Pozdrawiamy: Henryka Bógdoła z Rybnika, Jacka Antonowicza,
Piotra Przeciszowskiego, Piotra Smyka, Krzysztofa Lewickiego
z Bydgoszczy, Przemka Andryśkiewicza, Leszka Faliszewskiego
z Krakowa, Grzegorza Pietrzyka z Warszawy, Mariusza Witonia,
Pawła Grońskiego, Jana Tyburskiego z Nosarzewa Polnego, To−
masza Bajraszewskiego z Torunia, Andrzeja Drawdzika z Hru−
bieszowa, Janusza Sawickiego, Pawła Ostrowskiego z Suwałk,
Miłosza Grella z Tokarzewa, Józefa Witeckiego z Warszawy, Da−
niela Gutowskiego, Pawła Sieradzkiego, Zbigniewa Janika i Elż−
bietę Witczak z Legionowa.

Uwagi do rubryki Errare humanum est z EdW 04/2002 przysłali

ostatnio: Marcin Dyoniziak z Brwinowa, Jan Stanisławski z Sano−
ka, Czesław Szutowicz z Włocławka i Andrzej Gołaszewski
z Ostrowii Maz.

Nagrody otrzymują: Marcin Dyoniziak i Jan Stanisławski.

Szanowna Redakcjo!
Zwracam się z uprzejmą prośbą o wzięcie pod uwagę odpowiedzi

na moje konkursy, choć doszły one z pewnością po czasie. Zawsze po−
syłam rozwiązania z dwóch numerów w jednej kopercie. (...)

Liczę, jako zapaleniec konkursów, na to, iż będą brały udział w lo−

sowaniu.

Z poważaniem

Leszek K.

Rozwiązania konkursów należy nadsyłać w ciągu 45 dni od uka−

zania się danego numeru EdW. Praktyka wykazuje, iż rzadko się zda−
rza, żeby ktoś nie zdążył z nadesłaniem odpowiedzi na konkurs.
W wielu listach znajdujemy rozwiązania z dwóch miesięcy.

Odpowiedzi można także wysyłać pocztą elektroniczną na adres

edw@edw.com.pl. Rozwiązania ze Szkoły Konstruktorów, „Jak to
działa?” oraz „Co tu nie gra?” można bezpośrednio wysyłać do Pio−
tra Góreckiego: piotr.gorecki@edw.com.pl.

Wyjątek stanowi rubryka „Errare humanum Est”. Zauważone

przez Was nasze „wpadki” należy wysłać w ciągu 30 dni listownie
lub e−mailem. Nie chcemy bowiem, aby informacje o nich ukazywa−
ły się w EdW zbyt późno.

Kolejny raz bardzo prosimy, żebyście na jednej kartce nie pisa−

li rozwiązań wszystkich konkursów. Nadal bardzo często się to zda−
rza. Przy sortowaniu korespondencji odpowiednie rozwiązania tra−
fiają do różnych przegródek (i osób). Na wszystkich kartkach (kar−
teczkach) z rozwiązaniami konkursów nie zapomnijcie także wpisać
swojego adresu.

Mam trzynaście lat i uczę się w średzkim gimnazjum nr 1. Elektro−

niką, tak jak większość osób, zainteresowałem się poprzez kity. Moim

pierwszym kitem był „Dwukolorowy efekt świetlny”. Niestety spali−
łem NE555 (wtedy nie wiedziałem nawet co to jest kondensator)
i z układu były nici. Następnym razem kupiłem „Wskaźnik kierunku”.
Montowałem go godzinami i... zadziałał!

Od tego zdarzenia minęło pół roku. Nie kupuję już kitów, gdyż sam

nauczyłem się wymyślać różne układy. Aby dobrze zrozumieć elektro−
nikę, kupowałem EdW, wypożyczałem książki itp. Jednak w literatu−
rze nikt nie znajdzie tego co w EdW! Wasze pismo jest najlepsze!

Z poważaniem

Jakub Świegot, Środa Wlkp.

Dziękujemy Jakubowi za miłe słowa i zachęcamy do dalszych

eksperymentów.

Park Jurajski
Na wstępie, tradycyjnie, pozdrawiam redakcję i przepraszam za

braki w znakach, ale okazuje się, że standardy nie zawsze muszą być
wszędzie standardowe.

Piszę w dość niezwykłych i być może już dawno nieaktualnych

sprawach, jednak od kilku prostych odpowiedzi, zależy to czy jeszcze
mam coś czy już nic nie mam w swoim miniwarsztacie. Zacznę jednak
od problemu intelektualnego.

W jednym ze starych numerów EdW (nr 2 z 1996 roku) natknąłem

się na kit Vellemana „Uniwersalny przedwzmacniacz monofoniczny”.
W tym momencie zdaję sobie sprawę, że już w tamtych czasach uA741
nazywano dinozaurem. Dzisiaj może być jeszcze gorzej. Dochodzę
jednak do wniosku, że podstawy wcale nie muszą opierać się o ścisłą
nowoczesność a moje pytania są bardziej teoretyczne, co niejako od−
suwa na razie problem parametrów wzmacniaczy operacyjnych. Po−
za tym przy moim stanie finansowym mam do dyspozycji tylko wolto−
mierz (no, może multimetr cyfrowy, ale amperomierz już jakiś czas te−
mu szlag trafił). Siłą rzeczy, musiałem skorzystać z substytutu pt. kom−
puter. Korzystając z którejś wersji Spice’a zasymulowałem sobie ww.
układ i trochę się zdziwiłem. Pasmo przenoszenia w artykule zostało
określone na 20Hz−20kHz. Spice przy analizie częstotliwościowej na
wyjściu dał zakres 10Hz−10kHz. Myślałem, że model uA jest jakiś wa−
dliwy, ale po testach wyszło, że raczej powinno być OK. (...)

Obserwowanie wykresów na monitorze, też może być fajną zabawą

i w stosunku do montowania układów ma tę przewagę, że można zmon−
tować nawet coś głupiego bez konieczności płakania nad 10. spalonym
układem. Tym bardziej, że podobny przedwzmacniacz, raczej nie przy−
da mi się praktycznie. Chciałem po prostu wiedzieć, jak to sobie dzia−
ła. Zacząłem szukać w innych numerach czegoś na Uda(uach) ale po−
bieżne sprawdzenie, nie przyniosło rezultatów. Pytam się, bo mnie pa−
li ciekawość i może mnie to kosztować utratę zdrowia, zanim się do−
wiem, dlaczego mam rozbieżność w pasmach przenoszenia.

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

Lipiec 2002

Poczta

W rubryce „Poczta” zamieszczamy fragmenty Waszych li−

stów oraz nasze odpowiedzi na pytania i propozycje. Elek−

tronika dla Wszystkich to nasze wspólne pismo i przez tę

rubrykę chcemy zapewnić jak najbardziej żywy kontakt re−

dakcji z Czytelnikami. Prosimy o listy z oczekiwaniami

w stosunku do nas, z propozycjami tematów do opracowa−

nia, ze swoimi problemami i pytaniami. Postaramy się

w miarę możliwości spełnić Wasze oczekiwania.

Specjalną częścią „Poczty” jest kącik tropicieli chochlika

drukarskiego „Errare humanum est”. Wśród Czytelników,

którzy nadeślą przykłady błędów, będą co miesiąc losowa−

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

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

możemy szczegółowo odpowiedzieć. Jest to nasza wspól−

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

niu, bez względu na wiek.

Wendelin Adamczyk . . . . . . . . . .Niedzica
Danuta Aust . . . . . . . . . . . . . . . . .Jabłonna
Piotr Brzeziński . . . . . . . . . . . . . . .Nowiny
Czesław Budziszewski . . . . . . . . .Jaworzno
Dariusz Drelicharz . . . . . . . . . . .Przemyśl
Marcin Dyoniziak . . . . . . . . . . . .Brwinów
Jolanta Falęta . . . . . . . . . . . . . . . . . .Opole
Marcin Guzek . . . . . . . . . . . . . . . . .Zegrze

Karol Jamiołkowski . . . . . . . . . . . .Sokoły
Grzegorz Kasprowicz . . . . . . . . .Elizówka
Eliza Kądziela . . . . . . . . . . . . . . . . .Radom
Dawid Kozioł . . . . . . . . . . . . . . . . . .Elbląg
Beata Kraszewska . . . . . . . . .Stanisławów
Jonatan Krzeszowski . . . . . . . . . .Zielonka
Sławomir Kufel . . . . . . . . . . . . . . .Wilków
Marcin Miąskiewicz . . . . . . . . . . . . .Dębe

Tomasz Pietruszka . . . . . . . . . . .Warszawa
Robert Piłat . . . . . . . . . . .Kępa Okrzewska
Łukasz Piżuch . . . . . . . . . . . . . .Limanowa
Krystian Poddębski . . . . . . . . . . . .Poznań
Bartłomiej Romanek . . . . . . . . . . . .Kanie
Andrzej Sadowski−Skwarczewski . . . . . . .

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

Michał Stach . . . . . . . . . . .Kamionka Mała

Jan Stanisławski . . . . . . . . . . . . . . . .Sanok
Bartłomiej Stróżyński . . . . . . . . . . . .Kęty
Szymon Szopa . . . . . . . . . . . . . .Mierzęcin
Jakub Świegot . . . . . . . . . . . .Środa Wlkp.
Kamil Waszczyński . . . . . . . . . . . .Rudniki
Marcin Wiązania . . . . . . . . . .Busko Zdrój
Paweł Wojtczak . . . . . . . . . . . . . . . . .Łódź
Marian Ziółkowski . . . . . . . . . .Rawa Maz.

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

Lipiec 2002

Jeśli już więc poruszyłem sprawy kopalin, to także drugie dość in−

teresujące zagadnienie. Ze wszystkich dziwnych podzespołów (które
mam) znaczną część stanowią mroczne kostki o nazwach UCY, UCA,
UL itp. Dam sobie głowę uciąć, że już gdzieś czytałem, że to prze−
szłość. Nawet nie wiem, czy CEMI jeszcze istnieje. Wiem, że o tych
układach można przeczytać w książce Marciniaka „Przyrządy pół−
przewodnikowe i układy scalone” (papier gorszy gatunkowo od
współczesnego papieru toaletowego − co wcale nie umniejsza treści,
część przestarzała, jednak podstawy jak najbardziej aktualne). Nie−
wątpliwie świadczy to o wiekowości tych kostek. Na szczęście inna
wiekowa książka rozwiązała problem identyfikacji poszczególnych
układów i okazało się, że mam nawet dwa wzmacniacze opatrzone na−
zwa ULY7741. Trzy ostatnie cyfry są dziwnym zbiegiem okoliczności
podobne do uA, jednak jak porównałem budowę wewnętrzną, to do−
szukałem się istotnych różnic w stopniu wyjściowym wzmacniacza.
Podejrzewam, że to jak wykorzystam te elementy to już moja sprawa,
bo nikt w dzisiejszych czasach się tym nie zajmuje, do zabawy powin−
ny się jednak nadawać. Zwłaszcza układy logiczne. To co mnie jednak
dręczy, to pytanie, czy odejście od nich jest bardziej uwarunkowane
dążeniem współczesnej elektroniki do MOSowania wszystkiego, czy

może rzeczywiście te układy bipolarne są gorsze. Mnie się wydaje, że
technologia bipolarna, chociaż zdecydowanie gorzej miniaturyzowal−
na w porównaniu jeden na jeden czasami jest zdecydowanie lepsza.

Jak sprawdzę w archiwach i spisach poprzednich numerów, to

ewentualnie następnym razem się zapytam, dlaczego nie było przed−
stawionych programów symulacyjnych układów elektronicznych. Na
razie jednak wrócę do walki z techniką na miarę lat 90. Pozdrawiam
serdecznie i życzę dalszego burzliwego rozwoju.

Krzysztof

P.S. Prosiłbym o zachowanie mojego nazwiska (tylko do wiadomo−

ści redakcji). Jeszcze ktoś mnie rozpozna i będę się nabijać, że tak
mało wiem.

Pozdrawiam.

Ujął nas list Krzysztofa, a szczególnie określenia: „Pali mnie cie−

kawość”, „Chciałem po prostu wiedzieć, jak to sobie działa” „Wrócę
do walki z techniką” itp.

Godne polecenia jest poszukiwanie wiedzy i związany z tym za−

pał. Krzysztofowi życzymy, aby tych cech nigdy mu nie zabrakło. Py−
tania kierujemy do Skrzynki Porad.

EdW 7/2002 Lista osób nagrodzonych

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

Lipiec 2002

Prosiłbym o przedstawienie sposobów sterowania silników
krokowych i serwomechanizmów.

Nasz Czytelnik ma wyczucie chwili! Właśnie w tym numerze rozpo−
czyna się czteroczęściowy cykl dotyczący silników krokowych.

(...) jak zmierzyć sygnał sinusoidalny 0dB (775mV) z płyty
testowej CD Audio? (...) Czy mogę go zmierzyć zwykłym
multimetrem cyfrowym? (...) Czy podając ten sygnał na
magnetofon nie przesteruję go? (...) i co to znaczy, że na−
grano go 0dB, skoro ja odsłuchując go z wyjścia słuchaw−
kowego czy głośnikowego nie wiem z jaką wartością go
słucham?

Popularnym multimetrem cyfrowym nie uda się zmierzyć dokładnie
poziomów sygnału audio, zawierających składowe 20Hz...20kHz.
Generalnie, zwykłe multimetry przeznaczone są tylko do pomiaru na−
pięcia sieci 50Hz. Pasmo pomiarowe zwykle jest różne na poszcze−
gólnych zakresach (warto to sprawdzić w instrukcji miernika).

Czytelnik stworzył sztuczny problem. 0dB wiąże się ze standarda−

mi zapisu na płycie CD i może mieć znaczenie dla profesjonalistów,
ewentualnie dla wyjątkowo dociekliwych hobbystów.

W radiofonii i przy masteringu płyt utrzymanie maksymalnych

poziomów sygnału ma kluczowe znaczenie z jednej strony dla znie−
kształceń – żeby nie przesterować toru, z drugiej dla dynamiki. Tu re−
alizator powinien mieć pełną kontrolę nad poziomami sygnałów.

Natomiast Czytelnik, który tylko odsłuchuje gotowe płyty nie po−

winien się zupełnie przejmować wspomnianymi poziomami. Winien
postarać się o dobry sprzęt i porządnie nagrane płyty, a potem cieszyć
ucho muzyką i nie przejmować się żadnymi cyferkami.

Z treści nadesłanej kartki pocztowej nie wynika dokładnie, do cze−

go Czytelnikowi potrzebny byłby wskaźnik wysterowania czy mier−
nik poziomu sygnału. Jeśli oczekuje takiej odpowiedzi w Skrzynce,
odpowiadamy: w przytłaczającej większości przypadków wskaźniki
poziomu sygnału i analizatory widma pełnią w domowych zestawach
audio wyłącznie rolę „bajeru”, zwiększającego atrakcyjność sprzętu.

Proszę o podanie tabeli na przeliczanie decybeli na wolty
bo nic z tego nie rozumiem. I prosiłbym o wyjaśnienie mi
ogólnie tych decybeli. Pozdrawiam całą redakcję i bardzo
proszę o odpowiedź w skrzynce porad.

Stosowny rysunek zamieszczony jest na wkładce w środku numeru.
Ponieważ decybele są wykorzystywane nie tylko przy pomiarach
napięcia, jedna tabela nie wystarczy. Potrzebna jest druga dla mocy.

Pełniejszą odpowiedź będzie można znaleźć w krótkim artykule na
stronie 60 tego wydania EdW.

Czy można łączyć wzmacniacze samochodowe przez ich
zmostkowanie? Chodzi mi o połączenie dwóch wyjść na
wzmacniaczach (zmostkować je), żeby z wyjść 2 X 70W
zrobić trzecie wyjście 1 X 140 W.

To zależy. Jeśli samochodowy wzmac−
niacz 2x70W zawiera tylko dwa kanały
i ma budowę, jak na rysunku A, można
dodać układ odwracania fazy według ry−
sunku B i uzyskać wzmacniacz mostko−
wy o znacznie większej mocy. Uzyskana
moc wyjściowa teoretycznie jest cztero−
krotnie większa (1x280W), ale w prakty−
ce zapewne nie da się jej
uzyskać ze względu na
moc przetwornicy i wa−
runki chłodzenia, a po−
dana przez Czytelnika
moc 1x140W jest jak
najbardziej realna.

Jeśli jednak chodzi o wzmacniacz stereo
zawierający dwa wzmacniacze mostkowe
według rysunku C, to nie da się zwiększyć
mocy, bo nie można połączyć „mostków
mostkowo”.

Aby przetestować pod tym kątem posia−

dany wzmacniacz, Czytelnik powinien
sprawdzić, czy jeden z zacisków wyjścio−
wych jest połączony do masy, a w każdym
razie czy nie występuje na nim sygnał audio.

Można to zrobić według ry−
sunku D, włączając na wszelki
wypadek rezystor ograniczają−
cy Rs (pominięto tu obwody
zasilania). Jeśli głośnik gra
przy dotknięciu obu zacisków
wyjściowych kanału (rysunek
C), nie da się zwiększyć mocy.

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

Lipiec 2002

Od jakiegoś czasu próbuję znaleźć notę aplikacyjną ukła−
du ICL7107 i NIC!
Ani „przepastne odmęty Internetu” na ten temat nic nie
mówią, ani mój doświadczony kolega elektronik (...) Pro−
szę o wydrukowanie schematu i/lub zastosowania tego
układu, albo chociaż adres strony, gdzie można to znaleźć.

Woltomierze cyfrowe ICL7106/7107 są produkowane i stosowane
od wielu lat. Można zajrzeć na strony internetowe takich firm jak
Maxim (www.maxim−ic.com), czy Intersil (www.intersil.com), by
ściągnąć oryginalne karty katalogowe i noty aplikacyjne. Karty ka−
talogowe w języku polskim pojawiły się w wydawanym dawniej
przez AVT magazynie USKA (USKA 2). W Elektronice dla Wszys−
tkich opisywaliśmy szeroko te pożyteczne kostki w dziale Najsłyn−
niejsze aplikacje (EdW 5/1997, 6/1997). Znajdują się tam wszyst−
kie informacje niezbędne do prawidłowego wykorzystania tych
układów.

Cześć!!! Bezskutecznie poszukuję strony www firmy JRC
z Japonii, producenta układów audio, czy redakcja EdW
może mi pomóc? Pozdrawiam. Tomek

Wystarczy wpisać do wyszukiwarki odpowiednie hasła. Wpisanie ha−
seł +semiconductor* +JRC do popularnej Altavisty (www.altavi−
sta.com) dało 621 wyników. Już na pierwszej stronie pojawiły się po−
trzebne adresy – patrz zrzut ekranowy poniżej. Na stronie

www.chipdocs.com/manufacturers/NJRC.html można znaleźć garść
informacji o firmie JRC (Japan Radio Company) i jej historii. Wyja−
śnia się też, dlaczego adres internetowy tyczy firmy New Japan Ra−
dio Co. Tu warto przejść wprost na angielskojęzyczną stronę:
www.njr.co.jp/index_e.htm

Dzień dobry. Zrobiłem zasilacz na LM350, jaka powinna
być optymalna pojemność wyjściowa? Obecnie w moim
zasilaczu jest ok. 3300

µµ

F, czy to nie za dużo i czy nie

zmniejsza prądu wyjściowego, opóźnia regulację?
Pozdrawiam. Witek

Według karty katalogowej stabilizatora LM350 wymagana pojem−
ność wyjściowa wynosi 1

F. Producent podaje, że kondensator wyj−

ściowy nie jest wymagany ze względu na ryzyko samowzbudzenia,
jak to bywa w innych stabilizatorach, tylko dla poprawienia odpowie−
dzi impulsowej stabilizatora. Stabilizator jest szybki i duża pojem−
ność zupełnie nie jest potrzebna. Zaleca się kondensator wyjściowy
tantalowy 1

F lub aluminiowy 22

F. Zwiększenie pojemności wyj−

ściowej do 3300

F nie powinno zaszkodzić i na pewno nie zmniejsza

prądu wyjściowego. Warto jednak sprawdzić odpowiedź stabilizatora
(zmianę napięcia wyjściowego) na gwałtowną zmianę prądu. Może
się okazać, że zwiększenie pojemności wyjściowej nic nie poprawia,
a tylko powoduje powstanie większych oscylacji przy gwałtownych
zmianach obciążenia.

Zamiast zwiększać pojemność wyjściową, nale−

ży raczej zastosować jak największą pojemność na
wejściu, czyli pojemność filtrującą umieszczoną
między mostkiem prostowniczym a stabilizatorem.

Opisane urządzenie umożliwia wska−

zanie odległości od 10cm do 10m oraz

przybliża zjawisko związane z rozcho−

dzeniem się fal ultradźwiękowych.

Ultradźwięki są to fale sprężyste, niewywołujące
wrażenia słuchowego, o częstotliwości od
16kHz do 1GHz (hiperdźwięki). Ultradźwię−
ki rozchodzą się w takich ośrodkach spręży−
stych jak: powietrze, woda, metal, beton itp.
W każdym z tych ośrodków ultradźwięki
rozchodzą się z inną prędkością, co ukazuje
tabela 1. Prędkość ultradźwięków zależy
również od temperatury danego ośrodka.
Ultradźwięki wykorzystuje się w wielu dzie−
dzinach życia np.: przemyśle, hydroakustyce,
defektoskopii, medycynie.

Do wytworzenia ultradźwięków człowiek

wykorzystuje zjawiska magnetostrykcji
i elektrostrykcji. W uproszczeniu zjawiska te
polegają na tym, że jeżeli w szybkozmiennym
polu magnetycznym lub elektrycznym umie−
ścimy pewne materiały, to wystąpią ich od−
kształcenia o częstotliwości równej zmianom
pola.

Przetworniki magnetostrykcyjne (piezo−

magnetyczne) wykonuje się z materiałów fer−
romagnetycznych − takich jak: nikiel, żelazo

lub ich stopów − wykonanych w postaci rdze−
ni. Materiały te pobudzane są do kurczenia się
pod wpływem zewnętrznego pola magnetycz−
nego wytwarzanego przez cewkę nawiniętą
wokół rdzenia. Maksymalną sprawność prze−
twornika uzyskuje się przy pracy na częstotli−
wości rezonansowej, która zależy od wymia−
rów rdzenia.

Przetworniki elektrostrykcyjne (piezoelek−

tryczne), którymi są najczęściej kryształy
kwarcu, mocuje się między elektrodami kon−
densatora płaskiego. Przyłożenie do elektrod
tak zbudowanego przetwornika, zmiennego
pola elektrycznego powoduje fizyczne zmiany
wymiarów kwarcu w takt zmian tego pola oraz
drgania membrany przymocowanej mecha−
nicznie do kryształu. Amplituda drgań kwarcu
jest tym większa im większa jest amplituda na−
pięcia doprowadzonego do przetwornika.

Sprawność przetworników ultradźwięko−

wych jest niewielka i wynosi od 10 do 15%.

Zasada działania

Aby zmierzyć odległość od przeszkody nale−
ży zmierzyć czas jaki upływa od wysłania sy−
gnału ultradźwiękowego przez nadajnik, aż
do odebrania powracającego echa przez
odbiornik (rys. 1). Echo powstaje w wyniku
odbicia dźwięku od przeszkody. Ponieważ
prędkość dźwięku w powietrzu jest stała (za−
leży w niewielkim stopniu od temperatury
oraz ciśnienia atmosferycznego), a czas potra−
fimy zmierzyć, to obliczenie odległości nie
stanowi problemu. Do tego celu można użyć
następującego wzoru:

S − odległość mierzona w [m]
V − prędkość rozchodzenia się dźwięku w po−
wietrzu (343m/s)

t − czas od wysłania do odebrania ultradźwię−

ków w [s]

Iloczyn prędkości i czasu należy podzielić

przez dwa, ponieważ odległość mierzona jest
dwa razy krótsza niż droga jaką pokonują

ultradźwięki od nadajnika do przeszkody i od
przeszkody do odbiornika (rys. 2).

Opis układu

Schemat ideowy przedstawiony został na ry−
sunku 3.

Większość przetworników ultradźwięko−

wych przeznaczonych do pracy w powietrzu,
działa na częstotliwości 40kHz. Ma to zwią−
zek z oporem powietrza, który rośnie wraz ze
wzrostem częstotliwości. Dlatego też prak−
tyczne wykorzystanie ultradźwięków w po−
wietrzu ograniczone jest do ok. 60kHz. Ja
użyłem przetworników typu MA40A5 firmy
MURATA pracujących również na częstotli−
wości 40kHz.

Nadajnik

Nadajnik zbudowany został w oparciu
o układ scalony 556, który zawiera w swoim
wnętrzu dwa popularne przerzutniki typu
555. Pierwszy z przerzutników pełni rolę ge−
neratora impulsów sterujących. Impulsy gene−
rowane są co ok. 70ms. Wartość tę można
zmieniać dobierając rezystor R3. Długość
trwania impulsów sterujących zależy od rezy−
stancji włączonej miedzy nóżkę 8 US2, a +9V.

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

Lipiec 2002

−

źź

Rys. 1 Zasada działania

Rys. 2 Zasada pomiaru

Tabela 1

Stan

skupienia

Ośrodek

Prędkość

dźwięku (m/s)

Temperatura

ośrodka (

332

343

Powietrze

349

Dwutlenek

węgla

260

Gaz

Wodór

1280

Ciecz

Woda

1400
1460

Lód

3230

−

Miedź

5100

−

Szkło

5100−5640

−

Ciało

stałe

Stal

5790

−

Drugi przerzutnik jest generato−
rem fali nośnej. Generuje prze−
bieg prostokątny o częstotliwości
40kHz i wypełnieniu 50%. Do−
kładne dostrojenie częstotliwości
umożliwia rezystor R5. Często−
tliwość nośna kluczowana jest
impulsami sterującymi wytwa−
rzanymi przez pierwszy przerzut−
nik. W ten sposób zmodulowany
przebieg skierowany jest do ste−
rownika nadajnika zbudowanego
z tranzystorów T4 i T5. Prze−
twornik piezoelektryczny zasila−
ny jest z autotransformatora. Au−
totransformator umożliwia: po
pierwsze − optymalne dopasowa−
nie przetwornika do sterownika
nadajnika, a po drugie − zwięk−
szenie napięcia zasilającego
przetwornik do ok. 100V, co
oczywiście zwiększa zasięg dzia−
łania urządzenia.

Odbiornik

Napięcie wytworzone na zaci−
skach przetwornika odbiorczego,
jakie pojawia się po odbiorze
echa, zostaje wzmocnione we
wzmacniaczu

operacyjnym

CA3080. Maksymalne wzmoc−
nienie tego układu dla częstotli−
wości 40kHz wynosi ok. 150 ra−
zy. Kondensator C10 wraz z re−
zystorem R20 tworzą filtr górno−
przepustowy, który tłumi prze−
biegi o częstotliwościach niż−
szych niż 40kHz. Przebiegi po−
wyżej 40kHz są tłumione przez
ograniczone pasmo przenoszenia
samego wzmacniacza. Wejście
nieodwracające

wzmacniacza

polaryzowane jest połową napię−
cia zasilania poprzez rezystor
R19. Wzmocniony sygnał poda−
wany jest następnie na wzmac−
niacz logarytmujący zbudowany
w oparciu o jeden z dwóch
wzmacniaczy operacyjnych ukła−
du scalonego TL082. Dzięki za−
stosowaniu tego rozwiązania
o wiele łatwiej jest „wyłuskać”
interesujące nas echo spośród
odbitych sygnałów umeblowane−
go pokoju. Tak wyselekcjonowa−
ny sygnał podawany jest na drugi
wzmacniacz układu US4. Wzmac−
niacz ten ma za zadanie wzmoc−
nić nawet mały sygnał dostarcza−
ny na wejście, najlepiej aż do
przesterowania. Dzięki temu na
wyjściu otrzymujemy sygnał o sta−
łej amplitudzie. Ponieważ wzmac−
niacz pracuje w układzie odwra−
cającym, amplituda przebiegu

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

Lipiec 2002

Rys. 3 Schemat ideowy

wyjściowego jest dodatnia. Tranzystor T8
jest wtórnikiem emiterowym separującym
obciążenie, a obciążenie to prosty filtr RC
oraz przerzutnik RS zbudowany na układzie
scalonym 555 (US5). Przerzutnik ustawiany
jest zboczem opadającym impulsu sterujące−
go, pochodzącym z pierwszego generatora
US2. Ustawienie przerzutnika powoduje po−
jawienie się stanu wysokiego na wyjściu
(nóżka 3 US5). Zerowanie następuje po poja−
wieniu się zbocza narastającego na nóżce 6
US5. W wyniku takiej konfiguracji na wyj−
ściu przerzutnika otrzymujemy impulsy pro−
stokątne o zmiennym wypełnieniu, zależnym
tylko od mierzonej aktualnie odległości. Sy−
gnalizuje to dioda D7 oraz prosty wskaźnik
zbudowany na układzie linijki diodowej
LM3916. Napięcie sterujące linijką diodową
uzyskiwane jest poprzez uśrednienie wyżej
wspomnianego przebiegu prostokątnego
o zmiennym wypełnieniu w prostym filtrze
R44, C19. Przebieg prostokątny skierowany
jest również do generatora sterującego
(US2). Tam po odwróceniu fazy i wyfiltro−
waniu steruje bazą tranzystora T11, a tranzy−
stor steruje szerokością generowanych im−
pulsów. Takie rozwiązanie sprowadza pobór
energii do minimum oraz, a może przede
wszystkim, poprawia dokładność pomiaru.
Im krótszy jest impuls sterujący, tym mniej−
szy jest błąd pomiarowy.

Urządzenie posiada jeszcze jedno ciekawe

rozwiązanie. Aby móc mierzyć odległość rzę−
du kilkunastu metrów, potrzebne jest duże
wzmocnienie toru odbiorczego. Jednak tak du−
że wzmocnienie uniemożliwia pomiary ma−
łych odległości (następuje przesterowanie).
W celu rozwiązania tego problemu zastosowa−
łem automatyczną, a raczej wymu−
szoną regulację wzmocnienia
w zależności od mierzonego dy−
stansu. Aby osiągnąć to założenie
użyłem wzmacniacza CA3080. Je−
go wzmocnienie, a właściwie tłu−
mienie zależy od prądu płynącego
przez wyprowadzenie 5. Na nóżkę
tę podawany jest przebieg piło−
kształtny synchronizowany im−
pulsami sterującymi nadajnika.
Napięcie piłokształtne wytwarza−
ne jest w układzie źródła prądowe−
go (T1), które stałym prądem ładu−
je kondensator C6. Tranzystor T3
rozładowuje pojemność (C6) pod
wpływem impulsu sterującego. Po
jego zaniku napięcie w sposób li−
niowy zaczyna rosnąc i zmniejsza
tłumienie wzmacniacza.

Przerzutnik US5 połączony

jest ze wzmacniaczem CA3080
poprzez diodę D8 i zworę Z1.
Takie połączenia umożliwia blo−
kowanie odbiornika poza mo−
mentem pomiaru. Połączenie to
nie jest konieczne przy obserwo−

waniu echa, jednak w czasie pomiarów odle−
głości znacznie poprawia stabilną pracę
urządzenia.

Układ, oprócz wzmacniacza nadajnika,

zasilany jest napięciem 9V stabilizowanym
przez układ US1.

Montaż i uruchomienie

Sonar można zmontować na płytce drukowa−
nej pokazanej na rysunku 4.

Montaż należy rozpocząć od zamontowa−

nia stabilizatora oraz kondensatorów filtrują−
cych (elementy US1, C1, C2, C3, C7, C8).

Następnie:

− do złącza ZL1 podłączyć 12V i sprawdzić
stabilizowane napięcie 9V.
− zamontować elementy generatora fali nośnej
(elementy US2, C5, R6, R5, R4), zewrzeć do
+9V nóżkę 4 US2, podłączyć zasilanie i wyre−
gulować rezystorem R5 częstotliwość 40kHz,
mierząc ją w punkcie pomiarowym PP2.
− usunąć zwarcie, zamontować elementy (R1,
R2, R3, C4, D1) generatora impulsów sterują−
cych. Włączyć zasilanie, podłączyć oscylo−
skop do punktu pomiarowego PP1, ustawić
rezystorem nastawnym R2 szerokość impulsu
sterującego na 0,5ms. Zmierzyć czas między
impulsami. Powinien wynosić mniej więcej
70ms. W moim przypadku było to 65ms.
− zamontować elementy generatora piły (T1,
T2, T3, R7, R8, R9, R10, R11, R16, C6, D2,
D3, D4), podłączyć zasilanie i obejrzeć prze−
bieg na oscyloskopie. Sondę podłączyć do
emitera T2. Oscyloskop należy synchronizo−
wać impulsami z punktu pomiarowego PP1.
− zamontować elementy nadajnika (T4, T5,
L1, D5, R12, R13, R14, R15, PIEZ1). Cew−
ka L1 o indukcyjności 9mH została nawinię−

ta na rdzeniu kubkowym ze szczeliną o śred−
nicy 18mm. Rdzeń jest wykonany z materia−
łu F2001. Liczbę zwojów należy dobrać do
AL posiadanego rdzenia według wzoru:

z = L/AL

L − indukcyjność cewki w [nH]
AL− stała rdzenia
z − ilość zwojów
W moim przypadku było to:

z = 9000000/630 = 120 zw.

Średnicę drutu nawojowego należy wy−

brać jak największą, jednak taką, aby uzwo−
jenie zmieściło się na karkasie, a połówki
rdzenia dały się bez trudu złożyć. Przekładek
między uzwojeniami stosować nie trzeba.
W połowie uzwojenia należy wykonać od−
czep. Gotowe uzwojenie można zabezpie−
czyć przed rozwinięciem taśmą izolacyjną.
Końce uzwojeń można dowolnie podłączyć
do płytki, należy pamiętać tylko, aby odczep
był połączony z kolektorem tranzystora T5
(punkt TX3). Gotowy transformator należy
przykręcić do płytki śrubą M3 wykorzystując
przeznaczony do tego otwór. Do przykręce−
nia radzę użyć minimalnej siły. Ponieważ
rdzeń posiada szczelinę i wykonany jest
z kruchego materiału, łatwo pęka. Pod na−
krętkę najlepiej jest podłożyć podkładki: naj−
pierw gumową, a następnie metalową. Śre−
dnica podkładek powinna być jak najwięk−
sza, najlepiej równa średnicy rdzenia. Na−
krętkę można zabezpieczyć przed odkręca−
niem kroplą lakieru do paznokci.

Po włączeniu zasilania z przetwornika po−

winno wydobywać się charakterystyczne
„cykanie”. Następnie można zmierzyć oscy−
loskopem napięcie szczytowe na kolektorze

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

Lipiec 2002

Rys. 4 Schemat montażowy

tranzystora T5 oraz na przetworniku. Ampli−
tuda powinna być zbliżona do 50Vpp na ko−
lektorze T5 oraz dwa razy więcej czyli ok.
100Vpp na przetworniku (rys. 5).

− zamontować elementy odbiornika (US3,
C9, C10, C11, C12, R17, R18, R19, R20,
R21, R22, R23, R24, R25, R26, D6, D8, T6,
PIEZ2). Płytkę skierować przetwornikami
w stronę przeszkody oddalonej o ok. 3 m.
Podłączyć jeden z kanałów oscyloskopu do
punktu PP3, a wejście wyzwalania do PP1. Po
załączeniu zasilania na ekranie oscyloskopu
będzie można obserwować echo odbite od
przeszkody. Napięcie stałe zmierzone na nóż−
ce 3 US3 powinno być zbliżone do połowy
napięcia zasilania. Przy okazji, obserwując
amplitudę echa, można ustawić rezystorem
R5 dokładnie częstotliwość generatora fali
nośnej tak, aby uzyskać jak największy zasięg.
− zamontować elementy (US4, T7, T8, C13,
C14, C15, C16,C21, R27, R28, R29, R30,
R31, R32, R33, R34, R35, R36, R37, R38,
R39). Załączyć zasilanie i sprawdzić napięcie
stałe na kondensatorze C13. Powinno wyno−
sić ok.7,3V, a na C14 powinno się zmieniać
od 1,4 do ok. 2,4V w wyniku regulacji rezy−
storem nastawnym R35. Podłączyć oscylo−
skop do punktu pomiarowego PP5. Rezysto−
rem R35 wyregulować tak, aby impulsy echa
były wyraźnie widoczne i stabilne.
− zamontować elementy przerzutnika (US5,
C17, C19, T9, D7, C18, R40, R41, R42, R43,
R44). Oscyloskop podłączyć do PP6, włączyć
zasilanie. Na ekranie oscyloskopu powinien
pojawić się przebieg prostokątny, którego
wypełnienie zależeć będzie od mierzonej od−
ległości. Dioda D7 powinna błyskać, a inten−
sywność błysków będzie zależeć od mierzo−
nego dystansu (im dalej tym jaśniej).

Punkt pomiarowy PP6 służy do podłącze−

nia dowolnego miernika napięcia stałego,
z którego w sposób analogowy (po wyskalo−
waniu) można odczytać odległość od prze−
szkody. Elementy R44, C19 tworzą filtr,
który uśrednia napięcie przebiegu prostokąt−
nego o zmiennym wypełnieniu na napięcie
stałe o wartości zależnej od wypełnienia tego
przebiegu.
− zamontować zworę Z1. Przebieg w punkcie
pomiarowym PP5 powinien wyglądać tak,
jak na rysunku 6.
− zamontować elementy automatycznej regu−
lacji wypełnienia impulsu sterującego (T10,
T11, C20, R52, R51, R50, R49, R48, R47,
R46, R45, P1). Oscyloskop podłączyć do

PP1, włączyć zasilanie, podstawę czasu
oscyloskopu ustawić na 0,1ms, przełącznik
PRZ1 ustawić w pozycji „AUTO”. Do urzą−
dzenia zbliżyć przedmiot, najlepiej płaski, na
odległość ok. 20cm od przetworników. Rezy−
storem nastawnym R46 wyregulować czas
trwania impulsu na 0,25ms. Następnie ze−
wrzeć wyprowadzenia przetwornika odbior−
czego, rezystorem R2 ustawić czas trwania
impulsu na 2,4ms. Dla pewności całą opera−
cję można powtórzyć. Usunąć zwarcie prze−
twornika. Teraz zmiana mierzonej odległości
powinna pociągać za sobą zmianę czasu
trwania impulsów sterujących (PP1, PP2).
− zamontować elementy linijki diodowej
(US6, D8−D17, R53, R54, R55). Rezystor
nastawny R55 wyregulować tak, aby na każ−
dy metr zapalała się jedna dioda.

Bez oscyloskopu

Regulacja bez użycia oscyloskopu jest moż−
liwa, jednak precyzja i pewność ustawienia
będzie oczywiście znacznie mniejsza.
− zamontować elementy stabilizatora napię−
cia oraz generatora fali nośnej. 4 nóżkę US2
zewrzeć do +9V. Mierząc częstościomierzem
w punkcie PP2 ustawić rezystorem R5 czę−
stotliwość 40kHz.

− zdjąć zworę, zamontować elementy genera−
tora impulsów sterujących, lecz bez R46.
Mierząc woltomierzem napięcia stałego (naj−
lepiej wskazówkowym) ustawić rezystorem
R2 napięcie 280mV w punkcie PP1.
− zamontować resztę elementów (bez R46),
założyć zworę Z1. Układ ustawić w odległo−
ści 3 metrów od płaskiej przeszkody. Rezy−
stor R35 najpierw ustawić maksymalnie
w prawo (minimalne napięcie na bazie T7),
a następnie przestrajać w lewo aż do momen−
tu kiedy wynik przestanie się zmieniać (ro−
snąć). Sprawdzić czy sonar mierzy prawidło−
wo małe odległości − rzędu 10−15cm (najle−
piej wskazówkowym) i ewentualnie wyregu−
lować R35 obracając delikatnie z powrotem
w prawo, aż układ będzie mierzył prawidło−
wo zarówno małe jak i duże odległości.

− jeżeli D7 miga i zmienia
swoją intensywność świecenia
w zależności od mierzonego
dystansu, to można uznać, że
urządzenie działa prawidłowo.
− zamontować R46, przełącznik
PRZ1 ustawić w pozycji „AU−
TO”, od strony przetworników
zbliżyć płaski przedmiot na od−
ległość ok. 20cm, rezystorem
nastawnym R46 ustawić napię−
cie 42mV w punkcie PP1.
− zewrzeć wyprowadzenia
przetwornika PIEZ2, rezysto−
rem R2 ustawić napięcie
280mV w punkcie PP1.

Wskazówki
dodatkowe

Przetworniki ultradźwiękowe
należy zamontować wykorzy−
stując do tego celu krótkie od−
cinki srebrzanki o średnicy np.
0,8mm.
Wartość rezystora R3 wpływa
na czas powtarzania impul−
sów sterujących zgodnie ze
wzorem:

t = 0,7R3C4 [s, F].

− wartość rezystora R9 wpły−
wa na wartość prądu źródła
prądowego, a co za tym idzie,
na szybkość narastania napię−
cia przebiegu piłokształtnego.
− diody D2 i D3 wymuszają

minimalne napięcie piły, czyli minimalne
wzmocnienie US3. Napięcie na emiterze
tranzystora T3 w czasie jego nasycenia po−
winno wynosić 1,2...1,4V (mierzyć oscylo−
skopem).
− w czasie generowania impulsu sterującego
na wyjściu US3 pojawia się skok napięcia
stałego. Aby go wyeliminować, zastosowa−
łem kondensator C11 o małej pojemności,
który przepuszcza niemal bez strat częstotli−
wość 40kHz, natomiast silnie tłumi ów skok
napięcia. Rezystor R22 obciąża wejście

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

Lipiec 2002

Rys. 5 Napięcie mierzone na przetworniku

Rys. 6 Przebiegi

wzmacniacza logarytmującego i umożliwia
jego stabilną pracę.
− ponieważ wzmacniacz logarytmujący może
pracować tylko z sygnałami o polaryzacji do−

datniej zastosowałem diodę D6 oraz rezystor
R23. Dioda zabezpiecza również tranzystor
T7 przed ujemnymi przepięciami mogącymi
go uszkodzić.

− napięcie polaryzujące wejście nieodwraca−
jące (nóżka 3) drugiego wzmacniacza US4
zostało tak dobrane (stosunek R28 do R29),
aby uzyskać jak największą amplitudę na je−
go wyjściu (w moim przypadku było to
7,3V).
− przerzutnik US5 ustawiany jest opadającym
zboczem impulsu sterującego dzięki elemen−
tom R40, R41, C17. Rezystory R40 i R41 zo−
stały tak dobrane, aby na nóżce 2 US5 wy−
musić napięcie ok. 3,2V.
− po ustawieniu przełącznika PRZ1 w pozycji
„MANUAL” potencjometrem P1 można ręcz−
nie regulować szerokość impulsów sterują−
cych. W czasie pomiaru odległości, pokrętło
należy najpierw ustawić na minimum, a na−
stępnie powoli zwiększać szerokość impulsów,
aż do momentu, kiedy pojawi się stabilny wy−
nik (dioda D7 będzie równomiernie błyskać).
UWAGA! Nie należy przeciążać przetworni−
ków długo utrzymując impulsy o maksymal−
nym czasie trwania. Swoje urządzenie testo−
wałem z jednomilisekundowymi impulsami
przez dłuższy czas (kilka godzin) z pozytyw−
nym skutkiem. Przy dłuższych impulsach ist−
nieje ryzyko uszkodzenia przetwornika.
− przy zasilaniu urządzenia z baterii, można
ograniczyć pobór mocy wydłużając przerwy
miedzy impulsami sterującymi (należy
zwiększyć rezystor R3). Należy też pamiętać
o zwiększeniu stałej czasowej filtrów R44,
C19 i R49, C20 oraz wyregulować linijkę
diodową (R55).
− przy pomiarze odległości z wykorzystaniem
oscyloskopu należy korzystać z punktu pomia−
rowego PP6. Stałą czasu oscyloskopu należy
ustawić na 2ms. Dla ułatwienia wzór do obli−
czania odległości można uprościć do postaci:

S = 0,1715t

S − odległość mierzona w [m]
t − czas trwania impulsu w [ms]
− w celu obserwacji echa, oscyloskop należy
podłączyć do punktu PP3, zdjąć zworę Z1,
a przełącznik PRZ1 ustawić w pozycji regu−
lacji ręcznej „MANUAL”.

Olaf Janik

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

Lipiec 2002

Wykaz elementów

Rezystory

R11,,R

R2200,,R

R5500 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33,,33kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R m

miinniiaattuurroow

wyy „„hheelliippoodd”” ppiioonnoow

wyy

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

Ω

R44,,R

R66,,R

R77,,R

R1100,,R

R1111,,R

R1177,,R

R1188,,R

R2233,,R

R2266,,R

R2299,,R

R3300,,R

R3322,,R

R33

77,,R

R4422,,R

R4444,,R

R4488,,R

R4499,,R

R5522 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R55,,R

R3355,,R

R4466,,R

R5555 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

miinniiaattuurroow

wyy „„hheelliippoodd”” ppiioonnoow

wyy

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200kk

Ω

R1122,,R

R4411,,R

R5511 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,,66kk

Ω

R1144,,R

R3388 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,77kk

Ω

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R1166,,R

R4477 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333kk

Ω

R1199 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..333300kk

Ω

R2211 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..551100kk

Ω

R2222 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100M

Ω

R2244 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

R2255,,R

R3333 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R2277,,R

R3311 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..66,,88kk

Ω

R2288 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477kk

Ω

R3344 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6688kk

Ω

R3366 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1155kk

Ω

R3399 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R4400 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

R4433 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..333300

Ω

R4455 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..339900

Ω

R5533 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

R5544 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..775500

Ω

P11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

//A

A ppootteennccjjoom

meettrr

Kondensatory

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C22,,C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11000000µµFF//1166V

C44,,C

C66,,C

C99,,C

C1133,,C

C1144,,C

C1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C55,,C

C1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22220000µµFF//1166V

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..333300nnFF
C

C1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF
C

C1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..118800ppFF
C

C1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477nnFF
C

C1166,,C

C1177 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222nnFF

C1199,,C

C2200 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477µµFF//1166V

C2211 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100ppFF

Półprzewodniki

D11−D

D33,,D

D1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

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

D R

R 33 m

m ookkrrąąggłłaa

D55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

A115599

D66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44000066

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

D Y

Y 55 m

m ookkrrąąggłłaa

D88−D

D1177 .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D G

G 33m

m pprroossttookkąąttnnee 22xx55 m

TT11,,TT1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555588

TT22−TT44,,TT66−TT88,,TT99,,TT1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

TT55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

D113366

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77880099

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..N

NEE555566

S33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..C

A33008800

S44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTLL008822

S55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..N

NEE555555

S66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M33991166

Pozostałe

LL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..cceew

wkkaa 99m

H ((** ppaattrrzz tteekksstt))

PIIEEZZ11 ((TTX

X)) .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeettw

woorrnniikk ((nnaaddaajjnniikk))

nnpp.. M

A4400A

A55S

S ffiirrm

myy M

ATTA

PIIEEZZ22 ((R

X)) .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeettw

woorrnniikk ((ooddbbiioorrnniikk))

nnpp.. M

A4400A

A55R

R ffiirrm

myy M

ATTA

RZZ11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeełłąącczznniikk 22−ppoozzyyccyyjjnnyy

ZZLL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

STTA

KII .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88 ppiinn xx 33

1144 ppiinn xx 11
2200 ppiinn xx 11

OŁŁK

KII .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77 sszztt..

Płytka drukowana jest dostępna w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−2643A

Przetworniki: 40ST (nadajnik) oraz 40SR (odbiornik) dostępne są

w sieci handlowej AVT w cenie 6 zł za sztukę.

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

Lipiec 2002

Do czego to służy?

Jest to młodszy brat opisanej w EdW „Wid−
mowej wstążki” (numer 7/2000). Układ trud−
no już nazwać wstążką, dlatego postanowi−
łem pozostawić samo „Widmo”. Tak jak i je−
go poprzedniczka, młodszy brat wykorzystu−
je efekt stroboskopowy po to, aby troszkę
oszukać nasz wzrok. Tym razem jednak dio−
dami nie steruje już prościutki generator lecz
całkiem mądry procesor. Efekt?

Ta niezwykła zabawka mieszcząca się

w rurce o średnicy 2cm i długości 35cm pod−
czas machania wyświetla w powietrzu roz−
maite serduszka, kółeczka, domki... Efekt
jest niesamowity. Odnosi się wrażenie, że
obrazki te wiszą w powietrzu!

Do tego, oprócz standardowych obrazków,

każdy, kto ma komputer, może stworzyć wła−
sną kompozycję i umieścić ją w pamięci
układu za pomocą kilku kliknięć! Program
obsługujący „Widmo” został napisany w taki
sposób, że akceptuje zwykłe dwukolorowe
bitmapy które można przygotować w dowol−
nym edytorze graficznym.

Do wykonania układu zachęcam wszyst−

kich którzy mają jeszcze w sobie coś z dziec−
ka, mianowicie − lubią się bawić!

Jak to działa?

Schemat elektryczny układu widoczny jest
na rysunku 1. Tak prosty elektrycznie układ
realizujący dość złożone zadania udało się
zrealizować dzięki zastosowaniu mikrokon−
trolera AVR 90S2313. Procesor ten świetnie
sprawdził się w układzie ze względu na swo−
je możliwości sprzętowe.

Ale procesor to nie wszystko. Sam w so−

bie jest ślepy, głuchy i nie robi właściwie nic
ciekawego. Aby „coś ciekawego” mogło się
objawić został on wsparty przez 12 diod
LED, przycisk i układ dopasowania pozio−
mów RS232 – CMOS. Podczas czytania do−
kumentacji układu U1 konieczne okazało się

ograniczenie prądu płynącego przez diody do
około 10mA, aby nie przekroczyć maksy−
malnego prądu płynącego przez wyprowa−
dzenia zasilania. Jest to realizowane przez re−
zystory R1−R12.

Układ pośredniczący między portem sze−

regowym komputera jest wykonany w trochę
nietypowy sposób. Dzięki temu udało się
osiągnąć oszczędności zarówno kosztów jak
i miejsca na płytce. Zdziwienie może budzić
zwarcie zacisków TX i RX w porcie. Bez
obaw, komputerowi to nie zaszkodzi. Po pro−
stu odbierze on znaki, które sam wysyła
a dzięki takiemu rozwiązaniu z tej samej
płytki możemy zrobić interfejs podłączany
zarówno bezpośrednio do portu jak i przez
zwykły kabel (w kablu linie RX oraz TX są
skrzyżowane).

Tu właściwie kończy się sprzęt a zaczyna

się oprogramowanie.
Aby jednak dobrze
zrozumieć

działanie

programu konieczna
jest wiedza na temat te−
go, w jaki sposób dane
o obrazkach są prze−
chowywane w pamię−
ci: Obrazki są jakby
cięte na kawałki tak jak
na rysunku 2. Każda
kolumna która ma po
12 bitów (po jednym
na każdą diodę) jest za−
pisywana jako bajt i je−
go połówka. Para są−
siadujących ze sobą li−
nii jest zapisywana ja−
ko 3 bajty. W progra−
mie przyjęto następują−
cą konwencję: naj−
pierw bajt zawierający
połówki,

następnie

dwa bajty „całe”. Taki

zapis, choć komplikuje nieco procedurę od−
czytywania danych w stosunku do zapisu,
w którym każda kolumna byłaby zapisywana
w oddzielnych dwóch bajtach, pozwala jed−
nak skompresować obrazki w stopniu 3 do 4.

Tak naprawdę rysunek 2jest tylko rysun−

kiem poglądowym. Obrazki są zapisywane
w taki sposób, że całe bajty odpowiadają bez−
pośrednio diodom na porcie B, natomiast po−
łówki danym na pinach portu D. Kolejnym
odciążeniem procesora jest założenie, że
obrazki muszą mieć parzystą liczbę kolumn.
Dzięki temu procesor ma trochę mniej robo−
ty a program zajmuje trochę mniej miejsca.

Takie zabiegi były konieczne. Po skompi−

lowaniu końcowej wersji programu okazało
się, że w pamięci ROM układu U1 zostały
już tylko 2B!

Rys. 1 Schemat ideowy

żż

Pełny ciąg danych zawiera jeszcze dodat−

kowo informacje o rozmiarach kolejnych
obrazków. Dzięki temu program wie, gdzie
dany obrazek się kończy, a zaczyna następny.
Całość wygląda jak w tabeli 1. Ostatnia dana
równa 0 oznacza, że rozmiar następnego
obrazka wynosi właśnie 0 czyli, że to już ko−
niec definicji obrazków. Dane w pamięci
użytkownika (EEPROM) są przechowywane
w identyczny sposób. Dzięki temu procedury
odwołujące się do nich różnią się tylko jedną in−
strukcją: różne są sposoby dostępu do pamięci.

Ponieważ wiemy

już, w jaki sposób
obrazki

„siedzą”

w pamięci, pora do−
wiedzieć się co
układ

dokładnie

z nimi robi. Linie są
po prostu wyświe−
tlane kolejno z dużą
c z ę s t o t l i w o ś c i ą .
Podczas przesuwa−
nia diodami dzięki bezwładności ludzkiego
oka widzimy całe obrazki. Nie ma tu żadnej
synchronizacji z ruchami ręki. Wbrew pozo−
rom nawet bez synchronizacji obrazki są
świetnie widoczne, a jej brak ma ten plus, że
nie jesteśmy zmuszani do jednostajnego ma−
chania układem tam i z powrotem. Możemy
wywijać „Widmem” na wszystkie strony,
obracać... i co tylko przyjdzie nam do głowy.

Kolejne linie

obrazka są wy−
świetlane i łado−
wane w obsłudze
przerwania

Ti−

mer0. Kod jego
obsługi widzimy
na listingu 1. Na−
raz obsługiwane
są dwie kolumny
obrazka. Informacja o tym która kolumna by−
ła ostatnio wyświetlona znajduje się w zmien−
nej Bit_przet_polowka. Procedura przerwania
uzależnia podejmowane działania od wartości
tej zmiennej. Jeżeli jest ona wyzerowana, je−
dyne co jest wykonywane to wyświetlenie
pierwszej kolumny. W przeciwnym wypadku
po wyświetleniu drugiej kolumny wywoływa−
na jest procedura Laduj_linie. Procedura ta
pobiera z odpowiedniej pamięci dane następ−

nych dwóch kolumn. Kod ten jest powtarzany
z eksperymentalnie dobraną częstotliwością.
Przy przerwaniu do timera nie jest wpisywana
żadna wartość – następne przerwanie wystąpi
po wykonaniu pełnego cyklu zliczania.

Lecz co siedzi w tajemniczych, wymienio−

nych wyżej procedurach? Na listingu 2 wi−
dzimy prościutkie procedury wyświetlania
obydwu kolumn. Zmienne B_bait1 i B_bait2
zawierają całe bajty wyświetlanego obrazka.
Zmienna B_polowki zawiera połówki bajtów
z kolumn. Zmienne te są inicjowane w pod−

programie Laduj_linie, który wi−
dzimy na Listingu 3. To, skąd
dane są ładowane, jest uzależ−
nione od stanu bitu Bit_bank_ee−
prom. Zmienna W_przet_linia
zawiera adres aktualnie przetwa−
rzanej linii. Gdy jej wartość bę−
dzie wskazywała na ostatnią li−
nię aktualnie wybranego obrazka
zostanie ona zainicjowana war−
tością ze zmiennej W_ad−

res_obrazka. Spowoduje to wyświetlanie
obrazka od początku.

Obsługą wy−

świetlania w ko−
dzie

programu

zajmują się je−
szcze trzy podpro−
gramy,

są

to:

Z m i e n _ b a n k ,
U s t a w _ p i e r w −
s z y _ o b r a z e k ,
Zmien_obrazek.
Opiszę tylko ogól−
nie ich działanie.

Pierwsza z nich umożliwia zmianę banku
obrazków między standardowym a zawartym
w EEPROM’ie. Gdy próbujemy zmienić bank
na EEPROM sprawdza ona, czy pamięć użyt−
kownika zawiera jakieś dane, jeśli nie to nie
realizuje ona przełączenia. Druga procedura
służy do inicjacji wszystkich zmiennych tak,
aby rozpoczęło się wyświetlanie pierwszego
obrazka z wybranego banku. Zmień_obrazek

inicjuje wszystkie zmienne na następny obra−
zek chyba, że aktualnie wyświetlany jest
ostatnim. Wtedy wywołuje ona podprogram
Ustaw_pierwszy_obrazek.

Serce naszego

programu, czyli
pętla główna, jest
malutkie, ale zu−
pełnie wystarcza−
jące. Widzimy je
na listingu 4.
Niewielki

roz−

miar tego ele−
mentu programu
udało się osią−
gnąć dzięki prze−
rzuceniu

więk−

szości zadań na
przerwania. Pro−
cedura On_przy−
cisk

rozróżnia

długie i krótkie
naciśnięcie przy−
cisku. W przypadku pierwszego zmienia
bank pamięci, w przypadku drugiego zmie−
nia aktualnie wyświetlany obrazek.

Po pętli głównej od razu widać, że zdecy−

dowałem się na użycie watchdog’a. Czasami
podczas wyłączania procesor zawieszał się,
gasił diody i pobierał w tym stanie tak mało
prądu, że kondensatory blokujące zasilanie
wystarczyły mu na utrzymanie tego nieprzy−
jemnego stanu przez dość długi czas. Watch−
dog ustawiony na około 0,5 sekundy skutecz−
nie usunął problem i dodatkowo przyczynił
się do ułatwienia procedury odbioru danych
z komputera.

Właśnie ostatnim fragmentem programu

jest moduł odpowiedzialny za transmisję.
Aby ułatwić zrozumienie algorytmu, warto
najpierw poznać przyjęty format transmito−
wanych danych. Do układu muszą być prze−
słane następujące informacje: 1 bajt – ilość
przesyłanych danych; 5 bajtów – identyfika−
tor, kolejne bajty muszą tworzyć napis „WID−
MO” z dużych liter; n Bajtów – dane w ilości
określonej w pierwszym bajcie, te bajty są
wpisywane bezpośrednio do pamięci eeprom.

Transmisja jest oparta na przerwaniu

URXC – odbioru znaku z portu szeregowego.
Pierwsza wersja układu korzystała z poleceń
INPUTBIN. Powodowało to, że przed prze−
słaniem danych należało układ wyłączyć
a następnie uruchomić go z przytrzymanym
przyciskiem. Uznałem, że w obecnej modzie

urządzeń PLUG&PLAY jest to rozwiązanie
nieeleganckie. Dzięki wykorzystaniu prze−
rwania wystarczy podpiąć działający układ do
komputera, nacisnąć „Wyślij” i jeżeli wszyst−
ko jest w porządku to diody zgasną na chwilę
a następnie układ rozpocznie wyświetlanie
pierwszego z odebranych obrazków.

Jak się okazało BASCOM nie inicjuje po−

rtu szeregowego, gdy w programie nie ma po−
leceń typu INPUT, OUTPUT... etc. Konieczne

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

Lipiec 2002

Rys. 2

Tab. 1

Ilość danych obrazka 1
Dane pierwszego obrazka
Ilość danych obrazka 2
Dane drugiego obrazka
...
Ilość danych obrazka n
Dane n−tego obrazka
0

Listing 1

On_timer:

If Bit_przet_polowka = 0 Then

Gosub Wyswietl_1
Bit_przet_polowka = 1

Else

Gosub Wyswietl_2
Gosub Laduj_linie

Bit_przet_polowka = 0

End If

Return

Listing 2

Wyswietl_1:

Portb = B_bait1
D11 = B_polowki.0
D09 = B_polowki.1
D07 = B_polowki.2
D05 = B_polowki.3

Return

Wyswietl_2:

Portb = B_bait2
D11 = B_polowki.4
D09 = B_polowki.5
D07 = B_polowki.6
D05 = B_polowki.7

Return

Listing 4

Petla_glowna:
Do

Debounce Przycisk , 0 ,

On_przycisk

Reset Watchdog

Loop
On_przycisk:

B_akumulator = 0
Do

If B_akumulator = 255

Then

Gosub Zmien_bank
Gosub Mignij
Goto Petla_glowna

Else

Incr B_akumulator

End If
Waitms 3
Reset Watchdog

Loop Until Przycisk = 1

Gosub Zmien_obrazek

Listing 3
Laduj_linie:

If Bit_bank_eeprom = 0 Then

B_polowki = Lookup(w_przet_linia , Dane_obrazki)
Incr W_przet_linia
B_bait1 = Lookup(w_przet_linia , Dane_obrazki)
Incr W_przet_linia
B_bait2 = Lookup(w_przet_linia , Dane_obrazki)

Else

Readeeprom B_polowki , W_przet_linia
Incr W_przet_linia
Readeeprom B_bait1 , W_przet_linia
Incr W_przet_linia
Readeeprom B_bait2 , W_przet_linia

End If

Incr W_przet_linia
W_akumulator = W_adres_obrazka + B_wielkosc_obrazka
If W_przet_linia >= W_akumulator Then

W_przet_linia = W_adres_obrazka

End If

Return

okazało się więc samodzielne wykonanie tej
czynności. Sposób inicjacji przedstawia
listing 5. Wszystko jest łatwe do zrozumienia
za wyjątkiem może ustawienia prędkości trans−
misji. Układ UART procesora AT90S2313 wy−
posażony jest we własny generator transmisji.
Potrzebną nam prędkość ustalamy wpisując do
rejestru UBRR wartość wyliczoną ze wzoru:
Prędkość transmisji = częstotliwość zegara /
16(1 + UBRR)
Po przekształceniu otrzymujemy:
UBRR = częstotliwość zegara / (16*prędkość
transmisji) – 1

Co dla częstotliwości transmisji 1200bps

i zegarze 4MHz daje wartość 207.

Niska szybkość transmisji została wybra−

na głównie dlatego, że zapis do pamięci ee−
prom zajmuje trochę czasu i przy zbyt dużej
szybkości układ „gubiłby” niektóre dane.

Całej procedury

transmisji nie pre−
zentuję ze względu
na jej znaczną obję−
tość. Zawiera ona
sporo odgałęzień IF...
ELSEIF... ELSE a to ze względu na obsługę
ewentualnych błędów. W przypadku błędu za−
pala się odpowiadająca mu dioda, a następnie
program przechodzi do miejsca pokazanego na
listingu 6. Możliwe błędy transmisji i odpo−
wiadające im diody przedstawia tabela 2.

Cała obsługa błędów została stworzona

w celu zapobiegnięcia przypadkowemu wy−
mazaniu pamięci użytkownika.

Tak właśnie to działa. W razie jakiś nieja−

sności polecam analizę kodu źródłowego,
szczególnie fragment odpowiedzialny za
odbiór danych.

Montaż i uruchomienie

Cały układ składa się z trzech płytek drukowa−
nych zaprezentowanych na rysunku 2. Osob−
no montujemy płytkę główną, osobno płytkę
baterii i osobno płytkę konwertera. Omawia−
nie montażu rozpocznę od ostatniej płytki.

Konwerter jest na tyle prosty, że można

go było co prawda zrealizować „na pająka”
ale ja nie jestem zwolennikiem tej techniki.
Zaprojektowałem maleńką płytkę która zna−
komicie mieści się w obudowie wtyczki
DB9. Montaż elementu rozpoczynamy od
przylutowania gniazda. To, jakiego ono bę−
dzie typu, (męskie / żeńskie) zależy od tego
czy chcemy konwerter podpiąć bezpośrednio
do portu, czy wykorzystamy w tym celu ka−
belek. Następnie montujemy elementy R13,
R14 i T1. Do złącza Q należy przylutować za
pomocą kabelków wtyk cinch. Całość umie−
szczamy w obudowie. Aby obudowa dała się
zamknąć prawdopodobnie konieczne okaże
się położenie tranzystora T1 na rezystorach.
Konwerter jest gotowy. Odkładamy go
i przygotowujemy się na zabawę wymagają−
cą już większego zaangażowania.

W tym momencie dobrze jest mieć przy−

gotowaną już rurkę której użyjemy na obudo−
wę. Można zastosować rurkę PCV do zimnej
wody o średnicy 21,2mm i grubości ścianki
1,7mm. Rurki tego typu powinny być bez
problemu dostępne w sklepach z artykułami
hydraulicznymi lub sklepach z armaturą.

Najpierw montujemy płytkę zasilacza.

Jest on przystosowany do użycia w nim typo−
wych baterii AAA. Kładziemy baterie na
płytkę i przymierzamy, czy całość mieści się
w rurce. Z obydwu stron miejsca na baterie
na końcach należy wyciąć podłużne otwory.
Miejsca te zaznaczone są grubszymi kreska−
mi po stronie opisu. Dobrze jest najpierw
wszystko przymierzyć, a potem robić otwory.
W otwór po stronie plusa baterii należy wpa−
sować sztywną blaszkę. Lutujemy ją od
spodu dużą ilością cyny. Całość musi wytrzy−
mać nacisk sprężyny z drugiej strony płytki.
Po drugiej stronie lutujemy właśnie spręży−
nę. Możemy wymontować ją z oprawki na

baterię. Powinna to być raczej obudowa z ba−
terii węższej niż AA. Sprężyna zyska więk−
szą wytrzymałość jeżeli umieścimy ją tak, że
jeden z jej zwojów będzie znajdował się
w zrobionym przez nas podłużnym otworze.

Aby utrzymać baterie na wyznaczonym

miejscu konieczne jest wykonanie obejm
z blaszek. Umieszczamy je w bocznych
wgłębieniach płytki. Dobrym rozwiązaniem
jest zastosowanie po jednej blaszce na każdą
baterię. Obejmy możemy przylutować do
płytki dużą ilością cyny.

Na końcu płytki (tym, po stronie plusa)

lutujemy zwyczajny przełącznik przykręcany
do płyty czołowej. Lutujemy go za najniższą
końcówkę a wyprowadzenie środkowe
podłączamy za pomocą srebrzanki do punktu
oznaczonego na płytce kółkiem.

Sprawdzamy raz jeszcze czy wszystko pa−

suje do rurki. W razie jakiś problemów doko−
nujemy odpowiednich korekcji. Proszę zwró−
cić uwagę, czy obejmy baterii nie blokują
płytki.

Ostatnią płytką jest płytka główna. Niestety

ze względu na wąskość płytki i dużą ilość ko−
niecznych połączeń nie udało mi się uniknąć
kilku zworek, a nawet kilku połączeń, które bę−
dziemy musieli poprowadzić wąskimi kabel−
kami. Zaczynamy od zworki pod układem U1.
Następnie łączymy punkty A z odpowiadają−
cymi im punktami B. Dobrze jest użyć do tego
cieniutkich kabelków. Oznaczenia punktów
B na płytce mogą być trochę niejasne. Najwy−
żej umieszczony napis odpowiada najwyższe−
mu punktowi. Na przykład po lewej stronie
najwyższy punkt to B1. Należy zwrócić uwagę
na prawidłowość przeprowadzenia tych połą−
czeń. Łatwo na tym etapie popełnić błąd, który
spowoduje błędne działanie układu. Ostatnim
takiego typu połączeniem jest +V z +V’.

Dalszy montaż przeprowadzamy typowo.

Diody LED nie zostały opisane ze względu
na brak miejsca na płytce. Nie przeszkadza to
jednak w ich montażu. Najlepiej użyć ultra−
jasnych lub niskoprądowych prostokątnych
diod 5x3mm. Diody należy zamontować jak
najbliżej płytki. Jeśli ktoś chce użyć diod
okrągłych zalecałbym montaż rezystorów
R1−R12 po stronie druku.

Przycisk S1 powinien mieć zdejmowany

klawisz dzięki czemu całość uda się wsadzić

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

Lipiec 2002

Rys. 2 Schemat montażowy

Tab. 2

Zapalona dioda

Opis błędu

D1 . . . . . . . . . . . .Zbyt duża liczba danych do przesłania

D2 . .Przesyłana dana powinna być ostatnia a nie jast = 0

D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Zły format − identyfikator

D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Błąd ramki − brak bitu stopu

Listing 5

Petla_glowna:
Petla_glowna:
Do

Debounce Przycisk , 0 , On_przycisk

Reset Ucr.2‘8bit
Ubrr = 207 ‘1200bps / 4MHz
Set Ucr.4

‘Aktywacja odbiornika

Enable Urxc

Listing 6

Blad_transmisji:

'Czekamy na reset z WDT

Disable Interrupts
Stop

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

Lipiec 2002

do rurki. W innym przypadku klawisz będzie
się blokował przy próbie włożenia.

Na końcu płytki znajduje się miejsce do

podłączenia konwertera. Sposób jego podłą−
czania zależy od konstruktora. Ja przyluto−
wałem do płytki gniazdo cinch za pomocą
odcinków srebrzanki.

Płytkę główną próbujemy włożyć do rur−

ki. Jeśli się nie mieści postępujemy z nią tak
samo jak z płytką zasilania. Jeśli diody są
ewidentnie za wysokie, może zajść koniecz−
ność ich zmiany na inne.

Płytki główną i zasilania łączymy ze sobą

za pomocą odcinków srebrzanki. Dodatkowo
od spodu połączenie można wzmocnić za po−
mocą cyny.

Elektrycznie urządzenie jest już sprawne.

Pozostaje nam tylko wykonać obudowę.
Z rurki obcinamy kawałek trochę dłuższy niż
połączone płytki zasilacza i główna. Przykła−
damy go obok widma i zaznaczamy miejsce
na wyświetlacz i przycisk. Należy zwrócić
uwagę na to, żeby nie zostały żadne zadziory
po wewnętrznej stronie rurki. Po stronie
włącznika możemy wykonać zaślepkę z po−
krywki z pudełka po filmie fotograficznym.
W tym celu wycinamy jego środkową część
– utworzy to coś na kształt kapsla. Rurka jest
trochę za szeroka, aby brzegi naszej zaślepki
mogły ją objąć. Należy jej koniec piłować
naokoło tak długo, aż zaślepka da się luźno
nałożyć. W zaślepce należy wyciąć otwór na
przełącznik.

Po złożeniu całości mamy już pełnowar−

tościową zabawkę! Otwór na diody można
upiększyć za pomocą prześwietlonej błony
fotograficznej. Osobiście nie przewidziałem
zaślepki na górę obudowy. Uważam, że nie
jest ona konieczna.

Obsługa układu

Chociaż już o tym wspominałem, chcę te in−
formacje zebrać osobno, ponieważ mogły się
one wydać za bardzo rozrzucone po treści ar−
tykułu.

Obsługa jest banalna: krótkie naciśnięcie

przycisku powoduje zmianę wyświetlanego
obrazka. Długie, aż do zamigania wyświetla−
cza, powoduje zmianę banku pamięci.

W celu programowania układu nie trzeba

nic robić oprócz podłączenia układu przez
konwerter do wolnego portu szeregowego
PC−ta. Układ jest cały czas gotowy na przyj−
mowanie danych.

Dodatki

Oprócz samego układu przygotowałem dla
Was dwa programy.

Pierwszy o nazwie „BitmapToWidmo” bę−

dzie wsparciem dla programistów. Jest to
program, którego sam używałem. Nie posia−
da on żadnych wodotrysków, ponieważ po
pierwsze pisałem go na przysłowiowym „ko−
lanie”, a po drugie wiem, jak różne bajery de−
nerwują, gdy ciężko pracujemy główką. Jego

zadanie jest proste: po położeniu na okienku
obrazka, jeżeli jego format jest właściwy
umieszcza on w schowku tekst, który może−
my wkleić do programu w BASCOM’ie.
Umieszcza on najpierw ilość danych obrazka
a następnie po znaku [ENTER] dane. Musi−
my jedynie dopisać słówko Data przed oby−
dwoma liniami i wykasować przecinek
z końca ostatniej linii. Ten nadmiarowy prze−
cinek wynika ze sposobu przekształcania
obrazka na dane i braku czasu na umieszcze−
nie procedur korekcji.

Mimo wymienionych niedogodności na−

rzędzie to naprawdę jest wygodne i bardzo
pomaga. Możecie mi wierzyć – obrazek
pierwszego serca przekształcałem na kartce!
Okropna robota.

Drugi program wyposażony już w wiele

upiększeń nazywa się „ProgramatorWidma”.
Jest to aplikacja dokonująca transferu obraz−
ków do pamięci użytkownika EEPROM
„Widma”. Jest on wyposażony w plik pomo−
cy uruchamiany za pomocą klawisza F1. Plik
pomocy starałem się napisać prosto i treści−
wie tak, że zapoznanie się z programem nie
powinno zająć więcej niż 5 minut. Z tego
względu tutaj ograniczę się do stwierdzenia,
że obsługa „Widma” z pomocą „Programa−
toraWidma” jest bardzo prosta i przyjemna.
Sprowadza się właściwie do przeniesienia
obrazków na okno programu i przyciśnięcia
przycisku wyślij. Polecam zapoznanie się
z tym programem, ponieważ dzięki niemu
można dowiedzieć się paru dodatkowych
rzeczy o układzie.

Obydwa programy akceptują monochro−

matyczne bitmapy o wysokości 12 pikseli,
przy czym ich szerokość musi być liczbą
parzystą.

Radosław Koppel

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11−R

R1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..330000

Ω

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

Kondensatory
C

C11,,C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333ppFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//1166V

Półprzewodniki
D

D11−D

D1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

Diiooddyy LLEED

D 33xx55m

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

C554488

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT9900S

S22331133 ((zzaapprrooggrraam

moow

waannyy))

Różne
S

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

Prrzzyycciisskk zzee zzddeejjm

moow

waannyym

m kkllaaw

wiisszzeem

X11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..R

Reezzoonnaattoorr kkw

waarrccoow

wyy 44M

Hzz

22−ppoozzyyccyyjjnnyy,, pprrzzyykkrręęccaannyy nnaa ppłłyyttęę cczzoołłoow

wąą,, pprrzzeełłąącczznniikk zzaassiillaanniiaa

Spprręężżyynnkkaa zz ppuuddeełłkkaa nnaa bbaatteerriiee
B

Bllaasszzkkii ((nnpp.. zz dduużżeeggoo pprrzzeekkaaźźnniikkaa))
G

Gnniiaazzddoo cciinncchh
W

Wttyykk cciinncchh
W

Wttyykk D

B99 w

w w

weerrssjjii uuzzaalleeżżnniioonneejj oodd ttyyppuu uukkłłaadduu ((ppaattrrzz tteekksstt))

Obbuuddoow

waa nnaa w

wttyykk D

B99

Płytka drukowana jest dostępna w sieci

handlowej AVT jako kit szkolny AVT−3017

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

Lipiec 2002

Podzespoły

Większe i mniejsze silniki krokowe są obec−
nie bardzo często wykorzystywane w rozma−
itych urządzeniach. Jednocześnie dla bardzo
wielu zarówno zrozumienie zasady działania
tych silników, jak i sposobu ich sterowania
wydaje się wyjątkowo trudne. Utwierdza
w takim przekonaniu dziwna budowa oraz
obecność kilku, zwykle 4...8 wyprowadzeń.
Budowa popularnego silnika pokazana jest
na fotografii 1 i fotografii tytułowej. Na do−
miar złego istnieje kilka typów silników kro−
kowych, kilka sposobów sterowania, a w po−
szczególnych źródłach stosuje się odmienną
terminologię. Stosowane nazwy i określenia
straszą początkujących. Oto przykłady: silni−
ki reluktancyjne, hybrydowe, bifilarne, unifi−
larne, bipolarne, unipolarne; sterowanie peł−
nokrokowe, półkrokowe, mikrokrokowe,
jednofazowe, dwufazowe, itp.

Jeśli ktoś się nie da zdeprymować i zajmie

tymi pożytecznymi elementami, szybko się
przekona, że całe zagadnienie wcale nie jest

trudne. Silniki krokowe to miłe i wdzięczne
stworzenia, które można sterować z wyko−
rzystaniem bardzo prostych sposobów. Jedy−
nie osoby, które chcą „wycisnąć” z tych silni−
ków absolutnie wszystko, co się tylko da, po−
winny wgłębić się w temat, poznać zaawan−
sowane zagadnienia sterowania mikrokroko−
wego, złożone sterowniki i specyficzne spo−
soby sterowania.

Aby łagodnie wprowadzić w temat zupeł−

nie niezorientowanego Czytelnika, w tym ar−
tykule zaczniemy od najpopularniejszych sil−
ników i ich sterowania, a dopiero potem
przejdziemy do pokazania szerszego obrazu
zagadnienia.

Silniki krokowe, zwane też skokowymi,

przekształcają impulsy elektryczne w ruchy
mechaniczne. Każdy impuls podany na
uzwojenia silnika powoduje obrót wirnika

o niewielki kąt. Czym większa czę−
stotliwość impulsów sterujących,
tym szybciej obraca się wirnik. Kie−
runek obrotów zależy od sekwencji
impulsów zasilających uzwojenia.
Ponieważ pojedynczy skok wirnika
w większości silników krokowych
jest mały, około 0,72...3,6 stopnia,
podając odpowiednią liczbę impul−
sów można precyzyjnie ustawić wir−
nik w potrzebnym położeniu. Choć
maksymalna prędkość obrotowa nie
jest imponująca (rzędu kilku, kilku−
nastu obrotów na sekundę), silniki
takie mają szereg zalet. Znakomicie

sprawdzają się tam, gdzie potrzebny jest kon−
trolowany ruch. Dużą zaletą silników kroko−
wych jest możliwość pracy z bardzo małymi
prędkościami obrotowymi, przy czym silnik
dysponuje cały czas swym pełnym momen−

tem obrotowym. Dzięki temu zastępują sto−
sowane wcześniej klasyczne silniki z prze−
kładnią i kosztowne serwomechanizmy. Jed−
ną z najbardziej znaczących zalet jest możli−
wość pracy w pętli otwartej. Praca w pętli
otwartej oznacza, że nie potrzeba sprzężenia
zwrotnego i informacji o aktualnym położe−
niu wirnika. Nie potrzeba kosztownych ele−
mentów sprzężenia zwrotnego, takich jak en−
kodery optoelektroniczne czy inne czujniki.
Aktualna pozycja wirnika wyznaczona jest
przez liczbę podanych impulsów.

Silniki krokowe nie mają szczotek, komu−

tatora ani innych elementów, gdzie występu−
je znaczne tarcie, więc są bardzo trwałe. Ich
trwałość wyznaczona jest przez żywotność
łożysk. Dają się bardzo precyzyjnie stero−
wać. Częstotliwość impulsów sterujących
wyznacza prędkość obrotową. Każdy impuls
obraca wirnik o ściśle określony, niewielki
kąt, więc przemieszczenie wirnika i napędza−
nych elementów dokładnie odpowiada licz−
bie impulsów sterujących. Silniki krokowe
zdobyły ogromną popularność, co nie zna−
czy, że są najlepsze ze wszystkich silników.
Do niektórych zastosowań w ogóle się nie
nadają, bo na przykład nie mogą pracować
przy dużej prędkości obrotowej.

Silnik

O różnorodności rynkowej oferty w zakresie
silników krokowych może świadczyć choćby
strona internetowa poważnego dystrybutora,
na przykład poznańskiej firmy Wobit:
www.wobit.com.pl

Generalnie silniki krokowe są dość ko−

sztowne, dlatego hobbyści rzadko korzystają
z bogatej oferty rynkowej. Z reguły wykorzy−
stują silniki z odzysku, najczęściej ze starych

Fot. 1

Część 1 − dla niecierpliwych praktyków

Podzespoły

drukarek. Właśnie taki silnik pokazany jest
na fotografii wstępnej. Fotografia 2 pokazu−
je dwa podobne „drukarkowe” silniki. Nie
mając żadnych danych technicznych takiego
silnika z odzysku należy przede wszystkim
ustalić typ i układ wyprowadzeń, natomiast
maksymalną moc można ocenić w czasie
prób praktycznych na podstawie temperatury
obudowy. Moc typowych silników tego typu
wynosi 1...20W, zależnie od rozmiarów.

Najpopularniejsze silniki krokowe mają

cztery uzwojenia, a właściwie dwie pary
uzwojeń. Początkujących czasem przestrasza
fakt, że liczba wyprowadzeń silnika bywa
różna. Nie należy się tym przejmować, tylko
trzeba sprawdzić zwyczajnym omomierzem,
jak są połączone te uzwojenia. Omomierz od−
daje nieocenione usługi podczas identyfikacji
uzwojeń, przy czym ich oporność wskazuje
z grubsza moc silnika. Bardzo często silnik
ma sześć wyprowadzeń, a układ połączeń wy−
gląda jak na rysunku 1. Identyfikacja koń−
cówek za pomocą omomierza jest wtedy ba−
nalnie prosta. W publikacjach często podaje się
stosowane kolory przewodów, ale kolory te

w silnikach różnych producentów są inne – kil−
ka przykładów zamieszczono na rysunku 2.

W niektórych silnikach wyprowadzonych

przewodów jest tylko pięć, a układ połączeń
wygląda, jak na rysunku 3. Łatwo wtedy z po−
mocą omomierza określić przewód wspólny, ale
nie sposób określić, które dwa uzwojenia tworzą
parę. Nie jest to dużym utrudnieniem – ostatecz−
nej identyfikacji można łatwo dokonać po dołą−
czeniu silnika do (prostego) sterownika, zamie−

niając końcówki uzwojeń.

Rzadko zda−

rza się, że silnik
ma aż osiem
wyprowadzeń
według rysun−
ku 4. Pozwala
wtedy zrealizo−
wać wymyślne
sposoby stero−
wania, ale przy

najprostszym sposobie trzeba je połączyć, by
tworzyły dwie pary uzwojeń, jak na rysunkach
1 i 3. Na pierwszy rzut oka może to być trudne,
ale wtedy powinny pomóc kolory przewodów.
Chodzi o to, by nie tylko odnaleźć pary uzwo−
jeń, ale też zachować odpowiednią fazę – dlate−
go na rysunku 4 kropkami oznaczono początki
uzwojeń. Pomocą przy łączeniu może być rysu−
nek 5 z przykładowymi kolorami przewodów.

Nie musisz wiedzieć, które przewody

są „początkami” oznaczonymi A+, B+,
a które „końcami” oznaczonymi A−, B−.
Zidentyfikuj tylko prawidłowo pary
uzwojeń i ich „środki” oznaczone COM

A, COM B. Zamiana miejscami A+ i A− (albo
B+ z B−) zmienia tylko kierunek wirowania.

Powyższe wskazówki dotyczą najczęściej

spotykanych silników czterouzwojeniowych.
Jeżeli posiadany przez Ciebie silnik ma trzy
uzwojenia, albo jeszcze inny układ uzwojeń
(na przykład silniki krokowe z napędów sta−
rych dyskietek 5,25 cala), trzeba dla niego
zastosować odmienne sposoby sterowania –
zagadnienia te będą omówione w przyszło−
ści. Ten artykuł dotyczy tylko najpopularniej−
szych silników z dwoma parami uzwojeń.

Sterowanie

Podstawowe zasady sterowania tych najpopu−
larniejszych silników z czterema uzwojenia−
mi są bardzo proste. Najprostszy układ poka−
zany jest na rysunku 6. Każda para uzwojeń
jest sterowana przez klucz−przełącznik. Sche−
mat ten ilustruje ważną zasadę sterowania:
w danym momencie nie mogą być zasilane
oba uzwojenia z jednej pary. Przełączniki są
przełączane na przemian, przez co uzyskuje
się potrzebną prędkość i kierunek obrotu.

Czytelnicy, którzy nigdy nie mieli do czy−

nienia z silnikami krokowymi, powinni zbu−
dować najprostszy ręczny sterownik według
rysunku 6 i wypróbować jego działanie. Na−
leży zacząć od niskich napięć zasilania, np.
2...3V i ewentualnie zwiększyć je tak, żeby
w czasie takich testów silnik nie był gorący,
a co najwyżej ciepły. Zasilacz powinien mieć
odpowiednią wydajność – rezystancja uzwo−
jeń silnika może być rzędu kilku omów, więc
należy liczyć się z prądami 0,5...1A. Mały
silnik ze starej drukarki, pokazany na foto−
grafii wstępnej, ma rezystancję jednego
uzwojenia równą 5

Ω

Warto założyć na wałek silnika jakąkol−

wiek „wskazówkę”, by łatwiej zaobserwo−
wać ruch wirnika, a następnie dociec, jaka
sekwencja ustawień powoduje obrót w jed−
nym i w drugim kierunku.

Doświadczenie takie pokazuje ostatecznie,

że silniki krokowe można nazwać „silnikami
cyfrowymi”, ponieważ ich prędkość obrotowa
i kierunek ruchu nie zależą od wartości napięć,
tylko od kolejności dołączania zasilania do
poszczególnych uzwojeń. Zupełnie niezorien−
towani zdziwią się przy takich eksperymen−
tach, że przy przełączaniu wirnik wykonuje
tylko maleńki ruch, a do uzyskania jednego
pełnego obrotu wirnika trzeba przełączyć
przełączniki od kilkudziesięciu do kilkuset

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

Lipiec 2002

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

Fot. 2

Rys. 5

Rys. 6

razy (zależnie od typu i budowy silnika). Już
to sugeruje, że silniki krokowe nie mogą pra−
cować z dużą prędkością obrotową. Nawet
przy zastosowaniu szybkich przełączników
elektronicznych maksymalna prędkość obro−
towa typowego silnika krokowego sięga co
najwyżej kilku obrotów na sekundę, czyli
kilkuset obrotów na minutę. Przy większych
prędkościach silnik szybko traci moc. Dają
też o sobie znać rezonanse mechaniczne
i elektryczne, dlatego dużej prędkości nie da
się tu uzyskać − silnik niejako się „zadusi”.

Układ z przełącznikami z rysunku 6 po−

zwala zrealizować tylko jeden ze sposobów
sterowania, bo w danej chwili zawsze zasila−
ne są dwa z czterech uzwojeń. Sposób z prze−
łącznikami trzypozycyjnymi według rysun−
ku 7 daje więcej możliwości: w danej chwili

może być zasilane dwa, jedno lub żadne
z czterech uzwojeń. Także i tu nigdy nie są
zasilane oba uzwojenia z jednej pary, co jest

żelazną zasadą sterowania silni−
ków omawianego rodzaju.

Kto ma dwa takie trzypozy−

cyjne przełączniki, może prze−
prowadzić stosowne ekspery−
menty.

W praktyce zamiast przełącz−

ników mechanicznych, do stero−
wania silników krokowych stosu−
je się tranzystory. Tranzystor, bi−
polarny czy MOSFET pełni tu ro−
lę przełącznika: jest albo zatkany,
albo całkowicie otwarty. Wobec
tego do sterowania można wyko−
rzystać sekwencję impulsów wy−
twarzaną przez układy cyfrowe
albo mikroprocesor. Warto pa−
miętać, że przełączaniu ulegają
uzwojenia, mające jakąś indukcyjność. Pod−
czas przerywania prądu w indukcyjności wy−
twarza się napięcie samoindukcji, które może
mieć bardzo dużą wartość. Dlatego stosując

tranzystory należy
dodać

elementy

chroniące

przed

przepięciami. Mogą
to być dobrane kon−
densatory według
rysunku 8a, ale
częściej stosuje się
diody według ry−
sunku 8b. „Górne”
diody włączone są
analogicznie,

jak

w przypadku prze−
kaźników. Obcinają
one dodatnie szpil−
ki,

powstające

w chwili wyłącza−

nia prądu w „swoich” cewkach. „Dolne” dio−
dy są potrzebne, bo dwa uzwojenia jednej pa−
ry są ze sobą sprzężone i tworzą autotransfor−
mator. Gdy w uzwojeniu, gdzie zanika prąd,
powstaje dodatnie przepięcie likwidowane
przez „górną” diodę, w drugim uzwojeniu
z danej pary powstaje wtedy impuls ujemny,
obcinany przez diodę „dolną”.

Amatorzy stosując tranzystory mocy

MOSFET często pomijają takie diody i oka−
zuje się, że duże MOSFET−y nie ulegają
uszkodzeniu ze względu za swe specyficzne
cechy i zdolność do przeciążeń. W przypadku
tranzystorów bipolarnych diody takie (przy−
najmniej diody „górne”) należy stosować. Po−
winny to być diody szybkie, a nie zwykłe dio−
dy prostownicze. W przypadku mniejszych sil−
ników warto wykorzystać popularny układ
scalony ULN2803, który ma w sobie osiem
tranzystorów Darlingtona o prądzie maksy−
malnym 0,5A i osiem diod zabezpieczających.

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

Lipiec 2002

Podzespoły

Rys. 8

Rys. 9

Rys. 10

Rys. 7

Układ wyprowadzeń i budowa układu
ULN2803 pokazane są na rysunku 9. Kana−
ły można łączyć równolegle, uzyskując ste−
rownik o prądzie do 1A, jak pokazuje
rysunek 10a. Taki układ wykonawczy
można śmiało stosować w przypadku małych
silników krokowych. Jeśli prąd przekracza
1A, należy zastosować cztery MOSFET−y,
np. BUZ10, IRF530 według rysunku 10b.

Na cztery wejścia sterujące należy podać

odpowiednią sekwencję stanów logicznych.

Rysunek 11a pokazuje przebiegi i przy−

kład realizacji najprostszego sposobu: w da−
nej chwili zasilane jest tylko jedno z czterech
uzwojeń. Sekwencja sterująca A+ B+ A− B−
powtarza się co cztery impulsy generatora
taktującego. Taki sposób nazywany jest ste−
rowaniem falowym lub jednofazowym.

„Rozdzielaczem” impulsów może być rejestr
przesuwny, a w tym wypadku jest nim licznik
4017 pracujący w skróconym cyklu.

A tak na marginesie: w taki najprostszy

sposób można też sterować stare silniki kro−
kowe z napędów dyskietek, które mają 3...5
uzwojeń.

Kierunek obrotów silnika z dwoma parami

uzwojeń możesz zmienić w różny sposób, naj−
prościej chyba będzie zamienić miejscami
końcówki dwóch uzwojeń jednej z par, za po−
mocą przełącznika albo przekaźnika K we−
dług rysunku 11b. Sposób sterowania we−
dług rysunku 11 nie jest zalecany, bo przy
wysterowaniu w danej chwili tylko jednego
uzwojenia możliwości silnika są wykorzysta−
ne w niewielkim stopniu. Dużo częściej
stosuje się sposób, w którym zawsze pracują
dwa z czterech uzwojeń. Rysunek 12a poka−
zuje przebiegi i przykład realizacji sterowa−

nia dwufazowego. Ten bardzo prosty sposób
możesz wykorzystywać w praktyce. Przebie−
gi A+ i B+ są przesunięte względem siebie,
a przebiegi A−, B− są zanegowanymi sygnała−
mi A+, B+. Przebiegi takie łatwo wytworzyć
z pomocą np. układu scalonego 4013 zawie−
rającego dwa przerzutniki D, przy czym ob−
wód zerowania nie jest potrzebny – na rysun−
ku pojawił się tylko w celach edukacyjnych.
Kierunek obrotów można zmieniać dodając
dwie bramki EX−OR lub EX−NOR (kostki
4030, 4077) według rysunku 12b. W ste−
rowniku można wykorzystać dowolny gene−
rator przebiegu prostokątnego. Jego często−
tliwość określi prędkość obracania wirnika.

W roli sterownika można też wykorzystać

mikroprocesor. Wtedy cztery przewody z sy−
gnałami sterującymi A+, B+, A−, B− potraktu−
jemy jako szynę, na którą będą wysyłane ko−
lejno cztery (czterobitowe) liczby dwójkowe.
Można wysłać liczby według tabeli 1, zgo−
dnie z rysunkiem 12a, przy czym określenia
obroty w lewo i obroty w prawo są umowne.

Przy pierwszych próbach z nieznanym sil−

nikiem częstotliwość taktująca nie powinna
być większa, niż 50Hz. Spodziewana prędkość
obrotowa wyniesie wtedy 0,25...1obr/sek, za−
leżnie od silnika. Jeśli silnik nie ruszy, tylko
będzie lekko drgać, będzie to wskaźnikiem, że
źle podłączyłeś przewody i zasilasz jednocze−
śnie dwa uzwojenia z jednej pary. Przełączając
końcówki silnika w takim układzie pracy mo−
żesz zidentyfikować pary uzwojeń w silniku
pięcioprzewodowym według rysunku 3. Jeśli
silnik zacznie poprawnie pracować, można

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

Lipiec 2002

Podzespoły

Tabela 1

Rys. 11

Rys. 12

obroty w prawo

liczba dwójkowa

dziesiętnie

A+

B+

A−

B−

i tak dalej

obroty w lewo

liczba dwójkowa

dziesiętnie

A+

B+

A−

B−

i tak dalej

zwiększyć częstotliwość generatora, ewentu−
alnie zwiększyć napięcie zasilania i spraw−
dzić maksymalną prędkość obrotową danego
silnika oraz jego moment obrotowy. Nie
spodziewaj się cudów – silniki krokowe prze−
znaczone są do pracy przy małych i znikomo
małych prędkościach obrotowych, a ich moc
jest niewielka. Jeden obrót na sekundę to już
dla takiego silnika sporo. W przypadku silni−
ków z odzysku, niewiadomego pochodzenia,
trudno precyzyjnie określić ich napięcie pracy
i moc. Napięcie pracy można dobrać samo−
dzielnie na podstawie temperatury obudowy
silnika w czasie pracy. Silnik jako urządzenie
elektromechaniczne jest dość odporny na
wzrost temperatury. Maksymalne napięcie za−
silania można zwiększać dopóty, dopóki tem−
peratura

obudowy

nie

wzrośnie

+80...90

C. Czyli w czasie pracy silnik może

być tak gorący, że nie będzie można dotknąć
go ręką. W praktyce takie sposoby szacowa−
nia możliwości silnika są wystarczające. War−
to tylko pamiętać, że przy tak określonej mo−
cy maksymalnej, prądy pracy mogą sięgnąć
kilku amperów i należy stosować wtedy czte−
ry MOSFET−y mocy (np. BUZ10, BUZ11,
IRF530, IRF540), a nie układ ULN2803.

Kroki i półkroki

Sposoby według rysunków 11 i 12 zapewnia−
ją tak zwane sterowanie pełnokrokowe.
Układy według rysunku 12 bywają stosowa−
ne w praktyce. Częściej wykorzystywany jest
jednak nieco inny sposób nazywany sterowa−
niem półkrokowym. Przy sterowaniu półkro−
kowym jednocześnie zasilane jest albo jedno,
albo dwa uzwojenia. Mówimy też wtedy o

sterowaniu pośrednim między jedno− i dwu−
fazowym. O ile przy sterowaniu pełnokroko−
wym sekwencja sterująca powtarza się co
cztery impulsy generatora taktującego, przy
sterowaniu półkroko−
wym − co osiem impul−
sów.

Rysunek

wskazuje, że sekwen−
cja przy sterowaniu
półkrokowym jest nie−
jako połączeniem obu
sekwencji pełnokroko−
wych według rysun−
ków 11 i 12. Sprawdź,
że i tu nigdy nie są za−
silane

jednocześnie

dwa uzwojenia z jed−
nej pary. Choć w pew−
nych chwilach zasilane
jest tylko jedno uzwo−
jenie, a więc uzyskiwany
moment obrotowy jest
nieco mniejszy, niż
w układzie z rysunku 12,
sterowanie półkroko−
we ma swoje zalety, m. in.: silnik przy (sto−
sunkowo) wysokich obrotach ma znacznie
mniejszą skłonność do rezonansów i można
uzyskać mniejszy skok elementarny (właśnie
pół kroku), co w niektórych zastosowaniach
jest bardzo pożądane.

W przebiegach sterujących łatwo zauwa−

żyć pewną regularność – zawsze mamy im−
puls o czasie trzech taktów i przerwę o długo−
ści pięciu taktów. W praktyce wytworzenie
czterech takich przesuniętych przebiegów nie
jest już takie łatwe, jak przy sterowaniu peł−

nokrokowym

we−

dług rysunku 12.
Dlatego w najprost−
szych systemach sto−
suje się często ste−
rowniki według ry−
sunku 12, a sterowa−
nie półkrokowe we−
dług rysunku 13 rea−
lizuje się najczęściej
przy wykorzystaniu
m i k r o p r o c e s o r a .
Można też wykorzy−

stać względnie prosty sposób

z kostką 4017 (4022) i siecią 12
diod i przełącznikiem kierunku
K według rysunku 14, ewentu−
alnie inny układ z wykorzysta−
niem rejestrów przesuwnych.

Przy zastosowaniu mikro−

procesora traktuje się cztery li−
nie sterujące jako szynę cztero−
bitową, na którą podawane są
odpowiednie liczby dwójkowe.
Tabela 2 pokazuje przykłado−
wą sekwencję sterującą wysyła−
ną na cztery młodsze bity portu
procesora. Zmiana kierunku wi−

rowania polega tu na odwróceniu kolejności
impulsów w sekwencji sterującej, co w przy−
padku programu mikroprocesorowego jest
łatwe do zrealizowania.

Podsumowanie

Podane informacje wskazują, że silników kro−
kowych w żadnym wypadku nie trzeba się bać.
Mogą być z powodzeniem sterowane w prosty
sposób, a potrzebne sterowniki wykona nawet
mało doświadczony elektronik. Warto też na−
wet dla czystej ciekawości „dotknąć” tego te−
matu – zdobycie czterouzwojeniowego silnika
krokowego, pochodzącego ze starej drukarki
czy innego urządzenia nie powinno być pro−
blemem, a wykonanie opisanych układów
i eksperymentów da dużo radości.

Chętni, którzy zechcą zagłębić temat sil−

ników krokowych i sposobów sterowania
znajdą wiele cennego materiału w kolejnych
częściach artykułu, które niebawem ukażą
się w EdW.

Leszek Potocki

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

Lipiec 2002

Podzespoły

Rys. 13

Rys. 14

obroty w prawo

liczba dwójkowa

numer

A+

B+

A−

B−

dziesiętnie

pracujące

taktu

Px.3

Px.2

Px.1

Px.0

uzwojenia

dwa

jedno

dwa

jedno

dwa

jedno

dwa

jedno

dwa

jedno

dwa

jedno

dwa

jedno

dwa

jedno

dwa

i tak dalej

Tabela 2

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

Lipiec 2002

W EdW 11/2001 ogłosiliśmy konkurs na najlepszą pracę dyplomową.
Zdecydowana większość prac napłynęła w wyznaczonym terminie, tyl−
ko kilku uczestników opóźniło się ze względu na przesunięcie obrony
pracy na czerwiec. Zgodnie z planami, komisja oceniła nadesłane pra−
ce pod koniec maja i już 7 czerwca 2002 we Wrocławiu, w siedzibie
głównego sponsora, firmy Tespol Sp. z o.o., odbyło się uroczyste prze−
kazanie nagrody głównej. Oto zwycięzcy konkursu:

Miejsce 1:

Mikroobrabiarka sterowana numerycznie

utto

orrzzy

y:: A

drrzze

ejj R

dzze

eń

ń, T

szz G

brriie

ellc

czzy

Prro

otto

orr:: m

grr iin

nżż.. A

m W

oś

Zespół Szkół Elektrycznych im. T. Kościuszki w Opolu Technikum
Elektryczne
Praca ta zajęła 1 miejsce w eliminacjach wojewódzkich (Opole) „Tur−
nieju młodych mistrzów techniki”. 6 czerwca autorzy pracy obronili ją
w szkole na „6”.

Miejsce 2:

Trójkolorowa tablica świetlna

utto

orrzzy

y:: Ł

Łu

szz S

kii,, Ł

Łu

szz M

ajje

kii,, R

affa

ałł K

orry

ytte

Prro

otto

orr:: m

grr iin

nżż.. W

Wiie

słła

w S

wiic

czz

Zespół Szkół Elektronicznych w Bydgoszczy, ul. Karłowicza 20

Miejsce 3:

Rzutnik widmowy

utto

orr:: Ł

Łu

szz C

hrra

Prro

otto

orr:: M

arre

k C

hiim

miia

Zespół Szkół Mechanicznych w Sanoku, ul. Stróżowska 15

Zwycięska szkoła z Opola otrzymała oscyloskop TDS210 firmy Tektronix,
ufundowany przez Tespol Sp. z o.o. Dwaj Autorzy pracy otrzymali profesjo−
nalne multimetry firmy Tektronix. Autorzy prac, które zajęły drugie i trzecie
miejsce otrzymają praktyczne upominki od firmy Tektronix oraz roczne pre−
numeraty E

Elle

kttrro

niik

kii d

dlla

a W

szzy

sttk

kiic

h, E

Elle

kttrro

niik

kii P

Prra

ktty

czzn

ejj i E

Elle

kttrro

niik

Niektóre spośród nadesłanych prac dyplomowych to projekty, mogące za−
interesować wielu Czytelników. Zostaną one
opisane w następnych numerach EdW, a Auto−
rzy otrzymają honoraria.
Na uroczystość wręczenia pierwszej nagrody
do Wrocławia przybyli Autorzy pracy: T

szz

brriie

ellc

czzy

k i A

drrzze

ejj R

dzze

eń

ń, promotor pracy

dyplomowej − mgr inż. A

m W

oś

ś i przedsta−

wiciel redakcji EdW − redaktor Z

biig

niie

w O

Orrłło

w−

kii. Honory gospodarza z zaangażowaniem

i widoczną przyjemnością pełnił nie kto inny,
tylko Prezes Zarządu firmy Tespol − mgr inż.
S

Stta

niis

słła

w Z

ajją

ąc

c. Po uzasadnieniu decyzji i wrę−

czeniu nagród uczestnicy spotkania mogli
zapoznać się z działalnością firmy Tespol, która
od kilkunastu lat zajmuje się aparaturą kontrol−
no−pomiarową wiodących światowych produ−
centów. Tespol obecnie jest autoryzowanym
przedstawicielem (dystrybucja, wyłączny auto−
ryzowany serwis, wypożyczanie, doradztwo)
firm Tektronix − USA, Rohde&Schwarz − Niem−
cy, Advantest − Japonia, Pendulum − Szwecja.
Po uroczystości gospodarz podjął uczestni−
ków uroczystym obiadem w eleganckiej re−
stauracji na pięknym wrocławskim rynku.

Tespol w osobie jej Prezesa wyraził zainteresowanie dalszymi losami ucze−
stników konkursu. Pan Stanisław Zając zachęcił laureatów, by utrzymywa−
li kontakt z firmą Tespol i przyglądali się pracy jej działu serwisowego.
Ponieważ nagrody były niezwykle cenne, wraz z laureatami konkursu
i promotorem, do Tespolu przyjechali „ochroniarze” (czytaj: koledzy z tej
samej klasy) z Technikum Elektrycznego w Opolu. Dodatkowym miłym
akcentem było wręczenie wszystkim obecnym, także „ochroniarzom”,
firmowych upominków. Warto wspomnieć, że obecny był m.in. znany
ze Szkoły Konstruktorów i opublikowanych w EdW kilku projektów −
Grzegorz Kaczmarek z Opola. Dało się zauważyć, iż uczniowie mają
bardzo dobry kontakt z nauczycielem, który według ich opinii jest wy−
magający, ale niezwykle przystępny i sympatyczny. Opolska szkoła zdo−
była już kilka prestiżowych nagród w różnych konkursach technicznych,
co dobrze świadczy o poziomie nauczania. Zarówno laureaci, jak rów−
nież ich koledzy wybierają się na Politechnikę Wrocławską.
Redakcja Elektroniki dla Wszystkich uznaje konkurs za bardzo udany.
Szczególne podziękowania należą się prezesowi zarządu firmy Tespol
Sp. z o.o. Panu Stanisławowi Zającowi za ufundowanie głównej nagro−
dy i profesjonalne przygotowanie uroczystości.
Więcej informacji o firmach Tespol i Tektronix można znaleźć pod adresem:
www.tespol.com.pl www.tektronix.com

R o

o z

z w

w ii ą

ą z

z a

a n

n ii e

e k

k o

o n

n k

k u

u r

r s

s u

u R

R o

o z

z w

w ii ą

ą z

z a

a n

n ii e

e k

k o

o n

n k

k u

u r

r s

s u

u R

R o

o z

z w

w ii ą

ą z

z a

a n

n ii e

e k

k o

o n

n k

k u

u r

r s

s u

u R

R o

o z

z w

w ii ą

ą z

z a

a n

n ii e

e k

k o

o n

n k

k u

u r

r s

s u

Wielki konkurs na najlepszą pracę dyplomową roku 2001/2002

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

Lipiec 2002

Układ (a−)logarytmujący

Jeśli w obwodzie sprzężenia zwrotnego
wzmacniacza odwracającego umieścimy ele−
menty nieliniowe otrzymamy szereg interesu−
jących układów. Szczególnie godny uwagi jest
prosty układ z jedną zwyczajną diodą krzemo−
wą. Na rysunku 38 pokazany jest podstawo−
wy schemat wzmacniacza logarytmującego.

Przed laty wzmacniacze logarytmujące

i alogarytmujące były stosowane do zaawan−
sowanej obróbki sygnałów analogowych,
między innymi do ich mnożenia, dzielenia,
potęgowania i pierwiastkowania. Dziś dostęp−
ne są gotowe scalone układy mnożące, pozwa−
lające realizować takie zadania w sposób nie−
porównanie prostszy. Ponadto rozwój techniki
cyfrowej spowodował, że częstokroć takie
operacje łatwiej i taniej mogą być wykonane
przez mikroprocesor. Choć precyzyjne analo−
gowe układy (a−)logarytmujące praktycznie
nie są dziś wykorzystywane, warto poznać
ogólną zasadę ich działania. Uproszczone we−
rsje można, w razie potrzeby, zastosować
w mniej dokładnych przyrządach pomiaro−
wych i wskaźnikach.

Układ z rysunku 38 pracuje tylko przy jed−

nym, zaznaczonym kierunku przepływu prą−
du. Sygnałem wejściowym jest w zasadzie

prąd, ale przy zastosowaniu wejściowego re−
zystora R1 – napięcie. Kluczowym elemen−
tem jest tu zwykła dioda krzemowa i jej nieli−
niowa charakterystyka prądowo−napięciowa.
Napięcie na diodzie jest proporcjonalne do lo−
garytmu płynącego przez nią prądu. Zależnie
od maksymalnego napięcia wejściowego na−
leży dobrać wartość R1. Maksymalna wartość
prądu nie powinna przekraczać 0,2...1mA,
przy większych prądach pojawia się znaczny
błąd związany z wewnętrznymi rezystancja−
mi. Szerszy zakres prądów pracy daje zasto−
sowanie tranzystora w układzie według ry−
sunku 39a, gdzie wykorzystuje się logaryt−
miczną zależność napięcia U

i prądu kolek−

tora. Rysunek 39b pokazuje uzyskaną cha−
rakterystykę – duże zmiany sygnału (dodat−
niego) napięcia wejściowego powodują nie−
wielkie zmiany (ujemnego) napięcia wyjścio−
wego. Teoretycznie można byłoby przedłużyć
charakterystykę w stronę mniejszych prądów

i napięć, jak pokazuje linia przerywana (dobre
tranzystory utrzymują logarytmiczną zależ−
ność do prądów rzędu ułamków nanoampera
do nawet kilku miliamperów), ale problemem
będą napięcia niezrównoważenia, prądy pola−
ryzacji wzmacniacza operacyjnego oraz szu−
my. Właśnie ze względu na te czynniki lepiej,
gdy sygnałem wejściowym jest prąd. Jednak
również i tu prąd nie powinien przekraczać
1mA.

Oba zaprezentowane układy mają współ−

czynnik przetwarzania około 60mV/dekadę.
To znaczy, ze dziesięciokrotna zmiana prądu
daję zmianę napięcia o 60mV. Oba podane
układy wykazują też znaczną zależność na−
pięcia wyjściowego od temperatury (współ−
czynnik cieplny diody wynosi około
–2mV/K). Zależność od temperatury można
skutecznie usunąć, umieszczając układ w ter−
mostacie, podgrzewanym do temperatury
+40...+50

C. Częściowo można też skom−

pensować układ, dodając drugą identyczną
diodę lub drugi taki sam tranzystor, na przy−
kład według rysunków 40a, b, gdzie przez
dodany bliźniaczy element płynie prąd od−
niesienia o stałej wartości. Zakres zmian na−
pięcia wyjściowego jest podobny, jak na ry−
sunku 39b, ale napięcie wyjściowe jest prze−
sunięte – zerowe napięcie wyjściowe wystę−
puje, gdy prąd wejściowy jest równy prądowi
odniesienia. Układ z rysunku 40c pokazuje
układ „diodowy” z rezystorem zamiast
źródła prądowego i dodatkowym wzmocnie−
niem sygnału, co pozwala zwiększyć współ−
czynnik przetwarzania z 60mV/dekadę na
przykład do „okrągłej” wartości 1V/dekadę.
Podobnie układ z rysunku 40d, dzięki rezy−
storom R2, R3 pozwala uzyskać potrzebny
współczynnik przetwarzania, a rezystor R5
i wejście odniesienia dodatkowo umożliwia−
ją dobór prądu odniesienia i przesuwanie
skali napięcia wyjściowego. W tych układach
przy jednakowych tranzystorach (diodach)

śś

Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Rys. 38

Rys. 39

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

Lipiec 2002

sprzężonych termicznie i przy niezmiennym
prądzie, napięcie wyjściowe zmienia się z
temperaturą tylko o +0,3%/K. Nie jest to du−
ży błąd i umożliwia szereg praktycznych za−
stosowań układów, a w przypadku zastoso−
wania procesora można wspomniany błąd
wyeliminować programowo, mierząc dodat−
kowo temperaturę (pracujących elementów
logarytmujących). Dodatkowy rezystor R5
zmniejsza tendencje do samowzbudzenia.

Pełną kompensację temperaturową ukła−

dów z rysunków 40c, d można zrealizować
względnie łatwo: rezystor R3 powinien
mieć współczynnik termiczny +0,33%/K
(3300ppm/K) i powinien być sprzężony cie−
plnie z elementami logarytmującymi. Nie
każdy konstruktor ma dostęp do takich eg−
zotycznych podzespołów. Można spróbo−
wać zastosować nietypowy „rezystor” z dru−
tu miedzianego (np. cewkę kontaktronu),
pamiętając, że ma ona znaczną indukcyj−

ność. Miedź ma współczynnik cieplny oko−
ło 3400ppm/K. Stosując odpowiednio do−
brane elementy i kompensując dodatkowo
napięcia i prądy niezrównoważenia można
wtedy uzyskać dokładność ±1% przy zmia−
nach prądu w zakresie co najmniej pięciu,
sześciu dekad. W mniej odpowiedzialnych
zastosowaniach można wykorzystać układy
z rysunków 38...40b, sprawdziwszy wcze−
śniej ich zachowanie i zakres pomiarowy
przy zmianach sygnału i temperatury. Warto
wypróbować różne wzmacniacze operacyj−
ne i różne tranzystory (najlepsze wyniki da−
dzą znakomite tranzystory serii MAT... oraz
SSM22x0 produkcji Analog Devices). Po−
nieważ takie specyficzne układy mają ten−
dencje do samowzbudzenia, należy spraw−
dzić ich właściwości także w tym zakresie.
Konieczne może się okazać dodanie kon−
densatora kompensującego między wyjście
a wejście odwracające.

W niektórych najprostszych przypadkach,

gdzie trzeba uzy−
skać sygnał zlo−
g a r y t m o w a n y,
bywa wykorzy−
stywany układ
z rysunku 41.
Może on praco−
wać przy sygna−
łach zmiennych,
a wartość mię−
d z y s z c z y t o w a
przebiegu wyj−
ściowego

jest

proporcjonalna do logarytmu napięcia wej−
ściowego. Także i tu trzeba pamiętać o silnym
wpływie temperatury. Rezystor Rx zmniejsza
wzmocnienie przy najmniejszych sygnałach
(zmniejsza szumy); jego wartość można do−
brać stosownie do potrzeb (100k

Ω

...22M

Ω

Bardzo rzadko zachodzi konieczność za−

stosowania wzmacniacza alogarytmującego,
mającego charakterystykę wykładniczą. Ma−
leńkie zmiany sygnału wejściowego powo−
dują duże zmiany napięcia wyjściowego.
Przykłady realizacji takiego wzmacniacza
pokazane są na rysunku 42. Także i tu trze−
ba wziąć pod uwagę zależność od temperatu−
ry. Układ z rysunku 42c pozwala na kompen−
sację cieplną przez zastosowanie R3 o odpo−
wiednim współczynniku.

Piotr Górecki

Rys. 41

Rys. 42

Rys. 40

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

Lipiec 2002

Zbyszek Orłowski po analizie treści nadsyła−
nych e−maili zasygnalizował mi ostatnio, że
istnieje duże zainteresowanie układami elek−
tronicznymi do akwarium. Iw ten sposób
zrodził się temat kolejnego zadania Szkoły:

Zaprojektować urządzenie elektro−

niczne, przydatne do domowego akwa−
rium, terrarium czy oczka wodnego.

Osoby, które nie mają i nie miały akwa−

rium, powinny zasięgnąć opinii znajomych
akwarystów. W czym my, elektronicy, mogli−
byśmy tu pomóc? A może macie własne
przemyślenia i pomysły w tej dziedzinie?

Ponieważ coraz więcej osób ma na

podwórku małe oczka wodne, a w nich ryb−
ki, można pomyśleć także i o takich „akwa−
riach”. Oprócz rybek w naszych domach po−
jawia się coraz więcej innych egzotycznych
stworzeń. Dlatego temat zadania obejmuje
także terraria. Ogólnie biorąc, tematem zada−

nia może być urządzenie elektroniczne, po−
magające w domowej hodowli jakichkolwiek
żywych zwierząt.

Temat jest specyficzny i chyba dość trud−

ny, ale mam nadzieję, że przyślecie ciekawe
propozycje. Nie będzie tragedii, jeśli tym ra−
zem nie dotrze do mnie żaden model. Chodzi
mi o to, byście nie pominęli aspektów użyt−
kowych projektowanych układów. Niestety,
dość często zauważam, że nie tylko projekty
nadsyłane do Szkoły są oderwane od rzeczy−
wistości. A w naszej Szkole Konstruktorów
nie powinniśmy dopuścić do takiego groźne−
go skrzywienia. W skrajnym przypadku bę−
dzie lepiej, jeśli w ogóle nie będzie modeli,
a za to pojawią się godne uwagi projekty te−
oretyczne, a do tego ciekawe pomysły i idee.
Lepsze to, niż zupełnie niesprawdzone i nie−
praktyczne modele, konstruowane „sobie,
a muzom”.

Mimo wszystko spodziewam się, że za−

proponujecie budowę kompletnych „kom−
bajnów”. Z uwagi na zainteresowanie tema−
tem, ewentualne modele mają bardzo dużą

szansę na publikację w dziale E−2000 lub
w Forum Czytelników. Tylko mam gorącą
prośbę: nie budujcie modeli „w ciemno”, bez
konsultacji i bez sprawdzenia ich w prakty−
ce. Temat jest swoisty i trzeba uwzględnić
szereg praktycznych czynników. Dlatego
umówmy się, że jeśli ktoś chce przysłać mo−
del, niech sprawdzi go praktycznie, a przy−
najmniej zasięgnie opinii znajomego akwa−
rysty. Ikoniecznie niech wtedy napisze,
o tych próbach czy konsultacjach.

Każdy, kto już wcześniej wykonał i użytku−

je jakieś „akwarystyczne” urządzenie, może
śmiało podzielić się z drugimi swymi doświad−
czeniami, i to nie tylko w ramach Szkoły. Kto
chciałby opublikować stosowny projekt
w dziale E−2000,

P−3000 czy w Forum, może

najpierw skontaktować się ze mną (listownie
lub e−mailem: piotr.gorecki@edw.com.pl)
w celu uzgodnienia szczegółów, albo też od ra−
zu nadeśle projekt na adres redakcji EdW.

Czekam też na propozycje kolejnych za−

dań. Pomysłodawcy wykorzystanych zadań
otrzymują nagrody rzeczowe.

Temat zadania 73 brzmiał: Zaprojektować
urządzenie elektroniczne przydatne tury−
stom obozującym pod namiotami.

Pomysłodawca, Paweł Szwed, proponował

zaprojektowanie systemu łączności świetlnej
między namiotami, ale ja rozszerzyłem ramy
zadania. Nie uważam wcale pomysłu Pawła za
chybiony. System łączności świetlnej może się
komuś wydać dziwny i niepotrzebny, ale ja
mam w tej kwestii inne zdanie. Pod namiotami
obozują przede wszystkim ludzie młodzi i bar−
dzo młodzi. System łączności świetlnej, na

przykład w postaci telegrafu optycznego o za−
sięgu 100 czy 200 metrów może być znakomi−
tą zabawką, a dla wielu – pierwszym kontak−
tem z cudownym elektronicznym hobby. Mo−
że ponadto zachęcić do rozmaitych ekspery−
mentów, do zapoznania się z alfabetem Mor−
se’a, czy do zainteresowania się radiokomuni−
kacją. Cieszę się, że oprócz pomysłów na roz−
maite systemy łączności nadesłaliście wiele in−
nych interesujących rozwiązań i schematów.

Systemy łączności
świetlnej

Piotr Bechcicki z Sochaczewa zapropono−
wał budowę systemu łączności dźwiękowej

z wykorzystaniem lasera i fotorezystora.
Grzegorz Wieliszewski z Raczek chce za−
stosować laser i fototranzystor. Natomiast
Andrzej Szymczak ze Środy Śl. chce wyko−
rzystać diodę podczerwieni LD274. Marcin
Więckowski z Katowic też chce wykorzy−
stać promieniowanie podczerwone, a wiązkę
dodatkowo skupiać za pomocą soczewek.
Wszyscy wymienieni Koledzy proponują
klasyczne systemy analogowe, gdzie amplitu−
da promieniowania odpowiada chwilowej war−
tości sygnału audio. Układy należy jednak po−
ważnie zmienić i dopracować. Żeby dowarto−
ściować wymienionych niedoświadczonych je−
szcze uczestników powiem, że zaproponowali

Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis działania.

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

fotografii zwiększa szansę na nagrodę.

Ponieważ rozwiązania nadsyłają Czytelnicy o różnym stopniu zaawansowania, mile widziane

jest podanie swego wieku.

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

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

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

łł

Zadanie nr 77

Rozwiązanie zadania nr 73

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

Lipiec 2002

budowę komunikatorów elektromagnetycz−
nych z modulacją dwuwstęgową AM o czę−
stotliwości fali nośnej ponad 300 teraherców.

Pomysłodawca niniejszego zadania, Paweł

Szwed z Grodźca Śl. nadesłał pracę z propozy−
cją budowy toru laserowego z modulacją am−
plitudy, gdzie dzięki koderowi i dekoderowi
stereo możliwe jest przesłanie dwóch oddziel−
nych sygnałów albo sygnału stereo. Schematy
nadajnika i odbiornika są do wglądu na stronie
internetowej (Szwed1.gif, Szwed2.gif).

15−letni Kamil Waszczyński z Rudnik

przysłał schematy toru do przesyłania głosu
z układami scalonymi, które przestały być
produkowane, gdy Kamil chodził do przed−
szkola. (Waszczynski1.gif, Waszczynski2.gif).
Albo przerysował je z jakiejś starej książki
czy czasopisma, albo jest naprawdę zdolny
i powinien szybko rozwijać swe talenty. Na
razie na zachętę przydzielam jeden punkt
i czekam na dalsze, samodzielne prace.

Na rysunku 1 można zobaczyć prosty sy−

stem telegrafu optycznego z diodą podczer−
woną. Jego Autorem jest Jarosław Tarnawa
z Godziszki. Jarek wspomniał też krótko
o możliwości zastosowania toru z modulacją
FM uzyskiwaną z pomocą kostki 4046.
14−letni Jakub Jagiełło z Gorzowa Wlkp.
przysłał schemat telegrafu na podczerwień.
Budowę telegrafu świetlnego zaproponował
także Jacek Konieczny z Poznania. Prawi−
dłowo chce spożytkować w nadajniku kostkę
4047, natomiast jego odbiornik należałoby
radykalnie uprościć – zamiast fototranzysto−
ra i współpracującego układu zastosować go−
tową kostkę TFMS (SFH506).

Marin Wiązania z Gacek (ostatnio z Buska

Zdroju) wykonał mikroprocesorowy „Komuni−

kator świetlny”, pokazany na fotografii 1.
Nadajnikiem jest dowolny pilot pracujący
w kodzie RC−5. Ponieważ układ może zna−
leźć szereg innych pożytecznych zastosowań,
kieruję go do sprawdzenia i do publikacji.

Andrzej Sadowski−Skwarczewski ze

Skarżyska−Kam. przysłał tor laserowy audio.
Nadajnik i odbiornik można zobaczyć na foto−
grafiach 2 i 3. Zasada działania przypomina
wzmacniacze klasy D. Ten bardzo interesują−
cy projekt bez chwili namysłu skierowałem do
Pracowni Konstrukcyjnej i do publikacji.

Odstraszacze owadów

Sporo uczestników uznało, że bardzo przy−
datny pod namiotem okaże się odstraszacz
owadów. Chodzi głównie o komary, bo póki
co nie ma doniesień o elektronicznych od−
straszaczach meszek. Choć sprawa dyskusyj−
na, liczne źródła podają, że komary uciekają

od źródeł wysokiego dźwięku. Dane z po−
szczególnych publikacji nie są jednakowe,
jeśli chodzi o częstotliwość i ewentualną mo−
dulację dźwięku straszącego komary.

Nie ulega jednak wątpliwości, że letni po−

byt pod namiotem może być doskonałą oka−
zją do praktycznego wypróbowania różnych
odstraszaczy, różnych częstotliwości pracy
i modulacji. Można zacząć od prostych gene−
ratorów (ultra)dźwięku ciągłego.

Taki prosty generatorek wykonał 14−letni

Jakub Świegot ze Środy Wlkp., bo sam się
w ubiegłym roku przekonał, jak bardzo
przydatny byłby pod namiotem taki przy−
rząd. Model pokazany jest na fotografii 4,
a schemat na rysunku 2. W modelu często−
tliwość można zmieniać w zakresie około
12...25kHz.

Dariusz Dre−

licharz z Prze−
myśla wykonał
„Obozowy nie−
zbędnik”, poka−
zany na fotogra−
fii 5. Oryginalny
schemat zamie−
szczony jest na
rysunku 3. Nie−
zbędnik zawiera
odstraszacz ko−
marów i prosty
detektor

poja−

wienia się wody
pod namiotem.
Dariusz modulu−
je okresowo często−
tliwość generatora

VCC

C5V1

Głośnik lub

słuchawki

TFMS

ODBIORNIK

VCC

U1A

U1B

U1C

U1D

IRED

36kHz

np.1kHz

NADAJNIK

Rys. 1

Fot. 1 Komunikator Marcina Wiązani

C1
100 F

C2
10nF

VCC

3,3k

R2
15k

PR1
470

4011

R3
470

47nF

membrana

piezo

Fot. 5

Fot. 3 Odbiornik Andrzeja Sadowskie−

go−Skwarczewskiego

Fot. 2 Nadajnik Andrzeja Sadowskie−

go−Skwarczewskiego

Fot. 5 Niezbędnik

Dariusza Drelicharza

Fot. 4 Odstraszacz Jakuba Świegota

Rys. 2

Szkoła Konstruktorów

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

Lipiec 2002

VCO w zakresie 16,5...21,5kHz (przebieg
modulujący można wziąć wprost z kondensa−
tora C3). Fotorezystor R1 pozwala włączać
odstraszacz automatycznie po zapadnięciu
zmroku. Detektor wody jest bardzo prosty,
słusznie nie uwzględnia problemu elektrolizy
ze względu na sporadyczny kontakt z wodą.
Popieram sens budowy wykrywacza wody
pod namiotem – w końcu czerwca 1984 na
kempingu w Giżycku nad kanałem Niegocin−
Kisajno sam przekonałem się, co znaczy wo−
da podchodząca w nocy do namiotu.

Budowę odstraszacza komarów proponu−

je też wspominany już Andrzej Szymczak.
Chce wykorzystać prosty generator z bram−
kami kostki 4049.

Ekonomiczne oświetlenie
turystyczne

Cieszę się, że pomyśleliście o odwiecznym
problemie obozowiczów, jakim jest oświetle−
nie. Zwyczajne latarki mają istotne wady,
w tym wąski strumień światła. Trudno zwy−
kłą latarką oświetlić wnętrze namiotu czy
stół z kolacją. W takich przypadkach znako−
micie zdają egzamin świetlówki. Mam wie−
lofunkcyjną latarkę Philipsa i znam z prakty−
ki zalety zawartej w niej przenośnej świe−
tlówki. Niektórzy Koledzy zamiast kupować
gotową lampę, chcą takową zrobić samo−
dzielnie. Ichwała im za to!

Na przykład Marcin Rekowski z Brusów

podał schemat prostej przetwornicy do świe−
tlówki. Z kolei Robert Jaworowski z Augu−
stowa przysłał schemat „Lampki biwakowej”
z diodami LED, obwodami automatycznego
wyłączania (Jaworowski.gif). Układ dodat−
kowo może pełnić rolę prostego alarmu na−

miotowego. Jego kolega, Mariusz Chilmon
też chce wykorzystać lampkę z diodą LED,
białą (Chilmon.gif). Obaj przewidzieli możli−
wość pracy ciągłej oraz tryb z automatycz−
nym wyłączaniem po upływie określonego
czasu. Pomysły są interesujące, bo rzeczywi−
ście jest szansa na wykonanie ekonomicznej,
choć niezbyt jasnej lampy. Najwięcej będzie
zależeć od diody (diod) LED. Trzeba dobrać
diodę o jak najszerszym kącie świecenia,
ewentualnie kilka takich diod. Powinny to
być diody dobrej firmy, ale raczej nie będą to

reklamowane diody super− i ultrajasne, bo te
mają wąski i bardzo wąski kąt świecenia. Za−
miast mało popularnych jeszcze diod białych
i niebieskich, trzeba będzie użyć diod zielo−
nych i żółtych, może nawet razem z czerwo−
nymi. Ponieważ jednak dioda jest punkto−
wym źródłem światła, być może trzeba bę−
dzie wykonać jakiś rozpraszacz. Godne roz−
ważenia jest wykorzystanie diod o dużych
gabarytach, np. o średnicy 10 milimetrów
z dyfuzyjną soczewką.

Z przyjemnością przeczytałbym o do−

świadczeniach w tym zakresie – jeśli ktoś
w czasie wakacji wypróbuje takie oświetlenie,
niech napisze do mnie, powołując się na to za−
danie Szkoły. Praktyczne wnioski można na−
wet przedstawić w krótkim artykule w Forum.

Fotografia 6 pokazuje model Bartłomieja

Stróżyńskiego z Kęt. Jest to przetwornica in−
dukcyjna z prostym obwodem automatyki.
Bartek opisał szczegółowo, jak testował dzia−
łanie różnych wersji układu, także w niskich
temperaturach. Stwierdził, że rdzeń o współ−
czynniku AL=250 nie nadaje się, potrzeba
AL=630. Kieruję układ w trybie ekspresowym
do Pracowni Konstrukcyjnej i mam nadzieję,
że opis ukaże się jeszcze już w następnym nu−
merze w dziale Forum Czytelników.

Systemy alarmowe

Kolejny temat ważny i praktyczny dla osób
obozujących pod namiotami to ochrona mie−
nia. Niestety, niejeden z nas przekonał się, że
pozostawienie bez dozoru co cenniejszych
przedmiotów jest więcej niż ryzykowne. Tro−
ska o rower pozostawiony koło namiotu czy
nawet o przedmioty w przedsionku namiotu
naprawdę może być problemem spędzającym
sen z powiek. A turyści zmęczeni trudami
dnia śpią zwykle twardym snem sprawiedli−
wych. Dlatego jak najbardziej jestem za wy−
korzystaniem jakichś prostych systemów
alarmowych.

Paweł Lasko z Nowego Sącza przysłał

prosty schemat z fotorezystorem, wskaźni−
kiem laserowym i dwoma przekaźnikami.
Wadą jest znaczny pobór prądu w stanie czu−
wania. 15−letni Paweł zaskoczył mnie śmia−
łym i niewątpliwie oryginalnym pomysłem,
że jednym z układów wykonawczych mógł−
by być obok syreny...
silniczek wplątujący się we włosy.

Naprawdę cieszę się z takich niecodzien−

nych pomysłów, nawet jeśli są nie do końca
przemyślane (jaki procent amatorów cudzego
mienia nosi długie włosy?). A Pawłowi dla za−
chęty przydzielam dwa punkty za oryginalność
i zachęcam do dalszych eksperymentów.

Na rysunku 4 pokazany jest schemat alar−

mu rowerowego, pomysłu Jarosława Chudo−
by z Gorzowa Wlkp. Przycisk ON włącza czu−
wanie. Jeśli później ktoś poruszy rower, ma−
gnes zamocowany na kole zewrze i rozewrze

styki kontaktronu, a tym
włączy alarm. Przerywa−
ny dźwięk brzęczyka pie−
zo w nocy powinien wy−
starczyć do odstraszenia
złodzieja i obudzenia ko−
goś z obozu. Alarm moż−
na wyłączyć jakimś ukry−
tym przyciskiem OFF.
Podobnych schematów
można wymyślić wiele.
Najważniejszą sprawą
będzie nie tyle układ

Rys. 3

Fot. 6 Przetwornica Bartłomieja

Stróżyńskiego

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

Lipiec 2002

elektroniczny, co solidna obudowa, nieza−
wodność, odporność na wpływy atmosferycz−
ne i łatwość obsługi.

Jakub Jagiełło z Gorzowa Wlkp. zapro−

jektował alarm do namiotu uruchamiany
przerwaniem wiązki podczerwieni. Schemat
pokazany jest na rysunku 5.

15−letni Marcin Dyoniziak z Brwinowa

nadesłał prototyp, pokazany na fotografii 7.
Jest to alarm rowerowy, ewentualnie bagażowy.
Choć wygląd modelu nie budzi zaufania, warto
przeanalizować schemat, zamieszczony na ry−
sunku 6. Marcin przetestował model i przy
okazji wzbogacił swą wiedzę. W układzie na
szczególną uwagę zasługuje czujnik wstrząsów

S1, wykonany ze styków przekaźnika i czte−
rech ciężarków wędkarskich oraz dodatkowy
styk antysabotażowy S2. Zwarcie choć na
chwilę któregoś z nich wywołuje ciągły alarm
po czasie wyznaczonym przez R3, PR1, C3.

Marcin Wiązania wykonał nieskompli−

kowany model „Namiotowego stróża”. Sche−
mat jest pokazany na rysunku 7, a model na
fotografii 8. Układ reaguje na rozwarcie linii
dozorowej. Przy krótkim naruszeniu linii
brzęczyk piezo włączy się na czas wyznaczo−
ny przez C3, R2. Po przerwaniu linii dozoro−
wej sygnalizator włączy się na stałe.

Inne pomysły

Marcin Rekowski z Brusów uważa, że pod
namiotem przyda się bateryjna kolumna ak−
tywna do walkmana. Rzecz gustu, ale pomysł
wart odnotowania. Wspomniany już Jacek
Konieczny z Poznania w swoich czterech li−
stach zaproponował trzy układy, a tym dziw−
ny na pierwszy rzut oka system łączności
ultradźwiękowej między rowerzystami. Cho−
dzi o to, żeby ten kto jedzie pierwszy wie−
dział, że ktoś z grupy zanadto zostaje z tyłu.
Swego czasu dużo jeździłem rowerem, znam
problem od podszewki. Problem jest, choć
złagodzony dziś przez telefony komórkowe,

w każdym razie ideę Jacka należałoby dopra−
cować. Nie wystarczy jeden nadajnik z tyłu
i odbiornik z przodu, bo podczas jazdy za−
chodzą ciągłe zmiany na prowadzeniu i prze−
tasowania w grupie. A nie zawsze jest ktoś,

po kim można się
spodziewać, że no−
torycznie będzie
zostawał z tyłu;
poza tym to przy−
padek, że coś się
komuś

zepsuje

w rowerze.

Jacek uważa

również, że tury−
ście

przydałaby

się...
laska do chodze−
nia po bagnach.
Laska z czujnika−
mi głębokości za−
nurzenia

laski

w bagno. W tym
zakresie nie mam
doświadczenia,
słyszałem tylko,
ze chodzenie po
bagnach wciąga...

Nie sprawdzałem, czy dosłownie, czy

w przenośni, ale wątpię w sens stosowania
laski ze zmodyfikowanym czujnikiem pozio−
mu wody i z elektronicznym wskaźnikiem
w postaci linijki LED−ów. W jasny dzień nie
będzie widać diod LED, poza tym chodząc
po bagnach lepiej nie patrzyć na wskaźnik la−
ski, tylko pod nogi.

Na koniec zostawiłem niezwykłą propo−

zycję Michała Stacha z Kamionki Małej.
Michał stwierdził mianowicie, że turystom
przyda się...
sonar, czy inaczej dalmierz ultradźwiękowy.
Model pokazany jest na fotografii 9. Autor
przekonuje w swym liście, że komuś z miasta
trudno sobie wyobrazić widoczność równą
5cm przy pochmurnej pogodzie i mgle. Nieza−
leżnie od mojej i Waszej opinii w tej sprawie,
układ na pewno zasługuje na zainteresowanie,
a list świadczy, że Michał rzeczywiście prze−
prowadził liczne próby. Kieruję model do Pra−
cowni Konstrukcyjnej i mam nadzieję, że
układ niedługo ukaże się na łamach EdW.

K C

R Q

VCC

+9V
BAT

220
uF

VCC

U1A
4027

100k

Kontaktron

VCC

OFF

100k

VCC

680

10k

piezo

z gen.

R1
10k

C1
1nF

U1A

U1B

C2
22 F/16V
tantal.

4,7 F/16V

tantal.

100k

1N4148

PR1

2,5M

−

U1C

R4
100k

C4
100n

U1D

R5 1k

BC557B

BD130

lub lepiej

BD243

D1
LED MIG.

T3
BC548

R1
560

T2
BC548

47uF

Z1
ARK2

1N4148

4,7

C4
220nF

R4 10k

BT1
9V

1N4148

T1
BC558

4,7M

C3
220uF

R2 68k

100

piezo

Rys. 4

Rys. 5

Fot. 9 Sonar Michała Stacha

Rys. 6

Rys. 7

Fot. 8 Alarm Marcina Wiązani

Fot. 7 Prototyp Marcina Dyoniziaka

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

Lipiec 2002

Podsumowanie

Przy analizie prac zaobserwowałem, jak ma−
ło kiedy, silną polaryzację: z jednej strony
wiele prac teoretycznych, niedopracowanych
i nie mających szans na realizację, z drugiej
strony dużo prac wykonanych starannie,
działających i co mnie najbardziej cieszy, za−
wierających duży ładunek inwencji i pomy−
słowości. Choć znaczna część nadesłanych
schematów i układów była za mało dopraco−
wana, cieszę się, że podaliście kilka napraw−
dę interesujących pomysłów. Z przyjemno−
ścią skierowałem aż cztery projekty do
sprawdzenia i późniejszej publikacji.

Mam też prośbę: wypróbujcie od strony

praktycznej oświetlenie turystyczne z wyso−
kosprawnymi LED−ami. Zbudujcie też
i sprawdźcie proste alarmy „turystyczne”,
zwracając uwagę na minimalizację poboru
prądu w spoczynku i podczas czuwania. Pro−
szę o rzeczowe wnioski praktyczne z takich
prób.

Nie zachęcam natomiast do budowy naj−

prostszych systemów telefonu świetlnego
z żarówką i fotorezystorem. Chyba, że chce−
cie się przekonać, że efekty są za małe w sto−
sunku do nakładów. Zbudowanie fototelefo−
nu nie jest wcale takie łatwe, jak się może
wydawać. Najprostsze analogowe systemy
łączności z diodą IRED czy żarówką i fotore−
zystorem będą mieć słaby zasięg, wystąpią
szumy i zakłócenia. Niewiele pomoże tu za−
stosowanie lasera. Młodym entuzjastom lase−
rów, którzy podkreślają zasięg łączy lasero−
wych przypominam o trudności z wcelowa−
nia laserem w odbiornik oddalony o kilkaset
metrów a inna, jeszcze trudniejsza, to sprawa
sterowanie diody laserowej.

Serdecznie za to zachęcam do budowy

prostego telegrafu świetlnego z laserem lub
diodą IRED i odbiornikiem TFMS. Ze
względu na wymaganą stałość częstotliwości
nośnej proponuję albo układ z klasycznym
generatorem dwubramkowym, albo genera−
tor z kostką 4047 według rysunku 8. Warto
wypróbować działanie z diodą IRED o wą−
skim kącie (np. LD274), ewentualnie wyko−
rzystać zwykłą diodę nadawczą od pilota
(o kącie świecenia ok. ±30 stopni) i soczew−
kę skupiającą. Nie zaszkodzi trochę poekspe−
rymentować, zwłaszcza z soczewkami. Za−
sięg takiego prostego telegrafu może wynieść
ponad 200m.

Może będziecie zaskoczeni, ale warto

sprawdzić, jak zachowa się odbiornik przy
zastosowaniu nie diody IRED, tylko modułu
laserowego, świecącego światłem czerwo−
nym. Tanie wskaźniki wytwarzają światło
czerwone o długości fali około 700nm, które−
mu naprawdę niedaleko do podczerwieni.
Odbiornik TFMS5360 lub SFH506−36 zarea−
guje na takie promieniowanie, byle tylko
udało się je prawidłowo zmodulować prze−
biegiem nośnym 36kHz. Przy okazji muszę
rozwiać nadzieję sporej grupki uczestników,
którzy chcieliby wykorzystać układ TFMS
w torze analogowym. Jako, że jest to układ
typowo cyfrowy, nie ma szans, żeby w prosty
sposób uzyskać pasmo przenoszenia zbliżone
do pasma audio.

W przypadku odstraszacza komarów

można wykorzystać prosty układ według ry−
sunku 9 z różnymi membranami piezo. Czę−
stotliwość można regulować w szerokim za−
kresie 2...50kHz i sprawdzić, jakiej komary
nie lubią. Zaprzysięgli przeciwnicy komarów
zapewne zechcą wypróbować bardziej wy−
myślne generatory z modulacją AM i FM, na
przykład według rysunku 3.

Na koniec jeszcze wspomnę o rozwiąza−

niu zadania 72 Marcina Malicha z Wodzi−
sławia Śl., które choć wysłane w terminie
dotarło do mnie zbyt późno. Marcin zapro−
ponował trzy interesujące urządzenia dla
działkowców: odstraszacz ptaków, system
automatycznego podlewania grządek i wia−
tromierz (anemometr). Doliczam Marcino−
wi punkty, a schematy można znaleźć na

stronie internetowej
(Malich72.gif).

Przypominam,

żebyście podawali
na kopercie lub
paczce nie tylko
adres, ale też tytuł
czasopisma i dział,
gdzie przesyłka ma
trafić. Nie przysy−
łajcie paczek na
adres skrytki po−
cztowej. Przypo−
minam prawidłowy
adres:

AVT − EdW
Szkoła Konstruktorów zadanie XX
ul. Burleska 9
01−939 Warszawa

Prawie wszyscy uczestnicy wymienieni

z nazwiska otrzymują punkty (1...8). Aktual−
na punktacja podana jest w tabeli. Upominki
otrzymują: Jakub Świegot, Marcin Wiąza−
nia, Michał Stach, Bartek Stróżyński
i Andrzej Sadowski. Czterej Koledzy,
których projekty trafią do publikacji uzyska−
ją potem honoraria autorskie. Nagrody
otrzymają: Dariusz Drelicharz i Marcin
Dyoniziak.

Zachęcam serdecznie do udziału w bieżą−

cym i następnych zadaniach.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

4049

lub4069

membrana

piezo

V+

4047

OUT

GND

4,5...5,5V

piezo

z gen.

3,3k

4,7k

V+

10...
100k

2,2k

max<30mA

TFMS 5360
SFH 506−36

GND

V+

OUT

Rys. 8

Rys. 9

Marcin Wiązania Gacki . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
Mariusz Chilmon Augustów . . . . . . . . . . . . . . .54
Dariusz Drelicharz Przemyśl . . . . . . . . . . . . . .41
Marcin Malich Wodzisław Śl. . . . . . . . . . . . . . .39
Krzysztof Kraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . .37
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św. . . . . . . . . . . .37
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . .30
Dariusz Knull Zabrze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Michał Stach Kamionka Mała . . . . . . . . . . . . . .29
Piotr Romysz Koszalin . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . . . . . .27
Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska . . . . . 27
Roman Biadalski Zielona Góra . . . . . . . . . . . .26
Rafał Stępień Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Filip Rus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Szymon Janek Lublin . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Mariusz Ciołek Kownaciska . . . . . . . . . . . . . . .20
Jakub Kallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . . . . . .19
Michał Pasiecznik Zawiszów . . . . . . . . . . . . . .18
Radosław Koppel Gliwice . . . . . . . . . . . . . . . .17
Łukasz Cyga Chełmek . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Andrzej Sadowski Skarżysko Kam. . . . . . . . . .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
Robert Jaworowski Augustów . . . . . . . . . . . . .13
Arkadiusz Zieliński Częstochowa . . . . . . . . . .12
Dawid Lichosyt Gorenice . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Wojciech Macek Nowy Sącz . . . . . . . . . . . . . .11
Sebastian Mankiewicz Poznań . . . . . . . . . . . .11
Paweł Szwed Grodziec Śl. . . . . . . . . . . . . . . . .11
Marcin Dyoniziak Brwinów . . . . . . . . . . . . . . .10
Jakub Jagiełło Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . . .10
Bartek Stróżyński Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . . .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

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

Lipiec 2002

Rozwiązanie zadania 73

W EdW 3/2002 zamieszczony był schemat
wykrywacza burzy – patrz rysunek A. Układ
ma dwa tory: akustyczny z mikrofonem
(membraną piezo) oraz drugi z czujnikiem
deszczu. Generalna idea jest jak najbardziej
sensowna, choć dyskusyjna jest skuteczność
wykrywania burzy. Oprócz uwag, co do sku−
teczności, nadesłaliście wiele krytycznych
opinii i tak naprawdę nie tylko na czujniku
deszczu nie zostawiliście suchej nitki. Rze−
czywiście, na schemacie błędów jest wiele,
ale młodziutkiemu Autorowi można to wyba−
czyć (zresztą część usterek najwyraźniej po−
jawiła się wskutek niedopatrzenia przy ryso−
waniu schematu). Niemniej Autor schematu
powinien bardzo starannie przeanalizować
podane dalej uwagi, a wtedy jego następne
schematy i układy będą mieć większą szansę
na praktyczne wykorzystanie.

Najpierw ustalmy, jak miał działać orygi−

nalny układ. Zacznijmy od końca, od styków
przekaźnika. Wykorzystane są styki bierne,
więc w spoczynku tranzystor T4 i przekaźnik
powinny działać. Jednoczesne pojawienie się
stanów wysokich na wejściu pierwszej bram−
ki NAND winno włączyć strukturę tyrystoro−
wą z tranzystorami T2, T3 i zablokować T4,
by przekaźnik puścił i włączył sygnalizator.
Do zadziałania potrzebne są stany wysokie
na wejściach pierwszej bramki. Jeden z sy−
gnałów to wzmocniony sygnał z membrany
piezo, drugi to sygnał z czujnika deszczu. Ta−
ka koncepcja jest racjonalna.

Przypatrzmy się teraz szczegółom. Mem−

brana piezo P1 może pełnić rolę mikrofonu.
Nie jest jednak prawdą, jak sądziło kilku ucze−
stników, że rezystor R1 jest zbędny. Zbędny
jest tylko kondensator C1. Membrana piezo
jest w sumie odmianą kondensatora. Prąd sta−
ły przez nią nie płynie, więc koniecznie trzeba
pozostawić rezystor R1 polaryzujący wejście
wzmacniacza operacyjnego, nawet jeśli prądy
polaryzujące współpracującego wzmacniacza
operacyjnego są znikome, rzędu nanoampe−
rów czy jeszcze mniej. Ponieważ membrana
piezo pracująca w roli mikrofonu ma duży
opór wewnętrzny dla prądu zmiennego, war−

tość rezystora polaryzującego R1 powinna być
jak największa. Wartość 1M

Ω

byłaby jak naj−

bardziej na miejscu. Byłaby...

Słuszne

za−

strzeżenia wzbu−
dził typ wzmac−
niacza operacyj−
nego. Na pewno
kostka TL082 nie
może pracować
przy

napięciu

wejściowym bliskim ujemnego napięcia zasi−
lania. Należy zastosować kostkę TLC271
(można TLC272, ale po co) albo LM358.
Prąd polaryzacji kostki LM358 (typ.
0,045

A, max 0,5

A) wypływa z wejścia, co

spowoduje niewielki spadek napięcia na R1.
Przykład pokazany jest na rysunku B (gdzie
założyłem, że napięcie niezrównoważenia
jest równe zeru). Takie przesunięcie napięcia

spoczynkowego nie tylko
nie przeszkadza, ale jest
nawet korzystne. Gorzej,
gdyby wzmocnienie było
większe – wtedy trzeba
dodać kondensator według
rysunku C. Jak zauważy−
liście, wzmocnienie U1B
jest za małe i nie będzie
w

stanie

przełączyć

„schmitta”. Rzeczywiście, wzmocnienie może
być za małe, bo wynosi tylko 4,3x (niecałe
13dB), a sygnał mikrofonu będzie niewielki,
zwłaszcza w przypadku odległych grzmotów.

Wejścia drugie−

go, niewykorzysta−
nego wzmacniacza
operacyjnego warto
gdzieś podłączyć.
W przypadku ukła−
dów

logicznych

CMOS jest to wręcz
obowiązkiem. W przypadku wzmacniaczy
operacyjnych, zwłaszcza z tranzystorami bi−
polarnymi na wejściu, nie jest to konieczne.
Zresztą przy dołączeniu do masy albo plusa
zasilania mogą dać znać o sobie dziwne zja−
wiska, zazwyczaj niegroźne. Niemniej, ogól−
nie biorąc, przemyślane dołączanie niewyko−
rzystanych wejść jest dobrym zwyczajem.

Większość uczestników odnotowała brak

rezystora między drenem T1 a plusem zasila−
nia. Rezystor taki nie byłby potrzebny tylko
w przypadku bipolarnej bramki TTL, gdzie
w stanie niskim prąd wypływa z wejścia. Tu
trzeba go koniecznie dodać. Jeśli pojawienie
się kropel deszczu na czujniku ma dać na dre−
nie tranzystora stan wysoki, trzeba też dodać

kolejny rezystor między plus zasilania a bram−
kę T1. Natomiast szeregowy rezystor R4 jest
zupełnie niepotrzebny – patrz rysunek D.

Tranzystory T2, T3

tworzą układ zastęp−
czy tyrystora, ale jak
zauważyli

niemal

wszyscy, nie jest on
zasilony od strony plu−
sa − brakuje rezystora
między bazą T4 a plu−
sem zasilania. Pomię−
dzy wyjściem drugiej bramki a bazą T3 nale−
żałoby dodać rezystor; w przeciwnym wy−
padku wyjście bramki w stanie wysokim bę−
dzie pracować w stanie zwarcia przez złącze
B−E tranzystora T3. Nawet gdy ten rezystor
(o wartości kilku kiloomów) zostanie doda−
ny, twierdzenie, że rezystor R5 jest zbędny, jest
dyskusyjne – patrz rysunek E. Zastępczy „ty−
rystor” z dwóch tranzystorów mających wiel−
kie wzmocnienie chętnie włącza się już przy
włączaniu zasi−
lania i dlatego
warto pozosta−
wić R5, R6
o

stosunkowo

małych warto−
ściach

o znacznej warto−
ści są potrzebne.

Nie jest prawdą,

jak stwierdziło kilka
osób, że dioda D1
nigdy nie zaświeci,
bo do jej zadziałania
potrzeba około 2V,
a napięcie na bazie
tranzystora T4 bę−
dzie wynosić około 0,6V. Podobnie ryzykow−
ne jest stanowcze stwierdzenie, iż R7 trzeba
usunąć. Owszem, przy braku jakiegokolwiek
rezystora zamykającego obwód do plusa zasi−
lania, dioda LED D1 nigdy nie zaświeci, ale
gdyby taki rezystor był, dioda D1 może świe−
cić właśnie dzięki obecności rezystora R7.
Ponieważ na zastępczym tyrystorze, gdy
przewodzi, spadek napięcia wynosi około
0,6...0,7V, takie napięcie podane na bazę T4
zagwarantuje zwolnienie przekaźnika. Jak
pokazuje na przykładzie rysunek F, mamy tu
źródło prądowe, pozwalające zasilić układ
napięciem znacznie większym od nominalne−
go napięcia przekaźnika. Pomysł nie jest więc
błędny, choć przyznam, że częściej zastoso−
walibyśmy układ z rysunku G, ewentualnie
dodając jedną zwykłą diodę w obwodzie emi−
tera tranzystora.

U1A

TL082

C1 100n

2,2

U1B
TL082

R2
1k

R3 3,3k

U2
4093

R5
1k

R6 1k

220n

RL1

Czujnik

− S

Szzkkoołłaa K

Koonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

+50mV

+215mV

50 A

3,3k

LM
358

165mV

=0,05 A

10...100k

LM
358

100k

50k

...1M

4,7k

1...4,7k

C2
220nF

500

+2,2V

+1,5V

12V

=24V

ZAS

24mA

Kilka osób, w tym

takie które nie do
końca uchwyciły za−
mysł Autora schema−
tu, chcą włączyć
przekaźnik między
plus zasilania, a za−
stępczy tyrystor we−
dług rysunku H.
Owszem, można to
zrobić, ale wtedy trze−
ba wykorzystać styki
czynne przekaźnika,
a nie bierne styki.

Ina koniec kolej−

na oczywista sprawa:
dioda D2 została na−
rysowana odwrotnie.

Nadesłaliście roz−

maite propozycje poprawy, ale znaczna ich
część nadal zawierała niedoróbki. Jeden z lep−
szych sposobów poprawy zaproponował Da−
wid Kozioł z Elbląga – jego propozycja poka−
zana jest na rysunku J.

Upominki otrzymują Koledzy, którzy znale−

źli najwięcej usterek:
Jonatan Krzeszowski − Zielonka
Marcin Miąskiewicz − Dębe
Marcin Dyoniziak − Brwinów.

Zadanie numer 77

Jak wynika z analizy zadania 73, w przedsta−
wionym układzie było rzeczywiście wiele
błędów, a żaden z uczestników nie wychwy−
cił ich wszystkich. Dlatego prezentuję
podobną łamigłówkę. Na rysunku K poka−
zany jest fragment rozwiązania tego samego

zadania

Szkoły.

Tym razem reakcję
urządzenia spowo−
duje odgłos wyła−
dowania (pioruna).
Punkt X jest dołą−
czony do prostego
wzmacniacza, skąd
sygnał jest poda−
wany na głośnik.
Jak zwykle pytanie

brzmi:

Co tu nie gra?

Wyjaśnienia mogą i powinny być jak naj−

krótsze, co znacznie ułatwi mi analizę nade−
słanych odpowiedzi. Kartki opatrzcie dopi−
skiem NieGra77 i nadeślijcie w terminie 45

dni od ukazania się
tego numeru EdW.
Nagrodami

będą

drobne kity AVT
lub inne przydatne
narody rzeczowe.

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

Lipiec 2002

100n

2,2

358

47k

100k

10n

100k

4093

RESET

LED

10k

PR1

LM358

T1
BC558

4093

U1A

U1B

PR2

BAT

+24V

4,7k

Na poprzednim spotkaniu wspólnym

wysiłkiem dodaliśmy do naszej bi−

blioteki kilka pożytecznych elemen−

tów. Nauczyłeś się przerabiać ele−

menty zawarte w bibliotekach pro−

jektu Sim.ddb. Chodzi przede wszyst−

kim o to, by wykorzystać istniejące

elementy nadające się do symulacji i

nadać im lepszą, naszym zdaniem,

formę graficzną.

Na tym spotkaniu dokończymy te−

mat bibliotek schematowych. Ale

w następnej kolejności nie zajmiemy

się sprawą symulacji, tylko znacznie

ważniejszym zagadnieniem projekto−

wania płytek. Do symulacji wrócimy

później.

Wzmacniacz operacyjny

W projekcie Sim.ddb znajdź i otwórz biblio−
tekę OpAmp.lib. Odszukaj popularny
wzmacniacz TL072. Nie ma tu problemu
z grupami, jest za to inna kwestia godna uwa−
gi. Element ma tylko jedną postać − Normal.
Formy De−Morgan oraz IEEE są puste, ale
my je za chwilę wykorzystamy.

Kostka TL072 zawiera dwa jednakowe

wzmacniacze, więc i nasz element bibliotecz−
ny zawiera obie te części.

Zwróć uwagę i kliknij przycisk ze strzałką

> w ramce Part, obok napisu 1/2. Pokaże się
drugi wzmacniacz z końcówkami o numerach
5, 6, 7, jak na rysunku 31. Możesz sprawdzić,
że element TL074 ma cztery części (Parts).

Zapamiętaj, że budując lub modyfikując te−

go typu „wielokrotne” elementy, musisz zająć
się indywidualnie każdą z części. Rysunek 32
pokazuje wszystkie trzy postacie mojego zmo−
dyfikowanego TL072. Zdecydowanie skróci−
łem końcówki, a „ciało” wzmacniacza to nie li−
nia, tylko wielokąt (Polygon), trójkąt z czarnym
obrysem Small i białym wypełnieniem. W dol−
nych elementach z postaci IEEE ukryłem po
prostu końcówki zasilania pod tym trójkątem.

Wszystkie cyferki to u mnie oddzielne na−

pisy, umieszczane poleceniem P − T (Place,
Text). W przypadku końcówek 8 i 4 byłem
zmuszony wykorzystać taką, okrężną drogę,
ponieważ numer końcówki byłby przekręco−
ne o 90 stopni, a mi się to nie podobało.

W przypadku innych końcówek w zasa−

dzie mogłem uczynić widocznym numer
końcówki. Jeśli we właściwościach nóżki za−
znaczyłbym okienko Show Number, napisy
byłyby oddalone od „zimnego” końca
wyprowadzenia o 15 jednostek (0,15 cala)
i wyglądałyby śmiesznie, jak widać w górnej
części rysunku 33.

Można je przybliżyć, zmieniając w tabelce

wywołanej poleceniem O − P (Options, Prefe−
rences) zawartość okienka Pin Number Margin
z 15 na przykład na 1, co zaznaczyłem czerwo−
ną obwódką na rysunku 34. Po takim przybli−
żeniu element wyglądałby, jak w dolnej części
rysunku 33. Tu napisy przy końcówkach 2, 3,
4 prezentują się dobrze, jednak przy numerach
dwucyfrowych jest znacznie gorzej, dlatego
u mnie numery są oddzielnymi napisami, a nu−
mery końcówek i ich nazwy są ukryte.

Przekopiuj, proszę jeszcze przynajmniej

jeden wzmacniacz i przerób go w podobny
sposób. Proponuję, żeby to była kostka
TL074. Nie pomyl numerów wyprowadzeń
przy kopiowaniu składników graficznych
w poszczególnych częściach!

Przy przeróbce kostki TL071 i podobnych

tak rozmieść końcówki zerowania, żeby potem
łatwo było dodać na schemacie potencjometr

Kurs Protela

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

Lipiec 2002

Rys. 32

Spotkanie 5

Rys. 31

Rys. 33

Rys. 34

korekcyjny, który w przypadku wzmacniaczy
rodziny TL0xx ma suwak dołączony do
ujemnej szyny zasilania.

Elementy logiczne

Z bramkami logicznymi jest podobnie. Sko−
piuj z

oryginalnej biblioteki CMOS.LIB

(z projektu Sim.ddb) element 4093. Zwróć
uwagę, że element zawiera cztery części
(Parts) i że masz do dyspozycji dwie formy:
Normal oraz IEEE. Tu nadmienię, że ta for−
ma IEEE jest zgodna z wytycznymi amery−
kańskiej organizacji normalizacyjnej IEEE
(Institute of Electrical and Electronic Engine−
ers). Nie usuwaj tej postaci, ewentualnie tro−
chę ją zmodernizuj. Natomiast gruntownie
przerób postać Normal. Rysunek 35 pokazu−

je czwartą bramkę (Part 4/4) elementu przed
i po przeróbce.

Przerabiajac element nie zapomnij o koń−

cówkach zasilania. Są one ukryte − we wła−
ściwościach końcówek zasilania (o nazwach
VSS i GND) opcja Hidden jest zaznaczona.
Rysunek 36 pokazuje wygląd ekranu, gdy
czasowo wszystkie składniki są widoczne
dzięki zaznaczeniu okienka Hidden Pins
w lewym panelu.

Nie protestuj tylko, że nie wolno umie−

szczać wyprowadzenia wyjścia bramki „w po−
łowie kratki”. Można, i to bardzo łatwo, z po−
mocą klawisza Ctrl. I nie martw się o schemat,
że tam kursor ma duży skok i nie da się dołą−
czyć „przewodu” do końcówki umieszczonej
„w połowie kratki”. Pracując w przyszłości

nad

schematem,

a nie nad biblioteką,

wykonasz polecenie
D

− O

(Design,

Options) i zmienisz
skok kursora (Sna−
pOn) z 10 na 5. Zmie−
nisz tam też koniecz−
nie

„przyciąganie

przewodów

elek−

trycznych”

(Grid

Range w

okienku

Electrical Grid) na 3
lub 2. Rysunek 37
pokazuje,

jak

zmienić przy rysowa−
niu schematu. Nato−

miast podobna zmiana przy tworzeniu biblio−
tek poleceniem O − D raczej nie jest potrzebna.

W ramach ćwiczeń przekopiuj i zmień

podobnie najczęściej wykorzystywane bram−
ki: 4001, 4011, 4049, 4069, 40106.

Podsumowanie

Być może narobiłem Ci smaku i chciałbyś już
przeprowadzać symulację układów, tworzo−
nych z pomocą nowych elementów. To istot−
nie fantastyczna zabawa, ale znacznie pilniej−
sze jest zajęcie się bibliotekami „płytkowymi”
i kwestią projektowania płytek drukowanych.
Ja po prostu nie mogłem pominąć kwestii sy−
mulacji, żebyś od razu nauczył się tworzyć
pełnowartościowe elementy biblioteczne.

Położyliśmy solidny fundament. Możesz

na nim budować. Jestem przekonany, że po−
dane przykłady pozwolą Ci kopiować z bi−
blioteki Sim.ddb i modyfikować kolejne
układy cyfrowe, analogowe i wszelkie inne
podzespoły. Nawet jeśli nie zdecydujesz się
na tworzenie i przeróbkę bibliotek, zdobyte
informacje na pewno przydadzą się w przy−
szłości, bo na pewno zechcesz modyfikować
wygląd elementów na schemacie.

A na następnym spotkaniu zajmiemy się

elementami bibliotek „płytkowych” i istotny−
mi problemami, które są z nimi związane.

W projekcie MojaBiblioteka.ddb na na−

szej stronie internetowej www.edw.com.pl
w dziale FTP znajdziesz kilka przerobionych
elementów.

Piotr Górecki

Kurs Protela

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

Lipiec 2002

Rys. 35

Rys. 36

Rys. 37

Dziwne zjawiska

W ćwiczeniu 7 możesz natknąć się na dziwne zjawi−
sko, którego na pozór nie sposób wytłumaczyć − nie
wiadomo skąd i dlaczego na poszczególnych wyj−
ściach pojawiać się będą dodatkowe impulsy. Zależ−
nie od pewnych właściwości układu scalonego mogą
pojawić się dziwne przebiegi, których pochodzenia
nie sposób wytłumaczyć w oparciu o poznane do−
tychczas zasady.

Początkujący, którzy niestety dość często na−

potykają takie zaskakujące zjawiska, skłonni są
uznać, że elektronika to dziedzina z pogranicza
magii, gdzie niektóre zjawiska nie podlegają pra−
wom fizyki. Prawda jest inna. Elektronika to dzie−

dzina jak najbardziej ścisła, wszystko działa tu
według niezmiennych praw i wszystko da się opi−
sać matematycznie. Problem w tym, że w codzien−
nej praktyce upraszczamy co tylko można i zapo−
minamy (albo nic nie wiemy) o szczegółach budo−
wy wewnętrznej układów scalonych. Tak jest
i w przypadku dziwnych przebiegów w ćwiczeniu 7.
Dały o sobie znać dodatkowe struktury w układzie
scalonym. Na poprzedniej wyprawie, w ćwicze−
niach 7 i 8 (EdW 10/2001 str. 47, 11/2001 str. 39)
przekonaliśmy się naocznie, że na wejściach ukła−
dów CMOS umieszczone są obwody ochronne,
zawierające diody i rezystory. Zaznacza się je tyl−
ko na nielicznych rysunkach, a w konsekwencji
często o nich zapominamy. Ale to jeszcze nie

wszystko − wcale nie są to zwyczajne diody i rezy−
story. Układ scalony to nie złożenie „zwykłych”
tranzystorów, diod i rezystorów − to skomplikowa−
ny twór, produkowany na powierzchni płytki krze−
mowej przez selektywne nakładanie, usuwanie
i modyfikowanie wielu warstw o różnych właści−
wościach. Powstałe w tych warstwach składniki
tworzą nie tylko pożądane elementy, ale też cały
szereg pasożytniczych struktur. Przykładowo
w układach CMOS, oprócz pożądanych tranzysto−
rów polowych powstają struktury, które okazują
się... tranzystorami bipolarnymi i, co najgorsze
włączone są w sposób tworzący strukturę tyrysto−
rową, która w szczególnych sytuacjach może za−
działać jak tyrystor. Ilustruje to w uproszczeniu

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

Lipiec 2002

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Zamienniki

Układy 40106 i 4093 rea−
lizują funkcje logiczne
NOT i NAND. Od po−
znanych wcześniej ko−
stek 4069 i 4011 różnią
się budową obwodów
wejściowych. Obwody
wejściowe są bardziej
rozbudowane i występuje
tam zjawisko histerezy.
Mówimy, że są to układy
z wejściem Schmitta
(czytaj: szmita), a na ich
symbolu występuje upro−
szczony rysunek symbo−
lizujący histerezę. Układy wejściowe „ze
szmitem”, jak je potocznie nazywany, są bar−
dzo pożyteczne i są często wykorzystywane.

W praktyce, w zdecydowanej większości

przypadków zamiast prostych „zwykłych”
bramek z kostki 4011, znacznie częściej wy−
korzystujemy bramki „ze szmitem” z kostki
4093. Tak samo zamiast inwerterów 4069,
bardzo często stosujemy bardziej uniwersal−
ne inwertery z układu 40106.

Oprócz układu 40106, w rodzinie CMOS

jest jeszcze jedna niemal identyczna kostka
z sześcioma „inwerterami szmita” – 4584.
Funkcje i układ wyprowadzeń są takie same,
różnica jest niewielka: układ 4584 ma o połowę
mniejszą histerezę niż 40106. Inwertery z ukła−
du 40106 są stosowane nieporównanie częściej,
niż 4584. Tabelka pokazuje typowe wartości hi−
sterezy przy różnych napięciach zasilania.

Do tej pory w ogóle nie zajmowaliśmy się

cyfrowymi układami, wywodzącymi się z ro−
dziny TTL 74xx. Tym razem zrobię wyjątek.
Układ 74HC14 ma funkcje i układ wyprowa−
dzeń identyczny, jak kostka 40106. Różnice
dotyczą zakresu napięć zasilania i wydajno−
ści prądowej. Kostka 40106 może być zasila−
na napięciem 3...18V, a 74HC14 napięciem
2...6V. Przy tak niskim napięciu zasilania
układ 74HC14 ma kilkakrotnie większą wy−
dajność prądową wyjść niż układ 40106.

Rysunki 17a, 17b pokazują schemat
i przebiegi czasowe sterownika łańcucha
świetlnego. Dzięki inwerterom „ze szmi−
tem” można było genialnie uprościć taki
układ.

Generator z inwerterem U1A co pe−

wien czas pobudza łańcuch pięciu uni−
wibratorów, czyli przerzutników mono−
stabilnych. Każdy pobudzony uniwibra−
tor wytwarza impuls o czasie zależnym
od elementów RC. Gdy ten impuls się
skończy, opadające zbocze pobudza ko−
lejny uniwibrator. W ten sposób zaświe−
cane są kolejne diody LED. Stałe czaso−
we RC poszczególnych ogniw mogą być
różne, przez co można uzyskać dodatko−
we efekty, na przykład zwalniania.

Efekt jest wręcz rewelacyjny, na−

prawdę warto zbudować taki układ!
W podstawowej wersji, której realizację
widzisz na fotografii 7 elementami wy−
konawczymi są pojedyncze diody LED,
sterowane niezbyt dużym prądem ogra−
niczonym przez rezystory R7...R12. Mo−

żesz dodać bufory 4049, połączyć wiele
diod

LED

szeregowo/równolegle

i zwiększyć ich prąd.

Przy niższych napięciach zasilania

układ na pewno będzie wytwarzał prze−
biegi jak na rysunku 17b – w dowolnej
chwili będzie zaświecona co najwyżej
jedna dioda. Przy wyższych napięciach
(ponad 9V) być może zaobserwujesz
dziwne zjawisko – łańcuch będzie dzia−
łał, ale w danej chwili mogą być zaświe−
cone dwie lub nawet trzy diody. W efek−
cie przez linijkę diod nie będzie „prze−
biegał” pojedynczy punkt świetlny, tylko
swego rodzaju fala. Może nawet uznasz
to za zaletę.

Nie gwarantuję Ci, że takie dziwne

zjawisko wystąpi. Ja przygotowując ćwi−
czenie sprawdziłem kilka egzemplarzy
kostek różnych producentów i uzyska−
łem różne wyniki: niektóre kostki dawa−
ły efekt „fali” już przy napięciu zasilania
6,5V, inne przy 16V pracowały dokła−
dnie według rysunku 17b. Zależy to od

Ośla łączka

117

układ typowa wartość histerezy

zzaassiillaanniiee

55V

1100V

1155V

4400110066

1,1V

1,7V

2,1V

44558844

0,6V

0,7V

1,1V

Informacje dotyczące zestawu EdW−A06 do „Oślej łączki”

znajdują się na stronie z Ofertą AVT.

Ćwiczenie 7

(Dyskotekowy)

łańcuch świetlny

Rys. 17

rysunek B. Kolorami zaznaczyłem tranzystory
MOSFET.

Nie musisz wgłębiać się w szczegóły − podczas

normalnej pracy takie dodatkowe obwody nie ma−
ją wpływu na działanie układu. Rysunek ten ma Ci
jednak pokazać, dlaczego w pewnych nietypo−
wych sytuacjach urządzenie może sprawiać
niespodzianki.

Analizując problem jeszcze dokładniej, należało−

by uwzględnić fakt, że ścieżki na płytce i wszystkie
połączenia mają też jakąś niewielką rezystancję,
a także indukcyjność. Wypadałoby też uwzględnić
wszystkie pojemności montażowe (między elemen−
tami i ścieżkami), które też mogą być przyczyną
przykrych niespodzianek. Tych i jeszcze innych

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

Lipiec 2002

ELEMENT

arz

LEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Napięcia progowe
raz jeszcze

Podobnie, jak w przypadku zwykłych bramek,
także i w bramkach z wejściem Schmitta trze−
ba się liczyć ze znacznym rozrzutem napięć
progowych oraz ich (niezbyt dużą, ale jednak)
zależnością od temperatury. W rezultacie okna
histerezy poszczególnych egzemplarzy nie
tylko będą mieć różną szerokość, ale też będą
wzajemnie przesunięte w osi poziomej. Tabe−
la poniżej pokazuje dopuszczalne granice dla
inwerterów kostki 40106 przy napięciach zasi−
lania 5V, 10V i 15V. Jak widać szerokość pę−
tli, czyli wielkość histerezy, zależy od napięcia
zasilania i co najgorsze, nie są to zmiany pro−
porcjonalne do napięcia zasilania.

Z kolei Tabela na następnej stronie poka−

zuje dopuszczalny zakres napięć progowych
inwerterów 40106. Tak widać różnice pomię−
dzy egzemplarzami mogą być duże – ilustruje
to rysunek IX pokazujący przykładowe cha−
rakterystyki dwóch różnych kostek 40106.

Pamiętaj, że nigdzie nie znajdziesz informa−

cji, jaką wielkość pętli histerezy będzie mieć
konkretny egzemplarz układu scalonego przy
danym napięciu zasilania (musiałbyś to zmie−
rzyć). Właśnie z tych powodów nie sposób po−
dać wzoru na częstotliwość prostego generato−
ra z jedną bramką Schmitta. Częstotliwość
drgań zależy bowiem bardzo silnie od wielko−
ści histerezy, a ta z kolei od napięcia zasilania.

właściwości użytego egzemplarza ukła−
du scalonego 40106. Różni producenci
budują swoje kostki w nieco odmienny
sposób. Każda kostka oznaczona 40106
zawiera sześć inwerterów „ze szmitem”
i sposób ich działania w typowych ukła−
dach jest taki sam. Jednak kostki róż−
nych producentów mogą się różnić bu−
dową wejściowych obwodów zabezpie−
czających i pewnymi mało istotnymi pa−
rametrami nie udokumentowanymi
w katalogu. I właśnie te drobne różnice
we właściwościach spowodują, że w na−
szym trochę nietypowym układzie jedne
kostki będą wytwarzać „kanoniczne”
przebiegi z rysunku 17b nawet przy na−
pięciu 18V, a inne zaczną wytwarzać
wspomnianą „falę” już przy napięciu

6...7V. Aby skutecznie usunąć wspo−
mniany efekt „fali” wystarczy dodać re−
zystory na wejściach bramek według ry−
sunku 17c. Nieco więcej informacji na
temat przyczyn takiego nieoczekiwane−
go zachowania układu znajdziesz
w Technikaliach.

Aby sterować prawdziwym łańcuchem

świetlnym z wieloma żarówkami, możesz
wykorzystać wersję z sześcioma tranzy−
storami MOSFET na przykład według
rysunku 18a lub 18b, przy czym układ
musi być zasilany z akumulatora lub od−
powiednio wydajnego zasilacza siecio−
wego. W razie potrzeby dodaj rezystory
według rysunku 17c. Zbudujesz w ten
sposób najprawdziwszy wąż świetlny
nadający się do domu czy do dyskoteki.

118

Ośla łączka

Wielkość histerezy

40106

min

typ.

max

0,3V

1,1V

2,0V

10V

1,2V

1,7V

3,4V

15V

1,6V

2,1V

5,0V

Rys. IX

Rys. 18

„pasożytów” prawie nigdy nie zaznacza się na sche−
matach, ale one nie tylko istnieją, ale też mogą dać o
sobie znać. W układach CMOS uaktywnią się zwła−
szcza wtedy, gdy przez obwody wejściowe przepływa
prąd o znacznej wartości. A właśnie w ćwiczeniu 7 ma
miejsce taka sytuacja. Ilustruje to rysunek C. Czym
wyższe napięcie zasilania, tym większy prąd płynie
przez chwilę przez obwody wejściowe. W momen−
cie zmiany stanu w punkcie X z niskiego na wyso−
ki, naładowany wcześniej kondensator Cx zostaje
„podrzucony do góry” i zaczyna się gwałtownie
rozładowywać. Przez rezystor Rx płynie niewielki
prąd, ale ponieważ rezystancje Rwy i RA mają ma−
łą wartość rzędu dziesiątek, najwyżej setek omów,
prąd płynący przez wejście może mieć wartość

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

Lipiec 2002

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Progi wyjściowe?

Z wyjściami nie ma problemu – nie ma „wyj−
ściowego” napięcia progowego. Wnętrze ukła−
du cyfrowego jest tak zbudowane, że w nor−
malnych warunkach powinny się tam pojawiać
„czyste” stany logiczne: potencjał masy albo
dodatniej szyny zasilania. I tak zwykle jest –
o ile tylko wyjście nie jest nadmiernie obciążo−
ne. Jeśli z wyjścia układu logicznego nie jest
pobierany prąd większy niż kilka miliampe−
rów, występują tam „czyste” stany logiczne.
Wyjątkiem są sytuacje, gdy do takiego wyjścia
podłączone jest nietypowe obciążenie, na przy−
kład dioda LED. Wtedy płyną znaczne prądy,
a napięcia nie odpowiadają poziomom logicz−
nym. Choć zazwyczaj w takich nietypowych
sytuacjach układom CMOS nie grozi uszko−
dzenie, trzeba unikać nadmiernego obciążenia
i pamiętać o rezystancji wyjściowej bramek.

Generatory
i układy czasowe

W ćwiczeniu trzecim przekonałeś się, że naj−
prostszy generator można zrealizować za po−
mocą jednej bramki (inwertera) „ze szmitem”.
Choć generatory z bramkami (inwerterami)
z wejściem Schmitta są często stosowane, ich
częstotliwość silnie zależy od zmian napięcia
zasilania, a także od temperatury. Ponadto
z uwagi na znaczny rozrzut parametrów trud−
no przewidzieć, jaka dokładnie będzie często−
tliwość drgań przy danych elementach R, C.
Nic więc dziwnego, że nie wyparły one „kla−
sycznych” generatorów dwubramkowych,
poznanych na poprzedniej wyprawie. Gdy
częstotliwość ma być stabilna, należy stoso−
wać klasyczny układ z dwiema bramkami
(4011, 4001, 4069, 4049). Okazuje się, iż ta−
kie klasyczne dwubramkowe generatory są
też częścią specjalizowanych układów scalo−
nych rodziny CMOS 4000, na przykład bar−
dzo pożytecznych kostek 4541 czy 4060. Tak−
że uniwersalny układ czasowy 4047, wbrew
pozorom, opiera swe działanie na konfiguracji
klasycznego generatora dwubramkowego.

Bramki „ze szmitem” oprócz typowych
zastosowań, mogą być wykorzystywane
na wiele sposobów.

Przykład pokazany jest na rysunku 19.

Przy odpowiednim rozmieszczeniu diod
LED uzyskasz wirujące świetlne kółko.
Efekt jest naprawdę interesujący, musisz
tylko umieścić diody kolejno D1, D2,
D3, D4, D5, D6. Prędkość wirowania
zależy oczywiście od elementów
R1...R3, C1...C3. A elementy te nie mu−
szą być jednakowe.

Na pierwszy rzut oka trudno uchwy−

cić zasadę działania. Możesz potrakto−
wać układ jako zamknięty łańcuch blo−
ków opóźniających, podobnych jak na
rysunku 17, co tworzy niecodzienny ge−
nerator. Teoretycznie układ złożony
z trzech identycznych stopni nie powi−
nien „ruszyć” i należałoby dodać obwód
startowy, choćby w postaci przycisków
zwierających kondensatory. W praktyce
generator zawsze „rusza” ze względu na
drobne różnice parametrów użytych ele−
mentów. Jeśli chcesz, możesz samo−
dzielnie przeprowadzić bliższą analizę
tego interesującego układu, ale możesz
też spokojnie pominąć te szczegóły.

Jeśli zmontujesz ten układ w postaci

solidnego pająka albo na kawałku płytki
uniwersalnej, uzyskasz atrakcyjny gadżet
dyskotekowy. Możesz go zasilać z popu−
larnej baterii 9−woltowej (nie alkalicz−
nej), ale układ powinien też pracować za−
silany z jednej baterii litowej 3−woltowej.

Warto wtedy zamiast kostki
40106

zastosować

układ

74HC14, który też zawiera
sześć inwerterów „ze szmitem” i ma
identyczny układ wyprowadzeń, a za−
pewni większą wydajność prądową
wyjść przy niższych napięciach.

Na fotografii 8 pokazany jest model

próbny zmontowany na płytce stykowej.
Co prawda w tym prostym modelu diody
nie są ułożone w kółeczko, ale efekt też
jest interesujący. Podobny układ zreali−
zowany z pomocą miniaturowych ele−
mentów do montażu powierzchniowego
(SMD) opisany był w EdW 9/1999.

Ośla łączka

119

Ćwiczenie 8

Wirujące kółko

Rys. 19

Dolne napięcie progowe Górne napięcie progowe

40106

min

typ.

max

min

typ.

max

0,9V

1,9V

2,8V

2,2V

2,9V

3,6V

10V

2,5V

3,9V

5,2V

4,6V

5,9V

7,1V

15V

4,0V

5,8V

7,4V

6,8V

8,8V

10,8V

120

Ośla łączka

Wykonajmy teraz pożyteczny przyrząd
do Twojej pracowni elektronicznej. Od
wielu lat w literaturze można znaleźć
schemat testera tranzystorów o schema−
cie jak na rysunku 20. My zbudujemy
nowocześniejszy układ według rysun−
ku 21. Model zmontowany na płytce
stykowej pokazany jest na fotografii 9.

Napięcie zasilania nie powinno być

zbyt duże: 5V do, co najwyżej 9V, (ogra−

niczenie to wynika z faktu, że złącze ba−
za−emiter tranzystora bipolarnego za−
chowuje się jak... dioda Zenera o napię−
ciu 5...6V, więc przy wyższych napię−
ciach efekty będą inne). W testerze ma−
my dwa generatory. Jeden, powolny,
zmienia okresowo biegunowość napię−
cia podawanego na punkty E, C, co po−
zwala sprawdzić zarówno tranzystory
PNP, jak i NPN. Drugi podaje na bazę

tranzystora przebieg o częstotliwości
rzędu 1kHz lub więcej – w rezultacie
sprawny tranzystor daje na kolektorze
przebieg o amplitudzie kilku woltów.

Jeśli po dołączeniu badanego tranzy−

stora do punktów E (emiter), B (baza), C
(kolektor), nie świeci żadna dioda, ozna−
cza to, że tranzystor jest uszkodzony
(przerwa).

Jeśli na przemian migają diody D1,

D2 – tranzystor też jest uszkodzony –
zwarty. W takich przypadkach membra−
na będzie jedynie cicho stukać. Nato−
miast pisk membrany świadczy, że tran−
zystor jest sprawny, przy czym pulsowa−
nie tylko jednej diody LED pokazuje po−
laryzację tranzystora (PNP/NPN).

Przekonasz się, jak układ działa, jeśli

sprawdzisz kilka tranzystorów. Archa−
iczny pierwowzór przeznaczony jest dla
tranzystorów bipolarnych, czyli mówiąc
potocznie – zwykłych. Jeśli masz MO−
SFET−y z kanałem P i N, możesz spraw−
dzić, czy tester nadaje się do ich spraw−
dzania. Zawsze pamiętaj o właściwym
podłączeniu końcówki bazy (bramki).

Piotr Górecki

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW.

rzędu kilkudziesięciu miliamperów. Warto zauwa−
żyć, że w czasie takiego rozładowania kondensatora,
napięcie na wejściu bramki (w punkcie X) będzie
wyższe niż dodatnie napięcie zasilania (VDD).

W większości katalogów różnych producentów

podana jest informacja, że taki prąd wejściowy nie
może nawet na chwilę przekroczyć 10mA czy
20mA. Kostki niektórych producentów wytrzymują
bez jakiejkolwiek szkodliwej reakcji prądy wejścio−
we rzędu 50...70mA, inne są gorsze − pasożytnicze
struktury uaktywnią się przy prądzie wejściowym
niewiele większym od 10mA. I właśnie od takich
subtelnych właściwości, nie określonych dokładnie
w katalogu, zależy poprawna praca niektórych ukła−
dów, w tym łańcucha świetlnego z ćwiczenia 7.

Trzeba przy tym jasno powiedzieć, że przy na−

pięciach do 5...6V prądy są niewielkie i wspo−
mniane szkodliwe struktury nie zostaną uaktyw−
nione. Natomiast przy wyższych napięciach zasi−
lania, gdy dodatkowo większa jest wydajność prą−
dowa wyjść, a prąd wejściowy przekracza
w szczytach 20mA, wejścia mogą przez krótkie
ułamki sekund zachowywać się jak... wyjścia.
Szczegółowe wyjaśnienie zjawiska niewątpliwie
przekracza ramy niniejszego cyklu. Warto nato−
miast pamiętać o tym problemie, a w układach
czasowych i generatorach na wszelki wypadek
ograniczać prąd wejść poniżej dopuszczalnej war−
tości 20mA przez zastosowanie szeregowych re−
zystorów (1...10k

Ω

) według rysunku D.

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

Lipiec 2002

TECHNIKALIA

Rys. 20

Rys. 21

Ćwiczenie 9

Tester tranzystorów

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

Lipiec 2002

Do czego to służy?

Opisywane moduły przeznaczone są dla sze−
rokiej rzeszy miłośników audio. Wersja droż−
sza zainteresuje wyrafinowanych audiofilów,
którzy wykorzystując wzmacniacze mostko−
we zechcą sprawdzić właściwości inwertera
fazy z najlepszymi dostępnymi obecnie
wzmacniaczami operacyjnymi.

Wersja prostsza przeznaczona jest dla

wszystkich elektroników, którzy budują
wzmacniacze mostkowe i potrzebują modu−
łu, który z jednego sygnału audio zrobi dwa
o przeciwnych fazach.

W zasadzie zadanie odwrócenia fazy jest

dziecinnie proste – wystarczyłby do tego je−
den wzmacniacz operacyjny. Opisywany
układ powstał dla zaspokojenia szczególnej
potrzeby. Po opublikowaniu w EdW 6/2001
projektu Hybrydowy wzmacniacz mostkowy
pojawiła się myśl, żeby wypróbować układ
z inwerterem zbudowanym na najwyższej
klasy wzmacniaczach operacyjnych. Dodat−
kowo moduł powinien zawierać obwód cza−
sowy do opóźnionego dołączania głośników.

Po przemyśleniu problemu pojawiło się

przekonanie, że jeśli już projektować taki
moduł, to niech będzie nim uniwersalna płyt−
ka, pozwalająca zrealizować także inne, po−
krewne zadania.

Podstawowe zastosowanie to

inwerter−symetryzator,

który

z jednego zrobi dwa sygnały
o przeciwnych fazach według
rysunku 1a. I odwrotnie, z sy−
gnału symetrycznego zrobi sy−
gnał niesymetryczny według ry−
sunku 1b − inaczej mówiąc cho−
dzi o wejściowy beztransformato−
rowy układ symetryzujący. Syme−
tryczne przesyłanie sygnału za−
pewnia mniejszą czułość na ze−
wnętrzne zakłócenia i jest po−
wszechnie stosowane w technice
studyjnej. W

profesjonalnym

sprzęcie prawie wszystkie wejścia
i wyjścia są symetryczne. Choć
w wielu urządzeniach profesjo−
nalnych stosowane są transforma−
tory, które dodatkowo zapewniają

izolację galwaniczną, jednak nie zawsze trze−
ba oddzielać współpracujące urządzenia; naj−
częściej doskonale zda egzamin (de)symetry−
zator elektroniczny.

Jak to działa?

Pierwszy moduł umożliwia wykorzystanie naj−
lepszych współczesnych wzmacniaczy opera−
cyjnych i przeznaczony jest dla miłośników
rozwiązań szczytowej klasy. Schemat ideowy
tej wersji pokazany jest na rysunku 2. Ponie−
waż moduł często zasilany będzie napięciem
niestabilizowanym zasilającym wzmacniacze,
przewidziano dwie diody Zenera D1, D2, które
w razie potrzeby zmniejszą napięcie na wej−
ściach stabilizatorów U5, U7 do dopuszczalnej
wartości ±35V. Przy napięciu zasilającym po−
niżej ±35V diody te można zastąpić zworami.

Stabilizacja jest dwustopniowa. Najpierw

z niestabilizowanego, tętniącego przebiegu
wytwarzane jest napięcie symetryczne ±18V.
Mogłoby ono posłużyć wprost do zasilania
wzmacniaczy operacyjnych modułu, jednak
napięcie to może zawierać minimalne tętnie−
nia i zakłócenia. Aby definitywnie się ich po−
zbyć, wprowadzono dodatkowe stabilizatory
U4, U6. Różnica napięć na wejściach i wyj−
ściach tych stabilizatorów, wynosząca 3V,

całkowicie wystarczy do ich prawidłowej pra−
cy. Dzięki takiemu rozwiązaniu napięcie zasi−
lające jest nie tylko dobrze stabilizowane, ale
także zawiera bardzo mało szumów. Pod tym
względem popularne stabilizatory 78xx/79xx
mają wystarczająco dobre parametry.

Staranna filtracja napięcia zasilającego jest

szczególnie ważna w układach najwyższej
klasy pracujących z małymi sygnałami, gdzie
trzeba uwzględniać wpływ szumów napięcia
zasilania i przenikania tego szumu do toru sy−
gnałowego wskutek niedoskonałego współ−
czynnika tłumienia tętnień zasilania (PSRR),
zwłaszcza przy wyższych częstotliwościach.
Wcale nie chodzi tu o stłumienie tętnień sieci
(50Hz i 100Hz), tylko właśnie niedopuszcze−
nie do przejścia wysokoczęstotliwościowych
szumów z szyn zasilania do toru sygnałowe−
go. Wpływ na to mają także właściwości za−
stosowanych wzmacniaczy operacyjnych,
a konkretnie ich współczynnika PSRR przy
dużych częstotliwościach. W opisywanym
module sygnały robocze są duże i można

Rys. 1

Rys. 2 Wersja Hi−End

−

((

))

łł

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

Lipiec 2002

wykorzystać różne typy wzmacniaczy opera−
cyjnych. Nawet gdyby ich współczynnik
PSRR był słaby, dzięki rozbudowanym obwo−
dom zasilania nie pogorszy to jakości sygnału.

Z obwodami zasilania współpracuje kost−

ka U3. Ten wzmacniacz operacyjny objęty
pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego (R6,
R13, R14) pełni rolę układu opóźniającego.
Czas opóźnienia wyznaczony jest przez po−
jemność C1 i rezystancję PR2, R12. Tranzy−
story T1 i T2 zostają otwarte kilkana−
ście...kilkadziesiąt sekund po włączeniu na−
pięć zasilania. Do jednego z punktów U,
W można podpiąć przekaźnik(−i) dołączający
głośniki do wyjścia wzmacniacza. Dioda D3
jest potrzebna do szybkiego rozładowania C1
po wyłączeniu zasilania. Rysunek 3 pokazu−
je przykłady dołączenia przekaźników.

Właściwy układ symetryzująco−desyme−

tryzujący zawiera dwa identyczne kanały (L −
lewy, R − prawy), gdzie pracują cztery
wzmacniacze operacyjne U1, U2 i sieć jedna−
kowych rezystorów – ich wartość może wy−
nosić 1k

Ω

...50k

Ω

. Numeracja elementów

w obu kanałach jest identyczna. Każdy kanał
ma aż cztery wejścia (punkty A, B, C, D)
i dwa wyjścia (punkty E, F). Nigdy wszystkie
nie będą wykorzystane i nigdy nie będą mon−
towane wszystkie rezystory i potencjometry.
Rysunek 4 pokazuje elementy inwertera−sy−
metryzatora i desymetryzatora. W układzie de−
symetryzatora przewidziano potencjometry
montażowe, umożliwiające dokładne zrówno−
ważenie układu (o wartości około 30...100 razy
mniejszej od użytej wartości rezystorów R).
W większości przypadków nie będą one mon−
towane, a ich wyprowadzenia trzeba zewrzeć –
z powodzeniem wystarczy zastosowanie pre−
cyzyjnych rezystorów o tolerancji 1%, ewen−
tualnie dodatkowo dobranych parami (R1,R2;
R2,R10; R8,R5; R9,R11) za pomocą cyfrowe−
go miernika. W wersjach najprostszych moduł
pozwoli zrealizować aż cztery niezależne to−
ry. Oprócz funkcji inwertera do wzmacniacza
mostkowego, układ może realizować funkcję
symetrycznego wyjścia i wejścia, zastępując
kosztowne układy z transformatorami. Jeśli
obciążenie miałoby wtedy charakter pojem−
nościowy (np. długie kable), należy spraw−
dzić czy układ nie ma skłonności do oscyla−
cji − warto na tak obciążonych wyjściach
wzmacniaczy operacyjnych umieścić dodat−
kowe rezystory szeregowe (100

Ω

...1k

Ω

W module nie przewidziano wejściowych

kondensatorów separujących. Puryści unikają

kondensatorów w torze sygnału. Ponieważ ca−
ły układ jest w pełni symetryczny, nie ma po−
trzeby stosowania takich kondensatorów. Gdy−
by okazały się potrzebne, można je włączyć na
wejściach. Będą to oczywiście kondensatory
foliowe MKT, a nie żadne „elektrolity”.

Jak pokazuje rysunek 5, przy wartości re−

zystorów równej 46,4k

Ω

już pojemność 1

da znakomitą częstotliwość graniczną poniżej

5Hz. Właśnie ze względu na możli−
wość dodania kondensatorów wej−
ściowych, być może zajdzie potrze−
ba zastosowania rezystorów o dużej
wartości (np. 46,4k

Ω

). Jeśli kon−

densatorów wejściowych nie będzie
i nie ma innych powodów, warto
zdecydowanie zmniejszyć wartość
rezystorów do wartości 1k

Ω

...3k

Ω

Zmniejszy to też nieco szumy, ale
przy poziomach sygnału rzędu po−

jedynczych woltów szumy rezystorów nie
mają znaczenia.

Moduł został sprawdzony „na przyrzą−

dach” zarówno w roli symetryzatora, jak i de−
symetryzatora z różnymi typami układów
scalonych. Przede wszystkim z Rolls−Roy−
ce’m – kostką AD797 Analog Devices. Pod−
czas testów okazało się, że trzeba zastosować
dodatkowe kondensatory kompensujące (co
zresztą jest zgodne z uwagami z karty katalo−
gowej). W symetryzatorze z kostką AD797
i

rezystorami

46,4k

Ω

, by usu−

nąć silną skłon−
ność do samow−
zbudzenia, trzeba
było koniecznie

dołączyć równolegle do R3 i R5 kondensato−
ry 3pF (C8, C9), co skutecznie usunęło skłon−
ność do samowzbudzenia i dało płaską cha−
rakterystykę, przy czym szybkość zmian na−
pięcia nie pogorszyła się i wynosiła, zgodnie
z katalogiem, 20V/

s. Z rezystorami o warto−

ści 1,82k

Ω

0,5% (takie akurat były

pod ręką) tendencji do samowzbu−
dzenia praktycznie nie było, nie−
mniej aby uzyskać idealnie płaską
charakterystykę, pojemność C8
i C9 trzeba zwiększyć do 10...15pF.

Można sprawdzić właściwości

z innymi typami układów scalo−
nych U1, U2. Różnorodne wzmac−

niacze operacyjne firmy Analog Devices do−
stępne są u krajowych dystrybutorów, m.in.
w poznańskiej firmie Alfine (www.alfi−
ne.com.pl). Przeprowadzono też próby z bar−
dzo szybką kostką AD817. Dała ona rewela−
cyjną szybkość narastania napięcia, nieco po−
nad 180V/

s. Czy jest ona naprawdę po−

trzebna, audiofile mogą sprawdzić osobiście
(ani cyfrowe, ani analogowe źródła nie dadzą
sygnału o takiej stromości zboczy). Tu
z rezystorami 1,82k

Ω

dla uzyskania do−

kładnie płaskiej charakterystyki trzeba
było dodać kondensatory 3pF, które zli−
kwidowały niewielkie podbicie w zakre−
sie megahercowym.

Oczywiście kondensatory te nie są wyma−

gane, bo wpływają na przebieg charaktery−
styki w zakresie częstotliwości wielokrotnie
większych od akustycznych, a i to w niewiel−
kim stopniu. Jednak w układzie dla zaawan−
sowanych audiofilów taka dbałość o szcze−
góły na pewno nie zaszkodzi.

Próby laboratoryjne wykazały, iż nie są

wymagane dodatkowe kondensatory filtrują−
ce obwody zasilania wzmacniaczy operacyj−
nych, umieszczone tuż przy kostkach.

Jeśli ktoś chce, może przylutować takie

kondensatory od strony druku (między masą
a szynami zasilania).

Ponieważ taki uniwersalny układ zainte−

resuje nie tylko audiofilów, przewidziano

Rys. 4

Rys. 3

Rys. 5

Rys. 6 Wersja uproszczona

drugą wersję modułu z popularnymi i tanimi
wzmacniaczami operacyjnymi NE5532,
przeznaczonymi właśnie do układów audio
lub innymi podwójnymi wzmacniaczami.

Schemat takiej uproszczonej wersji pokaza−

ny jest na rysunku 6. Dwa kanały audio są
identyczne, jak na rysunku 2. Różnica w sto−
sunku do wersji Hi−Endowej polega tylko na
uproszczeniu obwodów zasilania. Zamiast
dwóch stopni stabilizacji, występuje tylko je−
den, a w układzie opóźniającym zastosowano
dodatkowe dławiki, które jak pokazały testy,
mogą być zastąpione zworami. Testy te wyka−
zały również, iż z kostkami NE5532 i rezysto−
rami R o wartościach z zakresu 1k

Ω

...4k

Ω

nie

są potrzebne kondensatory kompensujące.
Układ wypróbowano także z kostkami
LM833, które są bardzo podobne do układów
NE5532. Nie zaleca się natomiast stosowania
bardzo popularnych kostek TL072, choć od
biedy mogłyby być wykorzystane. Znacznie
lepsze wyniki osiąga się z niemniej popularny−
mi i również bardzo tanimi układami NE5532.

Montaż i uruchomienie

Moduł w wersji Hi−End można zmontować
na płytce pokazanej na rysunku 7. Nigdy nie
będą montowane wszystkie elementy (jak
w prototypie na fotografii wstępnej). Zależ−
nie od przeznaczenia, należy zmontować ele−
menty według rysunku 4, nie zapominając
o zworach Z1, Z2. Najczęściej rezystory
oznaczone R mogą mieć wartość 1k

Ω

...3k

Ω

byle miały parami jednakowe wartości, naj−
lepiej z dokładnością lepszą niż 1% . Ko−
niecznie trzeba tu zastosować precyzyjne re−
zystory o tolerancji co najmniej 1%. Z kost−
ką AD797 właściwa pojemność C8, C9 wy−
nosi 15pF, z kostką AD817 – 2,7...3,9pF.

Jeśli ktoś zastosuje jeszcze inne wzmac−

niacze operacyjne, zechce uzyskać na wyj−
ściach jak najlepszy przebieg prostokątny
bez zwisów i przerzutów, może z pomocą
oscyloskopu i generatora przebiegów prosto−
kątnych dobrać kondensatory C8, C9;
w większości przypadków nie będą one
konieczne.

Fotografia 1 pokazuje symetryzator do

wzmacniacza mostkowego z

kostkami

AD817 i AD797. Kondensatory kompensują−
ce C8 i C9 (2x3pF i 2x15pF) zostały w tym
prototypie dolutowane od strony ścieżek do
rezystorów R3 i R5, które mają po 1,82k

Ω

Na fotografii 2 pokazana jest wersja z jed−
nym kanałem, bez układu czasowego.

Wersję uproszczoną z rysunku 6 można

zmontować na płytce drukowanej pokazanej
na rysunku 8 . Zalecany zakres wartości R to
1...4k

Ω

(1% lub lepiej); tylko przy więk−

szych rezystancjach R (10k

Ω

...50k

Ω

) trzeba

sprawdzić odpowiedź impulsową i w razie
wystąpienia przerzutów dodać niewielkie
kondensatory równolegle do R3, R5. W de−
symetryzatorze w miejsce potencjometrów
trzeba wlutować zwory. Fotografia 3 poka−
zuje model z kostkami NE5532, w którym

jeden kanał pełni rolę symetrycznego wyj−
ścia, drugi – wejścia.

Ryszard Ronikier

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

Lipiec 2002

Wykaz elementów:

Moduł wejściowy Hi−End wg rys 2:
R

R1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R11−R

R55,,R

R88−R

R1111,,R

R11R

R−R

R55R

R,,R

R88R

R−R

R1111R

R .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,, 4477kk

Ω

11%

% − 99sszztt..

((11kk

Ω

Ω..

....4477kk 11%

%)) ppaattrrzz tteekksstt

R66,,R

R1133,,R

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R77,,R

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

R11,,P

R33,,P

R11R

R,,P

R33R

R .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..** ppaattrrzz tteekksstt

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

Ω

miinnii

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477µµFF//2255V

V ttaannttaalloow

wyy

C22,,C

C44,,C

C66,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//2255V

C33,,C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//5500V

C88−C

C1111,,C

C88R

R−C

C1111R

R .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..** ppaattrrzz tteekksstt

D11,,D

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ZZeenneerraa 11W

W –

– ppaattrrzz tteekksstt

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

N44114488

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

C554477

U11,,U

U22,,U

U11R

R,,U

U22R

R .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

D779977

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..µµA

A774411

U44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77881155

U55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77881188

U66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77991155

U77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77991188

Moduł wejściowy z kostkami NE5532 wg rys. 6
R

R11−R

R55,,R

R88−R

R1111,,R

R11R

R−R

R55R

R,,R

R88R

R−R

R1111R

R .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,, 4477kk

Ω

11%

% − 99sszztt..

((11kk

Ω

Ω..

....4477kk 11%

%)) ppaattrrzz tteekksstt

R66,,R

R1133,,R

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R77,,R

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

R1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R11,,P

R33,,P

R11R

R,,P

R33R

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..** ((00,,0011......00,,0033**R

R)) ppaattrrzz tteekksstt

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

Ω

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477µµFF//2255V

V ttaannttaalloow

wyy

C22,,C

C44,,C

C66,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//2255V

C33,,C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//5500V

D11,,D

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ZZeenneerraa 11W

W –

– ppaattrrzz tteekksstt

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

N44114488

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

C554477

U11,,U

U11R

R .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..N

NEE55553322

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

M77881155

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..µµA

A774411 lluubb ppooddoobbnnyy

U44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77991155

LL11,,LL22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..zzw

woorraa lluubb 110000µµH

Płytki drukowane są dostępne w sieci handlowej AVT

jako:

AVT−2645/1 − HiEnd−owy (de)symetryzator audio,

AVT−2645/2 − Uniwersalny moduł symetryczny

Rys. 8 Schemat montażowy (do rys. 6)

Rys. 7 Schemat montażowy (do rys. 2)

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

Lipiec 2002

Do czego to służy?

Po pojawieniu się kitu AVT−2347 umożliwia−
jącego zrealizowanie jednopasmowego
odbiornika AM, redakcja EdW, a także autor
otrzymali wiele listów sugerujących, aby
pójść dalej i opisać możliwości rozbudowy
układu, który usatysfakcjonowałby szersze
grono Czytelników. Początkowo chodziło
głównie o strojenie urządzenia, czyli możli−
wość odbioru wielu stacji pracujących w pa−
śmie 11m, a nie tylko jednego kanału, na
który był przewidziany opisany odbiornik.
Kit ten z założenia był uproszczony do nie−
zbędnego minimum, bo − prawdę mówiąc −
była to część składowa jednopasmowego ra−
diotelefonu (po dodaniu drugiej płytki
nadawczej, kolejnego kitu AVT−2406, uzy−
skiwało się bardzo proste urządzenie nadaw−
czo − odbiorcze CB/AM).

Warto przypomnieć, że CB radio jest

środkiem wzajemnego komunikowania się
w paśmie 27MHz. W Polsce oficjalnie jest
dopuszczone do eksploatacji przez użytkow−
ników CB pasmo 26,960−27,405MHz,
podzielone na 40 kanałów z odstępem co
10kHz (tak zwana podstawowa „czterdziest−
ka”) z modulacją AM, FM i SSB.

Ponieważ coraz więcej czytelników suge−

rowało kolejne modernizacje układu, wraca−
my do tematu i przedstawiamy schemat
odbiornika uzupełnionego o układy najczę−
ściej poszukiwane w listach:
− generator przestrajany,
− przedwzmacniacz w.cz.,
− układ blokady szumu.

Już na początku należy jednak wyjaśnić,

że choć w kraju 90% urządzeń CB jest przy−
stosowanych do pracy emisją AM, to odbiór
słabych sygnałów z tą modulacją z reguły
jest utrudniony ze względu na właściwości
pasma obywatelskiego (zakłócenia od silni−
ków iskrowych i sprzętu RTV, czy blisko zlo−
kalizowanych stacji CB, nie mówiąc o za−
kłóceniach wywoływanych przez stojący na
biurku komputer). Ponadto odbiór sygnałów
za pomocą opisywanego odbiornika z inną
modulacją niż AM jest siłą rzeczy utrudnio−

ny, a właściwie niemożliwy (choć teoretycz−
nie na zboczu krzywej rezonansowej można
odbierać dostatecznie czytelne sygnały FM).

Jak to działa

Schemat blokowy przestrajanego odbiornika
CB/AM jest pokazany na rysunku 1, zaś na
rysunku 2 cały schemat ideowy urządzenia.
Układ jest przystosowany do odbioru rozsze−
rzonego

zakresu

CB,

konkretnie

26...28MHz. W skład odbiornika, oprócz
wspomnianego serca − kitu AVT−2347, wcho−
dzą trzy dodatkowe bloki (generator przestra−
jany, przedwzmacniacz w.cz., układ blokady
szumu) opisane poniżej w kolejności prze−
biegu sygnału.

A) Przedwzmacniacz
antenowy CB (AVT−2122)

Sygnał z anteny trafia na filtr wejściowy pro−
stego przedwzmacniacza antenowego włą−
czonego na wejściu odbiornika.

Zastosowanie przedwzmacniacza w.cz.

często daje radykalną poprawę czułości
odbiornika (umożliwia odbiór bardzo odle−
głych stacji, tzw. DX).

Z uzwojenia głównego filtru F1 odfiltro−

wany sygnał jest kierowany na bramkę pierw−
szą tranzystora polowego MOSFET T1 −
BF966. Bramka druga jest spolaryzowana na−
pięciem wytworzonym przez dzielnik rezysto−
rowy R2 R3. Rezystor R1 służy do stabilizacji
punktu pracy tranzystora oraz stanowi ograni−
czenie prądowe źródła. W obwodzie drenu

tranzystora jest włączony filtr F2 (również ze−
strojony na częstotliwość środkową pasma
CB). Z uzwojenia wtórnego tego filtru sygnał
jest podany na wejście odbiornika CB.

Jako filtry F1 i F2 wykorzystano dwa ob−

wody 7x7 typu 217, które, mimo że są przy−
gotowane do pracy w układach pośredniej
częstotliwości 10,7MHz, mogą również pra−
cować na wyższych zakresach. Przestrojenie
obwodów osiągnięto dzięki kondensatorom
C1 i C4 dobranym w taki sposób, aby z głów−
ną indukcyjnością filtru wytworzyć rezonans
w pasmie 27MHz.

Przedwzmacniacz charakteryzuje się

wzmocnieniem napięciowym 20dB, a jego
pasmo przenoszenia zawiera się w zakresie
26...28MHz.

B) Właściwy
odbiornik CB
(kit AVT−2395)

Sercem urządzenia jest kla−
syczna

superheterodyna

z pojedynczą przemianą
częstotliwości, w której za−
stosowano tylko dwa popu−
larne układy scalone.

Sygnał z przedwzmac−

niacza antenowego, odfil−

trowany w filtrze F1 zestrojonym na 27MHz,
jest skierowany na wewnętrzny wzmacniacz
w.cz. układu scalonego US1 TCA440
(UL1203). Wzmocnienie stopnia wejściowe−
go tego układu wynosi około 35dB. O czę−
stotliwości odbieranego kanału decyduje
wartość częstotliwości sygnału generatora
dołączonego do wyprowadzenia 4 US1.

Sygnał z wyjścia mieszacza 455kHz

(f p.cz.) jest następnie podany − przez obwód
rezonansowy F3 − na podwójny obwód selek−
cyjny, zestawiony z trójkońcówkowych fil−
trów ceramicznych 455kHz. Szerokość prze−
noszenia takiego filtru wynosi około 10kHz.
Z wyjścia filtru sygnał 455kHz jest wzmacnia−
ny w wewnętrznym wzmacniaczu p.cz. ukła−
du scalonego. Sygnał z wyjścia wzmacniacza
p.cz. (F4) podlega demodulacji amplitudy za

###

−

Rys. 1 Schemat blokowy

pośrednictwem germanowej diody D1. Napię−
cie stałe z tego detektora jest podawane z po−
wrotem na wyprowadzenie 9 układu scalone−
go celem automatycznej regulacji wzmocnie−
nia (im wyższe napięcie stałe, tym mniejsze
wzmocnienie toru p.cz.).

Sygnał małej częstotliwości (po odfiltro−

waniu przez R8 C20) jest podany przez po−
tencjometr siły głosu R10 na wzmacniacz
małej częstotliwości US2 (popularny układ
LM386), a następne na głośnik.

C) Układ blokady szumu
(SQUELCH)

Układy blokady szumu, służące do niwelacji
charakterystycznego szumu pasmowego wy−
stępującego przy braku sygnału korespon−
denta, działają na bardzo różnych zasadach.
Z reguły są realizowane w układach małej
częstotliwości, z tym że do wytworzenia sy−
gnału o odpowiednim poziomie reagującym
na szum wykorzystuje się najczęściej sygna−
ły pośredniej częstotliwości.

W naszym układzie, znajdującym się

w dolnej części schematu, wykorzystano dwa
popularne tranzystory BC547. Pierwszy z nich
pracuje w układzie wzmacniacza prądu stałe−
go o regulowanym poziomie zadziałania, zaś
drugi jest kluczem załączającym kondensator.

Działanie układu jest proste. Część sygna−

łu p.cz. podlega detekcji w podwajaczu na−
pięcia na diodach germanowych. Przy braku
sygnału odbieranego złącze B−E drugiego
tranzystora jest polaryzowane przepustowo,
powodując blokowanie do masy sygnału
m.cz. Efektem tego stanu jest blokada szumu
w głośniku.

Podczas odbioru silnego sygnału kore−

spondenta następuje wysterowanie pierw−
szego tranzystora i w konsekwencji otwar−
cie drogi dla sygnału m.cz. (odłączenie
blokady).

Próg zadziałania blokady jest regulowany

przy pomocą potencjometru.

D) Generator w.cz.

W literaturze można znaleźć wiele opisów
wykonania generatorów w.cz. pracujących
w zakresie CB. Najczęściej są one budowane
na tranzystorach bipolarnych, FET−ach czy
MOSFET−ach (ze względu na większe stabil−
ności częstotliwości), a ostatnio coraz czę−
ściej na układach scalonych. Godnym pole−
cenia jest tutaj układ Motoroli MC12148,
o wyprowadzeniach przystosowanych do
SMD (8−pin SOIC). Jego parametry są bar−
dzo zachęcające: zasilanie − 5V/20mA, ma−
ksymalna częstotliwość pracy do 1GHz, duża
stabilność.

Nic nie stoi więc na przeszkodzie, aby

układ ten zastosować jako generator w.cz.
(VFO) w naszym odbiorniku.

Układ może być również wykorzystany

jako stabilny generator w.cz. do innych
konstrukcji. Strojenie generatora można
przeprowadzić za pomocą kondensatora po−
wietrznego (np. agregatu z radioodbiorni−
ka). W naszym przypadku równie skutecz−
nym, a przy tym tańszym rozwiązaniem,
jest strojenie napięciowe za pomocą poten−
cjometru dołączonego do diody pojemno−
ściowej. Można także użyć strojenia za po−
mocą kondensatora jako zgrubne, zaś po−
tencjometrem − dokładne (w okolicy po−
trzebnej wartości, jak w przypadku precy−
zera czy RIT−a).

Montaż i uruchomienie

Cały układ odbiornika można zmontować na
czterech płytkach drukowanych (dwie są do−
stępne w sieci handlowej AVT) − Rys. 3.

Rozmieszczenie elementów jest pokazane

na oryginalnych płytkach AVT−2122 (EdW
11/96) i AVT−2395 (4/99). Rysunek płytki
montażowej generatora był zamieszczony
w EdW 2/99. Pozostaje jedynie wykorzystać

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

Lipiec 2002

Rys. 2 Schemat ideowy odbiornika

Rys. 3 Rozmieszczenie elementów

w obudowie

Rys. 4 Antena YAGI/CB

odcinek płytki uniwersalnej do zmontowania
układu blokady szumu.

Montaż urządzenia nie powinien nastrę−

czyć większych problemów z uwagi na moż−
liwość zastosowania gotowych obwodów
7x7, bez konieczności przewijania cewek.

Na początek należy zmierzyć częstotliwość

sygnału wyjściowego przestrajanego generato−
ra i tak ją skorygować, aby uzyskać w dwóch
skrajnych pozycjach potencjometru sygnał
o częstotliwości 26 i 28MHz, powiększony
lub pomniejszony o wartość p.cz. 455kHz.

Dalsze uruchomienie zmontowanego

układu wg schematu też jest proste i sprowa−
dza się do ustawienia rdzeni w filtrach na naj−
silniejszy odbierany sygnał CB.

Choć jako antenę można zastosować odci−

nek przewodu izolowanego o długości około

1m lub antenę teleskopową od starego radio−
odbiornika, to najlepsze wyniki osiągnie się
przy zastosowaniu anteny zewnętrznej, zasi−
lanej kablem koncentrycznym (Rys. 4,5).

Jeżeli układ będzie działał prawidłowo, to

całe urządzenie koniecznie należy zamonto−
wać do metalowej obudowy wyposażonej
w gniazda oraz potencjometry. Warto także

uzupełnić odbiornik o programowaną skalę
częstotliwości z wyświetlaczem LED lub
LCD.

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

Lipiec 2002

Rys. 5 Antena GP/CB

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

Lipiec 2002

Po przeczytaniu dwóch artykułów dotyczą−
cych przeróbki napędu CD−ROM na odtwa−
rzacz płyt kompaktowych audio (EdW 9/01)
postanowiłem przedstawić swoje urządzenie.
Mój odtwarzacz wzbogacony został o kla−
wiaturę do wybierania utworu oraz wyświe−
tlacz numeryczny, który pokazuje numer wy−
branego utworu.

Schemat blokowy urządzenia przedsta−

wiony został na rysunku 1.

Klawiatura

Klawiatura, wraz z układem odliczającym
impulsy, pochodzi ze starego telefonu. Dzia−
łanie klawiatury jest następujące:

Po naciśnięciu jakiegokolwiek przycisku

(oprócz „*” i „#”) układ odlicza liczbę impul−
sów odpowiadającą liczbie, która znajduje się
na tym przycisku. Wyjątkiem jest przycisk
z liczbą zero – po naciśnięciu tego przycisku
układ odlicza 10 impulsów. Przycisk „#” bę−
dzie umożliwiał włączenie pierwszego utwo−
ru, a później przeskakiwanie do następnego.

Jak dostosować klawiaturę do współpracy

z napędem CD−ROM?

Rysunek 2 przedstawia uproszczoną we−

rsję płytki drukowanej klawiatury i dołączone
do niej dodatkowe elementy. Aby dostosować
klawiaturę do naszych potrzeb wystarczy wy−
lutować kondensator o pojemności 47pF

oznaczony cyfrą 3 i na jego miejsce wlutować
kondensatory 100nF i 30nF połączone rów−
nolegle. Następnie należy wylutować przeka−
źnik złożony z cewki i małego kontaktronu
umieszczonego w jej osi. Teraz zamieniamy
rezystor 15k

Ω

oznaczony cyfrą 9 na rezystor

o wartości 165k

Ω

. Dodatkowe elementy (D1,

D2, PR1, T1) można zlutować „na pająka”.
Przewód łączący D1 i PR1 należy podłączyć
do górnej nóżki rezystora oznaczonego

cyfrą 8. Dioda LED za−
świeca się przy każdym
impulsie oraz gdy jest wci−
śnięty przycisk „#”. Poten−
cjometr PR1 można na ra−
zie ustawić w pozycji
środkowej. Układ z prze−
kaźnikiem REL1 zostanie
opisany w dalszej części
artykułu. Nie jest on jed−
nak niezbędny do popraw−
nego działania klawiatury.

Przycisk z gwiazdką

wykorzystałem jako drugi

przycisk STOP/EJECT. Aby to zrobić musia−
łem zaingerować we wnętrze klawiatury. Ca−
łą operację przedstawia rysunek 3. W miej−
scach oznaczonych czerwonym krzyżykiem
należy przeciąć ścieżki. Aby wykonać zazna−
czoną na rysunku zworę należy zeskrobać ze
ścieżek warstwę ochronną i przylutować
drut. Na pola stykowe przycisków „*” i „0”
należy nałożyć trochę cyny. Cyna powinna
być rozprowadzona równomiernie i płasko.

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

−

łł

Zbyt duża ilość cyny spowoduje zwarcie sty−
ków i niepoprawne działanie klawiatury. Dla
pewności można odciąć fragment metalowej
cienkiej płytki ze stykami odpowiadającymi
za zwieranie powierzchni stykowych przyci−
sku „*” i odizolować go od pozostałej części
tej płytki. Płytka ta znajduje się pod plastiko−
wym izolatorem z okrągłymi otworami.

Płytkę, oraz elementy R2− R4, T2, D3,

REL1, umieściłem w małej obudowie, a kla−
wiaturę przykręciłem na zewnątrz tej obudo−
wy. Płytka i klawiatura są połączone dziesię−
ciożyłową taśmą. Przewody od przycisku „*”
przewlekłem przez wcześniej wywiercony
otwór w obudowie. Urządzenie jest gotowe
do współpracy ze stacją CD−ROM. Do punk−
tu oznaczonego na płytce literą „k” doprowa−
dziłem (poprzez rezystor 330

Ω

/0,5W) napię−

cie +12V z zasilacza stacji. Punkt „t” to minus
zasilania. Nóżkę, która połączona jest z „elek−
troniką”, przycisku PLAY w CD−ROMie nale−
ży podłączyć do klawiatury według rysunku 2.

Podobnie jest z przyciskiem STOP/EJECT −
nóżkę, która nie jest dołączona do masy nale−
ży podłączyć do jednej z końcówek przycisku
„*” w klawiaturze. Drugą Końcówkę przyci−
sku „*” łączymy z masą.

Można już włączyć zasilanie i słuchać

muzyki, ale uwaga!

Wybieranie numerów utworów nie odby−

wa się tradycyjnym sposobem. Aby wybrać
piosenkę z nr np. 12 – nie należy naciskać
przycisków 1 i 2 ale 0 i 2. Dlaczego? Po na−
ciśnięciu przycisków 1 i 2 klawiatura urucho−
mi piosenkę z numerem 3. Aby zrozumieć
o co chodzi należy przeczytać ponownie po−
czątek powyższego podtytułu „Klawiatura”.

Jest jeszcze jedno – ale. Otóż, jak wiado−

mo, CR−ROM po odczytaniu zawartości pły−
ty rozpędza ją do większej prędkości. Będzie
to sygnalizowane zgaszeniem diody i charak−
terystycznym odgłosem napędu. Gdy płyta
jest rozpędzona nie możemy nacisnąć przyci−
sków 0 i 2. Należy nacisnąć 1 – 1 – 0. Chodzi
o to, że po pierwszym impulsie będzie chwila
przerwy do następnego. W tym czasie CD−
ROM zdąży zwolnić obroty płyty. Oczywi−
ście gdyby płyta była uruchomiona i nacisnę−
libyśmy STOP, to następne wybieranie odby−
wałoby się normalnie (np. 5 lub 0 i 3 itd.).
Niestety, przerwy występują po odliczeniu
przez układ każdej paczki impulsów. Efekt
będzie taki, że podczas wybierania usłyszymy
kilka początkowych sekund innego utworu.
Aby temu zapobiec, można odłączyć głośniki
na czas wybierania utworu. Do tego właśnie
służy układ składający się z elementów R2−
R4, T2, D3, REL1 z rysunku 2. Rezystor
z numerem 11 należy wylutować i nóżkę 13
układu scalonego połączyć z punktem E.

Jeszcze jedna uwaga. Gdy została włączo−

na piosenka z numerem np. 8, a po jakimś

czasie chcemy przełączyć na piosenkę z nu−
merem np. 13, to nie naciskamy 0 i 3 lecz 5.
Kto nie rozumie niech jeszcze raz przeczyta
początek artykułu (działanie klawiatury).

Wyświetlacz

Do zbudowania wyświetlacza, a właściwie
licznika impulsów wychodzących z klawia−
tury, wykorzystałem popularne układy
CMOS 4518 i 4543. Przedstawiony na ry−
sunku 4 układ jest klasycznym licznikiem
dwucyfrowym. Układ scalony 4518 to
podwójny licznik BCD. Utrzymujący się stan
wysoki na wejściu pierwszego licznika (n.11
U3B) jest chwilowo zmieniany przy każdym
impulsie na stan niski. Licznik zlicza te zmia−
ny. Gdy odliczy 10 impulsów, sygnał z wyj−
ścia Q3 jest podawany do wejścia drugiego
licznika. Wyjścia liczników są podłączone do
odpowiednich wejść dekoderów 4543, a do
nich bezpośrednio 7−segmentowe wyświetla−
cze LED. Liczniki są resetowane po każdym
zgaśnięciu diody LED w CD−ROMie oraz po
włączeniu zasilania. Zapewniają to elementy
C1, C3, R4−R6, R8, T1 i T2.

Układ jest zasilany stabilizowanym napię−

ciem 9V. Stabilizator potrzebuje niewielkie−
go radiatora. Licznik można umieścić w tej
samej obudowie co klawiaturę. Ponieważ za−
stosowałem uniwersalne dekodery, można do
nich podłączyć również wyświetlacze ze
wspólną anodą, pamiętając o przełączeniu
szóstych nóżek dekoderów do plusa zasila−
nia. Kto chciałby uzyskać ciekawy efekt, mo−
że podłączyć obydwie kropki do diody LED
w klawiaturze. Gdyby migały niezbyt jasno,
należy odłączyć diodę.

Ciąg dalszy na stronie 59.

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

Lipiec 2002

Rys. 4

Wykaz elementów

Klawiatura

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..333300

Ω

//00,,55W

R22Q

Q .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R33,,R

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

Ω

99 ((rreezzyyssttoorr nnaa ppłłyyttccee)) .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..116655kk

Ω

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

R 4477kk

Ω

33 ((kkoonnddeennssaattoorr nnaa ppłłyyttccee)) .. .. ..110000nnFF ++ 3300nnFF
D

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

D żżóółłttaa

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

N44000011

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

N44114488

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

C554477

REELL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeekkaaźźnniikk ddw

wuusseekkccyyjjnnyy 1122V

kkllaaw

wiiaattuurraa oodd ssttaarreeggoo tteelleeffoonnuu

ttaaśśm

maa 1100−żżyyłłoow

waa

Licznik

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

Ω

R22,,R

R55,,R

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

Ω

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

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..5511kk

Ω

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6688

Ω

//11W

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33,,33kk

Ω

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6688

Ω

//22W

C11,,C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22nnFF
C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700µµFF//2255V

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//1166V

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

miicczznnyy

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

C554477

U11,,U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44554433

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44551188
U

U44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880099
ppłłyyttkkaa uunniiw

weerrssaallnnaa

ttaaśśm

maa 1155−żżyyłłoow

waa

oobbuuddoow

waa **

wyyśśw

wiieettllaacczzee **

Zasilacz

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22220000µµFF//2255V

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

moosstteekk pprroossttoow

wnniicczzyy 11,,55A

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880055
U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77881122
ttrraannssffoorrm

maattoorr **

** –

– ppaattrrzz tteekksstt

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

Lipiec 2002

Ciąg dalszy ze strony 57.

Wyświetlacz pokazuje numer utworu, który

został wybrany, tak więc nie zmieni swojego
stanu, gdy CD−ROM samoczynnie przejdzie
do odtwarzania następnego utworu. Obecnie
pracuję nad urządzeniem, które po każdym
utworze będzie zwiększało stan licznika o 1.

Zasilacz

Schemat ideowy zasilacza przedstawiony zo−
stał na rysunku 5. Zasilacz jest bardzo pro−

sty i nie wymaga specjalnego oma−
wiania. Transformator powinien
być dość duży i dawać napięcie mi−
nimum 15V. Jest to niezbędne dla
dobrej stabilizacji. Moc transfor−
matora powinna wynosić minimum
25VA. Zastosowane przeze mnie
stabilizatory są przykręcone do jed−
nego radiatora żebrowanego o wy−
miarach 8cm x 8cm.

Paweł Lenartowicz

Rys. 5

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

Lipiec 2002

Od czasu, gdy ludzkość raz zasmako−

wała w pilocie do sprzętu RTV, nie spo−

sób z niego zrezygnować. Upewniłem

się co do tego ostatnio, gdy zbudowa−

łem nowy przetwornik cyfrowo−analo−

gowy do odtwarzacza CD. Piękny (rze−

czywiście) dźwięk układów Crystal’a

nie jest już taki piękny, jeśli co chwilę

trzeba wstawać z wygodnego fotela...

W poniższym artykule chciałbym poka−

zać jak zawiły może się stać problem

wyglądający na prosty i... jak prosto

można go rozwiązać.

Opis układu

Nowy przetwornik C/A ma po prostu wyjście
sygnału analogowego o stałym poziomie. Je−
śli ktoś nie ma wzmacniacza o regulowanej
pilotem głośności − to ma problem. Ja nieste−
ty mam odtwarzacz CD podłączony do dość
surowej końcówki mocy. Musiałem więc wy−
silić nieco szare komórki, aby jeszcze tego
wieczoru móc spocząć z pilotem w swoim
fotelu. Używam odtwarzacza Marantz CD−
63SE, który ma regulację głośności pilotem,
ale gdy używam go tylko jako napędu płyty −
regulacja ta nie działa.

Chcąc zrobić urządzenie możliwie najpro−

stsze zdecydowałem, że trzeba wykorzystać
oryginalny pilot od odtwarzacza. Z uwagi na
to, iż nie chciałem wnikać w protokół łączno−
ści IR, kody, częstotliwości itd. zauważyłem,
że jest w moim Marantz−u funkcja pilota,
którą można by było wykorzystać do sterowa−
nia głośnością. Jest to funkcja wyświetlania
czasu pozostałego do końca bieżącego utworu
− REM i czasu do końca płyty − REM+TO−
TAL. Wywoływane są jednym przyciskiem
pilota cyklicznie: nic, REM, REM+TOTAL,
nic, REM, REM+TOTAL itd. Ponieważ przy
tym na wyświetlaczu zapalają się wymienione
wyżej napisy, uznałem, że mogę skorzystać
wprost z sygnałów, które wywołują te napisy.

Podłączyłem zatem oscyloskop do tych

dwóch wyprowadzeń wyświetlacza (dla
sprawdzenia, że się nie mylę) ale − jak to w ży−
ciu bywa − srogo się zawiodłem. Na obu kon−
taktach (oznaczonych 4G i 6G − patrz rys. 2)
były identyczne sygnały i to bez różnicy, który
napis w danej chwili się pojawiał i czy w ogóle
się pojawiał! Nic dziwnego, wyświetlacz

pokazuje całą masę informacji, a wyprowa−
dzeń ma niewiele, musi więc działać w jakiś
multipleksowo − matrycowy sposób. Żeby
było jeszcze trudniej, są to impulsy prosto−
kątne o częstotliwości ok. 400Hz a na do−
miar złego impulsy są dodatnie, a przerwy
między nimi są na potencjale −22V.

Jeśli więc wyświetlacz wie co ma wy−

świetlać, to ja też będę miał taką wiedzę,
pod warunkiem, że rozwikłam zależności
czasowe tych dwóch przebiegów. Wielce
przydatny (chociaż wcale nie niezastąpio−
ny) okazał się drugi kanał mojego oscylo−
skopu, dzięki temu po chwili mogłem so−
bie wyrysować te przebiegi.

Na szczęście okazało się, że na innym

wyprowadzeniu wyświetlacza − P8 − jest
przebieg, który ma odniesienie czasowe do
dwóch poprzednich sygnałów i mając
wszystkie te trzy sygnały można już zdeko−
dować rodzaj wyświetlanego napisu (rys. 1),
przynajmniej teoretycznie.

Skoro człowiek zabrnął już tak daleko, nie

wypada się wycofywać. Od czego mamy
w końcu Atmelki i BASCOM−a? Zawsze
trzeba mieć pod ręką kilka wytrawionych
płytek 4 x 3 cm z podstawką na AT89C2051,
miejscem na kilka oporników, kwarc i jakiś
tranzystor. Oczywiście nie brałem pod uwagę
żadnych scalonych regulatorów głośności
a raczej dobry klasyczny potencjometr napę−
dzany silniczkiem elektrycznym. Wiadomo,
że muszą być trzy sygnały wejściowe do pro−
cesora P1.2, P1.3 i P1.4 i dwa wyjściowe,
ponieważ silnik musi się obracać raz w jedną
raz w drugą stronę. Ukazuje to rysunek 2.

Kilka rezystorów załatwiło sprawę dopa−

sowania potencjałów sygnałów wyświetlacza
do wymagań procesora. Ich wartości są takie,
że nie obciążają ponad miarę samego proce−
sora sterującego wyświetlaczem i nie powo−
dują przygasania poszczególnych sekcji wy−
świetlacza. Zastosowałem chyba najprostszy
i bezpieczny mostkowy układ sterowania sil−
niczkiem używając 4 zwykłych małych tran−
zystorów. Bezpieczny, bo w żadnym razie nie
spowoduje zwarcia źródła zasilania nawet
przy błędnych sygnałach. Przy różnych sy−
gnałach na liniach P3.0 i P3.1 silnik obraca
się (w lewo lub prawo) a przy jednakowych
(nie ważne jakich) − stoi. Napięcie na silniku

osiąga ok. 3,6V i właśnie przy takim napięciu
ruch suwaka jest dość powolny, aby w odpo−
wiednim momencie wyłączyć silnik.

Opis programu

Program (listing 1) pracuje w pętli Do − Loop.

Na początku pętli głównej bada stan linii

P1.3. W ten sposób sprawdza, czy rozpoczął
się już impuls dodatni na wyprowadzeniu
6G. Jeśli rozpoczął się, chwilę później bada−
na jest obecność impulsu na P8 (linia P1.4).
Jeśli w tym momencie nie ma tam impulsu −
znaczy to, że nie pali się żaden z interesują−
cych nas napisów i silnik ma pozostawać
w spoczynku (P3.0 i P3.1 mają jednakowy
stan, w tym przypadku niski).

Ale jeśli został stwierdzony impuls na P8

(wszystko to dzieje się na samym początku
impulsu 6G), to program zostawia tamtą sy−
tuację i wchodzi w drugą pętlę − wewnętrzną.
Teraz czeka spokojnie na impuls na 4G, po
czym od razu bada czy impuls na P8 już się
zakończył, czy jeszcze trwa. Robi to po to,
aby ocenić, czy pali się sam napis REM, czy
może REM+TOTAL. W zależności od tego −
załącza silnik w odpowiednią stronę i wycho−
dzi z pętli wewnętrznej.

Teraz przed wejściem w kolejny obieg

głównej pętli Do − Loop musi nastąpić
opóźnienie ok. 1ms aby w tym czasie skoń−
czyły się impulsy tej „serii” na wszystkich

Rys. 1 Przebiegi czasowe na

wyprowadzeniach wyświetlacza

czyli przetwornik C/A do odtwarzacza CD

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

Lipiec 2002

wyprowadzeniach wyświetlacza, po czym
badanie rozpoczyna się od początku.

Układ od razu zaczął działać tak jak się te−

go spodziewałem.

Obsługa
regulatora głośności

Obsługa takiego regulatora głośności jest
nieco niewygodna i wygląda tak:

Po jednym naciśnięciu na pilocie przyci−

sku TIME głośność zaczyna wzrastać. Po na−
stępnym zaczyna maleć, by po kolejnym −
trzecim − regulator zatrzymał się. Chcąc za−
tem ustawić trochę ciszej należy wcisnąć TI−
ME raz i po uzyskaniu żądanej głośności
wcisnąć TIME jeszcze dwa razy. Aby zwięk−
szyć głośność − wciskamy dwa razy TIME
i przy odpowiedniej głośności − jeszcze raz.
Można się przyzwyczaić. Zwłaszcza, że na
razie nie ma innego wyjścia.

Sądzę, że podobne przypadki występują

w praktyce elektroników − amatorów dość
często. Namawiam Was do nie ustępowania
przed nimi. Widzicie na powyższym przykła−
dzie, że rozwiązanie jest możliwe i nie jest
bardzo trudne. Trzeba przeanalizować sygna−
ły, określić dokładnie potrzeby i możliwości,
oraz zastosować najprostsze środki. Wpraw−
dzie mikrokontroler nie jest sam w sobie pro−
sty, ale mając narzędzia w postaci np. Basco−
ma i publikowanego niedawno na łamach
EdW kursu jego wykorzystania − podobny
problem staje się prosty, co − mam nadzieję −
powyżej wykazałem.

Marek Klimczak

matik1@poczta.onet.pl

Listing 1

‘‘O

słłu

a p

otte

cjjo

ettrru

u g

głło

oś

śn

oś

śc

cii s

ałła

mii

zz w

yś

św

wiie

ettlla

czza

a w

w M

arra

nttzz’’u

u C

D−6

‘‘N

a w

yjjś

śc

ciia

h 4

G ii 6

G w

yś

św

wiie

ettlla

czza

są

ą iim

ulls

y o

o s

szze

err.. 0

0,,2

s p

wtta

arrzza

ajją

ąc

e s

siię

ę c

o 2

2,,5

‘‘N

a P

8 s

są

ą iim

ulls

y o

o tta

kiim

m s

m o

krre

siie

e..

y jje

stt w

yś

św

wiie

ettlla

y R

M,, tto

o G

6 p

krry

a s

siię

ę zz P

‘‘G

y jje

stt R

M ii T

L,, tto

o G

4 ii G

6 p

krry

ajją

ą s

siię

ę zz P

8..

Diim

m X

X A

s B

ytte

IIff P

1..3

3 =

= 1

1 T

‘‘o

czze

kiiw

niie

e n

a G

6 ((n

a 4

3 u

P))

IIff P

1..4

4 =

= 0

0 T

‘‘jje

eś

śllii G

6 n

niie

e p

krry

a s

siię

ę zz P

8,,

3..0

0 =

= 0

0 :: P

3..1

1 =

= 0

‘‘tto

o w

yłłą

ąc

czz L

L ii P

P,,

Ells

‘‘a

a jje

eś

śllii s

siię

ę p

krry

a,, tto

o::

‘‘o

czze

kiiw

niie

e n

a G

4 ((n

a 4

1 u

P))

IIff P

1..2

2 =

= 1

1 T

‘‘jje

eś

śllii p

czza

s G

4 jje

stt

IIff P

1..4

4 =

= 1

1 T

‘‘jje

szzc

czze

e P

8 ((n

a 5

7 u

P)),, tto

3..0

0 =

= 0

0 :: P

3..1

1 =

= 1

‘‘zza

ałłą

ąc

czz P

ott w

w p

prra

xiitt D

Ells

‘‘a

a jje

eś

śllii jju

użż n

niie

e m

a P

8,, tto

3..0

0 =

= 1

1 :: P

3..1

1 =

= 0

‘‘zza

ałłą

ąc

czz P

ott w

w lle

xiitt D

d IIff

orr X

X =

= 1

1 T

o 8

‘‘o

pó

óźźn

niie

e ~

1 m

ella

xtt X

Rys. 2 Regulacja głośności

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

Lipiec 2002

Każdy kto ma komputer wie, że w każdym
PC znajdują się co najmniej dwa wentylator−
ki (chłodzący zasilacz oraz procesor). Naj−
bardziej awaryjną częścią komputera okazują
się wentylatorki, a zwłaszcza ten chłodzący
procesor. Przepływ powietrza w obudowie
komputera niesie ze sobą nie tylko kurz, ale
i wiele innych zanieczyszczeń, które po ja−
kimś czasie spowodują awarię delikatnego
wentylatorka procesora. Awaria tak zatartego
wentylatorka może objawiać się w różny
sposób. Komputer może się co chwilę zawie−
szać, a w skrajnym przypadku może dojść do
uszkodzenia kosztownego procesora.

Poniżej opisany sygnalizator zatarcia wy−

krywa zwiększony pobór prądu, jaki ma miej−
sce w przypadku zatarcia silnika, po czym in−
formuje o tym fakcie diodą lub sygnalizato−
rem piezo. Może być stosowany do wykrywa−
nia przeciążenia różnych silników DC. Sche−
mat ideowy układu znajduje się na rysunku 1.

Wzmacniacz U1A wraz z R3 i R2 jest nie

tylko wzmacniaczem, ale może też pełnić ro−
lę jednopołówkowego prostownika reagują−
cego na dodatnie połówki sygnału. Jako ele−
ment pomiarowy prądu zastosowano rezystor
R1 o wartości 0,1

Ω

, na którym występuje

spadek napięcia proporcjonalny do prądu po−

bieranego przez silnik. Spadek napięcia na
R1 jest wzmacniany przez wzmacniacz U1A.
Wzmocnienie takiego prostownika zależy od
rezystancji R3 i R2.

Sygnał wyjściowy z pierwszego stopnia

podawany jest na komparator U1B, który po−
równuje go z napięciem ustawionym wcze−
śniej potencjometrem P1. Jeżeli napięcie na
wyjściu wzmacniacza U1A jest większe od
napięcia ustawionego za pomocą P1, na wyj−
ściu komparatora pojawi się stan wysoki,
który otwiera tranzystor T1. Rezystor R7
wprowadza niewielką histerezę, natomiast

R9 całkowicie zatyka tranzystor przy niskim
napięciu na wyjściu komparatora, które dla
tego typu wzmacniacza nie jest równe zeru.

Tranzystor może sterować różnymi ukła−

dami sygnalizacyjnym, np. syrenami, ale
w przypadku zastosowania w komputerze
można dać generator piezo, a nawet tylko dio−
dy LED z rezystorem ograniczającym prąd.

W układzie modelowym, zamiast piezo

i diody LED, zastosowano diodę migającą
z wbudowanym sterownikiem. Taka sygnali−
zacja bardziej zwraca na siebie uwagę niż
świecąca dioda. Układ należy dołączyć do
napięcia +12V, np. zasilającego wentylato−
rek, i przykręcić do jakiegoś wolnego miej−
sca w komputerze.

W przypadku innych silników wartość R1

należy dobrać we własnym zakresie.

Marcin Wiązania

Rys. 2 Schemat montażowy

Rys. 1 Schemat ideowy

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,11

Ω

55W

R22,,R

R44−R

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

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

Ω

R77** .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

moożżnnaa nniiee ssttoossoow

waaćć

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

R99** .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

((m

moożżnnaa nniiee m

moonnttoow

waaćć))

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..hheelliittrriim

m 110000kk

Ω

Kondensatory
C

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

µµ

FF//1166V

Półprzewodniki
U

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

M335588

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

C554488

Pozostałe
D

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. m

miiggaajjąąccaa ddiiooddaa LLEED

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

Lipiec 2002

Podstawy

W Skrzynce porad pojawiło się pyta−

nie młodego Czytelnika, który ma kło−

poty z decybelami. Poprosił o zamie−

szczenie tabeli do przeliczania decy−

beli na wolty. Pytania dotyczące decy−

beli i miary logarytmicznej pojawiają

się dość często, więc jeśli i Ty masz ja−

kieś niejasności w tym zakresie, prze−

czytaj ten artykuł do końca.

Po pierwsze primo, jak mówią niektórzy, decy−
bel to jedna dziesiąta bela, podobnie jak decy−
metr to jedna dziesiąta metra. Wiedziałeś
o tym?

Nie wiedziałeś? No to pewnie teraz masz je−

szcze większy mętlik w głowie, czyli jak deli−
katnie ujmują rzecz wtajemniczeni, „...entro−
pia* w twojej mózgownicy znacznie wzrosła”.
Czyli teraz potrzebne będą dwie tabele, jedna
dla decybeli, druga dla beli, że z wrodzonej
skromności nie wspomnę o neperach? Na razie
zostawmy tabele na boku, i zacznijmy zmniej−
szać entropię, tę w..., no wiesz, gdzie...

Zapamiętaj, zapisz, albo wydrap gwoździem

nad łóżkiem, że: decybel i bel w swej najczyst−
szej postaci wcale nie służą do pomiaru napię−
cia. Bel to po prostu stosunek dwóch wielko−
ści wyrażony w mierze logarytmicznej.

Już widzę grymas na twym szlachetnym

obliczu na wzmiankę o logarytmach. Cóż, bez
logarytmów ani rusz, ale ponieważ chodzi o lo−
garytmy dziesiętne rzecz jest bajecznie łatwa.

Naprawdę! To nie pierwszy kwietnia, więc

wierz mi, że bele i decybele wprowadzili do elek−
troniki inżynierowie, żeby sobie ułatwić (tak!)
życie. I ciesz się, że już dość dawno temu prze−
stały się cieszyć popularnością rzeczone nepery.
Nepery mają związek z logarytmami naturalny−
mi, a te naturalnie, naturalne są tylko z nazwy.

Nie bój się logarytmów. Nie musisz. Ale nie

zaszkodziłoby Ci pamiętać, że logarytm to wykła−
dnik potęgi, do której trzeba podnieść podstawę
(tu liczbę 10), by uzyskać liczbę logarytmowaną.
Potraktujmy to łopatologicznie. Jeśli liczba loga−
rytmowana wynosi 100, to do której potęgi, ser−
deńko, musisz podnieść 10, żeby ją otrzymać?

Oczywiście, że do drugiej potęgi, a więc...

log100 = 2

Podobnie; do której potęgi musisz podnieść

10, by otrzymać 1000? I już wiesz, że do trzeciej,
czyli... log1000=3. Widzisz, jakie to proste! Wy−
starczy policzyć liczbę zer i już masz logarytm!

Ile wynosi log10? Oczywistym się staje, że

log10=1

A log1? Też łatwe: Log1=0
Ułatwione zadanie mają Ci, którzy nie spali

na matematyce i potrafią przedstawić liczbę
w postaci potęgi liczby 10. Uważaj:

1000=10

100=10

10=10

1=10

0,1=10

−1

0,01=10

−2

0,001=10

−3

A teraz pobudź szare komórki do wysiłku i

uzupełnij poniższą tabelkę:
log1000=3
log100=2
log10=1
log1=0
log0,1=
log0,01=
log0,001=

Oczywiście trzeba wpisać −1, −2 i −3. Zwróć

uwagę, jak nieziemsko przyjemny jest logarytm
znikomo małej liczby. Na ten przykład
log0,000000000000001 = −15

Podobnie jest dla liczb bardzo dużych:

log1000000000000 = 12

Tu widać, że miara logarytmiczna rzeczy−

wiście może ułatwić życie elektronikom, którzy
często mają do czynienia z bardzo dużymi i
bardzo małymi liczbami.

Pięknie! Tylko co z liczbami „nieokrągły−

mi”? Czy można podnieść 10 do potęgi dwa i
pół? Podnieść do kwadratu byś umiał. Do trze−
ciej też. Ale do potęgi ułamkowej? A może je−
szcze do potęgi minus dwa i pół?

Jak tam entropia Twoich szarych pod

sufitem?

Nie próbuj sobie wyobrazić podnoszenia do

potęgi minus dwa i pół, tylko popatrz na rysu−
nek 1. Na „dziwnej” osi liczbowej zaznaczone
są wspomniane wcześniej „okrągłe” liczby i ich
logarytmy. Jeśli wystarczająco długo będziesz
się wpatrywać w ten rysunek, doznasz olśnienia
– przecież te całe logarytmy w jakiś dziwny
sposób ścisnęły „zwykłą” oś liczbową − ściślej
biorąc, oś liczb dodatnich. Na tej „ściśniętej”
osi muszą być wszystkie liczby dodatnie! I są!
tylko rozmieszczone są w sposób charaktery−
styczny dla miary logarytmicznej. Popatrz na
rysunek 2, gdzie znajdziesz dalsze szczegóły.

Na górze zaznaczone są „prawdziwe” liczby,
a na dole ich logarytmy. Przeanalizuj rysunek 2
i porównaj z rysunkiem 1. Jesteś o krok od po−
nownego odkrycia suwaka logarytmicznego
(najmłodsi mogą zapytać swoich ojców i dziad−
ków, może ci jeszcze mają gdzieś ten pożytecz−
ny zabytek). Wszystkiego nie musisz zapamię−
tać, ale spróbuj sobie utrwalić, że log2=0,3 (ści−
ślej 0,30102999566398119521373889472449.
Zapamiętałeś? Jeszcze nie? Nie próbuj i nie
przejmuj się, bo w elektronice taka dokładność
jest absolutnie zbędna). Za to na pewno uda Ci
się zapamiętać, że:

log2 = 0,3
log4 = 0,6
log8 = 0,9

Do tego może jeszcze: log5 = 0,7

A „połowa drogi” między 1 i 10 to 3,16 (śre−

dnia geometryczna 1 i 10 = pierwiastek z 10),
czyli:

log3,16=0,5

Z liczbami będącymi wielokrotnościami po−

danych „okrągłych” liczb też pójdzie łatwo:
log20=1,3; log40=1,6; log80=1,9; log50=1,7;
log31,6=1,5
i podobnie:
log200=2,3; log400=2,6; log800=2,9;
log500=2,7; log316=2,5;
log2000=3,3; log4000=3,6; log8000=3,9;
log5000=3,7; log3160=3,5.

Występuje tu godna uwagi regularność.

Dziesięciokrotne zmniejszenie liczby oznacza
zmniejszenie jej logarytmu o 1. Zwróć uwagę,
jakie są logarytmy liczb mniejszych od jedności.
Sprawdź, czy dla liczb mniejszych od jedności:
log0,2=−0,7; log0,4=−0,4; log0,8=−0,1;
log0,5=−0,3; log0,316=−0,5?
log0,02=−1,7; log0,04=−1,4; log0,08=−1,1;
log0,05=−1,3; log0,0316=−1,5?

Mam nadzieję, że nie dałeś się zaskoczyć

swego rodzaju odwróceniu skali. Zasada jest za−
chowana – dziesięciokrotne zmniejszenie liczby
zmniejsza jej logarytm o 1.

Jeśli jednak masz w głowie zamęt, nie czy−

taj dalszej części artykułu, tylko dokładnie
przeanalizuj dotychczasowy materiał kilka razy
od początku. Nie przerażaj się, bo to nie jest
trudne, tylko jest nowe, inne, i po prostu trzeba

łł

Rys. 2

Rys. 1

* entropia – miara nieuporządkowania, nieokreśloności (chaosu, bałaganu)

Podstawy

się przyzwyczaić do takiego wyrażania liczb.
Do − nad wyraz pożytecznej − miary logaryt−
micznej. A jeśli opanowałeś tajniki logarytmów,
niezwłocznie wracajmy do naszych ulubień−
ców, bela i decybela.

Decybel decybelowi
nie równy?

W elektronice, i nie tylko w niej, często mamy do
czynienia z sygnałami o zdecydowanie różnym
poziomie. Przykładowo na wejście (kilkustop−
niowego) wzmacniacza w.cz. podajemy sygnał o
mocy 1mW, a na wyjściu otrzymujemy sygnał o
mocy 1W. Wzmocnienie mocy wynosi 1000 ra−
zy (1W/1mW), co równa się... no ile, no?,
3 bele czyli 30 decybeli (30dB).

Ale jeśli masz jakiś wzmacniacz audio, który

wzmacnia sygnał z 1mV na 1V, to jego wzmocnie−
nie napięciowe wynosi tysiąc, czyli...

Nie! Nie! Nie!
Nie 3 bele, tylko 6 beli czyli 60 decybeli!
Jak tam z entropią na poziomie Twych sza−

rych komórek?

Na razie nie będę rozwijał tematu i wyja−

śniał dlaczego tak jest. Jest Księżyc? Jest. Jest
60dB? Jest. Dlaczego księżyc? Dlaczego 60dB?
Kiedyś się tego doczytasz w mądrych książ−
kach. Na razie zapamiętaj albo zapisz, albo wy−
drap gwoździem na ścianie, że inaczej oblicza−
my decybele dla mocy, a inaczej dla napięć, prą−
dów, natężenia pola elektrycznego i poziomu
natężenia dźwięku. Przeczytaj też dalsze akapi−
ty, które chyba wreszcie uporządkują wiedzę o
decybelach.

Poziomy względne

Stosunek dwóch mocy P2 i P1 wyrażamy w be−
lach (B) niezmiernie prosto:
A

[B] = log (P2/P1)

W praktyce posługujemy się jednostką dziesię−
ciokrotnie mniejszą, czyli decybelem:
A

[dB] = 10 log (P2/P1)

Dla napięć (podobnie dla prądów, dla poziomu
natężenia dźwięku) ich stosunek wyrażony w
belach to:
A

[B] = 2 log (U2/U1)

I w decybelach:
A

[B] = 20 log (U2/U1)

Zauważ, że zawsze poziom względny 0dB

oznacza równość porównywanych mocy czy
napięć, czyli ich stosunek równy 1. A teraz już
parę ćwiczeń praktycznych.

Ćwiczenie 1. Wzmacniacz wzmacnia napię−

cie 40−krotnie. Ile to decybeli?

Ponieważ chodzi o stosunek napięć (wyjścio−

wego do wejściowego) wzmocnienie wynosi:
A = 20 log40 = 20 * 1,6 = 32dB

Ćwiczenie 2. Wzmocnienie mocy telewizyj−

nego wzmacniacza antenowego wynosi 20dB.
Ile razy moc na wyjściu jest większa od mocy na
wejściu?

Tym razem chodzi o moc, więc korzystamy

z zależności:
A

[dB] = 10 log (P2/P1)
Jaki jest stosunek P2/P1 jeśli

20dB = 10 log (P2/P1), stąd log (P2/P1) = 2

Wedle wcześniejszych ustaleń

P2/P1 = 100, czyli moc wzrasta stukrotnie.

Ćwiczenie 3. Wzmacniacz operacyjny ma

wzmocnienie napięciowe 30dB. Ile razy większy
jest sygnał na wyjściu niż na wejściu?

Ponieważ chodzi o napięcia, korzystamy

z zależności
30dB = 20 log (U2/U1), co daje
log (U2/U1) = 1,5

Na podstawie rysunku 2 (dla logarytmu 0,5,

uwzględniając przesunięcie):
(U2/U1) = 31,6

Wzmocnienie wynosi 31,6x.
Ćwiczenie 4. Filtr aktywny wzmacnia sygnał

trzykrotnie. Jakie jest wzmocnienie w decybe−
lach?

Filtr pracuje z sygnałami napięciowymi,

Wzmocnienie wynosi
A = 20 log 3

Z rysunku 2 wynika, że log3 to prawie 0,5

(dokładniej 0,47712125...) więc wzmocnienie
wynosi prawie 10 decybeli (z pomocą kalkula−
tora uzyskasz wynik 9,54dB).

Proste?

Poziomy bezwzględne,
czyli napięcie w decybelach

Jeśli chodzi o napięcia, zapamiętaj kolejny
istotny drobiazg: w praktyce w decybelach wy−
rażamy tylko napięcia zmienne. Nie dlatego, że
napięcia stałe nie dadzą się tak wyrazić – dało−
by się to zrobić bez problemu, ale nie ma po−
trzeby. Jest za to nieprzeparta potrzeba wyrażać
w decybelach napięcia zmienne, inaczej
mówiąc, poziomy sygnałów zmiennych. Podob−
nie jeśli chodzi o moc − w decybelach podajemy
moc sygnału (zmiennego).

Ponieważ tak naprawdę, to decybele zawsze

dotyczą stosunku dwóch wielkości, więc przy
„decybelowych” pomiarach napięcia i mocy
(a także ciśnienia akustycznego, prądu) zawsze
trzeba przyjąć jakiś punkt odniesienia. Później
poziom bezwzględny 0dB zawsze odpowiada
temu punktowi odniesienia. Problem jednak
w tym, że zgraja inżynierów różnej maści i au−
toramentu narobiła tu zamieszania, bo te pozio−
my odniesienia bywają bezczelnie różne.

I tak dla przykładu, dawno temu w teleko−

munikacji przyjęto jako poziom odniesienia
moc jednego miliwata (1mW) wydzielającą się
na rezystancji 600

Ω

. I potem moc, czy raczej

poziom mocy, mierzono w stosunku do tej mo−
cy odniesienia:
P [dBm] = 10 log (Px/1mW)

Przykładowo moc 100mW to poziom

20dBm. Mała literka m na końcu wskazuje, że
chodzi o poziom mocy odniesiony do 1 mili−
wata. Czasem, niezmiernie rzadko, podaje się
poziom mocy w odniesieniu do mocy 1 wata
(1W). Wtedy poziom ten obliczamy:
P [dBW] = 10 log (Px/1W)

Tym razem duża litera W pokazuje, że cho−

dzi o poziom w odniesieniu do mocy 1W.

Dużo częściej, nie tylko w telekomunikacji, ale

także w technice audio, poziomem napięcia odnie−
sienia jest napięcie związane ze wspomnianym
1 miliwatem na 600

Ω

. Jeśli na rezystorze 600

Ω

się wydzielić 1mW mocy, to napięcie (wartość
skuteczna napięcia zmiennego) musi wynosić:
U

= 1mW * 600

Ω

= 0,77459V

Często zaokrąglamy do 775mV – to nasz po−

ziom odniesienia. Potem poziom bezwzględny
napięcia Ux obliczamy:

U [dBu] = 20 log (Ux/775mV)
Tym razem literka u przypomina o poziomie

odniesienia 775mV. Ponieważ dość często sto−
sujemy taką miarę w stosunku do sygnałów au−
dio, świadomie lub nieświadomie opuszczamy
literkę u, pamiętając że „napięciowym pozio−
mem odniesienia” jest nieśmiertelne 775mV.
Potem zapiszemy, że 775mV to 0dB (ściślej
0dBu), 1,55V to +6dB (9+6dBu), a np. 7,75mV
to – 40dB (−40dBu).

Wbrew pozorom rzadko przyjmuje się po−

ziom odniesienia równy 1V i wtedy
U [dBV] = 20 log (Ux/1V)

Napięcie 1V to 0dBV, a np. –6dBV to 0,5V.
Na wkładce w środku numeru zaznaczone

są poziomy napięć odniesione do 775mV, wyra−
żone w dBu, bo ich używamy nieporównanie
częściej, niż w odniesieniu do 1V. I było do−
brze? Było. Ale wspomnieliśmy o inżynierach,
a raczej ich chęci mieszania w poziomach od−
niesienia. Te bestie wymyśliły co następuje:

Osoby zajmujące się techniką radiową wy−

korzystują jeszcze inny poziom odniesienia –
napięcie równe 1

V (1 mikrowolt). Poziom na−

pięcia wyraża się wtedy:
U [dB

V] = 20 log Ux/1

Oczywiście
1

V = 0dB

V, 1mV=60db

V, a 1V = 120dB

Na wkładce znajdziesz też poziomy napięcia

wyrażane w dB

V – to mój ukłon w stronę krót−

kofalowców. Żeby zanadto nie mieszać, nie za−
znaczałem tam „innych decybeli”, nawet bez−
względnego poziomu mocy wyrażanego
w dBW. Wierz mi, że w praktyce nie będziesz
tego wykorzystywał, a jeśli zajdzie potrzeba, po−
trafisz obliczyć na podstawie podanych wzorów.

Na marginesie wspomnę, że przy pomiarze

poziomu ciśnienia akustycznego przyjęto poziom
odniesienia równy 20

Pa (20 mikropaskali),

a przy pomiarach akustycznych stosuje się filtry
o charakterystykach oznaczanych A, B, C, D. Nie
zdziwisz się więc napotkawszy oznaczenie dBA
lub dB(A), gdzie litera A lub (bardzo rzadko) in−
na wskazuje rodzaj zastosowanego filtru, a nie
poziom odniesienia, który zawsze jest ten sam.

Zapamiętaj jeszcze, że prawie nigdy nie wy−

raża się w decybelach prądów (ani zmiennych,
ani tym bardziej stałych). W podręcznikach mo−
żesz natrafić oznaczenie dBi – poziom prądu
odniesiony do 1,291mA (co też odpowiada
1mW na 600

Ω

). W telekomunikacji stosuje się

jeszcze inne pojęcia poziomów, czego owocem
są oznaczenia dBr, dBm0, dBmp, dBm0p i je−
szcze inne potworki, którymi nie będziemy się
przejmować, bo mam nadzieję nie będą Cię
straszyć po nocach.

Pozdrawiam Cię cierpliwy Czytelniku, prze−

syłając biały oraz różowy szum, oczywiście wy−
rażony w decybelach.

Arkadiusz Bartold

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

Lipiec 2002

A miało być tak pięknie

Technika cyfrowa zmieniła nasz świat szyb−
ciej niż się spodziewaliśmy. Prawdę mówiąc
zdecydowana większość z nas, a zwłaszcza
ci, którym dane było urodzić się nieco wcze−
śniej (czyż czas nie jest bezlitosny?) za tem−
pem owych zmian nadąża z – delikatnie
mówiąc – pewnym trudem. Trzeba obiektyw−
nie przyznać, że w wielu dziedzinach życia
nowa technika okazała się niezwykle pomoc−
na. Szczególnie zrewolucjonizowała szeroko
pojęte zagadnienie przekazu informacji. Re−
wolucja ta polega, z grubsza rzecz biorąc, na
tym, że w postaci cyfrowej przekazywanych
może być coraz więcej informacji, w coraz
dokładniejszej formie i w coraz krótszym
czasie. Istotne jest również to, że tak zapisa−
ne dane mogą być wielokrotnie kopiowane
bez szkody dla nich samych. Telefonia ko−
mórkowa, telewizja cyfrowa, Internet ze
swoim e−handlem, e−pocztą i e−bankowością
wydałyby się naszym pradziadkom prawdzi−
wymi cudami. Nie wdając się w dywagacje
na temat czy jesteśmy przez to szczęśliwsi
czy nie, musimy przyznać, że niepostrzeże−
nie nadeszła epoka informacyjna, w której
posiadanie i wymiana informacji zaczyna od−
grywać zasadniczą rolę. Cały ten oszałamia−
jący postęp techniczny ma jednak podstawo−
wą wadę. Nie podnosi niestety jednocześnie
poziomu moralnego korzystających z niego
ludzi. Zdezorientowany czytelnik może
w tym miejscu zacząć zastanawiać się, czy
aby na pewno ma w ręku kolejny numer
EdW. Spokojnie nie ma obawy! Będzie

o technice a nie o moralności, choć prawdę
mówiąc artykuł ten nie byłby zupełnie po−
trzebny, gdyby nie paskudna strona natury
ludzkiej, która powoduje, że wielu z nas albo
ma szczególny apetyt na cudzą własność, al−
bo przejawia nieodpartą chęć bezinteresow−
nego nawet zaszkodzenia bliźniemu. Przed
nastaniem epoki informacyjnej ludzie musie−
li myśleć głównie o tym, jak zabezpieczać
swoje dobra materialne: domy, kosztowności
itp. Oczywiście ten problem nadal spędza
nam sen z oczu. Mamy więc coraz więcej co−
raz lepszych zamków w drzwiach, instaluje−
my drogie systemy alarmowe w samocho−
dach, pieniądze trzymamy w sejfach. Bogat−
si zamykają się w strzeżonych przez uzbrojo−
nych po zęby ochroniarzy twierdzach otoczo−
nych polami minowymi. Super! Ale prawdę
mówiąc rzeczywistość może być gorsza niż
przypuszczamy. Otóż w dzisiejszych czasach
informacja przedstawia często większą war−
tość niż wymienione dobra materialne i to
właśnie ona jest coraz częściej obiektem za−
interesowania czarnych charakterów. Współ−
czesny świat staje więc przed gigantycznym
wyzwaniem jakim jest skuteczna ochrona in−
formacji – cennego dobra, którego nie można
zamknąć w sejfie, dobra które albo drzemie
w formie zapisu magnetycznego na dysku
twardym komputera, albo biegnie gdzieś po
nitkach globalnej sieci w formie zero−jedyn−
kowego bełkotu. A jest o co walczyć. W tzw.
„dawnych czasach” mówiąc o wartości
przedsiębiorstwa mieliśmy na uwadze głów−
nie jego materialny majątek. Dziś już nie. Po−

służę się przykładem pewnego potężnego
koncernu amerykańskiego, który w latach
dziewięćdziesiątych przejął inną firmę za
12,9 miliarda dolarów. Z kwoty tej zaledwie
1,3 miliarda przypadło na przedmioty mate−
rialne. Wspomniany koncern gotów był za−
płacić pozostałe 11,6 miliarda dolarów za
markę firmy, know−how i bazę danych klien−
tów. Inny przykład ze świata wielkiego bi−
znesu. Olbrzymie ilości danych o pomiarach
sejsmograficznych, które pomagają w dobo−
rze miejsc pod platformy wiertnicze są warte
dla każdego konkurenta grube miliony. Nic
dziwnego, że chętnych do zdobywania i sprze−
dawania takich informacji nie brakuje, zwła−
szcza gdy nie wymaga to wielkiego zachodu.
Umieszczanie pluskiew, podsłuch przez su−
perczułe mikrofony, szantażowanie pracowni−
ków czy też wtargnięcia do siedzib firm pod
osłoną nocy są trudne i ryzykowne. A tu ktoś,

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

dodatek

miesięcznika

a g a z y n

l e k t r o n i k i

ż y t k o w e j

O tym się mówi

Lipiec 2002

Znak naszych czasów − niepozorny ka−

wałek krzemu na straży naszych pie−

niędzy.

śś

O tym się mówi

żaden tam superman tylko jakiś rachityczny,
blady młodzieniec, który umie posługiwać się
ledwie myszką, może − po złamaniu algorytmu
szyfrującego (o tym później) − dostać się do
najtajniejszych danych. Nie musi zadać sobie
przy tym specjalnego trudu jako, że wykorzy−
stywane dziś sieci są niezwykle łatwe do pod−
słuchania (łatwo podpiąć się pod magistralę
danych komputera). Z reguły takie działanie
nie pozostawia żadnych śladów. Poza tym inne
osoby lub komputery równie łatwo mogą sko−
rzystać z tego programu: skopiowanie oprogra−
mowania jest nieporównanie tańsze od zakupu
pluskwy. W 1998 roku w samych tylko Niem−
czech szkody spowodowane przez szpiego−
stwo przemysłowe wyniosły 4 miliardy euro.

Nie sposób też nie wspomnieć o tym, że

nie brakuje szaleńców czy fanatyków próbu−
jących włamać się do wojskowych systemów
informatycznych i wykraść tajne informacje
umożliwiające przejęcie kontroli nad śmier−
cionośnym arsenałem głowic nuklearnych.
Problem, który dziś chcę przybliżyć znajduje
stosowne odbicie w scenariuszach nowocze−
snych filmów sensacyjnych. Coraz częściej
„dobrzy” toczą zażartą walkę ze „złymi” o ja−
kąś niepozorną dyskietkę komputerową. Do
znudzenia oglądamy też, idiotyczne w istocie
rzeczy, sceny „łamania” infantylnych haseł
zabezpieczających dostęp do dysków twar−
dych zawierających szczególnie cenne dane
itd. itd. Niedługo dojdzie do tego, że najgro−
źniejsi bandyci będą po prostu cały czas prze−
siadywać w garniturach przed ekranem moni−
tora, co ostatecznie wyeliminuje z rynku wir−
tuozów aktorstwa w rodzaju Arnolda Szwar−
cenegera czy Jean Claude Van Damma.

Czy mnie
– szarego obywatela
powinno to obchodzić?

Z pewnością zdecydowana większość z nas
nie prowadzi wojny, nie kupuje przedsię−
biorstw ani nie wierci w poszukiwaniu ropy.
Nie zmienia to jednak faktu, że nasza osobi−
sta pomyślność finansowa, a także bezpie−
czeństwo zależą od odpowiedniego obcho−
dzenia się z cyfrowo przechowywaną i prze−
kazywaną informacją. Krótko mówiąc ani na
chwilę nie można upubliczniać jej jawnej
wersji. I tu jawi nam się cała groza świata in−
formacji zaklętej w bitach. Dzięki coraz
szybszym komputerom i coraz wymyślniej−
szemu oprogramowaniu może mieć do niej
dostęp każdy, kto dysponuje odpowiednią
wiedzą i pieniędzmi. Najczęściej nie zastana−
wiamy się nad tym, że przecież sieci GSM,
elektroniczne systemy bankowe, bazy da−
nych w różnych urzędach państwowych, fir−
mach w których pracujemy, towarzystwach
ubezpieczeniowych, szpitalach itd. są źródła−
mi często bardzo poufnych informacji, które
ktoś niepowołany może zdobyć i wykorzy−
stać w bardzo nieprzyjemny dla nas sposób.
Ale to tylko wierzchołek góry lodowej. Co−

raz częściej przy pomocy swego wspaniałego
PC−ta łączymy się z Internetem. Żaden inny
sposób komunikacji nie zrobił tak oszałamia−
jącej kariery w tak krótkim czasie jak Inter−
net. Jego globalność, taniość (mówimy o cy−
wilizowanych krajach), interaktywność jest
nie do pobicia. Większość z nas ma już swo−
je skrzynki pocztowe. Być może odwiedzali−
śmy już sklepy internetowe i zastanawiamy
się nad otwarciem – tak modnego ostatnio –
bankowego konta internetowego. Ale uwaga!
Nie traćmy czujności. Fala niesamowitego
boomu internetowego sprzed dwóch lat, kie−
dy to wartość akcji firm oferujących cyber−
usługi rosła w oczach, odsłoniła też drugą,
niezbyt miłą twarz globalnej sieci. W krajach
Unii Europejskiej w 2000 roku o 50%
(!) wzrosła ilość oszustw dokonywa−
nych z użyciem kart płatniczych. Lwia
część tego niechlubnego wzrostu przy−
padła na transakcje zawierane w Inter−
necie. Ocenia się, że wartość nielegal−
nych operacji wyniosła 600 milionów
euro. Amerykańscy specjaliści ocenia−
ją, że od 20 do 40% operacji zakupów
on−line jest związanych z próbą oszu−
stwa wymierzoną albo w kupującego
(ktoś podszywa się pod inną osobę i do−
konuje zakupów na jej konto), albo
w sprzedającego (kupujący używając
rożnych tricków płaci mniej za towar
lub nie płaci wcale). Ujawniono wiele
skandalicznych przypadków wycieku
danych o numerach kart kredytowych
klientów ze stron internetowych zna−
nych firm. Jednym z najbardziej spekta−
kularnych przykładów był „sukces” ha−
kera przedstawiającego się jako Cura−
dor, który wykorzystując żenujące sła−
bości w powszechnie stosowanym
oprogramowaniu komputerowym do−
konał ośmiu włamań na strony www
w czterech krajach i ściągnął z nich da−
ne 23000 kart kredytowych. Opubliko−
wał też list, w którym podziękował
wszystkim naiwnym użytkownikom
sieci za pozostawienie tak cennych in−
formacji bez zabezpieczenia. „Chciał−
bym też pozdrowić mego przyjaciela Billa
Gatesa. Facet, który sprzedaje systemy
operacyjne z defaultowo ustawioną opcją
swobodnego dostępu nie może być zły”
zakończył swój list Curador. Ocenia się, że
właśnie poważne problemy z bezpieczeń−
stwem w sieci były przyczyną szybkiego
ochłodzenia entuzjazmu dla biznesu inter−
netowego. Czy od tego czasu coś się po−
prawiło? Ostatnio Gazeta Wyborcza za−
mieściła wiadomość, że w 2001 roku bli−
sko 10 tysięcy Amerykanów zostało okra−
dzionych w Internecie na łączną sumę 17,8
miliona dolarów. Osobną kategorią zagro−
żeń czyhających na nas w świecie bitów, to
ataki mające na celu niszczenie cennych
dla nas informacji lub uniemożliwianie do−

stępu do nich. Mam tu na myśli powstające
jak grzyby po deszczu złośliwe programy
komputerowe typu wirus bądź koń trojański.
Wydaje się, że pomysłowość ludzka w bezin−
teresownym wyrządzaniu krzywdy drugiemu
nie zna granic. Oto wraz z naszym wejściem
w epokę informacji pojawiło się nowe zaję−
cie, któremu z lubością oddaje się wielu mło−
dych i zdolnych ludzi – pisanie i puszczanie
w obieg różnych programów destrukcyjnych.
Każdy z nas wie, ile szkody mogą narobić.
Kiedyś można było zainfekować swój system
komputerowy przez jakąś trefną dyskietkę,
dziś można to zrobić bezwiednie surfując
sobie spokojnie po wirtualnej sieci. Z pełnej
swobody poruszania się po cyber−przestrzeni

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

Lipiec 2002

Słynna niemiecka mechaniczna maszyna

szyfrująca Enigma używana przez We−

rmacht w czasie II wojny światowej.

Uchodziła za całkowicie bezpieczną. Oce−

nia się, że w najbardziej zaawansowanej

wersjii stosowanej w marynarce mogło

istnieć jakieś 8 trylionów kluczy szyfrują−

cych. Nad złamaniem szyfru Enigmy pra−

cowal przed wojną zespół polskich kryp−

toanalityków. Wykorzystując szereg błę−

dów popełnionych przez niemieckich

operatorów udało im się odkryć zasadę

działania maszyny. Swoje odkrycia prze−

kazali jeszcze przed rozpoczęciem woj−

ny wywiadowi brytyjskiemu. Dziś wiemy

na pewno, że złamanie kodów Enigmy

miało ogromny wpływ na losy wojny.

korzystają też czarne charaktery, stąd jeśli
naszym narzędziem do poruszania się po niej
jest poczciwy pecet z systemem operacyjnym
Windows bez żadnych dodatkowych zabez−
pieczeń, to nigdy nie możemy być pewni czy
w czasie ściągania jakichś stron www nie
przedostał się do naszego komputera pod−
stępny wirus i czy nie przygotowuje się wła−
śnie do sformatowania naszego dysku twar−
dego. Mniej brzemienne skutki mają częste
ataki na serwery obsługujące skrzynki po−
cztowe. Kończy się to odmową obsługi na−
szego konta przez zainfekowany serwer.
Podobne efekty przynosi, praktykowana
przez patologicznych użytkowników sieci, za−
bawa zapychania ograniczonych przestrzeni
skrzynki odbiorczej tysiącami bezwartościo−
wych wiadomości. Zwłaszcza aktywni uczest−
nicy dyskusji internetowych narażeni są rów−
nież na inny rodzaj ponurego dowcipu. Cho−
dzi mianowicie o to, że jakiś złośliwiec pod−
szywając się pod nich zapisze ich na wiele list
dyskusyjnych jednocześnie. W skrajnych
przypadkach zdarzało się, że zaskoczeni użyt−
kownicy sieci otrzymywali ok. 5000 listów
dziennie co skutecznie utrudniało im życie.

Nie tylko ukradną nam
pieniądze ale również
tożsamość i prywatność

Puśćmy wodze negatywnym fantazjom.
Nadawanie numerów ludziom kojarzy nam
się jak najgorzej. Cały cywilizowany świat
potępił uprzedmiotowienie ludzi w pań−
stwach totalitarnych. Minęło trochę czasu,
nadeszła technika cyfrowa ze wszystkimi do−
brodziejstwami i zagrożeniami. I co tak na−
prawdę określa dziś naszą tożsamość? Tak,
tak nie mamy co się oszukiwać w świecie in−
formacji cyfrowej jesteśmy numerem, który
byle komputer jest w stanie odnaleźć wśród
milionów innych w ciągu ułamka sekundy.
W ciągu bardzo krótkiego czasu ktoś może
ustalić kim jesteśmy i gdzie jesteśmy. Wszak
mamy włączoną naszą wspaniałą komórkę.
Bardzo jesteśmy z niej dumni, ale czy zdaje−
my sobie sprawę z tego, że dzięki połącze−
niom globalnej sieci GSM ktoś jest w stanie
określić gdzie aktualnie przebywamy. Stwa−
rza to kolejne zagrożenie tym razem dla na−
szej prywatności. Organy ścigania mają moż−
liwości (zagwarantowane prawem) dostępu
do tych danych. Może to być nieoceniona
broń w walce ze światem przestępczym, ale
może stać się narzędziem totalnej inwigilacji.
Przykład: przewidziany do pomocy w ściga−
niu przestępców program „Promis” został
wdrożony w niezliczonej ilości miejsc umoż−
liwiając amerykańskiej służbie wywiadow−
czej NSA (National Security Agency) dostęp
do niezwykle szerokiej gamy baz danych na
całym świecie – mówi się nawet o dostępie
do danych banków szwajcarskich. Służby
wywiadowcze zbierają informacje często
nielegalnie i na zapas, bo w zaawansowanej

technice cyfrowej nie ma problemu z prze−
chowywaniem i analizą danych. Należy więc
liczyć się z tym, że za dziesięć lat ktoś zapy−
ta nas co robiliśmy 1 lipca 2002 roku około
godziny 13.00 na ulicy Lipowej w Pcimiu
Dolnym. Upiorna wizja odartego z resztek
prywatności człowieka z „Roku 1984” Geor−
ge’a Qrwella wydaje się całkiem możliwa do
zrealizowania w możliwym do przewidzenia
czasie. Świadczą o tym umowy zawarte nie−
dawno między UE a FBI, które otwierają
furtkę globalnemu systemowi podsłuchu.
Mówi się już głośno o tym, że nawet prze−
ciętny monitor komputerowy działa jak
nadajnik. Dysponując odpowiednio czułą
aparaturą nawet ze znacznej odległości moż−
na odfiltrować sygnał emitowany przez mo−
nitor i zrekonstruować zawartość ekranu. Na−
wiasem mówiąc wyświetlacz bankomatu też
jest monitorem. Pięknie co? Ale jak straszyć
to na całego. Jeśli naszą tożsamość w global−
nej sieci określa numer, to łatwo można sobie
wyobrazić, że ktoś może podając się za nas
wyrządzać szkody, za które jednak my bę−
dziemy musieli odpowiadać. Czasem wystar−
czy tylko stanąć na drodze osoby pozbawio−
nej skrupułów, która będzie miała odpowie−
dnie zdolności i okazję ich wykorzystania.
No i jak teraz podoba się wam nasz wspania−
ły cyfrowy świat? Może trochę stracił blask,
ale to dobrze bo świadomość zagrożeń jest
podstawowym czynnikiem poprawiającym
bezpieczeństwo.

Zaszyfrowany świat, czyli
kryptografia przychodzi
z odsieczą

Prawdę mówiąc to straszę was trochę na wy−
rost. Ludzie od dawna szukali sposobów
ochrony szczególnie ważnych informacji
i nauczyli się robić to całkiem skutecznie.
I tak już w starożytności narodziła się kryp−
tografia. Dzięki niej możemy przekształcić
normalny, zrozumiały tekst lub innego typu
wiadomość tak, że stanie się ona niezrozu−
miała dla nieupoważnionego odbiorcy. Wła−
ściwy adresat wiadomości może po jej otrzy−
maniu zamienić ją z powrotem na postać czy−
telną. Właśnie wykorzystywanie na szeroką
skalę kryptografii jest dziś podstawowym
środkiem

utrzymania

bezpieczeństwa

w świecie bitów. Prawie wszystkie wymie−
nione wyżej operacje przetwarzania i przesy−
łania informacji wykorzystują jakieś proce−
dury kryptograficzne. System kryptograficz−
ny składa się z dwóch wzajemnie dopełniają−
cych się procesów: szyfrowania i deszyfro−
wania. Szyfrowanie to proces, w którym ory−
ginalna wiadomość tekstowa (zwana w kryp−
tologii tekstem jawnym) jest zamieniana na
wiadomość zaszyfrowaną (kryptogram). Zo−
baczmy to na przykładzie prostego szyfru
wykorzystywanego przez starożytnych Rzy−
mian zwanego szyfrem Cezara (od tego przy−
kładu zaczyna się większość książek o kryp−

tologii). Polegał on na tym, że alfabet zapisy−
wano na obwodzie koła tak, że po A następo−
wało Z (czyli alfabet powtarzał się cyklicz−
nie). Każda litera tekstu jawnego zamieniana
była na występującą w alfabecie trzy miejsca
za nią. Przebieg szyfrowania przebiegał na−
stępująco:
A = D
B = E
C = F
.........
W = Z
X = A
Y = C
itd.

Biorąc pod uwagę poziom intelektualny ar−

mii rzymskiej i jej przeciwników metoda ta
była w owym czasie nie do złamania. Ale dla
niezbyt pojętnego następcy Juliusza Cezara –
Augusta nawet ona była zbyt skomplikowana.
August zamieniał każdą literę na bezpośrednio
po niej następującą, czyli A na B, B na C itd.
W systemie szyfrowania Cezara kluczem jest
3. August wykorzystywał tę samą metodę,
lecz z kluczem 1. Tak więc klucz jest tu liczbą
kroków, o które trzeba przesunąć alfabet w
przód, aby dokonać substytucji. Wobec tego
istnieje 25 kluczy (klucz 0 nie zmienia tekstu).
W języku matematyki mamy do czynienia ze
znanym z teorii liczb dodawaniem stałej w
klasie reszt modulo 26, czyli dodawaniem
reszt z dzielenia przez 26. Oznaczmy przez p
literę tekstu jawnego, przez c literę kryptogra−
mu (tj. otrzymanego tajnego ciągu znaków), a
przez s klucz (stałą). Wtedy możemy zapisać:
c = p + s mod 26

Pamiętajmy przy tym, że litery traktujemy

jako liczby, to znaczy A = 0, B =1,......Z = 25.
Wyrażenie mod 26 oznacza tutaj: jeśli p +
s jest większe lub równe 26, to od sumy odej−
mujemy 26 (w szerszym sensie taką wielo−
krotność liczby 26, by wynik mieścił się
w przedziale: 0....25). Osobom nie związanym
profesjonalnie z matematyką taka definicja
wyda się nieco osobliwa i trąci przerostem for−
my nad treścią, ale warto ją zapamiętać bo
przyda nam się jeszcze przy omawianiu bar−
dziej skomplikowanych metod szyfrowania.
Oczywiście dziś nie stosuje się szyfru Cezara
z prostej przyczyny. Dysponując komputerem
można go dziecinnie łatwo złamać. Ale......
spróbujmy zrobić to bez komputera! Od razu
poczujemy szacunek dla kryptoanalityków,
którzy jeszcze kilkadziesiąt lat temu np. pod−
czas drugiej wojny światowej pracowali
z przysłowiowym ołówkiem w ręku. Nowo−
czesne procesy szyfrowania realizowane są
z użyciem odpowiedniego algorytmu (który
jest złożoną funkcją matematyczną) oraz spe−
cjalnego klucza szyfrującego. Deszyfrowanie
przeprowadza się używając innej złożonej
funkcji oraz klucza deszyfrującego. Aktualnie
stosowane są dwa rodzaje algorytmów krypto−
graficznych. Pierwszy to algorytmy wykorzy−
stujące klucz symetryczny. Znaczy to, że

O tym się mówi

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

Lipiec 2002

klucz szyfrujący jest identyczny z deszyfrują−
cym. Taki klucz bywa też nazywany prywat−
nym albo tajnym. Warto podkreślić, że syme−
tria odnosi się do klucza a nie do metody. Naj−
częściej sposób w jaki szyfrujemy różni się od
sposobu deszyfrowania. Nawet w metodzie
Cezara szyfrowanie i deszyfrowanie były
odmiennymi procedurami. Przypomnę, że
przy szyfrowaniu do każdego znaku dodawa−
liśmy (modulo 26) określoną wartość, przy
deszyfrowaniu – odejmowaliśmy. Mówiąc
ściśle, w wypadku metod symetrycznych ko−
rzystamy, co prawda, zawsze z tego samego
klucza, lecz niemal zawsze z dwóch procedur.
Drugim rodzajem używanych obecnie algo−
rytmów szyfrujących są algorytmy wykorzy−
stujące tak zwany klucz publiczny. Stosuje
się w nich dwa różne klucze: jeden do szyfro−
wania wiadomości, a drugi do jej deszyfrowa−
nia. Właśnie klucz używany do szyfrowania
nazywa się kluczem publicznym, gdyż może
on zostać udostępniony publicznie bez ryzyka
ujawnienia zawartości szyfrowanych przy je−
go użyciu informacji. Klucz deszyfrujący jest
w tym systemie kluczem prywatnym czyli taj−
nym, który zna tylko osoba uprawniona do od−
czytania wiadomości. Systemy oparte na klu−
czu publicznym są czasami nazywane algoryt−
mami wykorzystującymi klucz asymetryczny.
Niemożliwe (to znaczy nie można tego zreali−
zować przy zastosowaniu znanych środków w
praktycznie akceptowalnym czasie) jest wyli−
czenie klucza prywatnego na podstawie klu−
cza publicznego. Obydwa wymienione rodza−
je algorytmów mają swoje zalety i wady. Al−
gorytmy oparte na kluczach symetrycznych są
głównym mechanizmem współczesnych sy−
stemów kryptograficznych. Są one znacznie
szybsze i nieco łatwiejsze w zastosowaniu od
algorytmów opartych o klucz publiczny. Nie−
stety ich praktyczne zastosowanie wiąże się z
jedną bardzo poważną przeszkodą. Mianowi−
cie, aby dwie strony mogły bezpiecznie wy−
mieniać informacje zaszyfrowane za pomocą
algorytmu wykorzystującego klucz syme−
tryczny, muszą najpierw w bezpieczny sposób
wymienić między sobą sam klucz szyfrujący.
Jeśli chodzi o zwykłe pogaduszki z przyjaciół−
mi za pośrednictwem Internetu wystarczy
przekazać telefonicznie wspólne hasło. Ale je−
śli chodzi o tajemnice ogromnego znaczenia?
Można wysłać pocztą, ale konkurencja albo
obcy wywiad mogą przekupić listonosza. Naj−
lepiej odwiedzić przyjaciela osobiście. Deli−
katny problem wyłania się, gdy mieszka on
powiedzmy w Nowej Zelandii. Sytuacja
znacznie się komplikuje, gdy tą metodą chce−
my przekazywać poufne informacje wielu
osobom. Problem ten nie istnieje w algoryt−
mach wykorzystujących klucz publiczny. Jest
on bowiem dostępny dla wszystkich zaintere−
sowanych. Jeśli osoba A chce wysłać osobie B
zaszyfrowaną wiadomość, musi jedynie uzy−
skać jej klucz publiczny (klucz taki umieszcza
się często na prywatnych stronach www).

Dzięki temu A będzie mogła zaszyfrować
przesyłaną do B wiadomość, którą tylko B bę−
dzie mogla odczytać, gdyż tylko ona posiada
odpowiedni klucz prywatny, który – dodajmy
− może nigdy nie opuszczać jej komputera.
Nie ma potrzeby żadnego tajnego porozumie−
nia między nadawcą a odbiorcą. W rzeczywi−
stości nie muszą się oni przedtem w ogóle
kontaktować. Algorytmy wykorzystujące
klucz publiczny są więc niezwykle praktyczne
i wydaje się, że powinny szybko wyprzeć me−
tody symetryczne, ale mają jedną poważną
wadę: są powolne. Z tego powodu stworzono
trzecią grupę systemów – systemy hybrydo−
we, łączące zalety dwóch poprzednich. W sy−
stemach tych metody asymetryczne wykorzy−
stywane są do uzgodnienia jednorazowego
tzw. klucza sesji, który jest tajnym kluczem
wykorzystywanym później w metodach syme−
trycznych. Niemal wszystkie używane w
praktyce systemy oparte o klucz publiczny są
systemami hybrydowymi. W tym miejscu mu−
simy wprowadzić kolejne pojęcie zwane mocą
kryptograficzną algorytmu. Krótko mówiąc
jest to zdolność algorytmu do odparcia prób je−
go złamania. Zależy ona od wielu czynników:
− tajność klucza
− odporność klucza na odgadnięcie lub wy−

próbowanie wszystkich możliwych jego
kombinacji (tzw. brute force attack). Za−
zwyczaj im dłuższy klucz, tym trudniej go
odgadnąć lub wypróbować wszystkie
możliwe kombinacje

− Trudność określenia algorytmu odwrotne−

go bez znajomości klucza szyfrującego
(złamanie algorytmu)

− Istnienie lub brak tzw. tylnego wejścia,

czyli alternatywnych sposobów umożli−
wiających prostsze rozszyfrowanie wia−
domości bez znajomości klucza

− Możliwość odszyfrowania całej wiado−

mości poprzez odszyfrowanie jej części
(tzw. atak znanym tekstem jawnym)
Moc kryptograficzna praktycznie nie daje

się udowodnić. Istnieje co najwyżej możli−
wość udowodnienia jej braku. W chwili two−
rzenia nowego algorytmu jego autorzy mogą
być przekonani, iż jest on idealny. Z upły−
wem czasu opracowywane są jednak nowe
metody przeprowadzenia ataków, które mogą
doprowadzić do złamania szyfru. Warto zau−
ważyć, że coraz szybsze komputery stanowią
zagrożenie dla systemów szyfrowania. Na−
wet jeśli rozwiązanie wyda−
je się z początku niewyo−
brażalnie skomplikowane,
może w niedługim czasie
zostać znacznie uproszczo−
ne. Najlepszym dowodem
potwierdzającym moc algo−
rytmu szyfrującego jest
poddanie go publicznej we−
ryfikacji tzn. wystawienie
na ataki kryptoanalityków.

Nie tak dawno temu
w Ameryce

Narodziny wyżej omówionych systemów
wiązały się ściśle z rozwojem technik obli−
czeniowych i rewolucji w dziedzinie komu−
nikacji. Na początku lat 70 NBS (National
Bureau of Standards) dostrzegło konieczność
opracowania algorytmu kodowania, który
byłby powszechnie dostępny i bezpieczny.
Jak na Amerykę przystało rozpisano konkurs
i tak oto w firmie IBM narodził się algorytm
DES (Data Encryption Standard). Był on
pierwszym publicznie przedstawionym algo−
rytmem, który został zbadany przez NSA
(National Security Agency) – amerykańską
organizację rządową, która intensywnie zaj−
muje się kryptologią, ogólnoświatowym pod−
słuchem i zbieraniem danych (prawdopodob−
nie zatrudnia 40000 pracowników w tym
2000 wybitnych matematyków i ma dostęp
do niewiarygodnie szybkiej techniki oblicze−
niowej, do jej istnienia przyznano się dopie−
ro w związku z pojawieniem się DES−a). Na−
wiasem mówiąc, wciąż trwają kontrowersje
na temat roli NSA w upublicznieniu DES−a.
Niektórzy sugerują nawet, że NSA zreduko−
wała długość klucza szyfrującego algorytmu
ze 128 do 56 bitów (pojawiały się wówczas
spekulacje, czy NSA jest w stanie złamać
DES–a) lub pozostawiła w algorytmie tzw.
„tylne drzwi” umożliwiające rozszyfrowy−
wanie interesujących ją przekazów. Pod ko−
niec 1976 roku DES stał się oficjalnym stan−
dardem szyfrowania. Metoda została pomy−
ślana jako środek do ochrony „normalnej” in−
formacji, nie zaś do ochrony danych najwyż−
szej klasy bezpieczeństwa. Być może zdecy−
dował o tym właśnie fakt jej upublicznienia.
DES wykorzystywał symetryczny klucz 56
bitowy i był algorytmem mocnym. Ale jak
mocnym? Wiemy już, że na powyższe pyta−
nie nie istnieje oficjalna odpowiedź. Jedynym
użytecznym praktycznie sposobem ataku na
DES−a pozostawał „brute force” czyli spraw−
dzenie wszystkich 2

możliwych kluczy.

To ogromna liczba – dla około 72 000 000
000 000 000 kluczy trzeba deszyfrować kryp−
togram i testować pod kątem zawierania sen−
sownej treści. W 1993 roku maszynę, która
mogłaby tego dokonać w 3,5 godziny, ocenio−
no na milion dolarów. W 1998 ukazały się in−
formacje, że hipotetycznie czas ten można
skrócić do 0,5 godziny przy zachowaniu ceny.

O tym się mówi

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

Lipiec 2002

Rok 1998 Electronic Frontier Foundation

Komputer Deep Crack kosztujący 220.000$

potrzebuje 4,5 dnia na złamanie jednego algorytmu DES.

Wszelkie spekulacje rozwiała amerykańska
organizacja EFF (Electronic Frontier Founda−
tion), która zbudowała nakładem „zaledwie”
250 000 dolarów komputer Deep Crack do ła−
mania DES−a. Można już oczekiwać, że usłu−
ga kryptoanalizy DES−a oferowana jest „spod
lady”. Wniosek: w żadnym wypadku nie wol−
no przesyłać przez Internet zaszyfrowanych
DES–em informacji, które są warte miliony.
W każdym razie ta pierwsza publiczna pre−
zentacja dobrego algorytmu, który mógł być
zbadany przez cały świat, była olbrzymim
krokiem naprzód. Okazało się też, że prawdo−
podobnie nie istnieją „tylne drzwi”. Słabością
DES–a była długość klucza. Przy dzisiejszych
mocach obliczeniowych era 56−bitowych klu−
czy przeszła definitywnie do historii. W 1997
roku NIST (National Institute of Standards
and Technology) − następca NBS − rozpoczął
poszukiwanie następcy DES–a. Od tamtego
czasu powstały algorytmy wykorzystujące
klucz 128−bitowy, RC4 opracowany przez Ro−
nalda Rivesta i firmę RSA Data Security – po−
wszechnie wykorzystywany przez przeglądar−
ki do szyfrowania danych przekazywanych
przez sieć www − a także IDEA (International
Data Encryption Algorithm} rodem ze Szwaj−
carii, który jest wykorzystywany przez popu−
larny program PGP do szyfrowania poczty
elektronicznej. Przy 128−bitowym kluczu ist−
nieje 2

128

różnych kombinacji. To naprawdę

bardzo dużo. Gdyby komputer sprawdzał mi−
liard kluczy na sekundę i gdyby atakujący
dysponował miliardem takich komputerów, to
nawet wówczas złamanie klucza 128−bitowe−
go zajęłoby 10

lat. Jest to prawie tysiąckrot−

nie więcej niż wiek wszechświata. Przy dzi−
siejszym stanie wiedzy takie ataki są, delikat−
nie mówiąc, niepraktyczne. Nie jest jednak tak
zupełnie dobrze. Wiele czynników natury
technicznej, prawnej i politycznej ogranicza
używanie takich algorytmów. Poza tym szyfry
łamie się nie tylko metodą siłową. Większość
z nich ma jakieś słabe strony, co może wyko−
rzystać jakiś zdolny kryptoanalityk i odszyfro−
wać wiadomość bez znajomości klucza.

Trochę matematyki, czyli
o algorytmach z kluczem
publicznym

W roku 1976, tym samym, w którym za ofi−
cjalny standard uznano DES−a, narodziła się
również metoda szyfrowania oparta o klucz
publiczny i fakt ten odmienił całkowicie do−
tychczasowe oblicze kryptografii. Nowe me−
tody wniosły zupełnie nową jakość – rozwią−
zywały problem przekazywania kluczy. Inte−
resujące jest pytanie, dlaczego kryptografia
wykorzystująca klucze publiczne musiała cze−
kać na swe odkrycie tak długo, choć matema−
tyczne narzędzia z teorii liczb potrzebne do jej
wynalezienia były znane już w XVIII wieku.
Jednym z powodów późnego rozwoju koncep−
cji kluczy publicznych było to, że dawniej (to
znaczy do lat 70) kryptografii używano głów−

nie do celów wojskowych i dyplomatycznych,
do których szyfry z tajnymi kluczami świetnie
się nadawały. Jednak wraz z komputeryzacją
życia gospodarczego powstały nowe potrzeby
zastosowania kryptografii. W przeciwieństwie
do sytuacji w wojsku i dyplomacji, gdzie ma−
my do czynienia ze sztywną hierarchią, nie
zmieniającymi się przez długi czas listami
uprawnionych osób i zorganizowanym syste−
mem kurierów, przy zastosowaniach w dzia−
łalności gospodarczej i ochronie danych spo−
tykamy się z szerszą i bardziej płynną grupą
użytkowników systemu. Kryptografia z klu−
czem publicznym nie była wynaleziona wcze−
śniej, bo po prostu nie było na nią zapotrzebo−
wania. Poza tym, jak dowiemy się za chwilę,
bezpieczne klucze publiczne opierają się na
użyciu bardzo dużych liczb, których przelicza−
nie bez komputerów byłoby bardzo trudne.
Właśnie wynalezienie metod szyfrowania
z użyciem klucza publicznego ogromnie
zwiększyło rolę algebry i teorii liczb w kryp−
tografii. Podstawą tych metod jest zastosowa−
nie do szyfrowania matematycznych funkcji
jednokierunkowych. Co to takiego? Mówiąc
nieformalnie, funkcja f:XY jest jednokierun−
kowa, jeśli dla danego xX łatwo jest obliczyć
f(x), ale wyliczenie f

−1

(y) dla przypadkowo

wybranego y jest trudne. O ile dobre algoryt−
my wykorzystujące klucz symetryczny mody−
fikują dane wejściowe na podstawie podanego
klucza (opracowanie nowego algorytmu pole−
ga więc na stworzenie nowej metody modyfi−
kacji), to algorytmy klucza publicznego opie−
rają się na teorii liczb. W tym przypadku opra−
cowanie nowego algorytmu wymaga rozwią−
zania nowego problemu matematycznego.
Omówimy teraz dwa algorytmy asymetrycz−
ne. Pierwszym w historii był algorytm Diffie−
go− Hellmana. System ten nie służy do szyfro−
wania w klasycznym sensie. Jest to sposób
tworzenia kluczy kryptograficznych i ich wy−
miany publicznymi kanałami. Bazuje on na
poważnym problemie matematyki jakim jest
logarytm dyskretny. Jak to działa? Oto A (Ali−
cja) i B (Bob) chcą uzgodnić dużą liczbę natu−
ralną, która będzie im potem służyć za tajny
klucz w systemie z kluczami prywatnymi. Spo−
sób ich postępowania można przedstawić tak:
1 Alicja i Bob wybierają wspólnie jakąś dużą
liczbę pierwszą p (przypominam, że liczba
pierwsza dzieli się tylko przez 1 i samą sie−
bie) oraz, w zależności od p, jakiś generator
g (tzn. takie g, że wszystkie liczby 1....p−1
można przedstawić jako reszty postaci g mod
p. Liczby k i g nie są tajne.
2 Alicja wybiera dużą, tajną liczbę x < p i wy−
syła Bobowi resztę X z równania: X = g

mod p.

3 Analogicznie Bob wybiera dużą tajną licz−
bę y < p i przesyła Alicji resztę Y z równania
Y = g

mod p

4 Alicja oblicza resztę: s = Y

mod p

5 Bob oblicza s’= X

mod p

Reszty s i s’ są równe, gdyż zachodzi:

s = s’ = g

mod p.

Wartość s służy Alicji i Bobowi jako klucz

sesyjny. Wprawdzie ktoś mógłby poznać war−
tości p, g, X i Y, jednak, aby obliczyć klucz s,
musiałby wyliczyć dyskretny logarytm, tzn.
wyznaczyć x z reszty g

mod p. Choć dla lai−

ka brzmi to niepozornie, jest to z matematycz−
nego punktu widzenia trudny orzech do zgry−
zienia. Prawdę mówiąc, jeszcze nikt tego nie
dokonał. Obecnie absolutnym liderem na ryn−
ku algorytmów asymetrycznych jest algorytm
RSA opracowany w 1978 roku przez później−
szych profesorów MIT (Massatchussets Insti−
tute of Technology) – Ronalda Rivesta, Adi
Shamira i Leonarda Adlemana. Nazwa po−
chodzi od pierwszych liter ich nazwisk. Sy−
stem RSA nadaje się zarówno do szyfrowania
informacji, jak i do tworzenia podpisów cy−
frowych. Dla jasności przy podpisie elektro−
nicznym użycie kluczy publicznego i prywat−
nego następuje w odwrotnej kolejności. Naj−
pierw szyfruję wiadomość moim kluczem
prywatnym. Odczytać ją może każdy, kto
dysponuje moim kluczem publicznym. Jed−
nakże dzięki temu zyskuje pewność, że to ja
jestem autorem wiadomości, bo tylko ja
(przynajmniej teoretycznie mam dostęp do
swojego klucza prywatnego). Algorytm RSA
opiera się na bardzo trudnym matematycz−
nym problemie, mianowicie na faktoryzacji –
czyli mówiąc po ludzku − rozkładaniu na
czynniki pierwsze bardzo dużych liczb (obe−
cnie co najmniej 300 miejsc w zapisie dzie−
siętnym). Żeby zrozumieć o co chodzi, po−
wróćmy do definicji liczb pierwszych. Liczba
naturalna nazywa się pierwszą, jeśli jest
podzielna wyłącznie przez 1 i przez samą sie−
bie. Przy czym umownie 1 nie nazywa się
liczbą pierwszą. Pierwszymi są więc np. licz−
by: 2,3,5,7,11,13 .....itd. W tym miejscu musi−
my wprowadzić niestety jeszcze jedną mate−
matyczną definicję, która będzie nam po−
trzebna za chwilę, mianowicie chodzi o licz−
by względnie pierwsze. Otóż liczbę m nazy−
wa się względnie pierwszą z n, jeśli żadna
liczba większa niż 1 nie dzieli równocześnie
m i n. 12 i 7 są więc względnie pierwsze, ale
12 i 8 już nie. Dla matematyka liczby pierw−
sze to jak dla fizyka cząstki elementarne.
Można z nich bowiem zbudować wszystkie
liczby naturalne. Bo już w III wieku p.n.e. Eu−
klides udowodnił fundamentalne twierdzenie
arytmetyki, że każda liczba naturalna większa
od 1 może być wyrażona jako iloczyn liczb
pierwszych i to w jeden jedyny sposób. Np.
75 900 jest iloczynem siedmiu liczb pierw−
szych: 2,2,3,5,5,11,23. Nazywa się to rozkła−
dem liczby na czynniki pierwsze. To właśnie
na trudności w rozkładaniu dużych liczb na
czynniki pierwsze opiera się moc kryptogra−
ficzna algorytmu RSA. Działa to następująco.
Najpierw generujemy klucz szyfrujący. W tym
celu każdy użytkownik systemu – nazwijmy
go znów umownie A(Alicja) − wybiera dwie
bardzo duże liczby pierwsze p i q (np. 512 bi−
towe) i mnoży je przez siebie uzyskując liczbę

O tym się mówi

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

Lipiec 2002

n. Czyli n = pq. Następnym krokiem jest obra−
nie kolejnej liczby e1, która jest względnie
pierwsza z (p−1)(q−1). Właśnie n i e tworzą
klucz publiczny. Dalej Alicja oblicza wartość
d, dla której de = 1 mod (p−1)(q−1). Kluczem
prywatnym jest d. Co robi użytkownik
B(Bob), gdy chce przesłać Alicji wiadomość,
której liczbową wartość określmy przez w?
Znajduje na prywatnej stronie internetowej
Alicji (albo w książce telefonicznej) jej klucz
publiczny. Następnie szyfruje wiadomość
w obliczając resztę z dzielenia w

przez n. Wy−

nik – nazwijmy go s, jest właśnie zaszyfrowa−
ną wartością w. W języku matematycznym
Bob wykonuje potęgowanie modularne: s = w

(mod n). Aby odszyfrować wiadomość, Alicja
posługuje się swoim tajnym kluczem deszyfru−
jącym d. Jak? Wylicza resztę z dzielenia s

przez n. Wynik jest dokładnie równy w. Stosu−
jąc zapis matematyczny w = s

mod n. Uff!!

Jeśli jest to dla was niestrawne, to możecie

– tak jak ja – poprosić o wyjaśnienie znajo−
mego matematyka, który jeszcze nie stracił
zupełnie kontaktu z rzeczywistością i umie
mówić ludzkim językiem. Jeśli wam się nie
uda i ciągle nie wiecie o co chodzi, nie przej−
mujcie się tak bardzo. Mówiąc naj−
krócej pomysł algorytmu RSA przed−
stawia się następująco: znając tylko
wartość iloczynu n = pq dwóch liczb
pierwszych, niezwykle trudno jest zna−
leźć oba jego czynniki (tj. p i q). Wraz
ze wzrostem długości liczby trudność
faktoryzacji gwałtownie rośnie. Warto
oczywiście podkreślić wyrażenie „nie−
zwykle trudno” bo nikt na razie nie
udowodnił, że to jest niemożliwe. Z te−
go wynika, że wybitni matematycy nie
potrzebują obawiać się na razie braku
pracy. Wszyscy próbują rozwiązać po−
wyższe problemy matematyczne, na
których oparto algorytmy z kluczem
publicznym. Jeśli komuś się to uda, bę−
dziemy musieli zrezygnować z algorytmu
RSA na rzecz innej, bardziej odpornej metody
szyfrowania. Walka kryptografów z kryptoa−
nalitykami trwa. A może niedługo ktoś zbu−
duje komputer kwantowy, dla którego dzisiej−
sze bariery obliczeniowe staną się śmieszne,
bo wzrost prędkości obliczeniowej w stosun−
ku do znanych dziś algorytmów będzie wy−
kładniczy? Co to by znaczyło? Otóż obecnie
uznaje się za teoretycznie możliwe złamanie
nawet 512−bitowego klucza RSA przy użyciu
konwencjonalnych komputerów (oczywiście
nowszej generacji), ale złamanie 1024−bito−
wego klucza RSA tymi metodami jest czystą
utopią. Gdybyśmy mieli jednak komputer
kwantowy, to 1024 bity zajęłyby nam dwu−

ewentualnie czterokrotnie więcej czasu niż
512 bitów. I możliwe, że chodziłoby o minu−
ty czy nawet sekundy. Wtedy naprawdę dzi−
siejsze systemy szyfrowania danych trzeba
będzie wyrzucić do śmieci. Ale wróćmy do
rzeczywistości początku XXI wieku. Póki co,
jednym z najsłynniejszych ataków na RSA
był atak, w wyniku którego obliczono czynni−
ki pierwsze liczby RSA−129 – jednej z du−
żych liczb wykorzystywanych jako klucz pu−
bliczny. Wartość RSA−129 opublikowano
w 1977 roku w magazynie Popular Science.
Jej czynniki wyliczyła w roku 1994 mię−
dzynarodowa grupa ochotników koordyno−
wana przez czterech naukowców. Przez cały
czas trwa poszukiwanie kolejnych dużych
liczb pierwszych, co wcale nie jest łatwe bo
nie istnieje matematyczny algorytm takiego
wyszukiwania. Pozostaje więc metoda prób
i błędów. Zachęcam do spróbowania swoich
sił (można na tym nieźle zarobić). Dla po−
rządku podaję, że największa znana dziś licz−
ba pierwsza odkryta w lipcu 2001 przez Mi−
chaela Camerona i George’a Woltmana to
2

13466917

−1. Ma ona 4 miliony 53 tysiące 946

cyfr. A więc do dzieła i powodzenia!

Świat totalnie zaszyfro−
wany, ale czy bezpieczny?

Omówione wyżej nowoczesne metody szyfro−
wania wydają się na dzień dzisiejszy skutecz−
nie chronić ważne informacje. Niedawno Bill
McQuaide – wiceprezes firmy RSA Security,
posiadającej praktyczny monopol na najpopu−
larniejszy obecnie algorytm z kluczem pu−
blicznym – powiedział w wywiadzie dla Ga−
zety Wyborczej: „Przeciętny użytkownik nie
musi obawiać się, że ktoś będzie próbował
złamać szyfr, którym szyfrowana jest sesja ko−
munikacyjna z bankiem. Gdy ktoś inwestuje,
dajmy na to 10 tys. dolarów to nie po to, by
ukraść tysiąc. To niepraktyczne. A do złama−
nia sesji SSL ze 128 bitowym kluczem po−

trzebna jest olbrzymia moc obliczeniowa. Gdy
ktoś jest w stanie ją zgromadzić, nie będzie
kradł pieniędzy z kont osobistych.” Bill
McQuaide powiedział też, że według jego
wiedzy nawet wywiad amerykański nie ma
szans na złamanie takich szyfrów. Ale pamię−
tajmy, że są one tylko jednym elementem
w procedurach stosowanych przez użytkowni−
ków systemów przetwarzania i przesyłania da−
nych np. banków, którym powierzyliśmy swo−
je pieniądze. Gdzieś, w którymś miejscu pouf−
ne dane mogą być przechowywane w formie
niezaszyfrowanej. Hakerzy usiłują więc np.
dostać się do systemu bankowego i po prostu
ukraść hasła, numery kart kredytowych. Sto−
sują różne sztuczki, np. dzwonią do użytkow−
nika sieci bankowej, przedstawiają się jako
administratorzy systemu i proszą o hasło.
Wbrew pozorom, to bardzo często działa. Dla−
tego nawet dobre kryptologiczne algorytmy
nie gwarantują niezawodnej ochrony. Bezpie−
czeństwo może zapewnić tylko łańcuch po−
zbawiony słabych ogniw. Każdy z nas musi
więc mieć świadomość problemów bezpie−
czeństwa. Nie wolno zapisywać haseł na kar−
teczkach przyklejonych do monitora, ani na

spodniej stronie klawiatury. Nie wolno
zezwalać innym na patrzenie na ręce
przy wpisywaniu hasła, ani mamrotać
hasła pod nosem przy wpisywaniu go,
a już na pewno nigdy nie wydrapywać
PIN−u na swojej karcie kredytowej.
W praktyce niestety nieraz ma to miej−
sce. Poza tym nośniki zawierające
niezaszyfrowane dane muszą być
przechowywane w bezpiecznym miej−
scu, a pisane jawnym tekstem poufne
wiadomości nie mogą swobodnie wę−
drować po sieciach komputerowych,
w których mogłyby przechwycić je
osoby trzecie. Komputery powinny
być zabezpieczone przed dostępem
niepowołanych osób fizycznie, ale

przede wszystkim programowo. Przecież jak
to wynika z omówionych wcześniej przykła−
dów, włamanie do systemu komputerowego
pracującego pod „gołym” Windowsem i np.
edycja zawartości dysku twardego nie przed−
stawia dla zaawansowanego hakera więk−
szych trudności. I wreszcie na koniec najważ−
niejszy warunek bezpieczeństwa: Wszyscy
współpracownicy muszą być godni zaufa−
nia. Wynika z tego prosty wniosek, że najlep−
szą inwestycją w bezpieczeństwo, również
w świecie bitów byłoby jednak trwałe podnie−
sienie poziomu moralnego społeczeństwa. Ale
to już materiał na zupełnie inny artykuł i raczej
nie nałamach EdW.

Wojciech Turemka

O tym się mówi

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

Lipiec 2002

Document Outline

79_08
79_10
79_13
79_18
79_22
79_27
79_28
79_30
79_37
79_39
79_49
79_52
79_56
79_58
79_59
79_60
79_62

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ei 07 2002 s 32 34
EdW 01 2002
ei 07 2002 s 92 93
ei 07 2002 s 42 43
ei 07 2002 s 58 59
EdW 10 2002
ei 07 2002 s 06 11
07 2002 Koukitu Surface polarity GaN
ei 07 2002 s 41
EdW 02 2002
ei 07 2002 s 94
EdW 06 2002
1526432 8000SRM1041 (07 2002) UK EN
ei 07 2002 s 60
EdW 11 2002
Banki 07 2002
ei 07 2002 s 75 76
ei 07 2002 s 24 28

więcej podobnych podstron

EdW 07 2002

Document Outline