanie modułu filtru
w jakąkolwiek większą płytkę.

Przykłady

1. Potrzebny jest filtr dolnoprzepustowy
o częstotliwości granicznej 3,4kHz.

Korzystamy z rysunku 2 i z konieczności de−

cydujemy się na elementy „niebieskie”. Z tabe−
li 1 wynika, że najbliższa „standardowa” war−
tość częstotliwości wynosi 3kHz przy pojemno−
ści 3,3nF. Chcemy uzyskać możliwe dobrą do−
kładność, więc zastosujemy pojemność pośre−
dnią między 3,3nF a 2,2nF przez połączenie
równoległe pojemności 2,2nF i 680pF.

Ciąg dalszy na stronie 54.

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

R1111,, R

R1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

((1100kk

Ω

......222200kk

Ω

))

C1111,, C

C1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//2255V

Filtr dolnoprzepustowy

Dllaa cczzęęssttoottlliiw

woośśccii 1100H

Hzz .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ....22,,22kkH

Hzz

R11A

A,,R

R11B

B,,R

R33A

A,,R

R33B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2244kk

Ω

R44A

A,,R

R44B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..8822kk

Ω

C55A

A,,C

C55B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..w

weeddłłuugg ttaabbeellii 22

C22A

A,,C

C22B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100**C

C44

Dllaa cczzęęssttoottlliiw

woośśccii 11kkH

Hzz .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333kkH

Hzz

R11A

A,,R

R11B

B,,R

R33A

A,,R

R33B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,44kk

Ω

R44A

A,,R

R44B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

C44A

A,,C

C44B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..w

weeddłłuugg ttaabbeellii 11

C22A

A,,C

C22B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100**C

C44

Filtr górnoprzepustowy

Dllaa cczzęęssttoottlliiw

woośśccii 11H

Hzz.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kkH

Hzz

R22A

A,,R

R22B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7755kk

Ω

R55A

A,,R

R55B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..339900kk

Ω

C11A

A,,C

C33A

A,,C

C11B

B,,C

C33B

B,,C

C44A

A,,C

C44A

A .. .. .. .. .. .. ..w

weeddłłuugg ttaabbeellii 22

Dllaa cczzęęssttoottlliiw

woośśccii 11kkH

Hzz.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333kkH

Hzz

R22A

A,,R

R22B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77,,55kk

Ω

R55A

A,,R

R55B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3399kk

Ω

C11A

A,,C

C33A

A,,C

C11B

B,,C

C33B

B,,C

C44A

A,,C

C44A

Filtr środkowoprzepustowy

aa)) w

wzzm

mooccnniieenniiee G

G==11xx ((00ddB

B)) ddoobbrrooćć Q

Q==66

ff==1100H

Hzz......3333kkH

Hzz

R11==6622kk

Ω

R22==22kk

Ω

R44==113300kk

Ω

C33==C

C44==1100nnFF//ff[[kkH

Hzz]] lluubb w

weeddłłuugg ttaabbeellii 11

bb)) w

wzzm

mooccnniieenniiee G

G==44xx ((1122ddB

B)) ddoobbrrooćć Q

Q==55

ff==1100H

Hzz......3333kkH

Hzz

R11==2244kk

Ω

R22==33kk

Ω

R44==110000kk

Ω

C33==C

C44==1100nnFF//ff[[kkH

Hzz]] lluubb w

weeddłłuugg ttaabbeellii 11

cc)) w

wzzm

mooccnniieenniiee G

G==44xx ((1122ddB

B)) ddoobbrrooćć Q

Q==1166

ff==1100H

Hzz......3333kkH

Hzz

R11==8822kk

Ω

R22==775500

Ω

R44==333300kk

Ω

C33==C

C44==1100nnFF//ff[[kkH

Hzz]] lluubb w

weeddłłuugg ttaabbeellii 11

waaggaa!! ZZee w

wzzggllęędduu nnaa w

wiieellee m

moożżlliiw

woośśccii zzeessttaaw

VTT−22662288 ddoossttęęppnnyy jjeesstt ttyyllkkoo w

w w

weerrssjjii A

A ((ssaam

maa ppłłyyttkkaa))..

Płytka drukowana dostępna jest w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−2628/A

Rys. 5

Rys. 6 Schemat

montażowy

Rys. 7

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

Kwiecień 2002

Ciąg dalszyze strony 59.

Rysunek 7 pokazuje schemat i cha−
rakterystykę.
2. Potrzebny jest filtr górnoprzepu−
stowy o częstotliwości granicznej
1kHz.

Korzystamy z rysunku 3. Decy−

dujemy się na elementy „czerwone”.
Z tabeli 2 odczytujemy wartość po−
jemności równą 1nF. Rysunek 8 po−
kazuje schemat i charakterystykę,
a model wykonany na płytce próbnej
pokazany jest na fotografii wstępnej.
3. Potrzebny jest filtr środkowoprze−
pustowy o częstotliwości środkowej
1kHz.

Korzystamy z rysunku 4. Decydu−

jemy się na jedną z podanych wersji.
Schematy i charakterystyki dla wszy−
stkich trzech wersji pokazane na ry−
sunkach 9a...9c dotyczą nominalnych
wartości elementów. Ze względu na
tolerancję warto dostroić oba stopnie
filtru korygując wartość R2A, R2B.

3. Potrzebny jest filtr środkowo−
przepustowy o częstotliwości środ−
kowej 720Hz i jak największej
dobroci.

Wybieramy układ według ry−

sunku 4c. Dokładna wartość po−
jemności powinna wynosić:
C = 10nF / 0,72kHz = 13,88nF

Stosujemy równoległe połą−

czenie

kondensatorów

MKT

10nF+3,3nF o tolerancji 5% (z li−
terą J). Ponieważ filtr ma mieć du−
żą dobroć, a więc i wąskie pasmo,
aby zapewnić stabilność cieplną
i długoczasową stosujemy rezy−
story metalizowane 1−procentowe
o

wartościach:

R1=82,5k

Ω

R3=332k

Ω

, a jako R2 szeregowe

połączenie rezystora 649

Ω

i heli−

trima 220

Ω

. Po próbach i dostro−

jeniu zamiast helitrima wlutujemy
rezystor stały.

Piotr Górecki

Kwiecień 2002

Rys. 8

Rys. 9

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

Kwiecień 2002

Jak wskazuje tytuł projektu, opisywany przy−
rząd służy do pomiarów głośności dźwięku.
Często przy nagłaśnianiu pomieszczeń trzeba
kontrolować głośność dźwięku. Dotyczy to
szczególnie przekazu słownego, bowiem
przy (głośnej) muzyce sprawa zwykle wyglą−
da inaczej − tu, co najwyżej, trzeba spraw−
dzić, czy natężenie dźwięku nie przekracza
przyjętych norm.

Wydawałoby się, że problem rozwiązuje

fabryczny miernik poziomu dźwięku (Sound
Level Meter), przyrząd w sumie dość popular−
ny i często używany. Niestety, typowe mierni−
ki tego typu praktycznie nie nadają się do kon−
troli średniej głośności sygnału mowy. Przy−
czyn jest kilka. Jedną z nich jest charakter sy−
gnału mowy, a zwłaszcza cechy poszczegól−
nych mówców. Niektórzy mówcy utrzymują
mniej więcej jednakowy poziom głośności.
Inni są „dynamiczni” − w ich wystąpieniach są
fragmenty głośne oraz ciche. Taka modulacja
siły głosu może pełnić funkcję artystyczną
i zwiększać ekspresję przekazu, jednak często
przysparza kłopotów reżyserowi dźwięku.
W niektórych przypadkach operator miksera
wręcz zmuszony jest ściszać fragmenty naj−
głośniejsze, by nie ogłuszyć słuchaczy, gdy
mówca nie tylko zwiększa siłę głosu, ale do−
datkowo (zazwyczaj nieświadomie) przybliża
się do mikrofonu. Doświadczeni operatorzy
zamiast ręcznej ingerencji stosują odpowie−
dnio ustawione kompresor i limiter.

Tak czy inaczej, nie jest łatwo określić

i utrzymać średnią głośność na poziomie
optymalnym dla słuchaczy.

Zawodzą tu wspominanie mierniki fa−

bryczne. Pół biedy, gdy są to mierniki wska−
zówkowe albo cyfrowe z bargrafem − wtedy
można „na oko” z grubsza ocenić średni po−
ziom i średnią głośność dźwięku. Popularne
obecnie mierniki ze wskaźnikiem cyfrowym
okazują się całkowicie bezużyteczne do po−
miaru średniej głośności przekazu mówione−
go. Owszem, nadają się dobrze do pomiarów
szumów i hałasów oraz maksymalnego po−
ziomu muzyki, ale nie do sygnału mowy.

Tymczasem dość często trzeba mierzyć

i monitorować głośność na sali, gdzie przeka−
zywany jest program słowny. Potrzeba taka
zachodzi zwłaszcza podczas długiego, co naj−

mniej godzinnego programu. Ucho ludzkie ma
wprawdzie znaczne możliwości adaptacyjne,
jednak zarówno głośność zbyt duża, jak i zbyt
mała po dłuższym czasie okazuje się męcząca
dla słuchaczy, czego efektem jest trudność
skupienia uwagi na przekazywanym materia−
le, a nawet uczucie znacznego dyskomfortu.

Aby wyeliminować takie błędy trzeba na

bieżąco kontrolować głośność przekazu.
Właśnie głośność, a nie natężenia dźwięku.

Osoby niezorientowane nie rozróżniają

tych dwóch pojęć. Najprościej biorąc, natę−
żenie dźwięku ściśle związane jest z ciśnie−
niem akustycznym, wytwarzanym przez
źródło dźwięku. Jest to parametr obiektywny,
który można stosunkowo łatwo zmierzyć.
Natomiast głośność dźwięku jest parametrem
subiektywnym. Chodzi o wrażenie głośności
odczuwane przez człowieka. Natężenie
dźwięku i głośność to nie to samo. Dźwięk
o jakimś natężeniu i częstotliwości 2kHz za−
zwyczaj odbierany jest jako głośniejszy od
dźwięku o takim samym natężeniu i często−
tliwości 40Hz czy 12kHz. W grę wchodzi
specyficzna charakterystyka słuchu ludzkie−
go. W literaturze można znaleźć tak zwane
krzywe psofometryczne, pokazujące zależ−
ność czułości przeciętnego ucha ludzkiego
od częstotliwości i od natężenia dźwięku.
Szczegółowe omawianie tych specyficznych
zależności nie mieści się w ramach niniejsze−
go artykułu. Sporo dodatkowych informacji
można znaleźć w artykułach Bomba aku−
styczna czyli o nagłaśnianiu pomieszczeń
EdW 12/2000, 1/2001 oraz Procesory dyna−
miki dźwięku EdW 7−8/1998.

Wniosek z głębszych rozważań, potwier−

dzony obserwacjami jest następujący: aby
zmierzyć przyrządem subiektywnie odczu−
waną głośność, nie wystarczy zastosować
mikrofon i zmierzyć wytwarzany przezeń sy−
gnał elektryczny. Koniecznie trzeba uwzglę−
dnić charakterystyki psofometryczne stosu−
jąc odpowiednie filtry oraz mierzyć wartość
skuteczną sygnału. Pomiar wartości szczyto−
wej lub średniej nie jest właściwy, bo może
wiązać się z dużymi błędami.

Opisywany przyrząd przeznaczony jest do

ciągłego monitorowania głośności na audyto−
rium. Uwzględnia charakterystyki psofome−

tryczne ucha, mierzy wartość skuteczną, a po−
nadto pobiera bardzo mało prądu, dzięki cze−
mu mała bateria starczy na wiele godzin pra−
cy. Przełączana charakterystyka dynamiczna
pozwala mierzyć nie tylko chwilową gło−
śność, ale co bardzo ważne w praktyce − gło−
śność uśrednioną w dłuższym odcinku czasu.

Opis układu

Schemat ideowy sonometru pokazany jest na
rysunku 1.

Układ zasilany jest pojedynczym napię−

ciem z baterii 9V, ale dla zapewnienia prawi−
dłowej pracy układów wzmacniacz U2B z ele−
mentami R13, R16, C11 realizuje obwód
sztucznej masy.

Sygnał z mikrofonu elektretowego jest

wzmacniany przez kostkę U1B. Potencjometr
PR1 pozwala uzyskać potrzebną czułość i do−
stosować się do parametrów użytego egzem−
plarza mikrofonu. Elementy C3...C5, R5...R8,
R14 tworzą filtr, który realizuje charaktery−
stykę bardzo zbliżoną do psofometrycznej
krzywej odpowiadającej standardowej cha−
rakterystyce A. Filtr ten zapewnia charakte−
rystykę odpowiadającą właściwościom ucha
ludzkiego przy natężeniu dźwięku ok. 70dB,
czyli głośności przeciętnej rozmowy.

Sygnał z filtru podawany jest na prze−

twornik wartości skutecznej (True RMS). Sy−
gnał zmienny przetwarzany jest na napięcie
stałe, którego wartość odpowiada wartości
skutecznej mierzonego przebiegu. Wykorzy−
stano tu stosunkowo tani przetwornik True
RMS typu AD736 firmy Analog Devices.

−

łł

śś

Na wyjściu przetwornika występuje prze−

bieg tętniący, którego wartość odpowiada
chwilowej głośności. W praktyce okazuje się,
że chwilowa czy szczytowa wartość głośności
nie jest tak istotna w obiektach nagłaśnia−
nych. Znacznie ważniejsza jest głośność śre−
dnia, zmierzona w dłuższym odcinku czasu.

W opisywanym przyrządzie przewidziano

trzy charakterystyki dynamiczne, wybierane za
pomocą przełącznika trzypozycyjnego S2.
W pozycji środkowej stała czasowa uśredniania
jest najmniejsza i wynosi około 1s. W pozycji
oznaczonej A stała czasowa wynosi 5s. W po−
zycji B stała czasowa jest największa i wynosi
około 20s. Rezystory R17 i R18 gwarantują po−
prawną pracę po przełączeniu przełącznika S2.

Uśredniony sygnał − napięcie stałe − jest

wzmacniany przez kostkę U2A i doprowa−
dzony przez rezystor R12 do miernika wska−
zówkowego. Wartość R12 zależeć będzie od
czułości użytego wskaźnika. Dioda D2 prze−
widziana jest do ochrony miernika wskazów−
kowego przed zbyt dużym napięciem.

W układzie przewidziano dodatkowy ob−

wód do sprawdzania napięcia baterii zasilają−
cej. Obwód taki jest wręcz konieczny − w prze−
ciwnym wypadku, przy nadmiernym spadku
napięcia baterii, przyrząd mógłby jeszcze pra−
cować, ale wskazanie byłoby ewidentnie błęd−
ne. Obwód pomiaru napięcia baterii zrealizo−
wany jest z elementami R11, D1 w jednej z po−
zycji przełącznika trzypozycyjnego S1.

Montaż i uruchomienie

Pierwszy układ modelowy, pokazany na foto−
grafii wstępnej został zmontowany z wykorzy−
staniem kawałka płytki uniwersalnej i umie−
szczony w eleganckiej obudowie firmy Bopla.
Drugi model (w obudowie Z36) powstał na
płytce drukowanej, pokazanej na rysunku 2.

Montaż jest klasyczny, nie powinien spra−

wić trudności. Przyrząd zmontowany ze spraw−
nych elementów będzie od razu pracował, trze−
ba jednak wyregulować potencjometr PR1 oraz
dobrać indywidualnie wartości rezystorów
R11, R12. Nie sposób przewidzieć ich dokład−

nej wartości, bo zależeć ona będzie od parame−
trów użytego miernika wskazówkowego.

Przyrząd trzeba wyposażyć w samodzielnie

wykonaną skalę lub wykorzystać istniejącą.
W modelowych przyrządach pokazanych na fo−
tografiach wykorzystano wskaźniki wysterowa−
nia magnetofonu, wyskalowane w decybelach.

Wartość R12 nie jest krytyczna. Trzeba ją

dobrać tak, by przy napięciu stałym na wyj−
ściu U2A (n. 1) wynoszącym około 1V wzglę−
dem sztucznej masy, wskazówka pokazywała
0dB. Później ostateczną czułość przyrządu
trzeba wyregulować za pomocą PR1.

W mierniku celowo wykorzystano tylko je−

den zakres pomiarowy. Kto chce, może śmiało
zmieniać wartość wzmocnienia całego toru,
a wtedy uzyska przyrząd wielozakresowy. Prak−
tyczne doświadczenia pokazują jednak, że przy−
rząd, który przeznaczony jest do ciągłej kontro−
li głośności w ustalonych warunkach nie tylko
może, ale wręcz powinien mieć tylko jeden za−
kres. Wartość 0dB powinna odpowiadać opty−
malnej głośności. Co ciekawe, do kalibracji
wcale nie jest potrzebny fabryczny miernik na−
tężenia dźwięku czy inny przyrząd pomiarowy.
Szczerze mówiąc, taki przyrząd może nawet
przeszkadzać − użytkownicy wiedzą, że wskaza−
nia silnie zależą od ustawień (charakterystyki,
A, C, SLOW, FAST) i, zwłaszcza w przypadku
pomiaru programu słownego za pomocą mierni−
ków cyfrowych, interpretacja wskazań jest co
najmniej utrudniona. Ostateczna kalibracja opi−
sywanego miernika głośności powinna być wy−

konana „na piechotę” w rzeczywistych warun−
kach, a poziom 0dB należy wybrać po dłuższym
czasie słuchania programu, najlepiej na podsta−
wie opinii kilku osób (co rzeczywiście będzie
odpowiadać wrażeniu średniej głośności).

W modelach nie przewidziano dodatko−

wej skali do testowania baterii. Wartość R11
dobrano tak, żeby przy sprawnej baterii
wskazanie było większe niż 0dB − wartości
poniżej 0dB w pozycji TEST S1 wskazują na
konieczność wymiany baterii.

Wymiana baterii będzie następować bar−

dzo rzadko. Przyrząd pobiera w czasie pracy
około 1,3mA prądu, więc alkaliczna bateria
o pojemności ok. 400mAh wystarczy na wie−
le godzin nieprzerwanej pracy.

Piotr Górecki

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R22,,R

R77,,R

R1100,,R

R1133,,R

R1166 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R33,,R

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..115500kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..112200kk

Ω

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..**
R

R1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..** (( w

w m

mooddeelluu 1100kk

Ω

))

R1144,,R

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R1177,,R

R1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

((ooppccjjaa))

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100......2222kk

Ω

hheelliittrriim

Kondensatory
C

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF
C

C22,,C

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//1166V

C33−C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

C66,,C

C1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall

C1100A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall ((ooppccjjaa))

C1100B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall ((ooppccjjaa))

Półprzewodniki
D

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ZZeenneerraa 33V

V33

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

U11,,U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTLL006622

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

D773366

Pozostałe
M

M11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miikkrrooffoonn eelleekkttrreettoow

wyy

S11,,S

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeełłąącczznniikk ttrrzzyyppoozzyyccyyjjnnyy

K11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miieerrnniikk w

wsskkaazzóów

wkkoow

wyy

Włłąącczznniikk zzaassiillaanniiaa

Rys. 1

Rys. 2

Płytka drukowana dostępna jest w sieci

handlowej AVT jako kit szkolny

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

Kwiecień 2002

Do czego to służy?

Pagery to małe odbiorniki radiowe służące
do przekazywania wiadomości głosowych
lub numerycznych (alfanumerycznych).

Ponieważ transmisja odbywa się z reguły

w jedną stronę (bez zwrotnej komunikacji
właściciela pagera z nadawcą wiadomości),
dlatego system ten − wobec dynamicznego
rozwoju telefonii komórkowej GSM − nieco
stracił na popularności. Nadal jednak w eks−
ploatacji pagery wciąż są tańsze od telefo−
nów komórkowych, a ich wielkimi zaletami
są: dyskretny odbiór i możliwość jednoczes−
nego powiadamiania wielu odbiorców.

Z tego też względu w ostatnim czasie co−

raz częściej jest wykorzystywany lokalny sy−
stem przywoławczy o zasięgu ograniczonym
np. do terenu zakładu czy kilku budynków.

Dzięki wykorzystaniu takich pagerów

można np. wezwać lekarza czy pielęgniarkę
w szpitalu, jak również wezwać czy powia−
domić innego pracownika wyposażonego
w taki właśnie odbiorniczek. Oczywiście
bardziej skomplikowane pagery, umożliwia−
jące przesłanie wiadomości tekstowych, mo−
gą być wykorzystane w szerszym zakresie
niż te wydające tylko dźwięki akustyczne.
Ponadto dzięki zastosowaniu komputera, łą−
cza modemowego i specjalnego oprogramo−
wania istnieje możliwość stworzenia indywi−
dualnego stanowiska operatorskiego.

Innym sposobem wykorzystania pagera

może być monitorowanie alarmu, czyli auto−
matyczne powiadamiania drogą radiową
o zaistniałym zagrożeniu osób odpowiedzial−
nych za ochronę konkretnego obiektu.

Od strony technicznej pager to miniaturo−

wy odbiornik FM z wewnętrzną anteną ma−
gnetyczną, wykonany techniką SMD. Układ
fabryczny składa się z części analogowej (ra−
diowej z podwójną przemianą częstotliwości)
oraz cyfrowej (z dekoderem, pamięcią oraz
wyświetlaczem alfanumerycznym LCD).

Co prawda opisywany poniżej ekspery−

mentalny pager analogowy ma ograniczone
możliwości w stosunku do układów cyfro−
wych, opartych o dość skomplikowane proto−
koły, ale w wielu przypadkach może spełnić
swoją rolę poprzez powiadomienie sygnałem
dźwiękowym na odległość do około 200m.

Jak to działa?

Schemat blokowy lokalnego systemu przywo−
ławczego, proponowanego do samodzielnego
wykonania, jest pokazany na rysunku 1.

Widać tutaj, że w tytule jest pewna niekon−

sekwencja: pager to układ odbiorczy, znajdu−
jący się po prawej stronie schematu. Jednak
aby układ był przydatny, musi mieć źródło sy−
gnału, czyli nadajnik emitujący sygnał radio−
wy. Urządzenie pracuje na ogólnodostępnym
pasmie częstotliwości radiowych 433,92MHz.

Zasada działania tego systemu jest bardzo

prosta. W momencie załączenia napięcia zasi−
lania nadajnika następuje wysyłanie przez jego
antenę zmodulowanej fali nośnej, która po do−
tarciu do układu odbiornika zostaje zamienio−
na na napięcie w.cz., a następnie, po wzmoc−
nieniu, przetworzona na sygnał dźwiękowy.

Tak lapidarnie opisane urządzenie można

zrealizować w oparciu o dostępne moduły
wykorzystywane w różnego rodzaju syste−
mach alarmowych, stosowanych do automa−
tycznego otwierania drzwi i bram, czy innych
urządzeń kontroli dostępu.

Można tutaj wykorzystać dostępne hybry−

dowe układy nadajników LC i odbiorników
superreakcyjnych. Jednak należy zdawać sobie
sprawę, że odbiorniki takie charakteryzują się
małą selektywnością, a więc niekorzystnym,

bardzo szerokim pasmem odbioru i dużą po−
datnością na zakłócenia. Z praktyki wiadomo,
że urządzenia budowane na bazie układów su−
perreakcyjnych, choć mają mały pobór mocy
i są tanie, mają ograniczone zastosowanie. Mo−
gą one samoczynnie się uruchamiać, a często
odmawiać posłuszeństwa, wobec czego nie są
używane do zastosowań profesjonalnych.

Z drugiej strony, popularne odbiorniki su−

perheterodynowe osiągają stabilne wzmoc−
nienie i dobrą czułość oraz selektywność, ale
kosztem rozbudowy układowej.

Na szczęście są już dostępne w kraju hy−

brydowe układy scalone amerykańskiej fir−
my RFM, spełniające rolę odbiorników
i nadajników radiowych, znacznie upraszcza−
jące konstrukcję i charakteryzujące się bar−
dzo dobrymi parametrami.

W układzie nadajnika zastosowano układ

HX1000, zaś w odbiorniku RX1000 (obydwa
układy firmy RFM dostępne w warszawskiej
firmie Gamma).

Ponieważ układy te są przystosowane do

transmisji sygnałów cyfrowych i pracujących
na zupełnie odmiennych zasadach, niż opisy−
wane wcześniej w EdW, warto poświęcić im
nieco miejsca.

Nadajnik HX1000
Układ jest montowany na ceramicznej po−

wierzchni o niewielkich wymiarach w obu−

dowie SMD. Zaprojektowano go
tak, by spełniał wymagania dla
emisji sygnału o małej zawartości
harmonicznych i był łatwy do za−
stosowania.

Rys. 1

Rys. 2

HX1000

RX1000

Schemat blokowy struktury nadajnika

HX1000 przedstawiono na rysunku 2.

Generator jest wykonany na wzmacniaczu

operacyjnym z filtrem SAW umieszczonym
w pętli sprzężenia zwrotnego. Drugi taki sam
filtr SAW służy do tłumienia sygnałów har−
monicznych na wyjściu. Warto wiedzieć, że
zastosowanie filtru z przesunięciem fazy
o 180

zapewnia 3dB szerokości pasma i eli−

minuje dodatkowe elementy pętli dodatniego
sprzężenia zwrotnego generatora.

Układ nadajnika ma wewnętrzną impedan−

cję wejściową i wyjściową o wartości 50

Ω

przez co nie wymaga dopasowania dołączanych
elementów i znacznie upraszcza konstrukcję.

Poniżej przytaczamy parametry układu

HX1000 deklarowane przez wytwórcę:
− typ obudowy: SM−4;
− nominalna częstotliwość pracy: 433,92MHz;
− moc wyjściowa: 0dBm;
− impedancja wyjścia: 50

Ω

;

− poziom harmonicznych: −45...50dB;
− impedancja wejścia: 18k

Ω

;

− napięcie zasilania: 3V (±0,3V);
− prąd spoczynkowy: <1mA;
− maksymalny pobór prądu przy nadawa−

niu: 10mA;

− maksymalna szybkość nadawania: 19,2kb/s;
− wymiary: 10,7x9, 0x2,8mm.

Na rys. 2b przedstawiono uproszczony

schemat blokowy struktury wewnętrznej
odbiornika RX1000. Jest ona oparta o sekwen−
cyjne wzmacniacze RFM, a ich zasadniczą no−
wością jest architektura odbiornika ASH, rów−
nież całkowicie oparta na technologii SAW.

Sygnał wejściowy z anteny jest najpierw

selekcjonowany w wąskopasmowym filtrze
SAW, a następnie wzmacniany w pierwszym
wzmacniaczu w.cz. Ten pierwszy wzmacniacz
jest połączony z generatorem, a jego wyjście
jest doprowadzone do wejścia linii opóźniają−
cej SAW. Kolejny wzmacniacz w.cz. jest rów−
nież podłączony do generatora, ale w przeciw
fazie, oraz do wyjścia linii opóźniającej. W re−
zultacie, kiedy pojawia się sygnał z linii dłu−
giej, pierwszy wzmacniacz jest wyłączony,
a drugi włączony. Wypadkowe wzmocnienie
układu jest podobne, jak w odbiorniku super−
heterodynowym, a układ charakteryzuje się
doskonałą stabilnością. Faktem jest, że oby−
dwa wzmacniacze nie pracują jednocześnie
w tym samym czasie i dlatego wprowadzenie
ujemnego sprzężenia zwrotnego między nimi
mogłoby czynić obwód niestabilnym. Z tego
też względu, aby uniknąć takiego przypadku,
zastosowano linię opóźniającą 0,5

s, która

charakteryzuje się szerokością pasma około
1,5MHz przy stratach około 7dB.

Wyjście drugiego wzmacniacza jest połą−

czone przez detektor AM z filtrem o pasmie
2...150kHz. Z kolei wyjście filtru jest połą−
czone przez zewnętrzne pojemności do kom−
paratora o stałym progu komparacji.

Na podkreślenie zasługuje fakt, że filtro−

wanie sygnału w tym odbiorniku odbywa się

w wąskopasmowym filtrze SAW oraz w linii
opóźniającej SAW. Każdy z wąskopasmo−
wych filtrów zapewnia selektywność około
50dB, a normalnie dwa filtry tej samej często−
tliwości miałyby tłumienie dużo mniejsze
w połączeniu kaskadowym, niż 100dB i były−
by one bardzo czułe na przesłuchy wynikające
z ich rozmieszczenia w układzie. Przesłuch
wprowadzany przez linię opóźniającą jest
efektywnie ograniczony przez przełączanie
wzmacniaczy. Przenikanie sygnału pomiędzy
wejściem antenowym a różnicowym wej−
ściem wzmacniacza jest skutecznie elimino−
wane przez wąskopasmowy filtr SAW.
W efekcie powyższych zabiegów powstał
odbiornik o czułości podobnej, jaką mają
odbiorniki superheterodynowe ze 100dB tłu−
mieniem sygnałów niepożądanych.

Reasumując, odbiornik o architekturze

ASH ma więcej zalet, niż jego superhetero−
dynowy odpowiednik. Wszystkie niezbędne
funkcje są zawarte w pojedynczym układzie
scalonym. Układy SAW umożliwiają umie−
szczenie

kompletnego

odbiornika w niezwykle ma−
łej obudowie. Nie wymagają
regulacji

częstotliwości,

brak generatora w.cz.

w odbiorniku eliminuje pro−
blem pasożytniczego pro−
mieniowania i zmniejsza po−
bór prądu. Kolejną redukcję
poboru mocy uzyskuje się przez zastosowa−
nie kluczowanych wzmacniaczy w.cz., które,
pracując na przemian, ograniczają o połowę
pobór mocy.

RX1000 jest kompatybilny z układami

CMOS, a kompletna aplikacja wymaga uzu−
pełnienia układu tylko o trzy zewnętrzne
kondensatory.

Poniżej parametry układu RX1000 dekla−

rowane przez wytwórcę:
− typ obudowy: SM−10;
− nominalna częstotliwość pracy: 433,92MHz;
− czułość: −100dBm;
− impedancja wejścia: 50

Ω

;

− napięcie zasilania: 3V (2,7...3,5V);
− maksymalny pobór prądu podczas pracy:

1,25mA;

− maksymalna szybkość pracy: 2,4kb/s;
− wymiary: 13,72x9,40x2,54mm.

Schemat elektryczny urządzenia jest po−

kazany na rysunku 3.

W układzie nadajnika (rys. 3a), oprócz

opisanego układu HX1000, zastosowano ge−
nerator m.cz. jako multiwibrator na dwóch
tranzystorach BC547. Wytwarza on falę pro−
stokątną, w której długość trwania impulsów
(wysokość tonu akustycznego) można zmie−
niać poprzez korekcję wartości elementów
RC. Z wartościami elementów, jak na sche−
macie, modulator generuje sygnał o częstotli−
wości około 400kHz, jednak nie jest to war−
tość krytyczna. Układ działał poprawnie tak−
że z mniejszymi wartościami kondensatorów,

np. przy 2,2nF, gdzie częstotliwość była
podwyższona do wartości około 1,5kHz.

Do wyjścia odbiornika układu RX1000

(rys. 3b) podłączono prosty wzmacniacz OE
na tranzystorze BC547. Wzmocniony sygnał
m.cz. o częstotliwości identycznej, jak
wysłany w nadajniku, jest prostowany w ukła−
dzie podwajacza napięcia, a następnie podany
na tranzystor kluczujący. Konsekwencją spo−
laryzowania bazy jest uruchomienie buzzera
generującego sygnał dźwiękowy.

Obydwa układy są zasilane napięciem

3V (2xR6).

Montaż i uruchomienie

Układ prototypowy został zmontowany na
płytkach laminowanych miedzią o wymiarach
55x25mm. Układy scalone zostały przyklejone
wyprowadzeniami do góry, a do nich następnie
przylutowano niezbędne elementy według
schematu. Wyprowadzenia elementów ukła−
dów tranzystorowych zostały przylutowane do
wysepek lutowniczych uzyskanych przez wy−
skrobanie warstwy miedzi na płytkach.

W miejsce anteny można podłączyć odci−

nek drutu o długości około 17cm. Godząc się
na nieco mniejszy zasięg działania można
skrócić długość anteny przez zwinięcie drutu

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11,, R

R44,, R

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R22,, R

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200kk

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

Kondensatory
C

C11,, C

C22,, C

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

C33,, C

C44,, C

C77,, C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

FF//1166V

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11

µµ

FF//1166V

Półprzewodniki
D

D11,, D

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

TT11,, TT22,, TT33,, TT44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554477

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..H

X11000000

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..R

X11000000

Buuzzzzeerr

Rys. 3a

Rys. 3b

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

Kwiecień 2002

w spiralę lub zastosowanie zalecanej w EdW
1/2002 anteny radiotelefonu również pracu−
jącego na częstotliwości 433MHz. Dla przy−
pomnienia warto podać, że proponowna tam
antena była wykonana z odcinka miedziane−
go drutu w emalii DNE 0,8, a całkowita jej
długość, łącznie z cewką wydłużającą o in−
dukcyjności około 68nH, wynosiła 90mm.

Do zasilania wykorzystano po dwa ogniwa

baterii R6, a zasięg prototypowego układu
z anteną w postaci kawałka drutu wynosił oko−
ło 200m, co należy uznać za korzystny wynik.

Autor zaleca, aby przy odwzorowaniu

przedstawionych układów pokusić się o zmon−
towanie ich na płytce drukowanej montażu po−
wierzchniowego SMD i zastosowanie do zasi−
lania miniaturowych ogniw 3V (np. CR2032).

Po zmontowaniu ze sprawnych elementów

układy działają od razu po załączeniu zasila−
nia. Wprawdzie częstotliwość buzzera jest
uzależniona od jego wewnętrznej konstrukcji
oraz napięcia zasilania, ale w naszym układzie

w pewnym stopniu ma tu wpływ także często−
tliwość sygnału modulatora. Tak więc poprzez
wymianę wartości kondensatorów sprzegają−
cych w multiwibratorze można ustalić najbar−
dziej odpowiedni ton przywoławczy pagera.

Istnieje także możliwość wykorzystania

opisanych układów do budowy pagera lub ra−
dioalarmu z kodowaniem cyfrowym, przez
co można uzyskać dużą ilość kombinacji,
a tym samym zmniejszyć prawdopodobień−
stwa przypadkowego uruchomienia pagera,
w przeciwieństwie do opisywanego układu,
który jest pozbawiony takiej możliwości.

W najprostszym przypadku w nadajniku

wystarczy zastosować układ kodera, np.
MC145026, i odpowiednio w odbiorniku de−
kodera MC145028. Układy te są powszechnie
znane i były wielokrotnie opisywane na ła−
mach EDW. W każdym razie, w nadajniku
należy wprowadzić kod sterujący A1...A5
i odpowiednią interpretację kodu jako adresu
A1...A5 w odbiorniku. Kodowanie jest bar−

dzo proste i polega na identycznym połącze−
niu nóżek adresowych w nadajniku i odbior−
niku (zwarciu cyną do masy lub do zasilania).

Warto wiedzieć, że w układzie pagera za−

miast buzzera można zastosować przekaźnik
do załączania potrzebnych urządzeń elek−
trycznych. Oczywiście, aby uruchomić prze−
kaźnik z reguły trzeba będzie zwiększyć na−
pięcie zasilania jego cewki, np. poprzez do−
danie kolejnej (jednej lub dwóch) baterii R6,
jeżeli będzie to miniaturowy przekaźnik
przystosowany do napięcia 5V.

W przypadku uruchamiania urządzeń sie−

ciowych gospodarstwa domowego − musi to
być specjalny przekaźnik przystosowany do
napięcia 220V (250V). Z reguły przekaźniki
takie wymagają większej mocy do urucho−
mienia cewek, a więc trzeba się liczyć z ko−
niecznością dobudowania dodatkowego
stopnia z tranzystorem, nie mówiąc o zwięk−
szeniu napięcia zasilania.

Andrzej Janeczek

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

Kwiecień 2002

Do czego to służy?

Urządzenie pełni funkcję dodatkowego,
optycznego sygnalizatora dzwonka telefo−
nicznego. Może on być przydatny wszędzie
tam, gdzie tradycyjny sygnał akustyczny jest
nieskuteczny, bądź niewskazany. Takim
miejscem może być np. duża hala przemysło−
wa, gdzie hałas zagłusza dźwięk dzwonka,
czy chociażby pokój, w którym gra głośna
muzyka. Jako sygnalizatora można użyć ża−
rówki na napięcie 220 VAC.

Jak to działa?

Działanie układu polega na monitorowaniu na−
pięcia panującego na linii telefonicznej. Jak
wiadomo, napięcie to zmienia się i wynosi
w przybliżeniu 60VDC, gdy słuchawka leży na
widełkach i 10VDC podczas prowadzenia roz−
mowy. Gdy przychodzi sygnał dzwonka na na−
pięcie 60VDC nakładane jest dodatkowo na−
pięcie przemienne o amplitudzie 90VAC i czę−
stotliwości 25Hz. Zadanie układu polega na
zapaleniu żarówki sygnalizacyjnej w czasie
występowania tego sygnału, czyli w czasie
dzwonienia telefonu. Schemat ideowy przed−
stawiony został na rysunku 1. Kondensator
C1 nie dopuszcza do poboru prądu przez układ
w czasie spoczynku (czego wymagają przepisy
telekomunikacyjne), a w trakcie występowania
sygnału dzwonienia swoją reaktancją ograni−
cza prąd diody LED optotriaka TO1. Prąd
zmienny zostaje wyprostowany w mostku Gra−
etz’a zbudowanym z diod D1..D4. Ponieważ
na mostku odkłada się napięcie o wartości oko−
ło 1,4V układ nie zwiera sygnałów akustycz−

nych, które są rzędu setek miliwoltów. Napię−
cie tętniące jest wygładzane na kondensatorze
C2 i podawane na diodę LED zawartą w opto−
triaku TO1. Optotriak zapewnia niezbędną
w tym przypadku izolację galwaniczną mię−
dzy obwodem linii telefonicznej a obwodem
sieci. Dioda Zenera D5 nie dopuszcza do
nadmiernego wzrostu napięcia na kondensato−
rze C2 i utrzymuje je na granicy 20V.
Optotriak steruje triakiem TR1, który
umożliwia zastosowanie nawet 100−wa−
towej żarówki (220V) w roli lampki sy−
gnalizacyjnej. Posiada on w swojej struk−
turze obwód wyzwalający triak w mo−
mencie przejścia napięcia sieci przez ze−
ro. Dzięki temu obwodowi zostają wye−
liminowane zakłócenia radiowe powsta−
jące podczas zapłonu triaka w momencie
występowania na nim dużego napięcia.
Ponieważ w roli elementu sterującego
został wykorzystany triak, odbiornik mu−
si mieć charakter rezystancyjny, tzn. nie
może nim być urządzenie posiadające na
wejściu transformator lub elektromagnes.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce pokazanej
na rysunku 2. Zmontowany ze sprawnych
elementów od razu powinien działać. Jego
funkcjonowanie można sprawdzić dołączając
do zacisków wejściowych źródło napięcia

przemiennego o wartości rzędu 24V, np.
z uzwojenia wtórnego transformatora.

Przy

sprawdzaniu układu będącego pod napię−
ciem sieci należy pamiętać o ostrożności.
Ponieważ układ jest cały czas pod napię−
ciem należy go umieścić w obudowie.

Płytka jest zwymiarowana pod obudowę
Z−23. Jako lampkę najlepiej zastosować bar−
wioną żarówkę, będzie ona bardziej zauwa−
żalna.

Piotr Wójtowicz

Uwaga! Układ ten nie posiada homologacji
Ministra Łączności i Komunikacji. Podłącze−
nia go do publicznej sieci telekomunikacyjnej
dokonujemy na własną odpowiedzialność!

Rys. 1 Schemat ideowy

Rys. 2 Schemat montażowy

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,,55kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

Ω

Kondensatory
C

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22

µµ

FF //110000V

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//2255V

Półprzewodniki
TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

BTT113366//660000

OTT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..M

C33004400

D11−D

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

D55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ZZeenneerraa C

C2200V

Inne
A

A11−A

A33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

Obbuuddoow

waa ZZ−2233

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny

w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−

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

Kwiecień 2002

Do czego to służy?

Na pewno bardzo wielu ludzi denerwuje po−
trzeba włączania i wyłączania oświetlenia.
Można zostawiać światło włączone, ale to
z kolei powoduje podwyższenie opłat za
energię elektryczną. Z tych to powodów po−
stanowiłem skonstruować automatyczny ste−
rownik oświetlenia. Układ taki można wyko−
nać także na bazie czujnika ruchu. Rozwiąza−
nie to ma jedną istotną wadę, a mianowicie
cena takiego czujnika waha się w granicach
80 zł. Zaprojektowany przeze mnie układ
oparty jest na idei liczenia ludzi wchodzą−
cych i wychodzących. Gdy układ zliczy cho−
ciaż jedną osobę, zapala się światło. Oprócz
tego sterownik stwierdza czy jest dzień, czy

noc, i w zależności od tego włącza światło.
Trzecią funkcją układu jest funkcja SEN,
która powoduje, że po wciśnięciu przycisku,
światło samoczynnie się wyłącza i oczekuje
na nowy dzień.

Jak to działa?

Na rysunku 1 widoczny jest schemat układu.
Głównymi blokami sterownika są: mikropro−
cesor AT89C2051, odbiorniki promieniowania
podczerwonego (TFMS) oraz nadajnik tego
promieniowania wraz z generatorem 36kHz.
Oprogramowanie na mikroprocesor zostało
stworzone w programie BASCOM 8051
sefEP. Do nóżek P3.2 i P3.3 mikroprocesora
zostały dołączone detektory promieniowania.

Wywołują one przerwania Int0 i Int1. Koń−
cówka P3.1 poprzez tranzystor T1 steruje prze−
kaźnikiem. Do wyprowadzeń P1.0 i P1.1 zo−
stał dołączony fotorezystor. Kontroluje on na−
tężenie oświetlenia w pomieszczeniu. Próg
przełączania oświetlenia ustawia się rezystora−
mi R1−R3. Przycisk S1 służy do wywoływania
podprogramu SEN. Wyjście P3.0 podłączone
jest do diody sygnalizacyjnej. Aby odbiorniki
US2 i US3 poprawnie działały diody nadaw−
cze muszą pracować z częstotliwością 36kHz.
Zostało to osiągnięte przez generator zbudo−
wany na układzie NE555. Generowany sygnał
przez tranzystor T2 steruje pracą diod D1 i D2.

Rys. 1

śś

Program

Pełny listing programu został umieszczony
w internecie na stronie internetowej EdW
w dziale FTP. Pierwsza część programu skła−
da się z poleceń konfiguracyjnych. Pewne
wątpliwości może budzić pierwsza linijka
programu. Przecież na schemacie nie ma żad−
nego panelu LCD! Jednak przy uruchamianiu
programu panel ten bardzo mi się przydał,
więc zostawiłem polecenia sterujące pracą
wyświetlacza. W wersji docelowej panel
LCD nie będzie montowany. Na listingu 1
została przedsta−
wiona pętla głów−
na programu. Ko−
lejno układ przepi−
suje stan kompara−
tora wewnętrzne−
go do zmiennej
ND oraz sprawdza
stan

przycisku

SEN. Jeżeli w po−
mieszczeniu jest
ciemno program
realizuje podpro−
gram Swiatlo. Je−
żeli zmienna ND
przyjmuje wartość
0 program podąża
do podprogramu Gaszenie. Kolejnym kro−
kiem jest wyświetlenie na LCD stanu zmien−
nych L i ND. I tak w kółko Macieju...

Podstawowymi podprogramami są: „Wej−

scie” i „Wyjscie”. Treść jednego z tych podpro−
gramów została przedstawiona na listingu 2.
W zależności od tego, który detektor zostanie
zasłonięty pierwszy, to albo od dotychczaso−
wej liczby osób odejmuje się jedną, albo doda−
je. Kolejnym podprogramem jest blok poleceń
SEN. Przedstawione są one na listingu 3.
Pierwsze polecenie zakazuje obsługę prze−
rwań. Oznacza to,
że póki śpimy żad−
ne wejście czy wyj−
ście nie zakłóci
nam snu, czyli nie
zapali

światła.

Działanie tego pod−
programu jest sy−
gnalizowane przez
dwudziestokrotne
mignięcie

diody

D3, a następnie
światło gaśnie. Mi−
kroprocesor wpada
w pętlę warunko−
wą, z której może
wyjść, gdy ponow−
nie słońce oświetli
ziemię (zakładam,
że nikt nie wpadnie
na pomysł wciska−
nia przycisku S1
w trakcie dnia).
Gdy za oknem

znów będzie wid−
no program po−
nownie zezwala na
obsługę przerwań
i wraca do pętli
głównej. Podpro−
gram „Swiatlo” –
listing 4 − jak ła−
two się domyślić,
włącza i wyłącza
oświetlenie w po−
mieszczeniu. Algorytm jest następujący: Je−
żeli ktoś jest w pokoju to zapal światło,
w przeciwnym razie idź do podprogramu Ga−
szenie. Podprogram gaszący światło, analizu−
je czy przekaźnik jest włączony (zmienna S),
jeżeli tak to go wyłącza.

Montaż i uruchomienie

Układ najlepiej zmontować na płytce druko−
wanej przedstawionej na rysunku 2. Pasuje
ona do większości puszek elektroinstalacyj−
nych. Pozostałe płytki (rysunki 3 i 4) służą
do zamontowania odbiorników promienio−
wania IR oraz przekaźnika. Diody nadawcze
proponuję połączyć w pająku a potem przy−
twierdzić je do obudowy za pomocą kleju
termoplastycznego. Również za pomocą te−
goż kleju należy zamontować element wyko−
nawczy do płytki głównej. Jako płytę czoło−
wą zastosowałem kawałek laminatu o wy−
miarach 7,5cm x 7,5cm z naklejoną nalepką

oraz z wywierconymi otworami na diodę D3
i przycisk SW1. Elementy te należy połączyć
z odpowiednimi punktami na płycie głównej
(opisy na schemacie i płytkach drukowa−
nych). Resztę układu montujemy klasycznie
stosując pod układy scalone podstawki
(szczególnie pod mikroprocesor). Płytki
z nadajnikami i odbiornikami podczerwieni
zostały zwymiarowane do obudów Z−43.

Pierwszą czynnością, jaką należy wyko−

nać przy uruchamianiu układu jest ustawienie
częstotliwości generatora. W tym celu pomię−
dzy emiter tranzystora T2 a masę podłączamy
miernik częstotliwości i potencjometrem
montażowym PR1 ustawiamy częstotliwość
36kHz. W przypadku braku takiego przyrzą−
du należy nadajnik i odbiornik ustawić na−
przeciwko siebie w odległości około 1m. Re−
gulując suwak potencjometru PR1, tak do−
strajamy generator, aby sterownik reagował
na zasłonięcia obu czujników. Fotorezystor
umieszczamy w takim miejscu, aby nie pada−
ło na niego światło z pomieszczenia ani z uli−
cy. Ewentualnie należy dobrać wartość rezy−
storów R1−R3. Układ powinien być zasilany
napięciem stałym niekoniecznie stabilizowa−
nym. W sterowniku nie zdecydowałem się na
stosowanie zasilacza beztransformatorowego
ze względów bezpieczeństwa.

Michał Waśkiewicz

mwaskiew@go2.pl

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11−R

R33,,R

R55–

–R

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..112200kk

Ω

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

Ω

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

FFR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddoow

woollnnyy

Kondensatory
C

C11,,C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//1166V

C22,,C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333ppFF

C44,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000ppFF
C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF//1166V

Półprzewodniki
U

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT8899C

C22005511

S22,,U

S33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTFFM

S55336600

S44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..N

NEE555555

S55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77880055

TT11,,TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

D11,,D

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIR

REED

D ((nnpp.. LLD

D227711))

D33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

Pozostałe
S

W11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..uussw

wiittcchh

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1111,,005599M

Hzz

K11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..R

M8822//55V

ppooddssttaaw

wkkii .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

DIIP

P88,, D

DIIP

P2200

Komplet podzespołów z płytką

jest dostępny w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−3014

''L

Liis

sttiin

g 1

Do
Nd = P3.6
If P3.4 = 0 Then
Gosub Sen
End If
If Nd = 1 Then
Gosub Swiatlo
End If
If Nd = 0 Then
Gosub Gaszenie
End If
Lcd „ L=” ; L ; „ Nd=” ;
Nd
Waitms 200
Cls
Loop

''L

Liis

sttiin

g 3

Sen:
Disable Interrupts
Lcd „ Sen “
For R = 1 To 20
Reset P3.0
Waitms 500
Set P3.0
Waitms 500
Next R
Gosub Gaszenie
Do
Loop Until P3.6 = 0
Enable Interrupts
Enable Int0
Enable Int1
Return

''L

Liis

sttiin

g 4

Swiatlo:
If L <> 0 Then

Set P3.1
Set S

Waitms 255
Else
Gosub Gaszenie
End If
Return

''L

Liis

sttiin

g 2

Wejscie:
L = L + 1
Reset P3.0
Wait 1
Set P3.0
Return

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

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

Kwiecień 2002

Zestaw do samodzielnego montażu K8031
pozwala zrealizować marzenia ogromnej rze−
szy elektroników. Kilkadziesiąt elementów
zmontowanych na płytce o wymiarach
14x13cm pozwala stworzyć w pełni funkcjo−
nalny oscyloskop cyfrowy w formie przy−
stawki do komputera. Oscyloskop ma pasmo
12MHz (±3dB), zakres regulacji czułości
wejścia to 10mV...3V/działkę. Częstotliwość
próbkowania można zmieniać w zakresie
800Hz....32MHz, co daje zakres podstawy
czasu 0,1

s...100ms/działkę, przy czym je−

den rekord zawiera 4096 próbek. W przyrzą−
dzie wykorzystano 8−bitowy przetwornik
analogowo−cyfrowy TDA8703, więc roz−
dzielczość przebiegu w pionie wynosi 256
poziomów.

Ważną zaletą jest wykorzystanie kompu−

tera PC i jego monitora w roli wyświetlacza.
Współpraca z komputerem nie tylko radykal−
nie redukuje koszty, ale też pozwala zrealizo−
wać wiele interesujących funkcji, niedostęp−
nych w klasycznych przyrządach autono−
micznych. Umożliwia to dostarczony w ze−
stawie program komputerowy sterujący przy−
stawką oscyloskopu i przetwarzający uzyska−
ne wyniki. Dzięki temu programowi możliwe
jest zapamiętywanie i odtwarzanie zapamię−
tanych przebiegów, czyli praca w roli oscylo−
skopu z pamięcią. W trybie rejestratora moż−
liwe jest obserwowanie wolnych przebiegów
przy skali 20ms/dz...2000s/dz.

Przyrząd może też pełnić rolę analizatora

widma w zakresie 0−400Hz...0−16MHz.
W trybie AC może pełnić rolę miernika
prawdziwej wartości skutecznej (True RMS).
Cyfrowe sterowanie pozwala zrealizować
dodatkowe pożyteczne funkcje, jak auto−se−
tup czy pomiary z pomocą kursorów. Możli−
wa jest ścisła współpraca z generatorem

K8016 (PCG10) i wtedy dodatkowo można
mierzyć charakterystyki Bodego (częstotli−
wość i fazę przebiegu).

Przyrząd PCS100 zasilany jest napięciem

stałym 9...10V, a pobór prądu nie przekracza
0,5A.

Układ oscyloskopu jest odizolowany gal−

wanicznie od komputera za pomocą transop−
torów, co w praktyce ma duże znaczenie,
zmniejszając ryzyko zakłóceń i umożliwiając
nietypowe pomiary.

Częścią zestawu K8031 jest estetyczna

obudowa oraz zabezpieczone folią płyty czo−
łowa i tylna. Użytkownik powinien tylko po−
starać się o sondę pomiarową lub ostatecznie
zwykły przewód pomiarowy.

Montaż

Montaż tego przyrządu, pełniącego dość
skomplikowane funkcje, nie jest trudny. Na
pewno nie jest to jednak projekt przeznaczo−
ny dla zupełnie początkujących (Skill level −
5). Dobrą pomocą w montażu jest instrukcja,
przedstawiająca krok po kroku wszystkie
kolejne czynności, przy czym dla zmniejsze−
nia ryzyka pomyłki warto odznaczać w ma−
łych krateczkach kolejne zmontowane ele−
menty. Najmniejsze elementy połączone są

fabrycznie taśmą w kolejności, w jakiej ma−
ją być montowane. Jest to dodatkowym uła−
twieniem.

Zmontowana płytka chroniona jest przed

zakłóceniami elektromagnetycznymi przez
arkusz przewodzącej folii. Rysunki pokazują
sposób montażu folii i płytki, należy tylko za−
dbać, by błyszcząca, przewodząca strona folii
skierowana była do dołu, żeby nie spowodo−
wała zwarcia między elementami i ścieżkami
płytki. Nacięty fragment ma być tak umie−
szczony, by po dokręceniu śrub dolna, prze−
wodząca strona folii ekranującej miała dobry
kontakt z masą płytki (w okolicy trymerów
CV1, CV2). Część folii ekranującej, która bę−
dzie osłaniać płytkę od góry powinna mieć
brzegi oklejone zwykła taśmą klejącą, co wy−
eliminuje ryzyko jakichkolwiek zwarć z płyt−
ką drukowaną czy płytą czołową.

Końcowy montaż to umieszczenie płytki

w obudowie, wlutowanie stabilizatora, przy−
kręconego do aluminiowej płyty tylnej, skrę−
cenie całości (na razie bez pokrywy górnej)
i oderwanie folii ochronnej z płyt.

Gotowy przyrząd podłączany jest do po−

rtu drukarkowego PC−ta, na którym wcze−
śniej zainstalowane zostało oprogramowanie
PC−Lab2000 z dostarczonej płyty CD. Po
skonfigurowaniu adresu portu drukarkowego
i podaniu typu przyrządu (K8031) należy
zewrzeć wejściowe gniazdo BNC i po klik−
nięciu przycisku Run przeprowadzić prostą
kalibrację w trybie AC i wyłączeniu wyzwa−
lania (Trigger − OFF):

Gdy linia podstawy czasu ustawiona jest

na środku ekranu należy przełączać zakresy
1V/dz i 3V/dz i tak ustawić RV1, by zmiany
zakresu nie zmieniały położenia linii na
ekranie.

Ciąg dalszy na stronie 59.

−

łł

Najciekawsze kity

Belgijska firma Velleman jest światowym liderem w produkcji kitów elektronicznych

Okno na świat

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

Kwiecień 2002

Ciąg dalszy ze strony 58.

Następnie na zakresie

1V/dz należy na wejście
podać sygnał z punktu
testowego J4 płytki i re−
gulować CV1, by uzy−
skać prawidłowy prze−
bieg prostokątny, bez
zwisów i przerostów. Po−
tem należy w menu View
wybrać RMS Value i za
pomocą RV2 ustawić
wartość 2,5VRMS.

Po przełączeniu wej−

ścia z J4 na J3 na zakre−
sie 0,3V ustawić jak naj−
bardziej płaskie wierz−
chołki impulsów.

Ponieważ poszcze−

gólne regulacje wpływa−
ją na siebie, opisaną pro−
cedurę kalibracji trzeba
powtórzyć co najmniej
jeszcze raz. Kalibrację
należy zakończyć wy−
bierając w programie
w menu File opcję cali−
brate&exit. Po zmonto−
waniu górnej pokrywy
przyrząd jest gotowy do
pracy.

Opisany kit K8031 jako zestaw do samodzielnego montażu dostępny jest w AVT w cenie 600 zł brutto.

Dostępna jest także wersja zmontowana PCS100. Szczegóły na stronie www.velleman.be lub w uzgodnieniu
z Działem Handlowym AVT.

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

Kwiecień 2002

Silniki krokowe

Przejdźmy teraz do silników. Tego problemu
dotyczyła część listów.

Do urządzenia wycinającego w styropia−

nie wystarczą nieduże silniki. Trudno tu ope−
rować parametrami typu prąd, napięcie czy
też moc. Ważny jest moment obrotowy silni−
ka. Przy wycinaniu styropianu nie jest istotna
maksymalna prędkość, bo proces ze swej na−
tury musi przebiegać dość powoli. Wystarczą
tu silniki o wymiarach: średnica ok. 60mm
i długość 60 − 90mm. jeden z takich silników
jest pokazany na fotografii 1. Wymiary
z grubsza mówią o dostępnym momencie sil−
nika, zatem − przy tego typu (mało wymaga−
jącym) urządzeniu − można to przyjąć za
pierwsze, zgrubne kryterium doboru silnika.

Większy (mocniejszy) silnik zawsze jest

lepszy, ponieważ w naszym przypadku pozwa−
la użyć większej siły naciągu linek, a co za tym
idzie większej dokładności oraz większego za−
pasu przed zerwaniem synchronizacji. Ważne
jest, aby (w opisywanej przeze mnie wersji ste−
rownika) był to silnik unipolarny, a nie bipolar−

ny. Ogólnie mówiąc − w silniku unipolarnym
prąd płynie w każdym uzwojeniu w jedną stro−
nę, w bipolarnym − raz w jedną, raz w przeciw−
ną. Silnik bipolarny wymaga zatem innego ste−
rownika. Przy wybieraniu silników ze złomu
komputerowego najlepiej byłoby sprawdzić je
przy pomocy zasilacza (najlepiej z ogranicze−
niem prądu do ok. 0,5 − 1 A). Najpierw można
np. omomierzem wybrać 1, 2 lub 4 końcówki
będące początkami czterech uzwojeń tak, aby −
po ewentualnym połączeniu razem kilku koń−
cówek wspólnych − mieć jedną końcówkę
wspólną i cztery końcówki uzwojeń. Łączymy
minus zasilacza do wspólnego punktu. Teraz,
podczas podłączania kolejno każdej końcówki
uzwojenia do plusa zasilacza, wał silnika po−
winien ustawiać się w jednej z czterech usta−
lonych pozycji. Raczej nie róbcie tego goły−
mi rękami; chyba, że ktoś potrzebuje elektro−
terapii. Można wtedy wybrać taką kolejność
cyklicznego podłączania plusa do tych czte−
rech końcówek, aby silnik wykonywał kolej−
ne kroki zawsze w tę samą stronę. Jeśli tych
kroków na cały obrót wałka będzie przypada−
ło 200, to silnik jest już nasz! Dobrze było−
by, aby następne silniki były takie same.

Reszta − to dobranie napięcia do zasilania

sterownika, aby wymusić odpowiedni prąd.
Silniki mają prawo być mocno ciepłe przy
długiej pracy a zwłaszcza podczas długiego
postoju.

Trochę o rzeźbiarstwie

Inny wątek listów z pytaniami − to sposób
frezowania i zadawania parametrów dla
„rzeźbionego” kawałka materiału.

Niektórzy wyobrażali sobie to tak, że

komputerowi wystarczy wpisać kilka liczb −
parametrów i frezarka wykona gotowe śmi−
gło. Każdy by tak chciał, ale jakże nudne by−
łoby to zajęcie...

Opiszę więc krótko jak to działało u mnie.
Wyfrezowanie powiedzmy litery z cien−

kiej płytki PCV jest już chyba dla wszystkich
jasne. Projekt z Corela eksportuję w formacie
ploterowym na dysk, pod nazwą np. LITE−
RA.PLT. Teraz wchodzę w program „FRE−
ZARKA” i otwieram w nim tenże plik. Kom−
puter przetwarza go na zbiór sekwencji prą−
dów w uzwojeniach silników i tak prowadzi
narzędzie, aby wyfrezowało oczekiwaną lite−
rę. Potem frez podnosi się ponad materiał
i wraca w położenie wyjściowe.

Po kilku takich eksperymentach zechcia−

łem jednak dodać trzeci wymiar. A ponieważ
nie miałem o tym pojęcia wymyśliłem sobie,
że gdybym frezował kawałek drewna war−
stwami, to mógłbym uzyskać dowolny kształt
w 3 wymiarach. No, prawie dowolny...

Trasy frezu w kolejnych warstwach po−

winny być takie jak... poziomice na mapie fi−
zycznej naszych Beskidów. Wyobraźmy so−
bie, że wpisujemy jakoś do komputera

Fot. 2 Frezy kuliste, trzpieniowe, ze stali HSS i z nakładkami widiowymi.

Fot. 1 Silnik krokowy o średnicy

60mm i długości 60mm.

ęę

śś

ćć

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

Kwiecień 2002

współrzędne kolejnych poziomic ze szkolnej
mapy w atlasie. Przed pierwszymi współ−
rzędnymi każdej poziomicy dajemy w pliku
informację o jej wysokości nad poziomem
morza (u nas jej odpowiednikiem będzie głę−
bokość na jaką frez ma być opuszczony).

Frez pokona trasę pierwszej poziomicy,

potem zagłębi się mocniej, wykona trasę dru−
giej poziomicy itd. aż do najniższej poziomi−
cy. Z grubsza powinniśmy otrzymać model
3DSkrzycznego, prawda?

Ale czy ktoś mówił, że życie jest sprawie−

dliwe? Zastanówmy się więc teraz, dlacze−
go jednak nie otrzymamy tego modelu.

Jeszcze raz − chcemy zrobić model góry,

więc szykujemy sobie kawałek materiału.
Niech to będzie stearyna, a nie od razu drew−
no, bo to dalsze problemy. Jaki duży ma być
ten kawałek?

Ano taki, jak ta nasza góra, czyli najprościej

prostopadłościan − taki, aby zmieścił się w nim
cały obiekt. Mocujemy tę bryłę zrobioną ze stu
świeczek na stole maszyny i... Nie możemy
uruchomić frezarki, bo skończy się to połama−
niem frezu, albo i uszkodzeniem konstrukcji
całej maszyny − najdalej przy trzeciej poziomi−
cy. Frez wjeżdża coraz głębiej w naszą bryłę,
za każdym razem dochodząc od razu do po−
wierzchni „góry”, podczas gdy trzeba zebrać
najpierw całą masę zbędnego materiału,
który tworzy nasz prostopadłościan. O tym
jednak program nic jeszcze nie wie...

Widać z tego, że należy w pliku roboczym

umieścić mnóstwo informacji o dodatkowych
przejściach frezu, które służą tylko do zbierania
niepotrzebnego materiału zanim będzie można
się dopiero dobrać do powierzchni naszego mo−
delu. Poza tym trzeba brać pod uwagę kształt
i wielkość frezu i to we wszystkich wymiarach.
Ja używałem frezów o kształcie kulistym −

patrz fotografia 2. Przy pewnych
rodzajach materiałów ważny jest
kierunek ruchu frezu a więc do−
datkowe problemy.

W przypadku śmigieł robi−

łem to podobną metodą, „po−
ziomice” wyznaczałem na pa−
pierze milimetrowym (wtedy
chyba jeszcze nie wiedziałem
co to jest Corel) i wpisywałem
do pliku. Po kilku próbach
i błędach zaczęło się wyłaniać
prawidłowe śmigło. Ze zbiera−
niem wstępnym materiału ra−
dziłem sobie podobnie, akurat
w śmigle jest tego niewiele.

Druga strona frezowana była

podobnie − oczywiście według
innego pliku i po odwróceniu
materiału na stole frezarki. Klo−
cek drewna był celowo dłuższy
(fotografia 3), aby można było
go dobrze zamocować na stole.
Łopatka na końcu jest cienka, więc bez dodat−
kowego zamocowania poddawałaby się narzę−
dziu i drgałaby podczas frezowania.

Oczywiście produkt wyjściowy z frezarki

(fotografia 4) przypominał śmigło tylko nie−
licznym, jeśli przypadkiem mieli wcześniej
do czynienia z lotnictwem. Był to półpro−
dukt, szkielet, mający jednak bardzo „cenny”
zarys przestrzenny gotowego śmigła. Teraz
po ręcznym opiłowaniu niezebranych resztek
pomiędzy bruzdami − wyłaniało się dopiero
prawdziwe i piękne śmigło. Można byłoby
znacznie zagęścić trasy frezowania i uzyskać
prawie gotowy wyrób. Ja miałem jednak nie−
co inny cel swojej zabawy.

Na fotografii 4 widać wyraźnie, że trasy

frezu są rozbieżne w stronę końcówki łopat−
ki. Jest to związane z coraz mniejszym kątem
natarcia łopaty wraz z przyrostem średnicy.

Powoduje to, że bru−
zdy po frezie są tym

głębsze, im dalej od środka. Zaprojektowa−
łem zatem dodatkowe trasy − od pewnej śre−
dnicy do końca łopatki − pomiędzy poprze−
dnimi trasami (czyli na pośredniej głębokości
frezu), aby zmniejszyć ilość drewna do ręcz−
nego spiłowania.

Tak więc z frezowaniem obiektów 3Dsą

spore problemy. Próbuje się je rozwiązywać
różnymi metodami, wykorzystującymi oczy−
wiście komputery. Są przecież na świecie ta−
kie maszyny, które robią „cuda”. Pamiętajmy,
że skonstruowali je ludzie, ulepieni z tej samej
gliny! Tyle, że robią to przez lata całe zespo−
ły inżynierów w dużych i bogatych firmach.

Z niecierpliwością będę czekał na dalsze

sygnały od Czytelników informujące o ich
sukcesach w tej „branży”.

Marek Klimczak

matik1@poczta.onet.pl

Forum Czytelników

Fot. 4 Śmigło o średnicy 280 mm

Fot. 3 Śmigło o średnicy 560 mm

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

Kwiecień 2002

Zasilacz jest tak jak multimetr, podstawo−
wym elementem wyposażenia każdego war−
sztatu elektronicznego. Do czego służy, chy−
ba nie muszę wyjaśniać. Do tej pory w EdW
pojawiło się kilka opisów zasilaczy siecio−
wych, o mocy od kilku do ponad 100VA.
Prawie każdy elektronik ma swoją koncepcję
budowy zasilacza. Jednak żaden z posiada−
nych przeze mnie wcześniej zasilaczy (cztery
różne konstrukcje) nie zaspokajał moich wy−
magań w 100%. Postanowiłem wziąć sprawę
w swoje ręce i samemu zaprojektować taki
zasilacz, który spełniałby moje wymagania
w 99% (nie ma rzeczy idealnych!). Zaczerp−
nąłem z każdego z zasilaczy ich najlepsze
bloki i połączyłem w jedną całość. W ten
sposób narodził się (prawie) idealny zasilacz
warsztatowy.

Proponowany zasilacz nie ma zbyt wiel−

kiej mocy wyjściowej (około 20VA), lecz
dzięki temu ma niewielkie wymiary (obudo−
wa KM−85), a powinien w zupełności wy−
starczyć do wstępnego uruchamiania wzmac−
niaczy audio i stałego zasilania większości
konstrukcji. Posiada szereg zabezpieczeń,
chroniących go samego, jak i zasilany z nie−
go układ przed uszkodzeniem. Dzięki zasto−
sowaniu podzespołów o bardzo dobrych pa−
rametrach i solidnemu przetestowaniu (po−
nad 30 godzin pracy w skrajnych warunkach
do momentu napisania tego artykułu) jest
urządzeniem godnym polecenia.

Oto jego podstawowe dane techniczne:

•

Zasilanie z sieci 220V AC.

•

W wersji podstawowej moc wyjściowa
20VA.

•

Ograniczenie prądowe od około 20mA do
nieco ponad 1A.

•

Płynna regulacja napięcia wyjściowego
od 1,5V do 20V, a dodatkowo siedem pro−
gramowalnych napięć.

•

Bezpośredni dostęp do jednego z wybra−
nych napięć.

•

Wentylator chłodzący radiator sterowany
elektronicznym termostatem (tzw. aktyw−
ny radiator).

•

Wbudowany miernik napięcia wyjściowe−
go i prądu pobieranego.

Opis układu

Schemat

blokowy

znajduje się na rysun−
ku 1, a schemat ideo−
wy na rysunku 2. Jak
widać,

układ

jest

podzielony na sześć
bloków i będę je oma−
wiał w takiej kolejno−
ści, w jakiej płynie
przez nie prąd pobiera−
ny z wyjścia.

Prostownik składa

się z mostka prostow−
niczego BR1, dwóch
kondensatorów C1 i C2, których zadaniem
jest wygładzanie wyprostowanego napięcia
i filtrowanie go oraz z diody świecącej D1,
wraz z rezystorem R1, sygnalizującej obe−
cność napięcia na kondensatorze C1.

Stabilizator, wykonany na układzie sca−

lonym IC1 LM317T. Wraz z rezystorem R2
i kondensatorami C3 i C4 jest głównym blo−
kiem zasilacza. Jest on typową aplikacją tego
układu, z jedną drobną modyfikacją. Tranzy−
stor T1 może zewrzeć jego końcówkę ADJ
do masy, co spowoduje natychmiastowy spa−
dek napięcia na wyjściu do 1,25V, co jest wy−
korzystywane w układzie ogranicznika prą−
dowego.

Ogranicznik prądowy jest zbudowany

na układzie scalonym IC5 LM358, wspo−
mnianym tranzystorze T1, rezystorach R3−
R10 oraz potencjometrze P1. Jego działanie
jest następujące: prąd płynący przez rezystor
R3 spowoduje odłożenie się napięcia, które
po wzmocnieniu (o którym decyduje stosu−
nek R7/R6) przez IC5B podawane jest na
IC5A pracującym w układzie komparatora,
porównując je z napięciem z suwaka poten−
cjometru P1. Gdy napięcie na wejściu nieod−
wracającym (końcówka 3) wzrośnie powyżej
napięcia na wejściu odwracającym (nóżka 2),
na wyjściu tego wzmacniacza pojawi się na−
pięcie bliskie dodatniej szynie zasilania. Spo−
woduje to całkowite otwarcie tranzystora T1,
który zewrze końcówkę ADJ do masy.
W tym momencie chciałbym wspomnieć

o pewnej wadzie, która została „odziedziczo−
na” po pierwowzorze (kit AVT−2131), a zo−
stała wykryta dopiero podczas testów. Mia−
nowicie, zwarcie nóżki ADJ układu IC1 do
masy spowoduje pojawienie się napięcia
1,25V, a nie 0V, co gwarantowałoby pełne
ograniczenie prądowe! Jednak nie jest to po−
ważna wada, gdyż większość urządzeń elek−
tronicznych jest zasilana napięciem nie
mniejszym niż 5V, co przy przekroczeniu
ustawionego limitu prądu, spowoduje cztero−
krotne obniżenie się napięcia (5V/1,25V=4)
i prądu (wynika to z prawa Ohma), a więc
szesnastokrotne zmniejszenie wydzielanej
mocy na obciążeniu. Powinno to uchronić
przed uszkodzeniem nawet bardziej delikat−
ne urządzenia.

Z układem ogranicznika związany jest

układ aktywnego radiatora. Wykonany jest
on w oparciu o układ scalony IC4

A723.

Pracuje w dosyć nietypowej aplikacji, gdyż
wzmacniacz operacyjny pełni rolę kompara−
tora, a źródło napięcia odniesienia jest wyko−
rzystywane jako napięcie wzorcowe dla
ogranicznika prądu. Komparator porównuje
napięcie z dzielnika złożonego z termistora
RT1 i rezystora R13 z napięciem z suwaka
potencjometru PR1. Rezystory R11 i R12
ograniczają jego zakres regulacji. Gdy napię−
cie na końcówce 4 IC4 spadnie poniżej na−
pięcia na końcówce 5, to napięcie na wyjściu
wzrośnie do maksimum, powodując urucho−
mienie wentylatora F1. Ten zwiększy rezy−
stancję termistora, więc na końcówce 4
wzrośnie napięcie, powodując wyłączenie się
wentylatora. W tym momencie wszystko
zacznie się od początku. Obwód dodatniego
sprzężenia zwrotnego zapewnia histerezę, za
którą odpowiedzialny jest rezystor R14.

Układ sterujący jest elektronicznym

przełącznikiem napięcia wyjściowego. Głów−
nym jego elementem jest układ 74LS193 − re−
wersyjny licznik dwójkowy. Podawanie im−
pulsów na wejście CU zwiększa zawartość
licznika, a na wejście CD − zmniejsza. Wej−
ścia te są podłączone do wyjść bramek
IC8B oraz IC8C, których jedynym zadaniem
jest filtrowanie impulsów z przycisków SW2

((

))

Rys. 1 Schemat

blokowy

i SW3. Bramka IC8A wraz z rezystorem R17
i kondensatorem C13 gwarantuje utrzymywa−
nie się stanu wysokiego przez czas określony
wartościami tych elementów na wejściu RST
przy każdym włączeniu zasilania. Spowoduje
to, że pierwszym wybranym napięciem na
wyjściu zasilacza będzie zawsze napięcie
ustalone przez potencjometr P2. Przełącznik
DIPSW1 umożliwia wybranie jednego z na−
pięć poprzez podanie impulsu na wejście /PE
za pomocą SW4. Jest to jedno z zabezpie−
czeń, które może uratować podłączone urzą−
dzenie przed zniszczeniem. Może to wyglą−
dać na przykład tak: po chwili od włączenia
zasilania wyczuwamy, że w układzie (zasila−
nym napięciem np. 15V) coś się nadmiernie
nagrzewa, lecz pobierany prąd nie spowodo−
wał jeszcze zadziałania ogranicznika prądu,
więc szybko naciskamy przycisk SW4, redu−
kując w ten sposób napięcie wyjściowe, co
zmniejszy moc traconą na obciążeniu. Układy
scalone IC6 i IC7 są dekoderami zamieniają−
cymi kod BCD na kod dziesiętny 1 z 10
z wyjściami typu otwarty kolektor. IC6 powo−
duje podłączanie jednej z siedmiu par rezy−
stor−potencjometr montażowy do masy, które
ustalają napięcie na wyjściu zasilacza. Rów−
nolegle z nim pracuje IC7, który wskazuje
wybrane napięcie wyjściowe poprzez świece−
nie jednej z ośmiu diod LED D2−D9.

Dziwić może sposób prowadzenia masy,

w szczególności do IC6. Ze względu na spe−
cyficzną konstrukcję miałem do wyboru
dwie możliwości: niewielką niedokładność
wbudowanego amperomierza (wskazania za−
wyżone o około 10mA) albo minimalną utra−
tę stabilizacji napięcia (wahania rzędu
0,1V w pełnym zakresie prądu). Wybrałem to
pierwsze, gdyż amperomierz i tak ma poda−
wać orientacyjną wartość prądu pobieranego.
Z tego właśnie powodu masa IC6 jest dołą−
czona do punktu Y, ponieważ napięcie w nim
jest stałe, a pośrednio do niego są podłączo−
ne rezystory ustalające napięcie na wyjściu
zasilacza. Natomiast sposób podłączenia
emitera tranzystora T1 nie ma
większego znaczenia, ze
względu na jego przewodze−
nie tylko w momencie zadzia−
łania ogranicznika prądowe−
go.

Zasilacz pomocniczy słu−

ży do zasilania aktywnego ra−
diatora, miernika prądu i na−
pięcia oraz ogranicznika prą−
du. Jego działania nie muszę
chyba tłumaczyć, gdyż jest to
typowa konstrukcja z układa−
mi IC2 7805 i IC3 78L12. Po−
za nimi jest tu jeszcze siedem
kondensatorów (C5−C10) i
mostek prostowniczy.

Montaż i uruchomienie

Zasilacz można zmontować na płytkach dru−
kowanych przedstawionych na rysunku
3a i 3b. Mniejsza płytka będzie zamontowa−
na na przedniej ściance. Przed wlutowaniem
czegokolwiek na głównej płytce należy wy−
ciąć w rogach dwa większe kwadratowe po−
la, a potem użyć jej jako szablonu do wy−
wiercenia trzech otworów pod śruby mocują−
ce. Montaż większej rozpoczynamy od wlu−
towania dziesięciu zwór. Dalej postępujemy
zgodnie z zasadami, to jest od rezystorów po−
cząwszy, przez kondensatory stałe, tranzystory,
kondensatory elektrolityczne, potencjometry

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

Kwiecień 2002

Rys. 2 Schemat ideowy

Forum Czytelników

montażowe, złącza, a kończąc na podstaw−
kach. Jako ostatnie należy wlutować elemen−
ty BR1 i C1. Jeżeli nie zależy nam na dużej
dokładności napięć programowalnych to
w miejsce rezystorów R23−R29 należy wlu−
tować zwory. Obliczenie ich wartości pozo−
stawiam czytelnikom. Podobnie jest z rezy−
storem R30, który ogranicza zakres P2 od
dołu, a nie został wlutowany w modelu.

Do układu IC2 należy przymocować kawałek
(kilka cm

) blaszki aluminiowej pełniącej ro−

lę radiatora. Złącza CON6, Z1, Z2, RT1,
punkty A i B to goldpiny. Potencjometry P1
i P2 należy dolutować na dłuższych przewo−
dach, gdyż będą montowane na płycie czoło−
wej. Małą płytkę należy wykorzystać jako
matrycę do wywiercenia otworów pod osiem
diod, trzy przyciski oraz cztery śruby M3.
Montaż jest typowy. Należy tylko zwrócić
uwagę, by diody LED były wlutowane rów−
no. Można to wykonać w prosty sposób. Wy−
starczy na początku przylutować po jednej
nóżce skrajnych diod, potem włożyć pozo−
stałe diody, odwrócić płytkę i położyć na pła−
skiej powierzchni. Następnie wlutować po
jednej nóżce pozostałych diod. Dopiero wte−
dy można wyrównać cały szereg i przyluto−
wać resztę końcówek. Punkty Z2', A', B'
i CON7 należy za pomocą przewodów połą−
czyć z odpowiednimi punktami na płytce
głównej. Polecam zastosowanie wtyczek za−
ciskanych na przewody pasujących do wty−
ków golpin. Podobnie należy postąpić z prze−
wodami termistora i wentylatora.

Rozmieszczenie podzespołów w obudowie

pokazuje rysunek 4. Ze
względu na ograniczoną
ilość miejsca należy sta−
rannie dobrać radiator.
Jest on zamontowany na
wysokości około 1,5cm
nad spodem obudowy,
gdyż biegną pod nim
przewody i ułatwia chło−
dzenie oraz montaż we−
ntylatora. Na tylnej ścian−
ce obudowy są zamonto−
wane: przełącznik SW5,
gniazdo pod bezpiecznik
FUSE i wentylator F1.
Widok przedniej ścianki
przedstawia rysunek we
wkładce. Znajdują się na
niej: potencjometry P1
i P2, mała płytka druko−
wana, zaciski laboratoryj−
ne, miernik oraz dwa
przełączniki, które umoż−
liwiają wybór mierzonej
wielkości. Polecam nastę−

pujący sposób wykonania i umieszczenia na−
klejki na przód obudowy: po skserowaniu na
papier samoprzylepny należy ją zabezpieczyć
za pomocą lakieru PLASTIK70 lub podobne−
go i wyciąć otwór pod wyświetlacze. Na filtr
nakleić odpowiednio przycięty kawałek pa−
pieru samoprzylepnego (nie lakierowanego!),
nożem z ostrym czubkiem delikatnie wyciąć
otwory i przykręcić miernik i płytkę. Oczywi−
ście, wszystkie otwory powinny być wykona−
ne wcześniej, a te pod śruby M3 powinny
umożliwić ich wpuszczenie. Dopiero teraz
można nakleić właściwą naklejkę i przykręcić
pozostałe podzespoły. Pozostaje tylko wyko−
nać w bocznych częściach pokrywy kilkadzie−
siąt otworów umożliwiających cyrkulację po−
wietrza.

Przed wstępnym testowaniem zasilacza

należy dokładnie sprawdzić poprawność
montażu. Gdy ten wypadnie pozytywnie,
można przystąpić do właściwego testowania.
Jako minimum bezpieczeństwa należy zasto−
sować żarówkę 40W po stronie sieci. Po włą−
czeniu sprawdzamy czy świeci się dioda D1,
D9 oraz czy układy scalone nie nagrzewają
się (wyjątek stanowi IC2 przy dołączonym
mierniku). Jeśli testy wypadną pozytywnie, to
przystępujemy do uruchomienia. Jeśli nie,
szukamy błędów. Uruchomienie sprowadza
się do trzech czynności: wyregulowania sied−
miu napięć programowalnych przy pomocy
woltomierza dobrej klasy i wkrętaka oraz ta−
kiego dobrania wartości R9 i R10, by napięcie
na wyjściu było stałe nawet przy skręceniu
gałki regulacji prądu w lewo − do minimum.

Ciąg dalszy na stronie 68.

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

Kwiecień 2002

Forum Czytelników

Rys. 3a Schemat montażowy

Rys. 3b Schemat montażowy

Rys. 4 Rozmieszczenie podzespołów

w obudowie

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

Kwiecień 2002

Ciąg dalszy ze strony 64.

Pomóc może tutaj jedynie omomierz i kalku−
lator. Ustawienie progu zadziałania aktywne−
go radiatora powinno być wykonane tak, by

wentylator włączał się przy temperaturze me−
talowej wkładki IC1 rzędu 90°C.

Prawidłowo wykonany zasilacz powinien

dostarczać napięć od ok. 1,5V do ok.
20V przy wydajności prądowej ponad 1A.
Powinien on, podobnie jak układ modelowy,

pracować długo i niezawodnie przez wiele
godzin, nawet w krytycznych warunkach ob−
ciążenia − przy niskim napięcie wyjściowym
i pobieranym prądzie około 1A.

Adam Robaczewski

Wykaz elementów

Rezystory

R11,,R

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..662200

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,11

Ω

//55W

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R55,,R

R88,,R

R1122,,R

R1166 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R66,,R

R2222 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R77,,R

R1111,,R

R1155,,R

R2200,,R

R2211 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

R99** .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..775500

Ω

R1100** .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6688kk

Ω

++77,,55kk

Ω

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

R1177 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R1188,,R

R1199 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600kk

Ω

R2233−R

R3300 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ppaattrrzz tteekksstt

RTT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTeerrm

miissttoorr N

NTTC

C 44,,77kk

Ω

//2200°°C

Kondensatory

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44770000

µµ

FF//4400V

C22,,C

C44,,C

C55,,C

C77,,C

C99,,C

C1111−C

C1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477

µµ

FF//4400V

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11000000

µµ

FF//2255V

C88,,C

C1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477

µµ

FF//1166V

Półprzewodniki

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D R

R 55m

D22−D

D99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D R

R 33m

TT11,,TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554477B

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M331177TT

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880055

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7788LL1122

IIC

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

µµ

A772233

IIC

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7744LLS

S119933

IIC

C66,,IIC

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7744LLS

S114455

IIC

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..C

D44009933

IIC

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M335588

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..M

Moosstteekk pprroossttoow

wnniicczzyy 33A

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..M

Moosstteekk pprroossttoow

wnniicczzyy 11,,55A

A//5500V

Pozostałe

N11−C

N44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

N55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K33

N66,,C

N77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLiissttw

waa G

Goollddppiinn 1100 zz w

wttyykkaam

mii

ZZ11,,ZZ22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..G

Goollddppiinn 22 zz w

wttyykkiieem

P11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

Pootteennccjjoom

meettrr 4477kk

Ω

//A

P22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

Pootteennccjjoom

meettrr 1100kk

Ω

//A

A ddzziieessiięęcciioooobbrroottoow

wyy

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

Pootteennccjjoom

meettrr m

moonnttaażżoow

wyy 110000kk

Ω

R22−P

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..H

Heelliittrriim

m 1100kk

Ω

W11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

Diippssw

wiittcchh 33

W22−S

W44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

µµ

ssw

wiittcchh

W55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..W

Włłąącczznniikk ssiieecciioow

wyy

FFU

SEE .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..bbeezzppiieecczznniikk sszzyybbkkii 00,,55A

Weennttyyllaattoorr 1122V

V oodd pprroocceessoorraa 448866

Pooddssttaaw

wkkii ppoodd uukkłłaaddyy ssccaalloonnee ((ppoozzaa IIC

C11))

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S4400//4477

TTR

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S66//6633

Forum Czytelników

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

Kwiecień 2002

Słowa błękitny, niebieski od stuleci są inten−
sywnie eksploatowane przez poetów. Także
w elektronice określenie niebieski budzi
żywe reakcje. Konkretnie chodzi o elementy
świecące niebieskim światłem. O ile niebie−
skie diody LED są dziś codziennością, o tyle
historia niebieskiego lasera półprzewodni−
kowego, który jest specyficzną odmianą
diody LED, jest co najmniej godna uwagi
i refleksji.

Prehistoria

Diody LED wynalezione na początku lat 60.
szybko znalazły miejsce w aparaturze elektro−
nicznej, zastępując żarówki−kontrolki. Sied−
miosegmentowe wyświetlacze LED do dziś
są bardzo popularne i nie dały się pokonać
ekonomiczniejszym wyświetlaczom LCD.

Czerwone, zielone i żółte diody LED,

zbudowane na bazie związków Arsenu (As),
galu (Ga), fosforu (P), indu (In) i glinu (Al),

towarzyszą nam od lat. Oprócz diod świecą−
cych światłem widzialnym wykorzystujemy
powszechnie także diody świecące w pod−
czerwieni. W odtwarzaczach płyt kompakto−
wych pracują podczerwone lasery. Półprze−
wodnikowe lasery czerwone stosowane są
w odtwarzaczach DVD oraz w popularnych
wskaźnikach laserowych.

Inaczej jest z diodami świecącymi w ko−

lorze niebieskim. Wprawdzie pierwsze nie−
bieskie diody LED zbudowane w oparciu
o węglik krzemu (SiC) powstały dość dawno,
jednak przez lata nie miały one praktycznego
zastosowania ze względu na małą sprawność,
a tym samym zbyt małą jasność.

Tymczasem w dobie szybkiego postępu

technicznego niebieskie diody o parametrach
porównywalnych z dobrymi diodami czer−
wonymi i zielonymi były bardzo pożądane.
Umożliwiłyby powstanie nie tylko diod
świecących białym światłem (które uzyskuje

się ze zmieszania światła w kolorach czerwo−
nym, zielonym i niebieskim), ale też nowych
kolorowych wyświetlaczy RGB na bazie
struktur LED.

Obecnie białe diody LED znajdują coraz

szersze zastosowanie, a pełnokolorowe wy−
świetlacze LED są obecne na ulicach w tabli−
cach reklamowych i najprawdziwszych kolo−
rowych ekranach wielkiego formatu.

Coraz częściej mówi się o wykorzystaniu

diod LED do oświetlenia w miejsce żarówek.
Duże osiągnięcia w tym zakresie mają Osram
(Siemens), Philips czy General Electric.

Ostatnie dwa, trzy lata upłynęły pod zna−

kiem gwałtownie rosnącej popularności nie−
bieskich diod LED (w tym diod białych). Nie
da się tego powiedzieć o niebieskich diodach
laserowych, o których mówi się bardzo gło−
śno od dziesięciu lat.

Z niebieskimi diodami laserowymi wiążą

się ogromne nadzieje. Jak zwykle chodzi

dodatek

miesięcznika

O tym się mówi

a g a z y n

l e k t r o n i k i

ż y t k o w e j

łł

O tym się mówi

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

Kwiecień 2002

o pieniądze i to o duże pieniądze. Niebieski
laser półprzewodnikowy umożliwia kilka−
krotne zwiększenie pojemności dysków
optycznych, otwiera nowe perspektywy
i stwarza rynek wartości miliardów dolarów.

Popularne płyty CD o pojemności do

700MB są odczytywane przez lasery pod−
czerwone o długości fali światła 780nm
(0,78 mikrometra). W odtwarzaczach DVD
pracują lasery czerwone o długości fali
635...650nm, co pozwoliło zwiększyć pojem−
ność płyty do 4,7GB. Ocenia się, że laser
niebieski o długości fali 400...460nm pozwo−
li zwiększyć pojemność jednej strony (war−
stwy) płyty nawet do 15GB. Przy obecnych
sposobach kodowania pojemność 15GB wy−
starczy do zapisania dwóch godzin filmu
o jakości HDTV, sześciu godzin przy „stan−
dardowej” jakości telewizyjnej i do 20 go−
dzin w trybie ekonomicznym. Najwięksi po−
tentaci (m.in. Sony, Pioneer, Matsushita) pra−
cują nad propozycjami standardu DVD na−
stępnej generacji.

Pierwsze bardzo niedoskonałe niebieskie

lasery półprzewodnikowe powstały na po−
czątku lat 90. Upłynęło dziesięciolecie. Nie
sprawdziły się prognozy głoszące, iż niebie−
skie lasery będą komercyjnie wykorzystywa−
ne najpóźniej w roku 2000, a nawet dwa czy
trzy lata wcześniej. Mamy rok 2002 i nadal
niebieskie lasery nie znalazły zastosowania
w sprzęcie powszechnego użytku. Trudności
technologiczne wcale nie są najważniejszą
przeszkodą.

I tu zaczyna się historia tytułowej „błękit−

nej” afery i gorączkowego „niebieskiego”
wyścigu.

Błękitny wyścig

Niebieskie diody LED z węglika krzemu
(SiC) powstały dość wcześnie, ale miały nad
wyraz mizerne parametry, wysoką cenę
i praktycznie nie nadawały się do żadnych
poważniejszych zastosowań. Z drugiej strony
wspaniałe perspektywy otwierające się przed
twórcami niebieskiego lasera i właścicielami
związanych z tym patentów wzmagały presję
wywieraną na badaczy i konstruktorów. Ba−
dania prowadzono w licznych firmach i na
uczelniach. Wiadomo było, że w grę wcho−
dzą trzy główne materiały: znany i stosowa−
ny wcześniej węglik krzemu (SiC), selenek
cynku (ZnSe) oraz azotek galu (GaN)

Choć diody LED oparte na węgliku krze−

mu znane były od lat, jednak związek ten nie
posłużył jako kluczowy materiał przy kon−
strukcji niebieskiego lasera. Uwaga badaczy
skierowana była na selenek cynku i inne
związki z grup II−VI tablicy Mendelejewa.
Azotek galu zapowiadał się znacznie mniej
korzystnie. Wprawdzie już w 1969 w labora−
toriach RCA w Princenton wytworzono cien−
kie warstwy krystalicznego azotku galu, jed−
nak na następny, decydujący krok trzeba by−
ło czekać ponad 20 lat.

I oto w listopadzie roku 1993 nieznany ni−

komu Japończyk Shuji Nakamura, pracujący
w japońskiej firmie Nichia Chemical Indu−
stries Limited, zadziwił świat, zawiadamiając
o skonstruowaniu
wyjątkowo jasno
świecącej niebie−
skiej diody LED
(o światłości 1
kandeli), a nie−
wiele później za−
wiadomił o stwo−
rzeniu niebiesko
świecącego lasera.

Cztery

lata

wcześniej założyciel i szef Nichia Corp., No−
buo Ogawa zaryzykował, zaufał młodemu
człowiekowi i wyłożył ponad 3 miliony dola−
rów na jego badania − sumę zaskakująco wy−
soką, w porównaniu z obrotami i zyskami
swej niezbyt dużej firmy.

Historia wynalazku Nakamury, pracujące−

go samotnie w nieznanej firmie, bez wsparcia
wielkich koncernów i uniwersytetów, jest jak
na obecne czasy, zadziwiająca. Wydawałoby
się, że w wyścigu o ogromne zyski, jeden
człowiek nie posiadający większego do−
świadczenia sromotnie przegra z gigantami
dysponującymi niemal nieograniczonymi
funduszami. Zdziwienie, a właściwie kon−
sternacja, „ortodoksyjnego” środowiska były
tym większe, że Nichia była firmą produku−
jącą... luminofor do świetlówek, a Nakamu−
ra, „pogromca natury i następca Edisona”,
jak go później nazywano, był w kręgach na−
ukowych zupełnie nieznany. W tym czasie
nie posiadał nawet godnego uwagi stopnia
naukowego (w roku 1989 ukończył uniwer−

sytet w japońskim mieście Tokushima, a ty−
tuł doktora uzyskał dopiero w 1994).

I oto w roku 1995 Nakamura ogłosił po−

wstanie jasno świecącej białej diody LED,
zawierającej kolorowe struktury, w tym nie−
bieską, a także niebieskiego lasera pracujące−
go impulsowo przez kilkadziesiąt godzin.
Był to ogromny sukces. Nakamura o kilka lat
wyprzedził konkurencję! Wprawdzie już
wcześniej ogłaszano stworzenie niebieskich
diod laserowych (np. firma 3M w roku
1991), jednak lasery te oparte na pierwiast−
kach z grup II−VI były wyjątkowo nietrwałe.

Nakamura poszedł inną drogą. Zbudował

niebieski laser i diody z azotku galu (GaN).
W jednym z wywiadów stwierdził, że jedy−
nym powodem, dla którego zajął się właśnie
azotkiem galu był brak konkurencji. Miał tu
przykre doświadczenia, bowiem wcześniej,
w ciągu dziesięciu lat pracy opracował nowe
metody produkcji kryształów GaP, GaAs,
warstw epitaksjalnych GaAlAs i diod pod−
czerwonych GaAlAs. Przegrał jednak walkę
konkurencyjną z takimi gigantami jak Toshi−
ba, Matsushita, Stanley, Rohm, Sharp i Sa−
nyo, które w tym czasie osiągnęły podobne
rezultaty.

Po tym niepowodzeniu, w roku 1989, za

cel postawił sobie stworzenie niebieskiego
lasera półprzewodnikowego. Zadanie było
wprawdzie bardzo trudne, ale Nakamura
miał za sobą dziesięć lat doświadczeń z ma−
teriałami do produkcji diod świecących.
Chcąc uniknąć nierównej walki konkurencyj−
nej poszedł własną drogą − postawił na mate−
riał, którym praktycznie nie interesowała się
konkurencja − na azotek galu (GaN). Prak−
tycznie cała ówczesna konkurencja (m.in.
3M, Purdue, North Carolina State Universi−
ty) skoncentrowała bowiem uwagę na selen−
ku cynku (ZnSe).

Problemy techniczne

Podstawą elementów półprzewodnikowych,
w tym diod LED i laserów są kryształy. Ma−
leńką krystaliczną strukturę czynną lasera
trzeba zbudować na jakimś podłożu. Podło−
żem tym też jest kryształ. Najlepiej jest, gdy
struktura czynna wykonana jest z tego same−
go materiału, co podłoże, jak to jest na przy−
kład w klasycznych elementach krzemo−
wych, gdzie struktury wytwarzane są na po−
wierzchni płytki krzemowej. Nie zawsze jest
to możliwe. W czasie, gdy Nakamura ekspe−
rymentował z azotkiem galu nie było odpo−
wiednich płytek z azotku galu. Trzeba było
nanosić struktury czynne mikronowej grubo−
ści na „obce” podłoże.

I tu pojawia się istotny problem, dotyczą−

cy, najprościej biorąc, rozmiarów siatek kry−
stalicznych azotku galu i podłoża. Wielkość
modułu siatki krystalicznej powinna być
identyczna. Jakakolwiek różnica powoduje
jednak defekty (dyslokacje) podczas procesu
epitaksjalnego nakładania warstw GaN,
a w konsekwencji zmniejsza moc wyjściową
i skraca żywotność struktury lasera.

Pierwsze lasery z azotku galu powstały

na podłożu szafirowym (Al

), przy czym

grubość czynnej struktury wynosiła kilka
mikrometrów. Różnica rozmiarów (stałych)
siatki krystalicznej szafiru i azotku galu
wynosi 13,5%, co stwarza duże trudności
technologiczne. Aby przy korzystaniu
z podłoża szafirowego, jedynego dostępne−
go w tamtym czasie, opanować wspomnia−
ne problemy, Nakamura opracował nową
metodę nakładania warstw GaN, zwaną

MOCVD (metallo−organic chemical vapor
deposition).

Próbowano też wytworzyć laser GaN na

węgliku krzemu i na krzemie. Dopiero
w październiku roku 2001 amerykańska fir−
ma TDI ogłosiła, że potrafi wykonać płytki
z czystego GaN (o średnicy 35mm), które
stanowią doskonałe podłoże dla niebieskich
diod LED i laserów.

Dużo łatwiej jest ze wspominanymi „kon−

kurencyjnymi” materiałami grup II−VI, gdzie
przy wykorzystaniu jako podłoża arsenku ga−
lu (GaAs), różnica wymiarów siatek krysta−
licznych jest bliska zeru. Stąd zainteresowa−
nie selenkiem cynku, który pozwalał we
względnie prosty sposób wytworzyć niebie−
sko świecące struktury laserowe. Niestety,
ogromną wadą była szybka degradacja struk−
tur, co od początku wręcz przekreślało
nadzieje na wytworzenie laserów ZnSe do
zastosowań komercyjnych

Właśnie trwałość wszelkich niebieskich

laserów była kolejnym ogromnym wyzwa−
niem dla konstruktorów. Jednym z najistot−
niejszych problemów były trudności z uzy−
skaniem dobrego kontaktu omowego wypro−
wadzeń, co wynika z małej koncentracji no−
śników w warstwie o przewodnictwie p. Mię−
dzy innymi dlatego pierwsze lasery niebieskie
pracowały przy napięciu zasilania rzędu
20...40V, a gęstość prądu wymagana do po−
wstania zjawiska laserowego była bardzo du−
ża (40...100A/mm

), co mimo małych wymia−

rów struktury wymuszało konieczność pracy
przy dużych prądach roboczych, rzędu 1A.
Tamczasem lasery te wytwarzały promienio−
wanie o mocy optycznej rzędu pojedynczych
miliwatów. Oznaczało to, że w czasie pracy
w znikomo małej strukturze lasera wydziela
się kilkadziesiąt watów mocy strat w postaci
ciepła. Właśnie dlatego pierwsze niebieskie
lasery w ogóle nie mogły pracować w trybie
ciągłym, a jedynie mogły wytwarzać krótkie,
mikrosekundowe impulsy. Nawet przy takiej
przerywanej pracy impulsowej zachodziły
szkodliwe procesy i następowała bardzo
szybka degradacja struktury czynnej i w re−
zultacie trwałość była żałośnie mała.

Kolejne ulepszenia umożliwiły zbudowa−

nie lasera pracującego ciągle, ale musiał on
być intensywnie chłodzony w sposób wymu−
szony. Nadal ogromnym problemem była też
znikoma trwałość, wynosząca najpierw kilka,
potem kilkadziesiąt godzin. Zbudowanie ta−
kich elementów było połowicznym sukce−
sem, ponieważ uzyskana moc, nie przekra−
czająca 5mW oraz konieczność intensywne−
go chłodzenia przekreślały możliwość wyko−
rzystania w popularnym sprzęcie. W nagry−
warkach i odtwarzaczach płyt następnej ge−
neracji potrzebne są niebieskie lasery o mocy
20...40mW przeznaczone do pracy ciągłej
i mające trwałość liczoną w tysiącach i dzie−
siątkach tysięcy godzin.

Przeszkody

I takie lasery już istnieją! Nie są jednak ani
popularne, ani tanie. Oto niektóre przyczyny:

W roku 1999 Nakamura zaczął pracować

w amerykańskiej firmie Cree Inc. jako dorad−
ca w zakresie „niebieskiej” optoelektroniki.
Potem dopomógł znanej japońskiej firmie
ROHM wypuścić na rynek szereg nowych
produktów.

W międzyczasie Nichia uzyskała kilkaset

patentów związanych z niebieskim laserem
GaN, dotyczących różnych etapów produk−
cji. Oskarżyła ROHM o naruszenie patentu
na niebieski laser, a Nakamurę o zdradę se−
kretów firmy.

Nakamura odwzajemnił się pozwem do

sądu o odpowiednie wynagrodzenie za swój
wynalazek (Nichia wyłożyła wprawdzie duże
sumy na badania, ale on sam oprócz pensji,
podobno nic nie zyskał; mówi się o 200 (!)
dolarach gratyfikacji). Nichia skierowała do
sądu także inne pozwy, między innymi prze−
ciw niemieckiej firmie OSRAM, nie doty−
czące jednak najważniejszych patentów na
niebieski laser GaN.

Na marginesie warto dodać, iż OSRAM

ogłasza się pierwszym europejskim twórcą
niebieskiego lasera do pracy ciagłej. Projekt
wspierany przez rząd, przy współpracy z kil−
koma uczelniami, w tym ze słynnym Fraun−
hofer Institute, zaowocował najpierw lase−
rem impulsowym (1999), potem do pracy
ciągłej z wymuszonym chłodzeniem (styczeń
2001), obecnie laserem do pracy ciągłej
(InGaN) nie wymagającym dodatkowego
chłodzenia. Trzeba jednak znacznie zwięk−
szyć trwałość tak opracowanego elementu.

O tym się mówi

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

Kwiecień 2002

O tym się mówi

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

Kwiecień 2002

Niebieskie lasery GaN zaprezentowała także
wspomniana firma Cree.

Z kolei koncern Matsushita chciał pójść

zupełnie inną drogą. Ma nadzieję na tak zwa−
ny SHG−laser, gdzie SHG to second harmo−
nics generation, czyli wytwarzanie drugiej
harmonicznej. Niebieskie światło o długości
fali około 400nm otrzymuje się tu przez
podwojenie częstotliwości promieniowania
podczerwonego o długości fali około 800nm.
Chodzi o podwojenie częstotliwości z, baga−
tela 375 teraherców, do 700 teraherców, co
wykonywane jest z wykorzystaniem odpo−
wiedniego falowodu.

Sony i NEC zaprezentowały jesienią lase−

ry nadające się do celów komercyjnych,
o mocy 30mW i spodziewanej trwałości
15000 godzin.

Także polskie ośrodki naukowe mają zna−

czące sukcesy w dziedzinie „niebieskiej
optoelektroniki” − Shuji Nakamura wykonał
jeden ze swych laserów na podłożu z polskie−
go kryształu GaN, a uzyskane parametry by−
ły znacznie lepsze od innych wykonanych
wcześniej na innych podłożach.

W laboratoriach firm i na uczelniach trwa

gorączkowy wyścig, mający na celu obejście
istniejących patentów, ale jak na razie tak na−
prawdę tylko Nichia dysponuje laserem
nadającym się do komercyjnego wykorzysta−
nia. Kilkaset patentów, których właścicielem
jest Nichia, wysokie, wręcz zaporowe ceny
laserów tej firmy oraz procesy sądowe są do−
datkową poważna barierą w upowszechnie−
niu niebieskich laserów i płyt DVD następnej
generacji. Znacząca kwestią jest też fakt, że
Nichia jest nieustępliwym monopolistą, nie

udziela licencji, więc nie ma możliwości za−
kupu równoważnych laserów z innego
źródła. Brak tego second source też mocno
zniechęca przyszłych wytwórców sprzętu.
Odpowiedni niebieski laser jest więc na ryn−
ku, ale nawet tacy znakomici producenci, jak
Sony i Philips, wstrzymują się z ich wykorzy−
staniem. Przedstawiciel Philipsa otwarcie
stwierdził, że jego firma na razie nie zamierza
wprowadzać na rynek produktów wykorzy−
stujących niebieski laser półprzewodnikowy.

Dalszy postęp i upowszechnienie oma−

wianego głównego bohatera, niebieskiego la−
sera, zależy teraz od znalezienia odmiennych
rozwiązań, nie objętych istniejącymi patenta−
mi. Wielkie nadzieje obudziła informacja
wspomnianej już, niewielkiej firmy TDI z Da−
koty, która ma sposób na wytwarzanie płytek
podłożowych z GaN i szuka partnerów, którzy
umożliwią podjęcie masowej produkcji.

Należy się spodziewać, że najbliższe mie−

siące przyniosą doniesienia o kolejnych istot−
nych osiągnięciach łamiących dotychczaso−
wy monopol.

(red)

P.S. Już po napisaniu artykułu, w styczniu

2002, zaprezentowano niebieski laser całkowi−

cie polskiej produkcji, powstały w długofalo−
wym programie rządowym „Rozwój niebie−
skiej optoelektroniki”. Długość fali światła wy−
nosi 425nm. Laser ten został opracowany przez
30−osobowy zespół polskich naukowców pod
kierunkiem prof. Sylwestra Porowskiego
z Centrum Badań Wysokociśnieniowych Pol−
skiej Akademii Nauk. Nieprzypadkowo poja−
wia się nazwa Centrum Badań Wysokociśnie−
niowych, ponieważ laser zbudowano na bazie
monokryształów azotku galu (GaN), wytwa−
rzanych w warunkach bardzo wysokich ci−
śnień, porównywalnych z ciśnieniami stosowa−
nymi przy produkcji sztucznych diamentów.

Polscy naukowcy mają duże osiągnięcia

w dziedzinie niebieskiej optoelektroniki. Mają
też licznych konkurentów. Każdy miesiąc przy−
nosi nowe informacje w tej dziedzinie. Oprócz
bardzo obiecujących metod wytwarzania mo−
nokryształów azotku galu i budowania lasera
na tym „naturalnym” podłożu, wciąż podejmo−
wane są próby wykorzystania innego podłoża.
Oprócz wykorzystywanego od dawna szafiru,
ostatnio coraz więcej mówi się o nakładaniu
warstw czynnych GaN na jeszcze inne podłoża,
na przykład na zwykły krzem. Początek dała
Motorola, nakładając na krzem arsenek galu
(GaAs) z wykorzystaniem warstwy pośredni−
czącej, pozwalającej w pewien sposób wyrów−
nać różnice rozmiarów siatki krystalicznej.
Ostatnio taki pomysł wykorzystano do nałoze−
nia azotku galu na krzem (www.nitronex.com).

Pomimo ogromnej konkurencji i licznych

wysiłków wielu badaczy, nadal nie przedsta−
wiono niebieskiego lasera o parametrach
i cenie odpowiednich dla sprzętu powszech−
nego użytku. Nadal czekamy na przełom.

Document Outline

76_08
76_10
76_13
76_18
76_21
76_25
76_26
76_28
76_30
76_33
76_39
76_47
76_50
76_52
76_55
76_56
76_58
76_60
76_62
76_65

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
EdW 01 2002
EdW 04 2003
ei 04 2002 s 56 58
EdW 10 2002
ei 04 2002 s 28 29
ei 04 2002 s 42 43
ei 04 2002 s 21 23
ei 04 2002 s 72
EdW 02 2002
ei 04 2002 s 75
ei 04 2002 s 61 68
EdW 06 2002
ei 04 2002 s 59 60
ei 04 2002 s 15
EdW 11 2002
ei 04 2002 s 36 37
ei 04 2002 s 50 51
EdW 12 2002

więcej podobnych podstron

EdW 04 2002

Document Outline