plik

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

Czerwiec 2002

Rozwiązanie zadania 72

W EdW 2/2002  zamieszczony  był  fragment
schematu  samochodowego  regulatora  głoś−
ności, nadesłanego jako rozwiązanie jednego
z poprzednich  zadań  Szkoły.  Pokazany  jest
on na rysunku A. Podstawowa idea jest inte−
resująca, a jej Autorowi niewątpliwie należy
się  pochwała,  niemniej  orzekliście  stanow−
czo,  że  układ  nie  będzie  działał  zgodnie
z oczekiwaniami.

Istotnie, koncepcji skokowej, logaryt−

micznej regulacji głośności nie da się zreali−
zować  z pomocą  tak  włączonych  tranzysto−
rów bipolarnych. Zgodnie stwierdziliście, że
„tranzystory będą przepuszczać tylko dodat−
nie połówki sygnału”. Takie stwierdzenie jest
na pewno zbyt uproszczone, ale jego główny
sens  jest  prawidłowy  –  zwykłe  tranzystory
bipolarne nie czują się zbyt dobrze w obwo−
dach  regulacji  przebiegów  zmiennych.  Nie−
którzy  przekonywali,  ze  sygnały  o amplitu−
dach mniejszych niż 0,6V w ogóle przez taki
regulator  nie  przejdą,  co  jest  już  stwierdze−
niem  ryzykownym,  choć  na  pozór  dobrze
uzasadnionym.

Trzeba lojalnie przypomnieć, bo młodsi

Czytelnicy  o tym  wiedzieć  nie  mogą,  że
w niektórych starych magnetofonach najzwy−
klejszy  tranzystor  bipolarny  pracował  w ob−
wodzie  automatycznej  regulacji  poziomu  –
jako regulator, a nie przełącznik. Nie będę też
tłumaczył, że nawet w profesjonalnych przy−
rządach pomiarowych germanowe tranzysto−
ry TG50 czy ASY... pracowały w roli regula−
torów i kluczy analogowych (sam chyba z raz
popełniłem  układ  z tranzystorami,  o ile  do−
brze  pamiętam,  ASY36  pracującymi  w roli
kluczy analogowych). W EdW nigdy nie zaj−
mowaliśmy  się  tym  tematem,  bo  dziś  są
o wiele  lepsze  sposoby  regulacji,  niemniej
tranzystor  bipolarny  może  pracować  w tak
zwanym trybie inwersyjnym, kiedy jest pola−
ryzowany  napięciem  „odwrotnym”  niż  nor−
malnie. Oznacza to, że odpowiednio włączo−
ny  i spolaryzowany,  może  być  regulatorem
przebiegu zmiennego. Jednak dotyczy to tyl−

ko małych amplitud sygnału, rzędu kilkuna−
stu miliwoltów, a i tak poziom zniekształceń
pozostawia wiele do życzenia.

W proponowanym układzie rzeczywiście

tranzystory bipolarne się nie sprawdzą. Przede
wszystkim należałoby zastanowić się nad za−
sadą  działania  układu  regulacji.  W praktyce
będzie  on  włączony  między  wyjście
przedwzmacniacza,  a wejście  wzmacniacza
mocy, gdzie poziom sygnałów jest rzędu setek
miliwoltów.  Trzeba  wziąć  pod  uwagę,  jakie
napięcia  stałe  będą  występować  na  elemen−
tach układu, jaka będzie oporność wyjściowa
współpracującego  przedwzmacniacza  i wej−
ściowa  wzmacniacza,  oraz  czy  z obu  stron
omawianego  regulatora  będą  umieszczone
kondensatory? Ilustruje to rysunek B.

Po uproszczeniu i pomi−
nięciu

niedoskonałości

tranzystorów zasada regu−
lacji  pokazana  jest  na  ry−
sunku  C.  Nawet  gdyby
tranzystory spełniły swoją
role  przełączników,  taki
sposób regulacji jest niedobry. Wpływ rezy−
stancji

wyjściowej

przedwzmacniacza

(Rwy)  możemy  pominąć,  bo  rezystancja  ta
jest  zwykle  mała,  rzędu  omów.  Nie  można
natomiast  zapomnieć  o rezystancji  wejścio−
wej wzmacniacza mocy (Rwe). Przecież od−
grywa  ona  kluczową  rolę  i to  właśnie  ona
tworzyłaby  dzielnik  ze  zmienną  rezystancją
omawianego  regulatora,  co  ilustruje  rysu−
nek  D.  W takim  razie  właśnie  rezystancja
Rwe decydowałaby o zakresie i charaktery−
styce regulacji systemu. A rezystancja ta mo−
że być różna – zakres spodziewanych warto−
ści  wynosi  4,7k

Ω

...100k

Ω

. Już tu widać, że

w układzie powinien być dodatkowy rezystor,
uniezależniający od rezystancji Rwe.

To jeden pro−

blem. Teraz ko−
lejny. Rysunek B
wskazuje,

że

tranzystory  mają
pełnić jedynie ro−
lę  kluczy:  tylko
jeden  z nich  bę−
dzie

otwarty,

wszystkie  pozo−
stałe  –  zamknię−
te. Aby otworzyć
tranzystor  bipolarny,  trzeba  umożliwić  prze−
pływ prądu bazy. W pokazanym układzie prąd
bazy... nie ma którędy popłynąć do masy. Roz−
wiązaniem  obu  wspomnianych  problemów
byłoby dodanie rezystora Rx o niedużej war−
tości (330

Ω

...1k

Ω

) według rysunku E.

Ale rozwiązanie

to  nie  rozwiązuje
problemu.  Zawsze
na  jednym  z wyjść
układu

scalonego

U3  (patrz  rysunek
A)  pojawi  się  pełne
napięcie  zasilania.
Patrząc z punktu wi−
dzenia  prądów  i napięć  stałych  sytuacja  bę−
dzie wyglądać, jak na rysunku F, gdzie po−
minąłem  pozostałe  (wyłączone)  tranzystory.
Czy już widzisz, że kolektor tranzystora nie
jest zasilany napięciem/prądem stałym? Wo−
bec  tego  tranzystor  pracuje  co  najwyżej  ja−
ko...  dioda.  Oile  dobrze  pamiętam,  w kon−
kursie  Jak  to  działa? w tym  numerze  oma−
wiany jest układ przełącznika diodowego. Tu
sytuacja jest nieco inna, bo zamiast diody jest
tranzystor pracujący w zupełnie nietypowym
układzie. Czy taki układ będzie działał?

Jeśli chcesz – sprawdź.
Ja nie będę sprawdzał. Zwrócę natomiast

uwagę na kolejny problem: jakie wartości będą
mieć rezystory umieszczone w obwodach baz
poszczególnych tranzystorów?

Czy mają być jednakowe, czy może mają

być  w jakiś  sposób  związane  z wartością
oporności umieszczonej w emiterze? Czy już
widzisz,  że  różne  wartości  sumy  rezystancji
w obwodach bazy i emitera poszczególnych
tranzystorów,  dadzą  różne  napięcia  stałe  na
rezystorze  Rx?  A jeśli  tak,  to  przełączanie
spowoduje  gwałtowne  skoki  tego  napięcia
i tym samym głośne stuki w głośnikach. I to
jest ostateczny powód, dla którego układ nie
sprawdzi się w praktyce.

Przy jeszcze głębszej analizie układu nale−

żałoby jeszcze wziąć pod uwagę, że złącze
emiter baza spolaryzowane wstecznie zacho−

− S

Szzkkoołłaa K

Koonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

330

3,3k
10k

33k

100k

330k

1M
3,3M

10M

PRZEDWZMACNIACZ

WZMACNIACZ MOCY

Rwy

Cwy

Cwe

Rwe

reg

330

330 ...

...10M

330 ...

...10M

zas

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

Czerwiec 2002

wuje się jak dioda Zenera o napięciu około 6V.
W układzie z rysunku E szansa na ujawnienie
się tych ukrytych diod Zenera jest znikoma,
niemniej w oryginalnym układzie z rysunku
A niewątpliwie dałyby o sobie znać przy na−
pięciach zasilania większych niż 7...8V.

Omawiając ten niecodzienny układ regu−

lacyjny, chciałbym zwrócić szczególną uwa−
gę właśnie na problem napięć stałych i stu−

ków wynikających ze zmiany stałych napięć
polaryzacji. Nie tylko hobbyści popełniają tu
błędy.  Widać  to  było  także  po  nadesłanych
propozycjach wykorzystania kluczy analogo−
wych.  Stosując  takie  klucze,  na  przykład
w postaci kostek 4066 czy lepiej 4051, nale−
ży zastosować odpowiednie obwody polary−
zujące,  na  przykład  według  rysunku  G,  bo
wtedy  taki  regulator  może  pracować  nawet
z bardzo  dużymi  sygnałami  (byle  zmieściły
się  w zakresie  napięć  zasilania)  i na  pewno
nie wystąpią niepotrzebne stuki.

Na koniec muszę wspo−

mnieć,  że  większość  uczest−
ników nie dotarła w analizie
do sedna problemu, choć ge−
neralnie wnioski były prawi−
dłowe.  Często  powtarzana
propozycja  włączenia  rezy−
storów nie w obwodach emi−
terów,  tylko  kolektorów  też
nie jest do końca przemyśla−
na, bo właśnie wtedy na tranzystorach kolekto−
rach  tranzystorów  wystąpi  zmienne  napięcie
(gdy emitery będą dołączone do masy).
Trzeba  wtedy  też  dodać  „od  góry”  rezystor
Rx  o dużej  wartości  –  zobacz  rysunek  H.
Wtedy  wartości  rezystorów  „dolnych”  będą
małe,  co  w sumie  nie  jest  korzystne.  Jedna

z pozostałych
p r o p o z y c j i
prawdopodob−
nie  niedługo
trafi  do  tej  ru−
bryki.
Drobne  nagro−
dy  za  najlep−
sze  odpowie−
dzi otrzymują:

Marcin Ataman − Kletno
Maciej Kaczmarek – Drzewce

Jerzy Czereśniewicz – Szczecin.

Zadanie numer 76

Na rysunku J pokazany jest fragment
rozwiązania jednego z wcześniej−
szych zadań Szkoły (detektor burzy).
Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Wyjaśnienia mogą i powinny być

jak najkrótsze, co znacznie ułatwi mi

analizę nadesłanych odpowiedzi. Kartki opa−
trzcie dopiskiem NieGra76 i nadeślijcie
w terminie 45 dni od ukazania się tego nume−
ru EdW. Nagrodami będą drobne kity AVT
lub inne przydatne nagrody rzeczowe.

Piotr Górecki

Marcin Wiązania Gacki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Mariusz Chilmon Augustów. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Krzysztof Kraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Dariusz Drelicharz Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Marcin Malich Wodzisław Śl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Dariusz Knull Zabrze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Piotr Romysz Koszalin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Roman Biadalski Zielona Góra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Rafał Stępień Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Filip Rus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Szymon Janek Lublin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Michał Stach Kamionka Mała. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Mariusz Ciołek Kownaciska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Jakub Kallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Michał Pasiecznik Zawiszów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Radosław Koppel Gliwice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Łukasz Cyga Chełmek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Radosław Ciosk Trzebnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Piotr Dereszowski Chrzanów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Maciej Jurzak Rabka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Michał Koziak Sosnowiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Ryszard Milewicz Wrocław . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Emil Ulanowski Skierniewice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Artur Filip Legionowo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Aleksander Drab Zdziechowice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Arkadiusz Zieliński Częstochowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Robert Jaworowski Augustów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Dawid Lichosyt Gorenice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Wojciech Macek Nowy Sącz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Sebastian Mankiewicz Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Paweł Szwed Grodziec Śl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Maciej Ciechowski Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Mariusz Ciszewski Polanica Zdr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Filip Karbowski Warszawa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Witold Krzak Żywiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Piotr Kuśmierczuk Gościno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Kamil Urbanowicz Ełk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Michał Waśkiewicz Białystok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Piotr Wilk Suchedniów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Punktacja Szkoły Konstruktorów

+ zas

klucze

analogowe

klucze

analogowe

10k

22k

47k

10k

100

10k

100pF

6,8

470

C2 220nF

R4 4,6k

U1A

U1=LM358

220uF

/16V

220uF

/16V

+12V

przekaźnik
12V

680

R6 100k

R7 330k

U1B

1N4148

10uF

/16V

BC414

BC338

1N401