A2

17

Gdy pierwszy raz w życiu stajesz na nartach,
nie

odbywa

się

to

na

szczycie

Kasprowego. Szukasz jakiegoś łagodnego,
mało stromego stoku, jednym słowem –
oślej łączki. Dopiero gdy na takiej oślej łącz−
ce nauczysz się podstaw, będziesz w stanie
bezpiecznie zjechać z Kasprowego.

Niniejszy cykl jest odpowiednikiem

wypraw na taką oślą łączkę. Poszczególne
wyprawy pozwalają poznać kolejne naj−
ważniejsze zagadnienia elektroniki. Kurs
został pomyślany, by przede wszystkim
bawić, a przy okazji uczyć. Zabawa polega
na wykonywaniu różnych pożytecznych
i ciekawych układów.

W niniejszym cyklu wszelkie interpre−

tacje fizyczne są mocno uproszczone (o ile
w ogóle są), a główna uwaga jest skiero−
wane na zagadnienia praktyczne. Uwydat−
nia to charakterystyczna struktura kursu −
każdy odcinek zawiera cztery bloki, wy−
różnione kolorami.

Najważniejszy blok to umieszczone na

białym tle ćwiczenia praktyczne. Podane tu
informacje całkowicie wystarczą do zbudo−
wania i uruchomienia opisanych układów.
Nie lekceważ tych ćwiczeń! Samo przeczy−
tanie tekstu nie dostarczy Ci wszystkich naj−

ważniejszych informacji. Dopiero praktycz−
ne wykonanie i zbadanie zaproponowanych
układów pozwoli wyciągnąć wnioski i w peł−
ni zrozumieć opisane zagadnienia.Wyróżnio−
ny niebieskim kolorem ELEMENTarz
przybliża użyte w ćwiczeniach elementy
oraz zawiera inne niezbędne wiadomo−
ści.Warto poświęcić trochę czasu i starannie
przeanalizować zamieszczone na żółtym tle
TECHNIKALIA – czyli najważniejsze wy−
jaśnienia techniczne. Biblioteczka praktyka
− czwarty blok, wyróżniony kolorem różo−
wym, jest przeznaczony dla osób, które chcą
projektować własne układy. W tej części pre−
zentowane są podstawowe wiadomości dla
młodego konstruktora oraz swego rodzaju
klocki – sprawdzone, gotowe rozwiązania,
które można z powodzeniem wykorzystać
we własnych konstrukcjach.

Niniejszy materiał jest drugą wyprawą na

oślą łączkę. Aby bezboleśnie rozpocząć swą
przygodę z elektroniką, zaleca się zacząć od
lekcji pierwszej, oznaczonej A1. Podane są
tam podstawowe informacje, w tym dotyczą−
ce montażu oraz kodu kolorowego, stosowa−
nego do oznaczania rezystorów. Kolejne lek−
cje publikowane są w Elektronice dla Wszy−
stkich, począwszy od numeru 10/2000.

Archiwalne numery Elektroniki dla

Wszystkich oraz zestawy wszystkich ele−
mentów i materiałów niezbędnych do
przeprowadzenia ćwiczeń dostarczane są
przez firmę AVT – szczegóły podano na
stronie 121.

W czasie drugiej wyprawy wykonasz sze−

reg fantastycznych układów, których działa−
nie zadziwi Ciebie i Twoich najbliższych. Po−
znasz kolejne podstawowe prawa elektroniki
i zdziwisz się, jakie są proste i oczywiste.

Na naszej pierwszej wyprawie (A1) ra−

dziliśmy sobie bez użycia lutownicy. Pod−
czas drugiej wyprawy zapoznasz się z luto−
waniem. Jeśli bardzo się boisz lutowania,
możesz zmontować opisane układy innymi
sposobami, zaprezentowanymi podczas po−
przedniej wyprawy. Serdecznie radzę Ci
jednak – zacznij lutować.

Nie jest to nic trudnego, musisz tylko tro−

chę poćwiczyć i... uważać, by się nie popa−
rzyć. Pożyteczne wskazówki dotyczące lu−
towania znajdziesz w artykule. Nie przejmuj
się, jeśli na razie nie umiesz i nie rozumiesz
wszystkiego. Wykonanie proponowanych
ćwiczeń da Ci wiele radości i wiele nauczy.

Życzy Ci tego autor cyklu

Piotr Górecki

37

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

Wyprawa druga – A2

Nocny Dręczyciel, Laserowa strzelnica, Wyłącznik zmierzchowy,

Automat reklamowy, Symulator alarmu , Elektroniczna tęcza,

Dyskotekowy gadżet, Tańczące lampki, Migacz dużej mocy

kondensatory
elektrolityczne

przełącznik

kondensatory

ceramiczne

fototranzystory

tranzystory NPN

dioda dwukolorowa

fotorezystor

tranzystory PNP

brzęczyk

piezo 12V

diody LED

rezystory

tranzystor

MOSFET N

Prąd elektryczny przepływający przez ciało człowieka nie jest obojętny dla zdrowia.
Czym większe napięcie, tym większy prąd i większy wpływ na organizm.
Napięcia nie przekraczające 24V uznaje się za bezwzględnie bezpieczne.
Napięcia rzędu 60V i więcej uznawane są za niebezpieczne. Napięcie w domowym gnia−
zdku sieci energetycznej wynosi 220...230V – jest to więc napięcie groźne dla życia!

Przeprowadzanie prób z

układami dołączonymi wprost

do sieci grozi śmiercią!

Aby zapobiec nieszczęściu, należy zasilać budowane układy z baterii, albo z użyciem fa−
brycznego, atestowanego zasilacza, który co prawda jest dołączany do sieci, ale zasto−
sowane rozwiązania zapewniają galwaniczną izolację od sieci i pełne bezpieczeństwo.

Na początek bę−
dziemy łączyć re−
zystory szerego−
wo i równolegle.
Nie zlekceważ te−
go prostego ćwi−
czenia.

Chodzi

o intuicyjne zro−
zumienie

zasad

łączenia rezysto−
rów i rozpływu prądów.

Zmontuj układ według rysunku 1

i równolegle do rezystora R1 dołączaj
kolejno rezystory Rx o wartościach
220

Ω

, 1k

Ω

, 10k

Ω

, 100k

Ω

, 1M

Ω

(nie

dołączaj mniej−
szych niż 100

Ω

,

bo możesz spalić
diodę). Nie mu−
sisz dołączać re−
zystora Rx na sta−
łe – wystarczy, że
dotkniesz

jego

końcówkami koń−
cówek rezystora
R1. Zwróć uwa−
gę, jak zmienia

się jasność diody – jest ona zależna od
wypadkowej rezystancji równoległego
połączenia R1 i Rx. Czym mniejsza re−
zystancja wypadkowa, tym większy prąd
i silniej świeci dioda LED. Możesz też
dołączyć równolegle do R1 dwa lub wię−
cej rezystorów.

Ja, przygotowując ćwiczenia, wyko−

rzystałem uniwersalną płytkę stykową –
fotografia 1.

Dodanie równolegle dowolnego rezy−

stora Rx (lub kilku równoległych rezysto−
rów) niewątpliwie zwiększa jasność dio−
dy, ale gdy Rx ma dużą wartość, zmiany
są minimalne. Dodając równoległy

A2

18

Połączenie szeregowe i równoległe

Jak się przekonali−
śmy w ćwiczeniu 1,
rezystancja wypad−
kowa

(zastępcza)

połączenia szerego−
wego dowolnej licz−
by rezystorów jest
równa sumie ich re−
zystancji. Ilustruje
to rysunek A. Rezy−
stancja wypadkowa
(zastępcza) wynosi:

Rz = R1+R2+R3+...
G o r z e j

w przypadku
p o ł ą c z e n i a
równoległego
– zobacz ry−
sunek B. Tu
obowiązuje
następująca
zależność:

Czy ten wzór Cię przestraszył? Jeśli tak, to już

wiesz,

dlaczego

w ćwiczeniu 1 za−
chęcałem Cię do in−
tuicyjnego podej−
ścia do problemu.

Możesz jednak

zapamiętać wzór na
rezystancję wypad−
kową dwóch rezy−
storów połączonych równolegle. Nie będzie to jed−
nak wzór:

tylko jego przekształcona forma:

Warto ten wzór zapamiętać, a przynajmniej

mieć gdzieś pod ręką.

A teraz niespodzianka! Przy łączeniu konden−

satorów jest dokładnie odwrotnie: wypadkowa po−
jemność równoległego połączenia dowolnej liczby
kondensatorów jest równa sumie ich pojemności.
Aby zwiększyć pojemność, śmiało możesz łączyć
kondensatory równolegle.

Ten straszny Kirchhoff...

Podczas pierwszej wyprawy omawialiśmy prawo
Ohma. Okazało się, że to nic trudnego. Równie
proste i łatwe do intuicyjnego pojęcia okażą się
dwa kolejne fundamentalne prawa elektroniki –
prawa Kirchhoffa.

Zanim je omówimy, uściślijmy pewne podsta−

wowe fakty.

Prąd, przepływając przez elementy wywołuje

na nich spadek napięcia. Jeśli prąd nie płynie,
spadku napięcia nie ma. Uwaga − spadek napięcia

38

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

Kondensator

Kondensatory obok rezystorów
są najpopularniejszymi ele−
mentami elektronicznymi. Ich
budowę ilustruje pokazany po
prawej stronie symbol kondensatora – dwie
przewodzące prąd płaszczyzny, tak zwane
okładki, przedzielone są warstwą izolatora
(dielektryka). Obecność izolatora wskazuje,
że przez kondensator w zasadzienie może
płynąć prąd (stały). Najważniejszą cechą
kondensatorów jest zdolność gromadzenia
energii elektrycznej. Zdolność tę charaktery−
zuje podstawowy parametr kondensatorów
zwany pojemnością.

Kondensator można naładować, to znaczy

zgromadzić w nim energię, a potem tę energię
pobrać – w tym względzie kondensator przy−
pomina akumulator. Trzeba jednak wiedzieć,
że ilość energii, jaką można zgromadzić w ty−
powym kondensatorze jest nieporównanie
mniejsza od ilości energii gromadzonej w ja−
kimkolwiek akumulatorze (baterii).

Oprócz roli (niewielkich) zbiorniczków

energii, kondensatory pełnią w układach
elektronicznych także inne ważne role: roz−
dzielają sygnały, zmniejszają zakłócenia, są
częścią filtrów.

Najważniejsze parametry kondensatora

to pojemność i napięcie maksymalne (zna−
mionowe). Jeśli napięcie na końcówkach

Ćwiczenie 1

Połączenie równoległe
i szeregowe
Rozpływ prądów

Rys. 1

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

R1 R2

RN

R

Z

R

Z

1

1

1

1

R

Z

R

Z

+

...

R1 R2

RN

=

+

=

1

1

1

1

R

Z

R

Z

R 1

R 1 R2

RN

+

... +

=

R1

R 2

=

R1

R 2

1

1

1

+

R

Z

R

Z

R1

R1

R2

R2

R

Z

R

Z

+

*

=

Rys. A

Rys. B

Rys. C

A2

19

rezystor, zwiększasz prąd diody.
Oznacza to, że zmniejszasz rezy−
stancję ograniczającą.

A jaka jest rezystancja wy−

padkowa dwóch lub więcej
oporników połączonych równo−
legle? Wzory na rezystancję wy−
padkową w połączeniu równole−
głym znajdziesz w

części

TECHNIKALIA. Niestety, nie
są to wzory najprzyjemniejsze,
dlatego koniecznie przeprowadź
eksperyment według rysunku 1
i spróbuj intuicyjnie poczuć obowiązu−
jące zasady.

Niewątpliwie rezystancja wypadko−

wa połączenia równoległego dwóch re−
zystorów jest mniejsza od rezystancji
mniejszego z nich. O ile mniejsza? To
zależy. Powinieneś trochę poćwiczyć
z rezystorami o różnych wartościach
(w zakresie 1k

Ω

...1M

Ω

). Sprawdź i za−

pamiętaj, że wypadkowa rezystancja po−
łączonych równolegle dwóch jed−
nakowych rezystorów jest
równa połowie rezystancji
każdego z nich.

A teraz zestaw układ we−

dług rysunku 2a. Jako Rx
włączaj kolejno rezystory o warto−
ściach 0

Ω

(zwora – kawałeczek drutu),

10

Ω

, 100

Ω

, 1k

Ω

, 10k

Ω

, 100k

Ω

. Jasność

diody LED świadczy niezbicie, że doda−

nie do R1 szeregowej

rezystancji Rx zwięk−

sza rezystancję wy−

padkową. Jeśli war−

tość Rx jest dużo więk−

sza od R1, wypadkowa rezy−

stancja jest zbliżona do większej z nich,
czyli Rx. Możesz też między punkty A,
B włączyć nie jeden, ale kilka połączonych
w szereg rezystorów.

Jeśli chcesz sprawdź, czy taki sam

efekt uzyskasz przy przestawieniu ko−
lejności rezysto−
rów, czyli w ukła−
dzie według ry−
sunku 2b lub 2c.
Efekt jest zawsze
taki sam. Oznacza
to, że

przy połą−

czeniu

szerego−

wym dowolnych
elementów kolej−
ność nie ma zna−
czenia

. Wbij to

sobie do głowy raz
na zawsze!

i napięcie to to samo. Czasem myśląc o tym sa−
mym mówimy, że na elemencie występuje napię−
cie, a czasem że spadek napięcia. Rysunek D

pokazuje obwód, który nie jest zamknięty. Prąd
jest równy zeru, a więc napięcia U1 i U2...

Według prawa Ohma

U = I*R.

Oznacza to, że gdy prąd nie płynie, na rezystorach
R1, R2 (i diodzie) nie występuje spadek napięcia −
napięcia na nich są równe zeru.

Aby popłynął prąd, potrzebne jest jakieś źródło

napięcia, a obwód musi być zamknięty. Obwód ob−
ciążenia może zawierać wiele elementów, prąd
może się rozgałęziać, ale prąd zawsze zamyka się
w zamkniętym obwodzie, obejmującym źródło na−
pięcia – ilustruje to rysunek E.

A teraz przechodzimy do praw Kirchhoffa. Nic

się nie bój, nie będzie bolało.

39

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

kondensatora będzie zbyt wysokie, izolator
kondensatora ulegnie przebiciu, co zazwy−
czaj oznacza trwałe uszkodzenie (zwarcie
okładek). Dlatego na obudowach kondensa−
torów zazwyczaj podaje się napięcie maksy−
malne. Uwaga! Kondensator może z powo−
dzeniem pracować przy napięciach niższych
niż jego napięcie znamionowe – nie grozi to
niczym złym.

Pojemność kondensatora wyrażamy w fara−

dach (skrót F). 1 farad to ogromna pojemność;
w praktyce pojemność wyraża się w mikrofa−
radach (µF), nanofaradach (nF) i pikofaradach
(pF). W swojej praktyce najczęściej będziesz
mieć do czynienia z kondensatorami o pojem−
nościach w zakresie 1nF...4700µF.

Istnieje wiele rodzajów kondensatorów,

różniących się budową, a przede wszystkim
rodzajem dielektryka (izolatora). Są konden−
satory mikowe, papierowe, szklane, teflono−
we, poliwęglanowe, polistyrenowe, polie−
strowe, ceramiczne, elektrolityczne alumi−
niowe, tantalowe, itd.

Zdecydowanie najpopularniejsze (i naj−

tańsze) są poliestrowe, ceramiczne oraz elek−
trolityczne aluminiowe – takie kondensatory
będziesz stosował w swych układach.

Większość zasad oznaczania kondensato−

rów podałem podczas poprzedniej wyprawy.
Dodam tylko informację o oznaczaniu tole−
rancji oraz kondensatorów ceramicznych.

Tolerancję oznacza się

dużą literą. Najczęściej
jest to litera K (10%) lub
J (5%). Tabela 1 zawiera
bliższe informacje.

Oznaczenie

220nK

oznacza więc 220nF
10%; 4n7J to 4,7nF 5%,
natomiast

1n21F

to

1,21nF (1210pF) 1%.

Często spotyka się ele−

menty oznaczone kodem
cyfrowym podobnym do
kodu kolorów. W ozna−
czeniu trzycyfrowym dwie pierwsze cyfry są
znaczące, trzecia to liczba zer. Wartość poda−
na jest w pikofaradach (w przypadku rezysto−
rów – w omach). Przykładowo kondensator
oznaczony 332 ma wartość 3300pF, czyli

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

2

2

2

2

N

±

30%

M

±

20%

K

±

10%

J

±

5%

G

±

2%

F

±

1%

D

±

0,5%

C

±

0,25%

B

±

0,1%

W

±

0,05%

P

±

0,002%

L

±

0,001%

E

±

0,0005%

Tabela 1

Rys. D

Rys. E

Czy wiesz, że...

w połączeniu szeregowym

nie ma znaczenia kolejność

elementów.

Wykonaj układ we−
dług rysunku 5 i fo−
tografii 3. Zwróć
uwagę, że zastoso−
wany kondensator
elektrolityczny jest
elementem bieguno−
wym i włączony od−
wrotnie na pewno
się zepsuje, a nawet
może wybuchnąć.

Przełączaj prze−

łącznik S1. Co się
dzieje?

Nie ulega wątpli−

wości, że kondensa−
tor zachowuje się
jak bateria – groma−
dzi energię elektrycz−
ną. W

pozycji

A

przełącznika

S1 do baterii B1
dołączasz kon−
densator C1, kon−
densator ładuje się
w krótkim czasie prądem pły−
nącym przez rezystor R1 i diodę D1.
Świadczy o tym silny a krótki błysk dio−
dy D1. Gdy kondensator się naładuje,
prąd ładowania przestaje płynąć. O tym,
że kondensator został naładowany, czyli
zgromadziła się w nim pewna ilość ener−
gii przekonasz się, gdy przełączysz S1
do pozycji B. Dioda D2 zaświeci się,
a następnie zacznie pomału gasnąć.

Brzęczyk będzie działał

dłużej.

A jak długo bę−

dą świecić lampki

z kondensatorem o

pojemności 4700µF?

Tym razem możesz dołą−

czyć większy kondensator rów−

nolegle do mniejszego, wypadkowa

Zapewne znasz powiedzenie

że w przyrodzie nic nie ginie...

Powiedzenie to jest jak naj−

bardziej trafne w odniesieniu do
elektroniki, a ściślej: prądu
i napięcia.

Na rysunku F zaznaczyłem

rozpływ prądów w poszczegól−
nych gałęziach i zaznaczonych
zielono) węzłach. Znów użyjmy
prostej analogi z rurami instala−
cji wodnej. Prąd w przewodach
i elementach zachowuje się
podobnie jak woda płynąca w ru−
rach. Woda po drodze nie może

40

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

3,3nF. 471 to 470pF; 224 to 220000pF, czyli
220nF, natomiast 105 to 1000000pF, czyli 1µF.

Kondensator stały

Nazwa kondensator stały wska−
zuje na rodzaj dielektryka: ciało
stałe, w przeciwieństwie do cie−
czy. Najpopularniejszymi dielektrykami są
cieniutka folia (najczęściej poliestrowa) oraz
specjalne odmiany ceramiki.

Fotografie pokazują kondensatory fo−

liowe i ceramiczne. Kondensator stały jest
elementem niebiegunowym.

Najpopularniejsze kondensatory stałe ma−

ją pojemność 1nF...2,2µF (2200nF).

Kondensatory foliowe (o oznaczeniu MKT)

niewiele zmieniają pojemność pod wpływem
temperatury i są stosowane w układach, gdzie
wymagana jest stabilność pojemności.

Kondensatory ceramiczne są mniejsze

i tańsze od podobnych foliowych, ale mają
małą stabilność cieplną – niektóre ich
rodzaje potrafią pod wpływem wahań tempe−
ratury zmieniać pojemność nawet o 50%, gdy
kondensatory foliowe w tych samych warun−
kach zmienią pojemność co najwyżej o 1%.
Pomimo mniejszej stabilności, kondensatory

A teraz dobra wiadomość. Bardzo ła−

two można policzyć rezystancję wypad−
kową rezystorów połączonych szerego−
wo: rezystancja wypadkowa połączenia
szeregowego dowolnej liczby rezystorów
jest sumą ich rezystancji. Zapamiętaj to!

W praktyce będziesz niekiedy łączył

rezystory szeregowo i równolegle, by
uzyskać potrzebną wartość. Możesz też
zastosować połączenie mieszane.
Trzy przykłady podane są na rysunku 3.

A teraz kolejna sprawa – rozpływ

prądów w obwodzie. Sprawdzisz to
w układzie z rysunku 4 i fotografii 2
z trzema jednakowymi diodami LED,
stosując jako Rx rezystory o warto−
ściach 1

Ω

, 10

Ω

, 100

Ω

, 1k

Ω

, 10k

Ω

,

100k

Ω

. Znów nie musisz łączyć Rx na

stałe – wystarczy dotknąć na chwilę
punktów A, B. Przekonaj się, że prąd
jest leniwy i chętnie płynie tam, gdzie
jest mniejszy opór (rezystancja).

A2

20

Ćwiczenie 2

Czy wiesz, że...

kondensator elekrolityczny (biegunowy)

dołączony do źródła napięcia o zbyt wysokiej

wartości lub odwrotnej biegunowości mo−

że spowodować silny wybuch?

Rys. 5

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

3

3

3

3

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

węzeł

to też jest

węzeł

to też jest

węzeł

a)

b)

I

1

I

1

I

1

I

1

I

2

I

2

I

1,

I

1, I2 − prądy dopływające

I

2 − prądy dopływające

I

2

I

2

I

3

I

3

I

3

I

3

I

4

I

4

I

3,

I

3, I4 − prądy odpływające

I

4 − prądy odpływające

I

1+

I

1+I2

=

I

2 =

I

3+

I

3+I4

I

4

I

4

I

4

I

5

I

5

I

6

I

6

I

7

I

7

I

I

I

I

1+ 2+ 3+ 4

=

I

I

I

5+ 6+ 7

I

I

I

I

1+ 2+ 3+ 4=I I I

5+ 6+ 7

Fot. G

k

k

k

k

o

o

o

o

n

n

n

n

d

d

d

d

e

e

e

e

n

n

n

n

s

s

s

s

a

a

a

a

t

t

t

t

o

o

o

o

r

r

r

r

y

y

y

y

f

f

f

f

o

o

o

o

ll

ll

ii

ii

o

o

o

o

w

w

w

w

e

e

e

e

k

k

k

k

o

o

o

o

n

n

n

n

d

d

d

d

e

e

e

e

n

n

n

n

s

s

s

s

a

a

a

a

t

t

t

t

o

o

o

o

r

r

r

r

y

y

y

y

c

c

c

c

e

e

e

e

r

r

r

r

a

a

a

a

m

m

m

m

ii

ii

c

c

c

c

z

z

z

z

n

n

n

n

e

e

e

e

Rys. F

TECHNIKALIA

pojemność będzie sumą pojemności obu
kondensatorów – zapamiętaj to.

Zastosuj teraz w roli C1 kondensator

o pojemności 10µF i przełączaj S1. Co
się zmieniło? Czy dostrzegasz miganie
diod? Diody nadal świecą, ale czas świe−
cenia jest bardzo krótki.

Odłącz rezystor i diodę LED, pozo−

staw tylko brzęczyk. Jak długo będzie
pracował brzęczyk, zasilany z kondensa−
tora 470µF, a ile z kondensatora 10µF?

Czas świecenia diody (czas rozłado−

wania) zależy od pojemności C1 i rezy−
stancji R2. Czym większa pojemność
i czym większa rezystancja, tym czas ten
jest większy (obecność brzęczyka ma
niewielki wpływ). Podobnie od rezy−
stancji R1 i pojemności C1 zależy czas
ładowania.

Zastosuj

R1=1k

Ω

,

C1=4700µF. Jak dioda D1 świadczy
o czasie ładowania?

Zestaw teraz układ według

rysunku 6a. Ja wyko−
rzystałem

płytkę

stykową – foto−
grafia 4. Diody
świecące służą tu
tylko jako wska−
źnik prądu. Obwody
I i II są bardzo podob−
ne; różnią się tylko kolejno−

ścią elementów R, C. Podczas przełącza−
nia przełącznika S migać będą wszystkie
diody. Na rysunku 6 zaznaczyłem kolo−
rami, w jakim obwodzie płynie prąd ła−
dowania (kolor czerwony), a w jakim
prąd rozładowania (kolor zielony). Zau−
waż, że kierunek przepływu prądu zmie−
nia się. Czy rozumiesz dlaczego?

Przyzwyczajaj się do wy−

kresów – na rysunku 7

narysowałem

jak

zmienia się w cza−

sie prąd ładowa−
nia i rozładowa−

nia. Wykres z ry−

sunku 7a dotyczy

zarówno gałęzi I, jak

i gałęzi II. Jeśli wartość

zginąć (rury nie są dziurawe). Ilość wody dopły−
wającej do danego węzła musi być równa ilości
wody odpływającej. To oczywiste prawda?

Tak samo jest z prądem: suma prądów dopły−

wających do węzła musi być równa sumie prądów
odpływających. Ilustruje to rysunek G. Samo
przez się zrozumiałe?

Właśnie! A to jest treść prawa Kirchhoffa doty−

czącego prądu. Może uznasz, że sprawa tych prą−
dów w węźle jest tak oczywista, że nie warto o tym
nawet wspominać. Rzeczywiście jest to zgodne
z intuicją, ale początkujący miewają z tym kłopo−
ty. Niektórzy wiedząc, że prąd przez rezystor pły−
nie “opornie” skłonni są uznać, że zmniejsza on
“po drodze” swoją wartość. I to jest bardzo
poważny błąd!

Nie może się zdarzyć, że “przed rezystorem”

(lub innym elementem) prąd jest większy, a “za re−
zystorem” – mniejszy. Zresztą wyrażenia “przed”
i “za” nie są trafne i nigdy tak nie mówimy. Ilu−
struje to rysunek H.

Zapamiętaj − w danej gałęzi prąd nie może “za−

wieruszyć się gdzieś po drodze”.

Jak pokazują wcześniejsze rysunki, prąd,

który wypłynął z dodatniego bieguna baterii, po
przebrnięciu przez dowolnie skomplikowaną sieć

85

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

ceramiczne są wykorzystywane powszech−
nie, bo tylko w niewielu przypadkach wyma−
gana jest dobra stabilność cieplna.

Kondensator
elektrolityczny

Kondensator elektrolityczny za−
wdzięcza swą nazwę (zwykle
ciekłemu) elektrolitowi. Gdy
rozbierzesz popularny kondensator elektroli−
tyczny, przekonasz się, iż jest on zbudowany
ze zwiniętych pasków folii aluminiowej i pa−
sków papieru nasączonych cieczą – właśnie
elektrolitem. Wbrew pozorom, izolatorem nie
jest ani papier, ani ciekły elektrolit, tylko cie−
niuteńka warstwa tlenku glinu, wytworzona na
chropowatej powierzchni paska aluminium
(jeden z pasków jest matowy). Ponieważ war−
stwa izolatora jest zadziwiająco cienka, a chro−
powata powierzchnia aluminium ma po−
wierzchnię czynną wielokrotnie większą niż
geometryczne wymiary paska, w kondensato−
rach elektrolitycznych udaje się uzyskać sto−
sunkowo dużą pojemność. Na fotografiach
zobaczysz różne kondensatory elektrolityczne.

Nie produkuje się “elektrolitów” o pojem−

nościach poniżej 1µF (1000nF). Najpopular−
niejsze kondensatory elektrolityczne mają
pojemność od 2,2µF do 4700µF, ale zdarzają
się też większe, nawet do 47000µF i więcej.
Wielkość “elektrolita” związana jest z po−
jemnością oraz napięciem maksymalnym.

A2

21

Rys. 6a

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

4

4

4

4

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

Fot. I

Fot. H

k

k

k

k

o

o

o

o

n

n

n

n

d

d

d

d

e

e

e

e

n

n

n

n

s

s

s

s

a

a

a

a

t

t

t

t

o

o

o

o

r

r

r

r

y

y

y

y

e

e

e

e

ll

ll

e

e

e

e

k

k

k

k

t

t

t

t

r

r

r

r

o

o

o

o

ll

ll

ii

ii

t

t

t

t

y

y

y

y

c

c

c

c

z

z

z

z

n

n

n

n

e

e

e

e

a

a

a

a

ll

ll

u

u

u

u

m

m

m

m

ii

ii

n

n

n

n

ii

ii

o

o

o

o

w

w

w

w

e

e

e

e

((

((

z

z

z

z

w

w

w

w

y

y

y

y

k

k

k

k

łł

łł

e

e

e

e

))

))

Czy wiesz, że...

w elektronice obowiązuje uczciwość: ani

prąd, ani napięcie nie mogą wyparować ani zgi−

nąć bez wieści. Nie mogą się też pojawić nie

wiadomo skąd. Te oczywiste zasady zna−

ne są jako prawa Kirchhoffa.

Tego ćwiczenia nie musisz wykonywać.
Jeśli jednak jesteś ciekawy, jak zbudo−
wane są kondensatory, zepsuj po jednym
kondensatorze (foliowy, ceramiczny
i elektrolityczny). Po takich ekspery−
mentach na wszelki wypadek umyj ręce
(choć generalnie nie zawierają one sub−
stancji trujących czy żrących, taka prze−
zorność na pewno nie zaszkodzi).

Pamiętaj, że kondensatory elektroli−

tyczne włączone odwrotnie oraz dołą−
czone do zbyt wysokiego napięcia mo−

gą wybuchnąć. Nie przeprowadzaj ta−
kich testów! Zachowując wszelkie

C1 i C2 oraz R1 i R2 są jednakowe, prą−
dy w gałęziach I i II też będą jednakowe.

Przyjmijmy, że zmiany prądu są w obu

gałęziach identyczne. Czy tak samo zmie−
niają się napięcia oznaczone U

X

i U

Y

?

Nie! Napięcia U

X

i U

Y

nie są jednako−

we. Czy już potrafiłbyś narysować
z grubsza na wykresie, jak zmieniają się
te napięcia w czasie? Spróbuj uzupełnić
rysunek 7b i 7c, a potem zajrzyj też do
części TECHNIKALIA. Przebiegi na−
pięcia U

X

i U

Y

możesz kontrolować pro−

stym monitorem napięcia o schemacie
z rysunku 6b. Uwaga! Ze względu na
duże wartości rezystancji musisz zacie−

mnić pomieszczenie, żeby zaobserwo−
wać świecenie diod monitora napięcia.

Prawdopodobnie mocno się zdzi−

wisz – skąd w punkcie Y bierze się
ujemne napięcie? To jeszcze nie koniec
niespodzianek.

Wiesz, że dioda LED nie zaświeci się

przy napięciu 1,5V (dołączona np. do jed−
nego “paluszka”). Kondensator i przełącz−
nik pozwalają zbudować prosty podwajacz
napięcia − w układzie z rysunku 8 dioda
miga podczas przełączania przełącznika
S1. Jak widzisz, naładowany kondensator
rzeczywiście pełni rolę bateryjki.

o d b i o r n i k ó w
wróci do bie−
guna ujemne−
go. Dla danej
baterii wartość
prądu wypły−
wającego z jej
bieguna dodat−
niego źródła
napięcia

bę−

dzie dokładnie
taka sama, jak
prądu “wraca−
jącego” do bie−
guna ujemne−
go. Tak samo,
gdy w obwo−
dzie występują
dwa źródła na−
pięcia lub wię−
cej – przykład
pokazuje rysu−

nek I. Już teraz, na początku swej przygody
z elektroniką wbij sobie do głowy, że prąd
nie może zginąć po drodze i że prądy zawsze

płyną w zamkniętych obwodach – będzie ci to
bardzo potrzebne, gdy zaczniesz budować wzmac−
niacze zasilane podwójnym (symetrycznym)

86

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

Zdecydowanie najpopularniejsze są kon−

densatory elektrolityczne aluminiowe. Znacz−
nie lepsze kondensatory tantalowe są droższe,
dlatego są stosowane tylko w układach, gdzie
wymagana jest stabilność pojemności.

Uwaga, “elektrolity” aluminiowe i tantalowe

mają określoną biegunowość. Zarówno odwrot−
ne włączenie, jak i przekroczenie napięcia nomi−
nalnego kończy się nieodwracalnym uszkodze−
niem, a często także niebezpieczną eksplozją.

Powinieneś wiedzieć, że powszechnie sto−

sowane “elektrolity” aluminiowe mają pewną
niezbyt dobrą właściwość. Teoretycznie ze
względu na obecność dielektryka (izolatora)
przez kondensator nie powinien płynąć prąd
stały. I praktycznie nie płynie on przez dielek−
tryk foliowy, ceramiczny, a także dielektryk
w kondensatorach tantalowych. Natomiast
w kondensatorach elektrolitycznych alumi−
niowych, które przez długi czas (miesiące)
nie są podłączone do źródła napięcia, cieniut−
ka warstewka tlenku glinu ulega drobnym

A2

22

Rys. 8

Rys. K

Rys. J

Ćwiczenie 3

A co jest w środku?

k

k

k

k

o

o

o

o

n

n

n

n

d

d

d

d

e

e

e

e

n

n

n

n

s

s

s

s

a

a

a

a

t

t

t

t

o

o

o

o

r

r

r

r

y

y

y

y

t

t

t

t

a

a

a

a

n

n

n

n

t

t

t

t

a

a

a

a

ll

ll

o

o

o

o

w

w

w

w

e

e

e

e

k

k

k

k

o

o

o

o

n

n

n

n

d

d

d

d

e

e

e

e

n

n

n

n

s

s

s

s

a

a

a

a

t

t

t

t

o

o

o

o

r

r

r

r

y

y

y

y

a

a

a

a

ll

ll

u

u

u

u

m

m

m

m

ii

ii

n

n

n

n

ii

ii

o

o

o

o

w

w

w

w

e

e

e

e

d

d

d

d

u

u

u

u

ż

ż

ż

ż

e

e

e

e

jj

jj

p

p

p

p

o

o

o

o

jj

jj

e

e

e

e

m

m

m

m

n

n

n

n

o

o

o

o

ś

ś

ś

ś

c

c

c

c

ii

ii

Rys. 6b

Rys. 7

a)

b)

c)

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

5

5

5

5

środki bezpieczeństwa zrobiłem to za
Ciebie. Mały kondensator 10

µ

F/16V włą−

czony odwrotnie do zasilacza 12V 250mA
wybuchł z wielkim hukiem po kilku−
dziesięciu sekundach. Fotografia 5 po−
kazuje, co z niego zostało. Natomiast
duży, stary krajowy “elektrolit”
1500µF/16V włączony odwrotnie nie
wybuchł, tylko pobierając prąd około
0,4A przy napięciu 12V bardzo silnie

się rozgrzał, a ciśnienie gazów wy−
pchnęło gumowe denko – efekt widzisz
na fotografii 6.

napięciem i wykorzystywać tak zwane wzmacnia−
cze operacyjne.

Tak samo jak w obwodach elektronicznych nie

może zginąć prąd, tak samo nie może zginąć napię−
cie. Biorąc sprawę w uproszczeniu, mamy źródła
napięcia (bateria, zasilacz, akumulator) oraz
odbiorniki. Niech na źródle występuje jakieś napię−
cie U

B

. Suma napięć (albo inaczej mówiąc − spad−

ków napięć) na odbiornikach musi być równa na−
pięciu źródła. Prosty przypadek pokazany jest na
rysunku J. Żeby się nie pogubić przy analizie na−
pięć, przyjęto zasadę zaznaczania kierunku napię−
cia za pomocą strzałek; grot strzałki pokazuje,
mówiąc potocznie – plus (ściślej: punkt o wyższym
potencjale). Zwróć uwagę, że w przypadku baterii

strzałka wskazuje po prostu biegun dodatni.
W przypadku odbiorników strzałki są, mówiąc
obrazowo “skierowane przeciwnie” do kierunku
prądu. Można też powiedzieć, że grot strzałki powi−
nien pokazywać punkt bliższy bieguna dodatniego.

Na rysunku K pokazane są kolejne przypadki

– zawsze suma spadków napięć (napięć
na odbiornikach) jest równa napięciu źródła
(źródeł). Napięcie nie może zginąć ani też
pojawić się “znikąd”.

I to jest sens prawa Kirchhoffa w odniesieniu

do napięć. Na początek tyle informacji Ci wystar−
czy, jednak zachęcam Cię do starannego przeanali−
zowania dalszej części materiału przeznaczonego
tylko dla dociekliwych.

87

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

uszkodzeniom. Mówimy, że aluminiowy “elek−
trolit” uległ rozformowaniu. Po dołączeniu ta−
kiego rozformowanego kondensatora do źródła
napięcia, przez pewien czas (liczony w godzi−
nach) popłynie niewielki prąd stały – tak zwa−
ny prąd upływu. Po kilku godzinach prąd ten
zmaleje do pomijalnie małej wartości – mówi−
my, że kondensator się zaformował. Gdy kon−
densatory elektrolityczne mają współpracować
z obwodami zawierającymi rezystory o warto−
ściach powyżej 100k

Ω

, warto je przed wluto−

waniem do układu zaformować, czyli dołączyć
do baterii lub zasilacza co najmniej na godzinę.

Fotorezystor

jest odmianą rezystora − pod wpływem
oświetlenia zmniejsza swą rezystancję z kil−
ku...kilkudziesięciu megaomów nawet do
kilkuset omów. Czym jaśniejsze światło, tym
mniejsza rezystancja fotorezystora. Fotore−
zystor jest elementem niebiegunowym.

Fototranzystor

Pod wpływem oświetlenia
zaczyna przewodzić prąd
w obwodzie kolektor−emiter,
i co ważne, nie jest do tego
potrzebny prąd bazy (jednak
niektóre fototranzystory ma−
ją wyprowadzoną końcówkę
bazy). Rolę prądu bazy pełni światło. Czym
więcej światła, tym większy prąd kolektora.
Fotografia pokazuje wygląd fototranzysto−
rów. Fototranzystor jest elementem bieguno−
wym − przy niewłaściwym włączeniu element
wprawdzie nie powinien ulec uszkodzeniu, ale
praktycznie nie będzie reagował na światło.

Uwaga! W większości elementów elek−

tronicznych końcówka dodatnia jest dłuższa.

A2

23

Ćwiczenie 4

W

Wy

yłłą

ąc

cz

zn

niik

k z

zm

miie

er

rz

zc

ch

ho

ow

wy

y

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

6

6

6

6

TECHNIKALIA

Rys. L

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

o

o

o

o

r

r

r

r

e

e

e

e

z

z

z

z

y

y

y

y

s

s

s

s

t

t

t

t

o

o

o

o

r

r

r

r

Zbuduj układ według rysunku 9. Jeśli
fotorezystor pozostaje w ciemności, nic
się nie dzieje. Gdy oświetlisz fotorezy−
stor, odezwie się brzęczyk i zaświeci się
dioda D2. Dioda D1 pokazuje, jaki prąd
płynie przez fotoelement.

Zestaw układ według rysunku

10. Tym razem brzęczyk się ode−
zwie i zaświeci dioda D3, gdy zasło−
nisz fotoelement (np. wsadzając układ
do szuflady) lub gdy zapadnie zmrok.
Jeśli światło jest jasne, przez fotorezy−
stor płynie znaczny prąd.
Tranzystor T1 wtedy
przewodzi i zabie−
ra cały prąd pły−
nący przez R3,
przez co tranzy−
stor T2 jest zatkany.
Rezystor R2 ogranicza
prąd bazy w przypadku bardzo silnego
oświetlenia. Gdy światło jest coraz
słabsze, przez fotorezystor płynie coraz

mniejszy prąd. Coraz mniejszy prąd
płynie także w obwodzie kolektor−emi−
ter tranzystora T1. T1 zaczyna się za−
mykać, napięcie na jego kolektorze ro−
śnie, więc zaczyna przewodzić tranzy−
stor T2. Zwróć uwagę, że obwody
z tranzystorami T1, T2 to niewątpliwie
wzmacniacz.

Wymieniając rezystor R1 (1k

Ω

...1M

Ω

)

w układach z rysunków 9 i 10 możesz re−
gulować próg włączania brzęczyka i dio−

dy w bardzo szerokim zakresie.

W ciemności zbliż

diodę świecącą D1 do

fotorezystora FR.

Co się stanie?

Możesz przeana−

lizować

działanie

takiego nietypowego genera−

tora, możesz zmieniać pojemność
C1, nie będziemy się jednak nim
zajmować.

Rys. 9

Czy wiesz, że...

nazwa jednostki pojemności, farad,
pochodzi od nazwiska zasłużonego

uczonego angielskiego Michaela

Faradaya?

Rys. 10

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

Kirchhoff tylko dla dociekliwych

Gdy w danym odwodzie występuje kilka źródeł, sy−
tuacja jest podobna – zawsze suma spadków napięć
(napięć na odbiornikach) równa się sumie napięć
źródeł. Zwróć uwagę na rysunek L, gdzie pokazano
przypadek, gdy napięcia źródeł (baterii) w zależno−
ści od kierunku włączenia dodają się lub odejmują.

Przy analizie napięć zawsze bierzemy pod

uwagę zamknięte obwody (pętle), które są facho−
wo nazywane oczkami. Nie zawsze w analizowa−
nym oczku muszą występować źródła napięcia –
przykład masz na rysunku M. Niewiele to zmie−
nia – możemy zastrzałkować występujące napię−
cia (grot strzałki pokazuje punkt bardziej dodatni)
i obrać dowolny kierunek obiegu oczka. Potem

trzeba zsumo−
wać napięcia,
biorąc napięcia
zastrzałkowane
zgodnie z kie−
runkiem obiegu
oczka ze zna−
kiem plus, a za−
s t r z a ł k o w a n e
przeciwnie – ze
znakiem minus.
Uważaj – suma
napięć w oczku
zawsze będzie
równa

zeru.

Taką też definicję (napięciowe prawo Kirchhoffa)
znajdziesz w podręcznikach.

Może ta definicja Cię trochę przestraszyła. Nie

bój się, ale też nie lekceważ tych wiadomości. Na
razie zakoduj sobie uproszczoną zasadę: napięcie
w obwodzie nie może zginąć, a suma spadków na−
pięć (czyli napięć na odbiornikach) musi być rów−
na napięciu źródła (źródeł).

I tyle o groźnych tylko z nazwy prawach Kirch−

hoffa. Mówiłem Ci, że podstawy elektroniki są
beznadziejnie proste. W elektronice nie ma żad−
nych oszustw i ani prąd, ani napięcie nie mogą wy−
parować ani zginąć bez wieści.

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW

88

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

W przypadku fototranzystorów L−53P3C (5mm)
i L−932P3C (3mm) jest odwrotnie. Końców−
ka dodatnia jest krótsza – nie zapomnij o tym
przy budowie układów.

Uwaga! W większości typowych układów

można zamiast fotorezystora zastosować fo−
totranzystor i odwrotnie: fotorezystor w miej−
sce fototranzystora. Prawdopodobnie trzeba
będzie przy tym skorygować wartość współ−
pracującego rezystora, ustalającego czułość.

Ani fotorezystor,

ani fototranzystor
nie wytwarzają prą−
du. Są jednak ele−
menty, ogólnie zwa−
ne

FOTOOGNIWAMI

,

które zamieniają energię świetlną na elektrycz−
ną. Uzyskana tak ilość energii jest bardzo mała,
wystarcza jednak do zasilania oszczędnych
odbiorników, na przykład kalkulatorów.

Fotodioda

(nie mylić z diodą świecącą LED) to element,
w którym biorąc w największym uproszcze−
niu, po oświetleniu pojawia się w niej nie−
wielki prąd. W zależności od kierunku włą−
czenia fotodioda może pracować w jednym
z dwóch trybów: podobnie jak fototranzystor,
albo jako (bardzo słabe) fotoogniwo.

Wśród hobbystów zdecydowanie najpo−

pularniejsze są fototranzystory i fotorezysto−
ry, a znacznie mniej fotodiody.

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW

A2

24

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

7

7

7

7

Rys. M

Umieść układ z rysunku 10 w szufladzie
i pomaleńku ją zamykaj, a potem równie
pomaleńku otwieraj. Co zauważyłeś?

Czy brzęczyk włącza się i wyłącza

szybko i pewnie, czy może stopniowo
i niezdecydowanie? Jak zmienia się ja−
sność diod LED monitorujących prąd?

Niestety, w “okolicach progu przełą−

czania” układ reaguje stopniowo i w za−
kresie progu przełączania pracuje niesta−
bilnie. W tym zakresie przejściowym
diody będą gasnąć stopniowo, mogą mi−
gać, a brzęczyk wyda przerywany, terko−
czący dźwięk. Wynika to z faktu, że
układ jest w istocie wzmacniaczem
i wzmacnia wszelkie “śmieci” – między
innymi drobne wahania natężenia świa−
tła. Tymczasem w wielu wypadkach
układ powinien się przełączać szybko
i pewnie, a nie płynnie. Jak to zrobić?

Pomożemy mu. Dodaj rezystor R6

o wartości 1M

Ω

według rysunku 11 (fo−

tografia 7). Zauważ, że sygnał z wyjścia
wzmacniacza (z kolektora T2) podaliśmy
na wejście (bazę T1). Uwaga – wprowa−
dziliśmy sprzężenie zwrotne. W tym wy−
padku jest to dodatnie sprzężenie zwrot−
ne (więcej na temat sprzężenia zwrotne−
go szukaj w TECHNIKALIACH).

Znów pomaleńku zamykaj i otwieraj

szufladę. Czy dodanie tego rezystora R6
coś zmieniło?

Oczywiście! Układ przełącza pewnie.

Nie ma płynnego przełączania diody D3
i brzęczyka, a o to przecież chodziło.

Zmień teraz rezystor R6 na większy –

10M

Ω

. Fachowo mówiąc zmniejszyli−

śmy właśnie głębokość sprzężenia zwrot−
nego. Jak teraz zachowuje się układ
w okolicach “progu przełączania”? Nie−
stety, sprzężenie jest zbyt słabe i przełą−
czanie nie jest szybkie, tylko płynne.

Zmniejszmy teraz wartość R6 do

100k

Ω

, ewentualnie do 47k

Ω

(zwięk−

szamy głębokość sprzężenia zwrotnego).
Dlaczego układ przestał działać?

Przestał, ponieważ sprzężenie zwrot−

ne jest teraz zbyt głębokie, tranzystor T1
stale przewodzi, nawet gdy fotoelement
jest w całkowitej ciemności (na razie nie
musisz się zastanawiać, dlaczego brzę−
czyk stale cichutko piszczy, bo to inny
temat). Choć dodatnie sprzężenie zwrot−
ne jest pożyteczne, nie można z nim
przesadzać, chyba że...

Piotr Górecki

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW

Ćwiczenie 5

Dodatnie sprzężenie

zwrotne

Rys. 11

Ten sam schemat, narysowany inaczej
na rysunku 12b wskazu−
je na wielkie podobień−
stwo do rysunku 11 (do−
daliśmy dwa przyciski,
usunęliśmy FR, R1,

R2). Otrzymaliśmy... znany z podręcz−
ników przerzutnik bistabilny, zwany
także przerzutnikiem RS (set – ustaw,

reset – skasuj) Naciskaj przyciski S1

i S2 w dowol−
nej kolejności
z

obserwuj

diody świecą−
ce.

Układ zapamiętuje, który przycisk został
naciśnięty ostatnio. W danej chwili przewo−
dzi tylko jeden tranzystor, drugi jest zatka−

ny. Jestem przekonany, że potrafisz samo−

dzielnie zrozumieć dzia−
łanie tego układu.
Wróćmy do niedosko−
nałego przełącznika
zmierzchowego z ry−
sunku 10. W ćwicze−
niu 5 próbowaliśmy
poprawić jego działa−
nie wprowadzając do−
datnie

sprzężenie

zwrotne przez rezystor
R6. W zasadzie się
udało, jednak układ

(Roz)ładowanie kondensatora

W ćwiczeniu 2 przekonaliśmy się, że kondensator
może magazyno−
wać

energię.

Czym

większa

pojemność (i wy−
ższe

napięcie)

tym więcej gro−
madzimy energii.
Nie będzie ci na

89

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

Dwukolorowa dioda LED

Dioda dwukolorowa to po prostu dwie zwy−
kłe diody świecące umieszczone w jednej
obudowie. Zazwyczaj połączone są katodami
(wspólna katoda) i mają trzy końcówki, jak
pokazuje rysunek i fotografia poniżej. Dio−
da czerwono−zielona pozwala w prosty spo−
sób uzyskać trzeci kolor, zbliżony do poma−
rańczowego albo kolory pośrednie – wystar−
czy zaświecić obie diody.

Uwaga! Diody dwukolorowe, podobnie

jak wszystkie zwykłe diody LED wymagają
obwodów ograniczających prąd.

Najczęściej używane są diody czerwono−

zielone, jednak dostępne są też inne pary: czer−
wono−żółte i zielono−żółte. Dostępne są też ty−
py, gdzie obie struktury świecące połączone są
przeciwsobnie – wtedy dioda ma dwa wypro−
wadzenia, a kolor świecenia zależy od biegu−
nowości napięcia – patrz fotografia obok. Spo−
tyka się też czasem wykonania zawierające
czerwoną diodę migającą (ostrzegawczą) oraz
zieloną zwykłą, świecącą światłem ciągłym.

Obecnie dostępne są także diody trzyko−

lorowe, zawierające struktury świecące w tak
zwanych kolorach podstawowych: czerwo−
nym, zielonym i

niebieskim (ang. RGB;

Red, Green, Blue). Przez odpowiedni dobór
jasności poszczególnych struktur takiej trzy−
kolorowej diody można uzyskać dowolną
barwę światła.

Tranzystor
mocy (bipolar−
ny)

Na pierwszej wyprawie
poznaliśmy tranzysto−
ry. Wykorzystywaliśmy małe tranzystory
BC548 i BC558 w obudowie oznaczanej
symbolem TO−92. Nietrudno zgadnąć, że
tranzystory te nie mogły przewodzić zbyt du−
żych prądów, bo uległyby uszkodzeniu. Na
fotografii ? widzisz tranzystory, mogące pra−
cować przy znacznie większych prądach. Są
to tranzystory mocy w obudowie oznaczanej
TO−220. ?Dolna fotografia pokazuje także
inne tranzystory mocy w obudowach TO−126
i oraz w starych, metalowych TO−3 i TO−66.
Działają dokładnie tak, jak poznane wcze−
śniej małe tranzystory z serii BC i mają ten

A2

25

Rys. 12

Układ z silnym dodatnim sprzężeniem
zwrotnym pozwala zbudować element pa−

miętający, mający dwa stany stabilne. Zbu−
duj układ według rysunku 12 (fotografia 8).

Ciag dalszy w nastepnym numerze EdW

Ćwiczenie 7

Praktyczny wyłącznik

zmierzchowy
Przerzutnik Schmitta

Rys. 13

Rys. N

Rys. ??

Rys. ??

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Ćwiczenie 6

Przerzutnik bistabilny

razie niezbedny wzór na energię gromadzoną
w kondensatorze:

E = C*U

2

/ 2

Koniecznie trzeba natomiast zrozumieć zależności

czasowe w obwodzie RC, które badaliśmy w ćwiczeniu
2 w układzie według rysunku 6. W obwodach I i II pły−

ną takie same prądy (porównaj rysunek 7), ale napięcia
Ux i Uy są zupełnie inne. Przebiegi prądu i napięcia wy−
glądają jak na rysunku na poprzedniej stronie.

Czy po porównaniu przebiegów napięcia Uwe i UX

zgodzisz się z wnioskiem, że obwód R1C1 z rysunku 6
niejako opóźnia zmiany napięcia?

Tak! Obwód, jak na rysunku ? jest nazywany

obwodem całkującym. Inna często spotykana na−
zwa to obwód opóźniający. Na razie nie musisz
wiedzieć wszystkiego, wystarczy Ci informacja, że
jest wykorzystywany do opóźniania oraz likwido−
wania “śmieci”, czyli różnego rodzaju niepożąda−
nych sygnałów.

Natomiast obwód pokazany na rysunku ? jest

nazywany obwodem różniczkującym. Z porówna−

nia przebiegów Uwe i UY wynika, że skraca on
przebieg wejściowy i w tej roli często jest wykorzy−
stywany. Oba obwody są też filtrami, ale to zupeł−
nie inna historia.

Zwróć uwagę, że napięcia i prąd w omawia−

nych obwodach nie zmieniają się liniowo, tylko
według pewnych charakterystycznych krzywych
(wykładniczych). Jeśli masz wątpliwości, czy tak
jest, uważnie zaobserwuj w ciemności świecenie
diod podczas ćwiczenia 2.

Co ciekawe i ważne, w obwodzie RC czas,

w którym napięcie oraz prąd zmienią się o 63,2%
(wzrosną od zera do 0,632 wartości końcowej, al−
bo spadną od wartości maksymalnej do 0,368 tej
wartości) jest zawsze równy

90

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

sam symbol. Ponie−
waż przy dużych prą−
dach będą się grzać,
są nie tylko większe,
ale mają inną obudo−
wę – wyposażone są
w metalową wkład−
kę. Umożliwia ona
przykręcenie tranzy−
stora do tak zwanego
radiatora. Radiator to
metalowy element,
najczęściej aluminio−
wy, którego jedynym
zadaniem jest sku−
tecznie odprowadzić
ciepło do otoczenia
i tym samym nie dopu−
ścić

do

przegrzania

i uszkodzenia elementu.
Sam tranzystor może być
w czasie pracy bardzo
gorący – może mieć na−
wet +150

0

C, ale wzrost

temperatury

powyżej

+200

0

C doprowadzi do jego

szybkiego uszkodzenia.

Oprócz “zwykłych” tran−

zystorów mocy popularne są
też “darlingtony” mocy.

Tranzystor polo−
wy MOSFET

Obok “zwykłych” czyli bipo−
larnych tranzystorów popular−
ne są też tak zwane tranzysto−
ry polowe. Istnieje sześć
głównych rodzajów tranzy−
storów polowych. Działanie tranzystorów po−
lowych (nazywanych też unipolarnymi) jest
zbliżone do dzia−
łania tranzysto−
rów zwykłych,
czyli

bipolar−

nych. Jednak po−
s z c z e g ó l n e
elektrody mają
odmienne na−
zwy: bramka (G – gate) zamiast bazy, źródło

A2

17

z rysunku 11 ma pewne niekorzystne ce−
chy. Koniecznie zbuduj układ z rysunku
13 – część wyróżniona kolorową ramką
to klasyczny tranzystorowy przerzutnik
Schmitta. Zapewnia on pewne i szybkie
przełączanie. Jego działanie omówione
jest w części TECHNIKALIA.

A po co dodaliśmy kondensator C1 na

wejściu? Tłumi on ewentualne “śmieci” –
zakłócenia, które z różnych powodów po−
jawiają się na wejściu. Na naszej poprze−
dniej wyprawie miałeś do czynienia z ta−
kimi “śmieciami” – dotykanie palcem ba−
zy tranzystora powodowało świecenie

Rys. 14

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

9

9

9

9

Ćwiczenie 8

Proste generatory

Fot. ??

Rys. ??

Fot. ??

Rys. ??

T = R*C
Jest to tak zwa−

na stała czasowa
obwodu RC. Ilu−
struje to rysunek ?.
Nie będę Ci tłuma−
czył skąd wzięło
się te 0,632 i 0,368
bo to wyższa szko−
ła jazdy.

Przykładowo

dla

pojemności

4700µF i rezystan−
cji 1k stała czaso−
wa wyniesie

T

=

4700µF*1k=4,7s

91

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

(S – source) zamiast emitera i dren (D – drain)
w miejsce kolektora. Zdecydowanie najpopu−
larniejsze są obecnie tranzystory określane ja−
ko MOSFET N (działają podobnie do zwy−
kłych NPN), a nieco mniej popularne są tran−
zystory MOSFET P (podobne do PNP).

MOSFET to skrót Metal Oxide Semicon−

ductor Field Effect Transistor.

W zwykłym (bipolarnym) tranzystorze

pojawienie się prądu bazy otwiera tranzy−
stor, czyli powoduje pojawienie się prądu
kolektora. W MOSFET−ach prąd dren−
źródło pojawia się, gdy między bramkę
a źródło zostanie podane napięcie. Zapamię−
taj, że w typowych warunkach pracy w ob−
wodzie bramki MOSFET−a nie płynie ża−
den prąd. Sterowanie odbywa się na drodze
napięciowej. Rysunek obok ilustruje dzia−
łanie MOSFET−a N. Przy napięciach bramki
ujemnych, przy napięciu U

GS

równym zeru

(oraz przy małych napięciach dodatnich),
tranzystor jest zatkany i w obwodzie dren−
źródło nie płynie prąd. Przy pewnym dodat−
nim napięciu bramka−źródło (tak zwane na−

A2

18

diody LED, bo ciało ludzkie działa jak
antena. Teraz dodając kondensator po−
zbywamy się takich “śmieci”, a przynaj−
mniej silnie je tłumimy.

Z podobnych względów w układzie

pojawiły się kondensatory C2 i C3. Nie

wchodząc w szczegóły możesz je
traktować jako “pomocnicze ba−
terie”, które zapobiegają różnym
przykrym niespodziankom. Choć
wiele układów mogłoby praco−
wać bez takich kondensatorów,
warto je stosować w każdym
układzie.

Układ z rysunku 13 śmiało

można wykorzystywać, ale Ty

Rys. 15

Rys. 16

zapewne zechcesz zbudować układ bardziej przydat−
ny w praktyce. Możliwości jest wiele, ale w każdym
przypadku ze względu na “śmieci” należy też zastoso−
wać przerzutnik Schmitta. Możesz wykorzystać sche−
mat z rysunku 14. Fotografia 9 pokazuje model
zmontowany na uniwersalnej płytce drukowanej. Do−

Rys. 17

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

2

2

2

2

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

3

3

3

3

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

Rys. ??

Ćwiczenie 9

Migacz dużej mocy

z czujnikiem światła

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

0

0

0

0

Co ciekawe, dla C=470µF i R=10k stała czasowa

też wyniesie 4,7s. Podobnie dla C=10µF i R=470k oraz
C=100nF i R=47M. Oczywiście prąd będzie coraz
mniejszy, jednak czas, w którym prąd lub napięcie
zmienią swą wartość o 63,2% będzie zawsze taki sam.

Dodatnie sprzężenie zwrotne

W ćwiczeniu 5 skierowaliśmy sygnał z wyjścia
wzmacniacza na jego wejście i pomogliśmy
w przełączaniu

Obserwowaliśmy tak zwane dodatnie sprzęże−

nie zwrotne. Sprzężenie zwrotne to po prostu po−
danie (części) sygnału wyjściowego na wejście
wzmacniacza. Sprzężenie jest dodatnie, bo najpro−
ściej biorąc, wspomaga działanie sygnału wejścio−

wego. Dodatnie sprzężenie zwrotne polepsza dzia−
łanie układów przełączających, pamiętających
i generatorów.

Sprzężenie zwrotne może być ujemne. Wtedy

niejako osłabia działanie sygnału wejściowego, in−
aczej mówiąc przeciwstawia się działaniu sygnału
wejściowego. Ujemne sprzężenie zwrotne wyko−
rzystuje się powszechnie na przykład we wzmac−
niaczach audio, gdzie poprawia i stabilizuje para−
metry − na razie nie będziemy się zajmować tymi
szczegółami.

Histereza

W układach z dodatnim sprzężeniem zwrotnym,
badanych w ramach ćwiczeń 5 i 7 zaobserwowali−

śmy ciekawe zjawisko. Choć na wejście podawane
było powoli zmieniające się napięcie, napięcie wyj−
ściowe nie zmieniało się płynnie − układ jakby
“przeskakiwał” z jednego stanu do drugiego i to ja−
koś dziwnie . Próg “przeskakiwania”, ściślej prze−
rzutu zależał od tego, czy napięcie UA na wejściu
układu z rysunku rosło, czy malało. Zaobserwowa−
liśmy zjawisko histerezy, a układ nazywany jest
przerzutnikiem Schmitta. Rysunek ?a pokazuje
charakterystykę prostego wzmacniacza dwutranzy−
storowego zasilanego napięciem 9V. Nie bój się ta−
kich rysunków – przecież to wszystko jest bezna−
dziejnie proste. Oś pozioma reprezentuje napięcie
wejściowe Uwe, a oś pionowa – napięcie wyjścio−
we Uwy. Jeśli napięcie wejściowe jest mniejsze od

92

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

pięcie progowe oznaczane U

GSth

) tranzystor

zaczyna się otwierać. To napięcie otwiera−
nia (progowe) nie jest ściśle ustalone, dla ty−
powych MOSFET−ów mocy wynosi 3...4V.
W tym zakresie
napięć U

GS

małe

zmiany napięcia
bramki powodu−
ją duże zmiany
prądu

drenu.

Gdy

napięcie

bramki jest je−
szcze większe,
tranzystor zosta−
je całkowi−
cie otwarty
–

dalszy

wzrost na−
pięcia już
nic

nie

z m i e n i a .
W tym sta−
nie całko−

witego otwarcia rezystancja MOSFET−a jest
najmniejsza (oznaczana R

DSon

).

Przekonałeś się, że działanie MOSFET−

ów jest podobne do działania zwykłych,
czyli bipolarnych tranzystorów. Zwróć uwa−
gę, że najważniejszą różnicą jest sposób
sterowania − MOSFET−y są sterowane na−
pięciem. W tranzystorze bipolarnym (zwy−
kłym) nie można zwiększyć napięcia U

BE

powyżej 0,8V, bo związane to byłoby
z przepływem ogromnego prądu bazy, przy
którym tranzystor uległby uszkodzeniu. Ina−
czej jest z MOSFET−ami. Tu prąd bramki

A2

17

dałem tu element wykonawczy w posta−
ci tranzystora MOSFET. Dzięki niemu
możesz pracować z dużym obciąże−

niem, na przykład w postaci kilku
żarówek samochodowych o łącznej mo−
cy do 50W. Oczywiście aby układ dzia−

łał prawidłowo, światło żarówki nie
może padać wprost na fotorezystor FR
(najlepiej fotorezystor umieścić w rurce
skierowanej w niebo.

Czułość możesz regulować w szero−

kim zakresie zmieniając R1 − najpierw
niech ma on 100k i w razie potrzeby
równolegle do niego dołączaj mniejsze

Uwaga! Przy żarówkach o dużej mo−

cy niezbędny będzie zasilacz o wydajno−
ści prądowej rzędu kilku ampe−
rów lub akumulator samochodo−
wy; tranzystor MOSFET może
być podczas pracy gorący (mo−
żesz go chłodzić przykręcając
radiator w postaci kawałka bla−
szki).

P o −
zna−
n y

właśnie przerzutnik Schmitta pozwala też
zbudować prosty generator. Zbudujmy go
według rysunku 15, dodając dodatkowy
tranzystor T3. Częstotliwość drgań zależy

głównie od wartości elementów R1
i C1. Zwróć uwagę, że wartości elemen−
tów są inne niż na poprzednich schema−
tach, a w przerzutniku zastosowano o je−
den rezystor mniej. Wypróbuj działanie
z elementami o różnych wartościach R1
w zakresie 10k...220k oraz C1 w zakre−
sie 10nF...100µF.

Ćwiczenie 10

Elektroniczna tęcza

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

1

1

1

1

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

2

2

2

2

Ćwiczenie 11

Nocny

dręczyciel

Rys. 18

C z ę s t o

w podręcznikach
spotyka się inny
układ generatora.
Możesz zmonto−
wać układ według
rysunku

16

i sprawdzić jego
działanie z różny−
mi wartościami
rezystorów i kon−
densatorów. Jest
to tak zwany prze−
rzutnik astabilny −
zauważ podobień−
stwo z rysunkiem
12. Pojemność C1
nie musi być rów−
na pojemności C2. Tak samo pary rezy−
storów R1, R2 oraz R3, R4 nie muszą
być jednakowe, byle rezystory w obwo−
dach baz miały rezystancję kilkunasto−...
kilkudziesięciokrotnie większą niż rezy−
story w obwodach kolektorów. Ja osobi−
ście nie lubię takiego dwutranzystoro−
wego przerzutnika astabilnego i rzadko
go stosuję.
Mając już sporo wiedzy o układach, mo−
żesz zbudować migacz dużej mocy.
Można dodać tranzystor MOSFET N do
układu z rysunku 16, dołączając bramkę
do kolektora T2 (albo T1 – nie ma różni−
cy). Można też dołączyć MOSFET−a do
punktu A układu według rysunku 15,
podobnie, jak po−
kazuje

rysunek

14.

Rysunek

17

i fotografia 10
pokazują automa−
tyczny migacz,
włączający

się

tylko w

nocy.

Próg włączania
(jasność oświe−
tlenia) ustawisz
dobierając

R1,

natomiast często−

napięcia progowego UP, na wyjściu napięcie jest
niskie. Gdy napięcie wejściowe jest większe niż
UP, napięcie wyjściowe jest bliskie 9V. Działanie
jest jasne i proste.

Inaczej jest z przerzutnikiem Schmitta. Charakte−

rystyka jakiegoś przerzutnika Schmitta zasilanego
napięciem 9V jest pokazana na rysunku ?b. Jeśli na−
pięcie wejściowe rośnie (co zaznaczyłem kolorem
zielonym), stan wyjścia gwałtownie zmieni się przy
napięciu oznaczonym UP2 wynoszącym około
4,5V– napięcie wyjściowe zwiększy się. Dalsze
zwiększanie napięcia wejściowego nic na wyjściu nie
zmieni. Jeśli natomiast napięcie wejściowe będzie się
zmniejszać (co zaznaczyłem kolorem czerwonym),
wtedy gwałtowna zmiana stanu wyjścia nastąpi przy

napięciu wejściowym UP1 wynoszącym około 0,8V,
czyli znacznie niższym niż napięcie UP2.

Przebieg z rysunku ?b pokazuje tak zwaną pę−

tlę histerezy. W praktyce mówiąc o histerezie ma−
my na myśli różnicę napięć UP2 i UP1 (UP2−UP1)
– zaznaczyłem ją kolorem niebieskim. Wielkość
(napięcia) histerezy zależy od wartości elementów.

Zauważ, że pożyteczny układ przerzutnika

Schmitta jest wzmacniaczem – wzmacniaczem
z dodatnim sprzężeniem zwrotnym.

Przerzutnik bistabilny

Zwiększając głębokość dodatniego sprzężenia
zwrotnego w przerzutniku Schmitta rozszerzamy
pętlę histerezy. Można powiedzieć, że przy odpo−

wiednio silnym sprzężeniu szerokość pętli będzie
równa napięciu zasilającemu i wtedy... układ

93

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

nie płynie, a w zakresie napięć bramka−
źródło ±15V nie trzeba się obawiać uszko−
dzenia tranzystora.

Najważniejszymi parametrami MOSFET−

a są: maksymalne napięcie drenu (U

DSmax

),

maksymalny prąd drenu (I

Dmax

), rezystancja

w stanie otwarcia (R

DSon

) oraz napięcie pro−

gowe (U

GSth

).

Nawet jeśli wszystkiego nie rozumiesz,

nie bój się MOSFET−ów! Są to bardzo poży−
teczne elementy – polubisz je, gdy je poznasz
w praktyce.

Tranzystory MOSFET pracują zazwyczaj

w roli wyłączników sterowanych napięciem,
jak pokazuje rysunek ????. Zdecydowanie
najczęściej używane są MOSFET−y N dużej
mocy, w tak zwanych obudowach TO−220.
Niektóre, na przykład BUZ10, BUZ11,

IRF540 mogą one pracować przy prądach

ponad 20A i napięciach drenu do 50V. Inne

mogą pracować przy napięciach nawet
500V czy 600V. Górna fotografia pokazuje
kilka najpopularniejszych MOSFET−ów du−
żej mocy w obudowach TO−220. Dolna foto−

A2

18

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

3

3

3

3

A

A

A

A

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

3

3

3

3

B

B

B

B

przestanie pełnić funkcję przerzutnika Schmitta,
stanie się natomiast przerzutnikiem bistabilnym –
elementem pamiętającym mającym dwa stabilne
stany wyjściowe. Obserwowaliśmy to w ćwicze−
niach 5 i 6.

Generator

Może Cię zaskoczę informacją, że klasyczny gene−
rator, czyli urządzenie wytwarzające przebiegi
zmienne, też... jest wzmacniaczem. Tak! Generator
jest wzmacniaczem, w którym (mówiąc najpro−
ściej) występuje dodatnie sprzężenie zwrotne i ja−
kiś obwód czasowy – porównaj rysunki 10...18.

Generatory wykorzystujemy bardzo często,

a różnorodność rozwiązań układowych może przy−

prawić o ból głowy. Wkrótce poznasz jeszcze inne
popularne generatory.

Lutowanie

Praktycznie wszystkie układy elektroniczne mon−
towane są z pomocą lutowania. Urządzenia fa−
bryczne wytwarzane seryjnie lutowane są z wyko−
rzystaniem automatów. Pojedyncze układy monto−
wane są ręcznie, przy użyciu lutownicy. Lutowni−
ca służy do roztopienia specjalnego stopu, zwane−
go potocznie cyną i właśnie ten stop trwale łączy
końcówki elementów i punkty lutownicze płytek
drukowanych

Zapamiętaj, że choć mówimy “cyna”, mamy na

myśli stop, składający się głównie z cyny i ołowiu.

Co ciekawe i ważne, “cynowy” drucik (o średnicy
0,5...2mm) ma wewnątrz dodatkowe nitki topnika.
Możesz to zauważyć na powiększonej części foto−
grafii obok.

Ten topnik jest wręcz niezbędny. Bez topnika

praktycznie nie da się lutować. Rzecz w tym, że lu−
townica ma temperaturę około 30

0

C. Do takiej

mniej więcej temperatury rozgrzewana jest nie tyl−
ko “cyna”, która staje się ciekła, ale również koń−
cówki elementów i punkty lutownicze. W tak wy−
sokiej temperaturze następuje wprawdzie szybkie
tworzenie tlenków lutowanych metali (swego ro−
dzaju rdzy), ale także ich niszczenie. Topnik odgry−
wa bardzo ważną rolę – pomaga niszczyć tlenki,

94

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

grafia pokazuje MOSFET−y w małych obu−
dowach oznaczanych TO−92.

Płytka drukowana

Ogromna większość układów elektronicz−
nych montowana jest na płytkach drukowa−
nych. Płytki drukowane wykonywane są z la−
minatu, pokrytego z jednej lub obydwu stron

cienkimi warstwami miedzi. Typowa grubość
warstwy miedzi to 0,035mm (35µm). Foto−
grafia pokazuje kawałki laminatu miedzio−
wanego jednostronnie.

W procesie wytwarzania płytek drukowa−

nych z takiego “surowego” laminatu wierco−
ne są otwory, niepotrzebne obszary miedzi są
usuwane, nanoszone są napisy i rysunki ele−
mentów, a na koniec płytka jest pokrywana
lakierem ochronnym.

Profesjonalne płytki drukowane, jak ta

pokazana na fotografii poniżej, wykony−
wane są w skomplikowanym procesie tech−
nologicznym, z użyciem maszyn−automa−
tów. Hobbyści mają kilka prostszych sposo−
bów, umożliwiających wykonanie użytecz−
nych płytek. Często malują ścieżki specjal−
nym pisakiem, wytrawiają niepotrzebne ob−
szary miedzi w roztworze chlorku żelaza,
wiercą otwory z pomocą małej wiertarki,
a powierzchnię miedzi zabezpieczają roz−

A2

17

tliwość błysków zależy od wartości R2
i C1.
Jeśli do generatora z przerzutnikiem
Schmitta z rysunku 15 dodasz prosty
monitor napięcia (tranzystor, opornik
i diodę LED) według rysunku 18 (foto−
grafia 11) przekonasz się, jak zmienia
się napięcie na kondensatorze. Napięcie
to, a w konsekwencji jasność diody
płynnie zwiększa się i zmniejsza.

Jeśli zbudujesz dwa generatory takie

generatory z monitorami napięcia, i do−
łączysz do nich dwukolorową diodę
LED, otrzymasz atrakcyjną elektronicz−
na tęczę – kolor świecenia diody będzie

się płynnie zmieniał, przyjmując odcienie
czerwonego, żółtego i zielonego. W ciem−
ności efekt świetlny jest znakomity!

Wszystkie kolory tęczy otrzymałbyś,
stosując trzy takie układy i diodę trzyko−
lorową (R, G, B).
Możesz też zbudować wrednego elektro−
nicznego dręczyciela. Układ o podob−
nym działaniu od lat cieszy się wielką
popularnością wśród Czytelników Elek−
troniki dla Wszystkich. Gdy dyskretnie
zostawisz go u kolegi lub koleżance

w mieszkaniu gdzieś na szafie lub wy−
soko na półce, zacznie działać dopiero
po zapadnięciu zmroku (zgaszeniu
światła). W ciemności co kilkanaście
czy kilkadziesiąt sekund będzie wyda−
wać króciutkie i ciche, a jednak niepo−
kojące piski. Gdy zaintrygowany pi−
skami nieszczęśnik włączy światło by
poszukać źródła dźwięku – układ
umilknie, uniemożliwiając lokalizację.

Taki dowcip zrobisz koledze nie

w tygodniu, tylko w piątek lub sobotę,
bo z pewnością nie zaśnie on tej nocy

(a Ty potem przez kilka dni na wszelki
wypadek nie pokazuj się mu na oczy).

Uwaga! Dręczenie osób nie mają−

cych poczucia humoru oraz nadmiernie

Rys. 20

Rys. 21

Rys. 22

Ćwiczenie 12

Dyskotekowy gadżet

Rys. 19

które przeszkadzają w dobrym połączeniu i jedno−
cześnie zabezpiecza przed tworzeniem się nowych.

Aby zniszczyć tlenki istniejące na powierzchni

lutowanych elementów trzeba lutowane końcówki
dobrze rozgrzać w obecności topnika.

Zasadniczo wystarczy do tego topnik zawarty

wewnątrz drucika “cyny”. Gorzej, gdy ktoś chce za−
oszczędzić i odzyskuje cynę z wcześniej lutowa−
nych układów. Tak odzyskana cyna praktycznie nie

zawiera już topnika i lutowanie nią nie zapewnia do−
brego połączenia. Ratunkiem jest wtedy użycie od−

dzielnego topnika – najczęściej jest to kalafonia (ka−
wałki kalafonii zobaczysz na fotografii ?powyżej?.

95

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

tworem kalafonii w spirytusie. Inni wyko−
rzystują metodę fotochemiczną, jeszcze in−
ni specjalną folię.

Fotografia pokazuje amatorskie płytki

drukowane.

Lutownica

Jedno z podstawowych narzędzi elektronika.

Rozgrzana do temperatury +250...+400

o

C

końcówka grota roztapia stop lutowniczy, tak
zwaną cynę, i tym samym pozwala na łatwy
montaż i demontaż układów elektronicznych.
Fotografia ??? pokazuje popularną lutowni−
cę, dobrze nadającą się dla początkujących.

A2

18

nerwowych grozi śmiercią lub kalec−
twem i jest surowo wzbronione!

Schemat dręczyciela pokazany jest

na rysunku 19. Jest to wersja 3−wolto−
wa, zasilana jedną baterią litową albo

dwiema bateryjkami zegarkowymi. Foto−
grafia 12 pokazująca ten sam model

Rys. 23

Rys. 24

Rys. ??

Ćwiczenie 13

Zaawansowany symula−

tor alarmu (samochodowego)

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

4

4

4

4

z dwóch stron udowadnia, że układ moż−
na z powodzeniem zrealizować “w pają−
ku.

Praktyczne testy tego i innych dręczy−

cieli wykazały, iż możliwa jest budowa
podobnego układu zasilanego z jednej ba−
teryjki 1,5V. Schemat takiej wersji pokaza−
ny jest na rysunku 20, a dwa modele na fo−
tografiach 13a i 13b.

Sygnał z brzęczyka nie może być zbyt

głośny i zbyt długi, bo łatwa będzie jego
lokalizacja. Jeśłi chcesz, możesz zmieniać

wartości elementów C1 i R1, decydujące
o długości pisku oraz czasie powtarzania.
Na czas testów odłącz fototranzystor, wte−
dy układ będzie pracował cały czas.

Jak widać, model z fotografii 13? zo−

stał zmontowany na... tekturce, a koń−
cówki elementów zostały z sobą zluto−
wane. Wykorzystałem wydruk z drukar−
ki. Ty, jeśli chcesz, wykorzystasz podob−
ny wydruk zamieszczony na rysunku 21
i na wkładce w tym numerze EdW (lub
jego kserokopię, by nie psuć artykułu).

Choć wykorzystywanie zużytej cyny z odzysku

nie jest zalecane, każdy elektronik ma pod ręką tro−
chę kalafonii, która przydaje się miedzy innymi do
tak zwanego pobielania. Chodzi o to, że amatorzy
często wykorzystują starsze elementy, których koń−

cówki z czasem zdążyły zaśniedzieć, czyli pokryć
się warstewką ciemnego nalotu tlenków. Taki nalot
czasem wręcz uniemożliwia lutowanie – cyna nie
chce “złapać” zaśniedziałej powierzchni. Przed
właściwym lutowaniem takie zaśniedziale końców−

ki należy pobielić z użyciem kalafonii i “świeżej”
cyny. Pobielenie polega na nałożeniu gorącą lutow−
nicą cienkiej warstewki cyny w obecności topnika.
Czasem końcówki są tak mocno zaśniedziałe że
przed pobieleniem trzeba je oczyścić, skrobiąc je
nożem lub drobnym papierem ściernym.

Właściwe lutowanie polega na rozgrzaniu lu−

townicą końcówki elementu (końcówek elementów)
i przytknięciu do nich drucika cyny, którego frag−
ment stopi się i trwale połączy końcówki lub koń−
cówkę z płytką. Prawidłowy lut i połączenia niepra−
widłowe pokazane są na rysunku ?. Błędem jest na−
bieranie na grot lutownicy kawałka cyny i próba na−
łożenia tej płynnej kropli na łączone elementy – top−
nik zawarty w druciku cyny zdąży się wytopić i od−
parować, a końcówki elementów nie zostaną należy−
cie rozgrzane. W efekcie powstają tak zwane zimne
luty – kiepskie połączenia, które po pewnym czasie

96

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

EELEMENT

arz

EELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

Lutownice lepszej klasy zwykle mają

grzałkę na 24V i wymagają dodatkowego za−
silacza. Wbrew pozorom, nie jest to wada. Fo−
tografia niżej pokazuje najprostszą profesjo−
nalną stację lutowniczą znanej firmy Weller.

W takich lepszych lutownicach grot po−

krywany jest cienką warstwą specjalnych
stopów (których głównym składnikiem jest
żelazo), dzięki czemu proces niszczenia gro−
ta jest nieporównanie wolniejszy.

Najtańsze lutownice mają grot wykonany

z kawałka zwykłego pręta miedzianego.
W trakcie lutowania, w wysokiej temperatu−
rze miedź z grota pomału rozpuszcza się
w stopie lutowniczym (cynie). Grot ulega
stopniowemu zniszczeniu i trzeba go okreso−
wo wymieniać.

Każdy grot podczas używania ulega za−

brudzeniu i należy go co jakiś czas wyczy−
ścić i pobielić. Właściciele najtańszych lu−
townic często czyszczą grot na zimno za po−
mocą pilnika albo papieru ściernego “do ży−

wej miedzi”, a potem po rozgrzaniu nakłada−
ją nań cynę. W przypadku lepszych lutownic
z grotem pokrywanym żelazem taka proce−
dura jest ogromnym błędem, bo niszczy war−
stwę ochronną. Zamiast pilnika czy papieru
ściernego należy używać zwilżonej specjal−
nej gąbki – dalsze wskazówki podane są
w części pt. TECHNIKALIA.

A2

17

Zestaw elementów do opisywanych

ćwiczeń (???A02) zawiera dwie prawdzi−
we płytki drukowane oraz elementy do wy−
konania takiego dręczyciela. Projekt płytki
drukowanej pokazany jest na rysunku 22.

Uwaga 1. Gdyby w pokoju, gdzie

podrzucisz dręczyciela nigdy nie zapada−
ła całkowita ciemność (np. z winy lampy
ulicznej, świecącej przez okno) musisz
umieścić pipka w odpowiednim miejscu,
na przykład pod szafą czy na półce za
książkami, gdzie jest ciemniej.

Możesz też zmodyfikować układ, włą−

czając fototranzystor równolegle do kon−
densatora C1. Wtedy można regulować
czułość zmieniając wartość R1. Ponieważ
zmiana wartości R1 zmieni częstotliwość
pojawiania się pisków, trzeba wtedy odpo−
wiednio zmienić wartość C1.

Uwaga 2. Układ może nie działać zaraz

po zmontowaniu ze względu na możliwość
tzw. rozformowania kondensatora C1 – po
pewnym czasie zacznie działać normalnie.
Aby wykluczyć taką niespodziankę wy−

starczy przez wlutowaniem kondensatora
C1 dołączyć go do zasilacza lub baterii
(6...12V) na co najmniej godzinę.
Elektroniczna tęcza z ćwiczenia 10 jest
bardzo atrakcyjna, jednak układ zawiera
wiele elementów. Zbuduj teraz znacznie
prostszy, migający kolorami drobiazg,
który będzie ozdobą spotkania towarzy−
skiego. Wykorzystaj schemat z rysunku
23. Zmontowany układ możesz przypiąć
do ubrania w charakterze broszki czy wi−
siorka. Układ możesz zmontować w ja−
kikolwiek sposób, na przykład na tektur−
ce lub “w pająku”, jak model z fotogra−
fii 14.

Właściciele tańszych samochodów nie
zakładają alarmu, tylko instalują diodę
migającą, sprawiającą wrażenie, że
w aucie jest system alarmowy. Z pozna−
nych “klocków” możesz zbudować zaa−
wansowany symulator alarmu. Możesz
wykorzystać układ z poprzedniego ćwi−
czenia. Bardziej rozbudowany sterownik
prezentowany jest na rysunku 24 i za−
wiera dwukolorową diodę, którą świeci
trzema (tak!) różnymi kolorami w niety−
powym rytmie. Dodatkowo brzęczyk da−
je sygnały dźwiękowe.

Z całą pewnością taki sposób sygnali−

zacji skuteczniej odstraszy złodzieja,

Ćwiczenie 14

Automat reklamowy −
tańczące lampki

Rys. 25

przestają łączyć i przerywają obwód, a efektem zwy−
kle są trzaski i okresowe przerwy w działaniu. Zimne

luty są zmorą elektroników – urządzenie czasem
działa dobrze, czasem nie i trudno znaleźć przyczynę.

Początkujący bardzo często wykonują takie

zimne luty, bo boją się przegrzać elementy – w lite−
raturze często spotyka się ostrzeżenia przed prze−
grzaniem. Rzeczywiście, elementy mogą ulec prze−
grzaniu, ale nie można tu przesadzić w żadną stro−
nę. Niedogrzanie jest równie złe jak przegrzanie.

A gdzie jest złoty środek?

Wykonanie dobrego lutu powinno trwać 2...3

sekundy. W tym cza−
sie dobrze nagrzana
lutownica

(około

+35

0

C lub więcej) roz−

grzeje końcówkę ele−
mentu usuwając tlenki
i

nie

powodując

uszkodzenia elemen−
tu.

Lutownica

Przy wyborze lutow−
nicy warto wziąć pod
uwagę kilka czynni−
ków. Na początek cał−

kowicie wystarczy prosta lutownica o mocy
15...25W, na przykład

taka, jak na fotografii ?. Warto od razy zaopatrzyć
się w podstawkę, by lutownica nie leżała na stole
(biurku) i by tym samym uniknąć ryzyka uszko−
dzenia mebli.

Zwykła lutownica o mocy ponad 40W nie jest

zalecana. Niektórzy wykorzystują lutownice trans−

97

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

A2

18

wskazując na obecność skomplikowane−
go systemu alarmowego.

Układ tylko na pozór jest skomplikowa−

ny – w rzeczywistości zawiera dwa znane
Ci już generatory zrealizowane na tranzy−
storach PNP. Dodatkowy tranzystor T5 jest
niezbędny, żeby wyłączyć symulator (zwła−
szcza przeszkadzający brzęczyk) na
czas jazdy. W tym celu wystarczy
dołączyć punkt oznaczony S do ob−
wodu, gdzie napięcie pojawia się po
przekręceniu kluczyka w stacyjce
(natomiast na punkcie P napięcie
musi występować przez cały czas).
Jeśli nie bardzo rozumiesz, o co cho−
dzi, zapytaj posiadaczy samocho−
dów – oni Ci wyjaśnią.

Układ może być wykorzystany

także do innych celów i na pewno
wzbudzi cieka−
wość i pytania: co
to jest i jak dzia−
ła? Wtedy punkt
S pozostanie nie−
podłączony.

Uwaga 1. Mo−

del pokazany na
fotografii 15 nie

zawiera tranzystora T5 i rezystorów R?
i R?.

Uwaga 2. Ponieważ symulator zain−

stalowany będzie w samochodzie, gdzie
występują wibracje, wstrząsy i duże
zmiany temperatury, musisz zmontować

Rys. 26

Ćwiczenie 15

Strzelnica laserowa

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

6

6

6

6

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

E

LEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

formatorowe. Osobiście nie polecam takowej, choć
przed wielu laty przez pewien czas używałem
ciężkiej pistoletowej lutownicy transformatorowej.
Obecnie elementy i płytki są coraz mniejsze i cięż−
ka “transformatorówka” wyrabia szkodliwe nawy−
ki, tymczasem lutownica powinna być lekka.

Nie polecam leciutkich i tanich lutownic ze

Wschodu, przede wszystkim dlatego, że nie speł−
niają norm bezpieczeństwa, a i jakość wykonania
bywa fatalna. Jeśli ktoś dysponuje odpowiednim
zasobem gotówki, zwracam uwagę na profesjonal−
ną lutownicę ze stabilizacją temperatury, na przy−
kład WCP−50
renomowanej
firmy Weller,
czy znacznie
tańszą krajo−
wą z firmy El−
wik.

Inne na−
rzędzia

Podczas mon−
tażu, w tym podczas lutowania, absolutnie nieza−
stąpiona jest dobra pinceta.

Najlepsze są pincety medyczne. Pincety kosme−

tyczne są niemal bezwartościowe, natomiast delikat−
ne pincety zegarmistrzowskie są znakomita pomocą,
ale tylko przy montażu miniaturowych elementów
nie posiadających wyprowadzeń (tzw. SMD).

Oprócz lutownicy, cyny, pincety i kalafonii każ−

dy elektronik powinien też mieć dobry odsysacz.

Ta prosta pompka pozwoli w prosty sposób

wylutować elementy z płytki. Dane połączenie na−
leży podgrzać lutownicą, zbliżyć doń końcówkę
odsysacza i nacisnąć przycisk. Roztopiona cyna
zostanie odessana. Odsysacz trzeba okresowo czy−
ścić (w niektórych tłok smaruje się olejem, w in−

nych – talkiem lub ja−
kimś pudrem).

Warto zaopatrzyć

się w niedrogi przy−
rząd, zwany trzecią
ręką. Chwytaki trze−
ciej ręki oddadzą nieo−
cenione usługi pod−
czas montażu wszel−
kich układów.

Każdy elektronik

powinien też posiadać
nieduże, ostre szczyp−
ce boczne.

Służą do obcinania

zbyt długich koń−
cówek elementów. Na
początek wystarczą Ci
tanie szczypce za kil−
ka złotych. Kiedy już
się

rozsmakujesz

w elektronice, zapew−
ne zechcesz wydać na−
wet kilkadziesiąt zło−

tych (tak!) i zakupić delikatniejsze, przyjemniejsze
w użyciu szczypce dobrej firmy.

Grot każdej lutownicy ulega podczas pracy za−

brudzeniu resztkami topnika, wypaloną cyną, itp.
W efekcie coraz mniej powierzchni grota jest pra−
widłowo zwilżona przez cynę. Do czyszczenia
grota warto używać specjalnej gąbki (koniecznie
wilgotnej).

Nie jest to zwykła gąbka, tylko specjalna

włóknina, odporna na temperaturę. Kawałek ta−
kiej gąbki do czyszczenia lutownicy można kupić
w sklepach elektronicznych. Bardzo podobne
gąbki są również dostępne w sklepach gospodar−
stwa domowego.

Grot lutownicy (gorący) należy okresowo wy−

cierać o zwilżoną gąbkę i zaraz po tym pobielić go
za pomocą kawałka świeżej cyny.

Sposoby montażu

Hobbyści wykorzystują różne sposoby montażu
swoich układów. Oczywiście połączenia powinny
być lutowane.

Najczęściej montuje się układy na płytkach

drukowanych zaprojektowanych specjalnie do
danego układu. Montaż rozpoczyna się od elemen−
tów najmniejszych (zwory z drutu,

Rezystory), a potem kolejno lutuje się coraz

większe (kondensatory, tranzystory, itd.)

Niektórzy kolejno wkładają w otwory po jed−

nym elemencie i lutują jego końcówki. Inni wkła−
dają kilka – kilkanaście elementów, a potem lutują
je wszystkie na raz.

Na początek radzę Ci lutować elementy poje−

dynczo. Powód jest prozaiczny: małe lutownice
o mocy 13...25W znacznie stygną podczas lutowa−
nia. Przy lutowaniu seryjnym może się okazać, że
temperatura grota jest za mała i w rezultacie po−
wstaną tzw. zimne luty.

Przy montażu układu z nowych elementów nie

ma potrzeby używać kalafonii – wystarczy topnik
zawarty w druciku “cyny”.

Nie zawsze montaż na płytce jest najlepszym

rozwiązaniem. Proste układy można zmontować
w tzw. “pająku” (inni mówią “na sznurkach”).
“Pająk” wbrew pozorom, może się okazać bardzo
dobrym sposobem montażu, zwłaszcza, jeśliby
układy miały mieć małe wymiary, by zmieścić je
w małej obudowie. Modele do ćwiczeń ??????
zmontowane są “w pająku”.

Gdy rozmiary nie są problemem, można zmon−

tować układ na tekturce i lutować końcówki od
spodu (modele do ćwiczeń ????). Montaż na tek−
turce ma liczne zalety, ale również wady. Na przy−
kład wilgotna tektura może (słabo) przewodzić
prąd i uniemożliwić działanie niejednego układu.
Dlatego na tekturce montuje się tylko układy eks−
perymentalne, które mają pracować tylko przez
krótki czas.

Zdecydowanie częściej montuje się układy na

uniwersalnych płytkach drukowanych. Kto
uzna, że nie warto projektować i wykonywać płyt−
ki drukowanej do jednego egzemplarza urządze−
nia, zazwyczaj wykorzystuje płytkę uniwersalną.
Uważaj – przy montażu na “uniwersalne” najła−
twiej popełnić błąd.

Typowe błędy

Generalną zasadą jest, by po zmontowaniu,
a przed włączeniem zasilania, dokładnie obejrzeć
układ i sprawdzić czy nie ma pomyłek. Jeszcze
lepiej dać go do sprawdzenia komuś innemu.
Praktyka pokazuje bowiem, że najwięcej niepo−
wodzeń wynika z błędów w montażu (brak połą−
czeń, zwarcia, niewłaściwe wartości elementów,
itp.). Nieporównanie rzadziej, ale też może się
zdarzyć, że fabrycznie nowy element jest nie−
sprawny. Sporadycznie zdarza się, że wartość nie

odpowiada nadrukowi na elemencie albo element
jest niesprawny “od urodzenia”. Dlatego nie−
którzy mają zwyczaj przez zmontowaniem układu
sprawdzać wszystkie elementy za pomocą dobre−
go multimetru.

Oprócz pomyłek w montażu najczęstsze błędy

to: używanie cyny z odzysku, co prowadzi do zim−
nych lutów, używanie zbyt dużej i ciężkiej lutowni−
cy (transformatorówki) i odwrotne podłączenie za−

98

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

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

TECHNIKALIA

A2

17