Pozdrawiamy: Leszka Kołodzieja z Cieszyna, Michała Nowakowskiego z
Wrocławia, Andrzeja Adamczyka z Ostrowca Św., Dawida Lichosyta z
Gorenic, Leszka Seledca z Olsztyna, Juliusza Karolaka z Warszawy, Pio−
tra Cieślińskiego z Krakowa, Remigiusza Idzikowskiego, Jacka Rubasa,
Wojciecha Tabisia z Myszkowic, Helenę Michalską ze Szczecina, Bogusła−
wa Salewicza, Grzegorza Kasprowicza z Elizówki, Marka Waśkowiaka,
Przemka Andryśkiewicza, Rafała Gieżyńskiego, Sławomira Waneckiego,
Krzysztofa Walczaka, Adama Wosia z Opola, Andrzeja i Katarzynę Ko−
rzenieckich z Legionowa, Daniela Czachorowskiego, Damiana Gutow−
skiego, Helenę Kupisz, Dawida Trafnego z Połczyna Zdroju, Elżbietę
Karczyńską, Michała Zabokrzyckiego i Waldemara Mućko.

Uwagi do rubryki Errare humanum est z EdW 06/2002 przysłali ostatnio: Paweł
Lasko z Nowego Sącza, Marcin Rekowski z Brusów, Andrzej Czernecki z
Tarnowa, Anna Przybysz ze Szczecina i Bartłomiej Adamiuk z Białegostoku.

Nagrody otrzymują: Andrzej Czernecki i Bartłomiej Adamiuk.

Witam serdecznie Redakcję!
Piszę, by podzielić się z Wami pewnymi przemyśleniami odnośnie zakoń−

czonego już konkursu na najlepszą pracę dyplomową 2001/2002.

Teraz, z perspektywy czasu, okazuje się, że pomysł był jak najbardziej traf−

ny! Nie ze względu na wartościowe nagrody, lecz na upublicznienie problemu,
który do tej pory krył się gdzieś w ciemnych pracowniach szkolnych, piwni−
cach i salach komisyjnych. Prawdopodobnie większość ludzi dziś nie wie o
czymś takim jak konkursy „Młody Technik”, czy „Turniej Młodych Mistrzów
Techniki” organizowane przez ośrodki NOT−u i politechniczne. Zapewne wie−
lu ciekawi, jakie teraz wykonuje się prace. Niestety, nigdzie o niczym takim nie
słychać a listy laureatów czy uczestników krążą w obiegu zamkniętym i jedy−
ne co zostaje wydane na światło dzienne, to dyplomy, gratulacje i... brak zain−
teresowania.

Konkurs zorganizowany przez EdW i firmę Tespol otworzył, moim zda−

niem, to zamknięte okno. Cała Polska dowiedziała się o pierwszych trzech
miejscach, a niedoceniane Opole (przynajmniej w moich oczach), Bydgoszcz
i Sanok zyskały dzięki „wydaniu” zwycięskich drużyn. Niebawem Czytelnicy
poznają kolejne projekty godne uwagi i nazwiska osób je wykonujących.

W takim układzie firmy poszukujące „dobrego” materiału mają z czego

wybierać!

Co da wykwintna kolacja w budynku rządowym, jeśli nie można wprost wy−

korzystać swoich umiejętności? W tym miejscu chcę podziękować w imieniu
wszystkich uczestników za rozpoczęcie promocji młodych talentów z nadzieją
na przyszłe i bardziej odważne działania.

Firmy zaś pragnę zachęcić do organizowania wykładów i seminariów tak−

że dla społeczności niemającej przedrostków (mgr, inż. etc).

Będąc obecny, swoją skromną osobą, przy okazji odbioru głównej nagro−

dy wraz z kolegami z klasy, którzy zajęli pierwsze miejsce w konkursie, i ich
promotorem zauważyłem wielkie zadowolenie rysujące się na twarzy pana
Stanisława Zająca − Prezesa Zarządu firmy Tespol. Widać było, że temu Panu

naprawdę zależy i nie chodzi o reklamę! Atmosfera była iście rodzinna. Z na−
szego punktu widzenia było to bardzo budujące i niezwykle motywujące − na−
reszcie ktoś docenia to, co robią młodzi, zaprasza na rozmowę, raczy ciepłym
słowem, oferuje w pewnym zakresie pomoc...

Generalnie rzecz ujmując, zdjęcie zamieszczone w EdW 07/2002 oddaje

całkowicie istotę sprawy: zadowolona mina pana Zająca (z prawej) zdaje się
mówić − nareszcie coś się ruszyło − idzie nowe!, postawa redaktora Orłowskie−
go zdaje się wyrażać aprobatę takich działań (firmy Tespol) i zapewnia cią−
głość promowania młodych talentów, trzyosobowy skład od lewej staje się jed−
nak najlepszym przesłaniem: da się! przy pomocy ludzi chętnych i otwartych,
ale DA SIĘ! próbujcie − WARTO!

W tym miejscu pragnę pogratulować wszystkim biorącym udział w konkur−

sie, gdyż to chęć zaprezentowania się i odwaga skłania do promowania same−
go siebie.

Ze swojej strony (już jestem po obronie) zachęcam przyszłych Dyploman−

tów, aby już dziś zastanowili się nad tematem własnej pracy i oby była ona
zgodna z zapotrzebowaniem „jutra” i aby była maksymalnie AUTORSKA.

Pozdrawiam i życzę wszystkim sukcesów, Redakcji chęci i motywacji do

różnych tego typu działań, zainteresowanym firmom chęci współpracy i pro−
mocji polskiej siły technicznej (i nie tylko).

Grzegorz Kaczmarek, Opole

P.S. − Nie sądziłem, że o mojej obecności we Wrocławiu warto wspominać. Je−
stem pod WIELKIM wrażeniem − dziękuję! :−)

Za ciekawe podsumowanie konkursu Grzegorz otrzymuje od nas nagrodę

książkową.

Sprostowanie dotyczące „Wielkiego konkursu na najlepszą pracę dyplo−
mową 2001/2002”.

Chochlik drukarski dorzucił jedną literkę (C) do nazwiska zdobywcy 3

miejsca. Tak więc, autorem „Wyświetlacza widmowego” jest Łukasz Hrapek
z Sanoka. Promotorem wspomnianej pracy był mgr inż. Marek Chimiak, au−
tor książki „Realizer − graficzna metoda programowania mikroprocesorów”.

Warto wspomnieć, że wyróżniona praca zajęła 1. miejsce w szkolnym

TMMT (Turnieju Młodych Mistrzów Techniki), 1. miejsce w wojewódzkim
TMMT i otrzymała wyróżnienie w centralnym TMMT.

Jeszcze raz gratulujemy zdobycia nagród i życzymy dalszych sukcesów.

Wysyłam Wam link do strony z kompilatorem PASCAL−a dla mikrokontro−

lerów ‘51 oraz AVR. To chyba dość interesujący program − dużo osób ma kon−
takt z PASCAL−em choćby i na zajęciach informatyki w szkole i posiada nieja−
ką wiedzę na temat programowania w tym języku.

http://users.iafrica.com/r/ra/rainier/index.htm

Z poważaniem

Marek Kraft

Otwarci jesteśmy na wszelkie sugestie i bardzo cenimy uwagi takie, jak nade−
słane w kolejnym liście:

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

Wrzesień 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.

Bartłomiej Adamiuk . . . . . . . . . . . . . Białystok

Dorota Bąkowska . . . . . . . . . . . . . . Warszawa

Robert Bidas

Mirosław Bogdanowicz

Mariusz Chilmon . . . . . . . . . . . . . . . Augustów

Jarosław Chudoba . . . . . . . . . . Gorzów Wlkp.

Andrzej Czernecki. . . . . . . . . . . . . . . . Tarnów

Bartosz Czerwiec . . . . . . . . . . . . . . . . Mogilno

Andrzej Dąbrowski . . . . . . . . . . . . . . . . Opole

Marian Detko . . . . . . . . . . . . . . . . . Piwniczna

Maciej Dolata . . . . . . . . . . . . . . . . . . Krosinko

Marek Drabik . . . . . . . . . . . . . . . . . Sulejówek

Dariusz Drelicharz . . . . . . . . . . . . . . Przemyśl

Damian Gabrysiak . . . . . . . . . . . . . . . . . Stasin

Robert Gawron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rabka

Zbigniew Gibek . . . . . . . . . . . . Świętochłowice

Leokadia Golec . . . . . . . . . . . . . . . . . Kożuchy

Grzegorz Kaczmarek . . . . . . . . . . . . . . . Opole

Bogdan Kiciak . . . . . . . . . . . . . . . . . . Świdnica

Michał Koziak . . . . . . . . . . . . . . . . . Sosnowiec

Cezary Kusmierski . . . . . . . . . . . . . . Poniatów

Sylwester Małecki. . . . . . . . . . . . . . . . . Radom

Marcin Mederak . . . . . Dąbrówka Tuchowska

Grzegorz Pietrzyk . . . . . . . . . . . . . . Warszawa

Zenon Pochopin . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gorlice

Jakub Siwiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tarnów

Maciej Skrodzewicz . . . . . . . . . . . . . . Szczecin

Henryk Sobański. . . . . . . . . . . . . . Tarnobrzeg

Anna Stefańska . . . . . . . . . . . . . . . . . Chorzów

Tomasz Stępień . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lublin

Andrzej Szymkowiak . . . . . . . . . . . . . . Zalesie

Grzegorz Świt . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jarosław

Marcin Wiązania . . . . . . . . . . . . . Busko Zdrój

Dariusz Wojdaczek . . . . . . . . . . . . . . Miechów

Piotr Wójtowicz . . . . . . Wólka Bodzechowska

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

Wrzesień 2002

(...) Kolejna przeróbka CD−ROM−u (ostatnie widziane przeze mnie CD−ki

nie miały guzika CD−play, rew, etc. Artykuły Pana Piotra Góreckiego jednak
nadal nie mają konkurentów (szczególnie dla tych, co traktują elektronikę ja−
ko hobby), artykuły dotyczące nie−cyfrówki należą na razie jeszcze do rzadko−
ści wśród czytelników (należy też wspomnieć o Panu A. Janeczku – no, ale to
myślę poza konkurencją!). Oby więcej uczących tych niby prostych rzeczy, bo
kody źródłowe, noty najnowszych „scalaków” są dostępne w Sieci nawet w za−
sięgu modemowców (ech, tragedia!), natomiast treści wartościowe − nie, a
przynajmniej nie w takim stopniu.

Szkoła konstruktorów − poruszane wiele razy tematy. No dobrze, w wyko−

naniu Bascoma jeszcze lepiej, ale może coś innego − jest tyle mikroproceso−
rów, warto dać chociaż wzmianki. Bo jak dla mnie, to najważniejsze − jak
wystartować, a potem to już jakoś pójdzie! No cóż, EP jednak wciąż za trud−
na (myślę, że gdyby poruszać podobne tematy na łamach ich pisma, mieliby
(Czytelnicy) podobne zastrzeżenia jak ja. Trochę o nowościach. Fajnie, że
poruszacie nowe tematy (ostatnio: tranzystory molekularne, ogniwa paliwo−
we), no ale nie w ramach jednego linku do strony WWW!!!! (no dobra dwóch
linków). Mimo wszystko artykuły z czasopism pozostały nadal niedoścignio−
ne. Co bym chciał? − pewnie za dużo − opis programowania (i programato−
rów) innych mikroprocesorów!!!!!− opis innych programatorów niż Bascom,

dla modemowców linki do programatorów i ich niewielkie opisy − może kurs
Protela jest nazbyt przesadzony, dobrze jest dochodzić „kliknij, zobacz, co
się stanie”, ewentualnie krótkie porady typu Tips&Tricks, ale też bez prze−
sady jak to ma miejsce w Windowsie (nie jestem zwolennikiem Linuxa, a
wręcz przeciwnie). Błagam, nie zachęcajcie do MS © Visual Basic. To ma
krótkie nogi, sam wpadłem w ten kanał, na początku świetnie, da się wszyst−
ko, ale potem... ocx’y, dotakowe biblioteki etc. W końcu aplikacja typu Hel−
lo World ma 1−4 MB, a przecież nie o to chodzi, aby elektronik myślał nad
szybszym dyskiem, a programista to bezcześcił swoim niechlujstwem i leni−
stwem. Lepszym rozwiązaniem jest delphi (darmowa wersja Delphi PE 6.0
www.borland.com, i darmowa Free pascal www.FreePascal.org) − wszystko
dla Windows, choć widzę, że wielu jest Unixowców, jak i Linuxowców.
Ci jednak dotrą bez problemu, same wersje systemów zawierają podstawowe
„graty”, nie trzeba włączać Internetu ani kupować dodatkowych
cd−ków).(...) Najważniejsze, że pozostajecie z czytelnikami tj. rubryki „krzyn−
ka” porad, Szkoła konstruktorów, Co nie działa − to według mnie dość ważne
działy, wiem że cały czas spełniacie rolę tych co uczą, ale nie ma
gazet pośrednich (jest mała różnica między EP a EdW), no ale ktoś musi do−
stać! Zresztą po co pisać o dobrych stronach, te widzi każdy!? Pozdrowienia.

Bartosz Reichel reichel@rudy.mif.pg.gda.pl

EdW 9/2002 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

Wrzesień 2002

Czy do stroboskopu potrzebna jest specjalna żarówka?

Czytelnik nie podał, czy chodzi o stroboskop do dyskoteki, czy do re−
gulacji silnika samochodu. Z zasady działania stroboskopu wynika,
że potrzebny jest silny, krótki błysk światła. Żarówki niezbyt się do
tego nadają, głównie z uwagi na znaczną bezwładność cieplną żarni−
ka. Szczególnie widać to przy wyłączaniu żarówek samochodowych
– nie gasną natychmiast, tylko płynnie.

W stroboskopach z reguły stosuje się lampy błyskowe z palnikiem

ksenonowym. Czas trwania błysku jest tu rzędu jednej milisekundy.
Palnik zasilany jest wysokim napięciem, rzędu 300...500V, a do za−
płonu potrzebny jest króciutki impuls znacznie wyższego napięcia
(kilowolty).

Właśnie ze względu na wysokie napięcia, samodzielna budowa

stroboskopów przez niedoświadczonych, młodych elektroników mo−
że być wręcz śmiertelnie niebezpieczna. Dlatego w EdW temat ten
jest poruszany rzadko (10/96, 11/97, 6/99). Swego czasu przedstawio−
ne były projekty prostej latarki−stroboskopu z diodą LED, która mo−
że posłużyć do regulacji silnika samochodu. W takich zastosowa−
niach może pracować ultrajasna dioda LED, która jest wystarczająco
szybka.

Co to za element: avalanche breakdown diode? Z opisu
wynika, że chodzi o diodę Zenera. Dlaczego w szereg z ta−
ką diodą jest włączona zwykła dioda krzemowa?

Istotnie, element avalanche breakdown diode (dioda z przebiciem la−
winowym) zwykle nazywany jest diodą Zenera. Chodzi na pewno
o prosty stabilizator napięcia, potocznie zwany diodą Zenera. Wątpli−
wości Czytelnika wiążą się z pewną nieścisłością, która istnieje od lat.
Nazwiskiem odkrywcy (Zenera) nazwano „zjawisko tunelowego prze−
nikania elektronów z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa,
pod wpływem silnego pola elektrycznego” w odpowiednio zbudowa−
nych i domieszkowanych złączach P−N. Zjawisko Zenera występuje
przy napięciach poniżej 5V. Tym samym, na miano diod Zenera zasłu−
gują jedynie elementy stabilizujące o napięciu przebicia do 5V.

„Diody Zenera” o napięciu powyżej 6V nie zasługują na tę nazwę,

ponieważ dominuje tam wspomniane zjawisko lawinowego przebicia
(avalanche beakdown). Diody takie zachowują się tak samo, jak
„prawdziwe diody Zenera” – zaczynają przewodzić prąd, gdy napię−
cie wsteczne przekroczy wartość progową. Jedyną różnicą jest znak
i wartość współczynnika cieplnego napięcia przebicia. Dla diod
o napięciu do 5V, gdzie dominuje zjawisko Zenera, współczynnik ter−
miczny napięcia przebicia jest ujemny. Dla diod, gdzie dominuje

przebicie lawinowe (napięcie powyżej 6V) współczynnik ten
jest dodatni. Czym wyższe napięcie stabilizacji, tym większy
dodatni współczynnik cieplny. Aby zwiększyć stabilność ciep−
lną, diody stabilizujące o napięciu większym niż 6V można
łączyć w szereg ze zwykłymi diodami krzemowymi, jak po−
kazuje rysunek obok. Czytelnik natrafił na taki właśnie przy−
padek. Dodatkowa dioda krzemowa nie jest konieczna – została do−
dana tylko dla polepszenia stabilności cieplnej napięcia stabilizacji.
W praktyce, aby uzyskać bliski zeru współczynnik cieplny, należało−
by dobrać egzemplarz diody Zenera (ściślej – diody z przebiciem la−
winowym) i liczbę szeregowo włączonych diod krzemowych.

W diodach o napięciu 5...6V mogą wystąpić oba wspomniane zja−

wiska i współczynnik termiczny napięcia stabilizacji jest niewielki –
najmniejsze zmiany napięcia stabilizacji pod wpływem temperatury
zwykle wykazują diody o napięciu 5,6V. Czasem większe napięcie
uzyskuje się, łącząc w szereg kilka takich diod. Tu także nie można
podać ścisłych recept, bo oprócz rozrzutu wartości współczynnika
cieplnego takich diod (zwykle ±3mV/K), ich właściwości, w tym
współczynnik cieplny, zależą także od prądu pracy.

Od wielu lat znane i produkowane są też bardzo stabilne termicz−

nie diodowe stabilizatory typu 1N821−1N829 o napięciu nominalnym
6,2V, nazywane też temperaturowo skompensowanymi diodami Ze−
nera (temperature−compensated zener). Dzięki przemyślanej kon−
strukcji uzyskuje się znikomo mały współczynnik cieplny, wynoszą−
cy

dla

najbardziej

precyzyjnej

wersji

(1N829)

tylko

5ppm/K (0,0005%/

C). Dla najmniej precyzyjnej wersji (1N821)

współczynnik ten wynosi 100ppm/K (0,01%/oC), co też jest warto−
ścią bardzo dobrą. W przypadku diod 1N821...829, aby uzyskać taką
stabilność, prąd pracy musi wynosić dokładnie 7,5mA±0,01mA.

Pragnę wykorzystać PC−ta jako oscyloskop. Znalazłem na
Waszej stronie informacje na ten temat. Chodzi o artykuł
z EdW 3/1999. Proszę o informację, czy można kupić ten
numer Waszego pisma lub o nazwę programu.

W każdym numerze EdW na stronach, gdzie są informacje na temat
prenumeraty krajowej i zagranicznej, można też znaleźć aktualną in−
formację o dostępnych numerach archiwalnych. Przykładowo w nu−
merach 6 i 7/2002 informacja ta zawarta jest na stronie 73. Wynika
z niej, że numer 3/99 jest dostępny i można go zamówić albo korzy−
stając z blankietu polecenia przelewu/wpłaty gotówkowej (dokonując
przedpłaty, unika się kosztów przesyłki). Szczegóły można uzgodnić
e−mailem lub telefonicznie z Działem Prenumeraty.

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.

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

Program, o który pyta Czytelnik, został ściągnięty z Inter−

netu jako freeware. Ponieważ w Internecie wiele się zmieni−
ło od czasu napisania artykułu, warto samodzielnie poszukać
pecetowych oscyloskopów w sieci, wpisując do wyszuki−
warki odpowiednie hasła, zawierające słowa kluczowe:
+oscilloscope, +PC.

Po co w stabilizatorze z układem LM317 diodę
włączono odwrotnie? Czy muszę ją stosować, bo
w niektórych książkach na schematach jej nie ma.

Rzeczywiście w katalo−
gach i niektórych in−
nych źródłach spotyka
się schematy aplikacyj−
ne stabilizatora LM317,
jak na rysunku obok.

W większości przy−

padków diody takie nie
są potrzebne. Ich zada−
niem jest zabezpiecze−
nie stabilizatora przed
uszkodzeniem w specyficznych warunkach: gdy napięcie na
wejściu stabilizatora (na C1) zmniejsza się szybciej niż na je−
go wyjściu. Wtedy bez diod prąd z naładowanych kondensa−
torów C2, C3 popłynąłby do wejścia przez wewnętrzne ob−
wody układu scalonego i przy dużej pojemności C2, C3
mógłby uszkodzić delikatne struktury. Diody D1, D2 przej−
mują w takich warunkach prąd i przez stabilizator taki
„wsteczny” prąd nie płynie.

Dotyczy to także popular−

nych stabilizatorów 78xx
(i 79xx), dlatego w katalogach
można znaleźć schemat apli−
kacyjny jak na rysunku obok.

W ogromnej większości

przypadków diod takich nie
trzeba stosować, ponieważ za−
silacz zbudo−
wany

jest

według ry−
sunku obok.
Jeśli zanik−
nie napięcie
sieci,

prąd

nie może się
cofnąć przez
mostek prostowniczy i napię−
cie na C1 na pewno nie bę−
dzie opadać szybciej, niż na
C2. Jedynie w układach,
gdzie współpracuje ze sobą
kilka stabilizatorów, według
rysunku poniżej, trzeba roz−
ważyć potrzebę stosowania
omawianych diod.

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

Wrzesień 2002

Jednym z badaczy wysokich napięć był mało
znany Nikola Tesla, człowiek ekscentryczny,
lecz o ogromnej wiedzy. Między innymi stwo−
rzył i opatentował urządzenie znane pod kil−
koma nazwami: cewka Tesli, transformator
Tesli, transformator rezonansowy. Transfor−
mator Tesli składa się z dwóch obwodów:
wtórnego i pierwotnego. Obwód pierwotny
składa się ze źródła wysokiego napięcia (po−
winien to być transformator sieciowy podwyż−
szający napięcie, pracujący przy częstotliwo−
ści sieci 50Hz, napięcie pierwotne 220V, moc
około 300−500W, napięcie wtórne 5−10kV;
mając taki transformator, możemy zrobić „te−
slę” dającą ciągłe wyładowania do powietrza
długości 20−30cm), kondensatora, uzwojenia
pierwotnego oraz iskrownika. Obwód wtórny
natomiast składa się z uzwojenia wtórnego
oraz kondensatora. Ten wtórny kondensator to
pojemność między toroidem a ziemią (jest to
tzw. rezonator otwarty). Urządzenie to pozwa−
la wytwarzać zmienne wysokie napięcia rzędu
megawoltów (milionów woltów).

Zastosowań tak ogromnych napięć może

być bardzo dużo. Na przykład Tesla zamierzał

wykorzystać swój wynalazek do rozbijania
skorupy ziemskiej. Innym zastosowaniem był
projekt bezprzewodowego przesyłu energii;
temat ten jest do dziś okryty tajemnicą. Tesla
stworzył plany sieci nadajników okalających
Ziemię. System ten miał zapewnić globalną
transmisję energii elektrycznej bez użycia
przewodów. Gotowy był również jeden eg−
zemplarz nadajnika. Tesla jednak zaczął bory−
kać się z problemami finansowymi, w końcu
zła sytuacja zmusiła go do rozbiórki nadajni−
ka. Obecnie transformatory Tesli stosuje się
do sprawdzania wytrzymałości karoserii sa−
mochodów, samolotów, badań laboratoryj−
nych, jonizacji gazów, a przede wszystkim do
widowiskowych pokazów.

Ostrzeżenia

Transformator Tesli jest urządzeniem bardzo
efektownym, ale także bardzo niebezpiecz−
nym ze względu na występujące w nim wy−
jątkowo wysokie napięcia. Teoretycznie
otrzymywane wyładowanie elektryczne ma
bardzo dużą częstotliwość, więc co za tym
idzie, powinno być niegroźne (chodzi o tzw.
efekt naskórkowy). Niestety, tak nie jest. Ma−
łe transformatory są wprawdzie w miarę bez−
pieczne, ale duże „tesle” potrafią nieźle kop−
nąć lub poparzyć (albo jedno i drugie). Wie−
my to z doświadczenia, więc nie radzimy ich
dotykać. Należy uważać także na sam trans−
formator zasilający, gdyż jest on w stanie za−
bić o wiele szybciej niż napięcie sieci energe−
tycznej. Ponieważ w cewce Tesli płyną bar−
dzo duże prądy (zmienne), cewka jest więc
źródłem bardzo silnego pola elektromagne−
tycznego, które wytwarzane jest w jej pier−
wotnym obwodzie rezonansowym. Tak wiel−
kie pole elektromagnetyczne z łatwością ni−

szczy obecne w pobliżu urządzenia elektro−
niczne − nie jest to żart − naprawa wieży
Hi−Fi sporo kosztuje – wiemy, bo stała za bli−
sko urządzenia. Jeśli zastosujecie się do na−
szych rad, wszystko będzie OK. Wspomnieć
należy także o świetle UV, które w dużych
ilościach wytwarzane jest przez iskrownik,
jest ono szkodliwe dla wzroku, dlatego nigdy
nie należy patrzeć bezpośrednio w iskrownik.

Z wysokimi napięciami i dużymi często−

tliwościami wiążą się dwa bardzo ważne zja−
wiska, a mianowicie: efekt naskórkowy i kra−
wędziowy.
− Efekt naskórkowy spowodowany prądami
w.cz. nie pozwala elektronom wnikać w głąb
przewodnika, a co za tym idzie, prąd płynie
po powierzchni przewodnika, a czasem tylko
„ślizga” się po niej.
− Efekt krawędziowy polega na gromadzeniu
się ładunku na wszelkich ostrych krawę−
dziach, powoduje to przeskakiwanie iskier
(ulot elektryczny), które są niepożądane
w obwodach wysokonapięciowych.

W cewkach Tesli można też spotkać inne

zjawisko, niebezpieczne dla transformatora
zasilającego i kondensatora, jest to efekt tzw.
nadsprzężenia, objawia się on w tych cew−
kach Tesli, których cewka obwodu pierwot−
nego ma małą średnicę i liczy 2...4 zwoje.
Wtedy to cały strumień „pompowany” jest
w dolną część cewki obwodu wtórnego, po−
wodując przeskoki iskier między zwojami,
jak również przebicia na drodze obwody
wtórne−pierwotne. Jeśli strumień magnetycz−
ny „nie widzi” wyższej części uzwojenia
wtórnego (części rezonansowej), to całe na−
pięcie indukuje się w jego dolnej części.

Fotografia 1 przedstawia najważniejsze

elementy transformatora (cewki) Tesli.

###

Ze względu na obecność skrajnie

wysokich napięć, osoby niepełnoletnie
i niedoświadczone mogą wykonać
układ wyłącznie pod opieką wykwalifi−
kowanych opiekunów.

Wykonawca buduje urządzenie na

własne ryzyko i ponosi pełną odpowie−
dzialność za efekty jego działania,
w tym zakłócenia elektromagnetyczne
oraz możliwość porażenia, zatrucia
i uszkodzenia wzroku osób trzecich.

ęę

śś

ćć

1 − Toroid
2 − Uzwojenie wtórne części rezonansowej
3 − Zwój zabezpieczający
4 − Kondensator
5 − Iskrownik
6 − Uzwojenie pierwotne części rezonansowej
7 − Transformator zasilający

Budowę transformatora Tesli pokazuje

w uproszczeniu rysunek 1. Jest to rysunek
poglądowy, pomocny przy omawianiu dzia−
łania urządzenia.

Bardziej pełny schemat, często spotykany

w literaturze, pokazany jest na rysunku 2.
Tr1 − Źródło zasilania (transformator siecio−
wy, o napięciu wyjściowym np.10kV),
Is2 − Iskrownik zabezpieczający chroni trans−
formator przed zbyt wysokim napięciem (in−
formacji o nim należy szukać w Internecie,
ponieważ uznaliśmy go za mało ważny
i w większości przypadków niepotrzebny, tak
samo jak dławiki),
Dławiki − Zapobiegają przedostawaniu się

zakłóceń w.cz. do sieci
energetycznej,
C − Kondensator,
Is1 − Iskrownik główny,
Tr2 − Transformator re−
zonansowy (część rezo−
nansowa cewki Tesli),
Toroid − Patrz niżej.

Zasada
działania

Kondensator C jest na
przemian

ładowany

dodatnią i ujemną po−
łówką sinusoidy prądu
wypływającego z tran−
sformatora zasilające−
go. Kondensator ładuje
się do napięcia przebi−
cia iskrownika Is1,
wtedy to plazma po−
wstała pomiędzy elek−
trodami iskrownika po−
łączy dotąd odciętą
cewkę pierwotną części
rezonansowej z kon−
densatorem, tworząc
równoległy obwód re−
zonansowy, a zarazem
przekazując

energię

zgromadzoną w kon−
densatorze do uzwoje−
nia, mamy więc typo−
wy przykład rezonansu
równoległego, gdzie
przepływ prądu możli−
wy jest dzięki powsta−
niu łuku elektrycznego.

Obwód pierwotny

jest w rzeczywistości
obwodem rezonanso−

wym równoległym, pobudzanym do drgań
gasnących o częstotliwości równej częstotli−
wości rezonansowej obwodu LC w takt prze−
skoków iskry w iskrowniku. Częstotliwość
obwodu rezonansowego zależy od indukcyj−
ności uzwojenia pierwotnego części rezonan−
sowej oraz od pojemności kondensatora. Wy−
licza się ją ze szkolnego wzoru:

Gdzie: f =

f − częstotliwość pracy cewki (częstotliwość
łuku) [Hz]

L − indukcyjność uzwojenia pierwotnego czę−
ści rezonansowej (ślimaka) [H]
C − pojemność kondensatora w obwodzie
pierwotnym [F]

Obwód rezonansowy, w skład którego

wchodzą cewka pierwotna transformatora re−
zonansowego i kondensator, jest pobudzany
do drgań. Częstotliwość pobudzania (często−
tliwość przeskoków iskry na iskrowniku)
w zasadzie jest równa podwojonej częstotli−
wości sieci (100 razy na sekundę), ale też za−
leży od czasu, po jakim kondensator naładuje
się do napięcia, które umożliwi przebicie po−
wietrza pomiędzy elektrodami iskrownika.
Czas ten z kolei zależy od napięcia i prądu
transformatora zasilającego, pojemności kon−
densatora, no i oczywiście od odległości elek−
trod iskrownika. W ten sposób częstotliwość
przeskoków iskry może być większa od
100Hz. Energia wytworzona w obwodzie
pierwotnym przekazywana jest przez pole
elektromagnetyczne dalej, do obwodu wtórne−
go transformatora rezonansowego. Jednak aby
obwód wtórny wytworzył wysokie napięcie,
wymagana jest zgodność jego częstotliwości
rezonansowej z częstotliwością rezonansową
obwodu pierwotnego. Wtedy to obydwa ob−
wody reprezentują sobą tylko opór rzeczywi−
sty − jeżeli ten warunek jest spełniony, pomię−
dzy okładzinami kondensatora obwodu wtór−
nego występuje bardzo wysokie napięcie.

Pracy transformatora Tesli towarzyszą sil−

ne efekty akustyczne − huk wywołany prze−
skokami iskry na iskrowniku. Widzimy rów−
nież piękne fioletowe wyładowania wędrują−
ce wokół toroidu, w tle można także usłyszeć
łuk elektryczny. Nie należy zapominać, że
„tesla” jest wydajnym źródłem bardzo ak−
tywnego gazu – ozonu, to zresztą daje się sil−
nie odczuć. A ozon w większych dawkach
jest szkodliwy dla zdrowia.

Transformator zasilający

Jest to zwykły transformator pracujący
przy napięciu 220V, 50Hz, konwertuje on
napięcie na wartość kilkadziesiąt razy
większą, np. 10000V
Musi to być transformator o mocy od
100W do 5000W, w zależności od oczekiwa−
nego efektu i napięciu wyjściowym od 5kV
wzwyż. Jeżeli ktoś robi małą „teslę”, to pole−
camy transformator o mocy ok. 200−300W.

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

Wrzesień 2002

Projekty AVT

Fot. 1

Rys. 1

Rys. 2

schemat transformatora Tesli

Kupno gotowego transformatora raczej nie
wchodzi w rachubę (choć można użyć trans−
formatora od zasilania neonów lub kilku
transformatorów od mikrofalówek – obydwa
rozwiązania są dosyć drogie). Pozostaje więc
samemu postarać się o niezbędne elementy
i zacząć najbardziej pracochłonną robotę,
czyli nawinięcie transformatora. Ma to swoje
zalety i wady. Po samodzielnym nawinięciu
mniej więcej wiemy, czego można się
spodziewać, a ewentualnie kupione za cięż−
kie pieniądze trafo może się „spalić” w naj−
mniej pożądanym momencie. Podstawowym
problemem, jak już wspomnieliśmy, jest zna−
lezienie rdzenia. Z praktyki wiemy, że na du−
że „tesle” najlepsze są rdzenie transformato−
rów od spawarek. Na małe „tesle” polecamy
rdzenie od transformatora z Rubina – to taki
radziecki telewizor ;−)

Kolejną kwestią jest drut nawojowy na

uzwojenie wysokonapięciowe. Nabycie takie−
go (zwykłego) drutu nawojowego nie stanowi
dużego problemu − można go dostać w więk−
szości sklepów elektrycznych lub w hurtow−
nach elektrycznych. Jedynym problemem
związanym z drutem jest jego cena: ok. 25−
30zł za kilogram, a do nawinięcia trafa o mo−
cy 2000W i napięciu wyjściowym 10000V
potrzeba jakieś 5kg (do transformatora o mo−
cy 400W potrzeba go około1,5kg). Na pocie−
szenie dodamy, że to największy koszt przy
budowie „tesli”. Ostatnią czynnością przed
nawijaniem jest zakup folii ogrodniczej na
przekładki transformatora. Folia taka o grubo−
ści 0,25 mm jest dostępna w każdym sklepie
ogrodniczym. Nie jest to najlepsze rozwiąza−
nie, ponieważ powinniśmy użyć do tego celu
porządnych przekładek preszpanowych lub
jeszcze lepiej teflonowych, lecz przy braku
tych materiałów można wykonać przekładki
z folii polietylenowej, (UWAGA! Temperatu−
ra topnienia to ok. 80

C, więc jeżeli macie do−

stęp do bardziej wytrzymałych materiałów, to
wykorzystajcie je). Na każdą nawiniętą war−
stwę uzwojenia należy nawinąć warstwę pa−
pieru, a następnie kilka warstw folii polietyle−
nowej i znowu warstwę papieru, zapobiegnie
to przecinaniu folii polietylenowej przez
uzwojenia. Dobrze jest zabezpieczać każdą
warstwę drutu parafiną. Nie używajcie lakieru
– w razie spalenia będzie można naprawić tra−
fo. Przy nawijaniu uzwojenia należy zwracać
uwagę na trzy podstawowe rzeczy. Po pierw−
sze, emaliowa izolacja drutu nie może być za−
drapana, bo może się to zakończyć przebiciem
i spaleniem całej naszej pracy. Po drugie, zwo−
je muszą być nawijane bardzo starannie, blisko
siebie (chyba że nawijamy drutem

<0,2mm)

i nie mogą na siebie nachodzić. Co tu dużo
mówić, musi to być zrobione jak w dobrej fir−
mie produkującej transformatory. Po trzecie,
należy zostawić ok. 10mm wolnego miejsca po
każdej stronie karkasu czyli na początku i na
końcu każdej warstwy. Zapobiega to później−
szym przebiciom między warstwami. Dobrze

jest też pomyśleć o wyprowadzeniach. Osobi−
ście polecamy przylutowanie do początku
i do końca uzwojenia kilku cm linki miedzia−
nej w izolacji, która jest bardziej odporna na
wyginanie niż drut. Zarówno średnicę drutu
na uzwojenie pierwotne, jak i wtórne, oblicza
się stosownie do mocy transformatora (co
wiąże się z wielkością rdzenia). Dla począt−
kujących maniaków wysokonapięciowych
przedstawiamy kilka pomocnych wzorów od−
noszących się do powszechnie używanych
transformatorów sieciowych – patrz rysunek 3.

Wzór na przekrój środkowej kolumny

rdzenia:
S = a*b gdzie a i b w [cm]

Wzór na moc, jaką można uzyskać z rdzenia:

P= 0,69S

(jeśli zdecydowaliście się na

rdzeń od Rubina, to ma on moc ok. 200W)
P − moc [W]
S − przekrój rdzenia w cm

Wzór na liczbę zwojów przypadających

na 1V dla tego transformatora:
Z = 45 / S

Wzór na liczbę zwojów uzwojenia pier−

wotnego i wtórnego:
Z1 = U1 * 0,9 * (45/S)
Z2 = U2 * 1,1 * (45/S)
Z1 – liczba zwojów uzwojenia pierwotnego
Z2 – liczba zwojów uzwojenia wtórnego
U1 – 220 V
U2 − 10000V (jest to najlepsze napięcie do
małych transformatorów Tesli)

Wzór na średnicę drutu w mm:

D = 0,8 * I
I – natężenie prądu w A

Jeżeli na transformatorze jest już uzwoje−

nie pierwotne przystosowane do pracy przy
napięciu 220V, to można je wykorzystać (zo−
stawić tak jak jest). Należy jednak uważać na
transformatory (Rubin), gdzie uzwojenia na−
wijane są aluminiowym drutem – nie jest to
optymalne rozwiązanie dla „tesli”. Przy sa−
modzielnym nawijaniu uzwojenia pierwotne−
go powinno się ściśle przestrzegać obliczonej
liczby zwojów, natomiast uzwojenie wtórne
radzimy nawijać na napięcie 10000V±30%.
Prąd uzwojenia wtórnego i wynikającą stąd

grubość drutu trzeba natomiast wyliczyć
z mocy rdzenia

I =

gdzie:
I − prąd w amperach
P − moc rdzenia w watach
U − wtórne napięcie transformatora w woltach

Drut nawojowy na uzwojenie wtórne

transformatora zasilającego może mieć śre−
dnicę od 0,1mm do 1mm. Zawsze drut może
być grubszy, byleby zmieścił się na karkasie.

Gdy dostępny jest tylko goły rdzeń, kar−

kas należy wykonać we własnym zakresie.
Pomocą będzie
rysunek 4.
x – grubość mate−
riału, z jakiego wy−
konujemy karkas

Rdzeń składa−

my w sposób ty−
powy dla rdzeni
z kształtek EI: na
przemian z oby−
dwu stron wkła−
damy kształtki E,
po wbiciu wszy−
stkich blach, w
szczeliny wkła−
damy „literki” I.

Lepszym rdze−

niem na transfor−
mator zasilający
jest wspomniany
wcześniej rdzeń
od telewizora Ru−
bin, ponieważ po−
siada on osobne karkasy dla uzwojenia pier−
wotnego i wtórnego, co zmniejsza ryzyko
przebicia. Warto minimalizować wszystkie
szczeliny pomiędzy blachami – w fabrycz−
nych rdzeniach nie ma z tym problemu. Jeżeli
kogoś interesują konkrety, oto dane naszych
transformatorów zasilających:

Mała „tesla”: rdzeń od telewizora Rubin,

moc podobno 200W, napięcie pierwotne
220V~, napięcie wtórne 5−6kV~, prąd ok.
30mA .

Średnia „tesla”: rdzeń robiony we wła−

snym zakresie (nie polecamy takich sposo−
bów początkującym, jest z tym dużo kłopo−
tów), moc 500W, napięcie pierwotne 220V~,
napięcie wtórne 7kV~, prąd ok. 60mA.

Kondensator

Jest to kondensator foliowy, którego budo−
wę przedstawiamy poniżej.
Kondensator powinien mieć taką pojemność,
aby nastąpiło dopasowanie jego impedancji
i impedancji uzwojenia wtórnego transfor−
matora zasilającego. Maniacy mogą ją
zwiększać nawet o jakieś 40%. Trzeba tu
nadmienić, że zwiększenie pojemności kon−
densatora ponad obliczoną stworzy niedopa−
sowanie − krótko mówiąc, kondensator będzie

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

Wrzesień 2002

Projekty AVT

Rys. 3

Rys. 4

pobierał więcej prądu, transformator będzie
bardziej obciążony, jednakże przy pracy do−
rywczej nie ma to dużego znaczenia. Może
się zdarzyć, że kondensator będzie za duży,
transformator będzie go ładował powoli,
przeskoki na iskrowniku będą pojawiać się
stosunkowo rzadko i w gruncie rzeczy „te−
sla” nie będzie działać zbyt dobrze.

C =

− Napięcie na wyjściu transformatora za−

silającego w woltach
I

− Prąd, na jaki przewidziane jest uzwoje−

nie wtórne transformatora zasilającego
w amperach
C − Pojemność kondensatora w faradach
f − Częstotliwość sieci energetycznej w Pol−
sce 50Hz

Przykładowo: mamy transformator zasila−

jący o następujących parametrach uzwojenia
wtórnego: 7kV/60mA, po podstawieniu do
wzoru otrzymujemy pojemność kondensato−
ra w przybliżeniu równą 27nF.

Jeżeli wiemy, jaki konkretnie kondensator

jest nam potrzebny i mamy odpowiednie ma−
teriały, to po obliczeniu jego parametrów
(długość okładzin, grubość izolatora itp.),
najlepiej za pomocą takich programów jak
Capsolve, możemy przystąpić do budowy.
Program do obliczania kondensatorów
Capsolve można ściągnąć na przykład spod
adresu: www.myzlab.qs.pl/download.html
(strona też jest bardzo porządna).

Opiszemy teraz, jak zrobić kondensator

rolkowy, gdyż wykonanie go zajmie mniej
czasu i będzie łatwiejsze niż wykonanie kon−
densatora warstwowego (opisu budowy kon−
densatora warstwowego radzimy szukać w In−
ternecie). Aby zrobić własny kondensator rol−
kowy, potrzebne będą: folia aluminiowa (jed−
na rolka kuchennej folii aluminiowej wystar−
czy), folia polietylenowa o dowolnej grubości
(najlepiej 0,25mm). Ponieważ folia aluminio−
wa ma szerokość ok. 30cm, więc pasy folii po−
lietylenowej powinny być szersze po każdej
stronie o minimum 2cm, tak więc folia polie−
tylenowa powinna mieć szerokość 34cm. Te−
raz sprawdzimy, jaką grubość łączną powinna
mieć każda z przekładek kondensatora − po−
nieważ przyjmuje się 1,5mm foli polietyleno−
wej na każde 10kV napięcia zmiennego, więc
mając przykładowo transformator o napięciu
10kV, potrzebujemy dwóch przekładek o gru−
bości 1,5mm każda. Załóżmy, że mamy do
dyspozycji folię polietylenową o grubości
0,25mm, tak więc potrzeba będzie ułożyć na
sobie 1,5/0,25=6 warstw folii polietylenowej
(to jest jedna przekładka). Dane, które mamy
(całkowita grubość przekładki, szerokość folii
aluminiowej), wpisujemy do programy Ca−
psolve, dodatkowo przyjmujemy pewną przy−
padkową długość folii aluminiowej (np.1m),
po tych operacjach otrzymujemy pojemność
takiego kondensatora. Jeżeli jego pojemność

nie zgadza się z pojemnością nam potrzebną,
to tak korygujemy wpisywaną do programu
długość folii aluminiowej, aby trafić na wła−
ściwą pojemność. Program pyta także o dłu−
gość folii polietylenowej, która powinna być
o 20−30cm dłuższa niż folia aluminiowa. Ma−
jąc dokładne dane potrzebne do wykonania
kondensatora, wycinamy pasy folii polietyle−
nowej, na płaskim podłożu układamy połowę
z nich (tyle, ile trzeba na jedną przekładkę),
przykrywamy pasem folii aluminiowej, na−
stępnie lutujemy wyprowadzenia kondensato−
ra, po ich przylutowaniu taśmę aluminiową
przykrywamy następną przekładką złożoną
z pozostałych taśm folii polietylenowej, na to
kładziemy drugi pas foli aluminiowej i znowu
lutujemy wyprowadzenia, lecz po przeciwnej
stronie. Tak przygotowaną „kanapkę” nawija−
my na rurę PCV o średnicy np. 20mm. Musi−
my zwracać uwagę na to, aby pasy folii się nie
przemieszczały (dosyć trudne). Po nawinięciu
cały kondensator owijamy taśmą klejącą, a na−
stępnie tasiemkami zaciskowymi do przewo−
dów elektrycznych. Na koniec łączymy wy−
prowadzenia i pozostaje nam tylko umieścić
nasz kondensator w jakiejś obudowie. Tak
kończy się budowa podstawowej wersji kon−
densatora. Jeżeli ktoś chce, aby jego konden−
sator pracował dłużej jak kilka miesięcy, to
powinien zalać go olejem (najlepiej transfor−
matorowm). Jest to dosyć skomplikowana
procedura, jeżeli ktoś miał do czynienia z ole−
jem transformatorowym, to powinien wie−
dzieć, dlaczego. Nieobeznanych pragniemy
poinformować, że taki olej włazi w każdą
szczelinę, potrafi także wydostawać się z na−
czynia, wychodząc do góry po jego ściankach.
Nam, pomimo prób, nie udało się zalać du−
żych kondensatorów „tesli” olejem („ucie−
kał”), dlatego też nasze kondensatory czasem
ulegają przebiciu. Na pocieszenie dwa mniej−
sze kondensatory zalane olejem ani razu nie
uległy spaleniu. I tu dobra rada, należy pamię−
tać, że mało która guma potrafi uszczelnić
olej, dlatego nie radzimy stosować uszczelek.

Rysunek 5 pokazuje sposób układania

warstw folii polietylenowej i aluminiowej
w kondensatorze rolkowym.

Rysunek 6 przedstawia sposób zwijania

kondensatora rolkowego.

Istnieje też inny sposób wykonania kon−

densatora. Może to być tzw. kondensator
warstwowy. Jego budowa opiera się na wyci−
naniu i warstwowym składaniu kawałków fo−
lii aluminiowej na przemian z folią polietyle−
nową. Dokładne poskładanie takiego kon−
densatora jest trudniejsze i zajmuje więcej
czasu, ponadto z każdej warstwy folii alumi−
niowej trzeba zrobić wyprowadzenia. Kon−
densator ten ma jednak olbrzymią zaletę,
a mianowicie po jakimś niekontrolowanym
przebiciu i spaleniu w jakimś miejscu można
bez większych problemów go rozłożyć
i w razie potrzeby wymienić spaloną war−
stwę. W kondensatorze rolkowym jest to nie−

możliwe. Osobiście spaliliśmy dwa konden−
satory rolkowe przez brak doświadczenia.
Mimo to nie polecamy budowy kondensatora
warstwowego (strasznie dużo roboty).

Uzwojenie pierwotne
części rezonansowej

(patrz fotografia 1, odnośnik nr 6)
Na wykonanie kilku zwojów uzwojenia pier−
wotnego (12 zwojów zupełnie wystarczy, za−
pobiegliwi mogą dać jeszcze pięć) potrzebne
będzie kilka metrów grubego przewodu. Mo−
że to być zwykły drut do instalacji elektrycz−
nych ze zdjętą izolacją o średnicy od 4 do 10
mm. Grubszego nie polecamy ze względu na
niemałe problemy z wyginaniem. Istnieje też
możliwość zastąpienia drutu miedzianą rurką
hydrauliczną – rozwiązanie lepsze, ale i bar−
dziej kosztowne. Uzwojenie to można wyko−
nać na trzy sposoby, pionowe (rysunek 7a),
które tak naprawdę nadaje się tylko do „Te−
sli” małych mocy, poniżej100W, lub do „Te−
sli półprzewodnikowych”, stożkowe (rysu−
nek 7b), zalecane przy małych i średnich,
oraz płaskie (rysunek 7c), zalecane przy du−
żych „teslach”. Przekroje poprzeczne uzwo−
jeń używanych w transformatorach Tesli ma−
łej, średniej i dużej mocy pokazane są na rysun−
ku 7. Uzwojenia pionowego nie polecamy.
Uzwojenie stożkowe powinno mieć kąt na−
chylenia uzwojenia do podstawy około 30

Przetestowaliśmy wszystkie typy uzwo−

jeń i możemy śmiało powiedzieć, że płaskie
uzwojenie jest zdecydowanie najlepsze do
dużych „tesli”. Uzwojenie stożkowe nie
nadaje się do dużych transformatorów Tesli
ze względu na wyładowania na drodze

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

Wrzesień 2002

Projekty AVT

Rys. 5

Rys. 6

f U

uzwojenie wtórne−pierwotne części rezonan−
sowej (po prostu czasem nasz piorun uderza
w ślimaka); nadaje się natomiast do „tesli”
średnich i małych, o mocach do 1000W.
Uzwojenie to wytwarza lepiej skierowane po−
le elektromagnetyczne, w konsekwencji czego
uzwojenie wtórne jest pobudzane bardziej
równomiernie. W obwodzie pierwotnym cew−
ki Tesli mamy do czynienia z wysokoprądo−
wymi oscylacjami o częstotliwościach radio−
wych i wartościach rzędu setek amperów.
Wielka częstotliwość wywołuje dodatkowo
efekt naskórkowy, który powoduje, że elektro−
ny poruszają się tylko w zewnętrznych war−
stwach przewodnika, nie wnikając głębiej.

Następnym ważnym aspektem uzwojenia

pierwotnego jest rozmiar. Odstęp między−
zwojowy powinien wynosić ok. 1−2cm
(w małych „teslach” odstęp ten powinien wy−
nosić 1cm), odległość pierwszego zwoju od
uzwojenia wtórnego – około 3...7cm (w ma−
łych „teslach” odległość ta powinna wynosić
od 2 do 3cm). Izolatory dystansowe można
wykonać z drewna (sklejka). Zapobiegliwi
mogą je zrobić z bakelitu lub z pleksy (nale−
ży pamiętać, że plastik topi się w niskich
temperaturach, co może mieć znaczenie
w „teslach” dużych mocy, powyżej 1000W).
Rowki można wyciąć piłką do metalu lub
szlifierką (za wyjątkiem plastiku) po uprze−
dnim wytrasowaniu i nawierceniu otworów.
Trzeba także pod uwagę wziąć to, że uzwoje−
nie pierwotne jest „ślimakiem”, tak więc
rowki dwóch sąsiednich izolatorów dystan−
sowych muszą być względem siebie przesu−
nięte. Izolatorów dystansowych powinno być
od 6 do 8, przy ich mniejszej liczbie trudno
jest równo kłaść uzwojenie. Jeżeli ktoś
chciałby zrobić izolatory dystansowe do
uzwojenia stożkowego, to kąt nachylenia do
podstawy wynosi 30

Uzwojenie wtórne części
rezonansowej

(patrz fotografia 1, odnośnik nr 2)
Jest to cewka z rdzeniem powietrznym na−
winięta na plastikowej rurze. W zależności
od wysokości rury potrzeba około 0,2−1kg
(dla małych „tesli” 0,5kg z pewnością wystar−
czy) drutu miedzianego w emalii o średnicy
od 0,25 do 1mm (jeżeli robisz małą „teslę”,

nawiń drutem 0,35−0,45mm). Uzwojenie
wtórne powinno mieć średnicę 4...5 razy
mniejszą od wysokości. Dopuszczalne jest
stosowanie stosunku nawet 6:1. Powyżej tej
wartości pole elektromagnetyczne wytworzo−
ne przez uzwojenie pierwotne nie będzie
w stanie objąć zasięgiem całego uzwojenia
wtórnego, co w efekcie spowoduje, że ostat−
nie kilkadziesiąt lub nawet kilkaset zwojów
nie będzie absorbowało pola elektromagne−
tycznego. Jak to zwykle bywa, można nawi−
nąć mniej, można więcej. Ogólnie nie nawija
się mniej niż 400 i nie więcej niż 1500 zwo−
jów. Należy jeszcze wspomnieć, że jest to
cewka jednowarstwowa i nawijanie na niej
dwóch warstw jest niedopuszczalne. Jej gór−
ny koniec przymocowujemy do toroidu, dol−
ny zaś do uziemienia.

Na koniec najlepiej jest wszystko polakiero−

wać, co zapobiega rozwijaniu się zwojów (ra−
dzimy tego nie lekceważyć, mieliśmy już dwa
przypadki rozwinięcia się drutu, przy niewiel−
kich zmianach temperatur). Zapobiegliwi mogą
próbować rurę zalewać czymś od środka, ale
nie ma to sensu, nie mieliśmy żadnej awarii
uzwojenia wtórnego, jedynym godnym polece−
nia usprawnieniem jest zatkanie uzwojenia
dwoma kółkami wyciętymi np. ze sklejki na
wcisk. W górnym kółku można wywiercić
otwór na śrubę, do której będzie przymocowy−
wany toroid. I je−
szcze jedna uwaga:
nie radzimy wypro−
wadzać uzwojenia
środkiem rury, może
się coś przebić.

Toroid
(kula)

(patrz fotografia 1,
odnośnik nr 1)

Koniec uzwojenia

wtórnego podłączo−
ny jest do metalowe−
go (przewodzącego)
toroidu (może to być
kula). Generalnie,
czym toroid jest
gładszy, tym dłuższe
są

iskry

(efekt

krawędziowy). Nie
oznacza to wcale, że
toroid z ostrymi kra−
wędziami jest zły,
po prostu z takiego
toroidu będzie wyla−
tywało więcej krót−
szych

iskierek.

Gładki toroid moż−
na na przykład wy−
konać z dwóch du−
żych

metalowych

misek sałatkowych
po odcięciu lub ze−
szlifowaniu krawę−

dzi bocznej (kołnierza). Dobrym rozwiąza−
niem byłaby kula, ale zdobycie metalowej
kuli (pustej w środku) jest dosyć trudne (ku−
le od dużych łożysk odpadają, są za ciężkie!).

Wielu konstruktorów, w tym także my, ro−

bi toroid z aluminiowej elastycznej rury wen−
tylacyjnej – rurę taką można łatwo wyginać
i formować. Stosuje się ją do przewodów ko−
minowych (wygląda jak harmonijka), powin−
na ona mieć średnicę 10 lub 11cm. W naszym
przypadku jest to właśnie taka rura. Toroid
ten spisuje się świetnie i wbrew pozorom
otrzymujemy z niego pioruny, a nie iskry (po−
mimo „harmonijkowego” kształtu). Po ufor−
mowaniu okręgu rurę taką zwyczajnie lutuje−
my, najlepiej lutownicą transformatorową
z użyciem dużej ilości cyny i kalafonii (to na−
prawdę da się zrobić, jak ktoś nie wierzy, za−
wsze może skleić). Średnica toroidu powinna
być 2 do 3 razy większa od średnicy rury, na
której nawinięte jest uzwojenie wtórne części
rezonansowej. Takie toroidy są najczęściej
stosowane ze względu na łatwość konstrukcji.
Tak więc nie ma sensu bawić się (chyba że się
komuś nudzi) w oklejanie go taśmą aluminio−
wą, czy szpachlowanie i szlifowanie itp.

Łukasz Bajda

Radosław Szymczycha

Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW.

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

Wrzesień 2002

Projekty AVT

Rys. 7

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

Wrzesień 2002

Do czego to służy ?

Organizer to notatnik z zegarkiem i kalenda−
rzem. Pozwala zapisać do sześciu informacji
po 32 znaki. Do każdej informacji można
przypisać datę (bez roku) i godzinę z minuta−
mi. W stanie czuwania pokazuje godzinę, da−
tę i dzień tygodnia. Można także zaprogra−
mować informację, która będzie codziennie
uruchamiała alarm. Urządzenie posiada też
minutnik, który informuje o minięciu zapro−
gramowanego czasu w zakresie 1−99 minut
z maksymalnym błędem ±1 minuta. Posiada
inny sygnał dźwiękowy.

Jak to działa?

Schemat ideowy pokazany jest na rysunku
1. Elektroniczny notatnik zbudowany jest na
mikrokontrolerze Atmela 89C51, który steru−
je wyświetlaczem LCD 2*16 znaków, odczy−
tuje i zapisuje pamięć EEPROM z interfej−
sem I

C 24C04 oraz sprawdza stan klawiatu−

ry. Pracuje z popularnym kwarcem 11059200
Hz. W pamięci zapisywane są nasze wiado−
mości tekstowe (6*32 bajty), data i godzina
ich pojawienia się (6*4 bajty), bajty wielo−
krotnego uruchomienia (6*1 bajt) oraz bajt
minutnika. Znaki (litery) wiadomości zapisy−

wane są do pamięci w trakcie ich pisania,
podobnie jak czas. Czas rzeczywisty, aktual−
na data oraz dzień tygodnia są przechowywa−
ne w pamięci RAM procesora i po włączeniu
zasilania są przypadkowe. Zmienne te nie są
modyfikowane przy resecie procesora. Jedy−
nie sekundy są zerowane, co umożliwia do−
kładne ustawienie czasu (przez reset w odpo−
wiednim momencie). Usuwanie znaku odpo−
wiada wpisaniu do pamięci wartości 32 (kod
spacji). Sprawdzanie informacji, czy wiado−

−

Rys. 1

mość jest zajęta, czy pusta, polega na spraw−
dzeniu, czy wszystkie jej znaki to 32, czy też
nie. Dzień tygodnia nie jest obliczany na
podstawie daty i trzeba go ustawić ręcznie.
Kalendarz uwzględnia lata przestępne. Wy−
szedłem z założenia, że rok przestępny jest
podzielny bez reszty przez 4 (biorę pod uwa−
gę dwie ostatnie cyfry). W mikrokontrolerze
odblokowane są dwa przerwania od licznika
T1 liczenia czasu i T0 odczyt stanu klawiatu−
ry, przy czym większy priorytet ma T1.
W procedurze obsługi przerwania od T0 jest
zawarta procedura odczytu pamięci. Odczyt
jednego bajtu z pamięci zajmuje około 1,5
ms (sprawdziłem w BASCOM−ie). W pro−
gramie zawartym w mikrokontrolerze odczyt
pamięci (dokładnie 4 bajty daty i godziny)
następuje co minutę przez sześć kolejnych
przerwań. Najpierw odczytywany jest bajt
miesiąca, potem dnia, godziny i minuty (jed−
nej wiadomości). Jeśli któryś nie zgadza się
z aktualnym czasem, dalsze odczytywanie
jest pomijane. Krytyczny moment następuje,
gdy ma się pojawić alarm o wiadomości, tzn.
wszystkie cztery bajty zgadzają się z czasem
rzeczywistym i datą. Wtedy odczyt zajmuje
4*1,5, czyli 6 ms.

Obsługa

Dwa przyciski YES i NO odpowiadają klawi−
szom w komputerze Enter i Esc. Przycisk
CLR służy do usuwania pojedynczych zna−
ków wiadomości lub do kasowania całej. Aby
to się stało, należy przytrzymać go przez
prawie 3 sekundy do momentu aż wiadomość
zniknie z wyświetlacza. Strzałki służą do
przemieszczania kursora podczas edycji wia−
domości oraz do wyboru wiadomości. Po
włączeniu zasilania na wyświetlaczu pojawią
się przypadkowo ustawione minuty (najczę−
ściej zera), godzina i data, dzień tygodnia nie
będzie wyświetlany. Wybieramy YES, poka−
zuje się napis Wiadomosc 1, a pod spodem
Zajeta lub Pusta. Wciskając strzałkę w lewo,
mamy możliwość ustawienia czasu i daty
(Ustaw zegar) oraz zaprogramowania minut−

nika. Urządzenie prosi nas o podanie roku,
miesiąca, dnia, godziny, minuty oraz wybra−
nie dnia tygodnia. Jeśli nie chcemy podawać
jakiejś wartości, to wciskamy YES i przecho−
dzimy dalej. Dzień tygodnia wybieramy
strzałkami. W każdej chwili może−
my się wycofać przyciskiem NO.
Przy wpisywaniu wiadomości po−
sługujemy się przyciskami od 1 do
7 dla liter. Jeśli będziemy wciskać
jeden przycisk w czasie krótszym
niż 2 sekundy, będą się pojawiać
kolejno 4 litery przypisane danej
liczbie. Dokładnie widać to na ry−
sunku we wkładce (klawiatura).
Jeżeli już wybierzemy literę i od−
czekamy 2s, to kursor przesunie się
na następną pozycję. Wciśnięcie in−
nego klawisza przed upływem tego
czasu powoduje automatyczne
przesunięcie się kursora. Rozmiar
wiadomości ograniczony jest do 32
znaków, czyli tyle ile, można zoba−
czyć jednocześnie na wyświetlaczu
bez przewijania tekstu. Gdy wiado−
mość jest już gotowa, wybieramy
YES i odpowiadamy na pytanie,
czy alarm ma być codziennie, czy
też nie. Wprowadzamy kolejno
miesiąc, dzień i godzinę z minuta−
mi, informację kiedy ma się poja−
wić alarm i czy ma być jednorazo−
wy. Przy wielokrotnym uruchomie−
niu nie podajemy miesiąca i dnia.
Dane te należy podawać zawsze dwucyfrowo
np. dla miesiąca stycznia będzie to 01. Oczy−
wiście można też wprowadzić czas wywoła−
nia informacji bez wpisywania jej treści,
alarm również zostanie uruchomiony. Przy
kasowaniu informacji do komórki pamięci,
gdzie przechowywany jest miesiąc (informa−
cji), zapisywane jest zero. Powoduje to pomi−
janie sprawdzania daty tej informacji w pro−
cedurze przerwania. Jeżeli „wybije godzina“
którejś wiadomości, to na wyświetlaczu
pojawi się napis JEST WIADOMOSC
i numer tej wiadomości. Jednocześnie bu−
zer informuje nas o tym fakcie dźwiękiem.
Taki stan będzie trwał do momentu naci−
śnięcia dowolnego klawisza. Tu dosyć
istotna uwaga: należy zawsze pamiętać
o tym, żeby pozostawiać organizer w sta−
nie, gdy jest widoczna aktualna data, go−
dzina i dzień tygodnia. Tylko wtedy może
być wywołany alarm, chociaż programowy
znacznik alarmu ustawiany jest niezależnie
od wszystkiego (przerwanie). Urządzenie
jest odporne na niepoprawne wprowadza−
nie liczb, informuje nas o tym dźwiękiem.

Montaż i uruchomienie

Urządzenie jest proste w konstrukcji.
Można je zmontować na płytkach druko−
wanych pokazanych na rysunkach 2 i 3.
Prawidłowo zmontowany Organizer działa

przy pierwszym uruchomieniu. Należy zasi−
lać

napięciem

stabilizowanym

5V/100mA, mogą to być baterie alkaliczne
(np. 4x1,5V i dioda Zenera 1V połączona
w szereg zaporowo).

5V zasilania nie jest wartością krytyczną,

ale zmiany o 100mV powodują widoczne
zmiany kontrastu wyświetlacza. Układ po−
biera 8mA prądu w stanie spoczynku i ok.
15mA w stanie alarmu.

Program można ściągnąć ze strony inter−

netowej www.edw.com.pl z działu FTP.

Cezary Kuśmierski

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

Wrzesień 2002

Rys. 2 i 3 Schematy montażowe

Wykaz elementów

Rezystory:

R11−R

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

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

Ω

Kondensatory:

C11,,C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222ppFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11µµFF

Inne:

Buuzzeerr zz ggeenneerraattoorreem

X11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..kkw

waarrcc 1111M

Hzz

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

ATT8899C

C5511

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

ATT2244C

C0044

LLC

D 22**1166

1166 pprrzzyycciisskkóów

w rreesseett

Listy od Piotra

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

Wrzesień 2002

W tym odcinku zajmiemy się filtrami

środkowoprzepustowymi o dużej do−

broci. Także i ten odcinek zawiera go−

towe, proste recepty. Zaprezentowany

przykład pokazuje zadziwiające możli−

wości proponowanego filtru. Aby

w pełni i z sukcesem skorzystać z za−

mieszczonych informacji, konieczne

jest przyswojenie sobie wiadomości

wstępnych, podanych w EdW, począw−

szy od numeru 9/2001.

Filtr pasmowy
o dużej dobroci

Filtr z rysunku 43 (w poprzednim numerze
EdW) umożliwia uzyskanie dobroci co naj−
wyżej 10. Dobroć równa 10 to wprawdzie
duże osiągnięcie, ale czasem potrzebny jest
filtr o jeszcze węższym paśmie. Jeśli dobroć
ma wynosić 10...50, możesz wykorzystać
filtr z dwoma wzmacniaczami operacyjnymi
z rysunku 46. Na pewno widzisz podobień−
stwo do poprzednio omawianego pojedyn−
czego filtru. Drugi wzmacniacz operacyjny
zwiększa możliwości układu, na przykład
pozwala uzyskać dużą dobroć. Także
i w tym układzie możliwe są bardzo różne
kombinacje wartości elementów. Ja przed−
stawię Ci bardzo interesującą wersję tego
układu. Jest ona przydatna w praktyce ze
względu na niecodzienny sposób doboru
wartości elementów.

Schemat ideowy proponowanego filtru

pokazany jest na rysunku 47. W roli R6 sto−
sujemy dwa jednakowe rezystory. W tej we−

rsji wzmocnienie drugiego stopnia wzmacnia−
cza odwracającego jest równe 2. Dzięki temu
prawie wszystkie zastosowane rezystory ma−
ją jednakową wartość. Oczywiście powinny
to być powszechnie stosowane, metalizowane
rezystory o tolerancji 1%. Potencjometry
montażowe powinny mieć dobrą stabilność.
Nie nadają się tu popularne węglowe PR−ki.
Trzeba zastosować potencjometry cermeto−
we, najlepiej tak zwane helitrimy.

Procedura projektowania jest następująca:

Mamy dane:
− częstotliwość środkową fg,
− dobroć Q.

Wzmocnienie może być i będzie więk−

sze od jedności, jednak tym razem wzmoc−
nienie zależy od dobroci − obliczymy, jakie
będzie.

Najpierw, znając częstotliwość środkową,

jak zwykle dobierzesz (jednakowe) pojemno−
ści C1, C2, korzystając ze wzoru:
C[nF] = 10000[nFHz] / f [Hz]

Jak zawsze, zdecydujesz się na najbliższą

wartość z szeregu E6. Oba kondensatory bę−

dą jednakowe: C=C1=C2.

Obliczasz reaktancję wybrane−

go kondensatora przy częstotli−
wości granicznej:
Xc[k

Ω

] = 160000 / fg[Hz]*C1[nF]

W tym bardziej złożonym fil−

trze do obliczeń nie wykorzysta−
my docelowej wartości Q − za−
miast niej potrzebny będzie para−

metr pomocniczy − pierwiastek kwadratowy
z dobroci.
Oznaczmy go P
P = Q
Teraz już z łatwością obliczysz wartości re−
zystorów z prostych wzorów:
R = Xc * P
PR2 = R / (2P−1)
R3 = Rs+PR1 = R / (Q − 2)

Zwróć uwagę, że w dwóch ostatnich wzo−

rach nie wykorzystywaliśmy
wartości Xc, tylko obliczoną
z wcześniejszego wzoru
wartość R − tak jest łatwiej.

Jak wskazuje schemat

(rysunek 47), w

roli

PR2 można zastosować
potencjometr montażowy.
W praktyce jego wartość
nominalna powinna być
30...50% większa od rezy−
stancji obliczonej ze wzoru

− wtedy suwak będzie ustawiony w 1/2...3/4
drogi. Można też śmiało zastosować rezystor
stały o wartości wyliczonej ze wzoru (i tole−
rancji 1...5%). Wiedz, że zmiana wartości PR2
wpływa na dobroć − obowiązuje tu ciekawa
zależność − czym większa rezystancja PR2,
tym mniejsza dobroć. Jeśli natomiast rezystan−
cja PR2 jest bliska zeru, dobroć jest bardzo
duża. Nie przesadź jednak ze zmniejszaniem
rezystancji PR2 i nie zrób z filtru generatora.

Wartość R3 decyduje o częstotliwości środ−

kowej filtru. Zastosowanie potencjometru mon−
tażowego PR1 pozwoli dokładnie ustawić po−
trzebną częstotliwość środkową i skorygować
odchyłki wynikające z tolerancji kondensato−
rów. W tym obwodzie nie radzę stosować rezy−
stora stałego o wartości wyliczonej ze wzoru −
przy dużej dobroci i nieuniknionym rozrzucie
pojemności powinieneś koniecznie dostroić filtr
do potrzebnej częstotliwości. W większości wy−
padków po obliczeniu ze wzoru wypadkowej
rezystancji R3 możesz zastosować Rs i PR1
o mniej więcej jednakowych wartościach:
Rs = (0,6...0,7)*R3
PR1 = (0,6...0,7)*R3

część 10

Rys. 46

Rys. 47

Listy od Piotra

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

Wrzesień 2002

Wtedy potencjometr po regulacji będzie

ustawiony mniej więcej w połowie drogi
suwaka.

Co ciekawe, zmiana dobroci przez zmianę

wartości PR2 praktycznie nie wpływa na czę−
stotliwość środkową. Podobnie korekcja czę−
stotliwości za pomocą PR1 praktycznie nie
wpływa na dobroć. To są bardzo dobre cechy
tego filtru.

Przypominam, że tym razem we wzorach

nie wykorzystywaliśmy wzmocnienia G.
Aby uprościć układ, zastosowaliśmy jedna−
kowe rezystory R, a wtedy wzmocnienie za−
leży od dobroci. Wynosi ono:
G= 2*P=2* Q

W praktyce okazuje się, iż wzmocnienie

nie jest duże; przykładowo dla dobroci Q=50
wynosi tylko 14,15x (23dB), a dla dobroci
Q=10 jedynie 6,32x (16dB).

Podczas symulacji komputerowej okazało

się, że przy częstotliwościach do 1kHz z po−
pularnymi wzmacniaczami (np. TL082)
można byłoby uzyskać w takim filtrze za−
wrotną wartość dobroci rzędu 1000, czyli pas−
mo przenoszenia około 1Hz, a nawet mniej.
Teoretycznie, stosując filtr z rysunku 46 (lub 47)
można uzyskać niesamowicie wąskie pasmo.
Przykład masz na rysunku 48. Rysunek
48c pokazuje w dużym powiększeniu, że
przy częstotliwości środkowej 1kHz pasmo
przenoszenia ma szerokość tylko 1,6Hz, czy−
li dobroć wynosi aż 625.

Rewelacja? W praktyce filtrów aktywnych

RC o tak wąskim pasmie się nie stosuje. Sen−
sowną górną granicą wydaje się dobroć rów−
na 100, a nawet 50. Warto pamiętać, że czym
większa dobroć, tym dłużej „dzwoni“ filtr po
zaniku sygnału użytecznego na wejściu. Po−
ważnym ograniczeniem jest też groźba, że
przy zmianach parametrów elementów pod
wpływem temperatury filtr stanie się genera−
torem. Nie zapominaj, że temperatura wpły−
wa na wartość pojemności i rezystancji,

a więc właściwości filtru, w tym skłonność
do samowzbudzenia oraz częstotliwość środ−
kowa, będą zmieniać się z temperaturą.
Współczynnik cieplny kondensatorów polie−
strowych wynosi ponad 100ppm/K, rezystorów
1−procentowych jest rzędu 50...100ppm/K,
a zwykłych rezystorów 5−procentowych mo−
że sięgać 1000ppm/K lub nawet więcej.
W skrajnie niekorzystnym przypadku, nawet
z rezystorami 1−procentowymi, częstotliwość
może się „rozjechać“ pod wpływem tempera−
tury o prawie 1%, czyli wyjść daleko poza
założone granice. O 5−procentowych rezysto−
rach węglowych nie warto
nawet wspominać...

Kiedyś dawno przepro−

wadzałem stosowne próby
z filtrem zawierającym kon−
densatory MKSE020 i dobre
rezystory

metalizowane.

Okazało się, że przy zmia−
nach temperatury o 25

zmiana częstotliwości środ−
kowej była rzędu 0,5%. Ta−
kie przesunięcie przekreśla
sens budowy filtru o dobroci powyżej 100,
bo pasmo „ucieknie“ pod wpływem zmian
temperatury poza żądany zakres.

Przykład

Chcemy w pewnym urządzeniu kontrolno−
sterującym wykorzystać filtr reagujący na
sygnały o częstotliwości 5kHz±100Hz. Pa−
smo przepustowe będzie mieć szerokość

200Hz, czyli dobroć wyniesie
25. Zastosujemy układ według
rysunku 47.

Najpierw dobieramy jedna−

kowe pojemności C1, C2, ko−
rzystając ze wzoru:
C[nF] = 10000[nFHz] / 5000[Hz]
Przyjmujemy
C=C1=C2=2,2nF

Obliczamy reaktancję wy−

branego kondensatora przy częstotliwości
granicznej:
Xc[k

Ω

] = 160000 / 5000[Hz]*2,2[nF]

Xc=14,55k

Ω

Obliczamy parametr pomocniczy − pier−

wiastek kwadratowy z dobroci.
P = 25 = 5

Następnie wartości rezystancji z poda−

nych wzorów:
R = 14,55*5=72,75k

Ω

PR2 = 72,75/ (2*5−1)
PR2 = 72,75/9=8,08k

Ω

R3 = Rs+PR1 = 72,75/(25 − 2)
R3 = 72,75/23=3,16k

Ω

Zgodnie z wcześniejszymi wskazówkami

zastosujemy następujące elementy:
R = 73,2k

Ω

PR2=10k

Ω

helitrim

Rs= 2,26k

Ω

PR1= 2,2k

Ω

helitrim

C1, C2 = 2,2nF MKT

Wzmocnienie filtru wyniesie

G= 2*5 =10
czyli 20dB. Układ i charakterystyki z obliczo−
nymi wartościami elementów (R3=3,16k

Ω

PR2=8,08k

Ω

) pokazane są na rysunku 49.

Jak widać, uzyskana częstotliwość środkowa,
równa 4,937kHz wymaga skorygowania
przez niewielką zmianę PR1 (teoretycznie do
3,07k

Ω

), natomiast 3−decybelowe pasmo

przenoszenia wynoszące więcej niż 195Hz
spełnia postawione warunki.

Jak już niejednokrotnie wspominałem,

przy projektowaniu filtrów o dużej dobroci
trzeba uwzględnić skłonność do „dzwonienia”
oraz kwestię stabilności cieplnej i długoczaso−
wej. W niektórych przypadkach okaże się, że
zamiast jednego ogniwa filtru o dużej dobroci
trzeba zastosować połączone w szereg dwa al−
bo trzy ogniwa o znacznie mniejszej dobroci,
o przesuniętych częstotliwościach środko−
wych. Przykład pokazany jest na rysunku 50,
gdzie niebieska linia pokazuje wypadkową
charakterystykę dwóch filtrów o rozsuniętych
częstotliwościach środkowych i znacznej do−
broci. Dla porównania czerwoną linią zazna−
czono charakterystykę filtru z rysunku 49.

Ciąg dalszy na stronie 35.

Rys. 48

Rys. 49

Rys. 50

Listy od Piotra

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

Wrzesień 2002

Ciąg dalszy ze strony 21.

Połączenie dwóch fil−

trów daje dużą większą stro−
mość poza pasmem przepu−
stowym.

Duże rozsunięcie często−

tliwości powoduje powstanie
„siodła” w charakterystyce,
niemniej postawione warun−
ki są spełnione, a tłumienie
„obcych” sygnałów jest
wręcz rewelacyjne. Aby opracować taki wy−
nalazek, trzeba nie tylko skorzystać z progra−
mu do symulacji komputerowej i dobrać po−
trzebną charakterystykę, dobierając ekspery−

mentalnie wartości PR1 i PR2 w obu stop−
niach filtru. Trudniejszym problemem będzie
praktyczne zestrojenie modelu − niezbędny
będzie do tego albo wobulator, albo przynaj−

mniej płynnie przestrajany generator często−
ściomierz i oscyloskop.

I tyle o filtrach pasmowych.

Piotr Górecki

Rys. 50

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

Wrzesień 2002

Komparator.
Przerzutnik Schmitta

Klasyczne komparatory, czyli elementy po−
równujące, zbudowane są podobnie jak
wzmacniacze operacyjne, ale zwykle mają
wyjście typu otwarty kolektor (OC) oraz do−
datkową końcówkę masy. W niektórych
układach nie dadzą się zastąpić przez
wzmacniacze operacyjne. Na przykład obec−
ność końcówki masy oraz wyjścia z otwar−
tym kolektorem umożliwia elastyczną współ−
pracę z układami cyfrowymi. Komparator
może być zasilany wyższymi napięciami, np.
±15V, a wyjście OC i dodatkowa końcówka
masy będą sterować układy cyfrowe zasilane
napięciem +5V, jak pokazuje rysunek 49,
przedstawiający przykład zastosowania po−
pularnego od lat komparatora LM311.

W wielu przypadkach w roli komparatorów

mogą pracować najzwyklejsze wzmacniacze
operacyjne. Trzeba jednak pamiętać, że nie są
one optymalizowane do takiej pracy. Należy
więc zwrócić uwagę na ich szybkość. Przykła−
dowo szybkość narastania napięcia wyjścio−
wego wielu wzmacniaczy operacyjnych jest
mniejsza niż 0,5V/

s, co w skrajnych przypad−

kach może spowodować kłopoty przy współ−
pracy z szybkimi układami logicznymi. Przy
zasilaniu niskim napięciem +5V trzeba też

uwzględnić wyjściowe napięcia nasy−
cenia w stanie „niskim”, które może
uniemożliwić współpracę z układami
o napięciu progowym TTL.

Komparator jest w istocie prze−

twornikiem analogowo−cyfrowym,
tyle że prostym, jednobitowym. Daje
informację, czy wielkość wejściowa
jest dodatnia czy ujemna – patrz rysu−
nek 50, albo większa czy mniejsza od
zadanego napięcia odniesienia. Oczy−
wiście wejścia sygnału odniesienia
można zamienić z wejściem sygnało−
wym – reakcja na wyjściu będzie od−
wrotna, jak pokazuje rysunek 51. Na−
pięcie odniesienia U

ref

może być za−

równo dodatnie, jak i ujemne. Działa−
nie komparatora jest oczywiste, nale−
ży jednak zwrócić uwagę na istotne
szczegóły. Przede wszystkim wzmac−
niacz operacyjny pracujący w roli
komparatora powinien mieć odpowie−
dni zakres dopuszczalnych napięć
wejściowych i różnicowych napięć
wejściowych,

dostosowany

spodziewanych napięć sygnałów i na−
pięcia odniesienia. Nie wszystkie
wzmacniacze mogą pracować w peł−
nym zakresie napięć wejściowych,
między dodatnim a ujemnym napię−
ciem zasilania. W niektórych przy na−
pięciach na wejściach bliskich dodat−
niemu albo ujemnemu napięciu zasi−
lania pojawiają się niespodzianki. In−
ne mają bardzo ograniczony zakres
napięć wejściowych, a napięcie mię−
dzy wejściami (różnicowe) nie może przekro−
czyć kilku woltów. Przykładowo popularny
wzmacniacz NE5532 ma między oba wejścia
włączone przeciwsobnie−równolegle dwie
diody, co ogranicza zakres napięcia różnico−
wego do ±0,6V. Właśnie ze względu na moż−
liwość wystąpienia różnych niespodzianek,

na rysunkach 50 i 51 pojawił się szeregowy
rezystor R1 (1...22k

Ω

), ograniczający ewen−

tualny prąd. Rezystor ten nie jest konieczny,
gdy nie grozi pojawienie się dużego prądu
wejściowego, a ponadto rezystor ten nic nie
pomoże we wzmacniaczach, które wykazują
zjawisko inwersji. Zamiast liczyć na pomoc

śś

Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Rys. 49

Rys. 50

Rys. 51

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

Wrzesień 2002

tego rezystora, należy dobrać wzmacniacz
o odpowiednich właściwościach, ewentualnie
zastosować rzadko stosowany sposób z ry−
sunku 52, gdzie napięcie odniesienia musi
mieć odwrotną biegunowość, niż potrzebne
napięcie progowe (można i warto też dodać
diodę Zenera, jak na rysunku 50b).

Ze względu na nieuniknione

szumy i zakłócenia, często stosu−
jemy obwód histerezy, uzyskując
przerzutnik Schmitta. Podstawo−
wy układ i charakterystyka poka−
zane są na rysunku 53. Praktycz−
ne przykłady komparatorów z hi−
sterezą, w tym detektorów przej−
ścia przez zero, pokazane są na
rysunku 54. Szerokość pętli hi−

sterezy można regulo−
wać, zmieniając stosu−
nek R1/R2. Zasada jest
dość prosta: rezystory
R2, R1 tworzą dzielnik
napięcia wyjściowego
– patrz rysunek 54a.
Szerokość okna histere−
zy jest taka, jak ampli−
tuda skoku napięcia
w punkcie połączenia
R1 i R2. Czyli o wielko−
ści histerezy decydują nie
tylko R1 i R2, ale też na−
pięcie zasilania (dokła−
dniej − wartość skoku na−
pięcia na wyjściu, który
jest mniejszy od całkowi−
tego napięcia zasilania
o ok. 2...3V – wyjściowe
napięcia nasycenia).

Szerokość pętli histere−

zy nie powinna być zbyt
mała, bo nie spełni swojej
roli. Szerokość histerezy
zazwyczaj ustala się więk−
szą, niż spodziewana ma−

ksymalna amplituda szumów, ale nie mniej
niż 5...10mV. Jeśli sygnał wejściowy ma du−
żą amplitudę, histereza może wynosić nawet
kilka woltów.

W układzie z rysunku 54c stosunek

R1A/R1B wyznacza dodatkowo napięcie
progowe. W układzie z rysunku 54d napię−
cie progowe wyznaczają R3 i R4. Obwody
R

w układach z rysunków 54e i f wstęp−

nie filtrują zakłócenia o większych często−
tliwościach.

Czasem dodatkowo rozbudowuje się ob−

wód histerezy według rysunku 55. Dodatko−
wy obwód R3C1 tuż po przerzucie zwiększa
głębokość histerezy (R1/R3) na czas wyzna−
czony przez C1. Działanie jest nieco podob−
ne do pracy uniwibratora, co zapewnia dodat−
kowe czyszczenie ze „śmieci”.

Jeśli chcemy sprawdzić, czy sygnał wejścio−

wy (napięcie stałe) mieści się w wyznaczonych
granicach, stosujemy tak zwany dyskryminator
okienkowy. Szczególnie łatwo realizuje się
dyskryminator okienkowy za pomocą klasycz−
nych komparatorów z wyjściem typu otwarty
kolektor. Stosując wzmacniacze operacyjne,
trzeba dodać diody i rezystor tworzące bramkę
logiczną – patrz rysunek 56. W dyskrymina−
torze okienkowym też można i warto wpro−
wadzić niewielką histerezę, na przykład we−
dług rysunku 57. Dodałem na schemacie ob−
wody sterowania dwukolorową diodą LED.

Zaprezentowane układy można modyfiko−

wać według potrzeb, pamiętając, że zawsze
obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego obej−
muje wejście nieodwracające, a nie wejście od−
wracające, jak w klasycznym wzmacniaczu.

Piotr Górecki

Rys. 54

Rys. 55

Rys. 56

Rys. 57

Rys. 52

Rys. 53

Uwe

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

Wrzesień 2002

Podzespoły

Silniki VR

Silniki o zmiennej reluktancji mają zwykle
trzy uzwojenia – porównaj rysunek 16 w
EdW 8/2002 (czasem uzwojeń jest więcej).
W poprzednim odcinku przedstawiona była
zasada ich działania. Wynika z niej, że nale−
ży kolejno zasilać poszczególne uzwojenia.
Zmiana kierunku wirowania następuje po
zmianie kolejności zasilania uzwojeń. Zasila−
nie kolejno uzwojeń w sekwencji A, B, C, A,
B, C, A, ... spowoduje obracanie się wirnika
w jednym kierunku. Zasilanie w sekwencji
A, C, B, A, C, B,... spowoduje obroty w kie−
runku przeciwnym. Można to zrobić, na
przykład zamieniając miejscami końcówki
dwóch uzwojeń. Rysunek 30 pokazuje se−
kwencję sterującą i stopień wykonawczy z
tranzystorami bipolarnymi.

Ponieważ silniki takie nie są już stosowa−

ne, nie będziemy się nimi bliżej zajmować.

Silniki PM i HB

Pomimo odmiennej zasady działania, silniki
PM (z magnesem stałym) i HB (hybrydo−
we) mogą być i są sterowane w identyczny
sposób. Ogólne zasady sterowania pełnokro−
kowego i półkrokowego zostały przedstawio−
ne w pierwszej części cyklu (EdW 7/2002 str.
22). Warto jednak wgłębić się w zagadnienie,
by w pełni zrozumieć dalsze szczegóły.

Silniki
bipolarne
i unipolarne

Choć w rzeczywisto−
ści silniki PM i HB
mają po kilka biegu−
nów, w sumie zawie−
rają tylko dwa uzwo−
jenia, podzielone na
sekcje. Dlatego upro−
szczony model z dwo−
ma uzwojeniami z ry−
sunku 31a (wg rysun−
ku 21) jest doskona−
łym punktem wyjścia
do dalszej analizy. Ry−

sunki 21, 23, 26 pokazują, że w silnikach
trzeba wytworzyć wirujące pole magnetycz−
ne. Można to zrobić, zmieniając kierunek
prądu w uzwojeniach. Rysunek 31b pokazu−
je sposób sterowania z wykorzystaniem
dwóch mostków tranzystorowych. Nazywa−
ne są one często mostkami H (H bridge, full
bridge) z uwagi na podobieństwo do litery H.
W mostkach można też zastosować różne
tranzystory (MOSFET N, MOSFET P, NPN,
PNP, „darlingtony”), ale najczęściej są to al−
bo tranzystory bipolarne NPN, albo MO−
SFET N. Choć taki sposób sterowania po−
zwala w pełni wykorzystać silnik, jego reali−
zacja nie jest najłatwiejsza. Trzeba oddziel−
nie wysterować każdy z ośmiu tranzystorów.

Aby radyklanie uprościć sterownik, wy−

starczy zastosować uzwojenie z odczepem w
środku. Taki prosty sposób pozwala radykal−
nie uprościć sterownik – patrz rysunek 32.
Prądy płyną niejako w tym samym kierunku,
dlatego silniki z dzielonym uzwojeniem na−
zywane są silnikami unipolarnymi. W silni−
ku według rysunku 31 prądy uzwojeń w ko−
lejnych fazach cyklu płyną w obu kierunkach,

Rys. 31

część 3 − sterowanie

Rys. 30

dlatego takie silniki nazywane są silnikami
bipolarnymi. Rysunek 33 pokazuje spo−
sób wytworzenia zmian pola w obu typach
silników.

Niewątpliwą zaletą silników unipolarnych

jest łatwość sterowania – wystarczy cztery
MOSFET−y i prosty generator sekwencji ste−
rującej – porównaj rysunek 12 i 14 w EdW
7/2002.

Silnik bipolarny wymaga bardziej skom−

plikowanego sterownika. Ma jednak istotną
zaletę. Jak pokazuje rysunek 32, połówki
uzwojenia pracują na przemian, więc jedna z
nich jest zawsze niewykorzystana, co zmniej−
sza maksymalne osiągi. W silniku bipolar−
nym pracuje całe uzwojenie i możliwości sil−
nika można w pełni wykorzystać. Sterowanie
bipolarne daje lepsze wyniki, zwłaszcza przy
małych i średnich prędkościach obrotowych;
moment obrotowy jest wtedy większy o oko−

ło 30...40%. Jak pokazuje rysunek 34, każdy
silnik unipolarny może pracować jako bipo−
larny – trzeba tylko zwiększyć napięcie zasi−
lania. Jeszcze więcej możliwości daje silnik z
czterema niezależnymi uzwojeniami. Może
pracować jako unipolarny, a także jako bipo−
larny przy szeregowym i równoległym połą−
czeniu uzwojeń według rysunku 35.

Przy połączeniu równoległym według ry−

sunku 35d silnik będzie prawidłowo praco−

wał przy napięciu zasi−
lania niższym, niż przy
połączeniu szeregowym
i będzie miał lepsze
osiągi przy dużych pręd−
kościach. Przy połącze−
niu szeregowym mo−
ment obrotowy jest
większy przy małych
prędkościach.

Początkującym moż−

na poradzić, żeby na po−
czątku wykorzystali ste−

rowanie unipolarne z czterema tranzystorami,
a w razie potrzeby zawsze mogą wykorzystać
sterowanie bipolarne.

Kroki i półkroki

W poprzednim akapicie pojawiło się stwier−
dzenie, że silnik unipolarny ma słabsze osią−
gi, bo zawsze jedno z uzwojeń każdej pary
jest niewykorzystane. Do tego dochodzi po−
krewne zagadnienie związane ze sposobem
sterowania. Rysunek 33 pokazuje, że w każ−
dym takcie cyklu zasilane jest tylko jedno z
dwóch uzwojeń silnika bipolarnego. Drugie
zawsze jest nieczynne. Jeszcze gorzej jest w
silniku unipolarnym, gdzie, jak pokazuje ten
sam rysunek, w każdej chwili wykorzysty−
wane jest tylko 25% wszystkich uzwojeń.
Oczywiście oznacza to, że silnik nie jest w
pełni wykorzystany. Taki sposób sterowania
nosi nazwę sterowania falowego (wave dri−
ve) i jest to jednocześnie tak zwane sterowa−
nie pełnokrokowe.

Wbrew pierwszemu wrażeniu, istnieje bar−

dzo dobry sposób na wykorzystanie wszyst−
kich uzwojeń silnika bipolarnego. Pokazuje to
rysunek 36 (porównaj go z rysunkiem 33).
Teraz w każdej fazie cyklu zasilane są dwa
uzwojenia. Nie dzieje się przy tym nic złego –
bieguny wirnika ustawiają się nie naprzeciw
biegunów stojana, tylko w połowie drogi mię−
dzy nimi.

W silniku unipolarnym można tak samo

zasilać dwa z czterech uzwojeń, co polepsza
moc i moment silnika – zobacz rysunek 37.

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

Wrzesień 2002

Rys. 32

Rys. 34

Rys. 33

Rys. 35

Sterowanie, zarówno silników bipolar−

nych, jak i unipolarnych, według rysunków
36, 37, bywa stosowane w praktyce. Nazy−
wany je sterowaniem pełnokrokowym
(full step). (Sposób sterowania według ry−
sunku 33 to też sterowanie pełnokrokowe,
ale dla rozróżnienia nazywamy je sterowa−
niem falowym).

Jeszcze częściej wykorzystuje się stero−

wanie półkrokowe (half step), będące połą−
czeniem poprzednio omówionych. Sekwen−
cja sterująca i położenia przykładowego sil−
nika bipolarnego pokazane są na rysunku
38, a unipolarnego na rysunku 39 – porów−
naj rysunki 33, 36, 37. Na przemian zasila się
jedno oraz dwa uzwojenia, przez co bieguny
wirnika ustawiają się albo naprzeciw biegu−
nów stojana, albo w połowie między nimi.
Osiągi silnika są wprawdzie nieco gorsze, niż
przy pracy pełnokrokowej (bo nie zawsze
oba uzwojenia są zasilane), jednak praca pół−
krokowa ma istotne zalety. Typowe przebiegi
sterujące silnika unipolarnego przy pracy
pełno− i półkrokowej pokazane są na rysun−
ku 40. Nie podaję przebiegów sterujących

dla ośmiu tranzystorów w mostkach zasilają−
cych silnik bipolarny. Zazwyczaj wykorzy−
stuje się do tego specjalizowane układy sca−
lone, a dociekliwi Czytelnicy w razi potrzeby
bez trudu uzyskają je po analizie rysunków
31, 38 i 39. Kierunek obrotów zmienia się
najczęściej przez zmianę sekwencji sterują−
cej. W prostych zastosowaniach można po
prostu zamienić końcówki A+, A− jednej pa−
ry uzwojeń.

Pokazane rysunki dotyczą prościutkiego

silnika PM z jedną parą biegunów wirnika.
Choć silnik HB ma inny sposób działania,
a typowy silnik PM ma więcej biegunów, po−
kazane zasady dotyczą wszystkich silników
PM i HB.

Leszek Potocki

Ciąg dalszy w nastepnym numerze EdW.

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

Wrzesień 2002

Podzespoły

Rys. 36

Rys. 37

Rys. 38

Rys. 39

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

Wrzesień 2002

Wielu z nas ma komputery. Wiadomo, że
długie przesiadywanie przed ekranem nie
jest zdrowe. Szkodliwość dla wzroku zależy
w dużym stopniu od częstotliwości odświe−
żania ekranu. Choć tego migania nie zauwa−
żamy, męczy ono wzrok. Czym większa czę−
stotliwość odświeżania (odchylania piono−
wego), tym lepiej, bo obraz mniej miga. W
standardowym telewizorze w ciągu sekundy
na ekranie pojawia się 50 (pół)obrazów. Mo−
nitory komputerów są pod tym względem
lepsze, częstotliwość odchylania można tam
zmieniać w zakresie od 60Hz do ponad
100Hz. Dla własnego dobra powinniśmy
ustawić możliwie dużą częstotliwość od−
świeżania. Maksymalna częstotliwość od−
chylania pionowego zależy zarówno od kar−
ty graficznej, jak i monitora; związana jest
także z wybraną rozdzielczością ekranu.

Wszystko byłoby dobrze, gdybyśmy mieli
pełną kontrolę nad ustawieniami karty. Nie−
stety, często w odpowiednim okienku wła−
ściwości ekranu i karty można zobaczyć
obrazek, jak na rysunku 1. Określenie szyb−
kość optymalna nic nie mówi − chcielibyśmy
wiedzieć, jaka naprawdę jest częstotliwość
odświeżania.

I oto mamy temat kolejnego zadania

Szkoły:

Zaprojektować układ
miernika częstotliwości
odświeżania ekranu.

Możliwości jest wiele.

Zastanówcie się, jak w
ogóle uzyskiwać informację
o częstotliwości pionowej.
Jeśli przeprowadzicie do−
świadczenia, koniecznie napi−

szcie o nich. Drugim problemem bę−
dzie zobrazowanie wyniku. Możli−

wości jest wiele; dokładność i rozdzielczość 5Hz
jest absolutnie wystarczająca, więc można zasto−
sować wyświetlacz w postaci linijki diod. Urzą−
dzenie musi być możliwie proste i tanie. Gdyby
ktoś chciał wykonać model, powinien wziąć pod
uwagę łatwość obsługi. Oczywiście najlepszy
model ma szansę na publikację w dziale E−2000.

Czekam też na propozycje kolejnych za−

dań. Pomysłodawcy wykorzystanych zadań
otrzymują nagrody rzeczowe.

Temat zadania 75 brzmiał: Zaprojektować
układ wyłączający telewizor po zakończeniu
programu lub (i) budzący domownika, który
zasnął przez odbiornikiem.

Jak pisałem w maju, wiele współczesnych tele−

wizorów ma takie obwody wbudowane fabrycznie.
Cieszę się, że podobnie jak Autor zadania, uznali−
ście jednak zadanie za godne uwagi. Oto fragment
listu: Pomysł tego zadania już na samym początku
bardzo mi się spodobał, gdyż jest to typowy, wzięty z
życia problem. Właśnie rozwiązywanie takich zadań
najbardziej rozwija i sprawia najwięcej radości. Po−

dawanie gotowych schematów w jakimś stopniu też,
ale własna inwencja, własne pomysły są jednak naj−
bardziej cenne. Przy okazji projektowania urządze−
nia niejako przy okazji dowiemy się wielu rzeczy,
które staną się pomocne przy projektowaniu kolej−
nych. Opisy gotowych układów są potrzebne, ale na
początek − trzeba przecież poznać ten „język elek−
troniki”. W dalszej karierze elektronika−konstrukto−
ra gotowe projekty mają zasadniczo dwie funkcje:
pierwsza, mająca poszerzać nasze elektroniczne ho−
ryzonty; druga, gdy chcemy szybko, bez wnikania w
szczegóły wykonać jakiś układ. (...)

Otrzymałem wiele propozycji teoretycz−

nych i siedem modeli, co jak na tak specyficz−
ne zadanie, całkowicie mnie satysfakcjonuje.

Rozwiązania teoretyczne

Rozwiązania teoretyczne można podzielić na
trzy główne grupy. Wszystkie zawierają
układ czasowy. Po upływie wyznaczonego
czasu układ albo wyłącza zasilanie odbiorni−
ka (za pomocą przekaźnika), albo włącza sy−
gnalizator akustyczny (brzęczyk piezo). Aby
układ pełnił przewidzianą funkcję, układ cza−
sowy musi zacząć liczyć czas po zakończe−
niu programu. W czasie nadawania programu
układ czasowy jest zerowany przez obwody
wykorzystujące:
− sygnał audio
− przycisk lub sygnał z pilota
− sygnał wideo

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 79

Rozwiązanie zadania nr 75

Rys. 1

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

Wrzesień 2002

Wśród rozwiązań pierwszej

grupy kilka to proste układy
sprawdzające obecność dźwięku
z głośnika albo sygnału audio
w złączu SCART (eurozłącze).
Na przykład Jakub Świegot ze
Środy Wlkp. zaproponował
układ z mikrofonem, wzmacnia−
czem operacyjnym, obwodem
opóźniającym oraz z wyłączni−
kiem i z sygnalizatorem aku−
stycznym. Schemat można zna−
leźć na naszej stronie interneto−
wej jako Swiegot.gif. Natomiast
Andrzej Szymczak, też ze Śro−
dy Wlkp., przysłał schemat wy−
korzystujący podwójny wzmac−
niacz operacyjny, a źródłem sygnału audio
jest złącze SCART. Robert Jaworowski
z Augustowa również chce sprawdzać sygnał
audio, a do rozróżnienia, czy jest to sygnał
użyteczny, czy szum, chce wykorzystać prze−
twornik F/U (częstotliwość/napięcie). Pomysł
jest oryginalny, ale zadanie wcale nie jest ła−
twe, bo przetworniki F/U nie są przystosowa−
ne do pracy z tak złożonymi sygnałami.

Dawid Lichosyt z Gorenic chce iść inną

drogą – silnie wzmocniony sygnał z mikrofo−
nu kierowany jest do dekodera tonu LM567
(Lichosyt.gif). Pojawienie się planszy testo−
wej i ciągłego tonu już po kilku sekundach
spowoduje reakcję przekaźnika.

Piotr Bechcicki z Sochaczewa chce

sprawdzać sygnał audio z eurozłącza i jedno−
cześnie jasność ekranu za pomocą fotorezy−
stora (Bechcicki.gif). Chce zastosować dwa
filtry lub tylko filtr dolnoprzepustowy, by
sprawdzać zawartość niskich składowych w
sygnale audio i by uniezależnić się od tonu
kontrolnego 1kHz. Fotoelement powinien być
tak umieszczony, by „widzieć” najjaśniejszy
pasek. Brak normalnego dźwięku i pojawie−
nie się planszy testowej spowodują w ciągu
około 20 minut wyłączenie przekaźnika. Jak
zrozumiałem z opisu, po wyłączeniu dodatko−
wy odbiornik sygnału pilota (TFMS, SFH)
pozwoli ponownie włączyć przekaźnik.

W podanych rozwiązaniach sprawdzana

ma być obecność sygnału audio. Dwóch Ko−
legów słusznie chce nieco rozbudować układ
i wykrywać nie tyle obecność sygnału, co je−
go obwiednię. Sposób jest o tyle dobry, że
zarówno cisza, jak i ton ciągły oznaczają
brak zmian poziomu sygnału. Rysunek 2 po−
kazuje schemat nadesłany przez Mariusza
Chilmona z Augustowa. Wzmacniacz U1B
ma wykrywać brak sygnału audio, czyli wy−
łączenie odbiornika. U1C wzmacnia sygnał
obwiedni (niskie składowe), a U1D jest kom−
paratorem. Po pewnym czasie (R9,C6 oraz
R10,C7), po wykryciu zakończenia nadawa−
nia programu zostaje uruchomiony licznik
U3. Brzęczyk B1 odzywa się 8 razy, po czym
zaświeca się dioda D6, sygnalizując nieuda−
ną próbę obudzenia telemaniaka. D5 służy do

sygnalizacji sytuacji
„przedalarmowej”.

Dwie wersje wy−

łącznika/sygnalizato−
ra proponuje Cezary
Kuśmierski z Ponia−
towa. W jednej czuj−
nikiem końca progra−
mu jest detektor ob−
wiedni, pokazany na
rysunku 3. Napięcie
na C1 zmienia się
szybko, natomiast na
C2 – kilkakrotnie
wolniej. Cezary pi−
sze, że miał kłopoty z
szumami, dlatego dodał dzielnik R5, R6.

Druga wersja wykorzystuje sygnał dowol−

nego pilota. Czujnik i układ czasowy pokaza−
ne są na rysunku 4. Odebranie jakiegokol−
wiek rozkazu pilota zeruje licznik U1. Po
upływie wyznaczonego czasu (ok. 40 minut)
zostanie włączony przekaźnik, ale wcześniej
odezwie się ostrzegawczy brzęczyk.

Podobną ideę przedstawił Arkadiusz

Kocowicz z Czarnego Lasu. Tak opisuje
swój układ: ma on po prostu wyłączyć
odbiornik po określonym czasie od ostatnie−
go odebranego sygnału z pilota. W praktyce

nie ma możliwości, aby przez godzinę nie ko−
rzystać z pilota. Zawsze się zdarzy, że będzie−
my musieli podgłośnić/ściszyć albo w prze−
rwie na reklamę przełączyć na inny program.
Pomimo długiego (w założeniu godzinnego)
czasu reakcji jest to dość skuteczny sposób
detekcji przejścia obiektu w stan fizjologicz−
ny zwany potocznie snem.

Bardzo wysoko oceniłem trzy ostatnie pra−

ce, ale tylko dwóch wcześniej wymienionych
Kolegów otrzyma upominki – Arek na nade−
słanym schemacie, pokazanym na rysunku 5,

Rys. 4

Rys. 2

Rys. 3

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

Wrzesień 2002

błędnie narysował obwody czasowe, dlatego
otrzymuje jedynie trzy punkty. Godna pod−
kreślania jest natomiast prostota układu – ta−
kie rozwiązanie całkowicie wystarczy, zwła−
szcza jeśli kondensatory będą tantalowe. Zda−
niem Arka układ może też pełnić funkcję czu−
waka dla kierowcy, chroniącego przed zaśnię−
ciem – w tej wersji potrzebny byłby przycisk.

Układy czasowe z przyciskiem zapropo−

nowali między innymi Jarosław Tarnawa
z Godziszki i Jakub Jagiełło z Gorzowa
Wlkp. Co jakiś czas trzeba nacisnąć przycisk,
w

przeciwnym wypadku po sygnale

akustycznym telewizor zostanie wyłączony
(Tarnawa.gif). W drugim przypadku przycisk
powinien być naciśnięty po coraz głośniej−
szym dźwiękowym sygnale przypominają−
cym (Jagiello.gif).

Niewiele osób wspomniało o możliwości

sprawdzania sygnału wideo albo obrazu na
ekranie. Jednym z tych nielicznych jest
Krzysztof Gedroyć ze Stanisławowa. Oto
fragment listu: Po przemyśleniach doszedłem
do wniosku, że w roli detektora można by
zastosować fotorezystor umieszczony w nie−
wielkiej odległości od ekranu telewizora.
Fotorezystor taki (...) dawałby na wyjściu na−
pięcie proporcjonalne do jasności całego
ekranu. Układ elektroniczny musiałby więc
wykrywać zmiany tego napięcia. Gdy zmiany
występują, jakiś licznik jest kasowany. Gdy
przez jakiś czas napięcie na wyjściu czujnika
nie ulega zmianie, wówczas jest to znak, że
albo program się skończył i stacja już nic nie
nadaje, albo nadawany jest sygnał testowy.
Czyli jest to stan, gdy telewizor ma zostać
wyłączony, bądź ma się odezwać sygnał bu−
dzący śpiącego domownika. Układ powinien
wykrywać tylko szybkie (rzecz względna)
zmiany napięcia, aby na przykład fakt, że za
oknem robi się ciemno, nie miał wpływu na
działanie układu. Nie będzie też problemu
z innymi domownikami. Tak to bywa, że wszy−
scy domownicy idą spać, a tylko jedna osoba
ogląda do późna w nocy telewizję.

Gdyby akurat jeden z domowników szedł

na przykład coś przekąsić do kuchni, zapalił−
by światło. Układ prawdopodobnie w tym
momencie nie pracowałby zgodnie z założe−
niami, ale nie stanowi to żadnego problemu.
Gdy program byłby nadawany, zapalenie
światła nie wpływa negatywnie na działanie

układu. Gdyby natomiast program się skoń−
czył i chwilę później ktoś zapalił gdzieś w po−
bliżu światło, układ odebrałby to jako dalszy
ciąg programu, przez co wyłączenie telewizo−
ra opóźniłoby się o kilka minut. Nie jest to
jednak minusem takiego rozwiązania. Sygnał
akustyczny i tak obudzi śpiącego „telewizjan−
ta”, jedynie z niewielkim opóźnieniem, nie−
grającym żadnej roli w tym przypadku.

Zmierzyłem, o ile zmienia się napięcie na

wyjściu dzielnika napięcia złożonego z foto−
rezystora i rezystora 20k. Taki detektor usta−
wiłem (położyłem na biurku) wycelowany
w monitor komputera w odległości ok. 25cm.
Różnica napięcia w zależności od jasności
ekranu (prawie cały biały i prawie czarny)
wynosi aż 0,1V. Z wykrywaniem takich zmian
napięcia nie powinno być problemów. Także

szybkość, z jaką
zmienia się na−
pięcie na wyj−
ściu, mimo że
nie jest natych−
miastowa, jest
wystarczająca
do poprawnej
detekcji –
s p r a w d z i −
łem to na
oscylosko−
pie. W każ−

dym razie układ detekcji musi być obojęt−
ny na składową stałą (w praktyce włą−
czony szeregowo kondensator), a powi−
nien wykrywać zmiany napięcia i na wyj−
ściu dawać logiczną jedynkę potrzebną
do zresetowania licznika.

(...) Przydałby się prosty obwód rese−

tu, który zerowałby licznik, np. 4060 za−
wsze po włączeniu zasilania (przerwa
w dostawie prądu).

Oprócz tych trzech grup rozwiązań

pojawiły się też inne, np. wykrywanie
ruchów – przy założeniu, że po zaśnię−
ciu „telemaniak” przestaje się ruszać,
detekcja chra−
pania – przy za−
łożeniu, że za−
raz po zaśnięciu
zaczyna chra−
pać, oraz kon−
trola pulsu –
przy założeniu,
że po zaśnięciu
puls się zmniej−
sza. Jan Stani−
sławski z Sano−
ka podał je−
szcze inną ideę
– sprawdzanie
kodu

danego

programu, wy−
korzystywane−
go w systemie
S H O W V I E W.

Pomysł jest interesujący, ale niezmiernie
trudny w realizacji.

Rozwiązania praktyczne

Siedem rozwiązań praktycznych reprezentuje
wszystkie omówione wcześniej główne gru−
py. Bartosz Czerwiec z Mogilna wykonał
model pokazany na fotografii 1.
Ma on wykrywać zmiany treści obrazu za po−
mocą dwóch fotoelementów „patrzących” na
ekran. Choć układ (Czerwiec.gif) należałoby
poważnie zmodyfikować, pomysł jest intere−
sujący. Sygnał wideo chcą też sprawdzać
dwaj inni Koledzy. Piotr Wójtowicz z Wólki
Bodzechowskiej wykonał ładny model poka−
zany na fotografii 2. Napisał: (...)

Od razu postanowiłem, że urządzenie w

celu wykrycia końca programu będzie spraw−
dzało sygnał VIDEO, pobierany ze złącza
Scart. Przemawiała za tym wyraźna różnica
pomiędzy zwykłym sygnałem TV a jego bra−
kiem, łatwa do wykrycia przez nieskompliko−
wany układ elektroniczny.

Zastanawiałem się również nad zbudowa−

niem „inteligentnego” wyłącznika TV, który
rozpoznawałby koniec filmu, czy też innego

Fot. 1 Układ Bartosza Czerwca

Rys. 6

Rys. 5

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

Wrzesień 2002

programu. (...) Postanowiłem bliżej się przyj−
rzeć temu sygnałowi. Ponieważ nie posiadam
oscyloskopu, w tym celu wykorzystałem pro−
gram do edycji muzyki – Cool Edit. Zareje−
strowałem sygnał VIDEO w okresie kilkuna−
stu minut i zaznaczyłem moment, kiedy wy−
stępuje czarny obraz oraz brak sygnału TV.
Zestawienie trzech sygnałów VIDEO (brak
sygnału, czarny obraz i normalny sygnał)
przedstawia zrzut z ekranu pokazany na ry−
sunku 6. Impulsy luminancji w przypadku
normalnego sygnału (trzeci przebieg) mają

wyraźnie większą wartość od tych z przebie−
gu środkowego (czarny obraz).

Jednak po serii prób okazało się, że po−

ziom impulsów w chwili wystąpienia czarne−
go obrazu jest różny na poszczególnych sta−
cjach i przy każdym przełączeniu trzeba zmie−
niać próg włączenia alarmu w urządzeniu.

Piotr wykonał ostatecznie układ o sche−

macie pokazanym na rysunku 7. Oto frag−
menty opisu:

Zadaniem urządzenia jest wyłączenie

odbiornika lub zasygnalizowanie końca pro−

gramu w chwili, gdy rzeczywiście nastą−
pił koniec jego nadawania przez daną
stację TV. Do stwierdzenia tego faktu
przez układ wykorzystałem to, że przy
braku sygnału TV automatycznie nastę−
puje zanik sygnału VIDEO na wyjściu
odbiornika. (...) Gdy nastąpi brak sygna−
łu VIDEO, to na kondensatorze C3
znacznie zmaleje napięcie w konsekwen−
cji wyjście bramki U2A przejdzie w stan
wysoki. Spowoduje to, w zależności od
położenia przełącznika S1, włączenie sy−
gnalizacji akustycznej bądź rozłączenie
styków przekaźnika REL1. Gdy przełącz−
nik S1 jest rozwarty, na wejściu (n.1)

bramki U2B, za sprawą rezystora podciąga−
jącego R6, panuje potencjał dodatni. W
chwili zaniku sygnału VIDEO na drugim
wejściu bramki U2B (n.2) powstaje impuls
dodatni o czasie trwania wyznaczonym war−
tościami C4 i R8, który w układzie modelo−
wym wynosi ok. 4s. Podczas trwania tego
impulsu wyjście bramki U2B przechodzi w
stan niski, załączając poprzez tranzystor T2
przekaźnik REL1. Jego styki rozwierają się i
następuje przerwanie dopływu energii do
odbiornika telewizyjnego. Po chwili wyzna−
czonej C4R8 przekaźnik puszcza i jego styki
zwierają się, doprowadzając zasilanie do te−
lewizora. Taki sposób wyłączania OTV po−
siada tę zaletę, że nie trzeba restartować
układu przy ponownym uruchamianiu tele−
wizora i można go normalnie włączyć, nie
czyniąc żadnych dodatkowych manipulacji,
ale nadaje się tylko do odbiorników wyposa−
żonych w pilota. (...)

Choć układ nie zareaguje na planszę te−

stową, wysoko oceniam pracę Piotra przede
wszystkim ze względu na przeprowadzone
eksperymenty.

Podobne eksperymenty przeprowadził

Michał Koziak z Sosnowca. Napisał: (...)

Mierząc napięcie na wyjściu wizji
(wyprowadzenie 19 złącza EURO),
zauważyłem, że napięcie jest tam ta−
kie samo, gdy telewizor jest w stanie
standby i gdy nie odbiera programu.
Gdy pojawia się obraz, napięcie spa−
da. Zaprojektowałem prosty detektor
stanu odbiornika. (...) przeprowadzi−
łem jeszcze szereg prób z wyjściem
wizji, lecz ostatecznie nie wykorzy−
stałem go w swoim układzie. (...)
Próbowałem także wykorzystać cie−
kawą kostkę NE614 (zainspirował
mnie projekt wykrywacza kłamstwa
z EdW 1/2002). Użyłem obwodu RS−
SI, jednak nie zdecydowałem się na
wykorzystanie tej kostki w projekcie.
(...) Miałem też w planie wykonanie
drugiego układu, reagującego na
brak sygnałów pilota. (...)

Michał wykonał model pokazany

na fotografii 3 według schematu z
rysunku 8, gdzie, jak widać, wyko−
rzystuje sygnał audio. Bardzo się cie−
szę z postępu, jaki widzę w kolej−
nych pracach Michała i innych mło−
dych Kolegów. Tak trzymać!

Sygnał audio wykorzystał też Ja−

rosław Chudoba z Gorzowa Wlkp.
w swoim modelu, pokazanym na fo−
tografii 4. Idea jest zaskakująca: pra−
cą układu steruje... czerwona kon−
trolka telewizora, która gaśnie, gdy
telewizor pracuje i świeci w stanie
standby. Schemat ideowy pokazany
jest na rysunku 9. Zgaśnięcie czer−
wonej kontrolki zezwala na pracę ge−
neratora U1A. Sygnał akustyczny

Fot. 2 Model Piotra Wójtowicza

Rys. 7

Rys. 8

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

Wrzesień 2002

buzzera wystąpi po pewnym czasie braku sy−
gnału audio.

Dwa ładnie wykonane modele przysłał

Marcin Wiązania z Buska Zdroju. Foto−
grafia 5 pokazuje układ zbudowany według
rysunku 10. Brak sygnału audio wywołuje

sygnał akustyczny, a potem wyłączenie tele−
wizora. Odbiornik podczerwieni (SFH)
i przycisk S1 pozwalają ponownie włączyć
telewizor. Warto zwrócić uwagę, w jak inte−
resujący sposób Marcin poradził sobie z sy−
gnałem testowym 1kHz – na wyjściu

wzmacniacza audio dodał filtr za−
porowy typu podwójne T, wycina−
jący tę częstotliwość.

Drugi układ Marcina, pokazany

na fotografii 6, to układ czasowy,
który odcina zasilanie telewizora po
upływie ustalonego czasu po ostat−
nim sygnale z pilota. Czas ten moż−
na zaprogramować (15, 30, 60, 120
albo 180 minut). W układzie wyko−
rzystany

jest

mikroprocesor

AT90S2343 – patrz rysunek 11.

Podobną ideę wykorzystał Da−

riusz Drelicharz z Przemyśla w
układzie pokazanym na fotografii 7.
Oto fragmenty listu: (...) Projektu−
jąc układ takiego „budzika”, pod
uwagę brałem przede wszystkim
prostotę i łatwość obsługi. Różne
„usprawnienia” i przystawki szyb−
ko kończą swój żywot w szufladzie,
ponieważ ich obsługa jest skompli−
kowana i męcząca. (...) Często w
chwili nadawania reklam telewizor
wyciszamy (mute) lub przełączamy

go na inne kanały, aby przekonać się, czy nie
jest nadawany tam inny ciekawy program
(najczęściej tam też nadawane są w tym cza−
sie reklamy). Zakładając, że reklamy nada−
wane są średnio co 20 minut (co najmniej 3
razy na godzinę), sygnał z pilota odbierany
jest nie rzadziej niż co około 20 minut. W mo−
im układzie zastosowałem „na wszelki wypa−
dek” 2 razy dłuższy czas czuwania. Jeżeli
przez około 45 minut sygnał z pilota nie zo−
stanie odebrany, to odezwie się przerywanym
dźwiękiem buzzer.

Fot. 3 Model Michała Koziaka

Fot. 4 Układ Jarosława Chudoby

Fot. 5 Model 1 Marcina Wiązani

Fot. 6 Model 2 Marcina Wiązani

Rys. 9

Rys. 10

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

Wrzesień 2002

Po długim namyśle zdecydowałem się

skierować do publikacji właśnie ten prosty i
tani projekt Dariusza, choć szczerze mówiąc,
miałem ochotę go jeszcze trochę odchudzić.
Po wprowadzeniu dwóch drobnych zmian
(zmiana obwodów związanych z przyciskiem
umieszczonym w obwodzie wejścia zegaro−
wego i dodanie stabilizatora 78L05, by moż−
na skorzystać z zasilacza antenowego 12V)
układ trafi do Pracowni Konstrukcyjnej i je−
śli uzyska pozytywną opinię, do działu E−
2000 lub do Forum Czytelników. Omawiany
wcześniej układ Marcina Wiązani z mikro−
procesorem ma bogatsze funkcje, ale jest
droższy i póki co duża grupa Czytelników
unika wszelkich układów wymagających ja−
kiegokolwiek programowania. Zaintereso−
wani zechcą zwrócić się bezpośrednio do
Marcina z prośbą o udostępnienie bardziej
szczegółowych informacji (mwiazani@po−
czta.fm albo mwiazani@kki.net.pl).

Podsumowanie

Pomimo specyficznego i szczerze mówiąc,
dyskusyjnego tematu zadania, jestem bardzo
zadowolony z Waszych prac i zaprezentowa−
nych pomysłów. Tylko jedna osoba chciała

zaingerować we wnętrze
odbiornika, wszyscy po−
zostali zaproponowali
mniej czy bardziej prak−
tyczne przystawki. Przy−
znam, że temat nie był
łatwy choćby ze wzglę−
du na różnorodność
odbiorników telewizyj−
nych i

różne stany

odbiornika po zakończe−
niu programu (plansza
testowa, pusty ekran, ton
ciągły, transmisja jakiejś
stacji radiowej, itd). Nie
jest

łatwo

wykonać

układ automatycznego
wyłącznika, nadającego
się do każdego odbiorni−
ka. Nie ma też jednego

prostego sposobu detekcji końca programu.
Zainteresowani tematem przeanalizują przed−
stawione pomysły i wybiorą koncepcję odpo−
wiednią do posiadanego telewizora.

Jednym z poważniejszych problemów jest

kwestia zasilania. Dziwię się, że nikt nie
wspomniał o możliwości skorzystania z zasi−
lacza wtyczkowego, zasilającego wzmac−
niacz antenowy – zwykle jest to zasilacz sta−
bilizowany 12V 100mA. Z powodzeniem
można „podkraść” z niego trochę prądu. Tym
bardziej, że występuje on w wielu mieszka−
niach i niezmiernie łatwo zeń skorzystać –
wystarczy wyprowadzić dwa kabelki z
wtyczki antenowej.

Urządzenie nie powinno nawet w naj−

mniejszym stopniu utrudniać normalnego ko−
rzystania z odbiornika. Jeśli byłaby to przy−
stawka wyłączająca zasilanie, trzeba zagwa−
rantować, że po zaniku i powrocie napięcia
sieci przekaźnik zostanie załączony. Także
po automatycznym wyłączeniu na noc, włą−
czenie rankiem odbiornika nie powinno być
utrudnione.

Dlatego rozwiązania, gdzie trzeba dokła−

dnie ustawić czujnik, żeby „patrzył na
ekran”, mogą się okazać zawodne. Mnie oso−

biście najbardziej przekonuje właśnie aku−
styczny przypominacz−budzik reagujący
na sygnały pilota, natomiast jestem zdecy−
dowanie przeciwny wszelkim rozwiąza−
niom wymagającym świadomej ingerencji
użytkownika. Jeszcze raz przytoczę jakże
trafne spostrzeżenie Dariusza Drelicharza.
Weźcie je sobie do serca: Projektując
układ takiego „budzika”, pod uwagę bra−
łem przede wszystkim prostotę i łatwość
obsługi. Różne „usprawnienia” i przy−
stawki szybko kończą swój żywot w szufla−
dzie, ponieważ ich obsługa jest skompliko−
wana i męcząca.

Zgodnie z zapowiedzią, część puli na−

gród przeznaczyłem dla osób, które nade−
słały najciekawsze, nadające się do realiza−
cji pomysły i idee, a nie modele. Upominki

Rys. 11

Fot. 7 Prototyp Dariusza Drelicharza

Marcin Wiązania Busko Zdrój . . . . . . . . . . . . . . . .91
Mariusz Chilmon Augustów . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Dariusz Drelicharz Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . .48
Marcin Malich Wodzisław Śl. . . . . . . . . . . . . . . . .39
Krzysztof Kraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św. . . . . . . . . . . . . .37
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . .35
Michał Stach Kamionka Mała . . . . . . . . . . . . . . . .35
Roman Biadalski Zielona Góra . . . . . . . . . . . . . . .33
Dariusz Knull Zabrze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Piotr Romysz Koszalin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . . . . . . . . .27
Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska . . . . . . . .27
Rafał Stępień Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Filip Rus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Szymon Janek Lublin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Piotr Dereszowski Chrzanów . . . . . . . . . . . . . . . .21
Mariusz Ciołek Kownaciska . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jakub Kallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Michał Pasiecznik Zawiszów . . . . . . . . . . . . . . . .18
Radosław Koppel Gliwice . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Łukasz Cyga Chełmek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Andrzej Sadowski Skarżysko−Kam. . . . . . . . . . . .16
Radosław Ciosk Trzebnica . . . . . . . . . . . . . . . . . .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
Jakub Jagiełło Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . . . . . .12
Dawid Lichosyt Gorenice . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Arkadiusz Zieliński Częstochowa . . . . . . . . . . . . .12
Wojciech Macek Nowy Sącz . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Sebastian Mankiewicz Poznań . . . . . . . . . . . . . . .11
Paweł Szwed Grodziec Śl. . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Marcin Dyoniziak Brwinów . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Bartek Stróżyński Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Piotr Bechcicki Sochaczew . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Maciej Ciechowski Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Mariusz Ciszewski Polanica Zdr. . . . . . . . . . . . . . .9
Filip Karbowski Warszawa . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Witold Krzak Żywiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Piotr Kuśmierczuk Gościno . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Zbigniew Meus Dąbrowa Szlach. . . . . . . . . . . . . .9
Kamil Urbanowicz Ełk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Michał Waśkiewicz Białystok . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Piotr Wilk Suchedniów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Punktacja Szkoły Konstruktorów

Rozwiązanie zadania 75

W EdW 5/2002 zamieszczony był fragment
rozwiązania jednego z wcześniejszych zadań
Szkoły. Cztery przerzutniki RS tworzą odpo−
wiednik zespołu zależnych izostatów. Według
pomysłodawcy, naciśnięcie kolejnego przyci−
sku powoduje skasowanie włączonego wcześ−
niej. Układ pokazany jest na rysunku A.

Niemal wszystkie nadesłane odpowiedzi,

prócz jednej, zawierały prawidłowe rozwiązania.
Oczywiście podstawowym błędem jest zwar−
cie wszystkich przełączników. Jeden z uczest−
ników narysował to w postaci jak na rysunku B.
Rysunek B jasno pokazuje podstawowy błąd,
przez który układ na pewno nie będzie dzia−
łał według oczekiwań pomysłodawcy. Więk−
szość uczestników stwierdziła też, że zupeł−
nie niepotrzebne są tranzystory i ich oporniki
emiterowe. Słusznie!

Jeden z uczestników zasygnalizował moż−

liwość, że pomysłodawca miał zamiar sko−
rzystać z rozwiązania, gdzie tranzystor jest
typu PNP, tylko źle oznaczył tranzystory. Je−
den taki blok pokazany jest na rysunku C,
ale nadal byłby to układ z gruntu błędny ze
względu na niewielkie zmiany napięcia na
bazie tranzystora. Dodanie rezystora według

rysunku D likwidu−
je kluczową wadę
takiego bloku, ale
nie rozwiązuje pro−
blemu połączenia.
Zastanówcie się sa−
modzielnie,

czy

można i czy warto
zajmować się taką
wersją z tranzysto−
rem PNP.

Tu dla ści−

słości

muszę

wspomnieć, że
kilku uczestni−
ków przesadzi−
ło i zapropono−
wało

uzupeł−

nienie układu
z tranzystorami
NPN o rezysto−
ry umieszczone
w obwodzie bazy, a jeden chciał nawet dodać
rezystory „ograniczające prąd” w obwodzie
kolektora. Oczywiście dodatkowe rezystory
w układzie z rysunku A nie są potrzebne. Nie
są potrzebne obwody odkłócające styki – tu
też kilka osób chciało niepotrzebnie kompli−
kować układ – w przypadku przerzutników
RS obwody takie są absolutnie zbędne.

Nie są też konieczne wymyślne sposoby

rozdzielania sygnałów z rozbudowaną siecią
bramek i tranzystorów. Zdecydowana więk−
szość uczestników słusznie zaproponowała
sposób z diodami według rysunku E. Naci−
śnięcie przycisku podaje stan wysoki na wej−
ście ustawiające „swojego” przerzutnika
i jednocześnie na wejścia zerujące wszyst−
kich pozostałych przerzutników. Kilka osób
rozważało możliwość wykorzystania prze−
rzutnika monostabilnego, uniwibratora, wy−
twarzającego króciutki impuls zerujący
wszystkie przerzutniki po naciśnięciu dowol−
nego przycisku. Dany przycisk naciśnięty
byłby dłużej, więc ostatecznie powodowało−
by to ustawienie jednego przerzutnika.
W przypadku czterech sekcji układ według
rysunku F byłby jednak bardziej skompliko−
wany od wersji diodowej z rysunku E. We−
rsja z uniwibratorem ma natomiast rację bytu
przy większej liczbie przerzutników.

Nagrody otrzymują:

Maciej Szostek Gdańsk−Jasień
Paweł Duda Szalejów
Maciej Skrodzewicz Szczecin

otrzymają Cezary Kuśmierski i Mariusz
Chilmon. O krok był Arkadiusz Kocowicz –
jego prosty sposób bardzo mi się spodobał, za−
chęcam do dalszych działań, a przede wszyst−
kim do eksperymentów. Najwyżej oceniłem
projekt Dariusza Drelicharza, który też na
razie otrzyma upominek, a po publikacji – ho−
norarium autorskie. Nagrody otrzymują: Mar−
cin Wiązania, Piotr Wójtowicz i Michał Ko−
ziak. Upominki dostaną także Bartosz Czer−
wiec i Jarosław Chudoba. Wszyscy wymie−
nieni z nazwiska otrzymują punkty (1...7).

Tytułem remanentów chciałbym też

wspomnieć o pracy i modelu z zadania 74
Radosława Cioska z Trzebnicy. Model
pokazany na fotografii 8 został wysłany
za późno (15 czerwca), by wziąć udział w
rozwiązaniu poprzedniego zadania.

Serdecznie zapraszam do udziału w

rozwiązywaniu kolejnych zadań i do nad−
syłania prac w terminie.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Szkoła Konstruktorów

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

Wrzesień 2002

− S

Szzkkoołłaa K

Koonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

Fot. 8 Model Radosława Cioska

(zadanie 74)

Zadanie 79

Na rysunku G pokazany jest fragment roz−
wiązania jednego z poprzednich zadań Szkoły.
Przerzutnik R−S zbudowany na bramkach C, D
sterowany jest dwoma przyciskami. (...) ob−
wód z bramkami A, B kontroluje wilgotność
gleby (…). Generator zapewnia zerowe napię−
cie na elektrodach i zapobiega ich korozji (...).

Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Jak zwykle proszę o krótkie odpowiedzi

plus ewentualnie rysunek – poprawiony
schemat. Kartki, listy i e−maile oznaczcie
dopiskiem NieGra79 i nadeślijcie w terminie
45 dni od ukazania się tego numeru EdW.
Autorzy najlepszych odpowiedzi otrzymają
upominki.

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

Wrzesień 2002

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

Wrzesień 2002

Ośla łączka

Wstęp

W październikowym numerze EdW zacznie się kolejny bardzo waż−
ny cykl w historii naszego czasopisma. Na życzenie ogromnej liczby
Czytelników przedstawiona będzie kolejna wyprawa na oślą łączkę,
tym razem poświęcona programowaniu mikroprocesorów – ściślej
mikrokontrolerów jednoukładowych.

Jeśli uważasz, że jakiekolwiek programowanie jest dla Ciebie za

trudne, to przeczytaj przynajmniej niniejszy wstęp. Jeśli za miesiąc
zdecydujesz się przeczytać pierwszy odcinek tej wyprawy, masz zna−
komitą okazję zmarnować parę godzin i utwierdzić się w swoim do−
tychczasowym przekonaniu, że to nie dla Ciebie. Ale niestety, grozi
Ci coś znacznie gorszego: może się okazać, że się totalnie mylisz.

Ostrzegam! To może być groźne! Istnieje duże ryzyko, że zarazisz

się paskudnym bakcylem, którym już zainfekowało się wielu star−
szych i młodszych Czytelników naszego czasopisma, i to bez nadziei
na wyleczenie.

Zdecyduj więc sam, czy chcesz czytać dalsze akapity tego wstępu,

a potem kolejne odcinki cyklu.

Ostrzegałem!

Bariery

Wbrew pozorom, podstaw programowania można nauczyć się do−
słownie w ciągu jednego dnia. Barierą wcale nie jest stopień trudno−
ści zagadnienia. O wiele więcej przeszkadza bariera psychologiczna.
Może i Ty myślisz, że programowanie to zadanie dla wtajemniczo−
nych i żeby je opanować, trzeba być wyjątkowo zdolnym i mieć
ogromną wiedzę. A przecież Ty jesteś tylko zwykłym człowiekiem...

A może już kiedyś próbowałeś i nic z tego nie wyszło...
Rzeczywiście, najwiekszym utrudnieniem jest kwestia: od czego

zacząć. Programowanie bowiem nie jest wcale trudne, ale jest to za−
gadnienie bardzo obszerne. Nowe, nieznane pojęcia, wiele języków
programowania, jakieś tajemnicze skróty i szyfry, dziwne nazwy
i specyficzny sposób budowania programów od lat skutecznie odstra−
szają wielu chętnych.

Tu zdradzę Ci pewną tajemnicę, której zresztą wcale sam nie od−

kryłem. Oświecił mnie dawno temu znany podróżnik i poliglota, Zyg−
munt Broniarek, który w książce, o ile dobrze pamiętam, Jak zostać
poliglotą przeanalizował pewne interesujące zjawisko.

Gdy nie znamy jakieś obcego języka, a usłyszymy osobę, która go

używa, wydaje nam się, iż ten ktoś doskonale sobie radzi, że znako−
micie opanował język. Często przy okazji czujemy się gorsi, bo my
tego języka ani w ząb...

Latem 1981 roku sam czegoś takiego doświadczyłem, gdy po kil−

ku latach szkolnej nauki niemieckiego, przebywając w Wiedniu,

pomagałem Austriakom w przygotowaniach do pewnego kongresu.
Zostałem zagadnięty przez pewną delegatkę z Polski, która zapytała
mnie, gdzie tak dobrze nauczyłem się... polskiego.

Nie muszę chyba dodawać, że nie znając niemieckiego, wzięła

mnie za rodowitego Austriaka.

Tak. Bardzo często rzeczywistość jest zupełnie inna od naszych

wyobrażeń. Ktoś bardzo kiepsko sobie radzi z obcym językiem, le−
dwo porozumiewa się co najwyżej w zakresie najprostszych spraw
życia codziennego, a jego gramatyka jako żywo przypomina słynne
„Kali kochać Bwana Kubwa”. Ale my nie znając języka ni w ząb, nie
możemy tego odkryć i zweryfikować swego zachwytu dla jego
„umiejętności”.

Teraz przykład z przeciwnego bieguna. Gdy na ulicy jakiś obco−

krajowiec pyta o drogę i tylko jemu się wydaje, że mówi po polsku,
zapewne skwapliwie staramy się go zrozumieć i mu pomóc. Cieszy−
my się, że przynajmniej próbuje on mówić w obcym dla siebie, w na−
szym języku. Nie zwracamy uwagi na szczegóły, na gramatykę i cie−
szymy się, jeśli udało się osiągnąć główny cel – wymienić informacje
i rozwiązać jego problem.

Sobie stawiamy poprzeczkę bardzo wysoko, a elementarne umie−

jętności innych uważamy za wielkie osiągnięcie...

Czy Ty aby nie przyłapujesz się czasem na takim myśleniu?
Dokładnie takie same zjawisko dotyczy sztuki programowania.

Sami kładziemy sobie pod nogi kłody nie do przeskoczenia. Nie wia−
domo dlaczego wydaje nam się, że programista musi wiedzieć wszy−
stko o programowaniu. A wobec tego my, szare żuczki, nie mamy tu
żadnych szans...

A może przeszkodą jest inna przyczyna, w Twoim przekonaniu jak

najbardziej uzasadniona. Czy słyszałeś o różnych językach progra−
mowania, jak na przykład język maszynowy, asembler, Java, BASIC,
Visual Basic, Pascal, język C, C+, Visual C++, Delphi, JavaScript,
Perl, itd. Porażony taką mnogością myślisz sobie: gdzie mi do tego
wszystkiego... Co gorsza, próbowałeś − przejrzałeś kilka książek i ab−
solutnie nic z nich nie zrozumiałeś.

I to może być kolejna niepotrzebna bariera, którą sam sobie sta−

wiasz w głębi duszy.

Różnice między językami polskim, chińskim, węgierskim, hindi,

arabskim są rzeczywiście bardzo duże. Znajomość jednego tylko tro−
chę pomaga w poznaniu drugiego. I tego rodzaju wyobrażenie niepo−
trzebnie sobie utrwalamy, myśląc o językach programowania.

I tu mam dla Ciebie znakomitą wiadomość: z językami programo−

wania jest zupełnie inaczej, niż z językami używanymi przez ludzi.
Różnice między językami programowania należałoby raczej porów−
nać do dialektów. Dialekt mazurski, śląski, góralski czy kresowy

śś

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

Wrzesień 2002

Ośla łączka

mają specyficzne cechy, akcent, charakterystyczne wyrażenia, nie−
które zwroty niezrozumiałe dla postronnych, niemniej wszystkie są
odmianami języka polskiego. I właśnie tak trzeba podchodzić do języ−
ków programowania. Poznanie choćby jednego z nich daje dobre wy−
obrażenie o programowaniu w innych. Podstawowe zasady są takie sa−
me, różne są tylko sposoby zapisu i możliwości. A wykorzystywane
dziś powszechnie tak zwane programowanie obiektowe okazuje się
dodatkowym ułatwieniem, bo zadziwiająco wiele składników i cech
jest w różnych językach wręcz identycznych, o czym ku swemu wiel−
kiemu zdziwieniu zapewne za jakiś czas się przekonasz. Zapytasz wte−
dy, dlaczego tak proste sprawy opisuje się za pomocą tak odstraszają−
cych słów i pojęć? Być może nie będziesz mógł wyjść z podziwu, kto
i dlaczego wprowadził tak dziwną, odstraszającą terminologię.

Przypuszczam, że także i u Ciebie bariera psychologiczna odgry−

wa znaczną rolę. Jednocześnie jestem przekonany, że w ramach ni−
niejszego cyklu uwolnisz się od takich kompleksów. Dosłownie po−
prowadzę Cię za rękę. Nie obiecuję, że po kursie staniesz się zawo−
dowym programistą, ale na pewno stworzysz wiele programów, które
dadzą Ci niepomiernie dużo satysfakcji.

Jak zacząć?

Zapewniam Cię, że naprawdę nie trzeba mieć ogromnej wiedzy, by
programować. Ale też nie warto od razu porywać się z motyką na
słońce i realizować trudne zadania – programowanie wymaga prze−
stawienia się na nieco inny sposób myślenia, wnioskowania, analizy.
Warto zacząć od zadań łatwych, których wykonanie też sprawi nie−
wyobrażalnie wiele radości. I nie wszystko musi być od razu doszli−
fowane i zapięte na ostatni guzik. Sami programiści przyznają, że lep−
szy jest mało elegancki program, który działa, niż program napisany
z zachowaniem reguł sztuki programistycznej, który nie chce działać.

Zapewne narażę się tu sporej części klanu programistów, bo za−

chęcam Cię na początek do powierzchownego zapoznania się z pro−
gramowaniem, bez zrozumienia wielu istotnych spraw. Jestem jednak
przekonany, że takie początki Ci nie zaszkodzą i nie zdążysz nabrać
złych nawyków. Ośmielony kolejnymi sukcesami będziesz pogłębiać
swą wiedzę i umiejętności, a jeśli zechcesz, szybko staniesz się pro−
gramistą z prawdziwego zdarzenia.

Z doświadczenia wiem, że nauka „na sucho” nie byłaby dobrym

pomysłem. Aby wszystko poszło gładko, musisz mieć dostęp do
komputera PC.

Zakładam przy tym, że znasz podstawy posługiwania się kompu−

terem PC. Jeśli nie, szybko zapoznaj się z obsługą komputera; to na−
prawdę jest proste. Oczywiście przy realizacji ćwiczeń opisywanych
w kolejnych odcinkach zawsze możesz poprosić kogoś o pomoc. Je−
śli czegoś nie zrozumiesz, najpierw zapytaj znajomych, a jeśli nie
uzyskasz odpowiedzi, napisz do mnie.

Nie ma rady – programowania nie nauczysz się „na piechotę”. Je−

śli nie posiadasz komputera w domu, zorganizuj sobie dostęp do
choćby nawet podstarzałego PC−ta czy to w szkole, czy w pracy, czy
u kolegi. Co bardzo ważne, naprawdę nie musi to być nowoczesny,
kosztowny komputer, a wszystkie pomoce potrzebne w trakcie kursu
są dosłownie w zasięgu ręki, zarówno programy, jak i niezbędny
sprzęt. Do ćwiczeń będziemy wykorzystywać płytkę testową, która
stanie się podstawą całego cyklu fantastycznych ćwiczeń. Na foto−
grafii tytułowej masz dwie takie płytki z różnymi wyświetlaczami.
Na początek, dla zachęty pokażę Ci, jak to wygląda po nabraniu
wprawy. Program, którego listing jest zamieszczony na rysunku 1,
zamienia płytkę testową w miernik refleksu, pokazujący czas reakcji
na sygnał świetlny lub dźwiękowy z dokładnością 0,01s.

Tylko nie mów mi, że Ty nic z tego nie rozumiesz.
Wiem! Na razie nie musisz nic rozumieć. Czy naprawdę zupełnie

nie wierzysz we własne siły?

Napisanie takiego programu rzeczywiście wymaga pewnej wie−

dzy, wprawy i czasu. Będziemy się tego uczyć stopniowo. Z czasem

nauczysz się pisać takie i dużo dłuższe programy. Genialną zaletą
proponowanego rozwiązania jest możliwość błyskawicznego
wprowadzania zmian i poprawek. Tą ogromną zaletą jest brak
jakiegokolwiek programatora – by zaprogramować mikroprocesor,
wystarczy pięciożyłowy przewód, dołączony z jednej strony do portu
drukarkowego komputera, z drugiej do płytki testowej. Program dla
mikroprocesora pisze się na komputerze PC, z dużą pomocą pakietu
BASCOM. Samo zaprogramowanie procesora w płytce testowej trwa
około sekundy. Potem, bez odłączania wspomnianego kabla, można
sprawdzić w praktyce działanie programu. Jeśli cokolwiek nie gra,
trzeba wprowadzić poprawki w komputerze i w ciągu następnych kil−
ku sekund załadować do mikroprocesora poprawiony program.

Opracowałem też prościutki moduł, który pozwoli Ci zrealizować

mnóstwo własnych pomysłów – moduł pokazany jest na fotografii 1.
A do zaprogramowania samego mikroprocesora nie jest potrzebny ża−

Rys. 1

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

Wrzesień 2002

Ośla łączka

den skomplikowany pro−
gramator.

Wystarczy

sześciożyłowy kabelek
z podstawką na końcu,
dołączony do portu dru−
karkowego komputera
PC. Co ważne, zasilanie
pobierane jest też z kom−
putera PC. Taki prościut−
ki programator zoba−
czysz na fotografii 2.

Pokazuję Ci,

jak może wyglą−
dać Twoja przy−
szłość

mam

nadzieję, narobi−
łem Ci smaku na
taki sposób pracy.
Jeśli się nie prze−
straszysz, już nie−
długo samodziel−
nie będziesz reali−
zować takie i jeszcze trudniejsze programy. Potrzebną wiedzę stop−
niowo zdobędziesz w trakcie kursu.

Analizując potrzeby i możliwości, doszedłem jednak do wniosku,

że nie możemy zacząć od mikroprocesora i jego programowania. To
mógłby być skok w przepaść. Najpierw, w pierwszej części kursu musisz
choć troszkę opanować znany i popularny od wielu lat język programo−
wania – BASIC. Właśnie za jego pomocą najłatwiej będzie Ci poznać
podstawowe

pojęcia,

charakterystyczne dla
wszystkich

języków

programowania. Co bar−
dzo ważne, BASCOM,
którego będziemy uży−
wać do programowania,
jest dialektem języka
BASIC, ukierunkowa−
nym na programowanie
tak zwanych proceso−
rów jednoukładowych.
Na rysunkach 2 i 3
znajdziesz dwa zrzuty
ekranowe z ćwiczeń.

Dopiero po opano−

waniu podstaw języka
BASIC, przekażę Ci
w ogólnym zarysie
podstawowe informa−
cje o budowie mikro−
procesorów, które bę−
dziesz programować.
Dlatego druga część
cyklu poświęcona bę−
dzie omówieniu budo−
wy

procesorów,

a przynajmniej naj−
ważniejszych wiado−
mości o budowie na−
szego głównego boha−
tera – patrz rysunek 4.
I dopiero na tej bazie,

z wystarczającą pewnością
siebie, w trzeciej części
kursu zabierzesz się za pro−
gramowanie mikroproceso−
rów z wykorzystaniem pro−
gramu BASCOM, ściślej
BASCOM AVR. Zacznie−
my od najprostszych pro−
gramów – przykład masz

na rysunku 5.
A gdy z czasem
opanujesz progra−
mowanie proceso−
rów w

stopniu,

który uznasz za
wystarczający, mo−
żesz rozszerzyć za−
kres zaintereso−

wań i zająć się programowaniem komputerów PC za pomocą progra−
mu Visual Basic albo lepiej DELPHI. Ale to zupełnie inna historia.

A teraz mam do Ciebie serdeczną prośbę! Zastanów się, kto

z Twoich znajomych mógłby okazać zainteresowanie tematem pro−
gramowania mikroprocesorów. Podsuń takim osobom ten artykuł.
Daj im szansę, by zaczęli kurs od następnego numeru EdW.

Piotr Górecki

Rys. 4

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 5

Fot. 2

Fot. 1

Ośla łączka

125

Biblioteczka Praktyka

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

Wrzesień 2002

Na rysunku 1 pokazany jest układ wy−
prowadzeń bramek CMOS z wejściami
Schmitta, w tym kostek 40106, 4584 i
74HC14 o identycznym układzie wy−
prowadzeń. Podstawowe parametry
układów CMOS podane były w Biblio−
teczce Praktyka na poprzedniej wypra−
wie – patrz EdW 12/2001.

Skracanie, wydłużanie
i opóźnianie impulsów

Na poprzednich wyprawach zdobyliśmy
sporo wiedzy na temat różnych układów
impulsowych. Uporządkujmy tę wiedzę
w ramach ćwiczenia, wykorzystując
bramki „ze szmitem”. Właśnie bramki z
wejściem Schmitta doskonale nadają się
do różnorodnej „obróbki” impulsów.

Na pewno potrafisz skrócić impuls –

możesz wykorzystać obwód różniczku−
jący, poznany na wyprawie 2 (EdW
12/2000 i 1/2001). Przykłady masz na

rysunku 2. Łatwo też
opóźnić długi impuls za
pomocą obwodu całkują−
cego według rysunku 3.
Zauważ, że tu czas pier−
wotnego impulsu musi
być większy niż czas
opóźnienia, w przeciw−

nym wypadku im−
puls ten „zginie”.
Gdybyśmy chcieli
usunąć tę wadę,
musielibyśmy za−
stosować szereg
układów opóźniających o krót−
szych czasach opóźnienia we−
dług rysunku 4.

Możesz różnie opóźniać każde

ze zboczy w obwodach pokaza−
nych na rysunku 5. Aby wydłu−
żyć impuls, możemy wykorzy−
stać jeden z układów według ry−
sunku 5a, b. Zwykle lepiej jest

jednak zastosować układ według rysun−

ku 6, gdzie można wy−
korzystać „zwykłe elek−
trolity”. Aby w stanie
spoczynku pozostawały
pod napięciem, można je
włączyć według rysun−
ków 6b, 6d. W praktyce,
projektując tego typu
układy, trzeba zwrócić
uwagę, jak zachowają
się one tuż po włączeniu
zasilania – czy konden−
satory muszą się nałado−
wać, czy nie, i czy spo−
woduje to jakieś niepo−
żądane zjawiska w ukła−
dzie właśnie podczas
włączania zasilania.

W układach według

rysunku 6 impuls wyj−
ściowy zawsze będzie

dłuższy niż wejściowy – całkowity czas
będzie sumą czasu impulsu wejściowe−
go i czasu wyznaczonego przez obwód
RC. Jeśli natomiast impuls wyjściowy
ma mieć stałą wartość, niezależną od
impulsu wejściowego, można wykorzy−
stać klasyczne uniwibratory według ry−
sunku 7, które są wyzwalane zboczem
(rosnącym w układzie z bramkami
4001, opadającym − z bramkami 4011).

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

Rys. 5

Informacje dotyczące zestawu EdW−A06 do „Oślej łączki” znajdują się na stronie z Ofertą AVT.

Rys. 6

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

126

Ośla łączka

Ze względu na silne dodatnie sprzężenie
zwrotne można tu wykorzystać zwykłe
bramki NAND lub NOR. Ponieważ w
spoczynku kondensator pozostaje tu bez
napięcia, więc raczej nie powinien to
być „zwykły elektrolit”. Warto zwrócić
uwagę, że kolejne impulsy (zbocza)
przychodzące w czasie trwania impulsu
wyjściowego nie wywołują reakcji
układu. Inaczej mówiąc, nie przedłużają
czasu trwania impulsu.

Dedykowane układy scalone 4047,

4538, zależnie od układu połączeń, po−
zwalają zrealizować zarówno takie uni−
wibratory bez możliwości przedłużania,
jak i uniwibratory mające możliwość
przedłużania (z tzw. funkcją retrigger).

4047

Uniwersalny, precyzyjny układ czaso−
wy 4047, który poznałeś w ćwiczeniu
10, znakomicie nadaje się do wytwarza−
nia impulsów o czasach od pojedyn−
czych mikrosekund do kilku sekund.
Obwody współpracujące z elementami
RC zbudowane są podobnie, jak kla−
syczny generator dwubramkowy, jed−
nak dzięki specyficznym rozwiązaniom
nie jest potrzebny rezystor ograniczają−
cy prąd (RS), stosowany w klasycznym
rozwiązaniu. Z kostką 4047 mogą
współpracować tylko kondensatory nie−
biegunowe – nie można wykorzystać
„elektrolitów” ani zwykłych, ani tanta−
lowych. Aby uzyskać dobrą stabilność
temperaturową, koniecznie należy sto−
sować kondensatory i rezystory o wyso−
kich parametrach. W praktyce wystar−
czą popularne kondensatory foliowe
MKT i metalizowane rezystory, najle−
piej o 1−procentowej tolerancji. Rezy−
story o takiej tolerancji na pewno są me−
talizowane (a nie węglowe) i mają mały

współczynnik cieplny. Uzyskasz wtedy
stałość częstotliwości przy niezbyt du−
żych zmianach temperatury i napięcia
zasilania lepszą niż ±2%.

Kostka 4047 może pełnić rolę genera−

tora (przerzutnika astabilnego) albo uni−
wibratora (przerzutnika astabilnego).
Ma wiele wejść, które umożliwiają róż−
ne sposoby działania i wyzwalania.
Ważną cechą układu 4047 jest obecność
dzielnika wyjściowego i aż trzech wyjść.

Połączenia przy pracy w roli uniwi−

bratora pokazane są na rysunku 8. Nie
wykorzystujemy wtedy wyjścia OSC,
czyli nóżki 13, gdzie pojawiają się dwa
impulsy. Zawsze pobieramy sygnał z
wyjść Q i Q\, czyli nóżek 10, 11. Czas
trwania impulsu na tych wyjściach wy−
nosi: T = 2,48 RC

Podstawowe przykłady wykorzysta−

nia kostki 4047 w roli generatora poka−
zane są na rysunku 9. Można wtedy
wykorzystać wyjście oscylatora (OSC)
– nóżkę 13, gdzie generowany przebieg
ma okres: T = 2,2 RC

Na wyjściach Q i Q\ (n. 10, 11) dzię−

ki podzieleniu częstotliwości przez dwa
uzyskuje się przebieg prostokątny o
okresie: T = 4,4 RC przy czym współ−
czynnik wypełnienia wynosi idealnie
50% (wypełnienie na wyjściu OSC mo−
że nieco różnić się od 50%). Dla ścisło−

ści należy dodać, że pierwszy impuls
pojawiający się na wyjściach OSC i Q,
Q\ jest trochę dłuższy od pozostałych,
co nie ma zwykle praktycznego znacze−
nia.

4538

Na rysunku 10 znajdziesz rozkład wy−
prowadzeń i podstawowe układy pracy
kostki 4538, zawierającej dwa jednako−
we uniwibratory. W nawiasach podana
jest numeracja wyprowadzeń drugiego
uniwibratora. Nóżki 1 i 15 związane z
obwodem (szybkiego) rozładowywania
kondensatora mają być dołączone do
masy (nóżki 8). Warto wiedzieć, że w
spoczynku kondensator C jest w pełni
naładowany. Po wyzwoleniu jest szyb−
ko rozładowywany, a następnie ładuje
się

powoli

przez

rezystor

(4,7k

Ω

...1M

Ω

). Oznacza to, że w ukła−

dzie można śmiało stosować kondensa−
tory stałe (1nF...1

F), a także elektroli−

tyczne. W przypadku zwykłych, czyli
aluminiowych „elektrolitów” trzeba li−
czyć się z możliwością znacznych
zmian pojemności z czasem (efekt prze−
formowania i starzenia).

Wejście A pozwala wyzwalać uniwi−

brator zboczem dodatnim, przy czym na
wejściu B musi być przy tym stan wyso−
ki. Dzięki obwodowi Schmitta układ
zostanie poprawnie wyzwolony nawet
gdy przebieg na wejściu A rośnie bar−
dzo pomału. Uniwibrator można też wy−
zwolić zboczem ujemnym na wejściu B,
gdy na wejściu A panuje stan niski.

Czas impulsu wyjściowego wynosi

około T = RC.

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

Wrzesień 2002

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 9

Ośla łączka

127

Impuls wyjściowy można skrócić.

Przerzutnik zostaje doprowadzony do
stanu spoczynkowego przez podanie
stanu niskiego na wejście zerujące RST
(nózki 3, 13). Podczas normalnej pracy
wejścia RST są dołączone do plusa za−
silania.

W układzie z rysunku 10 kolejne im−

pulsy wyzwalające przedłużają czas im−
pulsu wyjściowego. Odpowiednie połą−
czenie jednego wyjścia z wejściem daje
uniwibrator bez możliwości przedłuża−
nia impulsu – połączenia i przebiegi po−
kazane są na rysunku 11.

Zalecany zakres czasów impulsu wy−

nosi od 10us do 10s (1M

Ω

, 10

F). Gdy

potrzebny jest długi impuls o ściśle
określonym czasie trwania, należy wy−
korzystać kondensatory tantalowe albo
zastosować uniwibrator z kostką 4541.
Jeśli pojemność kondensatora C prze−
kracza 10

F, warto zastosować diodę

chroniącą układ
w czasie wyłącza−
nia napięcia zasi−
lania, gdy C jest
naładowany. Spo−
sób

włączenia

diody pokazany
jest na rysunku
12. Przy zaleca−
nych

pojemno−

ściach w zakresie
1nF...10

F dioda

taka nie jest po−
trzebna.

Oprócz kostki 4538 produkowane są

też kostki 4528, 4089 pełniące taką sa−
mą funkcję i mające identyczny rozkład
wyprowadzeń. Różnią się one budową
wewnętrzną i zakresem czasów impul−
su. Choć często mogą być stosowane
wymiennie, najczęściej wykorzystuje−
my właśnie układ 4538.

4541

Układ scalony 4541 może pełnić funk−
cję generatora albo uniwibratora, wy−
twarzającego pojedyncze impulsy.

Uproszczony schemat wewnętrzny

i przykładowe przebiegi pokazane są na
rysunku 13. Bramki wejściowe związa−
ne z nóżkami 1, 2, 3 tworzą klasyczny
generator dwubramkowy, który jest
źródłem sygnału dla następnych stopni.
Współpracuje z nimi kondensator stały,
nie elektrolityczny. Kostka zawiera pro−
gramowany dzielnik, przez co łatwo
można uzyskać impulsy o długich i bar−
dzo długich czasach, w praktyce od 1 se−
kundy do kilkudziesięciu godzin.

Układ może zliczać impulsy z zewnę−

trznego generatora – należy je podać na
nóżkę 3, a nóżki 1 i 2 pozostawić nie−
podłączone.

Jeśli wejście AR − Auto Reset (nóż−

ka 5) jest zwarte do masy, po włączeniu
zasilania układ na pewno zostanie wyze−
rowany i rozpocznie prawidłowy cykl
pracy, o ile napięcie zasilania nie jest
mniejsze niż 7,5V (należy się jednak li−
czyć ze zwiększonym poborem prądu).
Dla napięć zasilania 3...7,5V układ auto−
zerowania może nie działać poprawnie.
W ogromnej większości przypadków
wejście AR jest dołączone do plusa za−
silania i wtedy układ pracuje w pełnym
zakresie napięć zasilania (3...18V), a po−
bór prądu jest minimalny.

Wejście SEL (nóżka 9) określa stan

wyjścia Q w czasie zerowania i po wyze−
rowaniu. W trybie uniwibratora pozwala
uzyskać impulsy wyjściowe dodatnie
lub ujemne, a w trybie sterowanego ge−
neratora określa stan spoczynkowy wyj−
ścia w czasie zerowania. Wejścia A, B
(nóżki 12, 13) określają stopień podziału
wewnętrznego licznika. Wejście MODE
(nóżka 10) wyznacza tryb pracy: genera−
tor/uniwibrator.

Choć układ wygląda na skomplikowa−

ny, zasada pracy jest prosta: podanie sta−
nu wysokiego na wejście MR zatrzymuje
oscylator i zeruje liczniki. Na wyjściu po−
jawia się stan taki, jak na wejściu SEL.
Pojawienie się stanu niskiego na wejściu
MR rozpoczyna pracę. W trybie generato−
ra (MODE=H) na wyjściu Q pojawia się
przebieg prostokątny o częstotliwości
określonej przez elementy RC oscylatora
i współczynnik podziału licznika, jak poka−
zuje rysunek 13b. W trybie uniwibratora

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

Wrzesień 2002

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

Rys. 10

Rys. 11

Rys. 12

128

Ośla łączka

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

Wrzesień 2002

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

(MODE=L) na wyjściu pojawia się poje−
dynczy impuls. Jego czas trwania, inaczej
niż w poprzednio omawianych uniwibra−
torach, jest sumą czasu trwania impulsu
zerującego i czasu potrzebnego na zlicze−
nie wyznaczonej liczby impulsów oscyla−
tora, jak pokazuje rysunek 13c.

Okres jednego przebiegu oscylatora

jest wyznaczony głównie przez wartość
R

i C (dołączonych do nóżek 1, 2)

i wynosi około T = 2,3 R

Współczynnik podziału dzielnika

wyznaczają stany na wejściach A, B
(nóżki 12, 13):

W trybie generatora

okres przebiegu wyj−
ściowego jest równy
iloczynowi

okresu

oscylatora i podanego
współczynnika. Uwa−
ga, czas trwania impulsu w trybie uni−
wibratora jest równy połowie okresu
przebiegu wyjściowego w trybie gene−
ratora. Praktyczne sposoby wykorzy−
stania tego układu 4541 zostały przed−
stawione w ćwiczeniu 11.

4046

W rodzinie CMOS
4000 znajdziesz nad
wyraz interesującą kostkę, zawierającą
generator – układ 4046.

W zasadzie jest to tak zwana pętla fa−

zowa – dość skomplikowany układ sto−
sowany kiedyś w obwodach syntezy
częstotliwości. Blokowy schemat ukła−
du 4046 pokazany jest na rysunku 14a.

Na razie możemy zachowywać się

jak profani. Nie bacząc na szczytne
przeznaczenie układu 4046, będziemy
wykorzystywać tylko jego część – gene−
rator przestrajany napięciem, oznaczany
VCO od angielskiego określenia Volta−
ge Controlled Oscillator.

Jak wskazuje rysunek 14b, stan wy−

soki podany na wejście INH (inhibit −

wstrzymanie) pozwala zatrzymać genera−
tor VCO. Stan niski umożliwia pracę. Na−
pięcie na wejściu sterującym VCO IN
(nóżka 9) wyznacza aktualną częstotli−
wość. Czym wyższe napięcie, tym wyższa
częstotliwość. Napięcie sterujące może
zmieniać się od zera (masa) do pełnego na−
pięcia zasilania. Gdy brak R2 (nóżka 12
niepodłączona), częstotliwość można
zmieniać od zera do tak obliczonej często−
tliwości maksymalnej. Maksymalną czę−
stotliwość generatora wyznaczają wtedy
kondensator C i rezystor R1. Częstotli−
wość ta wynosi około f

= 1 / (R1*C).

Rezystor R2 pozwala zmniejszyć za−

kres zmian częstotliwości – wyznacza
częstotliwość minimalną wynoszącą
około fmin = 1 / (R2*C)

Obecność R2 ma też wpływ na czę−

stotliwość maksymalną. Częstotliwość
maksymalna z rezystorem R2 wynosi
fmax = fmin + f

Podane wzory są orientacyjne – ze

względu na specyfikę układu obliczone
wartości częstotliwości mogą się znacz−
nie różnić od rzeczywistych.

W układzie należy zastosować kon−

densator stały. Zalecany zakres wartości
elementów to C – 100pF...1uF, R1,R2 –
10k

Ω

...1M

Ω

Pozostałe obwody kostki 4046,

w tym dioda Zenera, nie są zwykle
wykorzystywane. Nie musisz rozu−
mieć ich działania. Aby jednak nie
zwiększać poboru prądu, koniecznie
musimy dołączyć nieużywane wejścia
3 i 14 do masy albo do plusa zasilania.
Nieużywane wyjścia trzeba pozosta−
wić niepodłączone (nóżki 1, 2, 10, 13
i 15).

W razie potrzeby można wykorzy−

stać jeden z zawartych w kostce detek−
torów fazy, który w istocie jest tak zwa−
ną bramką EX−OR. Wejściami są nóżki
3, 14, wyjściem − nóżka 2. Wykorzysta−
liśmy to w ćwiczeniu 13, gdzie dzięki
dołączeniu nóżki 14 do plusa zasilania
bramka EX−OR pełni rolę negatora
(nóżki 3 − 2).

Piotr Górecki

Rys. 13

A B podział

0 0 8192

0 1 1024
1 0

256

1 1 65536

Rys. 14

Przy pierwszym kontakcie z narzędziami do
projektowania płytek zawartymi w Protelu,
możesz poczuć się wręcz zagubiony. Jeśli
nigdy nie projektowałeś płytek, mnóstwo
możliwości i niezrozumiałych właściwości
jest w stanie skutecznie Cię przerazić i znie−
chęcić do dalszego zajmowania się tematem.
Także osobom przyzwyczajonym do prost−
szych programów (Autotrax, Trax Maker)
domyślne ustawienia ręcznego trasowania
ścieżek i sygnalizacja błędów Protela wydają
się co najmniej dziwne i zniechęcają. Niejed−
nokrotnie spotkałem się z opinią, że ten cały
Protel jest niby dobry, ale ja wolę po stare−
mu, w Autotraxie.

Wcale się nie dziwię takim reakcjom. Pro−

tel „ustawiony” jest pod skomplikowane pro−
jekty i wielowarstwowe płytki – to bardzo po−
tężne narzędzie, przeznaczone do realizacji
skomplikowanych celów, w którym kolosalną
rolę odgrywa daleko posunięta automatyzacja.
Końcowym efektem pracy projektanta są licz−
ne pliki z danymi. Jedne przeznaczone są dla
wytwórców płytek (do wykonania klisz, do
wiercenia otworów), inne dla działu zaopatrze−
nia (wykazy elementów), jeszcze inne będą
sterować automatami montującymi elementy
oraz testującymi płytki i gotowe moduły.

Tymczasem Autotrax czy Trax Maker czę−

sto wykorzystywane są do projektowania pły−
tek „na piechotę”, bez netlisty, wprost ze
schematu ideowego na kartce. Projektant sam
musi wszystkiego dopilnować, w szczególno−
ści zapewnić zgodność ze schematem ideo−
wym. Efektem pracy jest dokonany na dru−
karce wydruk ścieżek oraz wydruk warstwy
opisu. Płytka wykonywana jest potem w wa−
runkach amatorskich albo prostymi metodami
chemicznymi, albo nawet metodą ręcznego
malowania ścieżek i punktów. Tylko w przy−
padku układów najprostszych taki sposób ma
jako taką rację bytu. Jeśli chcesz projektować
płytki w ten sposób, „na piechotę”, raz na za−

wsze zapomnij o Protelu – skorzystaj z Easy−
traxa, Autotraxa czy Trax Makera. Próba wy−
korzystania Protela do opisanej dłubaniny na−
prawdę nie ma sensu, a właściwości i mnóst−
wo opcji Protela tylko utrudnią taką zabawę.
Jeśli jednak chcesz nauczyć się projektowania
płytek w sposób zgodny z ogólnie przyjętymi
regułami, Protel znakomicie ułatwi Ci zada−
nie. To wszystko, co Cię na początku prze−
straszy, zdziwi i zirytuje, przy bliższym po−
znaniu okaże się znakomitą pomocą w reali−
zacji celu. Kluczem do problemu jest wiedza
– musisz dobrze zrozumieć, dlaczego Protel
reaguje tak, a nie inaczej: dlaczego chce pro−
wadzić ścieżki w dziwny sposób, dlaczego
nie pozwala poprowadzić ich w pewnych
miejscach i dlaczego podświetla niektóre
miejsca jaskrawymi kolorami, sygnalizując
błąd. To nie są zachcianki Protela, tylko jego
troska o poprawność projektu. Protel na pew−
no nie jest złośliwy – reaguje, bo został tak
ustawiony. Cały problem początkujących po−
lega na tym, że nie rozumieją kluczowych za−
sad, możliwości i znaczenia poszczególnych
ustawień. Tymczasem wspominane ustawie−
nia można zmienić, a nawet powyłączać.
Szczerze mówiąc, można wyłączyć zaawan−
sowane opcje Protela, by zachowywał się nie−
mal jak stary Autotrax. Wierz mi – nie ma to
sensu. Jak najbardziej warto zrozumieć i wy−
korzystać możliwości Protela. Jeśli dobrze
zrozumiesz poszczególne opcje programu,
docenisz je i naprawdę będą one znakomitą
pomocą w pracy. Nastaw się więc pozytywnie
do Protela, nawet jeśli Ty lub ktoś ze znajo−
mych ma negatywne wrażenia z pierwszego
kontaktu z jego narzędziami do projektowa−
nia płytek. Szczegółami zajmiemy się
później, a na razie muszę omówić drugi po−
ważny problem – problem bibliotek.

W przypadku bibliotek „schematowych”

sprawa jest prostsza, a problem sprowadza
się do estetyki oraz możliwości symulacji.

Z „płytkowymi” elementami bibliotecznymi
rzecz jest znacznie poważniejsza. Jak być
może wiesz, standardowe elementy biblio−
teczne przeznaczone są do projektowania
płytek co najmniej dwustronnych.

Może tu zapytasz, jak wygląda płytka wię−

cej niż dwustronna, na przykład czterostron−
na. Masz rację, sformułowanie płytka jedno−
stronna i płytka dwustronna są nieprecyzyjne,
ale za to często używane. Na rysunkach 1 i 2
są pokazane w uproszczeniu płytka jedno−
stronna (tylko Bottom Layer) i dwustronna
(Bottom i Top Layer). Prawdziwie jedno−
stronna jest z definicji np. wstęga Moebiusa.
Tak naprawdę, każda klasyczna płytka jest
dwustronna (strona elementów i strona luto−
wania) – płytki różnią się tylko liczbą warstw
miedzi (copper layers). Zasadniczo powinni−
śmy mówić o płytkach n−warstwowych, a nie
n−stronnych, ale to nieistotny szczegół – ja
nadal będę używał określeń nie do końca pre−
cyzyjnych, za to powszechnie używanych.

Czy widziałeś z bliska płytkę wielowar−

stwową? Prawdopodobnie widziałeś, tylko
nie zwróciłeś uwagi – na przykład płytki
wielowarstwowe są powszechnie wykorzy−
stywane w komputerach jako płyty główne
(Motherboard). Rysunek 3 pokazuje przekrój

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

Wrzesień 2002

Rys. 1

Rys. 2

Spotkanie 6

Do tej pory zajmowaliśmy się schematami ideo−
wymi, bibliotekami „schematowymi” oraz po−
bieżnie kwestią symulacji. Najwyższa pora zająć
się projektowaniem płytek drukowanych. Zanim
jednak przejdziemy do szczegółów technicznych,
muszę Ci dokładnie wytłumaczyć, dlaczego ko−

niecznie trzeba stworzyć nowe biblioteki albo
zmodyfikować oryginalne. Mógłbym „pójść na
skróty” i zaprezentować Ci szybko procedury au−
tomatycznego projektowania z wykorzystaniem
domyślnych ustawień Protela. Uzyskałbyś szybko
eleganckie projekty płytek, ale... wpuściłbym Cię

na potężną minę. Na pewno nie wykonałbyś ta−
kich płytek w warunkach domowych, a montaż
na płytkach wykonanych w zakładzie usługowym
przysporzyłby Ci wiele kłopotów. Dlatego nie
zlekceważ podanego materiału, dokładnie się
z nim zapoznaj i zrealizuj podane zalecenia.

płytki ośmiowarstwowej, w której oprócz stan−
dardowych warstw Top i Bottom, mamy cztery
warstwy wewnętrzne i dwie płaszczyzny zasi−
lania (Power Plane). Protel, niesamowicie po−
tężne narzędzie, pozwala projektować nawet
płytki 48−warstwowe (aż tak rozbudowanych
płytek w praktyce się nie spotyka). W Protelu
masz do dyspozycji 32 warstwy sygnałowe:
Top Layer, Bottom Layer i 30 warstw wewnę−
trznych (Mid Layers), a do tego 16 wewnętrz−
nych płaszczyzn zasilania (tzw. Power Planes).

W elementach ze standardowych bibliotek

Protela typowy okrągły punkt lutowniczy ma
średnicę 62 milsów, czyli mniej niż 1,6mm.
Tak małe punkty lutownicze umożliwiają
przeprowadzenie ścieżki o szerokości 12...13
milsów między nóżkami układu scalonego,
gwarantując odstępy izolacyjne o szerokości
co najmniej 12 milsów. Wygląda to bardzo
zachęcająco, jak pokazuje rysunek 4.

Mam nadzieję, że już widzisz problem.

Bubloteki?

Jeśli mamy płytkę co najmniej dwuwarstwo−
wą z metalizowanymi otworami (według ry−
sunku 2), możemy pozwolić sobie na niewiel−
kie punkty lutownicze. Taki „dwustronny”
punkt lutowniczy z metalizowanym otworem
zachowuje się jak nit i jest doskonale związany
z płytką. W przypadku płytki najprostszej,
z jedną warstwą miedzi (rysunek 1), mały
punkt lutowniczy nie trzyma się dobrze i może
zostać łatwo uszkodzony (odklejony, odpalony)
podczas lutowania. Być może już miałeś do
czynienia z odklejającymi się punktami lutow−
niczymi. Oprócz powierzchni punktu, duże
znaczenie mają tu: rodzaj podłoża (epoksyd,
papier) i siła adhezji miedzi i podłoża, która jest
różna dla płytek poszczególnych producentów.

Sprawa odklejania punktów lutowniczych pod−
czas lutowania to naprawdę poważny problem
w przypadku płytek „jednostronnych”. Pracow−
nicy Działu Serwisowego AVT mogliby Ci dłu−
go opowiadać na temat nieumiejętnego lutowa−
nia i odpalania punktów lutowniczych przez
początkujących, zwłaszcza tych, którzy wyko−
rzystują lutownice transformatorowe. Problem
dotyczy jednak nie tylko początkujących – ma−
łe punkty na płytce jednostronnej naprawdę ła−
two mogą ulec odklejeniu i uszkodzeniu czy to
podczas montażu, czy później przy wstrząsach
urządzenia. Dlatego projektując płytki „jed−
nostronne”, obowiązkowo trzeba stosować
elementy biblioteczne o większych punktach
lutowniczych. Różnicę już na pierwszy rzut
oka widać na rysunku 5. Standardowe elemen−
ty z bibliotek Protela mają okrągłe punkty o śre−
dnicy 62 milsów (1,575mm) i otwory 35mil
(0,9mm), natomiast te „tłuściejsze” mają punk−
ty o średnicach 80mil (2,03mm) i 85mil
(2,16mm) oraz otwór 32mil (0,8mm). Różnica
w powierzchni miedzi jest ogromna: dla „stan−
dardowego” punktu 62/35mil powierzchnia
punktu po odliczeniu otworu wynosi 1,33mm

dla 80/32mil – 3,61mm

, dla 85/32 – 4,14mm

Porównaj te liczby – komentarz jest chyba
zbędny. Znam paru elektroników, którzy „za−
chłysnęli” się możliwościami Protela, ale nie
dopilnowali problemu wielkości punktów i gru−
bości ścieżek na płytkach jednostronnych –
przysporzyli sobie i innym dużo kłopotów.

Jeśli zamierzasz projektować płytki jedno−

stronne, musisz postarać się o elementy bi−
blioteczne z odpowiednio „tłustymi” punkta−
mi. Albo przerobisz oryginalne biblioteki, albo
stworzysz nowe od podstaw, albo wreszcie
ktoś Ci takowe udostępni. I tu masz pierwsze
bardzo ważne zadanie: stworzenie albo dosto−
sowanie bibliotek do potrzeb druku jedno−
stronnego. Nie jest to zbyt dobra wiadomość
z kilku względów. Nie chodzi tylko o przerób−
kę – można jednorazowo przerobić biblioteki
albo lepiej stworzyć jedną, nową, przeznaczo−
ną dla płytek jednostronnych. Ale jest tu je−
szcze jeden problem, którego nie możemy po−
minąć. Jak pokazują poprzednie rysunki, po−
między sąsiednimi wyprowadzeniami „stan−
dardowego” układu scalonego można śmiało
poprowadzić ścieżkę. Nie da się tego zrobić

w przypadku okrągłych punktów o średnicy 80
czy 85 milsów. To jest poważny problem przy
automatycznym projektowaniu druku: stosując
takie „tłuste” punkty, utrudnisz albo nawet
uniemożliwisz automatyczne zaprojektowanie
druku na takich jednostronnych płytkach.

Zwiększenie średnicy pól lutowniczych

typowych elementów dyskretnych (rezysto−
rów, kondensatorów, diod i tranzystorów) nie
sprawi kłopotów. W przypadku układów sca−
lonych trzeba wziąć pod uwagę dodatkowe
ograniczenia. W typowych przypadkach za−
lecam, żebyś stosował punkty typu zaokrą−
glony prostokąt – Rounded Rectangle o sze−
rokości 80mil i długości 100mil. Ich po−
wierzchnia jest duża i wierz mi, z takimi du−
żymi punktami nie ma kłopotów podczas lu−
towania, nie odklejają się. Gorzej jest pod−
czas automatycznego projektowania: jeśli
wykorzystasz biblioteki z układami scalony−
mi punktami rounded rectangle 80x100mil,
automat nie poprowadzi żadnej ścieżki mię−
dzy ich nóżkami. A taki zabieg w przypadku
płytek jednostronnych często jest wręcz ko−
nieczny. Przy ręcznym trasowaniu ścieżek
można ręcznie zmienić dwa sąsiednie punkty
z 80x100 na 63x125 i poprowadzić między
nimi ścieżkę 12 lub 13mil, jak pokazuje ry−
sunek 6. W przypadku projektowania auto−
matycznego wypadałoby zastosować układy
scalone ze wszystkimi punktami 63x125.

Zasygnalizowałem Ci poważny problem

związany z płytkami jednostronnymi. Jeśli pla−
nujesz takowe projektować, koniecznie musisz
stworzyć oddzielną bibliotekę. I to jest zadanie
na najbliższy miesiąc. Przejrzyj najpierw
wszystkie oryginalne biblioteki Protela (...\De−
signExplorer99SE\Library\PCB...). Stwórz
oddzielną bibliotekę najczęściej używanych
elementów z „tłustymi” punktami lutowniczy−
mi. Zasady są tu analogiczne, jak w przypadku
bibliotek „schematowych”: możesz kopiować
biblioteki, elementy między bibliotekami i do−
wolnie je modyfikować. Wbrew pozorom,
tych najpopularniejszych elementów wcale nie
jest dużo. Na naszej stronie internetowej znaj−
dziesz przykład takiej biblioteki, przekon−
wertowanej z Autotraxa. W swojej możesz
śmiało zastosować jeszcze większe punkty.

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

Wrzesień 2002

Rys. 6

Rys. 5

Rys. 3

Rys. 4

Do czego to służy?

Przedstawiony w artykule układ może pełnić
funkcję sygnalizatora lub czujnika zbliżenia
w urządzeniach alarmowych, systemach au−
tomatycznego sterowania, itp.

W niektórych przypadkach może on za−

stąpić fabryczne pasywne czujki podczerwie−
ni oraz tory podczerwieni aktywnej.

Jak to działa?

Zasada działania jest podobna do pracy rada−
ru albo sonaru: urządzenie wysyła impulsy
promieniowania podczerwonego, gdy dosta−
tecznie blisko znajdzie się jakiś obiekt; fala
odbija się od niego i odbiornik ją wychwytu−
je. Układ posiada więc tę zaletę, że nie trze−
ba stosować nadajnika i odbiornika umie−
szczonych naprzeciw siebie, co zwykle wy−
maga przeciągania dodatkowych kabli; po−
siada zwartą i jednolitą budowę. Schemat
ideowy przedstawiony jest na rysunku 1.

Generator zbudowany na bramce U2B i ele−
mentach C1R5 wytwarza przebieg prostokąt−
ny o częstotliwości ok. 2Hz. Przy każdym
narastającym zboczu na czas wyznaczony
wartościami elementów C2R1 załącza się
drugi generator na bramce U2A.

Na jego wyjściu (nóżka 3 U2) otrzymuje−

my przebieg o częstotliwości 36kHz. Z taką
częstotliwością jest kluczowana, przez czas
1ms i przerwą 0,5s, dioda nadawcza D1. Sca−
lony odbiornik podczerwieni TFMS5360
(U1) reaguje tylko na promieniowanie o czę−
stotliwości nośnej f=36kHz, a więc jest mało
prawdopodobne, że pracę układu coś zakłóci,
chyba że w jego pobliżu znajdują się pracują−
ce właśnie na tej częstotliwości piloty. Układ
TFMS5360 charakteryzuje się bardzo dużą
czułością, nawet na falę odbitą. Aby dostoso−
wać czułość, a tym samym próg zadziałania
układu, należy zmienić natężenie promienio−
wania diody D1. Najprościej tego dokonać
zwiększając lub zmniejszając prąd płynący

przez nią za pomocą potencjometru PR2. Na
wyjściu kostki U1 zastosowany został tranzy−
stor NPN w układzie ze wspólnym emiterem
i rezystorem podciągającym do plusa zasila−
nia o wartości 100k

Ω

. Podczas spoczynku

występuje na tym wyjściu stan wysoki, nato−
miast w stanie aktywnym jest tam potencjał
masy. Między wyjście a plus włączony został
kondensator C4.

Ciąg dalszy na stronie 59.

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

Wrzesień 2002

Rys. 1 Schemat ideowy

Komplet podzespołów z płytką

jest dostępny w sieci handlo−

wej AVT jako kit szkolny

AVT−2641

Wykaz elementów

Rezystory

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

Ω

R22,,R

R44,,R

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,77kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1155kk

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600kk

Ω

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

Ω

Kondensatory

C11,,C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..882200ppFF
C

C44,,C

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

Półprzewodniki

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTFFM

S 55336600 ((TTS

P 11773366))

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44009933

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

C555588

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa IIR

REED

D nnaaddaaw

wcczzaa

Inne

bbuuzzzzeerr 66V

V ddoo ddrruukkuu

Ciąg dalszy ze stronye 51.

Gdy układ U1 odbiera sygnał IRED, jest

szybko ładowany, a gdy sygnał zanika, po−
woli się rozładowuje przez wewnętrzny re−
zystor w kostce U1. Przez ten czas na wyj−
ściu bramki U2C panuje stan wysoki.
W konsekwencji tego na wyjściu bramki
U2D występuje odwrócony sygnał z genera−
tora na bramce U2B i buzzer B1 zostaje za−
łączany do plusa poprzez tranzystor T1.
Rozpoczyna się wtedy sygnalizacja zbliże−
nia obiektu. Układ powinien być zasilany
napięciem stałym 5V. Gdy nie ma możliwo−
ści skorzystania z zasilacza sieciowego,
można zastosować trzy ogniwa 1,5V dające
w sumie napięcie 4,5V. W przypadku, gdy
nie zależy nam na akustycznej sygnalizacji,
możemy nie montować brzęczyka i wyko−

rzystać przebieg z kolektora T1 do dalszego
przetworzenia.

Montaż i uruchomienie

Układ montujemy na płytce przedstawionej
na rysunku 2. W pierwszej kolejności mon−
tujemy rezystory, następnie kondensatory
i tranzystory. Gdy układ będzie umieszczo−
ny w obudowie, należy wyprowadzić na ze−
wnątrz diodę nadawczą oraz odbiornik U1.
Dioda musi być umieszczona w nieprzezro−
czystej rurce, której wylot musi się znajdo−
wać 1cm powyżej obiektywu odbiornika,
tak aby jej światło nie padało bezpośrednio
na odbiornik. Rurkę można wykonać np.
z metalowej osłonki wtyku jack, którą wy−
pełniamy klejem termoplastycznym po
uprzednim umieszczeniu diody nadawczej
w jej wnętrzu.

Piotr Wójtowicz

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

Wrzesień 2002

Rys. 2 Schemat montażowy

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

Wrzesień 2002

Do czego to służy?

Po opublikowaniu w EdW 7/2002 opisu wy−
konania odbiornika CB na bazie kitu
AVT−2347 dział handlowy AVT został zasy−
pany lawiną zamówień na układ scalony
MC1248. Wymieniony układ scalony Moto−
roli jest generatorem, który − po dołączeniu
obwodu rezonansowego LC i kilku dodatko−
wych kondensatorów − daje na wyjściu sy−
gnał sinusoidalny o maksymalnej częstotli−
wości dochodzącej do 1GHz.

Niestety, układ ten jest trudny do nabycia

i dość drogi. Z nieco gorszym rezultatem, ale
za to na tanich, popularnych tranzystorach
BC, można zbudować generator przestrajany,
który będzie także w stanie współpracować
z kitem AVT−2347.

W zasadzie nie trzeba wymyślać nic no−

wego, a cofnąć się do wcześniejszych publi−
kacji na łamach EP. Układem, który aż prosi
się o zaadaptowanie go do ww. odbiornika
jest kit AVT−228 (generator przestrajany
VF0, opisywany w EP9/95). Choć ostatnio
skończyły się zapasy magazynowe płytek
drukowanych do tego kitu, to można liczyć,
że przy większym zainteresowaniu pojawią
się ponownie w sieci handlowej AVT.

Choć zakres częstotliwości generatora

AVT−228 wynosił od 5,0 do 5,5MHz, to po
zmianie częstotliwości rezonansowej LC mo−
że pracować w zakresie CB.

Jak to działa?

Schemat ideowy zmodyfikowanej wersji ge−
neratora przedstawiono na rysunku 1.

Zasadniczym elementem układu jest ge−

nerator na tranzystorze T1 pracujący w ukła−
dzie Seilera. Przy wyższych częstotliwo−
ściach, tzn. w zakresie VHF czy UHF, wska−
zane jest zastosowanie lepszych tranzysto−
rów w.cz., np. BF199, i zmniejszenie warto−
ści obwodu LC. Kondensatory C6 C7 tworzą
dzielnik pojemnościowy, zamykając pętlę
dodatniego sprzężenia zwrotnego, niezbędną

do wytworzenia drgań. Obwód rezonansowy,
mający zasadniczy wpływ na częstotliwość
wyjściową, tworzy cewka L1 oraz kondensa−
tor C4. Częstotliwość wyjściowa jest więk−
sza, niż to wynika z pierwotnie zastosowa−
nych elementów LC, ponieważ została
zmniejszona wartość indukcyjności cewki L1
oraz pojemności kondensatora C4. Pomimo
że jako indukcyjność L1 wykorzystano popu−
larną cewkę obwodu częstotliwości różnico−
wej o oznaczeniu 440, która posiada induk−
cyjność 3,7

H, to po zamianie rdzenia ferry−

towego na aluminiowy wraz ze zmniejszony−
mi zewnętrznymi kondensatorami ma rezo−
nans na częstotliwości około 27MHz. Podob−
ny efekt uzyskuje się po zamianie filtru 440
na filtr o oznaczeniu 514 (indukcyjność
0,7

H; filtr ten jest użyty w modelu prezen−

towanym na fotografii).

Częstotliwość pierwotnego generatora była

regulowana za pośrednictwem kondensatora
C1 o wartości 45pF, składającego się z trzech

sekcji równolegle połączonych ze sobą kon−
densatorów po 15pF. Taki kondensator z prze−
kładnią zębatą 1:1,5 produkcji Eltra (stosowa−
ny w głowicach w.cz. w radioodbiornikach)
jest już nieosiągalny na rynku (czasem można
spotkać pojedyncze egzemplarze na różnych
giełdach czy wyprzedażach). Z tego też
względu rezygnujemy z tego elementu stroje−
nia, a pozostawiamy strojenie elektroniczne.

Dioda pojemnościowa D1 (wraz z szere−

gowym kondensatorem separującym C2)
tworząca obwód dokładnego dostrojenia, tak
zwany precyzer czy RIT, jest teraz jedynym
elementem strojenia.

Zakres przestrajania generatora za pomocą

potencjometru R14 (w dwóch skrajnych pozy−
cjach) jest wystarczający do pokrycia całego
zakresu CB, nawet z zapasem. Ważne jest pre−
cyzyjne ustawienie napięcia na diodzie za po−
mocą dobrej jakości potencjometru.

Sygnał z wyjścia generatora, poprzez kon−

densator sprzęgający C8, jest skierowany na
separator w postaci wtórnika emiterowego

Rys. 1 Schemat ideowy

−

zrealizowanego na tranzystorze T2. Bezpo−
średnio po tym wtórniku następują dwa do−
datkowe stopnie. Jeden, identyczny jak wy−
żej separator z tranzystorem T4, to układ
przystosowany do sterowania cyfrowej skali
częstotliwości, zaś drugi, wnoszący jeszcze
niewielkie wzmocnienie, podaje sygnał na
wejścia układów TCA440, czyli na mieszacz
odbiornika.

Zadaniem układu scalonego US1 jest

stabilizacja napięcia zasilania generatora
oraz zasilania diody pojemnościowej. Pa−
rametry te mają duże znaczenie w uzyska−
niu stabilnej częstotliwości. Stabilizacja ta−
ka jest niezbędna, nawet jeśli główne na−
pięcie zasilania będzie również stabilizo−
wane. Na stabilność częstotliwości ma tak−
że wpływ jakość zastosowanych kondensa−
torów C1...C8 (głównie C4), stabilność
cewki L1, a także − nie mniej ważna − sta−
bilność mechaniczna. Płytka z generato−
rem, a szczególnie cewka L1, nie mogą być
narażone na drgania, wstrząsy i wpływ po−
la magnetycznego transformatora siecio−
wego czy głośnika.

Montaż i uruchomienie

Układ generatora można zmontować na płyt−
ce drukowanej o wymiarach 40x50mm
przedstawionej na wkładce. Na rysunku 2
pokazano rozmieszczenie elementów.

Po zmontowaniu układu należy sprawdzić

na jego wyjściu częstotliwość, amplitudę
oraz kształt sygnału. Przydatny jest tutaj
oscyloskop lub choćby sonda w.cz. oraz,
obowiązkowo, miernik częstotliwości.

Regulacja generatora polega na takim do−

braniu elementów LC, aby w dwóch skraj−
nych położeniach potencjometru uzyskać
wymaganą częstotliwość. Częstotliwość ta
w przypadku odbiornika kitu AVT−2347 po−
winna być niższa lub wyższa od częstotliwo−
ści odbieranej o wartość częstotliwości po−
średniej, czyli 455kHz.

Warto dodać, że układ można dostosować

nie tylko do dopuszczonego do eksploatacji
w Polsce pasma 26,960−27,405MHz, lecz do
całego zakresu CB z zapasem, czyli 26−
28MHz.

Jeżeli nie uda nam się za pierwszym ra−

zem zestroić układu po usunięciu rdzenia
z cewki L1, to należy wyciągnąć właściwy
wniosek, co robić dalej. Komuś, kto nigdy
nie miał do czynienia z obwodami w.cz., mo−
że taka regulacja sprawić nieco kłopotu, dla−
tego poniżej podajemy kilka najważniejszych
wskazówek, które będą pomocne w urucha−
mianiu nie tylko tego obwodu.

Podwyższenie częstotliwości generatora

można osiągnąć na kilka sposobów, poprzez:
− wykręcenie rdzenia ferrytowego z korpusu
uzwojenia L1 lub skrócenia pręcika ferryto−
wego w oprawce,
− wkręcenie rdzenia z materiału diamagne−
tycznego, np. z mosiądzu lub aluminium (do−
pasować średnicę i skok gwintu),
− zmniejszenie liczby zwojów cewki L1; jeżeli
cewkę L1 uzyskaliśmy poprzez własnoręczne
przewinięcie innego obwodu 7x7, to po zdję−
ciu starej cewki należy nawinąć nową, o dobra−
nej liczbie zwojów (8−12 zwojów DNE 0,2),
− zmniejszenie pojemności kondensatorów
C6 i C7,
− podwyższenie napięcia zasilającego diodę
pojemnościową D1.

Obniżenie częstotliwości nastąpi przy ope−

racjach przeciwnych do wyżej wymienionych
(zwiększenie pojemności, liczby zwojów...).

W generatorze modelowym w końcowej

fazie montażu autor wymienił oryginalne
stosowane w kicie kondensatory ceramicz−
ne 180pF na monolityczne 100pF koloru
czarnego i z literką „J“, co zdecydowanie
poprawiło stabilność częstotliwości (rów−
nież w miejsce kondensatora C2 lepszy oka−
zał się kondensator monolityczny 100pF).

Po zmierzeniu zakresu zmian częstotli−

wości wyjściowej okazało się, że uległa ona
zwiększeniu (po korekcji rdzeniem jej za−
kres wyniósł 25,9−28,3MHz).

Oczywiście, gdyby ktoś chciał uzyskać

węższy zakres, to bez problemu może to
osiągnąć, dobierając wartość kondensatora
C2 lub ograniczając zakres zmian napięcia
na diodzie D1.

Niezależnie od tego, ważną sprawą jest

zapewnienie precyzji w ustawieniu napięcia
na diodzie pojemnościowej. W zasadzie
można użyć dowolnego potencjometru
o pewnym styku ślizgacza suwaka, ale wy−
posażonego w przekładnię mechaniczną.
Sama oś potencjometru nie zapewnia precy−
zyjnego ustawienia dowolnej częstotliwo−
ści, czyli dostrojenia się do korespondenta.
Z tego względu potrzebna jest dodatkowa
przekładnia, zębata czy planetarna, o prze−
łożeniu co najmniej 1:10. Najlepsza jest
przekładnia planetarna, stosowana w wielu
urządzeniach

profesjonalnych,

np.

w odbiorniku demobilowym typu R311
(często są ogłoszenia w Rynku i Giełdzie, za−
równo w EdW, jak i ŚR).

Najprościej jednak do precyzyjnego prze−

strajania generatora użyć potencjometru wie−

loobrotowego. Popularne potencjometry
dziesięciozwojowe o rezystancji 4,7...10k

Ω

mogą stanowić dostateczną precyzję stroje−
nia odbiornika. Można również zastosować
dwa potencjometry połączone jeden za dru−
gim, z których pierwszy od strony zasilania
będzie głównym elementem strojenia, zaś ten
drugi (o dziesięciokrotnie niższej wartości,
np. 1k

Ω

), włączony od strony masy, będzie

precyzerem.

Sygnał z generatora powinien być prowa−

dzony do mieszacza za pośrednictwem prze−
wodu ekranowanego, a płytka w miarę moż−
liwości również powinna być ekranowana.

Oczywiście jeżeli ktoś nie będzie korzy−

stał z

programowanej skali cyfrowej

w odbiorniku, zadowalając się np. prostą ska−
lą mechaniczną, to może zrezygnować
z wtórnika z tranzystorem T4.

Podczas montażu filtru 514 należy przed

jego wlutowaniem usunąć zbędne uzwojenie
wtórne.

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

Wrzesień 2002

Rys. 2 Schemat montażowy

Płytka drukowana jest dostępna

w sieci handlowej AVT jako

kit szkolny AVT−2648A

Wykaz elementów

Rezystory:

R11,, R

R22,, R

R44,, R

R55,, R

R77,, R

R88,, R

R1111,, R

R1122 1100kk

Ω

((44,,77......2222kk

Ω

))

R33,, R

R66,, R

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

Ω

((668800−11,,55kk

Ω

))

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

Ω

((333300−668800

Ω

))

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

((1100−222200

Ω

))

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 1100kk

Ω

//A

A ((44,,77......110000kk

Ω

))

nnaajjlleeppiieejj w

wiieelloooobbrroottoow

wyy ppootteennccjjoom

meettrr

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477kk

Ω

((1100−110000kk

Ω

))

Kondensatory:

C22,, C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100ppFF ((44,,77......4477ppFF))

C33,, C

C99,, C

C1144,, C

C1155,, C

C1166 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF ((1100−4477nnFF))

C55,, C

C66,, C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..118800ppFF ((4477......222200ppFF))

C1100,, C

C1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000ppFF ((1100−447700ppFF))

C1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF ((1100......222200nnFF))

C1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF ((110000ppFF......1100nnFF))

Inne:

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880088

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

C554477 iittpp..

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

B110055

LL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..551144 ((ffiillttrr 77xx77))

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

Wrzesień 2002

Do czego to służy?

Wszelkiego rodzaju zasilacze laboratoryjne
zawsze się cieszyły i cieszą wielką popular−
nością. Przecież jak by nie było, jest to pod−
stawowe urządzenie, w jakie powinien być
wyposażony każdy elektronik.

Proponowany układ jest prostym zasila−

czem napięć symetrycznych o czterech na−
pięciach wyjściowych odpowiednio wybiera−
nych przełącznikiem. Napięcia wyjściowe
ustalone zostały na wartości: ±6V, ±9V,
±12V oraz ±15V. Takie wartości napięć po−
winny być odpowiednie do wszystkich budo−
wanych układów zasilanych napięciem sy−
metrycznym. Wydajność prądowa przedsta−
wionego zasilacza wynosi ok. 1A.

Jak to działa?

Schemat ideowy układu znajduje się na ry−
sunku 1. Jak widać napięcia wyjściowe
z transformatora są w mostku B1, z wyjścia
którego dodatnie połówki podawane są na
układ U1 a ujemne na U2. Układ U1 jest sta−
bilizatorem napięcia dodatniego, natomiast
U2 napięcia ujemnego. Oba stabilizatory
umożliwiają regulację napięcia wyjściowego
za pomocą dwóch rezystorów, z których je−
den jest stały a drugi zmienny załączany od−
powiednio przez układ U3. Regulacja napię−
cia wyjściowego następuje poprzez odpowie−
dnie załączanie rezystorów R3−R10 wraz
z P1−P4 do masy, podczas gdy drugie rezy−
story R1, R2 są ustalone na stałe. Układ U3
zawiera w sobie dwa proste multipleksery
o czterech wyjściach, na których tylko jed−
nym może panować w danej chwili stan ni−
ski. Stan niski na danym wyjściu zależny jest
od wartości stanów na wejściach A,B. Wybo−
ru napięć można dokonać za pośrednictwem

jednosekcyjnego przełącznika S1, którego
wyjścia odpowiednio sterują za pośrednic−
twem diod D1−D4 wejścia A, B multiplekse−
rów. Przełącznik, oprócz sterowania wejścia−
mi multipleksera, także załącza diody sygna−
lizacyjne D14−D17. Warto zauważyć, że dio−
dy D1−D4 wraz z R12, R13 tworzą prosty de−
koder 1 z 4 na kod dwójkowy. Elementy D5−
D8, D10−D13, T1−T4 zabezpieczają ustawie−
nia napięć stabilizatorów od wpływu innych
ustawień wyregulowanych napięć. To znaczy

wspomniane elementy niwelują wpływ regu−
lacji potencjometrem P1A (lub innym) na
ustawione napięcie potencjometrem np. po−
tencjometrem P4A. Wspomniane elementy
odcinają stany wysokie na wyjściach od sta−
bilizatorów, a reagują tylko na napięcia bli−
skie masy. Bez tych elementów wyregulowa−
nie potencjometrem któregoś napięcia dałoby
zmianę pozostałych ustawionych napięć.

Rys. 1 Schemat ideowy

Rezystory R15−R18 odpowiednio polaryzują
tranzystory podczas stanu niskiego na
którymś z wyjść układu U3A.

Zastosowanie multipleksera umożliwiło

wykorzystanie prostego jednosekcyjnego
przełącznika, którego zakup będzie możliwy
w każdym sklepie elektronicznym.

Układ U3 oraz diody sygnalizacyjne

D14−D17 są zasilane z dodatkowego stabili−
zatora U4, którego napięcie wyjściowe wy−
nosi 12V. Kondensatory C1−C4, C13, C14
filtrują napięcia wejściowe stabilizatorów,
natomiast kondensatory C5−C10 ich napięcia
wyjściowe.

Dioda D9 sygnalizuje włączenie zasila−

cza, natomiast kondensatory C11, C12 po−
prawiają dynamikę pracy stabilizatorów U1,
U2. Rezystory R11, R14 ograniczają prąd
płynący przez diody LED do bezpiecznej
wartości.

Montaż i uruchomienie

Układ zasilacza można zmontować na płytce
przedstawionej na rysunku 2. Montaż należy
rozpocząć od zworek przechodząc dalej do
elementów najmniejszych kończąc na włoże−
niu układu scalonego do podstawki.

Zasilacz po poprawnym zmontowaniu

oraz połączeniu z transformatorem od razu
powinien poprawnie pracować.

Zasilacz wymaga regulacji napięć wyj−

ściowych, którą należy przeprowadzić
w czterech krokach (dla czterech zakresów).
W pierwszym położeniu przełącznika powin−
na być zapalona dioda D14, która sygnalizu−
je napięcie wyjściowe ±6V. Dołączając wol−

tomierz najpierw do dodatniego względem
masy wyjścia należy ustawić potencjome−
trem P1A napięcie wyjściowe 6V. Po usta−
wieniu na wyjściu poprawnego napięcia do−
datniego, woltomierz należy dołączyć do
ujemnego wyjścia zasilacza względem masy,
tak samo jak w przypadku poprzedniej regu−
lacji należy doprowadzić potencjometrem
P1B do wskazań miernika wynoszących −6V.
Powyższą regulację należy przeprowadzić
dla pozostałych trzech zakresów napięć wyj−
ściowych odpowiednio na 9, 12 oraz 15V. Po
całkowitej regulacji zasilacza należy spraw−
dzić poprawność napięć wyjściowych na
wszystkich jego zakresach.

Zasilacz należy umieścić w odpowiedniej

obudowie, na zewnątrz której trzeba wypro−
wadzić potrzebne elementy.

Na rysunku we wkładce przedstawiona

została przykładowa płyta czołowa, którą na−
leży przykleić na przód obudowy zasilacza,
tak jak w urządzeniu modelowym. Przełącz−
nik S2 można umieścić z przodu lub z tyłu
obudowy według własnego uznania.

Jeżeli istniałaby potrzeba zmiany napięć

wyjściowych na inne należy we własnym za−
kresie dobrać wartości rezystorów R3−R10.

Marcin Wiązania

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

Wrzesień 2002

Wykaz elementów

Rezystory:

R11,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..551100

Ω

R33,,R

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,,22kk

Ω

R44,,R

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

Ω

R55,,R

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33,,99kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600

Ω

R1122,,R

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477kk

Ω

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33,,33kk

Ω

R1155−R

R1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..55,,66kk

Ω

P11A

A−P

P44A

A,,P

P11B

B−P

P44B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

Kondensatory:

C11,,C

C22,,C

C1133((**)),,C

C1144((**)) .. .. .. ..11000000

µµ

FF//2255V

C33,,C

C44,,C

C77,,C

C88,,C

C1100 .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C55,,C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

µµ

FF//2255V

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

µµ

FF//2255V

C1111,,C

C1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

FF//2255V

Półprzewodniki:

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

M331177TT ((TTO

O222200))

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

M333377TT ((TTO

O222200))

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44555566

U44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7788LL1122

TT11−TT44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555588

D11−D

D88,,D

D1100−D

D1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

D99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D 55m

m zziieelloonnaa

D1144−D

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

D 55m

m cczzeerrw

woonnaa

B11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..M

Moosstteekk 11A

A lluubb 11,,55A

* Inne:

S11 P

Prrzzeełłąącczznniikk 44 ppoozzyyccyyjjnnyy lluubb w

wiięękksszzyy

S22 .. .. .. .. .. .. ..P

Prrzzeełłąącczznniikk O

N//O

OFFFF ((222200V

V))

FF11 .. .. ..B

Beezzppiieecczznniikk 550000m

A oorraazz ggnniiaazzddoo

pprrzzyykkrręęccaannee ddoo oobbuuddoow

wyy

TTS

S11 .. .. .. .. .. .. .. ..ttrraannssffoorrm

maattoorr TTS

S4400//004433

Obbuuddoow

waa

Elementy nie wchodzą w skład kitu.

Komplet podzespołów z płytką drukowaną jest dostępny

w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−2624

Rys. 2 Schemat montażowy

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

Wrzesień 2002

Do czego to służy?

W czasach notorycznych podwyżek cen lu−
dzie częściej zwracają uwagę na ilość wyda−
wanych pieniędzy. Próbują zaoszczędzić na
czym się da. Niestety, nie można tego robić
w nieskończoność, gdyż istnieje limit wydat−
ków, poniżej których komfort życia traci rację
bytu i zaczyna się wegetacja. Od dbałości
o zapewnienie takiego komfortu jest najogól−
niej mówiąc państwo, ale także i my. Obowią−
zuje stara zasada − jak dbasz, tak masz. Jed−
nym ze sposobów oszczędzania jest racjonal−
ne korzystanie z energii np. elektrycznej. Spo−
sobów zmniejszania jej zużycia jest wiele.
Można np. wymieniać odbiorniki energii na
bardziej energooszczędne lub/i włączać je tyl−
ko w razie potrzeby. W tym ostatnim przy−
padku proces ten można zautomatyzować,
korzystając z wyłącznika czasowego. Układ
tego typu jest bardzo przydatny w wielu bu−
dynkach i pozwala w skali roku znacznie ob−
niżyć rachunki za prąd.
Niniejszy artykuł przed−
stawia przykładowe roz−
wiązanie takiego urządze−
nia.

Jak to działa?

Schemat wyłącznika cza−
sowego przedstawia rysu−
nek 1. Pod względem
elektronicznym układ zo−
stał bardzo uproszczony.
Nie zawiera żadnych ele−
mentów regulacyjnych.
Miało to na celu obniżenie
kosztów wykonania i uła−
twienie montażu także po−
czątkującym hobbystom.

Zasilacz stanowią ele−

menty

TR1,D1,C1,C2.

Stabilizator napięcia jest
całkowicie zbędny.

Dwusekcyjna dioda LED D2 sygnalizu−

jąca stan pracy wyłącznika czasowego świeci:
− na zielono, gdy układ odmierza upływ cza−
su (styki przekaźnika są wówczas zwarte),
− na czerwono, gdy przechodzi w stan czuwa−
nia (przekaźnik wyłącza się i odłącza odbior−
nik energii).

Głównym elementem wyłącznika czaso−

wego jest układ scalony CMOS 4541, ozna−
czony na schemacie jako U1. Zainteresowa−
nych tym układem odsyłam do EdW 10/97
(s.35−36) − opisano tam szerzej jego możli−
wości i właściwości. W przedstawionym
układzie połączeń kostka ta pracuje jak gene−
rator pojedynczego impulsu monostabilnego
o przebiegu prostokątnym. Impuls ten jest
generowany w momencie włączenia zasila−
nia. Czas jego trwania ustalają zewnętrzne
elementy obwodu czasowego R1,C3 i po−
mocniczy rezystor R2.

Jak wspomniano, wyłącznik czasowy za−

czyna pracować (tj. odmierzać czas) z chwi−
lą podania mu zasilania. Od tego momentu
zostaje włączona też cewka zwierająca styki
przełączne przekaźnika. Tym samym włączo−
ne zostaje zasilanie żarówki/żarówek oświe−
tlającej(−ych) klatkę schodową budynku mie−
szkalnego czy gospodarczego. Po upływie
określonego czasu (z elementami R1,C3,R2
o wartościach − jak w wykazie elementów −
około 5,5 minuty) wyłącznik czasowy odłą−
cza zasilanie odbiorników prądu i przechodzi
w stan czuwania. Ponowne jego wyzwolenie
nastąpi po chwilowym zwarciu zewnętrzne−
go przycisku S1.

Elementy C4,R3 pełnią funkcję „antysa−

botażową”. Uniemożliwiają ciągłą pracę
wyłącznika, gdy ktoś (czytaj: żartowniś) za−
blokuje przycisk S1 w pozycji włączonej.
Można to zrobić w prosty sposób − wtykając

Rys. 1 Schemat ideowy

łł

śś

np. zapałkę pomiędzy klawisz, a obudowę
przycisku S1.

Rezystor R4 umożliwia pracę U1 dzięki

podawaniu potencjału masy zasilania na wej−
ście kasujące Master Reset (nóżka 6). Bez je−
go obecności kostka byłaby zablokowana.

Zastosowany przekaźnik typu R15 ma

znaczną obciążalność styków. Maksymalnie:
3*10=30A (tj. około 6,6kW=110 żarówek po
60W każda). Pozwala to zastosować prezen−
towany wyłącznik czasowy nawet w wyso−
kich budynkach, które „siłą rzeczy” wyposa−
żone są w jedną lub nawet kilka żarówek
oświetlających korytarz na każdym z pięter.

Gdy czas trwania włączenia przekaźnika

okaże się za krótki/długi, to można go zmie−
nić dobierając wartość rezystora R1. Szacun−
kowo można przyjąć, że wydłużenie/skróce−
nie czasu opóźnienia o jedną minutę odpo−
wiada zmianie oporności o 1k

Ω

. Szeregowo

z R1 można wlutować potencjometr lub prze−
łącznik (i osadzić w obudowie ) wraz z do−
datkowymi rezystorami o dobranych warto−
ściach. Pozwoli to łatwiej zmieniać czasy
opóźnień.

Montaż i uruchomienie

Układ nie należy do skomplikowanych kon−
strukcyjnie, w związku z tym nie powinien
przysporzyć większych kłopotów podczas
montażu. Wszystkie elementy wewnątrz ob−
szaru zaznaczonego linią przerywaną na
schemacie znalazły swe miejsce na płytce
drukowanej pokazanej na rysunku 2. Wyją−
tek stanowi dioda LED2, którą należy wluto−
wać w płytkę za pośrednictwem trzech izolo−
wanych przewodów o długości około
10...20cm każdy. Montaż pozostałych ele−
mentów przeprowadzamy w następującej ko−
lejności: rezystory, tranzystory, dioda D1,
układ scalony U1, kondensatory, D2 (na
przewodach), TR1.

Na końcu w płytkę lutujemy przekaźnik

za pośrednictwem około centymetrowych
odcinków przewodów sieciowych o średnicy
ok. 2mm. W zależności od posiadanej jego
wersji może być lub nie konieczne usunięcie
jego fabrycznej obudowy i odlutowanie jej
dolnej części. Autor nie musiał tego robić,
gdyż nabył „leżącą” odmianę bez własnej
obudowy, przykręconą jedynie do kawałka
blachy montażowej.

Po wlutowaniu przekaźnika w płytkę

punkty oznaczone jako „KEY1”,

„KEY2”, „IN1”, „IN2”, „OUT”) należy
wlutować 5 izolowanych odcinków przewo−
dów sieciowych (średnica skrętki miedzia−
nej 2−2,5mm), o długości mniej więcej
20cm każdy.

Przewody wychodzące z

„KEY1”,

„KEY2” powinny zostać przyłączone do
przycisku S1. Przycisk ten może, a nawet
musi być zwielokrotniony − każdy następny
powinien być przyłączony równolegle do po−
przedniego. Analogicznie podłączyć trzeba

żarówki − te jednak pomiędzy końcówki
przewodów „IN2” a „OUT”. Przewody przy−
łączone do punktów „IN1”, „IN2” łączymy
z zasilaniem. Podłączenia do przycisków, ża−
rówek i sieci należy przeprowadzić w bez−
pieczny sposób. Powinno się więc w tym ce−
lu skorzystać z kostek elektrotechnicznych
i puszek pod/natynkowych.

Wyłącznik i wszelkie wychodzące z nie−

go przewody powinny być zabezpieczone
przed wandalami i dostępem osób niepo−
wołanych. Wyrwanie ze ściany jednego
z przycisków S1 i dotknięcie jego wyprowa−
dzeń nie spowoduje porażenia prądem, gdyż
w jego obwodzie jest obecne niskie napięcie.

„Uzbrojoną” w elementy płytkę drukowa−

ną należy zamknąć w stosownej obudowie.
Autor wybrał do tego obudowę Z−18.

Po osadzeniu płytki w obudowie, wypro−

wadzeniu przewodów przyłączeniowych
i zakończeniu ich kostkami elektrotechnicz−
nymi możemy przetestować prawidłowość
działania wyłącznika czasowego. W tym ce−
lu do kostki elektrotechnicznej podłączonej
do punktów „IN1”, „IN2” przykręcamy dwa
izolowane przewody sieciowe (lub jeden
podwójny) zakończone wtyczką sieciową.
Punkty „IN2”, „OUT” łączymy w ten sam
sposób z fabryczną oprawką żarówkową (do

której wkręcamy oczywiście żarówkę, np.
60W). Przewody połączone w punkty
„KEY1”, „KEY2” na czas testowania mogą
zostać niepodłączone.

Zakładając, że obudowa jest już skręcona,

podłączamy zasilanie do układu. Jak tylko to
nastąpi, żarówka powinna zaświecić się,
a dioda LED zaświeci na zielono. Po upływie
ponad pięciu minut żarówka musi zgasnąć
a LED zaświecić na czerwono. Ponowne cza−
sowe włączenie żarówki winno nastąpić po
chwilowym zwarciu przewodów wychodzą−
cych z punktów „KEY1”, „KEY2”. Dłuższe,
a nawet ciągłe ich zwarcie nie wpływa na
czas świecenia żarówki.

Jest sprawą oczywistą, że prezentowany

wyłącznik czasowy może być użyty do stero−
wania innymi odbiornikami energii elek−
trycznej, a nie tylko żarówkami.

Ze względu na obecność pełnego napię−

cia sieci na niektórych elementach układu
jego przyłączanie i testowanie mogą prze−
prowadzać jedynie wykwalifikowane oso−
by dorosłe.

Dariusz Knull

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

Wrzesień 2002

Rys. 2 Schemat montażowy

Wykaz elementów

Rezystory

**R

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

Ω

R22,,R

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6688kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700kk

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

Kondensatory

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700µµFF//2255V

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..668800nnFF M

KTT

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

Półprzewodniki

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

N44000011......77

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

D ddw

wuukkoolloorroow

waa

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

C330088 lluubb ppooddoobbnnyy P

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

C554466 lluubb ppooddoobbnnyy N

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44554411

Pozostałe

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S44//1177 ((77V

V//00,,33A

A))

REELL11......R

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..66V

V 33xx1100A

A ((pprrzzeełłąącczznnee))

Obbuuddoow

waa ZZ−1188

Koossttkkii eelleekkttrrootteecchhnniicczznnee

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

Wrzesień 2002

Układ umożliwia pomiar wartości prą−

du w sytuacji, gdy pomiędzy obwo−

dem, z którego jest zasilany układ po−

miarowy, a obwodem, w którym jest

dokonywany pomiar prądu, występuje

napięcie o znacznej wartości. Sytua−

cja taka zdarza się w bardzo wielu za−

stosowaniach, jako przykład może

chociażby służyć zasilacz laboratoryj−

ny. Obwody pomiarowe są często zasi−

lane pojedynczym napięciem +5V, na−

tomiast pobór prądu przez zewnętrzne

układy jest mierzony w obwodach,

w których może występować kilka−

dziesiąt woltów, przy czym w obwo−

dach tych może występować zarówno

dodatnie, jak i ujemne napięcie wzglę−

dem masy układu pomiarowego. Pre−

zentowany układ umożliwia dokona−

nie precyzyjnego pomiaru w takich sy−

tuacjach, a dzięki dużej wartości tłu−

mienia sygnału wspólnego, układ ten

jest odporny na zakłócenia. Umożli−

wia to niezawodny pomiar również

w przypadku znaczngo oddalenia od

miejsca pomiaru. Szerokie pasmo pra−

cy układu daje możliwość pomiaru

prądu zmiennego dostarczanego do

obciążenia (np. głośnika).

Innym zastosowaniem prezentowa−

nego układu może być precyzyjna son−

da umożliwiająca obserwację prądu

pobieranego przez obciążenie. Zasto−

sowanie

odpowidniego

rezystora

pozwala na dostosowanie układu do

wymagań i potrzeb danej aplikacji.

Przyrząd ten charakteryzuje się nie−

wielkimi wymiarami, szerokim zakre−

sem napięć zasilających oraz niskim

poborem mocy. Te, jak i pozostałe pa−

rametry, umożliwiają bezproblemowe

wbudowanie do istniejących, jak rów−

nież nowo budowanych urządzeń.

Opis układu

W prezentowanym układzie do pomaru warto−
ści prądu pobieranego przez obciążenie wyko−
rzystana została jedna z najpopularniejszych
metod, a mianowicie kontrola spadku napięcia

na rezystorze włączonym szeregowo ze źródłem
zasilania. Rozwiązanie to jest powszechnie
wykorzystywane dzięki niewielkiej komplika−
cji układu współpracującego. Jak wiadomo,
na rezystorze − czujniku prądu, zgodnie
z prawem Ohma, występuje spadek napię−
cia równy U=I

∆∆

R. Ponieważ wartość R jest

stała, niezależnie od przyłożonego napięcia,
tak więc spadek napięcia na tym rezystorze
jest wprost proporcjonalny do przepływają−
cego przezeń prądu. W przypadku, gdy mię−
dzy układem dokonującym pomiaru a rezy−
storem − czujnikiem prądu występuje nie−
wielkie napięcie lub gdy układ pomiarowy
„pływa” na potencjale obciążenia, pomiar
ten jest sprawą trywialną. Prawdziwy pro−
blem pojawia się wtedy, gdy musimy zmie−
rzyć spadek napięcia w

obwodzie,

w którym występuje napięcie o wartości
znacznie wykraczającej poza napięcie zasila−
nia obwodu pomiarowego. W tym przypadku
z pomocą przychodzi wykorzystanie wzmac−
niacza różnicowego o dużej dopuszczalnej
wartości napięcia wspólnego. Wzmacniacz ta−
ki można wykonać z wykorzystaniem wzmac−
niacza operacyjnego. W tym przypadku zacho−
dzi jednak konieczność precyzyjnego dobrania
czterech rezystorów. Dokładność ich dopaso−
wania jest szczególnie istotna w sytuacji, gdy
napięcie w obwodzie, w którym mierzymy
wartość prądu, może się zmieniać w szerokich
granicach (np. w zasilaczu laboratoryjnym,
gdzie zakres napięcia wyjściowego często
osiąga lub przekracza 30V). W takim przypad−
ku, przy niedokładnym dopasowaniu wartości
rezystorów, zmiana napięcia wyjściowego
układu będzie powodowała również zmianę
wartości wskazywanego prądu. W przedsta−
wionym na rysunku 1 układzie problem dopa−
sowania rezystorów rozwiązano poprzez za−
stosowanie precyzyjnego wzmacniacza różni−
cowego typu AD629 firmy Analog Devices,
który jest zdolny do pracy przy napięciu
wspólnym (tzn. pojawiającym się jednocześnie
na obu jego wejściach), osiągającym ±270V.
Układ ten jest również w stanie przetrwać
przepięcia napięcia różnicowego, jak i wspól−
nego o wartości ±500V. Zakres napięć zasila−
nia tego układu wynosi od ±2,5V do ±18V. Na

rysunku 2 przedstawiono dopuszczalny za−
kres napięcia wspólnego w funkcji napięcia
zasilania.

Zastosowanie we wzmacniaczu wewnętrz−

nych rezystorów pozwoliło na osiągnięcie du−
żego współczynnika tłumienia sygnału wspól−
nego (CMRR − Common Mode Rejection
Ratio) osiągającego, zależnie od wersji, 77
lub 86 dB (są to wartości minimalne).

Na rysunku 3 przedstawiona jest zależ−

ność (typowa) tego współczynnika od często−
tliwości. Jako rezystor pełniący funkcję czuj−
nika prądu zastosowany został element prze−
znaczony specjalnie do precyzyjnych pomia−
rów prądu, wyposażony w wyprowadzenia
w konfiguracji Kelvina. Rezystor ten posiada
cztery wyprowadzenia, przez dwa z nich
przepływa prąd, wartość którego chcemy

Rys.1 Schemat ideowy

Rys.2 Dopuszczalne wspólne napięcie

wejściowe (CMRR) w funkcji na−

pięcia zasilania.

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

Wrzesień 2002

zmierzyć, natomiast pozostałe dwa służą do
pomiaru spadku napięcia na tym rezystorze.
Wyprowadzenia te są wewnętrznie dołączone
w taki sposób, aby weliminować spadek na−
pięcia na rezystancji wyprowadzeń, przez
które przepływa prąd o dużej wartości. Jum−
per SJ1 umożliwia pracę układu zarówno
przy pojedynczym, jak również bipolarnym
napięciu zasilania. Przy pracy z bipolarnym
napięciem zasiania, powinien zostać on
zwarty do masy (zamiast tego można wypro−

wadzenia ref dołączyć do masy w punkcie
dołączenia do miernika), natomiast przy po−
jedynczym napięciu zasilania powinien po−
zostać rozwarty, a do wyprowadzeń ref nale−
ży dostarczyć napięcie o dobranej wartości.

Przy pracy z pojedynczym napięciem za−

silania należy również dołączyć wyprowa−
dzenie −V

do masy oraz nie montować kon−

densatorów C3, C4. Pozostałe elementy to
kondensatory odsprzęgające zasilanie.

Montaż i uruchomienie

Prezentowany układ można zmontować na
płytce uniwersalnej. Montaż należy rozpo−
cząć od zwarcia kroplą cyny jumpera SJ1,
wlutowując następnie dwa kondensatory
SMD, umieszczone pod układem IC1, na−
stępnie wlutować kondensatory elektroli−
tyczne (zalecałbym tantalowe, mające
znacznie lepsze parametry), ewentualną pod−
stawkę pod IC1 (lepiej układ ten wlutować
bezpośrednio w płytkę, jeżeli jednak ko−
niecznie ktoś chce zastosować podstawkę, to
powinna to być podstawka precyzyjna, po−
nieważ układ przetwarza sygnały o niewiel−
kiej amplitudzie). Następnie należy wluto−

wać rezystor R1 tak, aby zapewnić dobre
warunki odprowadzania ciepła, oraz odsunąć
go w miarę możliwości od pozostałych ele−
mentów, zwłaszcza kondensatorów elektroli−
tycznych. Teraz należy wlutować układ IC1.

Po dokładnym sprawdzeniu poprawności

montażu można do układu dołączyć zasila−
nie, natomiast do wyjścia, pomiędzy koń−
cówki ref i output, woltomierz lub oscylo−
skop. Układ ten nie wymaga uruchamiania
ani regulacji.

Piotr Czarkowski

Wykaz elementów

Rezystory

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,0055

Ω

//11W

W//44P

PIIN

R22,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

Kondensatory

C11,,C

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

C22,,C

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

Półprzewodniki

IIC

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

D662299A

Rys.3 Współczynnik tłumienia sygna−

łu wspólnego w funkcji często−

tliwości.

Podstawy

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

Wrzesień 2002

Niniejszy artykuł jest kontynuacją materiału z
poprzedniego numeru EdW i dotyczy jednego
typu akumulatorów. W znanych od stu pięć−
dziesięciu lat akumulatorach kwasowo−oło−
wiowych elektrolitem zawsze jest roztwór
kwasu siarkowego, a płyty zbudowane są
z ołowiu. Napięcie nominalne ogniwa wyno−
si 2V. Starszego typu akumulatory samocho−
dowe wymagały okresowej obsługi, konkret−
nie dolewania wody i kontroli gęstości elek−
trolitu. Większość nowszych ani nie wymaga
takich zabiegów, ani ich nie umożliwia – są to
tak zwane akumulatory bezobsługowe. Stoso−
wane są powszechnie w samochodach.
Oprócz nich bardzo popularne są obecnie tak
zwane akumulatory żelowe o napięciach
6V i 12V o pojemnościach 1...100Ah, za−
mknięte w szczelnych obudowach, nie wy−
dzielające żadnych szkodliwych wyziewów,
mogące dzięki temu pracować nawet w mie−
szkaniu (np. w centralkach alarmowych).
W tych kwasowych akumulatorach elektrolit
nie wycieknie, bo albo przez dodatek odpo−
wiedniej substancji ma postać galarety – żelu
(stąd nazwa), albo też zastosowane są inne
sposoby, skutecznie eliminujące ryzyko wy−
cieku elektrolitu. Warto podkreślić, że aku−
mulatory żelowe nie są oddzielnym rodzajem
akumulatorów – to najprawdziwsze akumula−
tory kwasowo−ołowiowe o specyficznej bu−
dowie, uniemożliwiającej wylanie elektrolitu.

Gdy akumulator pracuje w samochodzie,

sprawa jest oczywista. Nominalne napięcie
w instalacji samochodu wynosi 14,4V.
O właściwe napięcie i prąd ładowania dba
w samochodzie regulator napięcia, który ste−
ruje pracą alternatora. Więcej uwagi trzeba
poświęcić ładowaniu tylko wtedy, gdy taki
akumulator pracuje poza samochodem. Daw−
niej stosowano prymitywne sposoby ładowa−
nia, a dość skutecznym wskaźnikiem nałado−
wania było tzw. gazowanie elektrolitu (roz−
kład wody na tlen i wodór w procesie elek−
trolizy). Dobrym wskaźnikiem stanu nałado−
wania był także pomiar gęstości elektrolitu
za pomocą aerometru. W nowoczesnych bez−
obsługowych akumulatorach z ciekłym elek−
trolitem dolewanie wody nie jest wymagane,
a w wielu przypadkach wręcz niemożliwe,
niemniej też nie należy dopuścić do inten−

sywnego gazowania. Nie wolno też dopu−
szczać do przeładowania akumulatorów żelo−
wych, bo może się to skończyć ich definityw−
nym uszkodzeniem.

Z kolei całkowite rozładowanie do zera

też jest bardzo szkodliwe i zazwyczaj wiąże
się z nieodwracalną utratą pojemności. Aku−
mulatory kwasowe nie powinny być rozłado−
wywane poniżej 1,35V/na ogniwo (zaleca się
rozładowanie tylko do 1,7...1,8V/ogniwo).
Gdy coś takiego się zdarzy, trzeba jak naj−
szybciej naładować akumulator.

Akumulator powinien być przechowy−

wany w możliwie niskiej temperaturze.
Mniejsze jest wtedy samorozładowanie
i znacznie dłuższa żywotność. Jest to niebaga−
telna sprawa: o ile w temperaturze pokojowej
spodziewany czas pracy akumulatora żelowe−
go (utrata 50% pojemności) wynosi około pię−
ciu lat, to przy temperaturze otoczenia +35

przypuszczalna trwałość zmniejszy się trzy−
krotnie, a przy temperaturze +60

C – kilkuna−

stokrotnie! Rysunek 1 pokazuje, jak akumula−
tor traci ładunek wskutek samorozładowania
w różnych temperaturach. Z drugiej strony ni−
skie temperatury zmniejszają pojemność. Ry−
sunek 2 pokazuje tę zależność przy różnych
prądach rozładowania. Wskazuje wyraźnie,
że pojemność zależy od prądu rozładowania.
Nominalna pojemność określana jest w tem−
peraturze pokojowej przy stosunkowo ma−
łym prądzie rozładowania (C/20) – patrz
punkt A na charakterystyce. Przy temperatu−
rze 0

C i dużym prądzie rozładowania rów−

nym 1C ten sam w pełni naładowany akumu−
lator będzie miał tylko około 35% pojemno−
ści znamionowej – wskazuje to punkt B.

„Domowe”
sposoby
ładowania

Dawniej do ładowania akumu−
latorów kwasowych często wy−
korzystywano

najróżniejsze

prostowniki własnej konstruk−
cji. Rysunek 3 pokazuje kilka
przykładów. Trzeba uprzyto−
mnić sobie, że różnego typu sa−
moróbki mają nieprzewidywal−
ne parametry i nie sposób okre−

ślić, ile energii dostarczono do akumulatora.
Prąd ładowania wyznaczony jest tu przez
wiele czynników, w tym napięcie sieci oraz
właściwości transformatora i akumulatora.
Prostowniki takie mogą łatwo doprowadzić
do przeładowania.

W przypadku akumulatorów starego typu

zdawały one jako tako egzamin, bo sygnałem
do zakończenia ładowania było intensywne
gazowanie. W nowych typach nie powinno
się dopuszczać do gazowania, dlatego opisa−
ne właśnie prostowniki domowej roboty mo−
gą poważnie zmniejszyć pojemność i skrócić
czas służby akumulatora.

Akumulatory kwasowo−ołowiowe

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

ęę

śś

ćć

Ponieważ ogromna większość nowocze−

snych akumulatorów ma szczelne obudowy,
więc stare, sprawdzone i skuteczne metody
kontroli stanu i naładowania akumulatora
przez pomiar gęstości elektrolitu są dziś cał−
kowicie bezużyteczne. Pozostaje jeden jedy−
ny sposób – pomiar napięcia na zaciskach.
Na szczęście w akumulatorach kwasowych,
w przeciwieństwie do zasadowych, napięcie
ma ścisły i przewidywalny związek ze sta−
nem naładowania, co pozwala w prosty spo−
sób kontrolować proces ładowania.

Zasilacze buforowe

Akumulatory kwasowe, zwłaszcza żelowe
o pojemności do kilkudziesięciu amperogo−
dzin, bardzo często pracują w tak zwanym
trybie buforowym (standby), jako baterie re−
zerwowe. Oznacza to, że cały czas podłączo−
ne są do źródła napięcia, do zasilacza.

Rysunek 4 pokazuje prosty układ pracy

buforowej – zasilacz stabilizowany z ograni−
czeniem i akumulator są połączone ze sobą
równolegle. Dodatkowa dioda na wyjściu za−
silacza uniemożliwa „cofanie się” prądu
z akumulatora do zasilacza, gdy zabraknie
napięcia sieci. Ogranicznik prądu w zasilaczu
trzeba tak ustawić, by maksymalny prąd ła−
dowania nie przekroczył 0,3C.

U w a g a !

Wbuforowym
trybie pracy
należy ustawić
na akumulato−
rze 12−wolto−
wym napięcie
1 3 , 5 . . . 1 3 , 8 V
(na

6−wolto−

wym 6,8...6,9V). Odpowiada to 2,25...2,3V
na ogniwo. Akumulator kwasowy cały czas
pozostaje pod takim bezpiecznym napięciem,
jest naładowany i stale gotowy do pracy. Je−
śli napięcie to byłoby nieco wyższe, nic tra−
gicznego się nie stanie, jednak żywotność
akumulatora będzie mniejsza. Z kolei napię−
cie niższe od podanego też nie grozi awarią,
ale przy niższym napięciu akumulator nie zo−
stanie w pełni naładowany.

Podanego zakresu 13,5...13,8V nie należy

traktować jako nieprzekraczalnych granic
bezpiecznej pracy. Jest to zakres optymal−
nych warunków i korzystnej zależności trwa−
łość/pojemność. W trybie buforowym należy
więc w miarę możliwości pracować przy ta−
kim napięciu, wiedząc, że zmiana napięcia
o 0,2V w jedną czy drugą stronę nie jest żad−
na tragedią.

Wcześniej wspomniane było, że podobnie

mogą pracować akumulatory zasadowe –
tamte jednak mogą w takim napięciowym
trybie przeformować się i nie zgromadzą peł−
nego ładunku. Natomiast akumulatory kwa−
sowe doskonale sprawdzają się w trybie bu−
forowym przy napięciu 2,25...2,3V/ogniwo

i można mieć pewność, że stale są gotowe do
pracy i że dysponują pełną pojemnością.

Teoretycznie w trybie buforowym akumu−

lator kwasowy mógłby też pracować nie
z ustalonym napięciem, tylko z ustalonym
prądem konserwującym, jak na rysunku 5
(porównaj rysunek 4 w EdW 8/2002). Nie−
liczne źródła podają rozmaite wartości prądu
konserwującego: 0,005C (C/200)...0,01C
(C/100), a nawet 0,02C (C/50). Należy wziąć
pod uwagę, że przy znacznym prądzie kon−
serwującym napięcie na akumulatorze na
pewno wzrośnie powyżej zalecanych granic,
co z kolei według niektórych źródeł może
niekorzystnie wpłynąć na trwałość. Dlatego
akumulatory kwasowe powinny zawsze pra−
cować w układach przy stałym napięciu.
O ile dla akumulatorów zasadowych lepiej
jest stosować sposób z ustalonym prądem
konserwującym o wartości około 0,01C,

o tyle dla akumulatorów kwasowych zdecy−

dowanie lepiej jest stosować sposób ze
stałym napięciem
2,25...2,3V/ogni−
wo według ry−
sunku 5. Akumu−
latory kwasowe
i zasadowe mają
w tym wzglę−
dzie odwrotne
właściwości.

Praca cykliczna

Praca cykliczna to taka, kiedy akumulator
jest naładowany, a następnie rozładowany,
ponownie naładowany i tak dalej. Całkowite
rozładowanie nie oznacza, że napięcie na za−
ciskach spadnie do zera, tylko do napięcia
1,5...1,8V na ogniwo, co dla akumulatora 12−
−woltowego daje 9...10,8V. Rozładowanie do
zera jest zdecydowanie szkodliwe i najczę−
ściej wiąże się ze znaczną, nieodwracalną
utratą pojemności. Bardzo duży wpływ na
żywotność akumulatora ma też głębokość
wyładowania. Rysunek 6 pokazuje utratę po−
jemności w funkcji liczby cykli ładowa−
nie/rozładowanie przy różnych głęboko−
ściach rozładowania. Interpretacja wykresu
może być niejednoznaczna, ale warto zapa−
miętać ważny wniosek praktyczny: w miarę
możliwości korzystniej jest zastosować
akumulator o pojemności większej niż wy−
magane minimum i nie rozładowywać go
do końca (zaleca się wyładowanie do napię−
cia 1,9...2,0V/ogniwo), bo wtedy znacznie
wzrośnie trwałość. Różnica ceny mniejszego
i większego akumulatora nie jest znacząca,
a trwałość, jak pokazuje rysunek 6, wzrośnie
dużo, nawet kilkakrotnie.

W materiałach firmowych proponuje się

kilka metod ładowania, a do tego szereg wy−
kresów, co często przestrasza praktyków,
którzy nie chcą wgłębiać się w szczegóły. Na
szczęście akumulatory kwasowe nie wyma−
gają ścisłych procedur ładowania. Można na−

wet powiedzieć, że są dość tolerancyjne, na−
wet w przypadku błędów. Należy tylko prze−
strzegać podstawowych zasad:
− napięcie końcowe ładowania nie powinno
przekraczać 15V,
− maksymalny prąd ładowania nie powi−
nien być większy niż 0,3C.

Minimalnego prądu ładowania się nie

określa. Przy znikomych prądach nowy
sprawny akumulator powoli się naładuje, ale
w starym, zużytym ten sam prąd nie pokryje
nawet strat samowyładowania.

W praktyce można wykorzystać prostą me−

todę ładowania prądem o niezmiennej wartości
(0,1...0,3C) przez czas potrzebny na władowa−
nie 120% pojemności znamionowej (1,2C).

Przykładowo akumulator o pojemności

10Ah można ładować:
prądem 1A przez 12 godzin,
prądem 1,2A przez 10 godzin,
prądem 2A przez 6 godzin,
prądem 3A przez 4 godziny,
prądem 4A przez 3 godziny.

Metoda wydaje się prosta i łatwa, ale

w praktyce bywa bardzo rzadko stosowana,
bo wymaga układu zapewniającego prąd
o niezmiennej wartości (źródło prądowe) oraz
wyłącznika czasowego. Nie uwzględnia także
zmian pojemności pod wpływem starzenia.

Przy prądach rzędu kilku amperów proste

źródło prądowe, na przykład według rysunku
7, wymagałoby zastosowania potężnych tran−
zystorów mocy T2 i radiatorów do nich. Na
szczęście dzięki charakterystycznym właści−
wościom akumulatorów kwasowych układy
ładowarek można znacznie uprościć. Zostanie
to omówione w następnej części artykułu.

Jerzy Częstochowski

Podstawy

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

Wrzesień 2002

Rys. 4

Rys. 6

Rys. 7

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

Wrzesień 2002

Przetwornica

Chciałbym zaprezentować własną konstrukcję przetwornicy
dwukrotnie podwyższającej napięcie. Przetwornica ta ma do−
starczać dwukrotnie więcej prądu do obciążenia dzięki zasto−
sowaniu dwóch oddzielnych powielaczy napięcia, sterowa−
nych przez ten sam generator. Ponieważ każdy powielacz jest
wysterowany w tej samej jednostce czasu sygnałem o prze−
ciwnej fazie, zapewnione jest ciągłe ładowanie kondensatora
na wyjściu przetwornicy oraz zmniejszenie zakłóceń (kon−
strukcja oraz warunki pracy przedstawionego tu powielacza
4−diodowego upodabnia go trochę do prostowniczego mostka
Graetza).

Aby przetwornica dobrze działała, generator musi dostarczać sy−

gnał o wypełnieniu jak najbliższym 50% (należy dobrać jednakowe

oporności R5 i R7 oraz pojemności
C4 i C5). Można uniknąć kłopotów,
stosując układ z rysunku 2, gdzie
pokazany jest zmodyfikowany ge−
nerator przebiegów prostokątnych.
Potencjometr 1k

Ω

służy do regula−

cji wypełnienia przebiegów na obu
wyjściach. Zamiast diod mogą być
zastosowane rezystory.

Jeśli ta przetwornica będzie zasi−

lana z akumulatora o dużej pojemności, tranzystory kluczujące muszą
być wyposażone w radiatory.

Nadesłał Adam Sieńko, Suwałki

Zasilacz

Na rysunku jest pokazany schemat
uniwersalnego zasilacza wysokiego
napięcia, który daje napięcie 300V,
600V, 900V, zależnie od ustawienia
przełączników.

Karol Sosnowski z Krakowa

czyli co by było, gdyby...

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

„co by było, gdyby...”. Redakcja EdW nie
gwarantuje, że schematy są bezbłędne
i należy je traktować przede wszystkim ja−
ko źródło inspiracji przy tworzeniu włas−
nych układów.
Przysyłajcie do tej rubryki przede wszyst−
kim schematy, które powstały jedynie na
papierze,

natomiast

układy,

które

zrealizowaliście w praktyce, nadsyłajcie
wraz z modelami do Forum Czytelników
i do działu E−2000. Nadsyłając godne
zainteresowania schematy z literatury,
podawajcie źródło. Osoby, które nadeślą
najciekawsze schematy oprócz satysfak−
cji z ujrzenia swego nazwiska na łamach
EdW, otrzymają drobne upominki.

Wykaz elemen

tów:

R1, R2, R10, R11 . . . . . .560

Ω

R3, R6, R9 . . . . . . . . . . . .6k

Ω

R4, R8 . . . . . . . . . . . . . . .1k

Ω

R5, R7 . . . . . . . . . . . . . .15k

Ω

C1, C7, C9 . . . . .1000

F/50V

C2 . . . . . . . . . . . . . .47

F/25V

C3, C6 . . . . .1nF (ceramiczne)

C4, C5 . . . . .22nF (styrofleks)

C8 . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF

D1...D4 . . . . . . . . . . . .BA159

T1, T9 . . . . . . . . . . . .BD244C

T2, T10 . . . . . . . . . . .BD243C

T3, T5...T7 . . . . . . . . .BC237

T4, T8 . . . . . . . . . . . . .BC307

R1, R2, R10, R11 . . .mogą mieć

oporność

Ω

przy zasilaniu wyższym

niż 6V

napięciem.

Laminat . . . . . . .70x65mm

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

Wrzesień 2002

W kwietniowym numerze EdW ogłoszony
został konkurs, związany z głównym projek−
tem – generatorem wysokich napięć. Zadanie
polegało na wykonaniu fotografii wyłado−
wań „własnej produkcji”.

Spośród nadesłanych prac Komisja Kon−

kursowa wybrała dziesięć najlepszych. Nie−
stety, zaprezentowanie na łamach EdW
wszystkich nadesłanych prac i fotografii jest
niemożliwe. Wszystkie interesujące materia−
ły można znaleźć na naszej stronie interneto−
wej (www.edw.com.pl).

Najwyżej ocenioną pracę nadesłał 17−let−

ni Jan Stanisławski z Sanoka. Choć inni,
starsi uczestnicy zaprezentowali przykłady
bardziej widowiskowych wyładowań, duży
wpływ na decyzję Komisji miały wiek Auto−
ra i staranność wykonania pracy. Oto obszer−
ne fragmenty opisu:

(...) elektroniką interesuję się już od 7 lat.

Mieszkam w Sanoku, gdzie jest tylko jeden
sklep elektroniczny, który ostatnio nie bardzo
się stara o klientów, no ale cóż. (...) Gdy tyl−
ko dostałem mój pierwszy numer prenumera−
ty, a był to numer kwietniowy, od razu zako−
chałem się od pierwszego wejrzenia w
okładkowym projekcie. Nie interesowało
mnie już nic więcej, chciałem tylko jak naj−
szybciej zacząć czytać. Gdy już skończyłem,
przeczytałem jeszcze, i jeszcze jeden raz, a
wtedy zorientowałem się, że przecież u mnie
na szafie leży stara, niby przebita, samocho−
dowa cewka zapłonowa. Gdy tylko ją zdją−
łem, przyjrzałem się, co tam jest napisane.
Szybko się okazało, że to właśnie jest typ
BE200B ZELMOT.

Natychmiast więc pobiegłem do wspo−

mnianego wyżej sklepu i na szczęście dosta−
łem wszystkie potrzebne elementy do budo−
wy bardzo prostego urządzenia. Złożony w
pająku układ generatora na układzie
CD4011 zaczął od razu działać. (...) żarów−
kę wykręconą z żyrandola, po owinięciu
drucikiem z transformatora, przykleiłem na
szczycie cewki, łącząc jej cokół z wyjściem
cewki, a drucik z drugim biegunem. Nade−
szła chwila włączenia układu, który za
pierwszym razem zaczął działać. Niestety
działał tylko przez 30 sekund. Okazało się
bowiem, że po tym czasie padł tranzystor
kluczujący IRF840. (...) kupiłem tego same−
go dnia chyba jeszcze trzy egzemplarze,
które niestety się poddały. Ale nie dałem za
wygraną, postanowiłem kupić mocniejszą
sztukę BUZ90A, która chodziłaby do dzisiaj,
gdyby nie mój błąd. (...)

Pierwszy układ został wykonany zgodnie

ze schematem z EdW 4/2002 (rys. 3 na stro−
nie 14). (...)

Gdy tylko zbudo−

wałem generator, od
razu oczywiście pod
czujnym i zacieka−
wionym okiem ro−
dziców

zacząłem

przeprowadzać licz−
ne doświadczenia.
Powiem szczerze, że
był to pierwszy
układ, którego nie
miałem wcale ocho−
ty modernizować,
ponieważ tak cieka−
wy był efekt końco−
wy. Na początku
układ wyposażyłem
w zwykłą żarówkę
100W o średnicy
bańki 60mm. Próbowałem z różnymi sposo−
bami owijania wokół niej zwykłego, nawet
emaliowanego drucika odzyskanego z uzwo−
jenia pierwotnego starego transformatora.
Potem nadszedł czas na próby z większym eg−
zemplarzem 200W o średnicy bańki 80mm.
Na specjalną uwagę zasługuje natomiast ża−
rówka produkcji byłego ZSRR, którą podob−
no trudno jest już dostać, ale często można ją
zobaczyć np. w kościele. Jest to żarówka wy−
pełniona bliżej nie znanym mi gazem, we−
wnątrz której znajdują się dwie równoległe
do siebie blaszki. Pod wpływem nawet nie−

wielkiego napięcia na wyjściu cewki, jakie
uzyskiwałem przy napięciu ustawionym na
zasilaczu ok. 1,25V, było widać reakcję ża−
rówki. A po podkręceniu nieco napięcia efekt
był wspaniały. Gaz w żarówce zaczął jedno−
licie świecić całą swoją objętością.

To wszystko trzeba zobaczyć na własne

oczy!

Okazało się też, że wcale nie trzeba owi−

jać w przedziwny sposób drucika na żarów−
ce, który potem w końcu w jakimś stopniu za−
słania jej wnętrze. Najlepszym sposobem by−
łoby wytworzenie na powierzchni żarówki

Rozwiązanie konkursu

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

Wrzesień 2002

Konkurs

przezroczystej i przewodzącej powierzchni.
Jak się okazało, najprościej jest to zrobić roz−
pylając na nią odrobinę zwykłej wody. Ja
akurat używałem preparatu do czyszczenia
monitora, bo akurat miałem go pod ręką. Nie
jest on oczywiście palny. Uzyskiwane wów−
czas efekty były o sto razy lepsze od poprze−
dnich, a jedynym problemem było to, że nale−
żało uzupełniać co chwilę warstewkę wody,
która szybko parowała pod wpływem ciepła.
Aby więc uzyskać taki efekt, wystarczyło
przykleić małą obrączkę z drutu na szczycie
żarówki i spryskać ją wodą. Wówczas uzyska−
ny efekt był naprawdę oryginalny. Na zdję−
ciach i filmikach na załączonej płycie przed−
stawiłem efekty uzyskane przy zastosowaniu
trzech żarówek. Jedna (200W) została wypo−
sażona w małą obrączkę o średnicy 150mm z
drutu emaliowanego, przyklejoną centralnie
na szczycie, druga taka sama żarówka zosta−
ła owinięta jednokrotnie takim samym druci−
kiem na obwodzie, na wysokości żarnika, a
trzecią nietypową żarówkę owinąłem jedno−
krotnie przez obwód i drucik przeprowadzi−
łem dwukrotnie przez jej szczyt. Efekty, jak
już wspomniałem, były dużo lepsze po zwilże−
niu bańki wodą, przez co wyładowania roz−
kładały się bardziej równomiernie, a także
hałas pracującego generatora był mniejszy.
Efekt uzyskany już od pierwszego włączenia
układu był wprost znakomity, pomysły na wy−
korzystanie wysokiego napięcia aż same mi
się w głowie prześcigały i zapewniam, że to
absolutnie nie jest koniec moich doświadczeń
z wysokimi napięciami. Żałuję, że nie mam
więcej czasu na przeprowadzenie większej
ilości doświadczeń do kon−
kursu. Próbowałem zdobyć
jak największą żarówkę, lecz
te były z reguły mleczne, a ta−
kie nie zapewniają najlep−
szych efektów. Niemniej prze−
prowadzone próby dowiodły,
że nieznacznie widoczne są
zwłaszcza w ciemności wiją−
ce się tuż przy powierzchni
iskry. Przeprowadziłem też
próbę z wielką żarówką HE−
LIOS, która chyba „daje”
więcej ciepła niż światła, a
pokryta jest wewnątrz lu−
strem srebrnym. Efekt też nie
był najlepszy, gdyż iskry
przeskakiwały od żarnika do
lustra przy spodzie, gdzie od−
ległość między nimi była naj−
mniejsza. Jednak przykleja−
jąc drucik na jej szczycie i
spryskując wodą jej po−
wierzchnie, udało się mi za−
obserwować wijące się po
powierzchni szkła fioletowe
iskry. Próbowałem też przy−
gotować coś spotykanego w
filmach z gatunku Franken−

steina. Efekt polegał na przemieszczaniu się
iskry w górę pomiędzy dwoma przewodnika−
mi odchylonymi od pionu tak, że im wyżej,
tym większa odległość między nimi. Działo
się tak, ponieważ solidna iskra powodowała
miejscowe ogrzanie powietrza wokół niej,
które naturalnie unosząc się powodowało
unoszenie iskry. Niestety zastosowany cienki
drucik szybko przepalił się, a nie mogłem
znaleźć innych prostych przewodników, które
zapewniałyby „prostą” drogę.

Muszę wspomnieć, że prąd ja−

ko leniwy, szukając sobie drogi o
najmniejszym oporze, „polubił”
mnie kilka razy. Nic się jednak
oczywiście nie stało, a najwięk−
szym przeżyciem było dotknięcie
bańki żarówki, gdy tworzyły się
widowiskowe wijące iskry.

Wnioski. Muszę przyznać, że

kwietniowy numer wywarł na mnie
największy jak dotąd wpływ swoim
okładkowym projektem. Także je−
mu zawdzięczam po części końco−
wą ocenę z fizyki, na którą raz za−
brałem cewkę (gdy akurat mieli−
śmy elektrostatykę), a efekt był nie−
samowity, nawet sama profesorka
przyznała, że ją to zaciekawiło. Nie
wspomnę jednak o pomyśle, na
który wpadł mój kolega, aby z cew−
ki zrobić krzesło elektryczne
dla...żaby. Tak, dla żaby, gdyż w
szkole na biologii mieliśmy prze−
prowadzić sekcję tego biednego
stworzenia. Wszyscy wymyślali

wtedy różne przedziwne metody. Na szczęście
obeszło się bez tego i użyliśmy eteru. Dopiero
teraz zrozumiałem, co tak kiedyś pasjonowało
Pana Teslę, którego imieniem nazwany jest
transformator, budowany przez wielu zapaleń−
ców na całym świecie. Oczywiście prawdziwy
transformator Tesli jest dużo bardziej niebez−
pieczny, ale zarazem bardziej widowiskowy.
Widać zatem, że wszystko, co niebezpieczne,
potrafi być bardzo piękne zarazem (...).

Jan Stanisławski − Sanok

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

Wrzesień 2002

Konkurs

16−letni Piotr Tatoń z Kęt w układzie

z generatorem 555 i cewką od Poloneza uzy−
skał widowiskowe efekty. Fotografia 2 po−
kazuje łuk o długości 16mm uzyskany w po−
wietrzu między dwoma gwoździami.

Andrzej Sadowski−Skwarczewski ze

Skarżyska−Kamiennej uzupełnił cewkę za−
płonową prostownikiem i kondensatorem, i
na tej bazie zbudował niewielki transforma−
tor Tesli. Fotografia 3 pokazuje jeden z uzy−
skanych efektów.

Spora część uczestników przysłała opisy

i fotografie efektów uzyskiwanych przy wy−
korzystaniu transformatora Tesli – urządze−
nia bardziej skomplikowanego i dającego du−
żo wyższe napięcia. Fotografia 4 pokazuje
„Układ do Prezentacji Wyładowań Elek−
trycznych”, który wykonali jako pracę dyplo−
mową Artur Pintera oraz Zbigniew Skiba
w Technikum Elektronicznym w Bydgo−
szczy. Opiekunem był mgr inż. Zbigniew
Smutek.

Krystian Kozicki z Rzeszowa, który za−

interesował się wysokimi napięciami w roku
1999, opisał swoje wcześniejsze doświadcze−
nia. Na fotografii 5 można zobaczyć świecą−
cy palnik ksenonowy od lampy błyskowej.

Patryk Kowalski z Bydgoszczy opisał

krótko swój transformator Tesli i ekspery−
menty z lampą plazmową z EP. Fotografia 6
pokazuje jeden z efektów, jaki daje jego
transformator Tesli. Opis transformatora Te−
sli przysłali też Marcin Dutka, Grzegorz
Król i Grzegorz Słowik z okolic Nowego
Sącza. Fotografia 7 pokazuje model w całej
okazałości. 17−letni Paweł Szwed z Grodźca
Śl. przeprowadził eksperymenty z lampą pla−
zmową opisaną w EP (AVT−876). Grzegorz
Niemirowski z Ryk nadesłał dwa filmy
(AVI) – efekty pokazane są na fotografii 8.

Obszerną pracę z dziesiątkami zdjęć przy−

słali też dwaj 19−latkowie: Łukasz Bajda
i Radosław Szymczycha ze Stalowej Woli.
Oto fragment listu: Nasza przygoda zaczęła

się od zbudowa−
nia lampy pla−
zmowej. (...) Jak
można się było
spodziewać, nie
poprzestaliśmy
na budowie lam−
py plazmowej.
Kolejnym kro−
kiem w kierunku
wysokich napięć
była

budowa

transformatora
Tesli. Zaczyna−
jąc jego budowę,
mieliśmy masę
obaw, czy to
w ogóle będzie
działać, ponie−
waż nigdy wcze−
śniej nie wi−
dzieliśmy goto−
wego urządze−
nia. Na szczęście
krok po kroku
prace posuwały
się naprzód, aż
nadszedł długo
oczekiwany mo−
ment

urucho−

mienia. Pierw−
sze próby nas
ro z c z a ro w a ł y,
ale z upływem czasu dochodziliśmy do per−
fekcji w strojeniu Tesli i jak widać, było war−
to. W przyszłości planujemy jeszcze budowę
generatora van de Graffa i rzecz jasna rozbu−
dowę naszych Tesli.

Praca Łukasza i Radosława jest projektem

okładkowym w tym numerze EdW.

Zapowiedziane nagrody otrzymują Jan

Stanisławski, Piotr Tatoń i Andrzej
Sadowski−Skwarczewski.

Dywagacje, czy wybrać nagłośnienie aktywne
czy pasywne, niezależnie czy profesjonalne,
czy do domu, nie jest dyskusją o wyższości
świąt Bożego Narodzenia nad Wielkanocny−
mi. Zaczniemy od parametrów wzmacniacza.

Jednym z tych parametrów, po których po−

znajemy dobry wyrób, jest wysokość współ−
czynnika tłumienia. Jest to liczba określająca,
ile razy rezystancja wyjściowa danego wzmac−
niacza jest mniejsza od nominalnej impedancji
obciążenia. Dobre wzmacniacze charakteryzu−
ją się wartością tego współczynnika grubo po−
wyżej 100. Aby uzmysłowić wpływ tego para−
metru, proponuję przeprowadzenie następują−
cego prostego doświadczenia: jeśli macie dwie
kolumny, w jednej z nich odłączcie przewody
od głośnika basowego. Na drugą kolumnę po−
przez wzmacniacz podajcie sygnał o częstotli−
wości 40−50Hz, kolumny ustawcie blisko, tuż
obok siebie. Pokazuje to w uproszczeniu rysu−
nek 1. Na pewno zaobserwujecie, że w obu ko−
lumnach membrany będą drgać z prawie taką
samą amplitudą. Teraz zewrzyjcie wyprowa−
dzenia niepodłączonego głośnika, po czym po−
wtórzcie doświadczenie, jak pokazuje
rysunek 2. Zapewne zauważycie, że bierny
(zwarty obecnie) głośnik teraz drga z niepo−
równanie mniejszą amplitudą.

Tak jak zwarte zaciski, tak na głośnik

działa wzmacniacz, a właściwie jego rezy−
stancja wyjściowa, minimalizując między in−
nymi wadę głośnika wynikającą z jego czę−
stotliwości rezonansowej. Ilustruje to rysu−
nek 3. Wzmacniacz tłumi różne niepotrzebne

drgania, zapobiegając powstawaniu artefak−
tów. Czym mniejsza impedancja wyjściowa
wzmacniacza, tym lepiej; tym większy ma
współczynnik tłumienia (damping factor).

Wpływ zwrotnicy

Teraz zajmijmy się zwrotnicami, na początek
dolnoprzepustową, która niezależnie, czy za−
wiera filtry o stromościach 6, 12, czy
18dB/oktawę, wymaga włączenia szeregowo

z głośnikiem indukcyjności o wartości od
5mH do 20mH – patrz rysunek 4. W przy−
padku cewek powietrznych (bez rdzenia),
wymaga to od 300 do ok. 900 zwojów drutu,
który posiada przecież swoją rezystancję. Ta−
ka cewka, w zależności od średnicy użytego

drutu, może mieć rezystancję od 0,5

Ω

, i jest włączona szeregowo do rezystan−

cji wyjściowej wzmacniacza. W takim
przypadku na tłumienie głośnika decydują−
cy wpływ ma szkodliwa rezystancja zwrot−
nicy, a nie znacznie mniejsza oporność wyj−
ściowa wzmacniacza.

Jeżeli zwrotnica określa tłumienie głośnika

na poziomie od 2 do 16, to nie ma znaczenia,
czy wzmacniacz ma współczynnik tłumienia
wynoszący tylko 50, czy aż kilka tysięcy!

Tak to wygląda, gdy patrzymy na wzmac−

niacz od strony głośnika.

Inaczej to wygląda od strony wzmacniacza,

gdyż układ zwrotnica + głośnik potrafi zmie−
niać swoją impedancję w zależności od często−
tliwości i jakości zwrotnicy. Różnice mogą
wynieść od 50% do 200% (lub więcej) impe−
dancji znamionowej. Oporność obciążenia

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

To warto wiedzieć

Wrzesień 2002

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

O tym się mówi

nie jest stała – zmienia się z częstotliwością –
ilustruje to rysunek 5. Zmienia się wiec także
tłumienie głośnika. A w tym przypadku współ−
czynnik tłumienia ma znaczenie, minimali−
zując zmiany amplitudy sygnału wyjściowe−
go w zależności od parametrów obciążenia.

Należy także pamiętać, że w czasie pracy

zmienia się położenie cewki w szczelinie
magnesu, co ma wpływ na indukcyjność
własną głośnika, a straty mocy podnoszą
temperaturę cewki, co nie pozostaje bez
wpływu na rezystancję własną głośnika. Te
zmieniające się w trakcie pracy głośnika pa−
rametry mają stosunkowo niewielki wpływ
na pracę ze zwrotnicą 6dB/oct, natomiast
przy filtrach 12, i 18dB/oct, gdzie występują
pojemności, wpływ tych parametrów wnosi
trudne do wyeliminowania dodatkowe czyn−
niki pogarszające emitowany przez ten gło−
śnik dźwięk. Jak więc widać, do wad same−
go przetwornika, jakim jest głośnik, dodaje−
my wady zwrotnicy.

Tyle w uproszczeniu o zakresie basów, te−

raz zajmę się najważniejszym z punktu fizjo−
logii zakresem emitowanego przez zestaw
głośnikowy zakresu częstotliwości − środ−
kiem pasma.

Przyjmuje się, że zakres słyszalności

ludzkiego ucha zawiera się od ok. 20Hz do
około 20000Hz. Jednak nie w całym tym za−
kresie jednakowo czule słuch ludzki odbiera
te dźwięki, preferując zakres od ok. 200Hz
do ok. 3500Hz, jest to tzw. zakres najwyższej
percepcji, gdzie nasz słuch jest szczególnie
wyczulony, wyłapując nawet minimalne nie−
prawidłowości.

Zwrotnice górno−

przepustowe w zakre−
sie 200−400Hz wyma−
gają

kondensatorów

dużej pojemności

i odpowiednio wyso−
kiej jakości – patrz ry−
sunek 6a. Takie podze−
społy używane są tylko
przez bardzo drogich
producentów, spoza za−
sięgu możliwości fi−
nansowych zdecydo−
wanej większości po−
tencjalnych nabywców
w naszym kraju. Ta zdecydowana większość
Polaków skazana jest na kondensatory tzw.
elektrolityczne bipolarne (rysunek 6b) lub
mniej, albo bardziej rozbudowane układy
z użyciem kondensatorów elektrolitycznych
spolaryzowanych (rysunek 6c).

Najmniejsze zniekształcenia wprowadza−

ją zwrotnice o nachyleniu 6 dB/oct, lecz przy
niskich częstotliwościach podziału grozi to
sytuacją, że pewny zakres częstotliwości
w pobliżu częstotliwości podziału jest emito−
wany przez dwa głośniki. Ponieważ zwrotni−
ce wprowadzają przesunięcie fazy, następuje
zjawisko dodawania się lub odejmowania
pewnych częstotliwości. Ponadto istnieje
możliwość uszkodzenia mechanicznego gło−
śnika średniotonowego, gdyż jego konstruk−
cja mechaniczna (z reguły) nie przewiduje
amplitud wychyleń membrany ponad 2mm,
oraz to, że ten głośnik przeważnie ma moc
RMS na poziomie do 50% głośnika basowe−
go, co z kolei przy pojawieniu się na nim peł−
nej mocy wzmacniacza grozi jego spaleniem.
Część tych niekorzystnych zjawisk da się
ograniczyć przy zastosowaniu ostrzejszego
filtru, 12 lub 18dB/oct (nie dotyczy ryzyka
spalenia zbyt dużą mocą), lecz wpadamy
w pułapkę bardzo trudnych do przewidzenia
i wyeliminowania zjawisk związa−
nych z wzajemnym oddziaływa−
niem na siebie zmiennych parame−
trów głośnika (indukcyjność wła−
sna cewki, rezystancja, impedancja
w zależności od częstotliwości)
i

elementów konstrukcyjnych

zwrotnicy oraz wzrostu zniekształ−
ceń, które te zwrotnice wprowadzą.

Bywa, że głośnik średniotono−

wy, chyba za karę, obciążony jest
wadami aż dwóch zwrotnic, bo do−
datkowo górnozaporową, służącą
do podziału pasma z głośnikiem
wysokotonowym – patrz rysunek 7. W efek−
cie, w zestawie pasywnym, „dzięki” zwrotni−
com, najważniejszy głośnik w kolumnie jest
najbardziej popsuty.

Ponieważ producenci, ustalając potrzebną

moc RMS głośnika wysokotonowego, stosu−
ją współczynnik 60 − 30 − 10, gdzie zakłada
się pobór mocy w proporcjach 60% − bas,
30% − środek, 10% głośnik wysokotonowy,
posiada z reguły moc RMS, na poziomie
10% mocy znamionowej kolumny. Aby
zwiększyć bezpieczeństwo, musi być wtedy
zastosowana zwrotnica 18dB/oct, lub mini−
mum 12dB/oct, czyli zwrotnice wnoszące

najwięcej niespodzianek.

Należy także pamiętać, że filtry nie są

„siekierką” odcinającą określoną częstotli−
wość, a nawet przy stromości 12dB/oct na−
chylenie zboczy jest stosunkowo łagodne.
Tymczasem przesterowany sygnał wycho−
dzący ze wzmacniacza nawet na częstotliwo−
ści 1000Hz może mieć nachylenie zbocza
(sygnał prostokątny) odpowiadające często−
tliwości kilku kiloherców. W takim przypad−
ku na głośniku wysokotonowym pojawią się
impulsy o bardzo dużej amplitudzie (szpilki)
z częstotliwością 1000Hz, niszcząc mecha−
nicznie membrankę lub zrywając cewkę.

Aby wyeliminować opisane wyżej sytua−

cje, należy przenieść filtry, określające zakres
emitowanych przez głośniki częstotliwości,
przed wzmacniacze mocy, poddając tym
samym zbawiennemu oddziaływaniu na gło−
śniki małej oporności wyjściowej wzmacnia−
cza, co pozwoli uzyskać dużą wartość współ−
czynnika tłumienia. Ilustruje to rysunek 8.

Filtry elektroniczne bez problemu pozwalają
na uzyskiwanie nachyleń zbocza na poziomie
24 i więcej dB/oct, przy nierównościach cha−
rakterystyki w pobliżu punktu odcinania na
poziomie nie większym niż 0,5dB, pozwala−
jąc równocześnie na niewielkie korekcje po−
prawiające liniowość emitowanego zakresu
częstotliwości.

Wadą tego rozwiązania jest konieczność

stosowania kilku wzmacniaczy mocy, lecz
jest to zmartwienie konstruktorów i produ−
centów. Są już oferowane urządzenia, gdzie
w jednej obudowie jest elektronika i głośniki
według rysunku 9. Wbrew pozorom kolum−
ny aktywne nie muszą być droższe od tych
pasywnych w tej samej klasie jakościowej
i mocy, można nawet uzyskać dużo lepsze
efekty za mniejsze pieniądze, gdyż do kon−
strukcji kolumny aktywnej można użyć nieco
gorszych głośników i mniej wyrafinowanych
wzmacniaczy mocy. Zyskujemy też w takiej
konstrukcji dużo większe bezpieczeństwo
pracy głośników, ponieważ nie ma najmniej−
szych problemów konstrukcyjnych, aby
wzmacniacze wyposażyć w kompresory
dynamiki zabezpieczające poszczególne gło−
śniki przed zbyt dużą mocą, wprowadzając

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

Wrzesień 2002

Rys. 5

Rys. 6

Rys. 7

Rys. 8

kilka razy mniejsze zniekształcenia niż najle−
piej skonstruowana zwrotnica pasywna. Po−
nadto konstruktor może zastosować głośniki
bez względu na ich impedancję lub spraw−
ność, stosując dodatkowo elektroakustyczne
sprzężenie zwrotne.

Jest jeszcze jeden plus takiego rozwiąza−

nia. W układzie pasywnym bez zniekształceń
można wykorzystać do 25% mocy znamio−
nowej najlepszego nawet wzmacniacza.
Układ aktywny o tej samej mocy sumacyjnej
(suma mocy wszystkich kanałów) jest w sta−
nie wydobyć z tych samych głośników ma−
ksymalną moc akustyczną o 50 do 100%
większą, z dużo większym bezpieczeństwem.
Dzieje się to dzięki możliwości lepszego,
w zależności od przetwarzanego pasma, wy−
korzystania poszczególnych wzmacniaczy,

gdyż nie ma konieczności „rezerwowania”
mocy dla odtworzenia dynamiki.

Wspomniałem poprzednio, że przy kon−

strukcji układu aktywnego nie ma konieczno−
ści stosowania wyrafinowanych wzmacnia−
czy. Powodem tego jest niewystępowanie
impedancji obciążenia niższej od znamiono−
wej, co ma niestety miejsce w kolumnach pa−
sywnych. Dlaczego? Wyjaśnienie poniżej.

Wspomniałem poprzednio, że może się

zdarzyć zmniejszenie impedancji wejściowej
układu głośnik−zwrotnica nawet do połowy
impedancji znamionowej (rysunek 5), a ma−
my przecież w tym zakresie częstotliwości
z reguły dwie zwrotnice, górno− i dolnozapo−
rową, połączone równolegle z punktu widze−
nia wzmacniacza (rysunek 7).

Ponadto laboratoryjny pomiar impedancji

w funkcji częstotliwości jest pomiarem nijak
mającym się do rzeczywistej impedancji, gdyż
jest pomiarem syntetycznym, gdzie w danej
chwili przez głośniki odtwarzana jest jedna
częstotliwość podawana z generatora. Sygnał
elektryczny zasilający kolumnę w czasie eks−
ploatacji przypomina bardziej szum różowy,
a śmiałbym twierdzić, że nawet biały.

Wyobraźmy sobie taką sytuację.
Lubimy słuchać naszej ulubionej muzyki

nieco głośniej. Potężny bas zmusił do pracy
głośnik basowy, wokalistka obdarzona niesa−
mowitym sopranem dała popis swoich możli−
wości, uruchamiając głośnik średniotonowy,
natomiast perkusista próbował połamać w tym
momencie pałki na talerzach, co zmusiło do
ciężkiej pracy głośnik wysokotonowy. W du−
żym uproszczeniu, z punktu widzenia wzmac−
niacza podłączone zostały trzy głośniki, każdy
o impedancji 8

Ω

, co daje wypadkową ok. 3

Ω

Jeżeli do tego dołożymy wymagania wy−

wołane wadami zwrotnic, to wzmacniacz
musi być w stanie obsłużyć kolumnę pasyw−
ną chwilowo mocą wielokrotnie większą od
deklarowanej w katalogu. Zdecydowana
większość wzmacniaczy oferowanych na na−
szym rynku nie jest w stanie podołać takim
wymaganiom, bo albo zadziała automatyka
przeciwprzeciążeniowa, albo kondensatory
posiadają zbyt małą pojemność, albo unie−
możliwia to zbyt oszczędna konstrukcja, lub
wszystkie te czynniki występują razem.

Te, które mają podany w opisie swoich

parametrów maksymalny chwilowy prąd lub
moc, lub minimalną impedancję odbiornika,
jaką jest w stanie zasilić dany wyrób, są poza
zasięgiem możliwości finansowych. Nato−
miast tańsze, polskie wyroby nie są w stanie
wybić się w chaosie reklamowym pseudo−
ocen na łamach pism pseudoaudiofilskich,
gdyż większość z nich jest w gruncie rzeczy
jedną wielką tubą reklamową.

Mam nadzieję, że zaprezentowany tekst

zwrócił uwagę na istotny problem i wykazał
różnice, jednoznacznie wskazujące przewagę
rozwiązania kolumny aktywnej nad klasycz−
ną kolumną pasywną.

Krzysztof Jasiński

Od Redakcji. O ile Czytelnicy będą zain−

teresowani tematem, Autor artykułu może za−
prezentować projekt aktywnej zwrotnicy i ca−
łego systemu nagłośnieniowego, uwzględnia−
jącego opisane czynniki. Prosimy o opinie
w tej sprawie w ramach miniankiety lub w li−
stach zwykłych i elektronicznych.

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

Wrzesień 2002

Rys. 9

Document Outline

81_08
81_10
81_13
81_18
81_20
81_22
81_24
81_28
81_36
81_39
81_47
81_51
81_52
81_54
81_56
81_58
81_60
81_62
81_63
81_66

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
EdW 09 2003
EdW 01 2002
EdW 10 2002
EdW 02 2002
EdW 06 2002
EdW 11 2002
EdW 12 2002
EdW 04 2002
EdW 03 2002
EdW 08 2002
EdW 05 2002
Gimnastyka doskonalenie przeskoku kucznego 09 2002
al 09 2002
Gimnastyka doskonalenie przeskoku kucznego 09 2002
ei 09 2002 s 36 37
897994 1900SRM0666 (09 2002) UK EN
KGHM, 09 2002
EdW 07 2002

więcej podobnych podstron

EdW 09 2002

Document Outline