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

Styczeń 2002

Poczta

W rubryce „Poczta” zamieszczamy fragmenty Wa−
szych listów oraz nasze odpowiedzi na pytania i pro−
pozycje. Elektronika dla Wszystkich to nasze wspól−
ne pismo i przez tę rubrykę chcemy zapewnić jak
najbardziej żywy kontakt redakcji z Czytelnikami.
Prosimy o listy z oczekiwaniami w stosunku do nas,
z propozycjami tematów do opracowania, ze swoimi
problemami i pytaniami. Postaramy się w miarę
możliwości spełnić Wasze oczekiwania. Specjalną

częścią „Poczty” jest kącik tropicieli chochlika dru−
karskiego „Errare humanum est”. Wśród Czytelni−
ków, którzy nadeślą przykłady błędów, będą co mie−
siąc losowane nagrody w postaci kitów z serii AVT−
2000. Piszcie więc do nas, bardzo cenimy Wasze li−
sty, choć nie na wszystkie możemy szczegółowo od−
powiedzieć. Jest to nasza wspólna rubryka, dlatego
będziemy się do Was zwracać po imieniu, bez wzglę−
du na wiek.

Pozdrawiamy: Grzegorza Maczugę z Bielska−Białej, Michała Sta−
cha z Kamionki Małej, Jana Peterewicza z Chojnic, Jana Dulia−
na, Karola Dziobka, Cezarego Nowackiego, Pawła Pisko, Łuka−
sza Porwika, Grzegorza Koniecznego, Remigiusza Pratnickiego,
Roberta Kilijańskiego z Dźwierzut, Tadeusza Turka z Kańczugi,
Ewę Szymańską z Warszawy, Krzysztofa Łukaszyka, Jacka Bo−
sackiego ze Szczecina, Bogdana Bieńka z Tarnowa, Janusza Wa−
lusia, Łukasza Mroszczaka, Sebastiana Lipińskiego, Piotra Ro−
mysza, Jarka Słupskiego, Dominika Rosińskiego z Poznania, Ma−
riusza Sołtysa, Rafała Soczawę z Olkusza, Andrzeja Szmigla,
Marka Płuciennika, Michała Turko, Sylwestra Pardyke, Grzego−
rza Kanie, Dominika Balcerzaka, Tomasza Wygonowskiego, Mi−
chała Waleckiego, Małgorzatę Kalisz ze Świdnicy i Sylwię Bereda
z Legionowa.

Uwagi do rubryki Errare humanum est z EdW 10/2001 przysłali
ostatnio: Marcin Kotowicz z Bolechowa, Damian Wlaźlak z Pa−
jęczna, Stefan Otulak ze Szczecina, Paweł Broda z Rzeszowa, Łu−
kasz Plesiak z Jarocina, Krzysztof Gedroyć ze Stanisławowa.

Nagrody otrzymują: Damian Wlaźlak i Stefan Otulak.

Bardzo interesujący program przesłał do nas Dariusz Drelicharz
z Przemyśla. Przedstawiony na rysunku WinAssistant − to napisany
w Delphi program pomocny do projektowania układów zawierają−
cych generatory monostabilne i astabilne (przy czym obliczenia doty−
czące generatora z bramką Schmitta są jedynie orientacyjne ze wzglę−
du na duży rozrzut napięć progowych).

Okno główne programu zawiera sześć zakładek, przy pomocy

których łatwo można obliczyć potrzebną wartość częstotliwości, cza−
su lub wartości elementów. Okno „Tablice” zawiera tablice ciągów
wartości elementów RC oraz przykłady przeliczonych przedrostków.
Okno „Kalkulator” pozwala dokonać dodatkowych obliczeń np.:
− częstotliwości lub okresu dla układu 4541, w zależności od wybra−
nego za pomocą wejść programujących A i B stopnia podziału,
− częstotliwości poszczególnych stopni podziału dla licznika 4060,
− rezystancji równoległej oraz pojemności szeregowej.

Program można ściągnąć z

naszej strony internetowej

www.edw.com.pl\library\pliki\winassistant.zip. W nagrodę Dariusz
otrzymuje od nas upominek.

Szanowna redakcjo,
Pragnę Wam podziękować za pracę nad pismem, które niewątpli−

wie pomaga wielu elektronikom (hobbystom). Bardzo podoba się mi
to, że na łamach EdW zamieszczacie wiele schematów i przydatnych
informacji. W zasadzie pismo EdW kupiłem w tym miesiącu po raz
pierwszy i już z utęsknieniem czekam na grudniowy numer. Dotych−
czas schematów szukałem w literaturze, którą mam po dziadku lub
w Internecie, ale zazwyczaj nic z tego nie wychodziło z różnych powo−
dów. I nagle, wstąpiłem do kiosku i przez przypadek poprosiłem o ja−
kieś pismo na temat elektroniki. Pani pracująca w kiosku odpowie−
działa: „Elektronika dla Wszystkich”. Ja na to: „niech będzie”. Za−
szedłem na przystanek (bo wracałem ze szkoły) i tam zacząłem czytać.
Tak mnie wciągnęło, że przegapiłem autobus „51”, którym jeżdżę do
szkoły. W domu również nie mogłem się od EdW oderwać.

Wasze pismo jest the BEST.
Moja przygoda z elektroniką

zaczęła się rok temu, kiedy to
dowiedziałem się, że istnieją
kity. Było to dla mnie zbawie−
niem. W sumie techniką i elek−
tryką bawiłem się od... odkąd
tylko pamiętam, ale to już inna
historia. Pierwszym kitem, jaki
zakupiłem, był mikrofon bez−
przewodowy. Niestety, coś ze−
psułem i miał bardzo mały za−
sięg (1m). Kolejny kit dostałem
od kolegi. I też nic z tego nie
wyszło, bo zepsułem trymetr.
Po za tym nie umiałem i nadal
nie umiem odczytywać kodów

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

Styczeń 2002

EdW 1/2002 Lista osób nagrodzonych

Bartek Basiuk, Lublin
Piotr Bechcicki, Sochaczew
Roman Biadalski, Zielona Góra
Mariusz Chilmon, Augustów
Dariusz Drelicharz, Przemyśl
Barbara Gawlikowska, Marki
Adam Gawron, Zakroczym
Marek Hajduczenia, Białystok,
Tomasz Jakubowski, Międzyzdroje

Robert Jaworowski, Augustów
Krzysztof Jurczyk, Warszawa
Marcin Kartowicz, Bolechowo
Dariusz Knull, Zabrze
Michał Koziak, Sosnowiec
Krzysztof Kunka, Giżycko
Piotr Kuśmierczuk, Gościno
Janusz Lipczak, Otwock
Marian Ossowski, Warszawa
Stefan Otulak, Szczecin
Tomasz Pacholczyk, Jabłonna

Marcin Rekowski, Brusy
Sylwia Romanowska, Lubin
Bartek Rymarczyk, Limanowa
Marek Sawicki, Złotowo
Michał Stach, Kamionka Mała
Agnieszka Stachura, Wrocław
Rafał Stępień, Rudy
Szymon Stępniewski, Pakość
Artur Szmyrek, Poznań
Krzysztof Ślepowroński, Warszawa
Wojciech Śliżewski, Suwałki

Arkadiusz Tomczyk, Kraków
Grzegorz Trzebiński, Opole
Marcin Wiązania, Gacki
Damian Wlaźlak, Pajęczno
Piotr Wójtowicz, Wólka Bodzechowska
Piotr Dłubisz, Wieluń
Maciej Wac, Kotorów
Marcin Kacprowicz, Moków
Łukasz Łubek, Skarżysko−Kam.
Bartosz Bęben, Wrocław
Dariusz Stanaszek, Maków Dolny

rezystorów, choć teraz to już nie problem, bo
zaopatrzyłem się w amatorski multimetr.
Mam inne zmartwienie − kosmiczne oznacze−
nia na kondensatorach. Mimo to, licząc na
łut szczęścia, postanowiłem zmontować cen−
tralkę alarmową. I po drobnych problemach
(spaleniu układu scalonego) DZIAŁA.

Pozdrawiam i dziękuję

Sławek Idaszak, Poznań

Witam pięknie!
Daruję sobie wstępy typu – jesteście

wspaniali. Tak jest i oby tak dalej. W EdW
10/2001 napisaliście o stopie Wooda. Wszyst−
ko OK., brakuje tylko wzmianki, że wyroby
z tego stopu nie mogą kontaktować się z żyw−
nością. Z uwagi na obecność metali ciężkich,
choćby kadmu czy ołowiu, zjedzenie czegoś
z domieszką w/w stopu może skończyć się
mało sympatycznie. Z tego powodu, po

podłożeniu łyżeczki do herbaty wykonanej
z tego materiału (stary kawał) i obśmianiu
pechowca lepiej podać nową herbatę. To tyle
na ten temat, tak w kwestii formalnej. Podob−
no (tak pisaliście) zamierzacie uruchomić
kurs VISUAL BASIC−a. Jeśli to prawda to su−
per. Mam tylko nadzieję, że będzie prowadzo−
ny mniej chaotycznie niż kurs BASCOM−a,
z podaniem podstaw składni, omówieniem
działania rozkazów itp. Korzystałem z kursu
BASCOM−a i odniosłem wrażenie jakby pro−
wadzący uczył się równo razem z uczniami,
a nie wyprzedzał towarzystwo, jak przystało
na porządnego belfra. Trochę się czepiam,
ale brakło mi w kursie informacji np.
o odmiennym sposobie zapętlania progra−
mów bliższym chyba programowaniu obiek−
towemu niż klasycznemu BASIC−owi. Oczy−
wiście uczeń powinien wykazać pewną ak−
tywność i operatywność, ale o rzeczach pod−

stawowych trzeba mu powiedzieć, dalej niech
radzi sobie sam. (...)

Pozdrawiam, Mariusz M. Hejto

Szanowna Redakcjo!

Na wstępie serdeczne pozdrowienia dla ca−

łej redakcji EdW. Jestem zawsze pełen podziwu
dla pomysłowości projektów zawartych w pi−
śmie. Niejednokrotnie bywało tak, że biorąc
nowy numer do ręki zastanawiałem się – „Co
oni mogą jeszcze wymyślić?”. I wystarczyło
parę chwil przeglądania, by stwierdzić, że
znów coś genialnego. Nie chodzi bynajmniej
o „Genialne schematy”. Bardzo interesująco
zapowiada się kurs BASCOM−AVR. Mikrokon−
trolerki z tej rodziny szybko stają się popular−
ne, a ich zalety i duże podobieństwo do 8051
zapowiada powodzenie wśród amatorów.

Z poważaniem

Michał Stach

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

Styczeń 2002

Czy istnieje sposób na możliwie tanie podłączenie kamery
do komputera PC?

Kamery komputerowe dołączane są zwykle przez łącze USB. Czytel−
nikowi zapewne chodzi jednak o klasyczną wideokamerę analogową
standardu VHS lub Video8. Kamera taka daje sygnał analogowy i że−
by ją podłączyć do komputera, potrzebna jest karta komputerowa,
przeznaczona do tego właśnie celu. Obecnie dostępnych jest wiele ro−
dzajów takich kart. Część z nich sprzedawana jest w pakietach wraz
z programem do obróbki filmów. W każdym przypadku oznacza to
wydatek przynajmniej kilkuset złotych. Potem jednak można film
z kamery czy magnetowidu zapisywać na dysk twardy komputera lub
po skompresowaniu, na płytę CD.

Słyszałem, że można zmienić charakterystykę potencjome−
tru liniowego na logarytmiczny przez dodanie jednego re−
zystora. Jaki to ma być rezystor i jak go włączyć?

Dodanie jednego rezystora może radykalnie zmienić charakterystykę po−
tencjometru liniowego. Załączony rysunek pokazuje trzy możliwości
włączenia rezystora(ów). Na osi pionowej zaznaczono stosunek napięcia
wyjściowego do wejściowego, czyli tłumienie. Przesunięcie suwaka
równe 0% odpowiada „dolnemu” położeniu na rysunku, przesunięcie
100% − to „górne” położenie suwaka. Poszczególne krzywe pokazują
charakterystyki przy różnym stosunku rezystancji potencjometru i dodane−
go rezystora. Prosta przy stosunku równym zeru oznacza, że rezystor R ma
nieskończoną wartość, czyli go... nie ma – jest to oryginalna charakte−
rystyka potencjometru. Jak widać, uzyskanie charakterystyki zbliżonej

do wykładniczej lub logarytmicznej uzyskuje się przy wartości rezy−
stora dużo mniejszej, niż rezystancja potencjometru.

Jak zwiększyć zasięg jednotranzystorowego nadajnika
FM? Zbudowałem taki nadajnik, ale ma zasięg do 20m.
Ja potrzebują zasięg minimum 500m.

Odpowiedź teoretyczna jest prosta: należy zwiększyć moc. W praktyce
nie jest to łatwe. Na pewno nie uda się to w prościutkim układzie jedno−
tranzystorowym (nawet reklamowane w prasie i w Internecie jednotran−
zystorowe nadajniki FM z reguły nie mają obiecywanych parametrów).
Trzeba zastosować rozbudowany układ. W takich bardziej złożonych
układach trzeba uwzględnić dodatkowe czynniki, takie jako dopasowa−
nie między stopniami i dopasowanie do anteny. Są to zagadnienia trud−
ne, na pewno początkujący, młody Czytelnik nie da sobie z nimi rady.

Redakcja EdW niechętnie zajmuje się takimi tematami z innego

względu – zwiększenie mocy nadawania w „zakresie FM” oznacza
złamanie obowiązującego prawa, ryzyko namierzenia przez odpowie−
dnie służby kontrolne i dotkliwej kary.

Młodego Czytelnika zachęcamy, by zainteresował się krótkofalar−

stwem, zdobył doświadczenie i licencję, a wtedy będzie mógł zreali−
zować wspomniane potrzeby.

Co to za baterie typu M, S, L, XL?

Od pewnego czasu spotyka się to niecodzienne oznaczanie baterii. Zasada
jest podobna, jak przy popularnych koszulkach T−shirt, gdzie mamy wy−
miary S (Standard, lub Small), M (Medium), L (Large) XL (eXtraLarge)...

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

Styczeń 2002

W odniesieniu do baterii oznacza to zazwyczaj:
S – bateria R03, inaczej AAA, Micro, UM4,
M – typowe R6, inaczej AA, Mignon, UM3,
L – R14, inaczej C, Baby UM2,
XL – R20 inaczej D Mono, UM1.

Dla informacji można nadmienić, że mało popularna bateria R1

o średnicy 12mm i długości 29mm oznaczana jest też N, Lady, UM5
– w oznaczeniach „koszulkowych” nie ma ona odpowiednika litero−
wego. Podobnie popularna 9−woltowa bateria 6F22 oznaczana też
1604, Block, 006.

Dlaczego niektóre filtry p.cz. mają na uzwojeniu wtórnym
tylko 1 zwój. Jak zachowa się radio po zwiększeniu ilości
zwojów, np. do 4...5?

Na pierwszy rzut oka jeden zwój w uzwojeniu wygląda dziwnie,
a zwiększenie liczby zwojów wydaje się korzystne ze względu na
większy poziom sygnału. Zwiększenie liczby zwojów rzeczywiście
zwiększy poziom sygnału i wszystko byłoby dobrze, gdyby zawsze
następny stopień miał bardzo dużą rezystancję wejściową. Często się
jednak zdarza, że następny stopień wzmacniacza czy kolejny filtr (LC
lub ceramiczny) ma niewielką oporność wejściową. Dołączenie tej
niewielkiej oporności do wyjścia filtru p.cz. spowodowałoby jego
stłumienie, zmniejszenie dobroci i niedopuszczalne zwiększenie pa−
sma. Liczba zwojów jest więc związana z opornościami stopni,
współpracujących z filtrem z jego obu stron. Jest to zagadnienie dość
złożone – w pierwszym przybliżeniu taki filtr można traktować jako
transformator, który jak wiadomo, transformuje także rezystancje:
źródła sygnału i obciążenia. Odpowiednia liczba zwojów powoduje

dopasowanie obydwu rezystancji, zapewniając małe straty i odpowie−
dnią dobroć filtru.

Jak podłączyć multimetr cyfrowy przy pomiarach często−
tliwości, np. p.cz AM w obwodach heterodyn/oscylatorów
AM a także w torze FM?

Niektóre multimetry mają dodatkową funkcję pomiaru częstotliwości.
W tanich przyrządach realizowane jest to przez zastosowanie prze−
twornika częstotliwość/napięcie, a uzyskana dokładność jest rzędu
2...5%, czyli żałośnie mała, jak na miernik częstotliwości. Tylko droż−
sze mierniki uniwersalne mają możliwość bezpośredniego zliczania −
wtedy dokładność pomiaru częstotliwości jest lepsza niż 0,1%. Warto
sprawdzić w instrukcji nie tylko dokładność, ale dopuszczalny zakres
mierzonych częstotliwości, który często sięga tylko do 200kHz, a więc
absolutnie nie nadaje się do wspomnianych celów..

Nawet lepsze mierniki przeznaczone są głównie do pomiaru prze−

biegów impulsowych w układach cyfrowych – impulsów o stromych
zboczach. Często się zdarza, że mierniki te nie mierzą lub błędnie mie−
rzą przebiegi o mało stromych zboczach, np. sinusoidalne (ale, co
dziwne, bywa też odwrotnie).

Sukces przy próbie zmierzenia takim „uniwersalnym” multime−

trem małego przebiegu w obwodzie p.cz. czy oscylatora jest więc
mocno wątpliwy. W grę wchodzi też pojemność wejściowa miernika
i wpływ przewodów łączących, które w istotny sposób zmienią warun−
ki pracy, zwłaszcza generatora.

Po prostu nie jest to miernik przeznaczony do takich celów. Do po−

miaru należy wykorzystać sposoby typowe dla techniki w.cz., których
omówienie wykracza poza ramy niniejszej rubryki.

W artykule opisane jest urządzenie, będące
odmianą detektora kłamstwa, zwane po an−
gielsku VSA – Voice Stress Analyzer. Urzą−
dzenia tego typu są znane i wykorzystywane
od około trzydziestu lat.

Za pomocą tego przyrządu można spraw−

dzać prawdomówność nie tylko bezpośre−
dnio, ale także na odległość, nawet przez te−
lefon albo za pomocą radia czy telewizji.

Działanie wykrywacza opiera się na obser−

wacji, że stres wpływa na właściwości głosu.
Najogólniej biorąc, chodzi o obecność i wiel−
kość modulacji dźwięków składowymi o czę−
stotliwościach w granicach 10...20Hz. Stres po−
woduje zmniejszenie tej sybtelnej modulacji.

Na rysunku 1 pokazany jest zakres czę−

stotliwości i poziomów mowy ludzkiej.

Rysunek ten pokazuje, że zakres częstotli−

wości mowy obejmuje zakres około
100Hz...10kHz. Dokładniejsze badania wy−
kazały, że w niskim, męskim głosie mogą po−
jawić się składowe o częstotliwościach nieco
niższych, ale nie niższych od 75Hz.

Dźwięków o częstotliwościach poniżej

75Hz ludzki aparat głosowy po prostu nie
wytwarza i nie ma sensu ich szukać.

Oczywistym jest, że mowa ludzka wytwa−

rzana jest w dynamicznym procesie i zawar−
tość składowych o różnych częstotliwościach

szybko się zmienia. Zmienia się zawartość
częstotliwości składowych, zmieniają się
płynnie te częstotliwości i co ważne, zmienia
się też ich amplituda. Można więc mówić
o modulacji częstotliwościowej i amplitudo−
wej. W opisywanym projekcie wykorzystuje
się modulację amplitudy związaną z powsta−
waniem głosu. Choć więc składowych o czę−
stotliwościach tak niskich jak 8...15Hz
w głosie bezpośrednio nie ma, można je zna−
leźć w obwiedni sygnału. Właśnie w obwie−
dni zawarte są interesujące informacje, będą−
ce podstawą działania urządzeń VSA, czyli
dźwiękowych analizatorów stresu.

Rysunek 2 pokazuje przykładowy wykres

przebiegu mowy, zobrazowany za pomocą
wtyczki do popularnego Winampa. Amplitu−
da zmienia się, obwiednia zupełnie nie przy−
pomina liii prostej, a zmiany obwiedni
świadczą o obecności w widmie prążków
modulacyjnych. Nie jest to jednak istotne dla
omawianego projektu.

Istotne jest, że choć częstotliwości składo−

we sygnału zawarte są w

zakresie

100Hz...10kHz, w obwiedni można znaleźć
składowe o dużo niższych częstotliwościach.
Słusznie można się domyślać, że w obwiedni
zawarte są składowe o częstotliwościach
znacznie niższych od dolnej granicy pasma
akustycznego. I tak jest w istocie. Na rysun−

ku 3 pokazano wynik badań nad obwiednią,
a ściślej nad gęstością widma mocy obwiedni
sygnału mowy. Jak widać, maksimum mocy
przypada na częstotliwości rzędu 1Hz
i mniej. Interesujące nas składowe o często−
tliwościach rzędu 8...15Hz występują, ale są
stosunkowo małe.

Działanie akustycznego wykrywacza

kłamstwa (VSA) opiera się na fakcie, że za−
wartość tych składowych modulacji podczas
stresu zmniejsza się. Opisany dalej przyrząd
wykrywa te niewielkie składowe i pokazuje
ich zmiany za pomocą najzwyklejszego wol−
tomierza.

Opis układu

Urządzenie zbudowane jest w oparciu o dwie
kostki NE614A. Układ scalony NE614A ge−
neralnie przeznaczony jest do pracy w torach

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

Styczeń 2002

łł

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

pośredniej częstotliwości FM i może praco−
wać przy częstotliwościach dochodzących do
25MHz. W prezentowanym urządzeniu nie
wykorzystuje się wszystkich możliwości tych
interesujących układów scalonych. Pracują tu
one w zakresie częstotliwości akustycznych
i wykorzystuje się w nich w zasadzie tylko
obwód RSSI (Received Signal Strength Indi−
cator), czyli obwód wskaźnika poziomu
odbieranego sygnału. Bliższy opis układu
scalonego NE614A zamieszczono w końco−
wej części artykułu. Poznanie budowy we−
wnętrznej układu scalonego pozwoli dociekli−
wym Czytelnikom wykorzystać tę pożytecz−
ną kostkę na wiele innych sposobów.

W prezentowanym zastosowaniu kluczo−

we znaczenie ma fakt, że obwód RSSI pełni
funkcję pełnookresowego prostownika,
a prąd wyjściowy jest proporcjonalny do lo−
garytmu amplitudy sygnału wejściowego
w wyjątkowo szerokim zakresie dynamiki
(80dB). Logarytmiczna charakterystyka zna−
komicie ułatwia pomiary, bowiem zapewnia
niezmienny sygnał wyjściowy, niezależnie
od poziomu sygnału wejściowego.

Ilustruje to w pewnym uproszczeniu rysu−

nek 4, na którym zaznaczono fragment loga−
rytmicznej charakterystyki. W układzie
NE614A sprawa jest nieco bardziej skompli−
kowana, ponieważ omawiany obwód RSSI
zarówno prostuje, jak i logarytmuje sygnał
wejściowy, niemniej końcowy efekt jest mniej
więcej taki, jak pokazuje rysunek 4. Oznacza
to, że czułość przyrządu prawie nie zależy od
głośności sprawdzanego dźwięku, czyli od od−
ległości od źródła dźwięku, co oczywiście jest
wielką zaletą takiego rozwiązania.

Schemat blokowy opisywanego wykry−

wacza kłamstwa pokazany jest na rysunku
5. Sygnał z mikrofonu podawany jest na wej−
ście kostki NE614A oznaczonej U1. Wzmoc−
niony sygnał wyjściowy z nóżki 9 nie jest
wykorzystywany. Do dalszej obróbki wyko−
rzystuje się sygnał z obwodu RSSI, występu−
jący na rezystorze RA włączonym w obwód
nóżki 5. Na rezystorze tym występuje wypro−
stowany i zlogarytmowany przebieg wejścio−

wy. Dwa filtry wydzielają z tego sygnału
składowe o częstotliwościach w zakresie
10Hz...20Hz. Przebieg może być zaobserwo−
wany na oscyloskopie, dołączonym do punk−
tu B. Jak wspomniano, amplituda tego prze−
biegu wskazuje na stopień napięcia mięśni
aparatu głosowego. Bezpośredni pomiar am−
plitudy tego przebiegu zmiennego nie jest
zbyt wygodny, dlatego wprowadzono drugą
kostkę NE614A – U2. Pełni tu ona rolę pre−
cyzyjnego prostownika logarytmicznego.
Napięcie stałe na rezystorze dołączonym do
nóżki 5 kostki U2 informuje o amplitudzie
przebiegu z punktu B. Wystarczy więc dołą−
czyć woltomierz napięcia stałego do punktu
C. Jak łatwo się domyślić, amplituda przebie−
gu modulującego w punkcie B nie jest jedna−
kowa, tylko zmienia się w czasie wypowie−
dzi, więc napięcie stałe w punkcie C również
wykazuje wahania. W najprostszym przypad−
ku wystarczy uśrednić ten przebieg, stosując
kondensator filtrujący CB o odpowiednio du−
żej pojemności.

Schemat wykrywacza kłamstwa pokazany

jest na rysunku 6. Układ może w pierwszej
chwili wydać się skomplikowany, jednak je−
go działanie jest proste.

Całość jest zasilana pojedynczym napię−

ciem 9V z zasilacza wtyczkowego lub z bate−
rii. Napięcie to jest dzielone przy pomocy
stabilizatora U4 typu 79L05 i wzmacniacze
operacyjne są ostatecznie zasilane napięcia−
mi +5V i –4V. Kostki U1, U2 (NE614A) są
zasilane pojedynczym napięciem 5V.

Należy pamiętać, że masą nie jest ujemny

biegun zasilania, tylko obwód związany
z punktem O.

Elementy R3, R2, C2 tworzą obwód po−

laryzacji mikrofonu elektretowego. W ukła−

dzie wykorzystany jest zwykły, popularny
„elektret”, którego parametry są tu aż nadto
wystarczające. Wartość R2 śmiało można
zmniejszyć do 1k

Ω

, a nawet 470

Ω

. W żad−

nym wypadku nie należy jej zwiększać po−
wyżej 2,2k

Ω

, ponieważ oporność wejścio−

układu

NE614A

wynosi

tylko

1,6k

Ω

i będzie zmniejszać poziom sygnału

zmiennego z mikrofonu.

Punkt A i rezystor R1 przewidziano jako

dodatkowe wejście do podłączenia sygnału
z innych źródeł niż mikrofon. W wersji pod−
stawowej kondensator C11 nie będzie monto−
wany. W razie potrzeby może on posłużyć do
ograniczenia pasma akustycznego od góry.

Kostki NE614A pracują z zewnętrznymi

kondensatorami zalecanymi przez producenta
(C13...C16, C25...C28). Są to kondensatory
odsprzęgające. Na baczną uwagę zasługują
jedynie kondensatory pracujące w obwodzie
zasilania: C4, C20, C3, C12. Układ scalony
NE614A przeznaczony jest do pracy przy wy−
sokich częstotliwościach i ma bardzo duże
wzmocnienie. Oznacza to, że w układzie ła−

two mogą powstać
pasożytnicze drga−
nia wskutek samow−
zbudzenia. Przyczy−
ną samowzbudzenia
może być sprzężenie
p o j e m n o ś c i o w e
wyjścia z wejściem,
niewłaściwe prowa−
dzenie ścieżek albo
złe odsprzęganie ob−
wodu

zasilania.

Układ ścieżek i roz−
mieszczenie

ele−

mentów sprzyjają
zachowaniu stabil−
ności, niemniej zasi−
lanie każdej kostki
koniecznie musi być
odprzęgnięte za po−
mocą kondensatora
c e r a m i c z n e g o
(100nF) i kondensa−
tora

tantalowego

( 4 , 7

F. . . 2 2

F ) .

W roli C3, C12 w miarę możliwości nie nale−
ży stosować zwykłych aluminiowych “elek−
trolitów”, bo w niesprzyjających warunkach
grozi to samowzbudzeniem układu.

Elementy R4, C6, C5 są obwodem sprzę−

gającym między dwoma stopniami wewnę−
trznego wzmacniacza. Nóżka 14 jest wyj−
ściem pierwszego stopnia, nóżka 12 – wej−
ściem drugiego. R4 i C6 tworzą filtr dolno−
przepustowy obcinający składowe o często−
tliwościach ponadakustycznych. C5 jest kon−
densatorem sprzęgającym, a jego duża war−
tość jest związana z niewielką rezystancją
wejściową końcówki 12, wynoszącą 1,6k

Ω

−

jest to filtr górnoprzepustowy o częstotliwo−
ści granicznej około 100Hz.

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

Styczeń 2002

Rys. 4

Rys. 5 Schemat blokowy

W układzie podstawowym nie jest wyko−

rzystywany sygnał wyjściowy z końcówki 9,
ani sygnał z wyjścia pierwszego stopnia
wzmacniacza, czyli końcówki 14. Nie są też
czynne obwody demodulatora FM, więc nóż−
ki 6, 7, 8 pozostają niepodłączone.

W rzeczywistości nóżka 5 jest źródłem

prądowym o wydajności zależnej od pozio−
mu sygnału. Na rezystorze R9 dołączonym
do nóżki 5 występuje napięcie, proporcjonal−
ne do (logarytmu) amplitudy sygnału wej−
ściowego. Właśnie z tego sygnału należy od−
filtrować składowe o częstotliwościach w za−
kresie 10...20Hz. Realizują to dwa filtry.
Wzmacniacz U3A pracuje w filtrze górno−
przepustowym o częstotliwości granicznej
około 10Hz. Należy zwrócić uwagę, że impe−
dancja wejściowa tego filtru jest praktycznie
równa reaktancji kondensatora C7, wobec
czego kondensator C7 wraz z rezystorem są
przy okazji filtrem dolnoprzepustowym
o częstotliwości granicznej około 34Hz,
a kondensator C17 nie jest montowany. Obe−
cność takiego dodatkowego filtru jest jak naj−
bardziej pożyteczna, niemniej właśnie dlate−
go pojemność C7 nie może przekraczać
68nF, bo niepotrzebnie obcięte zostaną uży−
teczne częstotliwości poniżej 20Hz.

Wzmacniacz U3B pracuje w filtrze dolno−

przepustowym o częstotliwości granicznej
nieco ponad 20Hz. Filtry ze wzmacniaczami
operacyjnymi U3A, U3B mają wzmocnienie
1 (0dB), stromość charakterystyki 40dB/de−
kadę, a nierównomierność w paśmie i podbi−
cie sięgają +3dB.

W punkcie B występuje sygnał zmienny.

Są to składowe o częstotliwościach 8...20Hz
występujące nie w sygnale z mikrofonu, tyl−
ko w jego obwiedni. To właśnie ten sygnał,
a ściślej jego amplituda, niesie informację
o stopniu zestresowania osoby wypowiadają−
cej się.

W układzie detektora kłamstwa do anali−

zy bardziej przydatne jest napięcie stałe, pro−
porcjonalne do amplitudy sygnału zmienne−
go. Układ U2 pełni rolę precyzyjnego pro−
stownika logarytmującego. Warto pamiętać,
że kostka NE614A, pierwotnie przeznaczona
do pracy przy częstotliwościach sięgających
25MHz, pracuje tu przy częstotliwościach
w zakresie 10...20Hz. Stąd obecność konden−
satorów odsprzęgających C25...C28 o wyjąt−
kowo dużej pojemności 1000

Sygnał zmienny z punktu B jest doprowa−

dzony do wejścia układu U2 przez dwójnik
R14C19. Obecność tego dwójnika, a nie je−
dynie kondensatora, jest konieczna z co naj−

mniej dwóch powodów. Po pierwsze sygnał
z punktu B ma zbyt dużą amplitudę. Na wej−
ście kostki NE614A można podawać sygnały
w bardzo szerokim zakresie amplitud, ale
maksymalna sensowna wartość wynosi
100mVsk, a tymczasem w punkcie B mogą
wystąpić sygnały większe. Rezystor R14
wraz z rezystancją wejściową układu (1,6k

Ω

)

tworzą dzielnik napięcia tłumiący sygnał
mniej więcej dwudziestokrotnie. Wartość
R14 (33k

Ω

) nie jest krytyczna i mogłaby być

znacznie większa.

Po drugie obecność R14 umożliwia zasto−

sowanie kondensatora sprzęgającego (C19)
o względnie małej wartości. Problem w tym,
że oporność wejściowa kostki NE614A jest
mała (typowo 1,6k

Ω

), a częstotliwości robo−

cze są rzędu 8...20Hz. Bez rezystora R14 wy−
magałoby to zastosowania kondensatora C19
o pojemności co najmniej 10

Kostka U2 w wersji podstawowej pełni

jedynie rolę prostownika. Wyprostowany sy−
gnał wyjściowy dostępny jest na rezystorze
R12. Wyjście kostki U2 (nóżka nr 5) dołą−
czone jest do kolektorów tranzystorów PNP
wewnątrz kostki pracujących jako źródła prą−
dowe (prąd wypływa z nóżki 5 i płynie do
masy). W proponowanym układzie przewi−
dziano dodatkowo tranzystor T1, pełniący

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

Styczeń 2002

Rys. 6 Schemat ideowy

rolę źródła prądu wpływającego. Obecność
tego dodatkowego źródła zwiększa czułość
urządzenia i ułatwia pomiary. W najprostszej
wersji elementy T1, R13 PR1 nie muszą być
montowane.

Kondensator C23 filtruje wyprostowany

przebieg. Przy podanej w wykazie minimal−
nej wartości C23 równej 1

F stała czasowa

uśredniania jest bardzo mała i na wyjściu
C można zaobserwować nawet szybkie zmia−
ny napięcia, czyli stopień modulacji głosu
składowymi 8...20Hz. Takie szybkie zmiany
można analizować na przykład za pomocą
programu komputerowego.

W większości przypadków taka kompu−

terowa analiza nie będzie przeprowadzana,
a prostym wskaźnikiem będzie najzwyczaj−
niejszy woltomierz napięcia stałego, dołą−
czony między punkty C, O. W takim przy−
padku należy zwiększyć pojemność C23 do
10

F, a nawet więcej. Proponowana war−

tość C23 w wersji podstawowej wynosi
10

W układzie przewidziano dodatkowe wyj−

ście z nóżek 14 i 9 obu układów NE614A. Są
to punkty oznaczone D...E. W podstawowej
wersji sygnały z tych punktów nie będą wy−
korzystywane. Nieco więcej informacji na
ten temat można znaleźć pod śródtytułem
Możliwości zmian.

Montaż i uruchomienie

Omawiany układ można zmontować na dwu−
stronnej płytce drukowanej, pokazanej na ry−
sunku 7. Ze względu na obecność wrażli−
wych i podatnych na samowzbudzenie ko−
stek NE614A płytka drukowana została za−

projektowana z uwzględnieniem zasad cha−
rakterystycznych dla układów w.cz.

Montaż układu nie powinien sprawić

trudności. Warto zacząć od elementów naj−
mniejszych (rezystory) a skończyć na naj−
większych (kondensatory elektrolityczne).
Układy scalone U1...U3 należy włożyć do
podstawek na końcu, po
zmontowaniu i wstęp−
nym, wzrokowym spraw−
dzeniu

poprawności

montażu.

Podczas montażu war−

to zachować daleko idącą
staranność i unikać po−
myłek, bowiem wyluto−
wanie z dwustronnej płyt−
ki błędnie zmontowanego
elementu i wlutowanie
innego wcale nie jest za−
daniem łatwym.

Układ

poprawnie

zmontowany ze spraw−
nych elementów działa
od razu. Stopień trudności projektu określają
dwie gwiazdki. Nie dotyczy to montażu,
który jest łatwy i zasługiwałby co najwyżej
na jedną gwiazdkę. Dzięki logarytmicznej
charakterystyce kostek U1, U2 układ pracuje
poprawnie w bardzo szerokim zakresie am−
plitud badanych sygnałów, i co ważne, w naj−
prostszej wersji (bez T1, R13, PR1) nie wy−
maga żadnej regulacji. Między masą (punk−
tem O) a punktem B występuje sygnał
zmienny świadczący o modulacji głosu prze−
biegami 8...20Hz. Między masą a punktem
C występuje napięcie stałe, określające wiel−
kość tej modulacji.

Do podstawowych prób należy zestawić

układ według rysunku 8. Do zasilania moż−
na wykorzystać zasilacz stabilizowany
9V lub baterię 9V. Moduł detektora kłamstwa
pobiera mniej niż 15mA prądu.

Uwaga! W każdym przypadku należy

umieścić układ w metalowej obudowie,
połączonej z masą (punktem O). Takie za−
ekranowanie całego układu jest absolutnie
konieczne, ponieważ kostka NE614A jest
bardzo czuła, i przy braku sygnału z mi−
krofonu silnie wzmacnia i przetwarza
wszelkie „śmieci” w tym głównie przy−
dźwięk sieci 50Hz. Podczas eksperymen−

tów okazało się, że korzystne jest dotknię−
cie ręką do obudowy i obwodu masy, bo
zmniejsza to poziom wspomnianych
„śmieci”, zwłaszcza w przypadku wyko−
rzystania zasilacza sieciowego i oscylo−
skopu. Fotografia poniżej przedstawia
model w małej metalowej obudowie.

Słabo zaekranowany układ będzie

wzmacniał wszelkie „śmieci” i interpretacja
wyników będzie dodatkowo utrudniona,
a w skrajnym przypadku − niemożliwa.

Obsługa prezentowanego wykrywacza

kłamstwa jest prosta. Należy skierować mi−
krofon na osobę mówiącą i obserwować
wskazania woltomierza, dołączonego do
punktów C, O. Odległość mikrofonu od roz−
mówcy, głośnika telewizora czy kolumny ze−
stawu audio teoretycznie nie ma większego
znaczenia, nie powinna się jednak zmieniać
w trakcie testu. W praktyce okazuje się, że
układ bardzo silnie wzmacnia także wszelkie
najdrobniejsze szumy i zakłócenia, dlatego
warto mikrofon umieścić blisko źródła
dźwięku (20cm...0,5m). Większy stres (na−
pięcie mięśni) powinien spowodować
zmniejszanie się modulacji przebiegami
8...20Hz, co jest wskaźnikiem, że dana osoba
mija się z prawdą.

W zagranicznej literaturze ukazało się kil−

ka opisów wykrywaczy kłamstwa pracują−
cych na podobnej zasadzie. W każdym przy−
padku wskaźnikiem jest albo woltomierz, al−
bo linijka diod LED. Zamieszczone schema−
ty i opisy sugerują, że odróżnienie prawdy od
kłamstwa jest dziecinnie proste, bo ma pole−
gać na zmniejszeniu się amplitudy modula−
cji, co natychmiast znajdzie swe odwzorowa−
nie na wskaźniku.

W rzeczywistości zadanie nie jest aż tak

łatwe. Bardziej złożone urządzenia tego typu
dokonują komputerowej analizy obecności
i poziomu wspomnianej modulacji z wyko−
rzystaniem rozmaitych algorytmów.

Eksperymentalny układ akustycznego

wykrywacza kłamstwa prezentowany w ni−
niejszym artykule został wykonany i przete−
stowany. Zgodnie z oczekiwaniami okazało
się, że amplituda modulacji przebiegami

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

Styczeń 2002

Rys. 7 Schemat montażowy

Rys. 8 Układ pracy

8...20Hz nie jest stała. W okresach przerw
w wypowiedziach nie ma jej wcale, a miernik
pokazuje przypadkowe przebiegi związane
z szumami. Średnie napięcie wskazywane
przez miernik będzie więc zależeć nie tylko
od tego, czy dana osoba kłamie, ściślej – jest
zestresowana, ale też od kilku innych czynni−
ków. Przy próbie praktycznego wykorzysty−
wania opisanego przyrządu, tak samo jak
przy innego rodzaju wykrywaczach kłam−
stwa, należałoby koniecznie przeprowadzić
szereg testów, by ustalić swego rodzaju punkt
odniesienia.

Do zobrazowania wyniku można wyko−

rzystać dowolny woltomierz cyfrowy (jaki−
kolwiek multimetr). W takim przypadku ele−
menty T1, R13, PR1 nie będą potrzebne. Nie−
którzy Czytelnicy z różnych względów ze−
chcą zamiast miernika cyfrowego zastoso−
wać miernik wskazówkowy lub linijkę diod
LED, na przykład sterowaną kostką
LM3914. W takim przypadku potrzebne bę−
dzie źródło prądowe z tranzystorem T1 i re−
zystorami R13, PR1. Problem w tym, że ze
względu na ogromne wzmocnienie obu ko−
stek NE614A, nawet przy braku sygnału
z mikrofonu wszechobecne „śmieci” i szumy
powodują występowanie na wyjściu przyrzą−
du, w punkcie C, stałego „napięcia spoczyn−
kowego” o wartości 1...2V. Gdy pojawi się
sygnał użyteczny, głos ludzki, napięcie
w punkcie C wzrośnie o kilkaset miliwoltów.
Gdy do mikrofonu dotrze dźwięk głosu, na−
pięcie w punkcie C wzrośnie o kilkaset mili−
woltów, a potem większy
lub mniejszy stres osoby
mówiącej będzie objawiał
się niewielkimi zmianami
tego napięcia.

Potencjometr montażo−

wy PR1 pozwala uzyskać
na wyjściu C „napięcie
spoczynkowe” bliskie ze−
ru. Można wyregulować
PR1 tak, by zerowe wska−
zanie występowało przy
braku sygnału użyteczne−
go, gdy dana osoba nic nie
mówi. Można też zastoso−
wać wskaźnik o dużej
czułości i za pomocą PR1
ustawić średnie wskazanie
miernika wychyłowego
lub linijki świetlnej dokładnie w połowie za−
kresu wskazań, gdy sprawdzana osoba się
wypowiada. Wtedy nawet niewielkie zmiany
właściwości głosu spowodują wyraźną reak−
cję wskaźnika.

Jeśli badany sygnał podawany byłby ze

źródła innego niż mikrofon, nie trzeba mon−
tować mikrofonu i elementów R2, R3, C3.
Należy w miejsce C11 wlutować rezystor
(1...2,2k

Ω

) i dobrać wartość R1, by maksy−

malna amplituda sygnału na nóżce 16 układu
U1 nie przekroczyła 200mVpp.

Układ scalony NE614A

W opisywanym przyrządzie wykorzystano
dość popularny i niedrogi układ scalony
NE614A. Jest to niemal kompletny tor czę−
stotliwości pośredniej odbiornika FM. Może
pracować w klasycznych domowych odbior−
nikach, a także w radiotelefonach i telefo−
nach komórkowych. Pełni funkcje wzmac−
niacza−ogranicznika i demodulatora FM,
FSK lub ASK. Zamiast niego można stoso−
wać kostki NE615, SA614A oraz NE604A,
SA604A, mające identyczne funkcje i roz−
kład wyprowadzeń oraz nieco lepsze niektóre
parametry. Blokowy schemat wewnętrzny
wszystkich wspomnianych kostek jest poka−
zany na rysunku 9. W torze głównym pracu−
ją dwa bloki wzmocnienia. Pierwszy zawiera
dwa stopnie i ma wzmocnienie sięgające
100x (39dB). Wejściem jest nóżka 16, wyj−
ściem nóżka 14. Drugi zawiera trzy stopnie
i ma wzmocnienie ponad 1000x (62dB); wej−
ściem jest końcówka 12, wyjściem – 9. Do
końcówek 1, 15, 11, 10 są dołączone zewnę−
trzne kondensatory odsprzęgające. Oba
wzmacniacze współpracują z dwoma od−
dzielnymi pełnookresowymi prostownikami.
Sygnały z tych prostowników są sumowane
i przetwarzane na sygnał prądowy. Jest to
wykorzystywany w przyrządzie obwód RSSI
(Received Signal Strength Indicator). Wyj−
ściem obwodu RSSI jest nóżka 5. Prąd z niej
wypływający jest wprost proporcjonalny do
logarytmu amplitudy sygnału wejściowego.

Dokładność jest bardzo dobra (±2dB dla

kostki NE/SA614, ±1,5dB dla NE/SA604A),
jednak warunkiem prawidłowych wskazań
obwodu RSSI w całym zakresie amplitud jest
wprowadzenie dodatkowego tłumienia sy−
gnału o 12dB (czterokrotnie) na drodze mię−
dzy nóżką 14 a 12. Nie należy się dziwić ta−
kiemu wymaganiu, ponieważ w typowych
aplikacjach między nóżki 14, 12 włączony
jest filtr p.cz., zwykle ceramiczny, tłumiący
sygnał mniej więcej w takim stopniu. W pre−
zentowanym rozwiązaniu tłumienie takie za−

pewnia rezystor R4, tworzący stosowny
dzielnik wraz z rezystancją wyjściową koń−
cówki 14 (około 700...1k

Ω

) i rezystancją

wejściową końcówki 12 (typowo 1,6k

Ω

W typowych zastosowaniach wzmocnio−

ny sygnał jest doprowadzany nie tylko do
nóżki 9, ale też (wewnątrz kostki) do dal−
szych stopni − do detektora kwadraturowego
(QUAD. DET.) i do obwodu wyciszania
(MUTE). Kostka zawiera także obwody sta−
bilizacji napięcia. Są one niedostępne dla
użytkownika

Układ, produkowany w 10−gigaherco−

wym procesie, jest bardzo szybki i ma
ogromne wzmocnienie, więc przy próbach
jego wykorzystania należy przestrzegać za−
sad projektowych, charakterystycznych dla
techniki w.cz. Więcej informacji można zna−
leźć

karcie

katalogowej

kostki

NE/SA614A (NE/SA604A).

Wybrane parametry układu NE614A

Napięcie zasilania

4,5...8V

Pobór prądu

typ. 3,3mA (2,5...4mA)

Zakres pracy obwodu RSSI

80dB

Dokładność obwodu RSSI

typ. ±2dB

Impedancja wejść wzmacniacza (n. 16, 12) typ. 1,6k

Ω

min 1,4k

Ω

Możliwości zmian

Układ w zalecanej wersji podstawowej powi−
nien pracować poprawnie. Jak wspomniano
wcześniej, układ ma charakter eksperymen−
talny i można, a nawet warto, przeprowadzić
dalsze testy po wprowadzeniu rozmaitych
modyfikacji układowych.

Z pewnością podstawą konstrukcji powi−

nien pozostać układ U1. Charakterystyka lo−
garytmiczna obwodu RSSI jest jak najbar−
dziej pożądana. Aby uzyskać jak najlepszą li−
niowość przetwarzania, można dokładniej
dobrać wartość R4. Takie operacje wymaga−
ją jednak dostępu do profesjonalnej aparatu−
ry pomiarowej. Zalecana wartość R4 (4,3k

Ω

)

powinna zapewnić dobre wyniki.

Jak wspomniano, jednym z kluczowych

problemów jest przydźwięk sieci i szumy.
Kto chce, może przeprowadzić próby
i zmniejszyć wartość R2 nawet do 330

Ω

zwiększając C2 do 1000

F. Można też mię−

dzy nóżki 14, 12 zamiast dzielnika z pro−
ściutkim filtrem wstawić filtr zaporowy, wy−
cinający przebiegi o częstotliwości 50Hz.
Trzeba tylko pamiętać, że obwód włączony
między te nóżki powinien tłumić sygnał czte−
rokrotnie (12dB).

Zamiast kostki U2 można wykorzystać in−

ny prostownik. W zasadzie mógłby to nawet
być prosty detektor z diodą germanową.
Można też zastosować typowy prostownik
aktywny. Więcej informacji o takim prostow−
niku można znaleźć w EdW 8/1998 na stro−
nie 52 w artykule Prostownik aktywny.

Na płytce przewidziano dodatkowe punk−

ty oznaczone D...G. Dają one dostęp do
wyjść dwóch stopni wzmocnienia obu kostek
NE614A. W punktach F, G występuje

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

Styczeń 2002

Rys. 9

wzmocniony przebieg akustyczny. Ze wzglę−
du na bardzo duże wzmocnienie przebieg ten
będzie podobny do prostokąta, przy czym je−
go częstotliwość będzie odzwierciedlać obe−
cność najsilniejszych składowych sygnału
mowy. Z kolei w punktach D, E można zaob−
serwować wzmocniony i ograniczony prze−
bieg modulujący o kluczowych częstotliwo−
ściach 8...20Hz.

Warto obejrzeć te przebiegi z pomocą

oscyloskopu. Bardziej dociekliwi ekspery−
mentatorzy mogą we własnym zakresie
próbować wyłowić z tych przebiegów dalsze
istotne informacje, choćby przez pomiar ich
częstotliwości.

W układzie podstawowym przewidzia−

no dwa filtry oparte na wzmacniaczach
z kostki U3. Proponowane rozwiązanie do−
brze zdaje egzamin, niemniej kto chce, mo−
że przeprowadzić próby z filtrami pasmo−
wymi o większej dobroci. Podstawowy
układ filtru pasmowego o częstotliwości
15Hz, wzmocnieniu równym 3x i dobroci
równej 3 pokazany jest na rysunku 10. Po−
łączenie

dwóch

podobnych

filtrów

o wzmocnieniu 4x i dobroci 3 według ry−
sunku 11 da charakterystykę zaznaczoną
na rysunku 12 linią niebieską. Linia czer−
wona pokazuje charakterystykę pojedyn−
czego filtru z rysunku 10. Wnikliwi ekspe−
rymentatorzy zapewne zechcą przetesto−
wać działanie wykrywacza z jeszcze inny−
mi filtrami.

Podczas prób modelu sprawdzono działa−

nie układu, gdy oba te filtry były dolnoprze−
pustowe o częstotliwości granicznej około
20Hz. Układ połączeń i wartości elementów
były takie, jak na rysunku 13. W takiej opcji
na wyjściu B występuje także składowa sta−
ła, świadcząca o średnim poziomie głośności,
a także wszystkie składowe niskich częstotli−
wości, zawarte w obwiedni sygnału. Te
wstępne próby przeprowadzono pod kątem
zupełnie innego zastosowania. Autor artyku−
łu planuje bowiem w dalszej przyszłości bu−
dowę analizatora, sprawdzającego różne wła−
ściwości głosu.

Zaprezentowany układ daje szerokie pole

do rozmaitych prób. Kto choć trochę zna ję−
zyki obce, powinien poszukać dalszych in−
formacji w Internecie. Garść wskazówek
i kilka adresów do początkowych poszuki−
wań podano w tym numerze EdW w artyku−
le MEU na stronie 65.

Redakcja EdW z przyjemnością zapre−

zentuje szerokiemu gronu Czytelników do−
niesienia o wynikach eksperymentów z wy−
korzystaniem prezentowanego przyrządu
oraz pozytywne i negatywne opinie dotyczą−
ce praktycznego wykorzystania wszelkich
wykrywaczy kłamstwa. Prosimy o listy w tej
sprawie.

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

Styczeń 2002

Wykaz elementów

Rezystory

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

((ppaattrrzz tteekksstt))

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11......22,,22kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kkQ

Ω

R44,,R

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,33kk ((33,,99......55,,11kk

Ω

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

Ω

R66,,R

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333kk

Ω

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..5566kkQ

Ω

R99,,R

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

Ω

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6622kk

Ω

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..112200kk

Ω

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333kk

Ω

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200kk

Ω

((110000kk

Ω

......447700kk

Ω

))

Kondensatory

C11,,C

C55,,C

C1188,,C

C1199 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11µµFF M

KTT

C22,,C

C1133−C

C1166,,C

C2211,,C

C2244,,C

C3311 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//1100V

C33,,C

C1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//1166V

V ttaannttaall

C44,,C

C2200,,C

C2299,,C

C3300 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22nnFF
C

C77−C

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6688nnFF

C1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477nnFF
C

C1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..nniiee m

moonnttoow

waaćć

C1177 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..nniiee m

moonnttoow

waaćć

C2233 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100uuFF ((11

µµ

FF......110000

µµ

FF))

C2255−C

C2288 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11000000

µµ

//1100V

Półprzewodniki

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

U11,,U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..N

NEE661144A

A ((S

A661144A

A,, N

NEE//S

A660044A

A))

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTLL007722 ((TTLL008822))
U

U44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7799LL0055

Pozostałe

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

miikkrrooffoonn eelleekkttrreettoow

wyy ddw

wuukkoońńccóów

wkkoow

wyy

ppooddssttaaw

wkkii ppoodd uukkłłaaddyy ssccaalloonnee

ppłłyyttkkaa ddrruukkoow

waannaa

Koom

mpplleett ppooddzzeessppoołłóów

w zz ppłłyyttkkąą jjeesstt ddoossttęęppnnyy w

w ssiieeccii hhaannddlloow

weejj A

VTT

jjaakkoo kkiitt sszzkkoollnnyy A

VTT−22661155

Rys. 10

Rys. 11

Rys. 13

Rys. 12

Do czego to służy?

Jest to elektroniczna kostka do gry. Służy do−
kładnie do tego, do czego służy zwykła kost−
ka sześciościenna, tylko, że... gada. Nie dość,
że gada to jeszcze odtwarza dźwięki miesza−
nia oraz rzutu kostką. Wszystkie te dźwięki
należy nagrać samemu i gdy tylko się znudzą
można je zmienić.

Kostka ta może się przydać w różnych sy−

tuacjach. Wyobraźmy sobie taki przykład:
znajdujemy się w Egipcie, w piramidzie. Na−
gle gaśnie latarka i zapadają egipskie ciem−
ności, a my akurat teraz mamy wielką ocho−
tę zagrać w jakąś grę planszową. Wszystko
jest OK, ale nie widać kostki! W takiej sytu−
acji uratuje nas kostka, którą słychać.

Jak to działa?

Schemat ideowy przedstawiony został na rysun−
ku 1. Układ nie należy do skomplikowanych.
Jest to typowa aplikacja magnetofonu
cyfrowego ISD1420 (ewentualnie
ISD1416) pracującego w trybie opera−
cyjnym. Magnetofonem steruje mikro−
kontroler AVR AT90S2313. Element
ten wybrano z kilku powodów:
− umożliwia on wyjście z trybu uśpie−
nia dzięki przerwaniu zewnętrznemu,
− znikomy pobór mocy przez proce−
sor oraz ISD w uśpieniu (dzięki temu
można zrezygnować z wyłącznika
zasilania),
− wewnętrzny układ Power On Reset
pozwala na rezygnacje z kilku ele−
mentów (zmniejszenie układu),
− bardzo ważna sprawa: pakiet BA−
SCOM AVR niewiele różni się od
BASCOM 8051, więc nie ma więk−
szych problemów z napisaniem pro−
gramu.

Układ wykorzystuje dziewięć ak−

tywnych wyprowadzeń mikrokontro−
lera. Pięć z nich steruje procesorem

dźwięku. Do jego sterowania wykorzystano
następujące sygnały: PLAYE – zbocze opada−
jące na tym wyprowadzeniu inicjuje odtwa−
rzanie; REC – stan niski jest warunkiem na−
grywania komunikatu; A0 – gdy na tej koń−
cówce znajduje się stan H działanie układu
ISD jest przyspieszone około 800 razy,
umożliwia to szybkie znalezienie odpowie−
dniego komunikatu, jeśli znamy tylko kolej−
ność w jakiej wszystkie komunikaty są uło−
żone; A4 – gdy H − każde odtwarzanie zaczy−
na się w miejscu gdzie zakończyło się po−
przednie; w przeciwnym razie odtwarzanie
zaczyna się na początku pamięci; LED – to
wyjście ma podwójną funkcję: w trybie od−
twarzania pojawiają się tutaj ujemne impulsy
za każdym razem, gdy dojdziemy do końca
aktualnie odtwarzanego komunikatu; w try−
bie odtwarzania występuje tutaj stan niski,

a pojawienie się stanu wysokiego świadczy
o przepełnieniu pamięci.

Na schemacie znajdują się jeszcze dwa

przyciski: Losuj – w trybie losowania przy−
cisk ten budzi procesor z trybu uśpienia i ini−
cjuje losowanie. Po jego naciśnięciu odtwa−
rzany jest dźwięk losowania. Po puszczeniu
kończy się losowanie, odtwarzany jest jeden
z dźwięków toczącej się kostki a na końcu
słowo określające ilość oczek. W trybie na−
grywania jego krótkie naciśnięcie odtwarza
aktualnie obrabianą próbkę dźwięku. Jego
przytrzymanie dłużej niż sekundę powoduje
zatwierdzenie dźwięku i przejście do następ−
nej próbki, co jest sygnalizowane mignię−
ciem diody. Przycisk Prog – ma znaczenie
tylko w trybie programowania. Jest dostępny

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

Styczeń 2002

Rys. 1 Schemat ideowy

dopiero po otwarciu obudowy. Jego naciśnię−
cie powoduje rozpoczęcie nagrywania
dźwięku na aktualnej pozycji. Nagrywanie
jest sygnalizowane świeceniem diody.

Zwora „Prog.” normalnie powinna być

zwarta. Włączenie zasilania przy rozwartej
zworce powoduje wejście w tryb programo−
wania, o czym poinformuje nas trzykrotne
miganie diody LED.

To tyle części sprzętowej. Cała reszta kry−

je się w oprogramowaniu. W dalszej części
artykułu nie będzie prezentowania kodu
źródłowego. Z grubsza opisano tylko zasadę
działania programu.

Po starcie i po inicjacji zmiennych, które

tego wymagają, sprawdzany jest stan zworki
i podejmowana jest decyzja w jakim trybie
uruchomić kostkę. Tryb programowania jest
względnie łatwy do analizy. Tryb losowania
natomiast jest trudniejszy ze względu na wy−
korzystanie kilku przerwań, bez których nie−
które części kodu nie mają sensu. Poniżej
wyjaśniono tylko część kodu, pracującą pod−
czas losowania.

Na początku aktywowane jest przerwanie

Int0 i ustawiane jest do reagowania na po−
ziom niski. Po tej czynności procesor jest
usypiany. Z uśpienia, według dokumentacji,
można go wybudzić poprzez: przerwanie
watchdoga, przerwanie zewnętrzne ustawio−
ne na wyzwalanie poziomem lub poprzez re−
set. Układ watchdog jest wyłączany już na
starcie programu, wejście reset nie jest
w ogóle podłączone. Wykorzystujemy więc
drugą możliwość – do wejścia Int0 podłączo−
ny jest przycisk Losuj. Jego naciśnięcie spo−
woduje przejście do obsługi przerwania,
gdzie w tym momencie nic się nie dzieje.
Program od razu opuszcza podprogram, a ca−
ła „akcja” spoczywa na pętli głównej. Teraz
ustawiona zostaje zmienna bit_losowanie, Ti−
mer0 zostaje uruchomiony – dzięki niemu
odbywa się losowanie, Int0 przestawione zo−
staje tak, aby następna reakcja nastąpiła przy
puszczeniu przycisku – zdarzenie to zostanie
obsłużone w procedurze przerwania dzięki
ustawionej zmiennej bit_losowanie. Po od−
tworzeniu dźwięku mieszania program ocze−
kuje na zwolnienie przycisku, przy czym je−
śli stało się to wcześniej natychmiast odtwa−
rzany jest jeden z dźwięków upadającej kost−
ki a następnie słowo określające ilość oczek,
która „wypadła”.

Komentarza wymaga jeszcze zakres lo−

sowanej liczby, który wynosi 0 – 23. Naj−
młodszy bit decyduje o tym, który dźwięk
stukania będzie odtwarzany. Po podzieleniu
przez dwa otrzymujemy numer odtwarzane−
go komunikatu. Oznacza to, że komunika−
tów jest 12. Dlaczego? Żeby było ciekawiej:
dużo tłumaczy tabela 1, w której przedsta−
wione jest to, co powinno znajdować się
w pamięci ISD. Powtarzające się numery
oczek powodują, że raz usłyszymy na przy−
kład „dwa oczka’, kiedy indziej „dwa”.

tabela1

„jeden“

„jedynka“

„dwa oczka“

„dwójka“

„trójka“

„trzy oczka“

„czwóreczka“

„cztery“

„pięć“

„piątka“

„sześć oczek“

„szucha“

Mieszanie

Stuk 1

Stuk 2

W tabeli 1 wątpliwość może wzbudzić

rozmieszczenie komunikatów – na końcu
umieszczone są dźwięki odtwarzane na po−
czątku. Powoduje to nieco zakłóceń przez
przedłużenie czasu przewijania. Zwiększa
jednak wygodę programowania. Po słowach,
raczej standardowej długości, możemy eks−
perymentować z różnymi wersjami dźwię−
ków mieszania oraz toczących się kostek.

Montaż i uruchomienie

Płytka drukowana jest widoczna na rysunku 3.
Została ona przystosowana do obudowy KM−
22. Obudowa KM−22 składa się z dwóch
identycznych części. Jedną z nich potraktuje−
my jako „część górną”, drugą jako „dolną”.
Z górnej części należy usunąć bolce podtrzy−
mujące płytkę oraz miejsca na śruby. Następ−
nie wykonujemy otwory pod przycisk Loso−
wania i pod diodę. Można w tym celu posłu−
żyć się płytką drukowaną jako wzorem.

Montaż płytki drukowanej nie jest typo−

wy. Na płytce zamontowano niektóre z ele−
mentów między nóżkami scalaków. Pod−
stawki pod układy scalone będą konieczne,
trzeba jednak je odpowiednio przygotować –
polega to na usunięciu wewnętrznego
wzmocnienia. Można też zamiast podstawek
DIP użyć złączy SIP (taka jednorzędowa

precyzyjna podstawka). Montaż należy roz−
począć od dwóch zworek. Następnie montu−
jemy przygotowane podstawki i prawie do
końca działamy standardowo – montując
elementy o coraz to większych gabarytach.
Kończymy na połączeniu kabelkami punk−
tów A z A’ i B z B’. Płytkę mamy gotową.

Gotowa płytka będzie zbyt wysoka, aby

dała się zamknąć w obudowie. Bolce oraz
wypustki na śruby w części dolnej należy
spiłować lub przyciąć o około 2−3mm. Do−
brze jest na tym etapie sprawdzić czy wszy−
stko już pasuje. Gdy obudowa daje się już za−
mknąć, płytkę przykręcamy dwoma blacho−
wkrętami. Z boku należy wypiłować niewiel−
ki rowek, przez który „przejdzie” kabelek do
głośnika. Głośnik przyklejamy na zewnątrz
obudowy. Świetnie do tego nadaje się klej na
ciepło z pistoletu.

Układ zasilany jest z trzech baterii R03 −

inaczej AAA. Wymaga to jednak samodziel−
nego stworzenia uchwytów pod baterie, co
przedstawia rysunek 2. Rysunek a) pokazuje
ogólną idee zamocowania jednej baterii; b)
widok z boku na ustawienie baterii wzglę−
dem układu; c) widok z góry razem z ukła−
dem połączeń. Są to po prostu blaszki przy−
klejone do obudowy mocnym klejem. Nie−
wielka ilość miejsca zmusza do umieszczenia
jednej baterii wyżej od pozostałych.

Nauka mówienia

Jeśli zasilanie jest włączone − wyłączamy je.
Czekamy aż kondensatory rozładują się
(może to potrwać kilka sekund). Usuwamy
zworkę Prog i ponownie załączamy układ.

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

Styczeń 2002

Rys. 2 Mocowanie baterii

Rys. 3 Schemat montażowy

Wejście w tryb programowania zostanie za−
sygnalizowane trzykrotnym mignięciem dio−
dy. Teraz posługując się wcześniej wspo−
mnianą tabelą 1 tworzymy kolejne dźwięki.
Interfejs jest w miarę prosty. Przycisk Prog –
nagrywanie, Losuj – (krótkie naciśnięcie) od−
twarzanie aktualnego dźwięku, (przytrzyma−
nie aż do mignięcia diody LED) zatwierdze−
nie i przejście do następnej pozycji, Zworka
Prog – zerowanie licznika pozycji. Jeśli LED
zgaśnie podczas nagrywania, znaczy to
o przepełnieniu pamięci. Jeśli podczas próby
zatwierdzenia mignie cztery razy oznacza to,
że następna próbka jest 15 – a taka nie istnie−
je, w związku z czym nie można jej obrabiać.

Rada: nie śpiesz się! 20 sekund to dużo

jak na 14 komunikatów. Dużo lepiej brzmią
słowa wypowiadane wyraźnie i w miarę po−
woli niż szybkie.

Przyjęty sposób programowania umożli−

wia zmianę próbek od wybranego momentu.
Na przykład, jeśli będziemy chcieli zmienić
dźwięki losowania i stukania nie musimy
w tym celu zmieniać dźwięków określają−
cych ilość oczek. Wystarczy wszystkie je
„zatwierdzić”.

Uwaga: Odtworzenie komunikatu, który

nie kończy się znacznikiem EOM (może się to
zdarzyć na przykład jeśli nagrywanie zakoń−

czyło się z powodu przepełnienia pamięci), lub
próba przewinięcia (zatwierdzenia) takiego ko−
munikatu spowoduje zawieszenie się progra−
mu, ponieważ będzie on oczekiwać na ujemny
impuls na wyjściu LED U1, który nigdy nie
nadejdzie. Jedynym wyjściem z tej sytuacji jest
wyłączenie i ponowne włączenie zasilania.

Parę uwag końcowych
(niekoniecznie) na serio

W modelu pojawił się pewien problem: gdy
zasilanie „padnie” podczas odtwarzania układ
może nagrać jakieś bzdury do ISD. Jest to
prawdopodobnie spowodowane tym, że zasto−
sowany mikrokontroler AT90S2313−10 pracu−
je poprawnie przy napięciu 4−6V, a resetuje się
przy 2,2V. Aby tego uniknąć można użyć
układu AT90S2313−4. Będzie to wymagało
zmiany kwarcu na 4MHz, lecz nie powinno to
mieć większego wpływu na działanie układu
(nie trzeba będzie zmieniać programu).

Można spróbować także podjąć się skon−

struowania gadającej planszy do gry, gadają−
cych pionków oraz gadającej latarki, która
poinformuje nas, że zgasła i przynajmniej bę−
dziemy mieli w tej sprawie jasność.

Chętnie poznam posiadacza słuchającej

kostki.

Radosław Koppel

Uwaga! Plik źródłowy programu i pro−

gram wynikowy (bas i bin) można ściągnąć
ze strony internetowej www.edw.com.pl/
library/pliki/gadkosrk.zip

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

Styczeń 2002

Wykaz elementów

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

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..55,,66kk

Ω

C11,,C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//1166V

C22,,C

C33,,C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200nnFF

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF//1166V

C88,,C

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333ppFF

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa LLEED

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIS

D11442200 ((eew

w.. IIS

D11441166))

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT9900S

S22331133

X11 .. .. .. .. .. .. ..nniisskkoopprrooffiilloow

wyy rreezzoonnaattoorr kkw

waarrccoow

wyy 66M

Hzz

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miinniiaattuurroow

wyy pprrzzyycciisskk zz kkllaaw

wiisszzeem

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..µµS

wiittcchh 11m

ZZ22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22xx G

Goollddppiinn zz jjuum

mppeerreem

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT jako

kit szkolny AVT−3011

Listy od Piotra

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

Styczeń 2002

Zgodnie z obietnicą sprzed miesiąca

podaję garść informacji dotyczących

elementów, jakie należy, i jakich nie

należy wykorzystywać w filtrach ak−

tywnych.

Już w następnym odcinku poznasz

praktyczne sposoby obliczania pod−

stawowych rodzajów filtrów. Będą to

sprawdzone, proste recepty na najpo−

pularniejsze rodzaje filtrów. Bardziej

zaawansowani

znajdą

dodatkowo

ogólne wzory, pozwalające dobrać

rozmaite kluczowe parametry filtrów.

Wzmacniacz operacyjny

Zasadniczo w omawianych dalej filtrach ak−
tywnych możesz zastosować dowolny
wzmacniacz operacyjny. Nie ma wzmacnia−
czy operacyjnych, przeznaczonych tylko
i wyłącznie do filtrów aktywnych.

Nie znaczy to jednak, że wszystkie

wzmacniacze operacyjne jednakowo dobrze
nadają się do wszystkich filtrów. W zasadzie
schematy podane na rysunku 11 (EdW
10/2001 str. 25) umożliwiają realizację fil−
trów o częstotliwościach granicznych nawet
rzędu megaherców, jednak do tego potrzebne
byłyby najszybsze wzmacniacze operacyjne
(a przy okazji pojawiłyby się inne problemy).
Nie musisz wgłębiać się w szczegóły. Na ra−
zie nie sięgaj po filtry o częstotliwościach
rzędu megaherców, ogranicz się do pasma
akustycznego.

Do filtrów na zakres pasma akustyczne−

go doskonale nadają się powszechnie do−
stępne i tanie wzmacniacze operacyjne
TL071, TL072, TL074. Są dość szybkie, ma−
ją też niewielkie szumy własne. I właśnie te
popularne kostki radzę Ci stosować.

Oczywiście, bez wahania możesz wyko−

rzystać popularne TL08x, które mają odrobi−
nę większe szumy. W grę wchodzą też popu−
larne NE5532 czy LM833, przy czym warto−
ści rezystorów nie powinny przekraczać
100k

Ω

. W zasadzie w niektórych przypad−

kach, przy małych częstotliwościach, można
wykorzystać nawet popularne 741, LM358,
LM324, TLC27x czy nawet TL06x, ale to
ostateczność.

Ogólnie biorąc, w filtrach

warto stosować wzmacniacze
szybkie. Chodzi o to, by dla
najwyższej częstotliwości intere−
sującego nas pasma wzmocnienie
„własne” wzmacniacza, czyli
mówiąc fachowo wzmocnienie
z otwartą pętlą, było co najmniej
50 razy większe niż wzmocnienie
gotowego filtru (które zwykle
wynosi 1x).

Osobiście nie widzę powo−

dów, by w opisanych dalej fil−
trach przy częstotliwościach
granicznych do 20kHz stosować
kostki inne niż TL07x, ewentu−
alnie TL08x, które przy często−
tliwości 20kHz mają wzmocnie−
nie z

otwartą pętlą ponad

100x (40dB).

Kondensatory

W opisanych dalej filtrach możesz śmiało
stosować popularne i tanie kondensatory fo−
liowe poliestrowe (MKT, MKSE), zwane też

w literaturze zagranicznej
mylarowymi – patrz foto−
grafia poniżej. W miarę
możliwości stosuj kon−
densatory 5−procentowe.
W ogromnej większości
przypadków nie musisz
selekcjonować poszcze−
gólnych egzemplarzy za
pomocą miernika. W kon−
densatorach

foliowych

duża litera określa tole−
rancję (mała litera Cię nie
interesuje − określa napię−
cie dopuszczalne). Przy−
kładowo litera J oznacza
tolerancję ±5%, litera K:
±10%, M: ±20, G: ±2%,
F: ±1%, D: ±0,5%.

W zasadzie zamiast

najpopularniejszych kon−
densatorów

foliowych

część 4

MKT (MKSE) lepiej byłoby zastosować
kondensatory poliwęglanowe (MKP), bo ma−
ją nieco mniejszy współczynnik cieplny niż
poliestrowe, ale są to kondensatory znacznie
mniej popularne. Jeszcze rzadziej hobbyści
mają dostęp do precyzyjnych kondensatorów
styrofleksowych o tolerancji 1% czy nawet
0,5%, przeznaczonych głównie do filtrów –
patrz fotografia poniżej. Zapomnij też zu−
pełnie o kondensatorach teflonowych, miko−
wych czy powietrznych, o których wspomi−
nają podręczniki.

Uwaga! Uwaga! Uwaga! W filtrach nale−

ży stosować elementy o dobrej jakości i stabil−
ności parametrów. Nigdy nie powinny być sto−
sowane kondensatory ceramiczne o pojem−
nościach powyżej 1nF, a tylko kondensatory
foliowe. Kondensatory ceramiczne o więk−
szych pojemnościach, tak zwane ferroelek−
tryczne, zwykle są bardzo niestabilne, a zmia−
ny pojemności pod wpływem temperatury
mogą sięgać nawet kilkudziesięciu procent.
Podobnie w kluczowych obwodach filtrów
aktywnych nie są stosowane kondensatory
elektrolityczne aluminiowe, ani tantalowe.

Rezystory

W miarę możliwości w filtrach stosuj dobrej
jakości metalizowane rezystory o tolerancji
1% lub 2%. Kilkanaście takich rezystorów zo−
baczysz na fotografii obok. Obecnie nie ma
większych kłopotów z zakupem metalizowa−
nych rezystorów o takiej tolerancji. Doskona−
le nadają się one do stosowania w filtrach.
Mają współczynnik cieplny w granicach
50...100ppm/K. Istotną zaletą jest też szeroka
gama wartości nominalnych szeregu E96.

Jeśli jednak nie jest wymagana duża pre−

cyzja filtru, bez obaw możesz stosować po−
pularne rezystory 5−procentowe. Nie ma po−
trzeby żmudnego dobierania czy składania
kilku takich rezystorów, by uzyskać dokła−
dnie wartość wyliczoną ze wzoru. Składanie

kilku rezystorów węglowych 5− czy 10−pro−
centowych nie ma większego sensu, bo pod
wpływem temperatury, a nawet już w czasie
lutowania, ich wartość może się znacznie
zmienić, nawet o kilka procent. Warto też pa−
miętać, że zastosowane kondensatory będą
mieć tolerancję 5% lub nawet 10% − to kolej−
ny argument, że nie ma sensu superprecyzyj−
ne dobieranie rezystorów.

W niektórych przypadkach, zwłaszcza

w filtrach pasmowych o dużej dobroci trzeba
minimalizować zmiany parametrów pod

wpływem tempera−
tury. W takich apli−
kacjach optymalne
okażą się stabilne
rezystory o toleran−
cji 1%.

Jeśli chcesz, mo−

żesz zmierzyć rze−
czywistą wartość
kondensatorów za
pomocą

dobrego

miernika pojemno−
ści i podstawić ją do
podanych wzorów.
Jeśli chcesz, mo−
żesz też z pomocą
miernika dobrać eg−
zemplarze, by oba
kondensatory filtru
miały dokładnie ta−
ką samą wartość.

W ogromnej większości przypadków nie ma
jednak takiej potrzeby. Drobne zmiany czę−
stotliwości granicznej filtrów dolno− i górno−
przepustowych nie mają zwykle żadnego
znaczenia, dlatego śmiało możesz stosować
typowe 5−procentowe kondensatory wprost
z pudełka. Natomiast w filtrach środkowo−
przepustowych przewidziany jest potencjo−
metr, pozwalający dostroić się do potrzebnej
częstotliwości.

Procedura projektowa

Projektując filtr według podanych dalej re−
cept, w każdym przypadku najpierw wybie−
ramy jakąś sensowną wartość pojemności
kondensatorów, a potem ze wzorów wylicza−
my potrzebne rezystancje. To nie pomyłka:

pojemność wybieramy według uznania,
a nie obliczamy ze ścisłego wzoru. Może się
zdziwisz, ale tak jest: filtr o zadanych para−
metrach można zrealizować według danego
schematu na bardzo wiele sposobów, przy
bardzo różnych wartościach pojemności i re−
zystancji. My ułatwiamy sobie życie i dlate−
go na początku wybieramy sensowną war−
tość pojemności z dostępnego szeregu.

W niektórych podręcznikach, napisanych

przez niepoprawnych teoretyków, ze wzorów
wylicza się nietypowe wartości pojemności,
które należałoby realizować przez równole−
głe łączenie kilku standardowych kondensa−
torów. Takie podejście bardzo zniechęca
praktyków, bo popularne kondensatory mają
tolerancję 10% lub 5% i dobranie nietypowej
wartości byłoby kłopotliwe.

Ale do tematu można podejść inaczej. My

wykorzystamy rozwiązania, gdzie wszystkie
kondensatory filtru mają taką samą pojem−
ność, albo gdzie ich wartości różnią się 10−
krotnie. Przyjmiemy typowe wartości z sze−
regu, a potem ze wzorów obliczymy rezy−
stancje.

W zasadzie pojemność kondensatorów

filtru mogłaby być dowolna, ale z różnych
względów wartości ponad 1

F i poniżej 1nF

nie są zalecane.

Nie ma tu jednak sztywnych reguł. Cho−

dzi o to, że przy bardzo małych wartościach
pojemności (rzędu pikofaradów) i dużych
wartościach rezystancji (rzędu megaomów)

na właściwości fil−
tru mogą mieć zna−
czący wpływ szko−
dliwe pojemności
montażowe. Nato−
miast przy dużych
wartościach pojem−
ności i małych war−
tościach rezystancji
(poniżej 1k

Ω

) prą−

dy w tych elemen−
tach będą znaczne −
należałoby wtedy
uwzględnić ograni−
czoną wydajność

prądową wyjść wzmacniaczy i małą rezy−
stancję wejściową filtru, będącą obciążeniem
dla poprzedniego stopnia.

Właśnie dlatego chcemy stosować takie

procedury projektowania filtrów, by w mia−
rę możliwości dawały wartości kluczowych
rezystorów w zakresie 5k

Ω

...50k

Ω

(tylko

w filtrach środkowoprzepustowych jeden
z rezystorów ma wartość znacznie poniżej
1k

Ω

, ale to inna historia, bo nie płyną tam

duże prądy).

Jeśli wartości kluczowych elementów RC

wykraczałyby

poza

zalecany

zakres

2,2k

Ω

...220k

Ω

, 1nF...1

F, można je zmienić.

Jest to dziecinnie proste i możliwe dla każde−
go filtru: obliczone wartości kondensatorów
należy pomnożyć przez dowolną liczbę

Listy od Piotra

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

Styczeń 2002

Listy od Piotra

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

Styczeń 2002

A (gdzie A może mieć wartość 0,01...100),
a wartości rezystorów podzielić przez tę samą
liczbę A. Charakterystyki pozostaną takie same.

Bufory

Filtry, które będziemy projektować, mają
dzięki obecności wzmacniacza operacyjnego
bardzo małą rezystancję wyjściową, rzędu
omów lub mniej. Nie są więc potrzebne żad−
ne dodatkowe bufory wyjściowe, o ile obcią−
żenie nie będzie mniejsze od 2k

Ω

, a tak zwy−

kle jest, także gdy wejście następnego stop−
nia jest dołączone wprost do wyjścia filtru.
Nie ma tu żadnego problemu.

Przy proponowanych wartościach ele−

mentów rezystancja wejściowa filtrów jest
rzędu kiloomów i dziesiątek kiloomów.
Wskazuje to, że filtry mogą być bezpośre−
dnio dołączone do różnych źródeł sygnału,
których rezystancja wyjściowa jest mała,
znacznie mniejsza od 1 kilooma. W innych

przypadkach, gdy poprzedni stopień ma
znaczną rezystancję wyjściową, trzeba ko−
niecznie zastosować bufor wejściowy, najle−
piej w postaci wzmacniacza operacyjnego.
Nawet, gdy nie jest to absolutnie konieczne,
warto stosować bufor na wejściu filtru.
Przykłady pokazuje rysunek 18. W razie
potrzeby może to być wzmacniacz nieod−
wracający, który wzmocni sygnały podawa−
ne na filtr. Dwa przykłady pokazane są na
rysunku 19.

Uzbrojeni w te wszystkie wiadomości

wstępne możemy wreszcie przystąpić do pro−
jektowania filtrów. W następnym odcinku we−
źmiemy na warsztat filtry dolnoprzepustowe.

Piotr Górecki

Rys. 19

Rys. 18

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

Styczeń 2002

Systemy zdalnego sterowania „na pilota” są
ostatnio bardzo popularne. Oprócz pilotów radio−
wych, które mają swoje zalety i wady, chętnie
wykorzystywane są piloty i systemy na podczer−
wień, między innymi z tego względu, że ewentu−
alnym złodziejom nieporównanie trudniej jest je
„podsłuchać” i wykorzystać zapisany sygnał.

W opisywanym systemie zamka szyfrowego

możliwa jest współpraca jednego nadajnika z kil−
koma odbiornikami i jednego odbiornika z kilko−
ma nadajnikami. Aby użytkownik mógł zrealizo−
wać postawiony cel, dostępne są dwa oddzielne
zestawy Vellemana: K6708 − nadajnik i K6709 –
odbiornik. System znajdzie różnorodne zastoso−
wania, począwszy od systemów alarmowych,
zdalnego otwierania garażu, włączania oświetle−
nia, itp. System doskonale współpracuje z alar−
mem samochodowym Vellemana K3512.

Użytkownik może wybrać swój kod spośród

prawie 9000 możliwości, co praktycznie eliminu−
je możliwość włamania czy przypadkowego
otwarcia innym pilotem.

Zasięg wynosi około 7m. W systemie wyko−

rzystano układy scalone kodera/dekodera
UM3758−120A. Elementem wykonawczym
w odbiorniku jest przekaźnik o obciążalności sty−
ków do 10A. Nadajnik zasilany jest małą typową
baterią 12−woltową, odbiornik można zasilać na−
pięciem zmiennym 2x9VAC lub stałym
12...16VDC. Zestaw nadajnika zawiera typową
obudowę, moduł odbiornika będzie wbudowany
w sterowane urządzenie.

Montaż nadajnika i odbiornika jest typowy.

Warto zacząć od elementów najmniejszych.
W odbiorniku i nadajniku należy ustawić ten
sam kod, łącząc wejścia kodujące albo do plusa
zasilania, albo do masy, albo pozostawić nie−
podłączone.

W odbiorniku należy najpierw zmontować

przedwzmacniacz, który potem będzie wlutowa−
ny w płytkę główną i zaekranowany za pomocą
dostarczonej blachy. Odbiornik, zależnie od
zwory (TOGGLE/MOMENTARY) może praco−
wać w dwóch trybach: chwilowym i przełącznym.
Instrukcja zawiera rysunki pokazujące przykłady
wykorzystania odbiornika, m.in. do współpracy
z alarmem K3512.

Zestawy K6708/K6709 można zamówić
w Dziale Handlowym AVT.
K6708 cena brutto 41 zł,
K6709 cena brutto 93 zł.

Belgijska firma Velleman jest światowym liderem w produkcji kitów elektronicznych

K6708/K6709 Zamek szyfrowy

na podczerwień

K6708/K6709 Zamek szyfrowy

na podczerwień

Płytka w skali 1:2

Płytka w skali 1:1

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

Styczeń 2002

Zapas wzmocnienia

Sprawę zapasu wzmocnienia poruszyliśmy
we wcześniejszych odcinkach. Czy na pewno
dobrze wszystko rozumiesz?

Ponieważ jest to sprawa bardzo ważna

w praktyce, zajmijmy się nią jeszcze trochę.
Na początku rozważań o wzmacniaczach
operacyjnych założyliśmy, że ich wzmocnie−
nie jest bardzo duże. I tak jest. „Goły”
wzmacniacz operacyjny ma dla prądu stałego
i przebiegów wolnozmiennych wzmocnienie
rzędu dziesiątek i setek tysięcy (ponad
80dB). Jest to tak zwane wzmocnienie
z otwartą pętlą. W praktycznym układzie pra−
cy wzmacniacz objęty jest pętlą ujemnego
sprzężenia zwrotnego i wtedy o wypadko−
wym wzmocnieniu decydują oporności w ob−
wodzie sprzężenia zwrotnego. Wzmocnienie
w

takich

układach

nie

przekracza

100x (40dB), a często jest bliskie jedności.

Celowo redukujemy wzmocnienie...
Jak wskazują podane wcześniej informa−

cje, pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego
genialnie poprawia właściwości wzmacnia−
cza. Na przykład radykalnie zmniejsza rezy−
stancję wyjściową i redukuje zniekształcenia
nieliniowe. Czujesz chyba ten temat – redu−
kujemy wzmocnienie, by poprawić inne pa−
rametry. I w tym miejscu trzeba bardzo moc−
no podkreślić, że te błogosławione skutki
występują tylko wtedy, gdy mamy do dyspo−
zycji wystarczający „zapas” czy „nadmiar”
wzmocnienia. Mówiąc obrazowo, zgodnie
z zasadą, że nic nie ma za darmo, poprawa
oporności wyjściowej i zniekształceń odby−
wa się kosztem redukcji wzmocnienia.

Gdy ten zapas wzmocnienia jest mały,

wypadkowe parametry będą słabe, niekiedy
bardzo złe.

Przeanalizuj jeszcze raz rysunki 26...32

i przyjmij prostą regułę: dla najwyższej czę−
stotliwości użytecznej, wzmocnienie wzmac−
niacza z otwartą pętlą, powinno być co naj−
mniej 50 razy większe od wypadkowego
wzmocnienia wyznaczonego przez pętlę
sprzężenia zwrotnego.

Przykładowo

przy

wzmocnieniu

10x (20dB) kostka LM358 (LM324) nie po−
winna pracować z częstotliwościami wyższymi
niż...2kHz. Przy wzmocnieniu około 1, zakres
częstotliwości roboczych może sięgać 20kHz.
Oznacza to, że w niektórych przypadkach
w układach audio można stosować nawet naj−
tańsze wzmacniacze operacyjne. Oczywiście,
w sprzęcie wyższej klasy warto wykorzystać
kostki o lepszych parametrach, zwłaszcza opty−
malizowane do takich właśnie zastosowań.

Szybkość zmian napięcia
wyjściowego

Podane wcześniej wiadomości o częstotliwo−
ściach granicznych dotyczą małych sygna−
łów i nie do końca określają możliwości
wzmacniacza operacyjnego. Stopnie sterują−
ce i wyjściowe mają ograniczoną szybkość
i dlatego gwałtowna zmiana napięcia wej−
ściowego nie wywoła natychmiastowej zmia−
ny napięcia na wyjściu. Napięcie wyjściowe
będzie zmieniać się z jakąś szybkością, cha−
rakterystyczną dla danego wzmacniacza. Ilu−
struje to rysunek 33a, pokazujący odpo−
wiedź wzmacniacza typu LM358 (pracujące−
go jako wtórnik) na impuls wejściowy.
Wzmacniacz TL072(82) jest znacznie szyb−

szy – jego odpowiedź pokazana jest na ry−
sunku 33b. Szybkość ta zależy dodatkowo
od obciążenia, zwłaszcza pojemności obcią−
żenia. Chodzi o to, że prąd wyjściowy musi
przeładować pojemności, w tym pojemności
montażowe, dołączone do wyjścia.

Dlatego w katalogach zawsze podawany

jest kolejny ważny parametr wzmacniaczy:
szybkość zmian napięcia wyjściowego. Jest
oznaczany SR od angielskiego Slew Rate
i z reguły wyrażany w woltach na mikrose−
kundę (V/

s).

Dla popularnych wzmacniaczy LM358

i LM324 SR wynosi około 0,5V/

s (podob−

nie jak dla archaicznego 741), dla TL06x −
3,5V/

s dla TL07x i TL08x − 13V/

s, dla

NE5532 − 9V/

s, a przykładowo dla AD810

aż 1000V/

Omawiane ograniczenie szybkości zmian

na wyjściu dotyczy nie tylko przebiegów im−
pulsowych. Przy dużych sygnałach sinusoidal−
nych o znacznej częstotliwości, sygnał wyj−
ściowy nie nadąża za wejściowym, a ograni−
czeniem jest właśnie szybkość zmian napięcia
wyjściowego. Na wyjściu zamiast sinusoidy
otrzymujemy sygnał o kształcie trójkąta i nie−
wielkiej amplitudzie. Ilustruje to rysunek 34.

W podręcznikach znajdziesz wzory wyraża−

jące zależność maksymalnej ampli−
tudy i częstotliwości od parametru
SR. Na razie nie musisz ich znać.

Zwróć natomiast uwagę na

kolejną charakterystykę wzmac−
niacza podawaną w katalogu.
Jest to wykres pokazujący możli−
wości wyjścia dla dużych sygna−
łów. Na rysunku 35 znajdziesz
te charakterystyki dla kostek
LM358

(LM324)

oraz

TL07x(8x). Na osi pionowej za−
znaczone jest maksymalne wyj−
ściowe napięcie miedzyszczyto−
we. Przy dużych sygnałach wyj−
ściowych i dużych częstotliwo−
ściach wzmacniacz po prostu nie
nadąża wytworzyć na wyjściu

Rys. 33

śś

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

Styczeń 2002

odpowiedniego przebiegu. Rysunek 35 do−
datkowo potwierdza, że skądinąd bardzo po−
żyteczne kostki LM358 (LM324) nie najle−
piej nadają się do zastosowań audio.

Na marginesie wspomnę, że parametr SR

określający szybkość zmian na wyjściu ma
związek z częstotliwością graniczną, ale nie
jest to zależność bezpośrednia. Kostka
NE5532 ma SR=9V/

s i częstotliwość gra−

niczną 10MHz, natomiast kostki TL08x(7x)
mają częstotliwość graniczną tylko 3MHz,
a mimo to są szybsze – SR wynosi 13V/

CMRR

CMRR – Common Mode Rejection Ratio to
współczynnik tłumienia napięć wspólnych.
Idealny wzmacniacz ma wzmacniać różnicę
napięć między wejściami. Powinien doskona−
le tłumić sygnały współbieżne, podawane jed−
nocześnie na oba wejścia. Jeśli jednak na oba
wejścia rzeczywistego wzmacniacza zostanie
podany ten sam sygnał, to na wyjściu pojawi
się niewielka jego część – zobacz rysunek 36.

Najogólniej biorąc, współczynnik CMRR
wskazuje, jaka część sygnału wejściowego
przedostanie się na wyjście (ściślej jest to sto−
sunek wzmocnienia różnicowego do współ−
bieżnego). Przykładowo popularne kostki
TL07x i TL08x mają wartość CMRR typowo
76dB (6300x), natomiast jeden z najbardziej
precyzyjnych i niskoszumnych wzmacniaczy
AD797 ma współczynnik CMRR wynoszący
typowo 130dB (316000x). Wartość CMRR
zależy od częstotliwści – zmniejsza się (po−
garsza) przy większych częstotliwościach.

W typowych prostych zastosowaniach,

na przykład we wzmacniaczach odwraca−
jacych i nieodwracających, wartością
CMRR wcale nie trzeba się zajmować, po−
nieważ już układ pracy zapewnia, że nie
ma ona wpływu na parametry. Trzeba na
nią zwracać uwagę tylko w układach,
gdzie mały sygnał użyteczny występuje na

tle silnego sygnału wspólnego. Wtedy stosuje
się sprawdzone rozwiązania tak zwanych

wzmacniaczy różnicowych. Hobbyści rzadko
mają okazję opracowywać takie wzmacnia−
cze od podstaw, korzystają z gotowych roz−
wiązań i powinni tam stosować wzmacniacze
operacyjne zalecane przez konstruktora.

SVRR

Podawany w katalogach współczynnik SVRR
(Supply Voltage Rejection Ratio), zwany też
PSRR (Power Supply Rejection Ratio) – współ−
czynnik tłumienia tętnień zasilania) − także ma

dla hobbystów znikome znaczenie. Określa on
na ile wszelkie zmiany napięcia zasilania prze−
noszą się na wyjście wzmacniacza (ściślej bio−
rąc jest to stosunek zmiany napięcia niezrówno−
ważenia do wywołującej ją zmiany napięcia za−
silania). Generalnie wzmacniacze operacyjne
powinny być zasilane napięciem dobrze filtro−
wanym, o ile to tylko możliwe, stabilizowanym
i wtedy nie trzeba się przejmować współczynni−
kiem SVRR. Jedynie w najbardziej niskoszum−
nych i bardzo precyzyjnych układach trzeba
brać pod uwagę także i ten aspekt sprawy.

Podsumowanie

Podane informacje mogą wywołać wrażenie,
że zaprojektowanie jakiegokolwiek układu
ze wzmacniaczem operacyjnym wymaga
ogromnej wiedzy, wielu obliczeń i uwzglę−
dnienia licznych ograniczeń. Taki pogląd jest
jak najbardziej słuszny w odniesieniu do pre−
cyzyjnych układów pomiarowych, układów
niskoszumnych czy bardzo szybkich. Przy
ich projektowaniu trzeba uwzględnić, prócz
omówionych w naszym cyklu, także jeszcze
inne czynniki. Zwłaszcza układy bardzo
szybkie przysparzają wielu kłopotów i wy−
magają sporej wiedzy na temat sprzężeń, za−

kłóceń i zasad projektowania płytek
drukowanych.

Na szczęście w większości pro−

stych, typowych zastosowań nie
trzeba się przejmować wszystkimi
parametrami. Warto jednak rozu−
mieć związane z nimi ograniczenia,
by nie popełnić rażących błędów.
Wiedza zdobyta podczas lektury pu−

blikowanych dotąd w tym cyklu artykułów
całkowicie wystarczą do zrealizowania wielu
własnych pomysłów układowych z wykorzy−
staniem wzmacniaczy operacyjnych.

Dlatego w następnych odcinkach zajmie−

my się kolejnymi sposobami wykorzystania
wzmacniaczy operacyjnych.

Piotr Górecki

Rys. 36

Rys. 34

Rys. 35

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

Styczeń 2002

Często przy przesyłaniu mowy oraz w innych
nietypowych zastosowaniach szerokie pasmo
przenoszenia jest niepożądane, wręcz szko−
dliwe. Okazało się, że pasmo mowy można
z powodzeniem ograniczyć do zakresu
300Hz...3300Hz.

Nadający się do tego układ został tutaj

zrealizowany z wykorzystaniem dwóch
umieszczonych jeden za drugim filtrów But−
terwortha 5. rzędu o podanych częstotliwo−
ściach granicznych. W wyniku otrzymuje się
filtr pasmowy o potrzebnym paśmie przeno−
szenia i stromości zboczy wynoszącej
100dB/dekadę.

Pierwszy wzmacniacz operacyjny pracuje

jako bufor. Układ jest przewidziany do pracy
z pojedynczym napięciem zasilania w grani−
cach 5...18V. Tak szeroki zakres napięć zasi−
lania będzie pomocny przy wbudowywaniu
modułu do istniejącego urządzenia, gdzie za−
wsze można znaleźć potrzebne napięcie zasi−
lania. Również pobór prądu rzędu pojedyn−
czych miliamperów nie przeszkodzi w podłą−
czeniu się do jakiegokolwiek istniejącego ob−
wodu zasilania. Także dobór wzmacniacza
operacyjnego nie jest krytyczny. Nie trzeba
koniecznie stosować wysokiej jakości
wzmacniaczy OP−27A. Wystarczy popularny
TL081 albo nawet weteran typu 741. W ukła−
dzie nie są stosowane żadne elementy o wą−
skiej tolerancji, co w przypadku kondensato−
rów byłoby nie lada problemem. Użycie po−
pularnych elementów powoduje wprawdzie,
że charakterystyka nieco odbiega od obliczo−
nej, jednak na uzyskany słyszalny efekt nie
ma to żadnego wpływu.

Wzmocnienie modułu wynosi 1x (0dB),

dzięki czemu nie jest potrzebne żadne dopa−
sowanie poziomów.

Proponowana płytka umożliwia budowę

zwartego i niewielkiego modułu, co jest ko−
rzystne, gdy ma on być wmontowany do ist−
niejącego urządzenia. Po zmontowaniu układ
można w prosty sposób sprawdzić – na wszy−
stkich wejściach i wyjściach wzmacniaczy
operacyjnych powinno występować napięcie
równe połowie napięcia zasilania.

G. Baars

Filtr mowy

Editorial items appearing on pages 28−29 are the copyright property of © Segment B. V. Beek, The Netherlands, 1998, which reserves all rights.

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

Styczeń 2002

Zestawy akumulatorów NiCd, przeznaczone
do pracy w laptopach czy zdalnie sterowa−
nych modelach, powinny przez długi czas
zachowywać sprawność i dostarczać dużego
prądu. Aby były do tego zdolne, należy
przedsięwziąć środki wykluczające zaistnie−
nie tzw. efektu pamięciowego (memory ef−
fect). Nie wystarczy za każdym razem nała−
dować akumulator „do pełna“. Przed łado−
waniem warto go rozładować do napięcia
około 1V/ogniwo (w żadnym wypadku do
zera!).

Autor do rozładowania zestawu firmy

Duracell, zawierającego dziewięć ogniw,
wykorzystuje przedstawiony prosty układ.
Zestaw rozładowuje się przez rezystancję
obciążenia R

, dopóki przekaźnik trzyma.

Obciążenie jest tak dobrane, że maksymalny
prąd wynosi około 200mA.

Rozładowarka zaczyna pracę po naci−

śnięciu przycisku S1. Przez diodę D3 płynie
prąd i przekaźnik się włącza. Po zwolnieniu
przycisku, w tej gałęzi nie płynie już prąd,
dlatego w roli S1 można zastosować jaki−
kolwiek mały przycisk.

Uruchomiony przekaźnik pozostaje

w stanie wzbudzenia po zwolnieniu przyci−
sku. Trwa to tak długo, jak długo przez re−
zystory P1, R2, diodę D2 i cewkę 12−wolto−
wego przekaźnika (272) płynie wystarczają−
cy prąd. Ponieważ prąd zwalniania zależy
silnie od typu przekaźnika, przewidziano
potencjometr P1 umożliwiający regulację
napięcia, przy którym przekaźnik puszcza,
kończąc cykl rozładowania.

Ze względu na rozrzut parametrów prze−

kaźników, wartości rezystancji P1, R2 trze−
ba dobrać eksperymentalnie. W tym celu za−
miast akumulatora trzeba dołączyć zasilacz
o napięciu 9V (tyle woltów, ile jest ogniw
NiCd), nacisnąć przycisk S1 i powoli pokrę−
cając P1 doprowadzić do zwolnienia prze−
kaźnika, co zasygnalizuje lampka D1.

Dioda LED D1 sygnalizuje przebieg roz−

ładowania. Wartość R1 trzeba dobrać sto−
sownie do napięcia akumulatora, wstępna

wartość wynosi 1k

Ω

. Należy zauważyć, że

prąd rozładowania płynie nie tylko przez re−
zystor mocy R

, ale też przez przekaźnik

i diodę D1 – należy to uwzględnić przy do−
bieraniu wartości R

, zwłaszcza w przypad−

ku akumulatorów o małej pojemności.

Napięcie zwalniania przekaźnika pozo−

staje stabilne w czasie i przy zmianach tem−
peratury, a ewentualne dodatkowe rezystan−
cje styków zmieniają to napięcie w „bez−
pieczną“ stronę.

Rozładowarka akumulatorów

Opisany prosty i ekonomiczny migający
łańcuch świetlny nadaje się nie tylko na
choinkę. Może być użyty do różnych celów
dekoracyjnych. Składa się jedynie z dwóch
rezystorów, jednego zwykłego tranzystora,
jednej diody migającej i kilku zwykłych
diod LED.

Dioda migająca pracuje tu jako generator

taktujący – włącza i wyłącza tranzystor T1,
przez co migają także pozostałe diody.

Do zasilania można wykorzystać niesta−

bilizowany 12−woltowy zasilacz wtyczko−
wy. Rezystor ograniczający prąd diod LED
jest zbędny, jeśli w łańcuchu pracuje odpo−
wiednia liczba diod LED. Przy zastosowa−
niu czerwonych diod LED o napięciu prze−

wodzenia równym 1,65V, przy 12V zasila−
nia należy zastosować 7 diod LED. W przy−
padku żółtych diod o napięciu przewodze−
nia 2,1V – sześć. A przy zielonych diodach
o napięciu przewodzenia 2,7V tylko pięć..
Oczywiście możliwe jest wykonanie łańcu−
cha wielokolorowego.

Układ można zmodyfikować, dodając

drugi łańcuch LED−ów, rezystor i

drugi

tranzystor NPN (rezystor między kolekto−
rem T1, a bazą T2). Oba łańcuchy będą mi−
gać na przemian.

Manuel Schreiner

Łańcuch świetlny

Radio Retro

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

Styczeń 2002

Szanowni Państwo!
Chciałbym zaprezentować swoją

niewielką kolekcję lampowych sta−
rań. Od kilku lat gromadzę radiood−
biorniki różnych marek i typów, naj−
starszy pochodzi z 1930r. z wytwórni
POLMET we Lwowie. Posiadam
także kilka egzemplarzy PHILIPSA
z lat 1932−1940 oraz odbiorniki firm:
ELEKTRIT, BRAUN, STERN, TE−
LEFUNKEN, NORA, SABA, IKA,
BLAUPUNKT, MENDE, IMPE−
RIAL i in. Zgromadziłem też kilka−
dziesiąt odbiorników powojennej
polskiej i zagranicznej produkcji, za−
równo stacjonarnych jak i przeno−
śnych. Każdy z posiadanych przeze
mnie okazów przeszedł gruntowną
renowację, przy czym staram się od−
twarzać oryginalne układy elektrycz−
ne i elementy obudowy. Jestem sa−
moukiem, ale nieźle opanowałem za−
równo sekrety elektroniki, jak i zasa−
dy renowacji stolarki. Wszystkie pra−
ce wykonuję samodzielnie, ale przy−
znaję, że stan niektórych egzempla−
rzy był rozpaczliwy. Zdarzało się, że
zarówno układy elektryczne, jak
i prawie całe obudowy odtwarzałem
według zachowanych szczątków
i dokumentów.

Największym problemem jest

brak czasu, który mógłbym przezna−
czyć na swoją pasję, ale mam tym
większą satysfakcję, gdy uda się oży−
wić szacowne szczątki.

Radio
Retro

Moja praca zawodowa (jestem prywatnym przedsiębiorcą)

nie ma nic wspólnego z elektroniką, ale częste wyjazdy po−
magają mi w powiększaniu zbiorów. Ostatnio trafiłem na
kilka nieźle zachowanych niemieckich radioodbiorników
sprzed 1939 roku.

Przesyłam kilka zdjęć, łączę pozdrowienia.

Michał Famielec

Radio Retro

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

Styczeń 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

Styczeń 2002

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

Jeden z uczestników Szkoły przysłał niedaw−
no projekt wykrywacza deszczu. Układ miał−
by być wykorzystywany do zdejmowania
schnących ubrań w chwili pojawienia się de−
szczu. Nadesłany układ okazał się niezbyt
udany, więc stawiam temat kolejnego zada−
nia. Jestem przekonany, że docenicie przy−
datność takiego urządzenia i oprócz interesu−
jących propozycji teoretycznych, przedstawi−
cie też interesujące modele.

Oto temat zadania:

Zaprojektować „deszczoostrzegacz”

dla gospodyni.

Patrząc ze strony elektroniki, w najpro−

stszej wersji zadanie jest wręcz bezna−
dziejnie łatwe. Trzeba jednak zwrócić
uwagę na bardzo ważne szczegóły. Przede
wszystkim przyrząd musi być prosty w ob−
słudze. Wyobrażam sobie, że będzie to nie−
wielkie pudełko, przechowywane razem ze
spinaczami, wieszane na sznurku wraz
z praniem.

Jeśli pojawi się deszcz, „deszczoostrze−

gacz” ma zacząć głośno wyć. Najlepiej
z przerwami, żeby nie denerwować wszyst−
kich wokoło.

Jaki zastosujecie czujnik? Jaką obudowę,

jaki sygnalizator i baterię?

Źródłem zasilania mogą być dwie lub trzy

baterie litowe − wejdą wprost do obudowy
przetwornika PCA−100, który zapewne wielu
z Was zechce wykorzystać. Natomiast popu−
larny 9−woltowy bloczek być może okaże się
zbyt duży.

Głośność sygnalizatora musi być znaczna,

żeby dał się dobrze słyszeć nie tylko z balko−
nu, ale i z podwórka za domem.

A może uznacie, że lepsza będzie inna

koncepcja?

Oprócz wersji prostej widzę możliwość

wykonania systemu z sygnalizacją radiową,
co byłoby pożyteczne, gdy pranie umie−
szczone będzie nie na balkonie, tylko gdzieś
dalej w ogrodzie.

Nie muszę chyba dodawać, z przyrząd

wieszany na sznurku wraz z praniem musi
być wodoszczelny, żeby nawet gwałtowny
deszcz nie przeniknął do środka.

I to może być problemem. Czy bowiem

przyrząd będzie miał wyłącznik? Czy obe−
cność wyłącznika uniemożliwi zachowanie
szczelności?

W zasadzie przyrząd nie musi mieć wy−

łącznika bo w spoczynku może nie pobierać
prądu. I to nawet byłaby wielka zaleta, bo go−
spodyni nie musiałaby pamiętać, by włączać
i wyłączać przyrząd. Przeciętna gospodyni
domowa nie musi znać się na elektronice,
więc trzeba jej maksymalnie ułatwić posługi−

wanie się „deszczoostrzegaczem”. Brak wy−
łącznika i stałe czuwanie przy zerowym prą−
dzie spoczynkowym byłby cenną zaletą. Jak
jednak wyłączyć przyrząd jeśli już zacznie
wyć? Należałoby przewidzieć możliwość
wyłączenia wyjca w dowolnej chwili. Czy
można to zrealizować tak, że odwrócenie
ostrzegacza „do góry nogami” wyłączy sy−
gnał dźwiękowy na dłuższy czas (do wysch−
nięcia czujnika)?

Czy przyrząd ma mieć jakiś obwód po−

zwalający skontrolować stan baterii? A może
baterie byłyby automatycznie testowane pod−
czas włączania.

Przeanalizujcie te problemy. Jestem

przekonany, że przedstawicie interesujące
pomysły. Przy wykonywaniu modeli zwróć−
cie uwagę, żeby nie były to jedynie ko−
szmarne „pająki” będące plątaniną drutów.
Zaprojektujcie i wykonajcie coś praktyczne−
go, zgrabnego i w miarę możliwości ładne−
go. Jak zwykle, przewiduję nagrody nie tyl−
ko za modele, ale i za przeprowadzone (tak−
że nieudane) próby oraz za najlepsze pomy−
sły teoretyczne.

Ponieważ tym razem jedną z kluczowych

spraw będzie obudowa, nagrodami będą pro−
fesjonalne obudowy.

Czekam na propozycje kolejnych zadań.

Pomysłodawcy wykorzystanych zadań otrzy−
mują nagrody rzeczowe.

Temat zadania 67 brzmiał: Zaprojektować
układ „przypominacza lekarskiego” − przy−
rządu, który w określonych odstępach czasu
dźwiękiem przypomni o konieczności zaży−
cia kolejnej dawki leku.

Zadanie okazało się trudniejsze, niż mo−

gło wyglądać na pierwszy rzut oka. Jedno−
cześnie wielu uczestników podkreślało prak−
tyczną przydatność takiego urządzenia. Je−
den z nich napisał: Od jakiegoś czasu prak−
tycznie nie uczestniczę w „Szkole Konstruk−
torów”. Jednak udziału w niniejszym zada−

niu nie mogłem sobie odmówić ze względu na
temat. Jest on tak celnie dobrany, że dziwię
się, iż wcześniej nie zaprojektowałem tego ty−
pu urządzenia lub nie uczynili tego inni. Tym
bardziej, że wśród wielu rodzin (np. w mojej)
są osoby, które regularnie muszą zażywać
określone lekarstwa. Nie wykluczone,

Rozwiązanie zadania nr 67

Zadanie nr 71

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

Styczeń 2002

że i zdrowego dopadnie jakaś dolegliwość
zmuszająca do stosowania medykamentów.
Dlatego już teraz warto być przezornym
i wykonać układ będący tematem tego zada−
nia. Urządzenie tego typu może być dobrym
prezentem dla przewlekle chorej osoby. Ge−
neralnie nie wypada obdarowywać kogoś
prezentami kojarzącymi się z chorobą (np.
leki). W tym przypadku można jednak uczy−
nić wyjątek, gdyż taki „przypominacz” nie−
jednemu może uratować zdrowie lub nawet
życie.

Cieszę się z dziesięciu modeli i wielu po−

prawnych prac teoretycznych.

Zanim

przejdę

szczegółowego

omówienia godnych wzmianki propozycji
podkreślam, że przypominacz nie musi pre−
cyzyjnie odmierzać wyznaczonego czasu.
Działanie leku nie kończy się raptownie po
6 czy 8 godzinach. Wpływ lekarstwa po za−
życiu stopniowo zwiększa się, osiąga maksy−
malną wartość, a potem stopniowo zmniejsza
się. Wygląda to różnie w przypadku różnych
medykamentów i sposobów ich podania, ale
we wszystkich przypadkach podane czasy
między kolejnymi dawkami należy traktować
jako czasy zalecane, a ewentualna odchyłka
o pół godziny nie jest tragedią. Dlatego błąd
odmierzania czasu ±10% jest w tym wypad−
ku jak najbardziej dopuszczalny. A znacznie
większą dokładność, rzędu ±3% można osią−
gnąć w prosty sposób za pomocą elementów
RC bez użycia generatora kwarcowego.
Trzeba tylko w obwodzie odmierzania czasu
zastosować stabilne kondensatory stałe, kon−
kretnie foliowe oraz metalizowane rezystory.
Wykorzystanie generatora kwarcowego nie
jest błędem, ale zwykle wiąże się z niepo−
trzebną komplikacją układu.

Wystarczającym rozwiązaniem było więc

wykorzystanie generatora RC i licznika. 12
godzin to 43200 sekund, wystarczy więc
licznik o współczynniku podziału 2

, na

przykład CMOS 4060 czy CMOS 4541. Kil−
ku uczestników niepotrzebnie martwiło się
o to, jak rozpoznać nadejście nowego dnia.
Nie ma problemu − przypominacz nie ma być
wyłączany na noc, wprost przeciwnie, ma da−
wać sygnały co określoną liczbę godzin, nie−
zależnie, czy będzie to dzień, czy noc.

Więcej uwagi należało poświęcić proble−

mowi praktycznej przydatności, zwłaszcza
kwestii obudowy, zasilania i sposobowi sy−
gnalizacji. Na pewno urządzenie musi być
zasilane z baterii, żeby całkowicie uniezależ−
nić się od sieci i możliwości zaniku napięcia.

Rozwiązania teoretyczne

W tej grupie zdecydowanie przeważały pro−
ste propozycje: oscylator, licznik, układ róż−
niczkujący, i brzęczyk. Rozwiązania tej dość
licznej grupy różnią się szczegółami. Prosty
przykład pokazany jest na rysunku 1. Oscy−
lator i licznik to albo kostka 4060, albo 4541.
W większości są to rozwiązania prawidłowe,

o ile tylko układ zostanie zrealizowany
w sposób porządny i estetyczny.

Marcin Kartowicz z Bolechowa zapropo−

nował prosty układ z mniej popularną kostką
CMOS 4521 oraz bramkami kostki 4093
(Kartowicz.gif). Układ 4521 zawiera oscyla−
tor i 24−stoniowy licznik, którego ostatnie
siedem wyjść jest wyprowadzonych na ze−
wnątrz. Zapewnia to podział częstotliwości
oscylatora

przez

liczby

...2

(262144...16777216), czyli łatwą realizację
długich czasów.

Mariusz Chilmon z Augustowa chce wy−

korzystać kostki CMOS 4541 i 4093. Sche−
mat jego „Przypominadła” pokazany jest na
rysunku 2. Warto zwrócić uwagę na inny
tryb pracy. Gdy po upływie wyznaczonego
czasu na wyjściu Q pojawi się stan wysoki,
zacznie pracować generator U2A, a konden−
sator C3 zacznie się rozładowywać przez R4.
Brzęczyk będzie pracował w sposób przery−
wany przez czas wyznaczony przez elementy
R4C3, chyba, że wcześniej użytkownik naci−
śnie przycisk S1. Dziwny obwód z potencjo−
metrem PR1 pełni rolę... testera baterii.

Gdy napięcie baterii się obniży, brzęczyk

B1 odezwie się w sposób ciągły, sygnalizując
potrzebę zmiany baterii. Choć taki sposób sy−
gnalizacji stanu baterii utrudni zażycie kolej−
nej dawki leku, pomysł jest wart odnotowa−
nia. A Mariusz za swą propozycję otrzyma
nagrodę, choć jak napisał, „zadanie 67 trochę
mi nie wyszło”. Ja akurat jestem innego zda−
nia (ale może się mylę).

Chciałbym jeszcze wymienić rozwiązania

zaproponowane przez Jacka Koniecznego
z Poznania, Jarosława Chudoby z Gorzowa
Wlkp. i Piotra Bechcickiego z Sochaczewa.
Jacek jak zwykle nadesłał jedynie ogólną
propozycje z kostkami 4538, 4516, 4067
i 4093, która jest zdecydowanie zbyt skom−
plikowana. Jarek zaproponował sensowny
i prawidłowy układ (Chudoba.gif), jednak
pięć układów scalonych i sporo innych ele−
mentów to jednak trochę zbyt dużo, jak na
pełnione funkcje. Piotr przedstawił schemat
(Bechcicki.gif) z dwoma licznikami 4017,
gdzie czas w zakresie 1...18 godzin wybiera
się za pomocą zwory.

Po upływie terminu, tuż przed oddaniem

artykułu do druku, nadesłał e−mailem swą
pracę Marcin Malich z Wodzisławia Śl.
Niestety dołączył zazipowane dwa schema−
ty w plikach bez rozszerzenia, a przy braku
nagłówka nie wiadomo, czym je odczytać.
Z załączonego listu można się zorientować
o ogólnej koncepcji i za rozwiązanie, zwła−
szcza za pomysł monitora przydzielam Mar−

cinowi trzy punkty. Pierwszy układ jest zbu−
dowany na kostce 4060, która wysyła impuls
o okresie 2 h na wejście licznika 4017. Licz−
nik zlicza kolejne impulsy i zostaje włączony
alarm co 2, 4, 6, 8, 10 lub 12 godzin, w za−
leżności od ustawienia przełącznika S1. Ge−
nerator zbudowany na bramce Schmitta ste−
ruje brzęczykiem piezo i diodą LED D1. (...)
Jeśli w czasie trwania alarmu zostanie
zwarty przełącznik S2, wtedy licznik wraz
z generatorem zostaną wyzerowane i układ
przechodzi do kolejnego odmierzania usta−
wionego czasu. Jeżeli w czasie trwania alar−
mu nie zostaną zwarte styki S2, po dodatko−
wym czasie wyznaczonym elementami
R4 i C2 automatycznie zostaną zresetowane
kostki U1 i U2. Przełącznik S3 służy do
sprawdzania gotowości urządzenia i baterii
zasilającej.

Drugi układ umożliwia płynną regulację

czasu, a oprócz tego dodano prosty monitor
upłynnionego czasu.

Rys. 1

Rys. 2

Płynną regulację czasu uzyskano włącza−

jąc zamiast rezystora potencjometr w obwo−
dzie generatora (...)

Licznik U2 4017 pełni tutaj nietypową

funkcję, jest dzielnikiem częstotliwości przez
8 i steruje również diodami LED, które two−
rzą prosty monitor upłynnionego czasu. Aby
diody nie pobierały zbyt dużej energii i nie
rozładowały baterii zasilającej zastosowano
dodatkowy przełącznik S2. Chcąc sprawdzić
ile minęło czasu od ostatniego alarmu, nale−
ży zewrzeć styki S2 i zapali się dioda odpo−
wiednia do minionego czasu. Przerywanie
dźwięku oraz dodatkową sygnalizację świetl−
ną zapewnia migająca dioda LED Dx połą−
czona równolegle do brzęczyka piezzo Q1.
Podobnie jak w poprzednim układzie zasto−
sowano również obwód automatycznego ze−
rowania kostek U1 i U2 po czasie około
10 sekund trwania alarmu.

Rozwiązania praktyczne

Na fotografii 1 można zobaczyć model Ro−
berta Jaworowskiego z Augustowa. Kostka
4541 pracuje jako uniwibrator i daje sygnał
po upływie wyznaczonego czasu (Jaworow−
ski.gif). Sygnał dźwiękowy jest przerywany
dzięki włączeniu w szereg diody migającej
i brzęczyka HCM1212.

Fotografia 2 pokazuje model Piotra Ku−

śmierczuka z Gościna. Układ jest nietypo−
wy, ma zalety i wady, niemniej zdecydowa−
łem się podać oryginalny schemat − patrz ry−
sunek 3. Piotr zaprojektował układ, który ma
milczeć w nocy i działać tylko w ciągu dnia,
przypominając o zażyciu tabletek czy syro−
pu. Należy go włączyć rano, gdy zażywana

jest pierwsza porcja leku. Układ U2 daje sy−
gnał co 24 godziny, rozpoczynając cykl
„dzienny”. W tym czasie generator U1 co na−
stawiony czas daje impuls do licznika U3. Po
zliczeniu dwóch kolejnych impulsów zostaje
wyzwolony uniwibrator U4c, U4d. Przełączni−
kiem S1 można wybrać, ile razy w ciągu dnia
ma się odezwać sygnalizator (2, 3 lub 4 razy).

Zwora przy nóżkach 12, 12 kostki U2 po−

maga skalibrować układ odmierzania 24 go−
dzin. Po jej zdjęciu czas pracy licznika U2
skraca się do 5 minut i 36 sekund.

Dariusz Drelicharz z Przemyśla wykonał

estetyczny przypominacz w pudełku po Tik−
Takach. Model pokazany jest na fotografii 3.
Układ (Drelicharz.gif) jest stosunkowo roz−
budowany. Oprócz generatora 4541 o okresie
2 godzin zawiera licznik 4017, zworę, po−
zwalająca wybrać czas 2, 4, 6, 8, 10 lub 12
godzin oraz kostkę 4011 tworzącą dwa gene−
ratory sterujące membraną piezo.

Wyjątkowo starannie wykonał swój model

Roman Biadalski z Zielonej Góry. Model

można zobaczyć na fotografii 4, a oryginalny
schemat na rysunku 4. Schemat nie wyróżnia
się niczym szczególnym. Na stronie interne−
towej można znaleźć projekt płytki i płyty
czołowej do tego urządzenia (Biadalski.zip).
Roman przysłał też płytkę do TAB−DOK−
TORKA−SMD z procesorem AT90S1200,

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

Styczeń 2002

Fot. 1 Model Roberta Jaworowskiego

Fot. 2 Układ Piotra Kuśmierczuka

Rys. 4

Rys. 3

Fot. 3 Przypominacz

Dariusza Drelicharza

którego nie zdążył
skończyć z powo−
du choroby. Na−
grodę i pięć punk−
tów otrzymuje za
wyjątkową staran−
ność wykonania
płytek i modelu.
Fragmenty płytki
modelu z fotogra−
fii 4 i płytki DOK−
T O R K A − S M D
można zobaczyć
na fotografii 5.

Fotografia 6 pokazuje prototyp Michała

Koziaka z Sosnowca. Układ (Koziak.gif) jest
rozbudowany i należałoby go znacznie upro−
ścić. Rafał Stępień z Rud wykonał model
pokazany na fotografii 7. Schemat Rafała
jest pokazany na rysunku 5a. Układ można
zmodyfikować według rysunku 5b. W obu

przypadkach po odmierzeniu zadanego czasu
sygnalizator odezwie się na stałe i będzie pi−
szczał aż do chwili naciśnięcia przycisku S1.
Kolejny cykl zacznie się dopiero po naciśnię−
ciu przycisku RESET.

Marcin Wiązania z Gacek przysłał dwa

modele. Fotografia 8 pokazuje prototyp
z kostką 4060. Schemat ideowy pokazany
jest na rysunku 6. Jak widać, różne czasy
uzyskuje się tu dzięki zastosowaniu diodowej
bramki AND. Fotografia 9 przedstawia dru−
gi model wykonany przez Marcina w oparciu
o mikrokontroler AVT AT90S2343. Progra−
mowanie i obsługa tego dwukanałowego
przypominacza są na pewno zbyt skompliko−
wane dla przeciętnego użytkownika, nie−
mniej projekt jest interesujący, ma walory

dydaktyczne, a model jest wykonany staran−
nie. Dlatego kieruję ten projekt do Pracowni,
skąd po sprawdzeniu trafi do działu

P−3000

lub do Forum Czytelników. Podobnie kieruję
do pracowni dwa proste przypominacze z ko−
stkami 4541 i 4060. Jeden, pokazany na foto−
grafii 10 jest autorstwa 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

Styczeń 2002

Fot. 4 Model Romana Biadalskiego

Fot. 5 Płytki Romana Biadalskiego

Rys. 5

Fot. 6 Prototyp Michała Koziaka

Fot. 7 Przypominacz Rafała Stępnia

Fot. 8 Model 1 Marcina Wiązani

Rys. 6

Fot. 9 Model 2 Marcina Wiązani

Fot. 10 Układ Dariusza Knulla

z Zabrza, drugi, przedstawiony na fotografii
11 został wykonany przez Piotra Wójtowi−
cza z Wólki Bodzechowskiej. Wymienieni
trzej koledzy otrzymują na razie drobne upo−
minki, a po opublikowaniu projektów − hono−
raria autorskie.

Uwagi końcowe

Bardzo się cieszę, że większość nadesłanych
modeli została wykonana bardzo estetycznie.
Liczba przyznanych punktów w istotny spo−
sób uzależniona była też od estetyki wykona−
nia modelu.

Myślę, że przedstawione propozycje ukła−

dowe zainspirują do dalszych modyfikacji
i ulepszeń. Decydując się na zaprojektowanie
nowej wersji przypominacza lekarskiego nale−
żałoby dokładnie określić sposób jego działa−
nia. Zdecydowana większość uczestników
proponuje jedynie krótki sygnał dźwiękowy po
upływie zadanego czasu. Czy to wystarczy?

Wystarczy, o ile będziemy przypominacz

stale nosić przy sobie, na przykład gdy bę−
dzie miał on postać małego breloczka moco−
wanego do szlufki spodni. Jeden niezbyt dłu−
gi i niezbyt głośny sygnał dźwiękowy całko−
wicie wystarczy. Taki przypominacz dobrze
zda egzamin u osób, które prowadzą normal−
ny tryb życia, a muszą regularnie zażywać ja−
kieś lekarstwo. W tym wypadku nie trzeba
przełącznika czasów − wystarczy jednorazo−
wo ustalić długość cyklu pracy.

Działanie powinno być inne, jeśli przypo−

minacz miałby być większym urządzeniem,
którego nie będziemy stale nosić przy sobie.
Taka wersja jest także jak najbardziej sen−
sowna i byłaby przeznaczona do użytku do−
mowego sporadycznie, tylko w okresach,

gdy zachoruje ktoś z domowników. Przypo−
minacz miałby wtedy postać niewielkiego
pudełka, ale nie musi być aż tak mały, jak
breloczek. W tej drugiej wersji, przeznaczo−
nej dla różnych osób i różnych lekarstw nale−
żałoby koniecznie przewidzieć możliwość ła−
twego nastawienia długości cyklu pracy.

W takim przypadku trzeba też uwzględnić

dodatkowy istotny problem. Pominięcie porcji
syropu czy witamin ma niewielkie znaczenie.
Ale pominięcie jednej lub kilku dawek antybio−
tyku może mieć istotny wpływ na skuteczność
kuracji. Pół biedy, gdy chory „klient” leży plac−
kiem w łóżku. Wtedy prawdopodobnie nie
przegapi sygnału dźwiękowego z przypomina−
cza, o ile tylko nie śpi kamiennym snem. Ale
nie zawsze przyjmowanie antybiotyków wiąże
się z leżeniem w łóżku. Zdarza się, że mamy
zwolnienie i pozostajemy w domu, ale przebieg
choroby nie jest drastyczny i możemy nawet
wychodzić na dwór. Wtedy łatwo przegapić ko−
lejny sygnał przypominacza i pominąć dawkę
leku. Jak wspomniałem ogłaszając zadanie,
przed wakacjami na własnej skórze przekona−
łem się, jak łatwo jest „przegapić kolejkę”. Że−
by mieć kontrolę nad zużyciem leku oznacza−
łem flamastrem terminy zażycia na plastiko−
wym listku z tabletkami, co nie do końca roz−
wiązało problem. Jeszcze trudniej jest kontrolo−
wać zużycie leku w postaci syropu czy proszku
(np. leki wziewne na astmę). Warto w związku
z tym rozważyć, czy ma sens zastosowanie ja−
kiegoś prostego licznika, pomocne do kontroli
przyjmowania kolejnych dawek.

Osobiście nie jestem przekonany do takie−

go licznika, ale może on zainteresować Kole−
gów, którzy lubią rozbudowywać układ
i wzbogacać go o różne dodatkowe funkcje.

Ja byłbym za prostszym rozwiązaniem −

niech sygnał dźwiękowy zostanie włączony aż
do czasu, gdy użytkownik skasuje go przyci−
śnięciem przycisku i dopiero wtedy rozpocznie
się nowy cykl (przy czym dźwięk nie powinien
być ciągły ze względu na oszczędność prądu,
tylko powinny to być impulsy, powtarzane np.
co 20 sekund czy co minutę.). W takiej wersji
wymagana byłaby reakcja użytkownika − wci−
śnięcie przycisku i zażycie lekarstwa. Z pew−
nością radykalnie zmniejszy to szansę pomi−
nięcia dawki medykamentu. Przypominam, że
takie działanie byłoby potrzebne do przypomi−
nacza „stacjonarnego”, stosowanego w domu

dla różnych chorych i różnych leków.

Przeanalizujcie pod tym kątem przedsta−

wione rozwiązania.

W każdym przypadku trzeba się też zasta−

nowić, czy sygnał ma być na tyle głośny, że−
by obudzić zainteresowanego, jeśli kolejny
termin wypada w środku nocy? Jeśli tak, to
czy nie wprowadzić obwodu stopniowego
zwiększania głośności?

Gratuluję wszystkim uczestnikom i licznej

grupie tych, którzy rozwiązali zadanie, ale z róż−
nych względów nie nadesłali prac. Nagrody
i upominki otrzymują: Piotr Bechcicki, Roman
Biadalski, Mariusz Chilmon, Dariusz Dreli−
charz, Robert Jaworowski, Dariusz Knull,
Michał Koziak, Piotr Kuśmierczuk, Rafał
Stępień, Marcin Wiązania i Piotr Wójtowicz.
Aktualna punktacja podana jest w tabeli.

Zachęcam serdecznie do udziału w bieżą−

cym i następnych zadaniach.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

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

Styczeń 2002

Fot. 11 Przypominacz Piotra Wójtowicza

Marcin Wiązania Gacki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Krzysztof Kraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Mariusz Chilmon Augustów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Dariusz Drelicharz Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Dariusz Knull Zabrze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Mariusz Ciołek Kownaciska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Jakub Kallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Filip Rus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Rafał Stępień Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Michał Pasiecznik Zawiszów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Marcin Malich Wodzisław Śl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Radosław Koppel Gliwice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Łukasz Cyga Chełmek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Radosław Ciosk Trzebnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Maciej Jurzak Rabka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Ryszard Milewicz Wrocław . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Piotr Romysz Koszalin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Emil Ulanowski Skierniewice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska . . . . . . . . . . . . . 15
Artur Filip Legionowo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Roman Biadalski Zielona Góra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Arkadiusz Zieliński Częstochowa . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Piotr Dereszowski Chrzanów. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Aleksander Drab Zdziechowice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Szymon Janek Lublin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Wojciech Macek Nowy Sącz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Sebastian Mankiewicz Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Punktacja Szkoły Konstruktorów

− S

Szzkkoołłaa K

Koonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

Rozwiązanie zadania 63

W EdW 9/2001 zamieszczony był schemat
dalmierza laserowego, nadesłany jako roz−
wiązanie jednego z wcześniejszych zadań
Szkoły przez młodego uczestnika. Układ

można zobaczyć na rysunku A. Według po−
mysłodawcy naciśnięcie przycisku START
uruchomi laser oraz przerzutnik 4013 oraz
generator 555. Gdy promień lasera odbije się
od przeszkody i wróci do fototranzystora

SFH300, przerzutnik zostanie wyzerowany,
a generator zatrzymany. Liczba impulsów zli−
czonych przez liczniki będzie zależna od cza−
su powrotu promienia, czyli od odległości od
przeszkody. Odpowiednie dobranie częstotli−

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

Styczeń 2002

wości 555 powoli uzyskać wskazanie bez−
pośrednio w metrach.

Znaleźliście mnóstwo błędów i zgo−

dnie oceniliście, że układ nie ma żadnych
szans pracować w takiej roli. Bardzo
młodemu kandydatowi na konstruktora
można wiele wybaczyć, a nawet pochwa−
lić za pomysł, niemniej warto omówić
przynajmniej część błędów.

Najważniejszym błędem jest zbyt

mała szybkość układu. Jeden z uczestni−
ków napisał, że autor chyba zapomniał,
że prędkość światła jest całkiem spora,
jak na mierzone odległości. Nawet gdy−
by udało się wyeliminować wszystkie
inne usterki, układ jest zdecydowanie
zbyt powolny. Prędkość światła to pra−
wie 300000km/s (3*10

m/s). Załóżmy,

że rozdzielczość miałaby wynosić 10m,
czyli trzycyfrowy wyświetlacz pokazał−
by odległość w zakresie 10m...9,99km.
Jeśli światło przebywa drogę np.
10m do obiektu i 10m z powrotem,
potrwa to tylko
t = 20m / 3*10

m/s = 0,0666(6)

s=66,6(6)ns

Żeby więc licznik miał rozdzielczość od−

czytu równą 10m, licznik z układem 555 mu−
siałby wytwarzać impulsy o częstotliwości
f = 1 \ 66,6(6)ns = 15MHz

Jak wiadomo, popularna wersja bipolarna

układu 555 może pracować z częstotliwością
co najwyżej 200kHz, a inne wersje też mają
częstotliwość maksymalną ograniczoną do
co najwyżej 3MHz.

Impulsy o częstotliwości 15MHz musiał−

by też zliczyć pierwszy układ licznika
40110, co przy zasilaniu napięciem 5V jest
niemożliwe.

Obniżenie częstotliwości generatora dzie−

sięciokrotnie obniży rozdzielczość odczytu
odległości do 100m, co przekreśla sens sto−
sowania wyświetlacza 3−cyfrowego, teore−
tycznie pozwalającego wtedy mierzyć odle−
głości do 99,9km. Teoretycznie, bo wskaźnik
laserowy o znikomej mocy „nie sięgnie” na
tak dużą odległość.

Mała szybkość części odbiorczej, łącznie

z fototranzystorem, przerzutnikiem, genera−
torem i licznikiem jest najważniejszą wadą
układu. Układ nie spełni swojej roli także
z wielu innych względów. Słusznie stwier−
dziliście, że ustawianie przerzutnika kostki
4013 za pomocą poziomu wysokiego z przy−
cisku START jest błędem. Przerzutnik będzie
ustawiony przez cały czas naciskania przyci−
sku, niezależnie od impulsu odebranego
przez fototranzystor. Należało wykorzystać
wejście CLK, ale to wymaga odkłócenia sy−
gnału z przycisku START, w którym to sy−
gnale mogą się pojawić impulsy wynikłe
z drgań styków.

Słusznie też stwierdziliście, że fototranzy−

stor jest włączony błędnie. Przerzutnik 4013
jest zerowany sygnałem wysokim, więc foto−
tranzystor powinien być włączony między

plus zasilania a wejście R przerzutnika.

Wykryliście błędy w dołączeniu poszcze−

gólnych nóżek kostki 555. Wskazywaliście
na dołączenie wyjścia Q przerzutnika 4013
wprost do plusa zasilania. Łatwo się domy−
ślić, że to jest jedynie
błąd rysunkowy na
schemacie − autor
chce włączać kostkę
555 przez podanie za−
silania z wyjścia Q.
Pomysł taki jest nie−
zbyt fortunny z kilku
powodów.

Słusznie dopatrzy−

liście się braku obwo−
du zerowania liczni−
ków 40110 przed każ−
dym pomiarem.

Skrytykowaliście

pomysł zastosowania
przypadkowo wybra−
nego fototranzystora
do odbioru światła lasera i to bez jakiegokol−
wiek filtru i układu soczewek. Rzeczywiście,
fototranzystory mają największą czułość
w zakresie podczerwieni, a zastosowany był−
by najprawdopodobniej popularny czerwony
laser o długości fali światła 680nm.

Pojawiło się też kilka odpowiedzi nietraf−

nych od najmniej doświadczonych adeptów
elektroniki.

Gratuluję wnikliwości w wynajdywaniu

usterek, a młodego pomysłodawcę układu
chciałbym mimo tych usterek pochwalić za
pomysł i zachęcić do dalszej nauki.

Nagrody w postaci kitów startowych AVT

za najlepsze odpowiedzi otrzymują:
Michał Stach Kamionka Mała
Stanisław Szwarc Wrocław
Marek Hajduczenia Białystok.

Zadanie numer 71

Na rysunku B pokazany jest schemat będący
fragmentem rozwiązania zadania 66 Szkoły.
Jak zwykle odpowiedzcie na pytanie

Co tu nie gra?

Czytelnik napisał „przeprowadziłem eks−

perymenty ze wzmacniaczem operacyjnym
i wypadły one pomyślnie. Układ był zasilany
napięciem +5V i wzmacniacz operacyjny
funkcjonował bez zarzutu“. Czy to prawda?
Czy rzeczywiście układ będzie działać pra−
widłowo? A może młody kandydat na kon−
struktora koniecznie chciał otrzymać nagrodę
i upominek i skłamał, nie przeprowadziwszy
żadnych testów?

Odpowiedzi z króciutkim uzasadnieniem

nadsyłajcie w terminie 45 dni od ukazania
się tego numeru EdW. Nie zapomnijcie o do−
pisku NieGra71. Nagrodami będą drobne
kity AVT.

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

Styczeń 2002

W swoim czasie, opisując konstrukcję pro−
stego pilota RC5, napisałem: ...wystarczy
nam malutki pilocik, wyposażony w klawiatu−
rę zawierającą maksimum 16 przycisków,
w tym w klawisze numeryczne...(EdW 9/00).
Taki pogląd wyznawałem w ubiegłym wieku
(tak, tak, to było w zeszłym stuleciu), ale
obecnie jestem zmuszony zmienić zdanie. Po
pierwsze, zakupienie gotowego pilota bez
dołączonego do niego telewizora czy innego
urządzenia RTV nie jest wcale takie proste,
jak początkowo przypuszczałem. Po drugie,
dobranie pilota, który z zasady dedykowany
jest jakiemuś konkretnemu telewizorowi lub
innemu urządzeniu RTV do naszych potrzeb
wcale nie jest takie łatwe. Jeżeli będziemy
chcieli obsługiwać za pomocą pilota odtwa−
rzacz plików MP3, tuner telewizyjny, odtwa−
rzacz DVD i jeszcze kilka innych „rozrywko−
wych” programów, to musimy mieć pilota nie
tylko z większą ilością przycisków, ale najle−
piej pracującego na kilku, wybieranych sto−
sownie do potrzeb kanałach. Po trzecie, nie
każdy pilot, który zobaczymy w sklepie
i który spełnia nasze wymagania techniczne
i estetyczne, jest pilotem RC5. Istnieją także
inne, popularne standardy transmisji danych
w podczerwieni, np. standard SONY.

Jeżeli doszliśmy do wniosku, że potrzebu−

jemy pilota RC5 pracującego na kilku wybra−
nych kanałach, to najlepiej od razu wziąć by−
ka za rogi i zbudować pilota, który mógłby
pracować na każdym z kanałów dostęp−
nych w standardzie RC5!
Podstawowe dane techniczne prezentowanego
pilota „JUMBO” RC5 są następujące:
− Układ, wyposażony w 65− przyciskową kla−
wiaturę umożliwia wysłanie dowolnej spośród
64 komend dostępnych w standardzie RC5.
− Każda z komend może być skierowana pod
dowolny spośród 32 adresów, czyli do 32
różnych urządzeń odbiorczych. Daje to w su−
mie aż 2048 rozkazów, które możemy wysłać
z naszego pilota.

− Układ może być zasilany z baterii o napię−
ciu 3 ... 6VDC. Znikomy pobór prądu pozwa−
la mieć nadzieję, że komplet baterii alkalicz−
nych dobrego producenta powinien wystar−
czyć nawet na kilka lat eksploatacji pilota.

Wykonanie układu mogę polecić nawet

mało doświadczonym elektronikom, pod wa−
runkiem, że nie obawiają się Oni konieczno−
ści wlutowania w płytkę jednego układu
SMD i posiadają dość cierpliwości potrzeb−
nej do zamontowania na płytce 65 przyci−
sków microswitch.

Zanim przejdziemy do szczegółowego

opisu układu pilota, warto powiedzieć parę
słów na temat kodu RC5. Ramka sygnału ge−
nerowanego przez nadajnik kodu RC5 za−
wiera dane o adresie (kodowanym na pięciu
bitach), pod jaki informacja jest przekazy−
wana oraz daną, która niesie informację
o konkretnym poleceniu dla układu dekodu−
jącego odbiornika (kodowaną na sześciu bi−
tach). Do niedawna odbiornikami były pra−
wie wyłącznie specjalne układy scalone, tak−
że obecnie wypierane przez procesory,
których zadaniem jest nie tylko dekodowa−
nie sygnału RC5, ale także, a nawet przede
wszystkim sterowanie całym urządzeniem
RTV czy innym sprzętem domowym. Obe−
cnie kod RC5 znalazł zastosowanie także
w zdalnym sterowaniu ... komputerami klasy
PC. Oczywiście, nie mam tu na myśli obsłu−
gi klawiatury czy myszki, ale nadzorowanie
aplikacji multimedialnych, takich jak playe−
ry MP3, odtwarzacze DVD czy tunery tele−
wizyjne i radiowe.

Dla przykładu podaję Wam typowe adre−

sy RC5 różnych urządzeń RTV, a także nu−
mery niektórych komend stosowanych przy
ich obsłudze.

Opis układu

Schemat elektryczny proponowanego układu pi−
lota został pokazany na rysunku 1. Sercem
układu jest układ typu SAA3010 (HT6230,

INA3010 i liczne inne odpowiedniki), uniwer−
salny nadajnik kodu RC5. Układ ten, spełniający
bardzo złożone funkcje, potrzebuje do działania
zaledwie dwóch elementów zewnętrznych: rezy−
stora i taniego rezonatora ceramicznego.

Adresy poszczególnych urządzeń sterowanych kodem RC5

Adres

Urządzenie

Odbiornik telewizyjny 1

Odbiornik telewizyjny 2

Teletekst

Magnetowid 1

Magnetowid 2

Przedwzmacniacz audio 1

Radioodbiornik

Magnetofon

Przedwzmacniacz audio 2

Odtwarzacz CD

Tuner satelitarny

07, 11, 13,

Adresy zwykle nie wykorzystywane,

15, 24 − 25,

które możemy przydzielić samodzielnie

27 − 31

skonstruowanym urządzeniom

Numery poleceń w kodzie RC5 − telewizor

Numer

Polecenie

00 − 09

Cyfry od 0 do 9, numery kanałów TV

Stand by (wyłączenie telewizora z zapamiętaniem
ustawionych parametrów)

Mute (wyciszenie dźwięku)

Normalizacja

Zwiększenie głośności

Zmniejszenie głośności

Zwiększenie jaskrawości

Zmniejszenie jaskrawości

Zwiększenie nasycenia

Zmniejszenie nasycenia

Zwiększenie poziomu tonów niskich

Zmniejszenie poziomu tonów niskich

Zwiększenie poziomu tonów wysokich

Zmniejszenie poziomu tonów wysokich

Balans w prawo

Balans w lewo

Numery poleceń w kodzie RC5 − magnetowid

Pauza

Przewijanie do tyłu

Przewijanie do przodu

Odtwarzanie

Stop

Zapis

„

”

Podstawowe parametry elektryczne ukła−
du SAA3010:
Napięcie zasilania...... 2 ... 7VDC (8V maks.)
Prąd zasilania........1

A w stanie spoczynku,

1,5 mA w stanie aktywnym

Częstotliwość oscylatora..................... 429kHz

Ogromną wygodą dla konstruktorów jest

wyposażenie układu w wyjście MCODE, na
którym podczas transmisji danych pojawia
się odpowiednio zmodulowany sygnał o czę−
stotliwości 36kHz. Dzięki temu kompletny
układ pilota może składać się zaledwie
z trzech rezystorów, rezonatora, tranzystora
i diody IRED. Może się składać, ale w
naszym przypadku się nie składa! Aby zapew−
nić możliwie maksymalny komfort obsługi pi−
lota i ograniczyć liczbę zastosowanych
w układzie przycisków dodałem jeszcze trzy
układy scalone z rodziny 4000. W dalszej czę−
ści artykułu dowiecie się jaką pełnią one rolę.

Układ SAA3010 może pracować w dwóch

trybach, wybieranych za pomocą wymuszenia
stanu niskiego lub wysokiego na wejściu MS.

Tryb pracy z wybieraniem jednym

przyciskiem – na wejściu MS stan niski

W tym trybie naciśnięcie jednego z przy−

cisków klawiatury wybierania adresu powo−
duje zapamiętanie go w rejestrach układu,
wygenerowanie jego kodu i polecenia numer
63. Ponieważ adres urządzenia został zapa−
miętany, do wydawania następnych poleceń
używamy tylko jednego z klawiszy klawiatu−
ry rozkazów.

Tryb pracy z wybieraniem za pomocą

dwóch przycisków – na wejściu MS stan
wysoki.

W tym trybie adres nie jest zapamiętywany

i do wydania polecenia potrzebne jest jednocze−
sne naciśnięcie dwóch klawiszy: adresu stero−
wanego urządzenia i odpowiedniego polecenia.

W układzie naszego pilota SAA3010 pra−

cuje w trybie pierwszym, co mogłoby sugero−
wać, że do emisji wszystkich komend pod do−
wolnie wybrane adresy potrzeba będzie aż 96
klawiszy. Tak jednak nie jest i zadowolimy się
tylko 65 przyciskami. Aby dobrze zrozumieć
zasadę działania pilota, przyjrzyjmy się dokła−
dniej układowi SAA3010 i rysunkowi 2.

Do sterowania pracą układu kodera RC5

SAA3010 służą trzy grupy wyprowadzeń.
Wyjścia oznaczone jako DRSx pracują jako

drivery dołączające do masy kolejne rzędy
matrycy klawiatury. Zwarcie do aktualnie ak−
tywnego wyjścia DRS jednego z wejść XIN
powoduje wygenerowanie kodu komendy
o numerze określonym w sposób pokazany
w tabeli 1.

Analogicznie podczas podawania numeru

adresu, pod który chcemy wysłać polecenie
do wyjść DRS zwierane jest jedno z wejść
ZIN (tabela 2).

Warto zauważyć, że zmiana adresu pod

jaki wysyłane są komendy, odbywa się z za−
sady znaczne rzadziej niż samo wysyłanie
poleceń. A zatem, nic nie stoi na przeszko−
dzie, aby zbudować klawiaturę, której poło−
wa będzie wspólna dla obydwu funkcji: wy−
bierania adresu i wysyłania komendy. Ko−
nieczny będzie jednak jakiś przełącznik,
który w momencie kiedy zechcemy zmienić
adres, dołączy klawiatury wyjścia ZIN, a po
podaniu adresu z powrotem dołączy do ma−
trycy wejścia XIN. Taki właśnie przełącz−
nik został zbudowany z wykorzystaniem
układów IC2, IC3 i IC4.

Do przełączania wejść dołączanych do ma−

trycy klawiatury zastosowałem dwa układy
scalone typu 4066, z których każdy zawiera
w swojej strukturze cztery przełączniki elek−
troniczne, aktywne przy stanie wysokim na
ich wejściach sterujących. Cztery z tych prze−
łączników zostały dołączone do wejść ZIN,

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

Styczeń 2002

Opis wyprowadzeń układu SAA3010

Pin

Nazwa

Funkcja

1 ...3, 28

ZIN0 ... ZIN3

Wejścia matrycy Z (adresu)

MCODE

Wyjście modulowanej
danymi częstotliwości nośnej

CODE

Wyjście szeregowe danych

6 ... 10, 12 ... 14 DRS0 ... DRS7

Wyjścia driverów skanowania klawiatury

VSS

Masa zasilania

OSC

Wejście oscylatora generatora
zegarowego

16, 17

Wejścia testowania układu

18 ... 24, 26

XIN0 ... XIN7

Wejścia matrycy X (poleceń)

VDD

Dodatnie napięcie zasilania

Wejście wyboru trybu pracy

Rys. 1 Schemat ideowy

Rys. 2

a cztery do młodszych wejść XIN. Przełącz−
nikami steruje prosty układ zbudowany z bra−
mek NAND zawartych w strukturze układu
IC4 – 4093. Jeżeli przycisk S65 nie jest naci−
śnięty, do matrycy klawiatury dołączone są
wszystkie wejścia XIN i pilot działa „normal−
nie”. Aktywne są obie (żółta i czerwona na
schemacie) części klawiatury i naciśnięcie
któregokolwiek z przycisków spowoduje wy−
słanie kodu przyporządkowanej mu komendy,
oczywiście poprzedzonego przez kod aktual−
nego adresu. Jeżeli od czasu włączenia zasila−
nia adres nie był zmieniany, to komenda zosta−
nie wysłana do urządzenia o adresie 0.

W momencie naciśnięcia przycisku S65

stany na wejściach sterujących przełączni−
ków zmieniają się na przeciwne i do matrycy
klawiatury zostają teraz dołączone wejścia
ZIN, służące podawaniu adresu, pod jaki bę−
dą wysyłane polecenia RC5. Od tego mo−
mentu użyteczna jest tylko „żółta” część kla−
wiatury, z której możemy wprowadzić jeden
z 32 stosowanych w standardzie RC5 adre−
sów. Adres ten zostanie zapamiętany i aż do
momentu wprowadzenia nowego będą pod
niego wysyłane wszystkie polecenia.

Zmodulowany sygnał częstotliwości nośnej

pobierany jest z wyjścia MCODE układu
SAA3010 i podawany na bramkę tranzystora
T1, który pełni rolę wzmacniacza prądowego
zasilającego diodę nadawczą IRED. Do dys−
pozycji miałem jeszcze jedno wyjście, na
którym występuje „czysty” kod RC5 − CO−
DE. Postanowiłem dołączyć do niego diodę
LED, która swoimi błyskami będzie sygnali−
zować fakt nadawania przez pilota sygnału.

Montaż i uruchomienie

Na rysunku 3 została pokazana mozaika ście−
żek płytki obwodu drukowanego wykonanego
na laminacie dwustronnym z metalizacją oraz
rozmieszczenie elementów na płytce.

Uważni Czytelnicy z pewnością zauważy−

li już pewne rozbieżności występujące po−
między rysunkiem płytki i fotografią modelu.

Spowodowane one zostały faktem, że pomi−
mo licznych poszukiwań, nie udało mi się
znaleźć jakiejkolwiek fabrycznej obudowy
do naszego pilota. Ponieważ obudowę bę−
dziecie musieli wykonać samodzielnie, zmie−
niłem nieco kształt płytki obwodu drukowa−
nego. Płytka została przedłużona, a na jej
końcu umieszczone zostało wycięcie, umoż−
liwiające włożenie w nie dwóch baterii
1,5V typu AAA. Na obrzeżach wycięcia
umieszczone zostały duże punkty lutowni−
cze, do których można przylutować sprężyste
styki łączące układ z bateryjkami.

Aby więc ułatwić Wam wykonanie obu−

dowy, zaprojektowałem
do niej płytę czołową wy−
konaną jako ... płytka
PCB. Jest to rozwiązanie
najprostsze i najmniej pra−
cochłonne, a tak obudo−
wany pilot od biedy za−
spakaja nasze wymagania
estetyczne. Korzystając
z gotowej płyty czołowej
nie musimy już wykony−
wać 65 otworów pod kla−
wisze, co w warunkach
amatorskich byłoby czyn−
nością wyjątkowo żmud−
ną i której rezultat byłby
co najmniej niepewny.

Montaż rozpoczniemy

od przylutowania układu
SAA3010 do wierzchniej

strony płytki i jest to jedyna czynność, która
może sprawić pewne trudności początkują−
cym konstruktorom. Absolutnie nieodzow−
nym warunkiem jej prawidłowego wykona−
nia jest posiadanie lutownicy wysokiej kla−
sy, najlepiej specjalnie przeznaczonej do lu−
towania elementów SMD. Układ scalony
należy najpierw przykleić do powierzchni
płytki, układając go tak, aby wszystkie wy−
prowadzenia znalazły się dokładnie pośrod−
ku przeznaczonych dla nich pól lutowni−
czych. Do klejenia nie należy używać kleju
szybkoschnącego w rodzaju SUPER GLUE,
ale wyłącznie kleje wolno wiążące, nawet
zwyczajny klej biurowy lub małą kropelkę
DISTAL−u lub POXIPOL−u. Po zaschnięciu
kleju dobrze oczyszczoną lutownicą lutuje−
my wyprowadzenia układu, stosując mini−
malne, śladowe ilości cyny.

Montaż pozostałej części układu nie wy−

maga już komentarza, ponieważ wymagać
ona będzie jedynie sporej cierpliwości – 65
przycisków! Sądzę jednak, że zaprojektowa−
ny przeze mnie pilot najczęściej będzie wy−
korzystywany do sterowania układami do−
mowej automatyki, a w szczególności pole−
całbym go do sterowania komputerem PC,
pełniącym rolę „Domowego Centrum Roz−
rywkowego”. Układ odbiorczy umożliwiają−
cy takie sterowanie został opisany w nume−
rze 09/01 Elektroniki Praktycznej.

Na wkładce w środku nuneru zamieszczony

jest rysunek płyty czołowej. Jest to propozycja
wykonania klawiatury do sterowania aplikacja−
mi multimedialnymi.

Ciąg dalszy na stronie 57.

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

Styczeń 2002

DRS

XIN

Numer komendy

DRS

ZIN

Numer adresu

Tabela 1

Tabela 2

Rys. 3 Schemat montażowy

Wykaz elementów

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..55,,66kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33,,33

Ω

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200nnFF
D

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D nnaadd IIR

REED

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D ff33 cczzeerrw

woonnaa

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..S

A 33001100

IIC

C22,, IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44006666

IIC

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44009933

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

S110099

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..rreezzoonnaattoorr cceerraam

miicczznnyy 442299kkH

Hzz

S11 ...... S

S6655 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miiccrroossw

wiittcchh 66m

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT−2600

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

Styczeń 2002

Ciąg dalszy ze strony 49.

Wykorzystujemy tam tylko część przyci−

sków (pozostałych możemy w ogóle nie
montować), ale za to mamy do dyspozycji
wyraźnie zaznaczone klawisze obsługujące
najczęściej wykorzystywane funkcje, takie

jak PLAY, PAUSE, NEXT itd. Gdybyśmy
zdecydowali się na budowę takiego pilota, to
należy wlutować w płytkę tylko przyciski 0
... 15, 27, 30, 41, 45, 59, 54 i 65.

W każdym przypadku, niezależnie od

sposobu wykończenia pilota, musimy połą−
czyć ze sobą dwie płytki: płytę główną i czo−

łową. Najlepiej dokonać tego za pomocą
czterech śrubek M3, których łebki można
przylutować do dużych punktów lutowni−
czych na spodniej stronie płyty czołowej.

Zbigniew Raabe

e−mail: zbigniew.raabe@edw.com.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

Styczeń 2002

Do czego to służy

W ostatnich latach pojawiły się na rynku pro−
ste radiotelefony (transceivery) należące do
grupy LPD (low−power device), chętnie wy−
korzystywane przez młodzież.

Kilka fabrycznych takich urządzeń było już

opisywanych na łamach EDW, lecz dla styka−
jących się po raz pierwszy z tym określeniem
warto dodać, że LPD to urządzenia których
moc wyjściowa w.cz. wynosi koło 10mW.

Są to miniaturowych wymiarów urządze−

nia nadawczo−odbiorcze FM zapewniające
transmisję danych oraz łączność głosową na
maksymalną odległości do około 1km. Mogą
one przydać się w wielu sytuacjach, takich
jak: łączność w sklepie, plenerze czy podczas
turystycznych wędrówek lub do kontaktowa−
nia się z rodziną.

Radiotelefony takie cechuje prostota ob−

sługi, małe wymiary i lekkość, a przede
wszystkim ogólna dostępność z racji zwol−
nienia z jakichkolwiek zezwoleń, opłat czy
rejestracji. Nic dziwnego, że w ostatnim cza−
sie oprócz gotowych wyrobów pojawia się
na rynku coraz więcej firm − dystrybutorów
oferujących oprócz takiego sprzętu także go−
towe moduły nadajników i odbiorników
LPD.

Właśnie dostępność takich modułów ra−

diowych LPD włoskiej firmy STE było inspi−
racją do powstania opisywanego poniżej eks−
perymantalnego radiotelefonu LPD.

Jak to działa

Do budowy radiotelefonu wykorzysatno dwa
fabrycznie zestrojone moduły:
BT37 − nadajnik FM z kwarcową stabilizacją,
BR37 − odbiornik FM z kwarcową stabilizacją.

Schematy modułów wraz z ich wyglądem

z obydwu stron płytki drukowanej pokazano
na rysunkach.

BT37 (nadajnik FM z kwarcową
stabilizacją) − rys. 1, fot. 1:
− częstotliwość pracy: 433,05...434,79MHz
(34 kanały)
− modulacja: FM
− dewiacja: 7kHz
− odstęp międzykanałowy: 50kHz
− częstotliwość rezonatora: F/20 MHz
− moc wyjściowa: 10mW
− szerokość pasma: 800kHz
− stabilność częstotliwości: 5kHz

− zasilanie 5V +/−5%
− pobór prądu: 22mA
− napięcie wejściowe m.cz.: 3Vpp analog.
(0...5V digital)
− temperatura pracy: −10...+55

− wymiary: 41,9x11,6x7mm

BR37 (odbiornik FM z kwarcową
stabilizacją) − rys. 2, fot. 2:
− częstotliwość pracy: 433,05...434,79MHz
(34 kanały)
− odstęp międzykanałowy: 50kHz
− częstotliwość pośrednia: 10,7MHz
− modulacja: FM
− szerokość pasma: 20kHz
− stabilność częstotliwości: 5kHz
− napięcie wyjściowe m.cz.: 100mV analog.
(0...5V digital).
− zasilanie 5V +/−5%
− pobór prądu: 14mA
− temperatura pracy: −10...+55

− wymiary: 20x50x7,5mm

###

Rys. 1

Fot. 1

Moduły te, zarówno odbiorniki jak i nadajni−

ki, są zmontowane techniką montażu powierzch−
niowego przy użyciu wysokiej klasy elementów
elektronicznych, takich jak rezonatory SAW
oraz rezonatory telekomunikacyjne o współ−
czynnnikach temeperaturowych 7 lub 10ppm.

W tranzystorowym nadajniku zastosowa−

no bezpośrednią modulację częstotliwości.
Nieco bardziej skomplikowana jest konstruk−

cja odbiornika. W module odbiornika zasto−
sowano znane układy scalone firmy Philips
UAA3201T oraz Motorola MC13156DW.

Schemat elektryczny eksperymentalnego

radiotelefonu pokazano na rysunku 3. Jest to
układ uproszczony do granic możliwości.

Do przełączania zasilania 5V oraz anteny

wykorzystano przełącznik hebelkowy. Oczy−
wiście lepszy byłby przekaźnik w.cz., ale
przełącznik mechaniczny okazał się także
skuteczny, a przy tym jest b. tani i nie pobie−
ra prądu.

Jeden z dwu wzmacniaczy operacyjnych

układu scalonego TL082 wzmacnia sygnał
m.cz. z wyjścia odbiornika i zasila słuchaw−
kę, drugi zaś sygnał z mikrofonu sterując
wejście modulatora nadajnika.

Wzmacniacze te są przełączane napię−

ciem 5V podawanym odpowiednio na wej−
ścia nieodwracające układu US2.

Ważną częścią składową ra−

diotelefonu jest antena. Jest to
element przeznaczony do prze−
kształcania energii wielkiej czę−
stotliwości na falę elektromagne−
tyczną podczas nadawania lub
przekształcenia fali elektroma−
gnetycznej na napięcie w.cz. pod−
czas odbioru.

Montaż

i uruchomienie

Układ modelowy został wykona−
ny sposobem przestrzennym po−
przez przylutowanie kilku ele−
mentów bezpośrednio do wypro−
wadzeń modułów bądź układów
scalonych. Jako słuchawki i mi−
krofonu użyto do prób telefo−
nicznych wkładek W−68.

Płytka laminowana stanowiła

oprócz masy także przeciwwagę
anteny. Anteną może być odci−
nek drutu DNE1 o długości oko−
ło 17cm (1/4

). W urządzeniu

modelowym wykorzytano antenę

skróconą również o długości 1/4

której

szkic konstrukcji pokazano na rysunku 4.

Zmniejszenie wymiarów anteny osiągnię−

to poprzez wykonanie w pobliżu masy cewki
składającej się z 15 zwojów tego samego
drutu, co cały promiennik. Charakterystyka
tej anteny i właściwości są identyczne jak
w przypadku pełnowymiarowej 1/4

, ale

zysk jest mniejszy o 3−4dB.

Chcąc uzyskać jeszcze mniejsze wymiary

godząc się jednocześnie na mniejszą skutecz−
ność można zastosować antenę helikalną.
W najprostszym przypadku może ją stanowić
odcinek drutu zwiniętego w spiralę. W zależ−
ności od średnicy nawinięcia wystąpi różna
ilość zwojów oraz długość spirali.

Dla przykładu nawijając drut na średnicy

5mm w ilości 17 zwojów powinniśmy uzy−
skać długość anteny tylko 30mm.

Zmontowany układ po podłączeniu zewnę−

trznych urządzeń (anteny, mikrofonu i słucha−
wek) oraz zasilania 9V był gotowy do pracy
z identycznym drugim takim samym urządze−
niem lub fabrycznym radiotelefonem UHF.

Parametry powstałego prostego urządzenia

nadawczo−odbiorczego są następujące:
− częstotliowść pracy: 433,075MHz (jeden ka−
nał w zależności od zastosowanych modułów)
− rodzaj emisji: F3E
− moc wyjściowa: 10mW
− zasilanie: 9V (6F22)
− zasięg: około 200m

Modelowe urządzenie zostało wyposażo−

ne w gniazdka na zewnętrzny mikrofon i słu−
chawkę do których próbowano podłączyć
także sprzęg z RS232 komputera (modem do
transmisji danych).

Opisane moduły umożliwiają własnoręcz−

ne konstruowanie bardziej profesjonalnych
urządzeń o wszechstronnym zastosowaniu
(radiolinie, zdalne sterowanie, telemetria,
alarmy radiowe, transmisja wideo...).

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

Styczeń 2002

Wykaz elementów

Rezystory

R11,, R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700kk

Ω

Kondensatory

C11,, C

C33,, C

C44,, C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477

µµ

ff//1166V

C55,, C

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

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

FF//1166V

Pozostałe

O .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

R3377

N .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

BTT3377

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880055

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTLL008822

Płytka drukowana jest dostępna

w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−2618 A

Rys. 2

Fot. 2

Rys. 3 Schemat ideowy radiotelefonu

Rys. 4 Schemat anteny

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

Styczeń 2002

Do czego to służy

Opisany układ sygnalizuje dźwiękiem wy−
czerpywanie się baterii zasilającej, a dokła−
dniej obniżenie jej napięcia poniżej założonej
wartości. Przy napięciach powyżej ustalone−
go progu układ milczy i monitoruje napięcie,
pobierając tylko około 2

A prądu.

W wielu urządzeniach jedynym wskaźni−

kiem, że bateria lub akumulator ulega wy−
czerpaniu jest nieprawidłowe działanie urzą−
dzenia. W przypadku zabawek i niektórych
innych przyrządów sytuacja jest dopuszczal−
na. Niemniej, są układy, gdzie obniżenie się
napięcia baterii może spowodować niedopu−
szczalne błędy. Dotyczy to przede wszystkim
różnych przyrządów pomiarowych. Przy
zbyt małym napięciu zasilania urządzenie je−
szcze pracuje, ale wskazania są obarczone
poważnym błędem.

Problem powstaje też w układach zasila−

nych z baterii, które pobierają niewielki prąd,
cały czas są w stanie czuwania czy gotowo−
ści i mają zadziałać niezawodnie w razie po−
trzeby. Sytuacje takie mają miejsce np. w sy−
stemach sygnalizacyjnych i alarmowych,
gdzie układ stoi pod napięciem cały czas i nie
pobiera prądu, a włącza się tylko w rzadkich
przypadkach. Zapomniane baterie po dwóch
czy trzech latach nie spełnią swej roli, a ich
zużycie nie jest niczym sygnalizowane. Po−
tem, gdy urządzenie powinno zadziałać, zu−
żyta bateria zawiedzie.

Opisywany układ przeznaczony jest do

kontroli napięcia baterii w dowolnym urządze−
niu elektronicznym. Monitor baterii będzie
niezmiernie pomocny także w przypadku in−
nych urządzeń, gdzie napięcie zasilania nie
może obniżyć się poniżej zadanego progu.

Jak pokazuje schemat ideowy, układ za−

wiera kilka popularnych elementów. Droga do
opracowania tego prościutkiego układu była
jednak długa i trudna. Już na początku założo−
no bowiem, że układ powinien być nad wyraz
oszczędny i w spoczynku pobierać znikomy

prąd, co najwyżej rzędu pojedynczych mikro−
amperów. Cóż to bowiem byłby za monitor,
który sam pobierałby znaczny prąd i tym sa−
mym znacząco obciążał niewielką baterię?

Opracowanie tego prostego układu poprze−

dzone było licznymi próbami i powstaniem kil−
ku różnych monitorów, z których jeszcze jeden
zostanie opisany w jednym z następnych nume−
rów EdW. Fotografia w artykule pokazuje
próbną wersję zmontowaną na płytce stykowej.

Jak to działa

Schemat ideowy monitora pokazany jest na
rysunku 1. Funkcja spełniana przez układ
jest bardzo prosta. Obniżenie napięcia zasila−
nia poniżej ustalonego poziomu spowoduje
pojawienie się przerywanego dźwięku brzę−
czyka. Głównym zadaniem układu jest po−
równanie napięcia baterii z napięciem wzor−
cowym. Rolę komparatora pełni tu... tranzy−
stor T1. Porównuje on „napięcie odniesie−
nia”z diody świecącej D1 z napięciem na re−
zystorze R3. Napięcie na diodzie LED nie−
wiele zmienia się przy zmianach napięcia ba−
terii, natomiast napięcie na R3 jest wprost
proporcjonalne do napięcia zasilania.

Jeśli napięcie baterii jest duże, napięcie na

R3 też jest znaczne i tranzystor T1 nie prze−
wodzi. Nie przewodzą też tranzystory T2, T3.

Gdy napięcie zasilające obniży się, za−

cznie przewodzić tranzystor T1. Otworzy on
też tranzystory T2, T3 i uruchomi sygnaliza−
tor piezo. Kondensator C1 włączony równo−
legle do brzęczyka jest konieczny, bo niektóre
brzęczyki nie chcą pracować, jeśli są zasilane
ze źródła o dużej rezystancji wyjściowej.

Migająca dioda LED 2 powoduje, że

dźwięk brzęczyka jest przerywany. Rezystor
R5 dodatkowo zmniejsza pobór prądu, a gło−
śność brzęczyka jest zupełnie wystarczająca.

Pobór prądu w czasie działania sygnaliza−

tora nie przekracza wtedy 1

A, co nawet

w przypadku małej, częściowo zużytej bate−
rii nie jest znaczącym obciążeniem.

Ważną rolę pełni rezystor R4. Wprowadza

on dodatnie sprzężenie zwrotne i niewielką
histerezę. Dzięki temu nawet przy bardzo po−
wolnym spadku napięcia zasilania sygnaliza−
tor włącza się w sposób zdecydowany.

Dzięki zadziwiająco dużym wartościom

rezystorów R1, R3, R6, R7 pobór prądu jest
znikomy, a monitor nie obciąża baterii.
Układ w stanie czuwania pobiera około
2mA prądu. Oznacza to, że nawet gdyby był
podłączony do baterii nieprzerwanie przez
rok, pobierze z niej mniej niż 17,5mAh (2

x 365dni x 24h), zapewne nieporównanie
mniej, niż główny układ zasilany z tej baterii.

Oczywiście, jak wspomniano na wstępie,

może być dołączony do baterii i monitorować
jej stan, niezależnie od tego, czy jakieś obcią−
żenie jest do niej dołączone, czy nie. W zde−
cydowanej większości przypadków opisywa−
ny monitor będzie dołączony do obciążenia
razem z jakimś głównym obciążeniem.

Rys. 1 Schemat ideowy

Pobór prądu

w stanie

czuwania

około 2

µµ

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

Styczeń 2002

Aby radykalnie zmniejszyć pobór prądu,

wykorzystano diodę LED w roli źródła na−
pięcia wzorcowego. Co prawda napięcie na
diodzie LED zmienia się z temperaturą, ale
w tym wypadku nie jest to wadą. Wprost
przeciwnie! Zmiany napięcia na diodzie
świecącej są zbliżone do zmian napięcia na
złączy baza−emiter tranzystora T1, dzięki
czemu zmiany napięć zostają w znacznym
stopniu skompensowane i napięcie zadzia−
łania sygnalizatora pozostaje w miarę
stabilne.

Podczas opracowywania tego projektu

przebadano diody LED pod kątem zastoso−
wania ich jako źródła napięcia odniesienia
przy bardzo małych prądach. Ostatecznie
wybrano diody żółte, choć diody zielone też
dobrze pełniłyby taką rolę. Z diodami czer−
wonymi jest pewien kłopot. Są on wytwarza−
ne z różnych materiałów i napięcia przewo−
dzenia poszczególnych egzemplarzy znacz−
nie się różnią, nawet o 0,5V, co wymagałoby
dodatkowego dobierania wartości elemen−
tów. Zastosowanie układu scalonego, np.
LM385 w roli źródła napięcia wzorcowego
nie jest dobrym pomysłem. Kostki LM385
wymagają do pracy prądu o wartości co naj−
mniej 15...20

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na maleńkiej płyt−
ce drukowanej pokazanej na rysunku 2.
Układ może współpracować z bateriami
o napięciu nominalnym 4,5V...18V, a po
drobnej modyfikacji nawet poniżej 3V.
Montaż jest klasyczny i nie powinien spra−
wić kłopotów. Jedyną czynnością, wymaga−
jącą więcej uwagi będzie dobranie napięcia
progowego sygnalizatora. Przy niższych na−
pięciach brzęczyk wyda przerywany
dźwięk. O napięciu progowym sygnalizato−
ra decyduje sumaryczna rezystancja R6
i R7. Układ modelowy przy wartości
R6+R7 równej 10M

Ω

odzywał się przy na−

pięciach niższych niż 12,45V. Przy suma−
rycznej wartości R6+R7 równej 4,7M

Ω

próg

wynosił

6,36V,

przy

3,2M

Ω

(2,2M

Ω

+1M

Ω

) − 4,40V, przy 2,2M

Ω

−

3,25V. Nie ma sensu obniżać progu poniżej
3V, bo i tak przy napięciach w zakresie
0...2,65V układ milczy ze względu na wy−
magane spadki napięcia na T3, R5, D2, Y1.

Dlatego w układzie przewidziano R7

o wartości 2,2M

Ω

, natomiast dobierany re−

zystor R6 może mieć wartość w zakresie

0...10M

Ω

. Ostatecznie próg zadziałania

należy więc ustawić, dobierając wartość

rezystora R6.

W modelu pokazanym na fotografii

wstępnej dobrano R6, by układ pełnił rolę
monitora baterii 9−woltowej. Sumaryczna
wartość R6+R7 wynosi 5,4M

Ω

(R7=2,2M

Ω

i R6=3,2M

Ω

=2,2M

Ω

+1M

Ω

), co dało próg

zadziałania równy 7,1V. Oznacza to, że przy
napięciu zasilania powyżej 7,1V układ mil−
czy.

zakresie

napięć

zasilania

2,7...7,1V wydaje przerywany dźwięk i mil−
czy przy napięciu w zakresie 0...2,7V. Przy
napięciu 9V układ pobiera prąd spoczynko−
wy równy 2,48

Uwaga! W roli brzęczyka piezo Y1 powi−

nien pracować element pokazany na foto−
grafii wstępnej. Podczas prób przetestowano
współpracę z brzęczykami różnego typu,
w tym z popularnymi HCM1203..1212, które
okazały się nieporównanie gorsze, bo pobie−
rają więcej prądu i przy proponowanej warto−
ści R5 układ nie będzie pełnił swej roli przy
niższych napięciach. Przykładowo układ
z brzęczykiem HCM1206 i zwartym rezysto−
rem R5 wydawał głos dopiero przy napię−
ciach większych niż 4,4V, a dopiero przy
zwarciu zarówno R5 jak i D2 wydawał (cią−
gły) dźwięk przy napięciach powyżej 2,7V.

Uwaga! Ze względu na duże wartości re−

zystancji prądy w układzie są wyjątkowo
małe. Jeśli monitor ma długo i niezawodnie
pracować, płytkę trzeba starannie zabezpie−
czyć dobrym lakierem izolacyjnym! Chodzi
o to, by kurz i wilgoć nie spowodowały prze−
pływu prądów, które zakłócą pracę urządze−
nia. W przypadkach, gdy układ będzie czę−
ścią większego urządzenia, umieszczoną na
wspólnej płytce drukowanej, też trzeba
uwzględnić problem kurzu i wilgoci.

Możliwości zmian

Układ generalnie przewidziany jest do pracy
ciągłej. Będzie wtedy na stałe włączony rów−
nolegle do obciążenia. W niektórych przy−
padkach trzeba sprawdzać możliwości bate−
rii, by nie dać się zaskoczyć jej wyczerpa−
niem. Wtedy można dodać przycisk TEST
włączający rezystor obciążenia i ewentualną
kontrolkę LED.

Układ zaprojektowany jest tak, by pobie−

rał jak najmniejszy prąd także w stanie ak−
tywnym. Kto chce zwiększyć głośność brzę−
czyka i jasność diody D2, może dowolnie
zmniejszyć R5 (0...10k

Ω

). Trzeba jednak

rozważyć, czy ma to sens, bo dodatkowo wy−
czerpuje baterię, która niekiedy po odpo−
czynku mogłaby jeszcze trochę popracować.

Jak wspomniano wcześniej, próg zadzia−

łania wersji podstawowej nie powinien być
niższy niż 3V, bo napięcie poniżej 2,7V oka−
że się za małe do zadziałania szeregowo po−
łączonych brzęczyka i migającej diody LED.

Układ można jednak w prosty sposób do−

stosować do napięć znacznie niższych. Wy−

starczy zewrzeć diodę D2. Wtedy układ wy−
daje (ciągły) dźwięk już dla napięć powyżej
1,3V. Zwarcie D2 i R5 oznacza pracę dla na−
pięć powyżej 1,15V. Można wtedy obniżyć
wartość R6+R7 i obniżyć próg zadziałania
nawet do 2,5V. Układ modelowy z żółtą dio−
dą D1, ze zwartymi D2, R5 pracuje przy war−
tościach R6+R7 powyżej 1,5M

Ω

(co daje

najniższe napięcie progowe 2,5V). Jeśli
układ miałby służyć do monitorowania bate−
rii 3−woltowej, należy zamiast żółtej diody
D1, zastosować czerwoną lub dwie zwykłe
diody krzemowe. Można też zmniejszyć war−
tość R1 do 1M

Ω

...4,7M

Ω

. Mniejsze napięcie

z diody D1 i odpowiednio dobrane rezystory
R6+R7 umożliwią niezawodną pracę także
przy napięciach zasilania mniejszych niż 3V.

Piotr Górecki

Uwaga! Układ może być wykorzystany wy−
łącznie do własnych potrzeb. Wykorzystanie
go do celów komercyjnych wymaga pisemnej
zgody Redakcji i Autora.

Wykaz elementów

Rezystory

R11,,R

R22,,R

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100M

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33,,33M

Ω

((00......1100M

Ω

,, ppaattrrzz tteekksstt))

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22M

Ω

Kondensatory

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200nnFF

Inne

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D żżóółłttaa

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D 55m

m cczzeerrw

woonnaa m

miiggaajjąąccąą

TT11−TT33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

Y11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

Piieezzoo zz ggeenneerraattoorreem

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT−2616

Rys. 2 Schemat montażowy

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

Styczeń 2002

Do czego to służy?

Przedstawione urządzenie jest mikroproceso−
rową wersją kitu AVT−2261 opublikowanego
w EdW6/1998. Wszystkim niezorientowa−
nym mogę przypomnieć, że to urządzenie ma
na celu ułatwienie pracy podczas konstruo−
wania i naprawy urządzeń cyfrowych. Po−
zwala na wymuszanie żądanych stanów lo−
gicznych w maksymalnie ośmiu punktach
badanego układu. Te stany mogą się zmie−
niać w ściśle określony sposób. Dzięki temu
wystarczy raz wpisać do pamięci Generatora
kombinację poziomów logicznych, by potem
móc się skupić na testowaniu układu.

Generator sekwencji stanów logicznych,

wersja µP (zwany dalej Generatorem v2) ma
wiele cech, które dają mu przewagę nad jego
pierwowzorem. Zastosowanie mikrokontro−

lera ma też dodatkową zaletę – program Ge−
neratora v2 będzie na pewno dalej rozwijany.

Jak to działa?

Schemat elektryczny Generatora v2 jest poka−
zany na rysunku 1. Sercem urządzenia jest
układ scalony IC3. Steruje on całym urządze−
niem. Dzięki kostce IC2 możliwe stało się
użycie mikrokontrolera AT89C4051. Wpa−
mięci IC1 są przechowywane kombinacje sta−
nów logicznych, zdefiniowanych przez użyt−
kownika. Niektórzy zdziwią się widząc nie
podłączone końcówki A0, A1, A2. Wystarczy
zajrzeć do jednego z numerów Elektroniki
Praktycznej by stwierdzić, że takie postępo−
wanie jest w pełni uzasadnione w przypadku
pewnych pamięci z serii AT24Cxx. Bufory
IC4 i IC5 sterują odpowiednio podłączaniem
kabla wyjściowego i zespołu przełączników

programujących S1−S8 do PCF’a. Tranzystor
T1 wraz z opornikami R1 i R2 tworzy naj−
prostszy inwerter. Zasilacz jest tworzony
przez kondensatory C1−C5 i C7, stabilizator
IC6 oraz diodę D1, dzięki której możliwe jest
dwojakie zasilanie całości: albo z zasilacza
zewnętrznego poprzez gniazdo CON2, albo
z układu badanego poprzez złącze CON1.
Rezonator X1 wraz z kondensatorami C5, C6
są układem generującym sygnał zegarowy
dla mikrokontrolera, a C8 i SW12 resetują go
po włączeniu zasilania i pozwalają na
późniejszy restart w dowolnym momencie.
Jedyną rolą rezystorów R3 i R4 jest ustalanie
kontrastu wyświetlacza. Czytelnicy pewnie
się oburzą, że nie zastosowałem potencjome−
tru montażowego by ustawiać kontrast. Na
potencjometr zabrakło miejsca na płytce. Za−
zwyczaj kontrast ustawia się tylko raz, podczas

µµ

Rys. 1 Schemat ideowy

uruchamiania urządzenia, więc nie będzie
problemem dobranie dwóch oporników.
No, pora przejść do sedna sprawy, czyli do
przycisków SW9−SW11:−) To dzięki nim
możliwe jest sterowanie całym Generato−
rem v2. Realizują one trzy podstawowe
funkcje: UP, DOWN, OK.

Po resecie procesor wystawia na nóżkę

P3.5 stan wysoki, co powoduje ustawienie
bufora wyjściowego IC4 w stan odcięcia
(wysokiej impedancji), a podłączenie bufora
IC5 do IC2. Taka sytuacja utrzymuje się
również w trybie zapisu, eliminując ko−
nieczność odłączania Generatora v2 od ba−
danego urządzenia w celu np. modyfikacji
sekwencji stanów logicznych. Natomiast
w trybie odczytu odłączony jest bufor IC4,
a odłączony IC5. Dalsze działanie polega na
wymianie danych pomiędzy procesorem, pa−
mięcią i konwerterem I

C – 8 bit. Przy zapisie

kierunek przesyłania danej jest następujący:
PCF8574A 89C4051 24C16; natomiast
przy odczycie odwrotny. Zezwolenie na prze−
słanie kolejnej danej przez I

C jest wydawa−

ne poprzez naciśnięcie przycisku OK, chyba,
że odczyt jest realizowany w trybie automa−
tycznym. Wówczas czas odstępu pomiędzy
kolejnymi danymi na wyjściu jest wyznaczo−
ny przez wartość ustawianą programowo.

Montaż i uruchomienie

Rozmieszczenie elementów na płytce generato−
ra v2 jest przedstawione na rysunku 2. Ponie−
waż płytka została zwymiarowana pod obudo−
wę Z−34, przed wlutowaniem czegokolwiek na−
leży wykonać niezbędne otwory w obudowie
wykorzystując punkty pod mikroprzyciskami,
wyświetlaczem LCD (te w narożnikach wewnę−
trznego obrysu) oraz środkowe przełączników.
Dla przełączników o średnicy 6mm, dla przyci−
sków – 4 mm, a dla wyświetlacza 1mm – łączy−
my następnie te punkty, otrzymując otwór pod
LCD. Montaż płytki rozpoczynamy od wluto−
wania zwór. Następnie montujemy rezystory
(poza R4 i R5), kondensatory stałe, diodę, tran−
zystor, kondensatory elektrolityczne i podstaw−
ki pod układy scalone (pod mikrokontroler naj−
lepiej precyzyjna) oraz złącze CON1 Rezonator
oraz stabilizator należy przylutować od strony

druku. Przycisk RST ma być zamontowany
równolegle do kondensatora C8 – są punkty lu−
townicze; gniazdo zasilające może być dowol−
nego typu, w modelu zastosowano minijack.
Nieco uwagi należy poświęcić zamontowaniu
złącza pod wyświetlacz, przycisków i przełącz−
ników, gdyż ze względu na dużą wysokość obu−
dowy trzeba je zamontować inaczej. Jako złącze
pod LCD lutujemy odcinki srebrzanki o długo−
ści 20mm, po czym przycinamy je na odpowie−
dnią długość, tak by sam wyświetlacz był na
równi z płaszczyzną obudowy. Mikroprzyciski
lutujemy również na odcinkach srebrzanki, by
wystawały ponad obudowę 2−3mm. Do nóżek
przełączników lutujemy odcinki drutu miedzia−
nego, przekładamy je przez otwory w płytce,
a całość składamy razem z górną połową obu−
dowy. Przylutowujemy i obcinamy nadmiar.
Górne wyprowadzenia przełączników łączymy
razem za pomocą odcinka „gołego” przewodu
i dołączamy go do zwory obok układu IC4 i C4.
Pozostał już tylko do wykonania otwór pod
gniazdo DB9F w bocznej ścianie obudowy.

Po podłączeniu zasilania 8−15V spraw−

dzamy napięcie w podstawkach (5V±5%)
i po wyłączeniu go wkładamy układy scalone
i uruchamiamy całość. Na LCD powinien się
po chwili pojawić napis: GENERATOR
STANOW, a po nim następne. Jeśli tak jest,
to trzeba jeszcze sprawdzić komunikację po
I

C. Wtym celu należy wpisać jakieś dane do

pamięci i sprawdzić czy te dane pojawiają się
na wyjściu. Rysunek 3 przedstawia rozkład
sygnałów na złączu wyjściowym. Na górę
obudowy można nakleić naklejkę przedsta−
wioną na wkładce. Otwory pod przełączniki
można wykonać dziurkaczem biurowym.

Obsługa

Wszystkie wartości ustawiamy przy pomocy
przycisków UP (także: wybór opcji lewej lub
NO) i DOWN (także: wybór prawej opcji lub
YES). Po napisach powitalnych program po−
prosi o ustawienie tzw. okresu (SELECT PE−
RIOD), czyli czasu trwania pojedynczej danej
na wyjściu w trybie automatycznego odczytu.
Następnie wybieramy jeden z ośmiu banków
w pamięci (SELECT BANK). Kolejną czyn−
nością, którą wykonujemy jest selekcja trybu
pracy (MODE: READ/WRITE): odczyt lub
zapis. Wpierwszym trybie musimy jeszcze
zadecydować czy będzie to odczyt automa−
tyczny czy ręczny, krok po kroku.

Ciąg dalszy na stronie 62.

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

Styczeń 2002

Wykaz elementów

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

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1155kk

Ω

R33** .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..668800

Ω

R44** .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

C11,, C

C22−C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C55,, C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333ppFF

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//1166V

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100FFµµFF//1166V

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT2244C

C1166

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

CFF88557744A

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT8899C

C44005511

IIC

C44,, IIC

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7744LLS

S224444 lluubb 7744H

C((TT))224444

IIC

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880055

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N55881199

X11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..rreezzoonnaattoorr kkw

waarrccoow

wyy 1122M

Hzz

N11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

B99FF kkąąttoow

wee ddoo ddrruukkuu

S11−S

S88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeełłąącczznniikk ddźźw

wiiggnniioow

wyy

22−ppoozzyyccyyjjnnyy ppoojjeeddyynncczzyy

W99−S

W1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miiccrroossw

wiittcchh 1100m

W1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miiccrroossw

wiittcchh 66m

DIIS

P11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..w

wyyśśw

wiieettllaacczz LLC

D 1166**11

Obbuuddoow

waa ZZ−3344B

B ((w

wyyssookkoośśćć 3377m

m))

Pooddssttaaw

wkkii ppoodd uukkłłaaddyy ssccaalloonnee

LLiissttw

waa ggoollddppiinn 1166

ZZłłąącczzee sszzuuffllaaddoow

wee 1166 ppiinn

Kaabbeell ppoom

miiaarroow

wyy

Wttyycczzkkaa D

B99M

M zz oobbuuddoow

wąą

TTaaśśm

maa 1100.. żżyyłłoow

waa 3300ccm

Chhw

wyyttaakkii ppoom

miiaarroow

wee 99 sszztt..

Krrookkooddyylleekk 11sszztt..

Rys. 2 Schemat montażowy

Rys. 3

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

Styczeń 2002

Ciąg dalszy ze strony 55.

Wtym ostatnim naciskając OK. powoduje−
my wystawienie kolejnej danej na wyjściu.
Wtrybie zapisu daną do wpisania ustawiamy
za pomocą przełączników. Wyświetlacz bę−
dzie

wyglądał

następująco:

XXX/YYY/ZZZZZZZZ; gdzie XXX to ad−
res (numer komórki w pamięci) danej, YYY
to jej wartość w systemie dziesiętnym,
a ZZZZZZZZ w systemie binarnym. Każdą
daną zapisujemy do pamięci poprzez przy−
cisk OK. Po zakończeniu odczytu (zapisu)
pojawi się pytanie: FINISH WORKING? Je−
śli odpowiemy twierdząco, to Generator v2
przejdzie w tryb Powerdown, zmniejszając
pobór prądu do minimum. Jeśli zaprzeczy−

my, wróci do początku, czyli wyboru tzw.
okresu. Niestety to pytanie pada tylko raz.
Po drugim cyklu Generator v2 sam przecho−
dzi w stan uśpienia, gdyż jest to związane
z pewnym błędem w programie, który powo−
dował restart procesora po trzecim – piątym
cyklu. Błąd ten występował tylko w zapro−
gramowanym procesorze. Wtym miejscu
chciałbym ogłosić mały konkurs! Pierwsza
osoba, która znajdzie przyczynę tak dziwne−
go zachowania programu i prześle rozwiąza−
nie na mój adres e−mail (badworm@po−
czta.fm), otrzyma wartościową nagrodę –
niespodziankę! Żeby móc wykryć błąd, nale−
ży usunąć linie 5−7 w podprogramie Finish:
If Koniec = 2 Then

Gosub Ending

End If

Przewidywane modyfikacje programu

w przyszłości: możliwość rozpoczęcia zapi−
su/odczytu od dowolnego adresu, naprawie−
nie błędu wspomnianego powyżej, zlikwido−
wanie konieczności przerwania zapisu/od−
czytu w dowolnym momencie poprzez re−
start, wyświetlanie stanu wyjścia w trybie
ręcznego odczytu i inne.

Adam Robaczewski

Uwaga! Plik z programem (w Bascomie)

można ściągnąć ze strony internetowej
www.edw.com.pl/library/pliki/gen_v2.zip

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

Styczeń 2002

Opisywana miniruletka naśladuje swoim za−
chowaniem pierwowzór (terkoczący dźwięk
o coraz mniejszej częstotliwości i coraz wol−
niejsze zmiany losowanych liczb). Zabawka
„testowana” była przez dzieci autora
i w przeciwieństwie nazwa jest to elektro−
niczny odpowiednik prostej ruletki do gry. Po
naciśnięciu przycisku, układ losowo wybiera
jedną z 10 do innych zabawek nadal... jest
sprawna i daje wiele radości.

Opis układu

Na rysunku 1 przedstawiony został schemat
ideowy. Po naciśnięciu przycisku S1, przez
rezystor R1 ładuje się kondensator C3. Tran−
zystory Q3 i Q4 zaczynają przewodzić prąd,
dioda LED D1 oświetla fotorezystor, który
w tym momencie ma najmniejszą rezystancję,
więc częstotliwość pracy generatora będzie
największa. Impulsy z generatora podawane
są na bramki U1B, U1C, U1D. Dwie ostatnie

bramki sterują pra−
cą brzęczyka piezo
z generatorem, na−
tomiast

bramka

U1B podaje impul−
sy na wejście T ko−
stki 4017, a ta z ko−
lei steruje pracą
diod LED. Obwód
z tranzystorami Q1,
Q2 oraz rezystora−
mi R4−R6 ma za za−
danie włączyć i wy−
łączyć

generator

zbudowany

bramce U1A. Po
zwolnieniu przyci−
sku S1 kondensator
C3 będzie rozłado−
wywał się przez
złącze B−E tranzy−
storów. W wyniku
tego, kolejno zapa−
lające się, diody
LED świecą coraz
słabiej, rezystancja
fotorezystora staje
się coraz większa
i generator pracuje
coraz wolniej aż do
zatrzymania.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce uniwer−
salnej. Zmontowany ze sprawnych elemen−
tów nie wymaga uruchamiania i od razu
powinien pracować. Warto pamiętać o tym,
aby dioda LED D1 stykała się bezpośre−
dnio z elementem światłoczułym − fotore−
zystorem FR. Jeśli całość nie będzie za−
mknięta w światłoczułej obudowie, wów−
czas należy fotorezystor FR i diodę LED
D1 zabezpieczyć przed wpływem światła
zewnętrznego, np. zaklejając je szczelnie
izolacją elektryczną.

Miłej zabawy życzy

Krzysztof Kraska

Rys. 1

Wykaz elementów:

Rezystory

R11,,R

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

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..55,,11kk

Ω

R55,,R

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

FFR

R .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ffoottoorreezzyyssttoorr

Kondensatory

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200nnFF
C

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

µµ

FF//1166V

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11Q

mFF M

KTT

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

Półprzewodniki

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D cczzeerrw

woonnaa 33m

D22,,D

D44,,D

D66,,D

D88,,D

D1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D cczzeerrw

woonnaa 55m

D33,,D

D55,,D

D77,,D

D99,,D

D1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D zziieelloonnaa 55m

Q11−Q

Q44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44009933
U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44001177

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

Styczeń 2002

Lata 70. i 80. to dalsza miniaturyzacja przy−
rządów i rozwój firmy. Na deskach projek−
tantów były wtedy subminiaturowe oscylo−
skopy przenośne, doskonalono serię 7000,
wprowadzając wkładkę o paśmie 1GHz, „od−
chudzono” wersję 7000 do wersji 5000 o ra−
mie 3 wkładkowej, powstała niezwykle po−
pularna seria 400 (wszystkie wspomniane
rozwiązania jeszcze pracują w wielu instytu−
cjach). Wychodząc naprzeciw dynamicznie
rozwijającemu się sektorowi elektroniki cy−
frowej, ze współpracy Sony/Tektronix wpro−
wadzono analizatory stanów logicznych serii
300, następnie 1200. Dominacja pośród przy−
rządów „High−End” pozwoliła na zastosowa−
nie już sprawdzonych rozwiązań w innych
sektorach rynku. Kolejna seria oscyloskopów
niższej klasy okazała się tak popularna, ze
choć mamy już 2001r., spotykam klientów
zachwalających 2225 lub pytających o model
2465B z serii 2000. Opłaciły się inwestycje
w sektor komponentów. Rozwój układów
scalonych zaowocował przyrządami o pa−
mięci cyfrowej, prostymi w obsłudze, o ma−
łych gabarytach, bardzo dobrych parame−
trach elektrycznych, dodatkowych funkcjach
pomiarowych (np. zintegrowany multimetr)
oraz − tu ukłon w stronę serwisu − łatwych
w kalibracji i naprawie.

Jakkolwiek rozwój i doskonalenie analogo−

wej budowy oscyloskopu zostały w pewnym
momencie zatrzymane, klienci ciągle oczeki−
wali od przyrządu pomiarowego więcej.
Stwierdzono, że oscyloskop analogowy nie za−
wsze może sprostać coraz trudniejszym zada−
niom. Przede wszystkim przeszkadzała trud−
ność w zapisie pomiarów, nie mówiąc już o ja−
kiejkolwiek obróbce. Przy szybkich przebie−
gach strumień tak szybko przemiatał luminofor,
że nie był go w stanie dostatecznie rozświetlić,
zaś przy przebiegach wolnozmiennych na koń−
cu przemiatania okazywało się, że „gasł” już
początek przebiegu. Pasmo nie wystarczało,
a jeśli nawet, to jego koszt był horrendalny, ar−
chitektura zoptymalizowana była pod operacje
jednokanałowe, brakowało obróbki matema−
tycznej na przebiegach, wyzwalanie jedynie
poziomem lub sygnałem TV i niezwykle skąpy
pretrigger nie sprostały potrzebom wykrywania
i identyfikacji problemów.

Pojawianie się w latach 80−tych oscylo−

skopu cyfrowego na pewien czas zafascyno−
wało użytkowników. Otrzymali narzędzie,
którym zapamiętywali przebieg i to nie tylko
przebieg po wyzwoleniu, ale też przed tym
punktem (pre− i posttrigger − obraz przed i po
wyzwalaniu). Pojawiły się nowe funkcje wy−
zwalania nakierowane na anomalia przebie−
gu, możliwość pomiarów automatycznych,
niezależna akwizycja i analiza sygnałów
w maksymalnie 4 kanałach i co bardzo waż−
ne możliwość różnorodnej obróbki matema−
tycznej pozyskiwanych danych.

Początek lat 90. zaowocował dwiema ro−

dzinami przyrządów oznaczonych skrótem
TDS (ang. Tektronix Digital Storage):
TDS400 i TDS500. Część analogowa bazo−
wała na lampie kineskopowej, jednak już spo−
sób obrazowania wykazywał tendencje cyfro−
we. Oscyloskopy TDS otworzyły nowy roz−
dział, jeśli chodzi o obróbkę sygnału, oferując
dystrybucję sygnału w dziedzinie częstotli−
wości (transformata FFT) i podstawy cyfro−
wego przetwarzania sygnału, jak np. filtracja
dolnoprzepustowa w celu redukcji szumów.

Wprowadzenie w 1997 roku serii TDS200

sprowadziło cenę oscyloskopu w okolice
1000 USD i rozpowszechniło w pełni cyfro−
wy, oparty na ekranie LCD typ przyrządów
powszechnego

użytku.

Parametry

i 100MHz oraz próbkowania 1GSa/s wytyczy−
ły nowe granice dla sprzętu z najniższej półki.

Początkowe zachłyśnięcie się możliwo−

ściami techniki cyfrowej szybko minęło, a po−
nad wszelką wątpliwość ujawniły się wady
oscyloskopów cyfrowych. Kluczową sprawą

jest fakt, że oscyloskop cyfrowy częściej nie
pracuje niż pracuje! Dziwne? Nie, gdyż zasto−
sowano w nim szeregową obróbkę danych,
więc przyrząd nie mógł rejestrować ewentual−
nych szybkich zmian w czasie, kiedy akurat
przetwarzał dane na współrzędne ekranowe.
Czas zapisu, czyli monitorowania sygnału,
okazał się być o kilka rzędów mniejszy do
czasu obróbki danych, czasu martwego. Jed−
nym z bardzo istotnych skutków była możli−
wość „przegapienia” króciutkich impulsów,
które często są przyczyną błędów i zakłóceń.
O zgrozo, pomyślelibyśmy, więc czemu kto−
kolwiek kupował oscyloskopy cyfrowe?

Chodziło nie tylko o modę na nowocze−

sność i o pieniądze. Oscyloskop cyfrowy do−
skonale zdaje egzamin w wielu zastosowa−
niach, a dodatkowe możliwości wyzwalania,
obróbki matematycznej i zapamiętywania od
dawna rekompensowały koszt zakupu oscy−
loskopu cyfrowego.

Niemniej jednak w licznych zastosowa−

niach mankament czasu przetwarzania, zwa−
nego czasem martwym, był nie do zaakcepto−
wania, zwłaszcza dla wyrafinowanych biur
konstrukcyjnych czy ośrodków badawczych,
które podczas pomiarów nie mogły pozwolić
sobie na oczekiwanie w nieskończoność, kie−
dy rzadko występująca, króciutka anomalia
trafi akurat na moment rejestracji. Znów za−
częto z utęsknieniem spoglądać w stronę
przyrządów analogowych, traktując je jako
jedyne miarodajne źródło pomiarów w czasie
rzeczywistym. Tektronix podjął więc starania
przeorganizowania architektury oscyloskopu

Parada gigantów

Styczeń 2002

ÓÓ

−

ŚŚ

źź

śś

Część 2

Fot. 5 Przenośny oscyloskop 434

Fot. 6 TDS7104 DPO, 1GHz, 10GS/s

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

Styczeń 2002

cyfrowego dla minimalizacji czasu martwego.
W 1998r. wypuścił na rynek TDS700D − pierw−
szy oscyloskop DPO (ang. Digital Phosphor
Oscilloscope), tłumaczony jako oscyloskop
z luminoforem cyfrowym. Jest to w istocie
oscyloskop cyfrowy o niektórych właściwo−
ściach przypominających klasyczny oscylo−
skop z lampą o długiej poświacie. Opatento−
wane rozwiązanie bazuje na pomyśle zrówno−
leglenia architektury za sprawą wyspecjalizo−
wanych układów procesorowych DPX™.
Akwizycja jest tu prowadzona stale, a DPX™
organizuje pamięć w postaci trójwymiarowej
tablicy 500x200 o głębokości 21 bitów. Każ−
da komórka pamięci odpowiada jednemu
punktowi wyświetlacza, a sygnał zapisywany
w czasie rzeczywistym tworzy historię, zo−
brazowaną na ekranie przez mikroprocesor
i rasteryzer, odświeżaną raz na 30 sekund. Sy−
tuacja jak na ekranie oscyloskopu analogowe−
go − im częściej następuje zapis określonej
komórki pamięci, tym jaśniejszy jest na ekra−
nie odpowiadający jej punkt. W ten sposób ja−
sność niesie informacje o dodatkowym, trze−
cim wymiarze. Mamy więc na ekranie czas
(oś pozioma), amplituę (oś pionowa) oraz
dystrybucję kolejnych cykli pomiarowych
w czasie (jasność). Rozwiązanie architektury
DPO zminimalizowało czas martwy przyrzą−
dów, zbliżając je do monitorowania sygnału
przez oscyloskop analogowy.

Technologia DPO to obecnie główna

tendencja rozwojowa firmy. Dostępne na
rynku modele oscyloskopów DPO to:
TDS3000B (patrz: ilustracja), TDS700,
TDS5000 oraz TDS7000. Do liczby „7000”
Tektronix wykazuje wyjątkowy sentyment,
gdyż po raz kolejny opatrzono nią inżynier−
skie arcydzieło sztuki budowy przyrządów
pomiarowych. Szczytowym osiągnięciem
jest model TDS7404. Zachowano tu wszelkie
zalety oscyloskopu cyfrowego: pamięć, nie−
zwykle rozbudowane wyzwalanie, automaty−
ka pomiarów, funkcje matematyczne, staty−
styczne i DSP, praca wielokanałowa, archi−
wizacja i obróbka wyników pomiarów oraz
komunikacja ze światem zewnętrznym (za−
implementowane właściwości sieciowe).

Mniej więcej 5 lat temu stało się oczywiste,

że obecnie stosowana technologia krzemowa

nie będzie umożliwiała wystarczającej poprawy
szybkości układów cyfrowych. Jedyną alterna−
tywą stała się zapomniana już technologia ar−
senku galu (GaAs), jednak po wstępnych stu−
diach okazała się niemożliwa do zastosowania,
ze względu na zależności termiczne, niedosta−
teczne scalenie układów, niemożliwe było rów−
nież uzyskanie pożądanych czułości układów
wejściowych. Strategiczna decyzja inwestycji
14mln USD w kooperacji z firmą IBM przy pra−
cach nad nową technologią krzemowo−germa−
nową przyniosła rezultaty, przechodzące naj−
śmielsze oczekiwania − wyśmienite parametry
elektryczne komponentów przy zachowaniu
umiarkowanych cen. Pierwszym „dzieckiem”
nowej technologii był właśnie TDS 7404, oferu−
jący pasmo 4GHz przy próbkowaniu 20GSa/s,
lecz godne szczególnej uwagi są nie same para−
metry, lecz fakt uzyskania ich przy płaskiej cha−
rakterystyce w całym paśmie przenoszenia.

Rewolucyjne jest również podejście do

matematyki, jako tworzenia dowolnej formu−
ły z funkcji predefiniowanych, przebiegów,
wyników pomiarów lub stałych. System ten
zastosowano ostatnio również w popularnych
oscyloskopach serii TDS3000B z modułem
zaawansowanej analizy matematycznej. Ob−
sługę FFT przystosowano pod użytkowników
przyzwyczajonych do analizatorów widma,
z nastawą częstotliwości środkowej, zakresu
przemiatania i rozdzielczości pasmowej. Jest
to także pierwszy z oscyloskopów sprzężo−
nych przez interfejs użytkownika z kompute−
rem, jednak dla wiarygodności pomiarów
rozdzielono wewnętrznie funkcje komputero−
we (oparte na Pentium III 500MHz) od oscy−
loskopowych (Power PC). To na pozór nie−
wiarygodne, ale śmiało można stwierdzić, że
w tym oscyloskopie wbudowany jest naj−
prawdziwszy komputer PC z Pentium III, po−
zwalający bezpośrednio wprowadzać i prze−
twarzać uzyskane dane pomiarowe na przy−
kład w popularnym Excelu.

Posuwając się dalej, Tektronix zaimple−

mentował w oscyloskopach serii TDS7000,
TDS5000 i TDS700D, TDS700 narzędzia
programowania w języku Java. Pozwala to
użytkownikowi w pełni dopasować przyrząd
pod potrzeby własnej aplikacji pomiarowej.
Część przykładowych nakładek programo−
wych jest już gotowa, kolejne są w fazie
przygotowania.

Przypomniawszy sobie początki oscylo−

skopów zauważyć można, że względna pro−
stota i łatwość ich obsługi stoją w sprzeczno−
ści z obecnymi tendencjami rozwojowymi
aparatury pomiarowej. Za cenę skomplikowa−
nia obsługi uzyskuje się fantastyczne, wręcz
niewyobrażalne możliwości. Oscyloskop
z przyrządu do podglądania sygnałów elek−
trycznych stał się centralną częścią laborato−
rium, zawierającą w sobie maszynę badawczą
i obrabiającą wyniki pomiarów, archiwum po−
miarowe i punkt rozsyłu informacji. By
„uczłowieczyć” tak skomplikowaną maszynę
implementuje się weń znane interfejsy użyt−
kownika jak Microsoft® Windows™, umożli−
wia stosowanie powszechnych programów
narzędziowych sterowania i obróbki wyni−
ków pomiarów (LabView™, MathCAD™,
MATHLAB™), pozwala na tworzenie aplikacji
właściwych specyfice pomiarów, ucieka się
wręcz do sterowania przyrządu głosem
(VocalLINK™) z rozpoznawaniem komend
i możliwością ich grupowania w rozkazy. Bie−
rze się jednocześnie pod uwagę niedoskona−
łość ludzkiej wymowy, ucząc przyrząd dialek−
tu, slangu czy charakterystycznego akcentu.

Wszystkie te niesamowite możliwości

współczesnych oscyloskopów mogą wręcz
odstraszać. Aby dojrzeć do tych najnowocze−
śniejszych przyrządów, zmuszając je do pracy
dla nas, a nie przeciw nam, najlepiej zacząć
od modeli prostszych, tańszych, niemniej tak−
że mających ogromne możliwości. Doskona−
łym przykładem jest TDS200. Zaskakuje
przyjemnie swoimi możliwościami i przyja−
zną obsługą. TDS200 to najlepiej sprzedawa−
ny produkt firmy Tektronix w jej historii. To
jeden z popularniejszych przyrządów w pra−
cowniach studenckich, laboratoriach podstaw
elektroniki i metrologii, a w przyszłości także
w pracowniach średnich szkół technicznych.

Krzysztof Mazur, TESPOL Sp. z o.o.

P.S. Sponsorując konkurs na najlepszą pracę
dyplomową pragniemy zachęcić i zmobilizo−
wać dyplomantów średnich szkół technicznych
do pracy nad nowatorskimi pomysłami i nie−
konwencjonalnymi rozwiązaniami układowy−
mi. Przecież wspominany w artykule TDS7404
też został zbudowany przez ludzi. Może więc to
któryś z Was opracuje jego kolejną wersję...

Parada gigantów

Fot. 7 TDS3054 DPO, 500MHz,

5GS/s

Fot. 8 Rodzina TDS200

Garść obliczeń

Cóż, na początku był ... punkt, a właściwie
dwa punkty.

Od jednego − A(x1, y1) do drugiego −

B(x2,y2) chcemy przeprowadzić po linii pro−
stej złowieszczo wirujące narzędzie. Przy
tym powinna być utrzymana stała (ewentual−
nie regulowana) prędkość posuwu − niezależ−
nie od położenia obu tych punktów; do tego
jeszcze wrócimy. Dla uproszczenia najpierw
zajmijmy się przypadkiem, gdy w układzie
współrzędnych X−Y punkt B jest „sporo da−
lej“ i „nieco wyżej“ niż punkt A (rysunek 4).
Załóżmy, że mamy już frez w punkcie A,
a wartości x i y wyrażone są po prostu w kro−
kach silników. Jeszcze uwaga: ilekroć dalej
będzie mowa o krokach, będę miał na myśli
półkroki, bo taki mamy przecież sterownik.

W celu pokonania odległości A−B silnik

X musi wykonać (x2−x1) kroków, a silnik
Y − (y2−y1) kroków. Rzecz jasna nie może to
być tak, że najpierw jeden silnik wykona
swoją pracę, a dopiero potem ruszy drugi.
Aby to zapewnić obliczmy, ile kroków silni−
ka Y musi przypadać na 1 krok silnika X.

Kłania się podstawówka: m=(y2−y1)/(x2−x1).
Toż to przecież nic innego jak współczynnik
kierunkowy prostej przechodzącej przez
punkty A i B. Jeśli więc np. mielibyśmy
punkt A o współrzędnych 100 i 50 oraz
B(220,70), to m=20/120=1/6. Przekładając to
na język naszej frezarki: na jeden krok silni−
ka X przypada 1/6 kroku silnika Y. Jeszcze
inaczej − silnik Y ma wykonywać jeden krok
co szósty krok silnika X.

I nie jest tu specjalnie ważne, czy silnik

Y wykona swoje kroki w czasie np. 1, 7,13
itd. kroku silnika X, czy w czasie 2, 8, 14 itd.
kroku, czy też np. w czasie 4, 10, 16 itd. kro−
ku. Przy przemieszczaniu się stołu lub narzę−
dzia o powiedzmy 0,01 mm na 1 krok − nie
ma to w większości przypadków istotnego
znaczenia.

A jak w ogóle wykonywane są poszcze−

gólne kroki.

Program cały czas w pętli DO − LOOP

kontroluje aktualną wartość x i y. Jeśli akurat
mamy przypadek opisany wyżej, czyli m<1 −
program dodaje do aktualnej współrzędnej
x w kolejnych, równych odstępach czasu
wartość d=1 krok. W każdym obiegu pętli
wysyłana jest na port drukarki kolejna wyli−
czona sekwencja stanów dla faz silnika X,
odpowiadająca kolejnym krokom. Do współ−
rzędnej y natomiast dodawana jest w każdym
przejściu pętli 1/6 kroku. Kolejny swój krok
silnik Y wykona zatem dopiero po przekro−
czeniu wartości y równej kolejnej liczbie cał−
kowitej, czyli zawsze co 6 kroków silnika X.
W każdym przejściu pętli oczywiście spraw−
dzany jest warunek, czy x>x2, aby w odpo−

wiednim momencie zakończyć odcinek ru−
chu A−B i pobrać z pliku dane dla następne−
go odcinka.

Okrutna rzeczywistość znów jednak sta−

wia przed nami schody − przecież frez nie za−
wsze porusza się po prostej spełniającej wa−
runek 0<m<1. W programie musiałem zatem
wyszczególnić 8 przypadków w zależności
od położenia punktu B względem punktu A.
Rozpatrzmy jeszcze drugi podstawowy przy−
padek, gdy m>1. Gdyby zastosować teraz po−
wyższą procedurę, to na jeden krok silnika
X mogłoby przypadać kilka kroków silnika
Y. Wtedy silnik Y pogubiłby kroki, ponieważ
dla zapewnienia dokładnej pracy wymagane
jest przechodzenie kolejno przez wszystkie
sąsiednie kroki − bez przeskoków.

Zrobiłem więc tak, że jeśli jest m>1, to te−

raz współrzędna y zwiększa się o jeden krok
przy każdym przejściu pętli, a x zwiększa się
w każdym przejściu o 1/m. Sytuacja jest więc
analogiczna do poprzedniej z tym, że „takt“
wyznacza teraz silnik Y. Nie ma możliwości
przyrostu x ani y większego niż 1 krok, za−
tem wszystko gra.

Żeby znów nie było zbyt łatwo, trzeba

przewidzieć jeszcze 6 przypadków − po 2
w każdej ćwiartce układu współrzędnych X−
Y. Jeden dla |m|<1 i drugi dla |m|> 1.

Wszystko (tzn. frezowanie) odbywa się

w bezwzględnym układzie współrzędnych
X−Y, a dokładniej w jego pierwszej ćwiartce,
natomiast dla potrzeb powyższego rozumo−
wania tworzymy za każdym razem lokalny
układ współrzędnych o początku w punkcie
A(x1,y1). Dopiero teraz, w zależności od

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

Styczeń 2002

−

wiertarki, frezarki, grawerki

część 2

Rys. 4

tego w której jego ćwiartce znajduje się
punkt B i od wartości |m| program wybiera
stosowny przypadek i realizuje ruch do punk−
tu B(x2,y2).

Dla przykładu: mamy, powiedzmy, punk−

ty A(150,20) i B(100,30), czyli B leży w II
ćwiartce lokalnego układu współrzędnych
i |m|=(30−20)/(150−100)=1/5.

Silnik X cofa się po 1 kroku w każdym

przejściu pętli, a silnik Y wykonuje 1 krok
naprzód co 5 kroków silnika X.

Oto wspomniane 8 przypadków:

1x2>x1 y2>y1 |m|<1
2

x2>x1y2>y1|m|>1

x2<x1y2>y1|m|<1

x2<x1y2>y1|m|>1

x2<x1y2<y2

|m|<1

x2<x1y2<y1|m|>1

x2>x1y2<y1|m|<1

x2>x1y2<y1|m|>1

Czas i prędkość

Wróćmy jeszcze na chwilę do prędkości ru−
chu. Wyobraźmy sobie wycinanie trójkąta
z

rysunku 5. Frez pokona odcinek

A−B o długości 1000 kroków w czasie po−
wiedzmy 5s, potem taki sam długi odcinek
B−C również w czasie 5s i na koniec odcinek
C−A, czyli odległość 1414 kroków − ale...
w jakim czasie?

Okazuje się, że również 5s! Fatalnie. No

cóż, program w każdym odcinku wykonuje
po 1000 przejść pętli, traci więc na to tyle sa−
mo czasu.

Ale nic to. Aby zachować stałą prędkość

postępową frezu należy po prostu czas dodat−
kowego opóźnienia w pętli uzależnić od ab−
solutnej wartości współczynnika kierunko−
wego prostej czyli |m| lub od 1/|m| gdy,

m > 1 .

Podpowiem, że trzeba to ustalić trochę do−
świadczalnie, bo same obliczenia i wykony−
wanie innych instrukcji w pętli zabierają tro−
chę czasu, a do niego trzeba dodać pewien
dodatkowy czas zależny od |m|.

Rzecz jasna − w pętli należy również

umieścić fragment badający klawiaturę, aby
można było w dowolnej chwili wstrzymać
wykonywanie programu w celu np. wymiany
frezu lub w sytuacji jakiegoś zagrożenia.

Łatwo zauważyć, że komputer traci o wie−

le mniej czasu na badanie stanu wejść portu
drukarki niż na badanie stanu klawiatury. Le−
piej jest na maszynie umieścić przycisk

STOP i podłączyć go do jednego z wejść po−
rtu. Komputer nie zawsze musi stać blisko
maszyny, a dodatkowo mamy oszczędność
czasu, czyli możemy zastosować gorszy
(starszy i tańszy) „blaszak”. I przycisk STOP
jest zawsze pod ręką. W moim programie na−
ciśnięcie STOP−u powodowało natychmia−
stowe wyłączenie silnika wrzeciona, zatrzy−
manie posuwów X i Y oraz wyjechanie frezu
w górę ponad materiał na „z góry upatrzoną
pozycję”. Po usunięciu przyczyny zatrzyma−
nia − teraz już z klawiatury, z odpowiednią
zachętą płynącą z ekranu − można było spo−
wodować ponowne załączenie silnika wrze−
ciona, automatyczny zjazd frezu z powrotem
na poprzednią głębokość w obrabiany mate−
riał i kontynuowanie posuwów X−Y.

Mając dość szybki komputer (jak na star−

sze modele), czyli w granicach 100MHz,
można pokusić się w każdym przejściu pętli
o badanie klawiszy + i − żeby w ten sposób
mieć możliwość zmiany prędkości posuwów
w trakcie pracy. Bardzo przydatna funkcja.

I znowu, jeśli brakuje prędkości − wyko−

rzystujemy dodatkowe wejścia portu drukarki.

Dla przeciętnego pro−

gramisty to zabawa − spo−
wodować, aby naciskanie
„+“ powodowało stopnio−
we zwiększanie opóźnie−
nia w pętli, ale tak aby za−
chować stosowną propor−
cję zależności tego czasu
od |m|. Naciskamy „−“
i prędkość posuwów się
zmniejsza, a na ekranie
widzimy jaka jest jej ak−
tualna wartość.

Pozostałe

wejścia

można wykorzystać na
przykład do podłączenia
wyłączników krańcowych
w osiach X i Y. Nie jest to
konieczne, ponieważ przy
niezbyt przecież mocnych
silnikach krokowych po
dojechaniu do końca me−
chanicznego zakresu pra−
cy danej osi nic specjalne−
go się nie stanie, poza
oczywiście

całkowitą

utratą kontroli nad dalszą
częścią pracy.

Luksus,

czyli oś Z

Jeszcze cokolwiek o osi Z.
W maszynie typu grawer−
ka czy frezarka do liter
z plexi, oś Z napędzana
jest wprawdzie też silni−
kiem krokowym, ale nie
korzysta on z danych
z pliku. Przynajmniej nie
tak intensywnie jak 2

pozostałe silniki. Trzeci silnik ma za zadanie
opuścić frez na zadaną na wstępie głębokość
podczas frezowania i podnieść go z powro−
tem ponad materiał obrabiany po zakończe−
niu pracy lub jej fragmentu. Taką maszynką
można również wiercić np. płytki drukowa−
ne; wtedy oś Z nabiera może nieco więcej
prestiżu.

W pliku PLT z Corela mamy na początku

każdego wiersza ze współrzędnymi 2 literki:
PD albo PU (Pen Down, Pen Up). Program
musi reagować na nie tak, że jeśli po raz
pierwszy w kolejności pobierania danych wy−
stąpi PD, to trzeba zatrzymać posuwy X−Y,
opuścić frez i dopiero jechać do punktu
o współrzędnych podanych za PD. Jeśli nato−
miast pierwsze 2 znaki zmieniają się z PD na
PU, to również zatrzymujemy posuwy, wyjeż−
dżamy z frezem do góry i kontynuujemy jazdę
X−Y ponad obrabianym materiałem. Można
przy tych pustych przebiegach wyłączać silnik
wrzeciona, ale może się wtedy okazać ko−
nieczne odczekanie, przed ponownym jego
opuszczeniem, na uzyskanie maksymalnej
prędkości obrotowej wrzeciona.

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

Styczeń 2002

Forum Czytelników

Rys. 5

Fot. 5 Widok tylnej ścianki sterownika. Gniazdo kabla

drukarkowego (połączenie z PC), trzy wyjścia do

silników krokowych, port sieciowy z wyłączni−

kiem, bezpiecznik sieciowy.

Fot. 6 Widok sterownika z przodu. Gniazdo sieciowe

służy do zasilania silnika wrzeciona i jest obsługi−

wane przez program lub ręcznie.

Po opanowaniu podstawowych funkcji

maszyny okazuje się, że z osią Z też można
się zabawić dłużej. Na przykład można (a na−
wet powinno się) zróżnicować prędkość sil−
nika poruszającego narzędzie w osi Z zależ−
nie od potrzeb technologicznych i optymali−
zacji czasu pracy. Podczas pozycjonowania −
tak jak i w osiach X i Y − powinniśmy mieć
możliwość szybkiego (np. po 800 kroków
czyli 2 obroty) i powolnego ale dokładnego
zmieniania położenia z jednoczesnym wy−
świetlaniem aktualnej pozycji w milime−
trach. Podczas zjeżdżania frezu w dół pręd−
kość w osi Z może być większa, gdy frez je−
szcze jest ponad materiałem, ale musi być
odpowiednio mała podczas zagłębiania się
w materiał. Podczas podnoszenia może być
cały czas duża. Widać z tego, że i tu jest spo−
re pole do popisu dla „pisarzy” programów.

Tak to wygląda...

Cały program trzeba oczywiście ozdobić mniej
lub bardziej luksusowym interfejsem użytkow−
nika − na miarę potrzeb lub/i możliwości, aby
korzystanie z niego nie było katorgą.

Opisałem głównie zasadę współbieżnej

pracy 2 silników w celu uporania się z trasą
zgodną z tym co zaprojektowaliśmy sobie
w Corelu. Zaznaczę jeszcze, że jest to „moja”
zasada. Ja ładnych kilka lat temu taką sobie
wymyśliłem, sprawdziłem i zaświadczam, że
działa. Szczerze mówiąc nie wiem, jak się to
dzieje w profesjonalnych „poważnych“ pro−
gramach, tym niemniej przy wykorzystaniu
opisanej metody wykonałem serię drewnia−
nych śmigieł (na fotografii) oraz sporą liczbę
styropianowych liter do reklam. Według
podobnej metody działa przerobiona z moją
pomocą duża frezarka górnowrzecionowa,
która frezuje całkiem poważne, zoptymalizo−
wane pod względem przyśpieszeń na
zwrotach rowki śrubowe w stalowych wał−
kach przeznaczonych do mechanizmów wo−
dzących maszyn włókienniczych. Z powo−
dzeniem też pracuje kilka małych frezarek do
różnych materiałów, kilka grawerek, wiertar−

ka do płytek drukowanych oraz słusznej po−
stury prasa do wycinania otworów w arku−
szach blachy stalowej.

Jeśli temat spotka się z zainteresowa−

niem, postaram się odpowiedzieć na Wasze
ewentualne pytania w

Poczcie EdW,

w Skrzynce porad, albo w ramach kolejnego
artykułu.

Marek Klimczak

matik1@poczta.onet.pl

Od Redakcji. Osoby zainteresowane zapre−
zentowanym fascynującym tematem znajdą
na stronie internetowej EdW
www.edw.com.pl/library/pliki/frezarki.zip
garść dalszych wskazówek, przykłady i frag−

menty programów. Bardzo prosimy o nadsy−
łanie listów z opiniami i pytaniami dotyczą−
cymi przedstawionego materiału bezpośre−
dnio do Autora albo do Redakcji. W razie po−
trzeby poprosimy Autora o zaprezentowanie
na łamach EdW dalszych informacji.

Jeśli ktoś ma doświadczenia z podobnymi

maszynami, również prosimy o kontakt. Roz−
ważamy też możliwość ogłoszenia konkursu
na projekt sterowanej komputerem wiertarki
do płytek drukowanych, wykorzystującej.
Prosimy o listy w tej sprawie.

Fot. 7 Wnętrze sterownika. Płytka dru−

kowana z elementami SMD. Po le−

wej stronie rezystory źródeł prą−

dowych silników krokowych.

Rząd tranzystorów MOSFET doci−

śnięty jest do podstawy − blachy

Al − paskiem sprężystej blachy

stalowej. W dole fotografii widać

2 uchwyty do wentylatora, który

chłodzi rezystory mocy i fragment

najbardziej obciążony cieplnie −

w okolicy tranzystorów źródeł

prądowych.

Fot. 8 W górnej części fotografii widać

zasilacz impulsowy 12V/6A, który

zasila część CMOS−ową i silniki

krokowe.

Fot. 9 Widok od spodu płytki

sterownika. Widać, że nie jest to

urządzenie produkowane seryjnie...

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

Styczeń 2002

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

Styczeń 2002

czyli co by było, gdyby...

W tej rubryce prezentujemy schematy
nadesłane przez Czytelników. Są to za−
równo własne (genialne) rozwiązania
układowe, jak i ciekawsze schematy z li−
teratury, godne Waszym zdaniem pu−
blicznej prezentacji bądź przypomnienia.
Są to tylko schematy ideowe, nieko−
niecznie sprawdzone w praktyce, stąd

podtytuł „co by było, gdyby...” Redakcja
EdW nie gwarantuje, że schematy są bez−
błędne i

należy je traktować przede

wszystkim jako źródło inspiracji przy
tworzeniu własnych układów.
Przysyłajcie do tej rubryki przede wszy−
stkim schematy, które powstały jedynie
na papierze, natomiast układy, które zre−

alizowaliście w

praktyce, nadsyłajcie

wraz z modelami do Forum Czytelników
i do działu E−2000. Nadsyłając godne za−
interesowania schematy z literatury, po−
dawajcie źródło. Osoby, które nadeślą
najciekawsze schematy oprócz satysfak−
cji z ujrzenia swego nazwiska na łamach
EdW, otrzymają drobne upominki.

Zasilacz stabilizowany

W starszej literaturze można znaleźć pro−
stownik, który jest też od razu stabilizatorem.
Diody prostownicze to diody Zenera i napię−
cie wyjściowe jest takie, jak napięcie tych
diod. Wydajność prądowa zasilacza zależy
od wartości kondensatora C1, a mniej od mo−
cy transformatora TS. Rezystor R1 służy do
rozładowania kondensatora C1.

Wzmacniacz

do peceta

Poniżej przedstawiam układ, który jest
wzmacniaczem przeznaczonym do kompu−
tera klasy PC. Takie jest jego główne prze−
znaczenie, ale kto chce może go używać
z np. walkmanem. Układ zasilany z kompu−
tera napięciem 12V ma moc ok. 2x5,5W na
4

Ω

. Warto układ, a przede wszystkim zasi−

lacz, zabezpieczyć bezpiecznikiem np.
1 lub 1,5A, aby nie uszkodzić zasilacza
podczas pomyłki w montażu. Dodatkowe
przełączniki pozwalają podbić niskie i wy−
sokie częstotliwości. Układ można włożyć
do obudowy po uszkodzonym CD−ROM−ie

i wmontować w wolny slot w obudowie.
Taka obudowa może służyć jako radiator,
choć układ zbytnio się nie grzeje. Wzmac−

niacz pracuje u mnie od pół roku i nie spra−
wia problemów.

Nadesłał Rafał Stępień, Rudy

Elektroniczny
termometr progowy

Chciałbym zaproponować czytelnikom bu−
dowę prostego termometru progowego. Za−
sada działania jest bardzo prosta. Jeśli tempe−
ratura spada poniżej dolnego progu zapala się
dioda zielona, jeśli przekracza górny próg −
zapala się dioda czerwona. Jako czujnik zo−
stał tu użyty termistor NTC o rezystancji
10 k

Ω

. Do regulacji progów używa się poten−

cjometru PR1. Układ uA723 pracuje w roli
wzmacniacza operacyjnego i tego układu ra−

czej nie trzeba nikomu przedstawiać.
Rozdzielczość termometru jest lepsza
niż 0,05

C, czyli całkowicie wystar−

czająca do zastosowań amatorskich.
Układ można zasilać z baterii 9−volto−
wej lub zasilacza o wydajności prądo−
wej min. 200mA. Układ wykonałem
w praktyce i działa poprawnie. Za−
miast tranzystorów BC107 można za−
stosować podobne np. BC108,
BC109, 2N929, 2N939.

Nadesłał

Tomasz Dębkowski,

Warszawa

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

Styczeń 2002

Od zarania dziejów ludzkość była żywo
zainteresowana problemem odróżniania
prawdy od kłamstwa. Przez stulecia stoso−
wano i udoskonalano zasadę, dwóch lub
trzech świadków. Zasada ta nie zawsze da−
je się zastosować, bo nie zawsze można
znaleźć wiarygodnych świadków i wtedy
trzeba sięgać po dodatkowe sposoby
sprawdzenia, czy osoba składająca zazna−
nia nie mija się z prawdą. Generalnie te
dodatkowe sposoby odróżniania prawdy
od fałszu opierają się na obserwacji zacho−
wań osoby poddawanej badaniu, a ściślej
naturalnych i nierozerwalnych związków
stanu umysłu i ciała. Spektakularnym
przykładem jest sposób zastosowany około
3000 lat temu przez króla Salomona, który
mając rozsądzić, która z dwóch kobiet jest
matką żywego dziecka, zaproponował

rozcięcie tego dziecka na pół, by obdzielić
sprawiedliwie obie kobiety. Prawdziwa
matka gotowa była oddać żywe dziecko
obcej, druga kobieta stwierdziła „niech nie
będzie ani twoje, ani moje”.

Innym przykładem jest test pewnego

indyjskiego kapłana sprzed 2500 lat. Ma−
jąc rozsądzić, kto z kilku podejrzanych
jest złodziejem, posmarował sadzą ogon
osła i umieścił zwierzę w ciemnym zaka−
marku świątyni. Każdy z podejrzanych
miał pojedynczo wejść do tego ciemnego
pomieszczenia i pociągnąć osła za ogon.
Przed próbą kapłan oznajmił, że ów cu−
downy osioł odezwie się ludzkim głosem,
gdy za ogon pociągnie go winowajca. Po
teście wystarczyło sprawdzić, który

z podejrzanych nie ma na rękach śladu
sadzy – tylko niewinni bez obawy ciągnę−
li osła za ogon.

Nie zawsze stosowano tak błyskotliwe me−

tody badania reakcji podejrzanych. Trudno nie
wspomnieć o haniebnych praktykach inkwizy−
torów czy funkcjonariuszy gestapo i NKWD.

Już w XIX wieku podjęto konkretne próby

wykorzystania urządzeń technicznych do we−
ryfikacji, czy dana osoba mówi prawdę. Pod−
stawą była obserwacja i rejestracja zachowa−
nia osoby poddanej badaniu. Pierwsze udo−
kumentowane eksperymenty, zakończone
sukcesem, przeprowadził w roku 1885
Włoch Cesar Lombroso. Nazwał swą maszy−
nerię, mierzącą ciśnienie krwi i puls,
hydrosfygmografem (hydrosphygmograph).

Inny Włoch, Vittorio
Benussi usiłował w roku

dodatek

miesięcznika

To warto wiedzieć

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

1914 odróżniać prawdę od kłamstwa przez
pomiar oddechu. W czasie I Wojny Świato−
wej Amerykanin William Marston próbował
wykorzystywać do sprawdzania prawdziwo−
ści zeznań jeńców niemieckich urządzenie
mierzące ciśnienie krwi.

Według większości źródeł za twórcę

„prawdziwego” wykrywacza kłamstwa
uchodzi John Larson, wówczas student me−
dycyny z Berkeley w Kalifornii. W latach
1920−1921 opracował dla szefa policji urzą−
dzenie, mierzące i rejestrujące zarówno
chwilowe zmiany ciśnienia krwi, jak i wła−
ściwości oddychania. Nazwał je polygrafem.

Ta intrygująca nazwa pochodzi od słów

poly – liczny i grafos – pisanie, zapis. Poly−
graf, w pełnej zgodności ze swą nazwą, jest
urządzeniem rejestrującym nie jeden para−
metr, ale wiele parametrów (biologicznych).
Klasyczny polygraf ma wiele pisaków, które
zapisują na przesuwającej się taśmie papieru
nie tylko ciśnienie krwi i szybkość oddechu,
ale też inne parametry.

W latach 1926...1936 Leonard Keeler

i Walter Summers udoskonalali polygraf.
Dodali do polygrafu obwody mierzące zmia−
ny rezystancji skóry, znane jako GSR – ga−
lvanic skin response. Kilkanaście lat później
Keeler założył szkołę dla osób interpretują−
cych wskazania pisaków polygrafu.

We współczesnych najnowocześniej−

szych polygrafach nie ma charakterystycz−
nych pisaków i wstęgi papieru. Technika
komputerowa wyparła te archaiczne sposoby
zapisu, niemniej ostateczna analiza nadal nie
jest zautomatyzowana – ostatecznej interpre−
tacji dokonuje przeszkolony operator, zwany
poligrafem.

Dziś obok nazwy polygraf, czy jak wolą

inni, poligraf, spotyka się też nazwę wario−
graf (w artykule konsekwentnie przyrząd jest
nazywany polygrafem). Pod ogólną nazwą
wykrywacz kłamstwa tak naprawdę zazwy−
czaj kryje się właśnie polygraf czyli wario−
graf – urządzenie rejestrujące liczne parame−
try. Natomiast spotykane w mniej czy bar−
dziej popularnej literaturze „wykrywacze
kłamstwa” będące w istocie omomierzami,
sprawdzającymi rezystancję skóry (GSR),
nie zasługują ani na miano wykrywaczy, ani
tym bardziej polygrafów. Mierzą tylko jeden
parametr, a na dodatek nie jest to parametr
najistotniejszy.

Przez kilkadziesiąt lat klasyczne polygra−

fy były jedynymi wykrywaczami kłamstwa.
Sytuacja zmieniła się w roku 1970, gdy
trzech oficerów armii amerykańskiej założy−
ło firmę Dektor Counterintelligence and Se−
curity. Pojawił się wykrywacz kłamstwa
opierający swe działanie na zupełnie innej
zasadzie. Wykorzystano brytyjskie badania
z przełomu lat pięćdziesiątych i sześćdziesią−
tych wskazujące, iż stres związany z kłam−
stwem wpływa na właściwości głosu. Nowy
wykrywacz rejestrował na taśmie głos, który

potem odtwarzano czterokrotnie wolniej, fil−
trowano, zapisywano za pośrednictwem reje−
stratora EKG i analizowano uzyskany zapis.
Nowe urządzenie otrzymało nazwę PSE 1 –
Psychological Stress Evaluator.

W roku 1971 pojawiła się praca naukowa

Olofa Lippolda, zawierająca próbę wyjaśnie−
nia wcześniejszych obserwacji dokonanych
przez innych badaczy, dotyczących obecno−
ści i wielkości mikrowibracji głosu oraz ich
zmian pod wpływem stresu.

Pełne wyjaśnienie mechanizmu powsta−

wania takich drgań nie jest łatwe. Najogól−
niej biorąc, można porównać sytuację do sy−
stemu z serwomechanizmu, gdzie występuje
luz. Dobrą analogią jest samochód z dużym
luzem w układzie kierowniczym. Podczas ja−
zdy takim samochodem nie uda się trzymać
kierownicy nieruchomo. Zwykle trzeba wy−
konywać regularne ruchy w prawo i w lewo,
a kierunek ruchu wyznacza średnie położenie
koła kierownicy. Podobnie ma być z mięśnia−
mi sterującymi pracą strun głosowych.
W stanie relaksu, gdy człowiek jest spokojny,
przeciwstawne mięśnie nie są silnie napięte.
Podczas mówienia mózg kontroluje napięcie
przeciwstawnych mięśni i parametry wyda−
wanego dźwięku, by średnie napięcie tych
mięśni dawało potrzebny re−
zultat. Ponieważ mięśnie są
napięte w niewielkim stop−
niu, występują niewielkie
oscylacje o częstotliwości
około 10Hz, by średnia war−
tość napięcia mięśni umożli−
wiła wydanie odpowiednie−
go dźwięku.

Gdy człowiek jest w stanie stresu, także

przeciwstawne mięśnie sterujące powstawa−
niem dźwięku są napięte dużo silniej, podob−
nie jak wiele innych mięśni organizmu. Sil−
niejsze napięcie mięśni polepsza kontrolę
i wspomniane oscylacje zmniejszają się lub
zanikają.

Wykrywacz PSE odniósł sukces i wywo−

łał żywe zainteresowanie. Pojawiła się też
nadzieja, że do interpretacji wyniku nie bę−
dzie potrzebny wyszkolony operator, a wy−
starczy odpowiednio zmierzyć i porównać
zwartość wspomnianych mikrowibracji.

Wprawdzie aparat PSE 1 nie był urządze−

niem automatycznym, niemniej, mniej wię−
cej, do roku 1975 święcił tryumfy na rynku

wykrywaczy. Wywołało to reakcję zwolenni−
ków klasycznego polygrafu, który do tego
czasu stał się urządzeniem dość popularnym
i co istotne, przynoszącym niemałe zyski nie
tylko producentom, ale i operatorom.

Dobrze zorganizowana społeczność „poli−

graficzna”, reprezentowana w USA przez
American Polygraph Association poczuła się
zagrożona i przypuściła silny atak na konku−
rencję. Zaczęła się intensywna kampania
przeciwko wykrywaczom akustycznym.

Nic dziwnego, że do dziś można znaleźć

w różnych źródłach krańcowo różne opinie
o przyrządach opierających swe działanie na
analizie głosu.

Zwolennicy wykrywaczy akustycznych

nie pozostali bierni. W 1975 powstało stowa−
rzyszenie International Society of Stress
Analysts zrzeszające operatorów wykrywa−
czy akustycznych i powstała firma Diogenes
kształcąca w dziedzinie analizy dźwięku.
Późniejsze zamieszanie w szeregach „dźwię−
kowców”, pseudonaukowe wywody oraz
spektakularne „wpadki” nowicjuszy dostar−
czyły dodatkowych argumentów obozowi
„poligrafów”.

Pomimo trudności, sporów i błędów, ana−

liza napięcia głosu (voice stress analysis)
okazała się atrakcyjna pod względem rynko−
wym. Aby ominąć patenty związane ze
wspomnianym Dekorem, opracowano nieco
odmienne rozwiązania. Pojawiły się liczne
urządzenia, zwykle określane ogólnie jako
VSA – Voice Stress Analyzer. W wielu z nich
zrezygnowano z analizy wyników dokony−
wanej przez wyszkolonego operatora. Nie−
które uproszczono do granic możliwości. Nic
więc dziwnego, że i dziś najprostsze gadżety
VSA mają dwie lampki zieloną i czerwoną
(prawda/kłamstwo).

Nietrudno się domyślić, że skuteczność

takich uproszczonych urządzeń była wręcz
żadna, co oznacza, iż szansa na prawidłową
diagnozę równała się 50%. Inaczej mówiąc,
zamiast stosować takie uproszczone detekto−
ry VSA, równie dobrze można rzucać mone−
tą – prawdopodobieństwo trafnego osądu bę−
dzie jednakowe.
Żenujące wyniki testów prymitywnych wy−
krywaczy spowodowały na początku lat 80.
gwałtowny spadek popularności wykrywaczy
VSA i niemal kompletne załamanie ich pro−
ducentów. Ci jednak nie poddali się. W dru−
giej połowie lat 80. pojawiły się rozwiązania
VSA, gdzie wykorzystano komputerową
analizę dźwięku, różne rozwinięte algorytmy

To warto wiedzieć

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

Styczeń 2002

i co istotne, określone procedury przeprowa−
dzania testów. Wykrywacze VSA zaczęły
pomału i bez rozgłosu odzyskiwać utraconą
pozycję.

Amerykański National Institute for Truth

Verification wprowadził na rynek w roku
1988 CVSA – Computer Voice Stress Analy−
zer i dzięki przemyślanej strategii osiągnął
znaczący sukces. Sprzyjała temu ogólna sy−
tuacja i atmosfera tworząca się wokół domi−
nujących wówczas niepodzielnie polygra−
fów. Otóż oprócz kwestii technicznych
w centrum uwagi znalazły się zagadnienia
prawne związane z ochroną prywatności,
a nawet godności obywateli. W USA powsta−
ły silne ruchy społeczne zdecydowanie prze−
ciwne wykorzystaniu i niezliczonym naduży−
ciom w używaniu tych aparatów. Ocenia się,
że na początku lat 80. rocznie co najmniej
milion osób sprawdzano za pomocą wykry−
waczy kłamstwa i często się zdarzało, że nie−
słusznie byli oni posądzani o nieuczciwość,
co często kończyło się zwolnieniem z pracy,
albo oznaczało nieprzyjęcie do pracy. Liczne
protesty spowodowały, że już pod koniec lat
80. w USA zakazano stosowania polygrafów
przez prywatnych pracodawców wobec pra−
cowników oraz podczas przyjmowania no−
wych pracowników. Zgodnie z prawem, wy−
krywacze kłamstwa mogły być odtąd stoso−
wane tylko przez instytucje rządowe (policja,
agencje państwowe), a i tak ich świadectwo
nadal nie było i nie jest dowodem w sądzie.

Nic więc dziwnego, że dziś po wpisaniu

do przeglądarki internetowej hasła „poly−
graph” większość znalezionych stron doty−
czyć będzie protestu wobec stosowania wy−
krywaczy kłamstwa.

I właśnie odrodzony akustyczny wykry−

wacz w postaci CVSA pojawił się w sprzyja−
jącym dla siebie momencie. O ile klasyczny
polygraf wymaga przypięcia do badanego
licznych sond i czujników, co samo w sobie
może wywołać stres, o tyle analizator aku−
styczny może pracować w sposób dyskretny,
a nawet zupełnie niezauważony. Jako cieka−
wostkę można przytoczyć fakt, że przyrząda−
mi CVSA zainteresowały się... zorganizowa−
ne grupy przestępcze, by kontrolować lojal−
ność swych członków i tropić podstawionych
agentów.

W każdym razie skomputeryzowane aku−

styczne wykrywacze kłamstwa, gdzie do−
głębnie analizuje się właściwości głosu są
wykorzystywane. Oprócz analizatora CVSA
oferowana jest trzecia generacja urządzenia
PSE (PSE−2000). Trwają też prace nad

opracowaniem coraz lepszych algorytmów
pozwalających jeszcze trafniej ocenić praw−
dziwość wypowiedzi.

Polygraf, PSE, VSA, ...

Jak już wspomniano, pod nazwą detektor czy
wykrywacz kłamstwa zazwyczaj rozumie się
polygraf, czyli urządzenie monitorujące ci−
śnienie krwi, oddech i rezystancję skóry.

Nazwą tą można też śmiało objąć wykry−

wacze akustyczne, ogólnie oznaczane VSA
(Voice Stress Analyzer), takie jak wspomnia−
ne urządzenia serii PSE czy współczesne
skomputeryzowane CVSA. W angielskoję−
zycznej literaturze wszystkie takie urządze−
nia bywają określane jako lie detector. Ale
urządzenia PSE czy VSA nie są polygrafami.

Polygraf (znany też jako poligraf czy wa−

riograf) zawiera zwykle trzy bloki mierzące:

− zmiany ciśnienia krwi i tętna za pomocą

opaski zakładanej na przedramieniu podob−
nie jak przy rutynowym pomiarze ciśnienia,

− proces oddychania przy pomocy gumo−

wej rurki zakładanej na klatkę piersiową ba−
danego oraz czujnika ciśnienia

− rezystancję skóry z użyciem niewielkich

elektrod mocowanych na palcach ręki.

Najpierw prowadzący test wyjaśnia zasa−

dy działania i pozwala oswoić się z przyrzą−
dem. Potem następuje seria pytań kontrol−
nych, nie związanych z istotą badania. Na−
stępnie stawiane są kluczowe pytania testu,
po czym następuje analiza zapisu.

Inaczej jest w akustycznych wykrywa−

czach kłamstwa (PSA, VSA). Tutaj osoba ba−
dana nie jest niczym związana z aparatem, co
jest bardzo istotną zaletą. Analizie poddaje
się głos uzyskiwany z mikrofonu. Badana
osoba wcale nie musi wiedzieć, że jest
sprawdzana. W skrajnym przypadku można
analizować zarejestrowany głos osób już nie
żyjących. Oprócz typowych testów wykry−
wacze tego typu mogą i są stosowane do ana−
lizy wypowiedzi zapisanych na taśmie, prze−

kazywanych przez radio telewizję, czy przez
telefon (ciekawe, co wykazałby taki analiza−
tor podczas co niektórych ostatnich posie−
dzeń sejmu...). Otwiera to realne możliwości
dyskretnego sprawdzania wiarogodności
stron podpisujących umowy polityczne i go−
spodarcze i jest narzędziem dla wywiadu
i kontrwywiadu. Wszystko to pod warun−
kiem, że interpretacja uzyskanych danych
jest prawidłowa.

Inne metody

Warto jeszcze wspomnieć o jeszcze innych
metodach weryfikacji prawdy, a właściwie
wykrywania stresu. Od dawna znany jest fakt,
że pod wpływem stresu procesy trawienne zo−
stają spowolnione. Krew kierowana jest głów−
nie do mięśni, a nie do organów wewnętrz−
nych. Także źrenice oczu ulegają powiększe−
niu. Tego rodzaju oznaki stresu są jednak tru−
dniejsze do precyzyjnego monitorowania i nie
ma urządzeń wykorzystujących je w praktyce.

Przeprowadzano natomiast próby „prze−

słuchania” podejrzanych lub świadków po
wprowadzeniu ich w stan hipnozy. Metoda ta
budzi ogromne kontrowersje i jej wyniki
w żadnym wypadku nie mogą być dowodem
w procesie sądowym. Przeprowadzano także
tzw. narkoanalizę – od lat znane są środki
chemiczne, nazywane ogólnie serum prawdy,
jak na przykład skopolamina. W istocie są to
narkotyki, które wpływają na system nerwo−
wy i obniżając próg zahamowań powodują,
że przesłuchiwany gotów jest wyjawić wszy−
stko, o co jest pytany. Choć zeznania nie ma−
ją wartości sądowej, narkoanaliza ma duże
znaczenie dla wywiadu i wojska.

Jeszcze inną metodą jest analiza aktyw−

ności mózgu. Według badań, inne obszary
mózgu są uaktywniane, gdy ktoś mówi
prawdę, a inne, gdy kłamie. W roku 1995

To warto wiedzieć

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

Styczeń 2002

To warto wiedzieć

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

Styczeń 2002

Lawrence Farwell opatentował technikę wy−
krywania kłamstwa, opierającą się na moni−
torowaniu aktywności poszczególnych ob−
szarów mózgu. W metodzie Farwella anali−
zuje się specyficzny typ fal mózgowych,
zwany P300 powstający, gdy osoba widzi
znany sobie obiekt. Metodami „mózgowy−
mi” zainteresowane są m.in. FBI i CIA.

Podsumowanie

Wprawdzie już w roku 1923 wykorzystano
polygraf w procesie kryminalnym, niemniej
od samego początku interpretacja zygzaków
z papierowej taśmy nie była rozstrzygającym
dowodem winy. Od początku sądy stanęły na
stanowisku, że świadectwo polygrafu nie
może być kluczowym dowodem w procesie,
ponieważ także w środowisku naukowców
nigdy nie było zgodności w kwestii wiaro−
godności przyrządu. Trzeba mieć świado−
mość, że wykrywanie kłamstwa za pomocą
polygrafu czy innych metod technicznych nie

jest nauką ścisłą. Opiera się na założeniu, że
osoba, która kłamie jest w stanie stresu, a na−
pięcie emocjonalne powoduje przyspieszenie
tętna, oddechu oraz zwiększone wydzielanie
potu. Choć takie założenie brzmi przekonują−
co, prawie osiemdziesiąt lat badań i rozwoju
tej dziedziny nie dało ostatecznego dowodu,
że tak jest zawsze. Wprost przeciwnie.

Jak nietrudno się zorientować, polygraf

nie jest urządzeniem, dającym jednoznaczny
werdykt prawda/fałsz na przykład zapale−
niem czerwonej czy zielonej lampki. Opinię
wydaje przeszkolona osoba, interpretując
zapis, czyli plątaninę krzywych. Interpreta−
cja nie jest ani łatwa, ani szybka. Niezbędne
jest posiadanie swego rodzaju sygnałów od−
niesienia, które uzyskuje się zadając wcze−
śniej przesłuchiwanemu szereg pytań kon−
trolnych, nie odnoszących się do meritum
sprawy. Ostateczna decyzja zależy więc nie
tylko od maszyny, ale także od operatora
i jego kwalifikacji.

Trzeba mieć świadomość, że wszystkie

opisane urządzenia nie są w istocie wykry−
waczami kłamstwa, tylko wykrywaczami
stresu. Wykryją kłamstwo, o ile powoduje
ono u badanej osoby stres. Tymczasem po−
szczególne osoby mają rozmaite cechy psy−
chiczne i można się spodziewać, iż pewien
odsetek badanych powinien mieć cechy wy−
bitnie nie sprzyjające wykrywaniu prawdy
podanymi metodami. Do tego dochodzi kwe−
stia treningu – na przykład służby specjalne
szkolą swych agentów (szpiegów) także
w zakresie oszukiwania wykrywaczy kłam−
stwa. Wystarczy bowiem już na etapie pytań
kontrolnych upodobnić reakcje organizmu do
kłamstwa przez skoncentrowaniu uwagi na
określonych tematach, przez świadome na−
pięcie mięśni czy zadanie sobie bólu fizycz−
nego. Udowodniono, że przez medytacje
można niemal wyeliminować wszelkie reak−
cje na zadawane pytania.

Cała analiza polega przecież na porówna−

niu oraz wykryciu różnic i podobieństw w za−
pisie podczas odpowiadania na wszystkie py−

tania. Ocenia się, iż
w większości przy−
padków skutecz−

ność badania poli−
graficznego, prze−
p r o w a d z o n e g o
przez wykwalifi−
kowanego operato−
ra wynosi 90% lub
nawet więcej. Inne
oceny mówią o 60−
procentowej wia−
rogodności.

Ale

nawet 90% czy
95% nie daje abso−
lutnej pewności.
Jeszcze bardziej
zawiła jest sprawa
skuteczności wy−

krywaczy

aku−

stycznych, bazują−
cych na monitoro−
waniu mikrowibra−
cji głosu. Tu roz−
bieżność opinii jest
znacznie większa.

Co ważne, nie

są to dyskusje aka−
demickie. W kra−
jach, gdzie nie ma
ścisłych regulacji
prawnych, w tym
w Polsce, wykry−
wacze kłamstwa
nadal bywają wy−
k o r z y s t y w a n e
przez pracodaw−
ców do badania
p r a c o w n i k ó w
i kandydatów do
pracy. W takiej sy−
tuacji

maszyna,

a raczej interpreta−
cja wyników z ma−
szyny, może decy−
dować o karierze
zawodowej, a tym
samym przesądzić
o sytuacji życiowej. Choć
oczywiście na przeprowa−
dzenie takich testów bada−
ny może się nie zgodzić,
sytuacja na rynku pracy na
pewno nie sprzyja pra−
cownikom i kandydatom
na pracowników. Nic
dziwnego, że w kolejnych krajach problemy
prawne związane z omawianymi urządzenia−
mi są szeroko dyskutowane i wprowadzane
są przepisy zmniejszające ryzyko nadużyć.

Pomimo ograniczeń prawnych dotyczą−

cych ich wykorzystania, detektory kłamstwa
rozwijają się i będą nadal rozwijać, a walka
między polygrafami i wykrywaczami aku−
stycznymi będzie trwać nadal.

Piotr Górecki

Więcej informacji na temat wykrywaczy kłamstwa
i zagadnień pokrewnych można znaleźć w Interne−
cie. Warto wpisać do polskiej wyszukiwarki hasła:
poligraf, polygraf, wariograf, detektor kłamstwa,
wykrywacz kłamstwa, itp. Przy szukaniu w świato−
wym Internecie można wpisać hasła: polygraph,
VSA, PSE. „voice stress anayz*”, „lie detector”,
itp.Oto kilka aresów, od których można zacząć:
http://www.polygraph.org
http://www.lafayetteinstrument.com/polygraph.htm
http://www.polygraphplace.com
http://www.axciton.com
http://www.spyzone.com/catalog/voicestressanaly−
sis/index.html
http://www.brainwavescience.com/
http://www.brum.ch/luegende.htm

Document Outline

73_08
73_10
73_13
73_19
73_22
73_25
73_26
73_28
73_30
73_33
73_47
73_50
73_52
73_54
73_56
73_58
73_60
73_64
73_65

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
EdW 10 2002
ei 01 2002 s 21 22
Katalog odpadów Dz U 01206 wersja 01 2002 1
EdW 02 2002
Wniosek o wymianę dokumentów licencyjnych wydanych przed 01.01.2002 r., Wniosek o wymianę dokumentów
Wniosek o wymianę dokumentów licencyjnych wydanych przed 01.01.2002 r., Wniosek o wymianę dokumentów
EdW 06 2002
ei 01 2002 s 45
EdW 11 2002
ei 01 2002 s 65
ei 01 2002 s 50
ei 01 2002 s 09 12
EdW 12 2002
EdW 04 2002
ei 01 2002 s 16 17 39
BiK 01 2002

więcej podobnych podstron

EdW 01 2002

Document Outline