35

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

cia jest rzędu kilkudziesięciu miliwoltów lub
mniej. I takie maleńkie napięcia mają być
wzmocnione za pomocą popularnego wzmac-
niacza LM358 w układzie z rysunku 6. Niby
wszystko jest dobrze, bo układ LM358 może
pracować przy napięciach wejściowych bli-
skich ujemnemu napięciu zasilania, jednak
trzeba wziąć pod uwagę napięcie niezrówno-
ważenia tego wzmacniacza operacyjnego. Je-

śli prądy są małe,
a tym samym mierzo-
ne napięcia są porów-
nywalne z napięciem
niezrównoważenia,
trzeba liczyć się ze
znacznymi błędami.

Na koniec szcze-

rze gratuluję udziału

w tym niełatwym zadaniu. Nagrody otrzymu-
ją: Mariusz Chilmon, Dariusz Drelicharz,
Marcin Wiązania i Michał Stach. Upominki
otrzymują: Jarosław Tarnawa i Jakub So-
bański. Serdecznie zapraszam do udziału
w rozwiązywaniu kolejnych zadań i do nadsy-
łania prac w terminie.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Rozwiązanie zadania 80

W EdW 10/2002 na stronie 36 zamieszczony
był schemat laserowego toru transmisji
dźwięku. Jest on pokazany na rysunku A.
Według pomysłodawcy sygnał z mikrofonu,
wzmocniony we wzmacniaczu U1, ma mo-
dulować światło diod laserowych D1, D2.
Wykorzystanie w odbiorniku dwóch fotoele-
mentów miałoby poprawić właściwości tego
odbiornika, a mostkowy wzmacniacz pozwa-
lałby uzyskać większe wzmocnienie.

Do układu tego zgłosiliście wiele zastrze-

żeń. Muszę jednak od razu stwierdzić, że nie
wszyscy uczestnicy zauważyli podstawowy
błąd. Wielu uczestników słusznie zwróciło
uwagę na usterki mniej ważne, ale pominęło
błąd, który zupełnie przekreśla przydatność
zaproponowanego schematu.

Zacznijmy jednak od końca, od głośnika.

Oto fragment jednego z listów: (...) Dużym
błędem jest podłączenie głośnika pomiędzy
wyjścia wzmacniaczy - głośniki wysokoomo-
we to dziś rzadkość. Wartości stałych kon-
densatorów C1 i C2 także będą za małe (ma-
ksimum 1

µF), a pojedyncze elektrolity nie bę-

dą mogły znaleźć tu zastosowania, gdyż
zmienia się polaryzacja sygnału.

Rzeczywiście, ze względu na małą wydaj-

ność wyjść wzmacniaczy operacyjnych nie
może to być głośnik, a co najwyżej słuchaw-
ki. We wzmacniaczu mostkowym, gdzie na
obu wyjściach napięcie stałe powinno być
jednakowe, kondensatory nie są potrzebne.
A jeśli już, to przecież wystarczyłby jeden.
Słusznie jednak zauważyliście, że napięcia
stałe na wyjściach wzmacniaczy U3, U4 nie
będą równe. Wejście nieodwracające U3 jest

dołączone do masy, a w punkcie połączenia
fotorezystorów napięcie będzie zbliżone do
połowy dodatniego napięcia zasilania. Nieza-
leżnie o tego, czy U3, U4 miałyby być zasi-
lane napięciem symetrycznym, czy nie, takie
połączenie jest ewidentnie błędne, bo wyj-
ście wzmacniacza U3 byłoby w spoczynku
nasycone. Poza tym wzmacniacz mostkowy
nie jest niezbędny – większość uczestników
jak najbardziej słusznie chce uprościć
wzmacniacz w odbiorniku.

Słusznie zakwestionowaliście też połącze-

nie w szereg dwóch fotoelementów. Jeśli bę-
dą one odbierać ten sam sygnał świetlny i by-
łyby identyczne, zmienny sygnał wyjściowy
będzie równy zeru! Przecież wtedy oba foto-
rezystory zmieniałyby rezystancję w tej samej
proporcji i stosunek rezystancji FR1/FR2 był-
by zawsze równy 1. Dwa fotorezystory mia-
łyby rację bytu, jeśli każdy odbierałby sygnał
tylko z jednej diody laserowej, a światło obu
diod niosłoby informacje, będące w pewnym
sensie „w przeciwnej fazie”. Taka koncepcja
pozwoliłaby nieco zmniejszyć wpływ zewnę-
trznych zakłóceń, bo odbiornik reagowałby
na użyteczny sygnał różnicowy, a nie na za-
kłócające sygnały wspólne. I chyba taka była
słuszna intencja pomysłodawcy. Ale przy
dłuższym łączu skuteczne rozdzielenie
dwóch torów laserowych byłoby dość trudne
do zrealizowania. Ponadto kilka osób zwróci-
ło uwagę, że przy silnym oświetleniu zewnę-
trznym (a tego nie można wykluczyć), przez
oba fotorezystory popłynie duży prąd, który
może nawet je uszkodzić: dwa połączone sze-
regowo fotorezystory mocno obciążą zasila-
nie lub nawet doprowadzą do zwarcia np.

podczas dnia czy też przy oświetleniu ich
mocną latarką. Słusznie!

Wielu uczestników stwierdziło, że fotore-

zystory w roli odbiorników są za wolne. I ge-
neralnie mają rację. W takim systemie nale-
żałoby wykorzystać fotodiody albo ostatecz-
nie fototranzystory.

Więcej zgłoszonych zastrzeżeń dotyczy-

ło nadajnika. Słusznie prawie wszyscy
stwierdzili, że układ polaryzacji mikrofonu
jest poprawny. Podobnie poprawny jest
wzmacniacz z kostką U1. Gorzej z układem
U2. Tu nie wszyscy byli zgodni, jak ma dzia-
łać wzmacniacz operacyjny U2 i tranzystory
T1,T2. Niektórzy przypuszczali, że pracują
one w trybie liniowym i amplituda sygnału au-
dio płynnie moduluje jasność obu diod. I taka
koncepcja od biedy miałaby rację bytu. Nie-
mniej ze schematu wynika niedwuznacznie, iż
U2 pracuje jako komparator. Ma ogromne
wzmocnienie, więc zamienia sygnał audio na
sygnał prostokątny, przy czym próg przełącza-
nia komparatora jest wyznaczony przez poten-
cjometr P. Przytomnie zauważyliście, że przy
takim sposobie pracy (...) nie ma żadnego sta-
nu przejściowego. Taki sygnał będzie albo za-
łączał diodę D1, albo D2 (w oryginale zawsze
któraś świeci z pełną jasnością!). (...) nie wi-
dzę sensu stosowania aż dwóch diod lasero-
wych. W zupełności wystarczy jedna.

Tu ujawnia się podstawowy błąd – rzeczy-

wiście w takim układzie pracy diody włącza-
ne są na przemian i jedna z diod zawsze świe-
ci pełną jasnością. Jeśli jasność diod jest jed-
nakowa, otrzymujemy... stały strumień świa-
tła, nie niosący absolutnie żadnej informacji.

Na marginesie przypominam, że dołącza-

nie bazy tranzystora wprost do wyjścia
wzmacniacza operacyjnego jest co najmniej
ryzykowne ze względu na wyjściowe napię-
cia nasycenia tego wzmacniacza. Przecież
tylko we wzmacniaczach typu rail-to-rail na-
pięcie wyjściowe może być bardzo bliskie na-
pięciom zasilania. W innych wzmacniaczach
napięcie nasycenia może wynosić 1V, a nawet
więcej, a wtedy w układzie z rysunku B tran-
zystory nigdy nie zostaną zatkane – oba będą
stale przewodzić, niezależnie od napięcia na

C

C

o

o

t

t

u

u

n

n

i

i

e

e

g

g

r

r

a

a

?

?

- Szkoła KKonstruktorów klasa III

Rys. 6

A

36

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

wyjściu wzmacniacza. Należałoby wtedy do-
dać np. dzielniki według rysunku C. Ale
oczywiście takie dzielniki nie poprawią ukła-
du z rysunku A, gdzie mimo wszystko świe-
cące na przemian (jednakowe) diody dadzą
wypadkowy stały strumień światła.

Wielu uczestników dostrzegło ten ewi-

dentny błąd i chciało go poprawić, proponu-
jąc płynną modulację prądu diod. Idea przy-
najmniej teoretycznie jest słuszna, jednak
w takim przypadku trzeba koniecznie wyrzu-
cić komparator i zmodyfikować obwody ste-
rowania diod, czy diody, żeby pracowały
w trybie liniowym. Niestety, część uczestni-
ków zupełnie zapomniała, że diody laserowe
to nie zwykłe diody LED. Przy małych prą-
dach dioda laserowa zachowuje się jak zwy-
kła, kiepska dioda LED, a dopiero przy prą-
dach większych od prądu progowego dioda

zachowuje się jak laser
i wytwarza silną wiązkę
spójnego światła. Krót-
ko mówiąc, dioda lase-
rowa nie może pracować
przy małych prądach
i nie można modulować
jej jasności od zera do
wartości maksymalnej,
tylko od wspomnianej
wartości progowej do
wartości maksymalnej.

Dlatego propozy-
cje z rysunków
D, E są ewident-
nie błędne.
W układzie z ry-
sunku D układ

przypomina pracę w klasie C, gdzie przy nie-
wielkich napięciach wejściowych żadna
z diod nie świeci. Nawet w układzie z rysun-
ku E, zawierającym dodatkowe diody LED
D3, D4, przypominającym wzmacniacz
w klasie B, przy sygnale wejściowym rów-

nym zeru żadna z diod laserowych D1,
D2 nie świeci albo świeci bardzo słabo.
Tu też diody laserowe nie będą po-
prawnie pracować. Nieco lepsze wła-
ściwości miałyby układy z rysunku F,
gdzie w spoczynku diody świeciłyby
z dużą jasnością, a punkt pracy usta-
wiony byłby w połowie liniowego za-

kresu, pomiędzy prądem progowym a prądem
maksymalnym.

Duże plusy może sobie postawić tych kil-

ku Kolegów, którzy o tym pomyśleli!

Ale szczerze mówiąc, sposób z analogo-

wą, liniową modulacją jasności diody lub
diod na pewno nie da dobrych rezultatów.
Przecież odbiornik oprócz sygnału użytecz-
nego odbierze też najróżniejsze „śmieci”, szu-
my niesione przez światło otoczenia. Przecież
w torze pracowałyby moduły laserowe, świe-
cąc na czerwono, a w odbiorniku musiałyby
pracować elementy reagujące na światło o róż-
nych długościach fali. Nawet zastosowanie
czerwonego filtru niewiele tu pomoże. Dlatego
należałoby poszukać lepszego sposobu.

Ja proponuję powrócić do oryginalnego

układu z komparatorem. Na jedno wejście po-
dawany byłby wzmocniony sygnał audio.
Wystarczy na drugie wejście komparatora po-
dać przebieg trójkątny lub piłokształtny
o znacznej częstotliwości, by uzyskać układ
pracujący jak wzmacniacz klasy D. Pokazuje
to rysunek G. Warunkiem prawidłowego
działania jest duża częstotliwość modulująca
z generatora „trójkąta”, która musi być co naj-
mniej dwa razy większa od najwyższej czę-
stotliwości toru audio. W praktyce powinna
być nie dwa, tylko co najmniej pięć razy
większa. Dioda laserowa bez problemu po-
winna pracować przy częstotliwościach rzędu
100kHz czy nawet 500kHz, chyba że zastoso-
wany wskaźnik laserowy ma obwody zmniej-
szające szybkość reakcji diody. W systemie
z rysunku G dioda laserowa jest na przemian
wyłączana i świeci pełną mocą, co jest jak
najbardziej korzystne. W odbiorniku nie jest

potrzebny żaden
dekoder czy de-
modulator – wy-
starczy zastoso-
wać prosty filtr
u ś r e d n i a j ą c y,
wzmocnić sygnał

i podać na głośnik. Taki impulsowy system,
choć też podatny na zewnętrzne zakłócenia,
powinien zapewnić znacznie lepsze parame-
try niż analogowy tor według rysunku F.

Jeszcze lepsze parametry mógłby mieć

układ impulsowy z innym rodzajem modula-
cji. Jeden z uczestników napisał: sygnał z U1
podałbym na jakiś modulator FM o nośnej
minimum 50kHz i wykorzystałbym tylko je-
den promień lasera. Odbiornik jest całkowi-
cie błędny. Zgodnie z moją propozycją zmia-
ny nadajnika, w odbiorniku zastosowałbym
demodulator FM. I niewątpliwie taki układ
rozwiązałby problem szumów i zakłóceń
oraz zwiększyłby zasięg, bo po pierwsze, la-
ser pracowałby dwustanowo: albo byłby wy-
gaszony, albo świeciłby pełną jasnością. Po
drugie, ewentualne szumy powodowałyby
zmiany amplitudy, a nie częstotliwości,
a przecież przy modulacji FM informację nie-
sie nie amplituda, tylko częstotliwość fali no-
śnej. Oczywiście w systemie FM należy wpro-
wadzić preemfazę (w nadajniku) i deemfazę
(w odbiorniku). W roli modulatora FM można
z powodzeniem zastosować generator VCO
z popularnej kostki 4046 i ta sama kostka mo-
głaby pracować jako dekoder – wystarczy wy-
korzystać jeden z detektorów fazy w klasycz-
nym układzie pracy pętli fazowej. Wstępna
propozycja pokazana jest na rysunku H.

Nagrody-upominki za najlepsze odpowie-

dzi otrzymują: Marcin Jaworski - Między-
lesie, Grzegorz Zawada - Gorzów Wlkp.,
Łukasz Salich - Kraków.

Zadanie 84

Na rysunku J pokazany jest układ wskaźni-
ka włączonego biegu. Schemat nadesłany zo-
stał jako rozwiązanie jednego z poprzednich
zadań Szkoły.

Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Jak zwykle proszę o krótkie odpowiedzi.

Kartki, listy i e-maile oznaczcie dopiskiem
NieGra84 i nadeślijcie w terminie 45 dni od

ukazania się tego nume-
ru EdW. Autorzy naj-
lepszych odpowiedzi
otrzymają upominki.

Piotr Górecki

B

C

D

E

F

G

H

J