Gdy pierwszy raz w życiu stajesz na nartach, nie odbywa
się to na szczycie K asproweg o. S zuk asz jak ieg oś łag odne−
g o, m ało strom eg o stok u, jednym słowem − oślej łą czk i.

D opiero g dy na tak iej oślej łą czce nauczysz się podstaw,
bę dziesz w stanie bezpiecznie zjechać z K asproweg o.

N iniejszy cyk l jest odpowiednik iem wypraw na tak ą

oślą łą czk ę . P oszczeg ó lne wyprawy pozwalają poznać k o−
lejne najważniejsze zag adnienia elek tronik i. K urs został
pom yślany, by przede wszystk im bawić , a przy ok azji
uczyć . Z abawa poleg a na wyk onywaniu ró żnych ciek a−
wych i pożytecznych uk ładó w.

N iniejszy m ateriał jest pią tą wyprawą na oślą łą czk ę .

N areszcie zajmiemy się układami cyfrowymi.

O k reślenie „ technik a cyfrowa“ m oże budzić obawy,

że chodzi o coś bardzo trudneg o. N iek tó rzy są przek ona−
ni, że jeśli jest „ cyfrowa“ , to m a ścisły zwią zek z m atem a−
tyk ą , i to m atem atyk ą wyższą . W rzeczywistości ta dzie−
dzina elek tronik i ok azuje się bardzo łatwa do opanowania.
W brew pozorom ok azuje się zdecydowanie łatwiejsza niż
technik a analog owa, k tó rą zajm owaliśm y się na poprze−
dnich wyprawach. T ak ! P rzek onasz się o tym osobiście
podczas pierwszej „ cyfrowej“ wyprawy na elek troniczną
oślą łą czk ę .

W niniejszym cyk lu wszelk ie interpretacje fizyczne są

m ocno uproszczone (o ile w og ó le są ), a g łó wna uwag a
jest sk ierowane na zag adnienia prak tyczne. U wydatnia to
charak terystyczna struk tura k ursu − k ażdy odcinek zawie−
ra cztery blok i, wyró żnione k oloram i.

N ajważniejszy blok to um ieszczone na białym tle ć wi−

czen ia p raktyczn e. S am o przeczytanie tek stu nie dostar−

czy C i wszystk ich najważniejszych inform acji. D opiero
prak tyczne wyk onanie i zbadanie zaproponowanych uk ła−
dó w pozwoli wycią g ną ć wniosk i i w pełni zrozum ieć opi−
sane zag adnienia. P om og ą inform acje zawarte w czę −
ściach E L E M E N T arz i T ech n ikalia.

Z apewniam , że zaczynają c znajom ość z technik ą cy−

frową od tak zwanych uk ładó w C M O S nie m usisz m ieć
żadnej wiedzy m atem atycznej. M usisz jednak wiedzieć ,
co to jest rezystor i k ondensator. M usisz też znać zasady
oznaczania rezystoró w i k ondensatoró w oraz wiedzieć , co
to jest i jak działa tranzystor, zaró wno zwyk ły, bipolarny,
jak i polowy (M O S F E T ). Z ag adnienia te zostały wyczer−
pują co om ó wione podczas dwó ch pierwszych „ analog o−
wych“ wypraw na oślą łą czk ę . M ożna je znaleź ć w archi−
walnych num erach E lek tronik i dla W szystk ich, począ w−
szy od num eru 1 0 /2 0 0 0 .

D o wyk onania wszystk ich uk ładó w tej „ cyfrowej“

wyprawy wystarczą schem aty i fotog rafie zam ieszczone
w artyk ule. D o ich zasilania najlepiej nadaje się stabilizo−
wany zasilacz wtyczk owy 1 2 V 2 5 0 m A , a w wię k szości
ć wiczeń m ożesz wyk orzystać baterię 9 V . K om plet ele−
m entó w do budowy wszystk ich ć wiczeń tej wyprawy
m ożna zam ó wić jak o zestaw A 0 5 . E lem enty m ożesz luto−
wać , m ożesz też wyk orzystać uniwersalną płytk ę styk o−
wą . Inform acje handlowe podane są na stronie 8 0 ,8 1 .

Ż yczę suk cesu tak że na tej wyprawie.

P iotr G ó recki

37

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

Ośla łączka

A 4

8 5

Wyprawa piąta − A5

S y r e n y alar m o w e , M r y g ad e łko ,

G e n e r at o r lab o r at o r y jn y , P e r p e t u u m m o b ile ,

P r ze r zu t n ik R S , C zar o d zie js ki czu jn ik zb liż e n io w y ,

D e t e kt o r w ilg o ci, U n iw e r s aln y s y g n alizat o r d r zw io w y ,

C y f r o w e t ań czące św iat e łka, P r ze łączn iki s e n s o r o w e

P r ąd e le kt r y czn y p r ze p ły w ający p r ze z ciało czło −
w ie ka n ie je s t o b o ję t n y d la zd r o w ia. C zy m w ię k−
s ze n ap ię cie , t y m w ię ks zy p r ąd i w ię ks zy w p ły w
n a o r g an izm .
N ap ię cia n ie p r ze kr aczające 2 4 V

u zn aje s ię za

b e zw zg lę d n ie b e zp ie czn e .
N ap ię cia r zę d u 6 0 V i w ię ce j u zn aw an e s ą za n ie −
b e zp ie czn e . N ap ię cie w

d o m o w y m g n iazd ku s ie −

ci e n e r g e t y czn e j w y n o s i 2 2 0 ...2 3 0 V − je s t t o w ię c
n ap ię cie g r o ź n e d la ż y cia!

P r ze p r o w ad zan ie p r ó b z u kład a−
m i d o łączo n y m i w p r o s t d o s ie ci
g r o zi śm ie r cią!

A b y zap o b ie c n ie s zczę ściu , n ale ż y zas ilać b u d o −
w an e u kład y z b at e r ii alb o z u ż y cie m f ab r y czn e −
g o , at e s t o w an e g o zas ilacza, kt ó r y co p r aw d a je s t
d o łączan y d o s ie ci, ale zas t o s o w an e r o zw iązan ia
zap e w n iają g alw an iczn ą izo lację o d s ie ci i p e łn e
b e zp ie cze ń s t w o .

potencjometry

kondensatory

układy scalone

tranzystory

diody

rezystory

membrana

piezo

PCA − 1 00

brzęczyk

piezo

z generatorem

diody L E D

przyciski

„ darlington“

mocy

38

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

Ośla łączka

A4

86

Czy w życiu codziennym spotykasz się

z bramkami logicznymi?

Tak! Często mamy do czynienia z urzą−

dzeniami, które działają jak najprawdziw−

sze bramki logiczne, na przykład lampka

oświetlenia kabiny samochodu sterowana

jest elektromechaniczną bramką OR :

lampka świeci, gdy przynajmniej jedne

drzwi zostaną otwarte.

Z kolei drzwi wejściowe do mieszka−

nia, wyposażone w kilka zamków, przy−

pominają działanie bramki AND: aby

otworzyć drzwi, trzeba wcześniej otwo−

rzyć w szystk ie zamki.

Na rysunku 1 znajdziesz przykłady

realizacji bramek OR i AND przy użyciu

zwykłych diod i rezystorów. Takie bram−

ki czasem wykorzystujemy w praktyce.

Aby zaświecić lampkę współpracującą

z bramką OR z rysunku 1a, wystarczy

podać napięcie na przynajmniej jedno

wejście. W przypadku bramki AND

z rysunku 1b napięcie trzeba podać na
w s zys tk ie

wejścia.

Czy wiesz, skąd wzięła się nazwa

bramka? Nazwa bramka (ang. gate) koja−

rzy się z bramą, z wejściem, z drzwiami.

Stany logiczne

Urządzenia cyfrowe (logiczne) zazwyczaj
traktuje się jako „czarne skrzynki“ mające
wejścia i wyjścia. Nie jest ważne, co jest
w środku – istotne jest tylko, jakie jest dzia−
łanie układu. Może straszy Cię informacja,
że urządzenia te realizują funkcje matema−
tyczne (logiczne).

Nie bój się! W rzeczywistości na wej−

ścia podawane są jakieś napięcia i jakieś
napięcia pojawiają się na wyjściach. Ś ciślej
biorąc, na tych wejściach i wyjściach wy−
stępują tak zwane stany logiczne, inaczej
poziomy logiczne. Oto pierwsza dobra
i bardzo ważna wiadomość: is tnieją dw a
po ds taw o w e s tany lo g ic zne − s tan nis k i
(o znac zany L – o d ang iels k ieg o lo w ) i s tan
w ys o k i (o znac zany H – h ig h ).

Stan nis k i,

zw any tak ż e zerem lo g ic znym (0 ) to
w prak tyc e po pro s tu b rak napię c ia. S tan
w ys o k i, zw any też jedynk ą lo g ic zną (1 ) to
o b ec no ś ć napię c ia

.

Dalszych informacji na temat stanów lo−

gicznych szukaj w części TECH NIKAL IA.

Podstawowe bramki

B ramki są elementarnymi ceg iełkami,
z których moż na b udować dowolnie
skomplikowane układy, pełniące różno−
rodne zadania, na przykład liczniki, prze−
rzutniki, rejestry i inne, o których dowiesz
się na kolejnych wyprawach. A oto bardzo
dobra wiadomość: istnieje tylko kilka typów
bramek, a ich działanie jest beznadziejnie
proste.

U w ag a! P o dane dalej w yjaś nienia b a−

zu ją na info rmac jac h zaw artyc h w

po −

przednic h o dc ink ac h c yk lu „ O ś la łą c zk a“
(w ypraw y A 1 ...A 2 ). J eś li nie znas z zaw ar−
teg o tam materiału , mu s is z s ię z nim za−
po znać i do w iedzieć s ię niec o o rezys to −
rac h , k o ndens ato rac h , tranzys to rac h
i przek aź nik ac h .

R ysunek 1 pokazuje symbole graficzne

podstawowych bramek, znane i stosowane
od lat. Od pewnego czasu zaleca się używa−
nie nowszych symboli z rysunku 2 , jednak
wciąż nie są one popularne.

Symbol graficzny nie mówi nic o budo−

wie wewnętrznej, a jedynie wskazuje, jakie

K omu potrzebny jest

och roniarz?

Obwody wejściowe (bramki) tranzystorów MO−
SFET, zawartych w układach CMOS, są bardzo
delikatne i łatwo ulegałyby uszkodzeniom, gdyby
nie odpowiedni system zabezpieczeń.

Ź ródłem zagrożenia są przede wszystkim tak

zwane ładunki statyczne. Na pewno i Ty od czasu
do czasu obserwujesz trzaski i iskierki przy zakła−
daniu jakiegoś ubrania z włókna sztucznego. Za−
pewne i Ciebie ukłuła iskra po dotknięciu klamki
albo przy wysiadaniu z samochodu. Jeśli przeska−

kuje iskra, napięcie wynosi na pewno ponad kilo−
wolt (tysiąc woltów); zwykle wynosi kilka lub kil−
kanaście kilowoltów.

Jeśli iskra przeskakuje przy dotykaniu klamki,

coś podobnego może też wystąpić przy dotknięciu
nóżek układu scalonego. Oczywiście prowadzi to
nieuchronnie do uszkodzenia delikatnej struktury.
Konstruktorzy włożyli dużo trudu i pomysłowości,
by nie dopuścić do uszkodzenia w takich sytua−
cjach. W części EL EMENTarz znajdziesz schemat
typowego zabezpieczenia, które chroni układ sca−
lony w większości sytuacji. Powiedzmy to wyra−

źnie – w większości sytuacji, ale nie zawsze. Dla−
tego producenci układów scalonych nadal zalecają,
by przechowywać delikatne układy scalone w spe−
cjalnych szynach z przewodzącego prąd plastiku,
oznaczonych napisem antistatic ewentualnie wbite
nóżkami w czarną, przewodzącą gąbkę – patrz fo−
tog rafia A na stronie ob ok.

Nie zdziw się też, że niektórzy sprzedawcy za−

wijają takie układy w folię aluminiową.

Według zaleceń producentów, stanowisko

montażowe układów CMOS powinno mieć meta−
lowy (lub inny przewodzący prąd) blat, wszystkie

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

Uwaga!

Podczas tej wyprawy będziemy wy−
korzystywać delikatne układy scalo−
ne CMOS. Ryzyko ich uszkodzenia
nie jest duże, ale nie jest wykluczone.

Dlatego na wszelki wypadek w ze−

stawie elementów do tej wyprawy

(A05) przewidziano podwójną liczbę
układów scalonych .

W arto od razu zajrzeć do części

T ECH NIK ALIA i zapoznać się z podsta−
wowymi informacjami o sposobach
zapobiegania uszkodzeniom delikat−
nych podzespołów elektronicznych .

Ć wiczenie 1

Podstawowe bramki

B ramka jako... bramka

Czy wiesz, że...

Numeracja nóżek układów

scalonych jest znormalizowana.

Dla powszechnie dostępnych układów

w tak zwanej obudowie DIL półokrągłe

wycięcie, wgłębienie lub kropka znajduje się

w pobliżu nóżki 1,

a nóżki trzeba liczyć przeciwnie do

ruchu wskazówek zegara, patrząc

od góry, czyli od strony napisu.

Zasadę tę ilustruje

fotografia.

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

Rys. 1

39

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

Ośla łączka

A4

87

Słusznie!

Drzwi mogą być otwarte albo zamknięte.

Podobnie jest z bramką. W układach z

rysunku 1 za pomocą przycisku S1 mo−

żesz zaświecać i gasić lampkę w dowol−

nym rytmie pod warunkiem, że...

Czy rozumiesz, w czym rzecz?

B ramka przepuści sygnał „zmienny“

z przełącznika S1 tylko wtedy, gdy na jej

drugim wejściu jest odpowiedni stan lo−

giczny. W bramce OR (rysunek 1a)

i w bramce NOR stanem „otwierają−

cym“ jest stan niski (styk S2 rozwarty).

B ramkę AND (rysunek 1b) i bramkę

NAND otwiera stan wysoki (styk S2

zwarty).

Działanie bramek jest w sumie bezna−

dziejnie proste. Nie zlekceważ jednak

proponowanego teraz ćwiczenia, które−

go celem jest poznanie pewnych waż−

nych cech bramek logicznych i innych

układów z rodziny CMOS 4 000. Zestaw

układ według rysunku 2 z wykorzysta−

niem kostki CMOS 4 011, zawierającej

cztery dwuwejściowe bramki NAND .

Nie zapomnij o podłączeniu końcówek

zasilania (nóżki 7 i 14 ) i wejść. Trzy

wyjścia pozostaw niepodłączone. Na

tym i niektórych następnych schematach

zaznaczyłem numery nóżek, co sugeruje

konkretne połączenia. Oczywiście wszy−

stkie bramki z jednej kostki są jednako−

we i wejścia każdej bramki też są jedna−

kowe, więc możesz modyfikować układ.

jest działanie elementu. Działanie bramek
(i innych, tak zwanych kombinacyjnych
układów logicznych) opisane jest w podręcz−
nikach za pomocą tak zwanych tabel prawdy.
W ramach tego kursu podejdziemy do spra−
wy prościej, od strony intuicyjnej.

Jak już wiesz, stan niski to w praktyce

brak napięcia (napięcie równe zeru), nato−
miast stan wysoki to obecność napięcia zasi−
lania. Chyba zgadza się z Twoją intuicją, że
w odniesieniu do wejść stan niski jest czymś
w rodzaju stanu spoczynkowego, natomiast
stan wysoki jest stanem aktywnym. Z wyj−
ściami bywa różnie – o tym przeczytasz da−
lej. (Choć określenie „stan spoczynkowy“
nie jest u ż ywane w pod rę cznikach, u łatwi Ci
intu icyjne zrozu m ienie d ziałania u kład ó w lo−
g icznych. N ie chcę Ci b owiem m ą cić w g ło−
wie określeniam i typu log ika d od atnia
i u jem na.

)

Funkcje pięciu omówionych dalej bra−

mek musisz dobrze zrozumieć i pamiętać
o każdej porze dnia i nocy – to naprawdę jest
niezbędne. Hobbyści w swej praktyce zde−
cydowanie najczęściej wykorzystują negato−
ry (NOT) oraz dwuwejściowe bramki NA−
ND i NOR. B ramki OR, AND są wykorzy−
stywane nieporównanie rzadziej.

Układ scalony

B ramki logiczne można zrealizować w naj−
różniejszy sposób i jak się okazuje funkcje
logiczne oraz operacje matematyczne moż−
na przeprowadzać przy użyciu najróżniej−
szych elementów. Przed wielu laty realizo−
wano je przy pomocy m.in. układów
mechanicznych,

przekaźników,

lamp

elektronowych, tranzystorów, diod i rezysto−
rów, itd... jednak dopiero pojawienie się

przyrządy pomiarowe oraz lutownica mają być
uziemione. Także elektronik powinien być uzie−
miony (!) za pomocą przewodzącej bransolety po−
łączonej z ziemią przez rezystor o wartości rzędu
1MΩ.

Amatorzy i nie tylko amatorzy nie zachowują

żadnych środków ostrożności przy kontakcie
z układami CMOS. Dlatego nadal zdarzają się
uszkodzenia układów scalonych CMOS, ale trzeba
przyznać, iż są to przypadki bardzo rzadkie.

Cóż mam Ci poradzić w tym względzie?

Z obowiązku informuję o zaleceniach fabrycz−

nych. Z własnej praktyki zalecam rozsądną mia−
rę ostrożności − kawałek czarnej gąbki do prze−
chowywania układów CMOS i uziemienie grota
lutownicy na pewno nie zaszkodzi. Warto też
dotknąć do uziemienia (np. kranu) przed rozpo−
częciem pracy, by rozładować ewentualne ła−
dunki. Trzeba też unikać ubrań z tworzyw
sztucznych, bo się łatwo elektryzują – bawełna
okazuje się dobra i pod tym względem. Nie za−
szkodzi też w pracowni rozpylić trochę wody
w powietrzu, utrudnia to tworzenie wspomnia−
nych ładunków statycznych.

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

T
E
C
H
N
I

K
A
L
I

A

Rys. 2

Rys. 1

Rys. 2

Fot. 1

F

F

o

o

t

t

.

.

A

A

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

Ośla łączka

A4

88

Dlatego też na niektórych rysunkach ce−

lowo nie podałem numeracji nóżek.

Naciśnięcie przycisku, czyli podanie

na nóżkę 3 w stanu wysokiego powo−

duje pojawienie się stanu niskiego na

wyjściu 3 i zgaszenie diody D. Bramka

U1A działa jak inwerter.

Dołącz nóżkę 1 bramki

do masy (n. 7). Czy

wiesz, dlaczego

nie można teraz

zgasić diody

D5?

Jeśli

wiesz, gratulu−

ję − rozumiesz

działanie bramki

NAND. Znów dołącz

nóżkę 1 do nóżki 14.

Jeśli usuniesz zewnętrzne obciążenie

w postaci R2, D5, nie zaświeci także

kontrolka D2, co wskazuje, że nieobcią−
żony układ scalony podczas pracy albo
nie pobiera prądu w ogó le, albo jego
pobó r jest znikomo mały

.

Jakie stany logiczne panują na wyj−

ściach bramek U1B, U1C? Jeśli ze−

wrzesz ze sobą te wyjścia (nóżki 4, 10),

wtedy zaświeci dioda D2, wskazując, że

układ pobiera spory prąd. Płynie on

przez D2, nóżkę zasilającą 14, dalej we−

wnątrz układu scalonego przez bramkę

U1B, potem z nóżki 4 do nóżki 10 i da−

lej przez bramkę U1C do nóżki zasilają−

cej 7. Dioda D2 zaświeci jasno, gdy ze−

wrzesz nóżkę 4 do masy albo nóżkę 10

(11) do plusa zasilania.

Wyciągnij ważny wniosek: zwarcie

wyjść CMOS może spowodować zupeł−

nie niepotrzebnie pobór znacznego prą−

du. Dlatego nie należy zwierać wyjść

bramek ani za sobą, ani do masy, ani do

plusa zasilania.

Zauważ, że niezależnie od stanów

przycisku, diody LED D3 , D4 umie−

szczone na wejściu bramki nie zaświecą

się nawet w głębokiej ciemności – to ar−

gument, że wejścia bramek podczas

normalnej pracy nie po−

bierają prądu

. Po−

równanie rysunku

2 i fotografii 1

pokazuje, że

w ćwiczeniu

tym

możesz

w y k o r z y s t a ć

diody LED o do−

wolnych kolorach.

Zbadamy

wydajność

wyjść bramek. Zestaw teraz układ z ry−
sunku 3 . Pomocą będzie fotografia 2.

(Dodatnie napięcie zasilania i dodatnią

końcówkę zasilającą układów CMOS

często oznacza się VDD, napięcie i koń−

cówkę ujemną − VSS). Potencjometr

PR1 pozwala zmieniać napięcie zasila−

jące w szerokich granicach. Najpierw

ustaw napięcie zasilające na minimum −

wskaźnikiem napięcia jest dioda LED

D1. Zwiększaj napięcie zasilania i ob−

serwuj jasność świecenia LED−ów D2,

D3 , które w tym wypadku ze względów

dydaktycznych włączone są nietypowo,

bez rezystorów ograniczających.

Uwaga! Napięcie zasilania powinno

wynosić co najmniej 12V, a w miarę

możliwości 18V (np. 2 baterie alkaliczne

9V). Przy napięciach zasilania powyżej

12V układ scalony będzie się wyraźnie

grzać. Przy napięciach mniejszych niż

12V grzanie może być niezauważalne.

przed czterdziestu laty układó w scalo−
nych

otworzyło drogę nie tylko do niesa−

mowitej miniaturyzacji, ale i do zadziwia−
jącego zwiększenia możliwości układów
cyfrowych.

Jak już wiesz, układ scalony to miniatu−

rowy układ elektroniczny, którego elementy
są wytworzone na wspólnym krzemowym
podłożu. Typowy układ scalony zawiera
przede wszystkim tranzystory (bipolarne lub
unipolarne MOSFET) a także rezystory
i ewentualnie kondensatory o małych po−
jemnościach.

Istnieje bardzo wiele typów i rodzajów

układów scalonych. Generalnie dzielą się
one na analogowe i cyfrowe. Na wyprawie
czwartej wykorzystywaliśmy scalone stabi−
lizatory, które należą do układów analogo−
wych, podobnie jak na przykład różnego ro−
dzaju wzmacniacze. Natomiast ogromna
grupa układów cyfrowych obejmuje ele−
menty począwszy od najprostszych bramek,
a skończywszy na skomplikowanych proce−
sorach komputerowych.

Najprostsze cyfrowe układy scalone

(bramki) zawierają kilka tranzystorów. Naj−
bardziej skomplikowane (procesory kompu−
terowe) – kilka milionów tranzystorów.
W przypadku układów scalonych, zwłaszcza
cyfrowych, niewiele interesuje nas budowa
wewnętrzna, a bardziej pełnione funkcje.
F otografia poniżej pokazuje kilka układów
scalonych, analogowych i cyfrowych.

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

Stany, stany, stany...

W części pt. ELEMENTarz podałem, że mamy dwa
podstawowe stany logiczne: wysoki i niski (inaczej:
jedynka i zero). I to jest święta prawda. W podręcz−
nikach możesz spotkać opisy jeszcze innych stanów:
tzw. stanu trzeciego, oznaczanego Z, stanu nieokre−

ślonego oraz stanu zabronionego czy stanów zabro−
nionych. W książkach spotkasz się także z określe−
niami „logika ujemna“ i „logika dodatnia“. Podręcz−
niki zwykle zawierają też obszerny materiał teore−
tyczny dotyczący rachunku zdań, zbiorów, kwantyfi−
katorów, relacji, funkcji, itd. Na razie nie ma żadnej

potrzeby, byśmy się tym zajmowali. To są zagadnie−
nia potrzebne wąskiej grupie teoretyków i zawodo−
wych konstruktorów. Aby zostać dobrym elektroni−
kiem−hobbystą wystarczy zrozumieć podstawy, a to
naprawdę jest bardzo łatwe. Potem jeśli zechcesz,
zajmiesz się materiałem teoretycznym.

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Czy wiesz, że...

Obok oficjalnego określenia

„układ scalony

” używane są także inne,

równoważne − przede wszystkim

„kostka

” , ale także mniej eleganckie

„kość

” i „scalak” .

Czy wiesz, że...

Wejścia układów CMOS nie mogą być niepodłączo−

ne, czy jak mówimy potocznie “wisieć w powietrzu” .

Wszystkie niewykorzystane wejścia układów CMOS powin−

ny być dołączone albo do masy, albo plusa zasilania.

Niewykorzystane wyjścia należy pozostawić niepodłą−

czone. Nie wolno ich łączyć z innymi wyjściami,

z masą, ani z dodatnią szyną zasilania.

Rys. 3

Fot. 1

45

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

Ośla łączka

A4

89

Jasność świecenia D2, D3 wskazuje,

że z wyjścia bramki przy wyższych na−

pięciach zasilających można pobrać spo−

ry prąd i to zarówno wypływający, jak

i wpływający. Często wykorzystujemy

to w praktyce.

Jeśli chcesz, możesz zamiast dowol−

nej diody D2 albo D3 włączyć miliampe−

romierz (który ma małą rezystancję we−

wnętrzną i można go traktować jako

zworę) i sprawdzić, jaki jest maksymalny
prąd zwarciowy

przy różnych napięciach

zasilania. Choć w rzeczywistych warun−

kach aż tak dużego prądu „nie wydusisz“

z wyjścia, a wydajność układów od róż−

nych producentów może być znacząco

różna, ćwiczenie to jest bardzo ważne, bo

da Ci wyobrażenie, jakie możliwości ma

wyjście układu CMOS w zależności od

napięcia zasilania. Zwróć uwagę, że

zwarciowy prąd wyjściowy silnie zależy

od napięcia zasilającego.

Diody D4, D5 nie będą świecić; czy

wiesz, dlaczego?

W ramach tego ćwiczenia zbadamy dal−

sze właściwości bramki i przekonamy

się o obecności wokół nas „elektronicz−

nych śmieci“.

Najpierw zestaw układ według ry−

sunku 4 a. Nie zapomnij o końcówkach

zasilania (n. 7 i 14). Gdy za pomocą ka−

wałka drutu na chwilę zewrzesz punkt

A z punktem P (z plusem zasilania), kon−

densator C1 naładuje się i po usunięciu

zwarcia bardzo długo lub na stałe utrzy−

ma stan wysoki na wejściu A. Wskaźni−

kiem będzie dioda LED. Gdy potem

choć na chwilę zewrzesz punkt A do ma−

sy, kondensator momentalnie rozładuje

się i na wejściu A będzie się utrzymywał

stan niski. Ja od razu do ładowania i roz−

ładowywania kondensatora C1 wyko−

rzystałem dwa przyciski.

Napięcie na kondensatorze się nie

zmienia (ani się on ładuje, ani rozłado−

wuje), bo w obwodach wejściowych

układów CMOS praktycznie prąd nie

płynie. Mówimy, że wejścia C M OS ma−
ją ogromną rezystancję wejściow

ą.

Kondensator C1 pełni rolę elementu pa−

miętającego. Rolę tę może pełnić nawet

znikoma pojemność wejścia bramki, wy−

nosząca około 5...10pF. Jeśli pozosta−

wisz wejście CMOS „wiszące w powie−

trzu“, układ może reagować bardzo

dziwnie, zwykle błędnie.

Nigdy nie pozostawiaj nie−

podłączonych wejść CMOS.

Zmodyfikuj teraz układ

pracy bramek U1A, U1B,

U1C, U1D według rysunku
4 b (reszta bez zmian). Pomo−

cą będzie fotografia 3. Rezy−

stor R2 włączony równolegle

do naładowanego kondensa−

tora C1 na pewno go rozładu−

je. Sprawdź działanie układu.

Elementy R2C1 tworzą

obwód opóźniający zgasze−

nie lampki D1. Natomiast

Przetwornik

piezoelektryczny

(membrana piezo)

Płytka z materiału piezo−
elektrycznego ma intere−
sujące właściwości. Do−
łączenie do niej napięcia
powoduje (niewielkie)
odkształcenie mecha−
niczne. Zasilona napię−
ciem zmiennym wydaje
dźwięk − zamienia zmienne przebiegi elek−
tryczne na dźwięki. Membrana piezo jest więc
rodzajem głośnika, ale typowa membrana nie
może zastąpić głośnika w radiu czy telewizo−
rze, bo dobrze przetwarza tylko sygnały z wą−
skiego pasma częstotliwości. I to jest główna
wada. Ważną zaletą jest mały pobór mocy
i duża głośność (czyli duża sprawność prze−
twarzania energii elektrycznej na akustyczną).

Jest przetwornikiem odwracalnym, za−

mienia też dźwięki, a ściślej drgania mem−
brany na sygnały elektryczne. W pewnych
warunkach może więc służyć jako mikrofon.

Membrana piezo jest elementem niebie−

gunowym.

Membrany piezo wyposażone w dodatko−

wą tubę umożliwiają uzyskanie dźwięku
o zaskakująco dużej głośności i są wykorzy−
stywane w systemach alarmowych, zwła−
szcza samochodowych.

Rysunek powyżej pokazuje symbol

membrany piezo, spotykany w literaturze.
Uwaga! Takim samym symbolem oznacza
się także brzęczyk piezo, czyli membranę
z wbudowanym jednotranzystorowym gene−
ratorem.

Fotografia poniżej pokazuje kilka mem−

bran piezo. Niektóre umieszczone są w obu−
dowie i mają wygląd podobny do przetwor−
ników piezo z generatorem, które poznałeś
na wyprawie pierwszej A1. Ł atwo je odróż−
nić bez otwierania obudowy. Brzęczyk zasi−
lony napięciem stałym o odpowiedniej bie−
gunowości (najpierw 3V, potem ewentualnie
9V) wyda ciągły dźwięk, natomiast membra−
na dołączona do napięcia stałego wyda co
najwyżej jeden cichy stuk.

Brzęczyk piezo zawiera membranę oraz

prosty generator z jednym tranzystorem.

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

F

F

o

o

t

t

.

.

2

2

Ćwiczenie 2

Czujnik zbliżeniowy

obwód R3C2 skraca impuls występujący

w punkcie B. Lampka D2 zaświeca się

na krótko w chwili, gdy D1 gaśnie. Czy

wiesz dlaczego? Czy potrafisz naryso−

wać przebiegi w poszczególnych punk−

tach układu? Wykorzystaj informacje

z wyprawy drugiej A2.

Pobaw się! Zmieniaj wartości elemen−

tów R2, R3, C1, C2 (100kΩ...22MΩ,

100nF...1µF). Kondensator C2 (punkt X )

dołącz do punktów A oraz C. Choć tego

rodzaju obwody wykorzystujemy bardzo

często, na razie z istotnych względów nie

będziemy się wgłębiać w ten temat. Zaj−

miemy się nim na następnej „cyfrowej“

wyprawie.

A teraz zmodyfikuj układ według ry−

sunku 4c. Pomocą będzie fotografia 4a.
Tym razem układ musi być zasilany
z zasilacza

. Element oznaczony Y 1 to

membrana piezo (nie brzęczyk piezo

z generatorem). W zastawie elementów

do tego ćwiczenia (A05) znajdziesz ele−

ment o symbolu PCA−100. Dla zwięk−

szenia głośności membrana wyposażona

jest w aluminiową tubę, a całość umie−

szczona jest w plastikowej okrągłej obu−

dowie. Zamiast przetwornika PCA−100

możesz włączyć jakąś słuchawkę (np. te−

lefoniczną) lub inną membranę, np. z ze−

garka z budzikiem, ostatecznie nawet ja−

kiś głośnik.

Czy możesz tak ustawić potencjometr

PR1, by dioda LED świeciła słabiej i miała

połowę maksymalnej jasności? Spróbuj,

wcale nie jest to trudne. Tylko się nie spiesz

i pomaleńku pokręcaj PR1. Zwróć uwagę,

czy membrana nie wydaje dźwięków. A jak

zachowuje się dioda LED? Czy teraz już

wiesz, co to jest próg przełączania?

Jeśli masz taką możliwość, zmierz

prąd zasilania miliamperomierzem albo

za pomocą dodatkowej diody LED włą−

czonej w obwód dodatniej szyny zasila−

nia. Odłącz R1, D1, Y 1. Przekonasz się,

że bramka pobiera prąd. Przyczyna jest

prosta – gdy napięcie wejściowe nie

jest „czystym“ stanem logicznym i wy−

nosi mniej więcej połowę napięcia zasi−

lania, trochę otwierają się oba tranzy−

story na wejściu bramki i płynie przez

nie prąd. Bramka nie pobiera prądu,

gdy na wejściach są „czyste“ stany lo−

giczne. Dalszych wyjaśnień szukaj

w ELEMENTarzu i Technikaliach. Do−

łącz R1, D1, Y 1.

Czy słyszysz, że w tym „środkowym“

punkcie, gdy dioda D1 świeci zmniej−

szoną jasnością, membrana wydaje

dźwięk – lekki szum?

46

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

Ośla łączka

A4

90

F

F

o

o

t

t

.

.

4

4

a

a

F

F

o

o

t

t

.

.

3

3

Rys. 4

F

F

o

o

t

t

.

.

4

4

b

b

Obecność dźwięku wskazuje, że poja−

wiły się tam niewielkie przebiegi zmien−

ne. Skąd?

Zapamiętaj, że bramka jest w istocie

wzmacniaczem. Oczywiście w normal−

nych warunkach nie chcemy, żeby pra−

cowała jako wzmacniacz, dlatego poda−

jemy na wejścia „czyste“ stany logiczne.

Teraz za pomocą potencjometru podali−

śmy na wejście napięcie „pośrednie“,

przy którym bramki pracują w tak zwa−

nym zakresie liniowym i wzmacniają sy−

gnały zmienne (a także szumią same

z siebie). Zbadajmy ten problem bliżej.

Nie zmieniaj położenia PR1, usuń

kondensator C1.

Pojawi się terkot. Dźwięk wydawany

przez membranę wskazuje, że w punkcie

A pojawił się przebieg zmienny o często−

tliwości 50Hz. Domyślasz się, że pocho−

dzi on z sieci energetycznej. Słusznie!

Do punktu A dołącz antenkę − kawa−

łek jakiegokolwiek drutu o długości

10...15cm.

Dlaczego terkot się zwiększył?

Zbliż rękę do anteny. Terkot stanie się

trochę głośniejszy – „śmieci“ przechodzą

przez pojemność między ręką a antenką.

Efekt będzie zdecydowanie silniejszy, je−

śli dotkniesz palcem antenki. Teraz Ty je−

steś anteną (nie dotykaj obwodu masy,

tylko anteny). Sprawdź, co zmieni dołą−

czenie membrany do punktu B, a nie C.

Do eksperymentów z antenką (bez kon−

densatora C1) możesz wykorzystać znacz−

nie prostszy układ

według rysunku 4c.

Mała

fotografia

4b pokazuje układ,

który

testowałem

w ramach przygoto−

wań tego ćwiczenia.

Sprawdź, co się

stanie, gdy jedną ręką

dotkniesz

antenę

(punkt A), a jednocze−

śnie drugą ręką masę

układu (punkt O).

Efekt będzie zdecydo−

wanie mniejszy, o ile

w ogóle wystąpi.

Usuń

antenkę

i sprawdź, czy zbliże−

nie ręki zmieni coś

w układzie. Weź ka−

wałek blachy lub folii

aluminiowej, połącz

solidnie kawałkiem

przewodu z masą

układu. Połóż na tak

wykonany

ekran

kartkę papieru (izola−

cja), a na nią badany

układ. Czy czułość

się zmieniła?

Pobaw się! Wykorzystaj różne anteny

(dołączone do punktu A) i różne ekrany

(dołączone do masy – punktu O). Jeśli

możesz, umieść układ w metalowym pu−

dełku. A jak się zachowa układ, gdy ekran

nie będzie dołączony do masy, tylko bę−

dzie „wisiał w powietrzu“?

Zmieniaj wartość rezystora R2

(1kΩ...10MΩ). Dołącz kondensator

C o niewielkiej pojemności 1nF, 10nF.

Jak zmienia się czułość?

Nie będę Ci tłumaczył wszystkich

szczegółów. Najogólniej biorąc, wszech−

obecne „śmieci“, wytwarzane między in−

nymi przez sieć energetyczną, powodują

indukowanie przebiegów zmiennych we

wszelkich przewodzących przedmiotach,

również w ciele człowieka. Wbrew pozo−

rom, dominującym składnikiem tych

„śmieci“ nie są sygnały stacji radiowych

i telewizyjnych, tylko właśnie przebieg

sieci energetycznej 50Hz, co potwierdza

terkot membrany Y1.

Możesz się przekonać, że „śmieci“

dają o sobie znać w tych obwodach,

47

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

Ośla łączka

A4

91

Negator (inwerter)

Najprostszym i nad wyraz przydatnym ele−
mentem logicznym jest inwerter, zwany też
negatorem. Oznaczany jest zwykle NO T
(not to po angielsku nie). Jego symbol
i działanie pokazane jest na rysunku 4.
Inwerter, zgo−
dnie z nazwą,
zmienia stan lo−
giczny na prze−
ciwny. Inwerter
można też zrea−
lizować na wie−
le różnych spo−
sobów. Prosty
układ z jednym tranzystorem, pokazany na
poniższym rysunku 5 , też pełni funkcję in−
wertera. Inwerterem jest również odpowie−
dnio włączony przekaźnik pokazany na tym−
że rysunku. Inwertery (i inne bramki), które
będziemy wykorzystywać w praktyce, zbu−
dowane są jeszcze inaczej – są to układy sca−
lone, zawierające tranzystory polowe MO−
SFET. Budowę popularnego inwertera scalo−
nego pokazuje rysunek 5 c.

Bramka OR

Następnym podstawowym elementem lo−
gicznym jest bramka OR (or to po angielsku
lub), w niektórych polskich podręcznikach
zwana bramką LUB. Bramka OR ma przy−
najmniej dwa wejścia i jedno wyjście. Mo−
żesz sobie wyobrażać, że „stanem spoczyn−
kowym“ wyjścia jest stan niski. Do poja−
wienia się na wyjściu stanu wysokiego wy−
starczy, by stan wysoki był na jednym wej−
ściu lub na drugim; ogólnie − przynajmniej
na jednym wejściu

. Rysunek 6 ilustruje

działanie dwuwejściowej bramki OR.
Bramki OR mogą być realizowane w różny
sposób – rysunek 7 pokazuje dwie dwu−
wejściowe bramki OR.

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

Rys. 4

Rys. 5

Rys. 6

F

F

o

o

t

t

.

.

5

5

które mają dużą rezystancję – to bardzo

ważny wniosek praktyczny. Zapewne je−

szcze nie raz takie „śmieci“ będą przy−

czyną przykrych niespodzianek w budo−

wanych przez Ciebie układach. I to nie

tylko w układach cyfrowych, ale głów−

nie w analogowych.

Uwaga! Przy zasilaniu z baterii część

opisanych efektów na pewno nie wystą−

pi. Możesz to sprawdzić.

Jeśli chcesz, możesz wykonać układ

według rysunku 4e i fotografii 5. Jest to

tak zwany czujnik pojemnościowy − sy−

gnalizator dotykowy,

a nawet zbliżeniowy.

Ostrzegam, że tego ro−

dzaju proste czujniki

zbliżeniowe są bardzo

kapryśne i nie są obe−

cnie wykorzystywane

w praktyce.

Przekonaj się, że

dotknięcie kilkucenty−

metrowej antenki spo−

woduje zdecydowane

zaświecenie

diody

LED, a membrana piezo Y1, dołączona

do punktu C, wyda dźwięk.

Zastosuj dłuższą antenkę 15...20cm.

Czy układ zareaguje na zbliżenie ręki

(bez dotykania)?

Sprawdź też koniecznie, jak zmieni

się czułość układu, jeśli w roli Rx zasto−

sujesz rezystory o opornościach 1MΩ,

2,2MΩ, 10MΩ, 22MΩ, 110MΩ (szere−

gowo 5 x 22MΩ). Przy jakich warto−

ściach Rx układ przestanie być czujni−

kiem zbliżeniowym, a przy jakich czujni−

kiem dotykowym? Model z fotografii 5

badany w mojej domowej pracowni dzia−

łał dobrze z rezystorem Rx o wartościach

2,2MΩ i więcej. Gdy Rx miał wartosć

1MΩ i mniej, czujnik nie reagował.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy

w kolejnym numerze E dW .

Informacje

dotyczące zestawu

E dW −05 do „Oślej

łączki“ znajdują się

na stronie 8 0.

Bramka AND

Działanie bramki AND, zwanej w nie−
których polskich podręcznikach bramką
I (angielskie and to po polsku i) również jest
niesamowicie proste.

Możesz sobie wyobrazić, że także w bram−
ce AND „stanem spoczynkowym“ wyjścia
jest stan niski. Na wyjściu pojawia się stan
wysoki tylko wtedy, gdy stan wysoki jest
i na jednym wejściu, i na drugim. Ogólnie,
w wielowejściowych bramkach AND stan
wysoki musi się pojawić na wszystkich
wejściach

, by na wyjściu pojawił się stan

wysoki.

Rysunek 8 ilustruje działanie dwuwej−

ściowej bramki AND, a rysunek 9 pokazuje
przykłady realizacji takiej bramki.

Bramka NOR

Bramka NOR jest złożeniem bramek
NOT+ OR (NIE+ LUB) lub inaczej: jest to
zanegowana bramka OR.

Możesz sobie wyobrażać, że
działanie jest analogiczne
jak bramki OR, tylko dzięki
obecności negatora „stanem
spoczynkowym“ wyjścia
jest stan wysoki. A więc po−
jawienie się stanu wysokie−
go na którymkolwiek wej−
ściu zmienia stan wyjścia
z wysokiego na niski. Na ry−

sunku 10 znajdziesz ilustrację działania
dwuwejściowej bramki NOR, a na następ−
nym 11 przykłady realizacji takich bramek.

Bramka NAND

Bramka NAND jest zło−
żeniem bramek NOT
i AND (NIE+ I). Można
powiedzieć, że jest to
zanegowana

bramka

AND. Podobnie jak
w bramce NOR „stanem
spoczynkowym“ wyj−
ścia jest stan wysoki.
Aby na wyjściu pojawił
się stan niski, na wszyst−

kich wejściach musi się pojawić stan wyso−
ki. Na 12, 13 znajdziesz dalsze informacje
o bramkach NAND.

48

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

Ośla łączka

A4

92

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Czy wiesz, że...

Na schematach ideowych z reguły

nie zaznacza się końcówek zasilania

układów cyfrowych. Trzeba o tym pa−

miętać, projektując płytkę drukowaną

lub montując układ według

takiego schematu.

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 9

Rys. 10

Rys. 11

Rys. 12

Rys. 13

37

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

Ośla łączka

A 5

9 3

Zbuduj układ według rysunku 5
z bram kam i N O R z układu s c alo n ego
4 0 0 1 (n ie z ap o m n ij o ko ń c ó wkac h z as i−
lan ia). B ram ki U 1 A , U 1 D

(o z n ac z o n e

A , D ) two rz ą tak z wan y p rz e rz utnik
R S , dwie p o z o s tałe bram ki s terują dio −
dam i L E D . Zauważ , ż e bram ki B , C p eł−
n ią fun kc ję n egato ró w.

P rz erz utn ik ten jes t elem en tem p a−

m ię tają c y m – z ap am ię tuje i p o kaz uje

ś wiec en iem dio d L E D , któ ry z p rz y c i−
s kó w z o s tał o s tatn io n ac iś n ię ty .

J eś li c h c es z , układ o takic h właś c iwo −

ś c iac h z budujes z z bram kam i N A N D
według rysunku 6 . T y m raz em s tan y
wy jś ć z m ien iam y z wierają c wejś c ia
z m as ą . W

układz ie p o kaz an y m n a fo to −

g ra fii 6 wo ln e bram ki p ełn ią ro lę n ega−
to ró w i s ą s tero wn ikam i dwó c h ko n tro −
lek L E D .

B r am ki X OR , X N OR

R ysune k 1 4 p o kaz uje s y m bo le i dz iałan ie
bram ek X O R i X N O R (E X O R i E X N O R ). S ą
wy ko rz y s ty wan e s to s un ko wo rz adko i n ie bę −
dz iem y s ię n a raz ie n im i z ajm o wać . In fo rm u−
ję ty lko o ic h is tn ien iu.

Zas ady ic h dz iałan ia s ą takie s am e, jak p o −

dan y c h wc z eś n iej bram ek dwuwejś c io wy c h .

U kład y r o d zin y C M OS 4 0 0 0

W

ram ac h O ś lej łą c z ki wy ko rz y s tujem y

układy lo gic z n e (c y fro we) ro dz in y C M O S
4 0 0 0 , p o n ieważ m ają bardz o do bre właś c i−
wo ś c i i o d p o n ad trz y dz ies tu lat z as łuż en ie
c ies z ą s ię wielką p o p ularn o ś c ią wś ró d p rak−
ty kó w. O to n ajważ n iejs z e c ec h y układó w
C M O S 4 0 0 0 , z któ ry c h wię ks z o ś ć m o ż n a
s p rawdz ić w ć wic z en iac h :
1 . M o gą by ć z as ilan e n ap ię c iem s tały m
w s z ero kim z akres ie: 3 ...1 8 V .
2 . O gro m n ie c en n ą z aletą jes t fakt, ż e ukła −
d y C M O S w sp o c z ynku nie p o b ie ra ją p rą −
d u z e ź ró d ła z a sila nia . P rą d jes t p o bieran y
ty lko w kró tkic h c h wilac h , gdy n a wejś c iac h
i wy jś c iac h z m ien iają s ię s tan y lo gic z n e.
3 . W ejś c ia m ają o gro m n ą rez y s tan c ję wej−
ś c io wą . W

p rakty c e o z n ac z a to , ż e w e jś c ia

nie p o b ie ra ją p rą d u − s tero wan ie o dby wa
s ię n a dro dz e n ap ię c io wej.

D lacze g o „ ce m o s ” ?

D z iałan ie tran z y s to ró w M O S F E T o m awialiś m y p o dc z as
drugiej wy p rawy (A 2 ). P o n ieważ s ą to elem en ty s kłado −
we bram ek i ws z y s tkic h in n y c h układó w lo gic z n y c h
C M O S , warto kró tko p rz y p o m n ieć ic h dz iałan ie. P o m o −
c ą bę dz ie rysune k A . P o łą c z en ie dwó c h ko m p lem en tar−
n y c h tran z y s to ró w M O S F E T daje n ajp ro s ts z y elem en t
lo gic z n y – in werter. T ak właś n ie z budo wan e s ą in wertery
układu C M O S 4 0 6 9 . G dy n a wejś c iu n ap ię c ie jes t ró wn e
z eru (s tan lo gic z n y n is ki), p rz ewo dz i gó rn y tran z y s to r
M O S F E T P i n a wy jś c iu jes t s tan wy s o ki. D o ln y tran z y s to r

(M O S F E T N ) jes t z a−
tkan y . G dy n a wejś c iu
jes t s tan wy s o ki, c z y li
n ap ię c ie blis kie n ap ię −
c iu z as ilan ia, p rz ewo −
dz i do ln y tran z y s to r,
a gó rn y jes t z atkan y −
n a wy jś c iu n ap ię c ie
jes t ró wn e z eru, c z y li
utrz y m uje s ię tam s tan
n is ki.

Zwró ć uwagę , ż e w normalnych warunkach pracy,

g d y na we jś ciu wys tę pują „ cz ys te ” s tany log icz ne , z aws z e
je d e n z tranz ys toró w je s t z atkany, wię c s pocz ynkowy po−
b ó r prą d u je s t ró wny z e ru. D o ty c z y to ws z y s tkic h ukła−
dó w C M O S . J edy n ie w c z as ie, gdy n ap ię c ie n a wejś c iu
m a warto ś ć z bliż o n ą do p o ło wy n ap ię c ia z as ilan ia −
w p rakty c e wtedy , gdy n ap ię c ie wejś c io we s ię z m ien ia,
p rz ez kró tką c h wilę p rz ewo dz ą o ba tran z y s to ry i układ
C M O S p o biera p rą d z z as ilac z a.

R ysune k B p o kaz uje budo wę wewn ę trz n ą dwuwej−

ś c io wej bram ki N A N D z ko s tki 4 0 1 1 o raz dwuwejś c io wej

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

T

E

C
H
N
I

K
A
L

I

A

Ć w icze n ie 3

P r ze r zu t n ik R S

C zy w ie s z, ż e ...

O kreś len ie C M O S (Complementary

M O S

) in fo rm uje, iż układ s c alo n y jes t z budo −

wan y z tran z y s to ró w ko m p lem en tarn y c h (do p eł−

n iają c y c h ) M O S , c z y li z M O S F E T −ó w N

i M O S F E T −ó w P . B ip o larn y układ s c alo n y

to układ z awierają c y z wy kłe, c z y li

bip o larn e tran z y s to ry .

F

F

o

o

t

t

.

.

6

6

A

Rys. 5

Informacje dotyczące zestawu EdW−A05 do „Oślej łączki“

znajdują sie na stronie 8 0.

38

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

Ośla łączka

A5

94

W ćwiczeniu 3 testowaliśmy przerzutnik
RS. Możesz w bardzo prosty sposób
zbudować przełącznik dotykowy (sen−
sorowy) z takim przerzutnikiem. Wy−
starczy w układzie z rysunku 5 zwięk−
szyć wartość R1, R2 do 10MΩ i usunąć
S1, S2, a układ zasilany z zasilacza bę−
dzie reagował na dotykanie punktów A,
B. Układ jest mało praktyczny, bo pod
wpływem różnych zakłóceń może nastą−
pić samoczynne przełączenie. Aby
zmniejszyć czułość na zakłócenia, moż−
na dodać na wejściach obwody filtrujące
RC według rysunku 7a. Jeśli jednak

zdecydowanie zwiększysz stałą czasową
RC, np. zwiększając C1, C2 do 100nF,
układ przestanie reagować na dotknięcie
czujników – obwody RC o dużej stałej
czasowej stłumią przebieg zmienny, in−
dukowany w Twoim ciele.

Przekonaj się, że układ nie będzie

działał przy zasilaniu bateryjnym,
a także przy jednoczesnym dotknięciu
czujników i obwodu masy. Jeśli jednak
dotkniesz jednocześnie do czujnika
i do dodatniej szyny zasilania, układ
według rysunku 7 a na pewno zadziała,
nawet z dużymi pojemnościami. W tym

Uwaga! Wejść układów CMOS w żad−

nym wypadku nie można pozostawić nie−
podłączonych, czyli jak mówimy „ zawie−
szonych w powietrzu” . Niewykorzystane
wejścia koniecznie trzeba połączyć albo do
masy, albo do plusa zasilania, albo do ja−
kiegoś wyjścia.
4. Pomimo, że „ wewnętrzna” bramka
w spoczynku nie pobiera prądu, z jej wyj−
ścia można pobierać prąd. Wartość tego prą−
du jest rzędu kilku...kilkudziesięciu miliam−
perów i zależy od wartości napięcia zasila−
nia. W praktyce obwód wyjściowy bramki
CMOS można traktować jako przełącznik
z wbudowanym rezystorem według rysun−
ku poniż ej. Czym wyższe napięcie zasila−
nia, tym większy prąd można pobrać z wyj−
ścia (czyli wartość „ rezystora” maleje ze
wzrostem napięcia zasilajacego).
5 . Delikatne wejścia układów CMOS mają
wbudowane wewnętrzne obwody zabezpie−

czające. Są to rezystory i diody włączone
zwykle jak na rysunku poniż ej. Najczę−
ściej nie ma to żadnego znaczenia dla dzia−
łania układów, ale w niektórych przypad−
kach (np. generatory, układy czasowe) trze−
ba pamiętać o istnieniu tych obwodów
i uwzględniać ich wpływ.

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

bramki NOR z kostki 4001. Przeanalizuj te dwa rysunki,
by wiedzieć, jak z grubsza zbudowana jest bramka.
Z grubsza, bo wszystkie układy CMOS mają na wejściach
i wyjściach obwody zabezpieczające, a do tego pewne pa−
sożytnicze struktury.

T T L , MOS, CMOS...

Jak już wiesz, bramki logiczne można zrealizować różnymi
sposobami. Realizowano je z użyciem przekaź ników, lamp
elektronowych, diod i tranzystorów. Póź niej pojawiły się
układy scalone.

Pierwsze naprawdę popularne scalone układy cyfrowe

(logiczne) zawierały tranzystory bipolarne. Były to ukła−
dy tak zwanej rodziny TTL (Transistor Transistor Logic),

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

B

Ćwiczenie 4

Przełącznik sensorowy

Takie przerzutniki RS

dość często wykorzystu−
jemy w praktyce.

Przeanalizuj

samo−

dzielnie,

ewentualnie

sprawdź woltomierzem,
jak zmieniają się stany lo−
giczne (napięcia) na wej−
ściach i wyjściach pod−
czas i po naciśnięciu
przycisku S1, a potem S2
w obu układach. Możesz
śmiało naciskać jednocze−
śnie oba przyciski, nic
złego się nie stanie.

Rys. 6

Rys. 7

39

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

Ośla łączka

A5

95

przypadku nie wykorzystujemy „śmie−
ci” indukowanych w ciele, tylko prze−
pływ prądu stałego przez rezystancję
skóry. Wykorzystaliśmy czujnik rezy−
stancyjny. Tym razem jeden czujnik
zawiera dwie elektrody.

W praktyce częściej stosujemy ukła−

dy z czujnikiem rezystancyjnym, gdzie
jedna z elektrod czujnika jest dołączona
nie do plusa zasilania tylko do masy –

przykład pokazany jest na rysunku 7b.
W czujniku rezystancyjnym obwody fil−
trujące R3C1, R4C2 mają dużą stałą cza−
sową i skutecznie eliminują „śmieci” −
przebiegi zmienne.

F otografia 7 pokazuje model z kon−

trolkami LED, wykorzystujący układ
z poprzedniego ćwiczenia. Elektrodami
są kawałki drutu, zaznaczone na fotogra−
fii czerwonymi literami A, B.

Obwody te, o których istnieniu przekonu−

jemy się w ćwiczeniach 7 i 8, chronią przed
niszczącym działaniem tak zwanych ładun−
ków statycznych.

F otografia poniżej pokazuje kilka ukła−

dów scalonych rodziny CMOS 4000.

Najp op ularniejsze kostki

Jak już wiesz, najczęściej wykorzystywane
są inwertery oraz dwuwejściowe bramki
NAND i NOR. W rodzinie CMOS są to ko−
stki o oznaczeniach 4069, 4011 i 4001.

Scalone układy cyfrowe, których bę−

dziesz używać, są umieszczone w tak zwa−
nych obudowach DIL (Dual−in−line). Nie bę−
dziesz mieć trudności z numeracją nóżek –
zasada jest bardzo prosta. K ażdy układ ma
wcięcie, punkt lub inny znaczek przy jednym
krótszym boku. Jak patrzymy na układ od
góry, gdy ten znaczek znajduje się z lewej
strony, wtedy dolna nóżka w pobliżu tego
znaczka ma zawsze numer 1, a numeracja
wzrasta w kierunku przeciwnym do ruchu
wskazówek zegara. Ilustruje to fotografia
poniżej.

zasilane napięciem 5V – można je było poznać po pierw−
szych

dwóch

cyfrach

oznaczenia

(SN74XX,

UCY 74XX...). Rysunek C, znany z niemal wszystkich
podręczników, pokazuje schemat wewnętrzny bramki
NAND z klasycznej kostki 7400 standardowej rodziny
TTL. Trochę później pojawiły się układy scalone z tranzy−
storami unipolarnymi MOS (z tranzystorami polowymi),
a potem ukazały się tak zwane układy CMOS (Comple−
mentary MOS) zawierające, jak wskazuje nazwa, komple−
mentarne tranzystory MOS, czyli zarówno tranzystory
MOSFET z kanałem N, jak i z kanałem P. Ogromną popu−
larność zdobyły i utrzymują do dziś kostki rodziny
CMOS4000 (oznaczenie zaczyna się od cyfry 4). Pełnią
one takie same funkcje, jak układy rodziny TTL, ale mają
odmienny układ wyprowadzeń i różnią się pewnymi istot−
nymi parametrami (np. zakresem dopuszczalnych napięć
zasilania). Co ciekawe, właśnie rodzina CMOS 4000 oka−

zała się tak atrakcyjna, że przetrwała bez większych zmian
trzydzieści lat aż do dziś.

Trzeba jednak lojalnie przyznać, że rodzina TTL

(74XX) ze „zwykłymi” tranzystorami rozwijała się i to
nieporównanie szybciej niż rodzina CMOS4000. Powsta−
wały kolejne, ulepszane generacje: 74H XX, 74SXX,
74LXX, 74LSXX, 74FXX. Co ciekawe, z czasem pojawi−
ły się wersje z tranzystorami polowymi CMOS, w pełni
wymienne z układami 74XX: 74H CTXX, 74ACTXX, itd.
Obecnie układów podstawowej, bipolarnej rodziny TTL
(kostek o oznaczeniach 74, a także 74H , 74L, 74S) nikt
już nie produkuje. Dzisiejsi następcy, pełniący identyczne
funkcje i mający rozkład wyprowadzeń identyczny jak
stare bipolarne kostki 74XX, to też wersje CMOS: 74H C,
74H CT, 74AC, 74ACT. W technice cyfrowej królują obe−
cnie układy CMOS, natomiast układy bipolarne są w zde−
cydowanej mniejszości. Natomiast w technice analogowej

T
E
C

H

N

I
K

A

L
I
A

Ćwiczenie 5

Sygnalizator uniwersalny

Detektor wilgoci

W ćwiczeniu 2 w układzie z rysunku
4b stan diody LED zależał od napięcia
stałego na wejściu.

Jeśli zamiast potencjometru zastosu−

jemy rezystor i fototranzystor, termistor,
itp., otrzymamy atrakcyjny czujnik
światła, temperatury, itp.

Pamiętasz chyba jednak, że już na

poprzednich wyprawach natknęliśmy
się na kłopoty, gdy zmiany wielkości
mierzonej były bardzo powolne. Teraz
po próbach z ćwiczenia 2 wiesz, że jed−

nym z większych problemów są elek−
tromagnetyczne „śmieci”, przedostają−
ce się na wejścia układów CMOS.
Co prawda można je odfiltrować za
pomocą obwodów RC, jednak to nie
do końca załatwia sprawę. Nieprzypad−
kowo już na wcześniejszych wypra−
wach w różnorodnych sygnalizatorach
stosowaliśmy obwody zapewniające
histerezę. Wykorzystywaliśmy prze−
rzutnik Schmitta, zbudowany z dwóch
tranzystorów.

C

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

R

R

y

y

s

s

.

.

7

7

Jeśli więc chcesz wykonać podobny

sygnalizator z bramkami, nie zapomnij
o histerezie. Histerezę zrealizujemy
w bardzo prosty sposób za pomocą
dwóch rezystorów i dwóch negatorów –
zestaw któryś układ według rysunku
8 a...8 c. Dodaj potencjometr PR1 i diodę
LED według rysunku 8 d. W modelu
z fotografii 8 a znów wykorzystałem ne−
gatory z kostki 4069. Układ jest podobny,
jak na rysunku 4c. Czy teraz uda Ci się
ustawić PR1, by dioda LED świeciła po−
łową jasności? W żadnym wypadku!
Dzięki obecności rezystorów Rx , R1
układ gwałtownie „przeskakuje” z jedne−
go stanu do drugiego – daje o sobie znać

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

Ośla łączka

A5

96

Symbole i rozkład wyprowadzeń najpo−

pularniejszych bramek znajdziesz na sche−
matach. Spróbuj zapamiętać rozkład wypro−
wadzeń inwerterów i bramek dwuwejścio−
wych, żeby za każdym razem nie zaglądać
do katalogu. Właśnie te kostki są zdecydo−
wanie najpopularniejsze i umożliwiają bu−
dowę zadziwiająco wielu ciekawych i przy−
datnych w praktyce układów.

W rodzinie CMOS 4000 znajdziesz

bramki trzy−, cztero− i ośmiowejściowe, nie
ma natomiast scalonych bramek pięcio−,
sześcio− czy siedmiowejściowych. Układy
scalone o oznaczeniach 4081 i 4071 zawie−
rają po cztery dwuwejściowe bramki AND
i OR. Układ wyprowadzeń wszystkich bra−
mek rodziny CMOS 4000 znajdziesz w czę−
ści pt. Biblioteczka praktyka w EdW
11/2001.

U waga! W przypadku rodziny CMOS

4000 końcówki zasilania umieszczone są
w narożnikach. W omawianych najpopular−
niejszych kostkach 14−nóżkowych są to koń−
cówki o numerach 7 (minus) oraz 14 (plus).
W układach 16−nóżkowych będą to końców−
ki nr 8 i 16, w 24−nóżkowych: 12 i 24.

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

nadal

stosowanych

jest wiele układów bi−
polarnych, jak choćby
poznane

wcześniej

stabilizatory. Fotogra−
fia obok pokazuje kil−
ka starszych i now−
szych kostek rodziny
74x x .

Czy ch cesz b yć

kustoszem muzeum?

Prawdopodobnie wpadną Ci w ręce układy starej, standar−
dowej rodziny TTL. Produkowane w Polsce układy bipo−
larnej rodziny TTL miały oznaczenia zaczynające się od
UCY74. Dziś są to układy zdecydowanie przestarzałe i nie
będziemy się nimi zajmować. Jeśli wpadną w Twe ręce
układy serii UCY..., możesz je śmiało traktować jako muze−

alne zabytki. Podobnie wszystkie układy za−

wierające w oznaczeniu 74x x , 74Hx x ,

74Sx x , 74Lx x .

Prądożercy?

Wszystkie

cyfrowe

układy

CMOS podłączone do źródła za−

silania i pozostające w spoczynku

praktycznie nie pobierają prądu.

Prąd jest pobierany tylko wtedy, gdy

w układzie „coś się dzieje”, a i to nie cały

czas, tylko podczas zmian stanów. Ilustrują to rysunek D
i E. Rysunek D wskazuje, że prąd pobierany jest tylko wte−
dy, gdy napięcia na wejściach nie są „czystymi” stanami lo−
gicznymi. Największy prąd (w sumie wcale nie tak duży,
mniejszy niż 1mA) jest pobierany, gdy napięcie na wej−
ściu(−ach) jest równe połowie napięcia zasilania. Poza tym,
pobór prądu silnie zależy od napięcia zasilania.

Rysunek E pokazuje, że nawet prosty inwerter popra−

wia stromość zboczy (co wynika z faktu, że jest też
wzmacniaczem), a co ważniejsze, prąd jest pobierany
w sposób impulsowy. Właśnie ze względu na takie impul−

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Czy wiesz, że...

Przed laty najpopularniejsze wówczas cy−

frowe układy scalone rodziny TTL zasilane były
napięciem 5V (4,5...5,5V). Ze względu na specy−

ficzną budowę bipolarnych układów TTL jako
poziom logiczny niski traktowane były napię−

cia w zakresie 0...0,8V, natomiast jako po−

ziom wysoki napięcia 1,4V...5V.

Rys. 8

R

R

y

y

s

s

.

.

8

8

D

45

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

Ośla łączka

A5

97

Wyjątek stanowią kostki 4049 i 4050 zawie−
rające negatory i bufory o większej wydaj−
ności prądowej.

Pamiętaj, iż na schematach z reguły nie

zaznacza się końcówek zasilania układów
cyfrowych, traktując to jako coś oczywiste−
go. Choć w spoczynku układy CMOS nie
pobierają prądu, koń cówki zasilające za−
wsze muszą być podłączone do szyn zasila−
jących.

Oznaczenia układó w

Układy CMOS 4000 (i inne) wytwarzane są
przez wielu producentów. Choć pełnią iden−
tyczne funkcje, różnią się oznaczeniem. Na
obudowie układów scalonych zazwyczaj
znajdziesz znaczek – logo producenta. Dwie
pierwsze cyfry oznaczenia też wskazują pro−
ducenta (licencjodawcę). Nie są one dla Cie−
bie istotne. Układy oznaczone CD4011,
MM4011, V4011, GD4011, TC4011,
HCF4011, HEF4011, MMC4011 to ta sama
kostka 4011 zawierająca cztery dwuwejścio−
we bramki NAND.

Uwaga! Możesz napotkać dwa wyjątki.

Z nana firma Motorola dodaje na poc zątku
oznac zenia c yfrę 1 , a literki oznac zenia to za−
wsze MC. Stąd MC1 4 0 1 1 to też kostka 4 0 1 1 .
D ru g i wyjątek to wc iąż ob ec ne na rynku kostki
CMOS produ kc ji nieistniejąc ej ju ż polskiej fir−
my CE MI. Oznac zone b yły literami MCY , a do
nu meru oznac zenia dodana b yła poc zątkowa
c yfra 7 . Stąd MCY 7 4 0 1 1 to też u kład 4 0 1 1 .

Litery za oznaczeniem, na przykład

41011BP, 4011B, 4011D, 4011BE, 4011BCP
nie mają dla Ciebie żadnego znaczenia – nio−
są one informacje o szczegółach istotnych
dla profesjonalnych konstruktorów.

sy prądu zasilania, w układach cy−
frowych koniecznie należy stoso−
wać kondensatory filtrujące w ob−
wodzie zasilania – producenci za−
lecają jeden „elektrolit“ 100µF
i dodatkowo przynajmniej jeden
ceramiczny 100nF na każde pięć
układów scalonych. Zwróć uwagę,
że zastosowałem je w większości
układów. Ich brak w bardziej
skomplikowanych układach może
spowodować różne przykre nie−
spodzianki. Nie zapominaj więc
o kondensatorach filtrujących na−
pięcie zasilania.

W yścig z czasem

Cieszymy się, że bramki CMOS w spoczynku nie pobie−
rają prądu. To, że podczas pracy pobierają pewien prąd nie
jest wcale tragedią. Ogólnie biorąc, jedna bramka CMOS
pobiera bardzo mało prądu, nawet przy dużych częstotli−
wościach. Na przykład w generatorze większy wpływ na

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

T
E
C
H
N
I

K
A
L
I

A

Czy wiesz, że...

Układy cyfrowe pobierają prąd

w sposób impulsowy. Głównie dlatego ko−

nieczne jest stosowanie kondensatorów filtrują−

cych (inaczej odsprzęgających). W obwodzie za−

silania każdego urządzenia powinien być włą−

czony przynajmniej jeden kondensator elektro−

lityczny (10...100µ F) i przynajmniej po jed−

nym kondensatorze ceramicznym

100nF na każde pięć układów

scalonych.

Czy wiesz, że...

Układy rodziny CMOS 4000 mają odmienny rozkład

wyprowadzeń niż pełniące identyczne funkcje

logiczne kostki wywodzące się z rodziny

TTL.

histereza. Sprawdź za pomocą woltomie−
rza, jak zmienia się wielkość pętli histere−
zy, gdy rezystor Rx ma wartości 10MΩ,
1MΩ, 10kΩ, 1kΩ i wyciągnij wnioski.
Oczywiście możesz stosować dowolne
rezystory z zakresu 1kΩ...10MΩ. Na fo−
tografii 8b zobaczysz podobny układ
z kostką 4011. Pozwoli on zrealizować
uniwersalny sygnalizator. Możesz wy−
korzystać układ z rysunku 9. Zazwyczaj
wystarczy niewielka histereza, którą
osiągniemy z rezystorem R3 o wartości

100kΩ...1MΩ. Model z fotografii 9 po−
kazuje sygnalizator zmierzchowy. Wy−
korzystałem tu fototranzystor z poprze−
dnich ćwiczeń. Jeśli takowego nie masz,
możesz zastosować inny czujnik, np. ter−
mistor czy fototranzystor. Możesz wyko−
nać prosty czujnik wilgoci, np. sygnali−
zator suchego kwiatka. Czujnikiem będą
dwa druty wbite w doniczkę. Musisz in−
dywidualnie dobrać wartość rezystora
R1, by sygnalizator odzywał się, gdy
kwiatek będzie wymagał podlania.

Rys. 9

R

R

y

y

s

s

.

.

9

9

E

Bramki i inwertery dobrze nadają się do

budowy generatorów. Zbuduj układ we−

dług rysunku 10a i zasil go napięciem

3...3,5V. Dwa inwertery, rezystor i kon−

densator tworzą generator. Trzeci inwer−

ter steruje pracą diody LED. Rezystory

ograniczające prąd diod LED nie są po−

trzebne, bo przy małych napięciach zasi−

lających wyjścia CMOS mają małą wy−

dajność prądową. Rytm migania obu

diod LED jest inny, bo wartości stałych

czasowych RC w obu generatorach są

różne. Możesz je zresztą zmieniać

w szerokich granicach (10kΩ...10MΩ,

100nF...1µF).

W roli elementu Y1 możesz włączyć

brzęczyk piezo z generatorem. Sprawdź

też co będzie, jeśli włączysz membranę

piezo PCA−100.

Nie zapomnij o końcówkach zasila−

nia! Ż eby Cię przyzwyczajać do

przyjętych zasad, celowo nie

oznaczyłem numerów nóżek

układu scalonego i nie zaznaczy−

łem obwodów zasilania – oczy−

wiście zasilanie podłączysz do

nóżek 14 (plus) oraz 7 (minus −

masa). Układ trzeba zasilać na−

pięciem nie większym niż 5V,

np. z jednej baterii litowej (3V)

albo z 2...3 „paluszków” bądź

małych ogniw zegarkowych

(3...4,5V). Fotografia 10 poka−

zuje model zbudowany na płytce

stykowej. Jeśli spodoba Ci się

taki układ i znajdziesz dla niego

jakieś praktyczne zastosowanie,

możesz wykorzystać drukowaną

płytkę uniwersalną lub zmonto−

wać układ „w pająku”.

Gdy ktoś zapyta, co to jest,

odpowiesz, że to połączenie mrygadełka
z piszczykiem

. Nie musisz zdradzać do

czego służy. Przypuszczam, że znaj−

dziesz dla tego drobiazgu jakieś sensow−

ne zastosowanie. Zmieniaj wartości ele−

mentów

w

szerokim

zakresie

(10kΩ...22MΩ, 10nF...1µF).

W układzie generatora z rysunku

10a koniecznie trzeba stosować konden−

satory niebiegunowe, bo w trakcie pracy

biegunowość napięcia na nich zmienia

się. Jeśli jednak częstotliwość ma być

bardzo mała, trudno będzie znaleźć kon−

densatory stałe o pojemności powyżej

1µF. W ostateczności możesz wykorzy−

stać „elektrolity”, ale ze względu na

46

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

Ośla łączka

A5

98

Często na układzie podana jest też data

produkcji w niecodziennej postaci: dwie
ostatnie cyfry roku i numer tygodnia w ro−
ku. Na przykład 9824 wskazuje, iż układ
wyprodukowany został w 24 tygodniu 1998
roku. Na obudowie spotyka się też czasem
inne litery i cyfry. Nie zawracaj sobie nimi
głowy.

pobór prądu ma wartość współpracujących
rezystorów (przez te rezystory płynie prąd
ładowania i rozładowania) – badaliśmy to
w ćwiczeniu 6. Oczywiście wolelibyśmy,
żeby ten prąd był jak najmniejszy. Czy ma−
my na to wpływ?

Wiemy już, że prąd płynie tylko w krót−

kich chwilach, gdy zmieniają się napięcia
na wejściach. Czym częstsze zmiany sta−
nów (większa częstotliwość zmian), tym
więcej prądu pobierają układy CMOS. Czy−
li możemy zmniejszać pobór prądu, jeśli
częstotliwość zmian będzie mniejsza. To
jedna sprawa. A teraz druga.

Czy już widzisz, że czym szybciej

zmieniają się napięcia na wejściach, tym
pobór prądu będzie mniejszy? Wpływ ma
nie tylko częstotliwość zmian, ale i szyb−
kość zmian

.

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Rys. 1 1

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

Czy wiesz, że...

Oznaczenia układów CMOS 4000

produkowane przez firmę Motorola nie za−

czynają się od cyfry 4, tylko 14. Układy Mo−

toroli poznasz po literach MC – np. MC14001

to kostka 4001.

Natomiast stare polskie układy miały

oznaczenia zaczynające się od

MCY74, na przykład

MCY74011.

Ćwiczenie 6

Mrygadełko i piszczyk

Rys. 1 0

F

4069

warunki pracy trzeba zastosować dwa,

połączone w szereg, przeciwsobnie, we−

dług rysunku 10b. To naprawdę osta−

teczność – w praktyce nie stosuj takiego

rozwiązania (w przyszłości poznasz in−

ne, lepsze układy generatorów do wy−

twarzania wolnozmiennych przebie−

gów). Tu zrealizowaliśmy je tylko ze

względów dydaktycznych.

Zbuduj teraz układ testowy według

rysunku 11. Nie zapomnij o nóżkach za−

silania (7, 14). Pomocą będzie fotogra−
fia 11. Według katalogów układy CMOS

4000 powinny być zasilane napięciem

w zakresie 3...18V. Sprawdź za pomocą

woltomierza, przy jakim napięciu mini−

malnym generator jeszcze pracuje. Czy

częstotliwość zależy od napięcia zasila−

nia? Wskaźnikiem będzie membrana

PCA−100 i dioda LED D3.

Odłącz membranę Y1 i diodę LED

D3. Sprawdź pobór prądu samego gene−
ratora

przy różnych napięciach zasila−

nia. Orientacyjnym wskaźnikiem będzie

dioda LED D1, ale w miarę możliwości

włącz w szereg z diodą miliamperomierz

(multimetr cyfrowy na zakresie 2mA).

Zdziwisz się, jak mało prądu pobiera ge−

nerator przy napięciu w zakresie 3...5V.

Sprawdź czy pobór prądu zależy od

pojemności C1. W tym celu przy napię−

ciu zasilania 9...12V zmieniaj pojem−

ność kondensatora C1 (do kondensatora

C1 o pojemności 1nF dołączaj równole−

gle kondensatory 10nF, 100nF, 1µF).

Czy jasność diody LED D1 zmienia się?

Co się zmienia?

A teraz przy pojemności C1 równej

220nF zmieniaj R1 (2,2kΩ, 10kΩ,

100kΩ). Czy tym razem prąd się zmienia?

Uwaga! Jeśli nie masz cyfrowego

multimetru, ćwiczenie to wykonaj wie−

czorem – wystarczającym wskaźnikiem,

będzie D1.

I kolejna istotna sprawa. Jeśli masz

rezystory o wartościach mniejszych niż

2,2kΩ albo potencjometr 10kΩ z po−

przednich wypraw, sprawdź przy jakiej

minimalnej wartości R1 układ jeszcze

pracuje i jak to wygląda przy różnych

wartościach napięcia zasilania. Bardzo

proszę, wykonaj te eksperymenty, żeby

w przyszłości nie popełniać błędów.

Zapamiętaj albo lepiej zapisz bardzo

ważne wnioski uzyskane w tym

ćwiczeniu!

I znów wyłącznie dla celów dydak−

tycznych zmodyfikuj poprzedni układ

według rysunku 12 a i fotografii 12 .

Zamiast jednego kondensatora stałego

C1 koniecznie zastosuj dwa połączone

przeciwsobnie „elektrolity” po 100µF,

a R1 ma mieć wartość 10kΩ. Układ

powinien być zasilany napięciem

9...12V.

47

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

Ośla łączka

A5

99

Przeanalizuj rysunek F. Masz tu jedną z głównych

przyczyn, dla których zależy nam, by poziomy logiczne
zmieniały się jak najszybciej. Jest i inny ważny powód −
skłonność do szkodliwych drgań, ale na razie nie będzie−
my się w to wgłębiać.

Wszę dobylskie śmieci

Oprócz ładunków statycznych grożących uszkodzeniem
wejść, trzeba też uwzględnić inne „śmieci”, które poja−
wiają się wszędzie i mogą zakłócać pracę urządzeń elek−
tronicznych. Badaliśmy to w ćwiczeniu 2. Do wejść ukła−
dów CMOS często są podłączane różne elementy, nierzad−

ko za pomocą długich przewodów. Działają one jak ante−
na, a odbierane zakłócenia mogą spowodować błędne
funkcjonowanie urządzenia. Co gorsza, te „śmieci” często
mają charakter impulsowy, więc błędne reakcje układu
mogą się pojawiać sporadycznie lub okresowo i bardzo
trudno będzie znaleźć przyczynę. Dlatego warto elimino−
wać ewentualne zakłócenia już na etapie projektowania
układu. W miarę możliwości trzeba stosować krótkie
przewody, ekranowane kable i zmniejszać rezystancje.
Prostym sposobem pozbycia się „śmieci” jest zastosowa−
nie obwodu RC jak na rysunku 7 w ćwiczeniu 4, ale nie
zawsze można go wykorzystać.

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

Ćwiczenie 7

Powielacz napięcia

Czy wiesz, że...

W układach CMOS zasilanych jakimś napię−

ciem Uzas, napięcia o wartości 0...0,3Uzas można

śmiało traktować jako „czysty” stan niski, a napięcia

w zakresie 0,7...1Uzas – jako „czysty” stan wysoki.

Napięć wejściowych w zakresie 0,3...0,7Uzas na−

leży w miarę możliwości unikać, jednak na

pewno nie spowodują one uszkodze−

nia układu.

F

F

o

o

t

t

.

.

1

1

0

0

R

R

y

y

s

s

.

.

1

1

1

1

Przyjrzyj się diodom świecącym D1,

D2...

Dlaczego te diody błyskają? Błyskają

i to wyraźnie, co wskazuje, że płynie

przez nie prąd ponad 1mA. Przecież

w obwodach wejściowych bramek

CMOS prąd płynąć nie powinien!

Prąd płynie przez obwody ochronne,

umieszczone na wejściach wszystkich

układów CMOS oraz przez diodę D1,

gdy napięcie w punkcie A jest wyższe

(tak!) od dodatniego napięcia zasilania,

a przez diodę D2, gdy napięcie to spada

poniżej (!) masy. Czy dziwisz się, skąd

biorą się te „ekstremalne” napięcia? Na

wyprawie A2 w ćwiczeniu 2 (EdW

12/2000 str. 40, 85, 86) dokładnie bada−

liśmy tę sprawę. Zbudowaliśmy nawet

impulsowy podwajacz napięcia. Teraz

w układzie generatora daje o sobie znać

to samo zjawisko. W ELEMENTarzu

znajdziesz garść dalszych wyjaśnień na

temat obwodów ochronnych w układach

CMOS.

W układzie generatora na wyjściu

bramki U1B (w punkcie C) występuje

przebieg prostokątny. Napięcie na prze−

mian jest równe zeru i napięciu zasila−

nia. W czasie zmiany stanu w punkcie

C kondensator C1 jest naładowany.

Zmiana napięcia z jednej strony nałado−

wanego kondensatora (w punkcie C) po−

woduje taką samą zmianę napięcia

w punkcie A. I właśnie wtedy napięcie

obniża się poniżej potencjału masy albo

powyżej dodatniej szyny zasilania. W ta−

kiej nietypowej sytuacji prąd płynie

w obwodzie wejściowym bramki przez

obwody ochronne wejść oraz przez pew−

ne pasożytnicze struktury tam zawarte.

Gdyby ten prąd był duży, ponad

20mA, te pasożytnicze struktu−

ry mogłyby zadziałać jak tyry−

stor i... zewrzeć obie końcówki

zasilania. Co prawda w nowo−

czesnych układach zdarzy się to

przy prądzie „wejściowym”

rzędu kilkudziesięciu czy nawet

ponad 100mA, jednak na wszel−

ki wypadek przy napięciach za−
silających powyż ej 5V z zasady
stosujemy szeregowy rezystor
ograniczający

ten impuls prą−

dowy do bezpiecznej wartości.

Pokazuje to rysunek 12b. War−

tość tego rezystora nie jest kry−

tyczna

i

może

wynosić

1kΩ...100kΩ. Ten rezystor po−

lepsza też stabilność częstotli−

wości generatora. Często ma wartość

równą R1 lub dwukrotnie większą od

R1, czasem ma „okrągłą” wartość

10kΩ.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej o takim

generatorze, przeanalizuj rysunek 13

pokazujący przebiegi w obu wersjach

generatora z rysunku 12. Zwróć uwagę,

że przebiegi w punktach B, C są niejako

odwrócone.

Jeśli czegoś tu nie rozumiesz, nie

przejmuj się − nie musisz się w to wgłę−

biać. Możesz natomiast praktycznie wy−

korzystać zjawisko podbijania napięcia

na kondensatorze poza zakres napięcia

zasilania. Zbuduj podwajacz napięcia

według rysunku 14 − znów celowo nie

zaznaczyłem numerów nóżek.

Na fotografii 13 zobaczysz model

zbudowany na płytce prototypowej. Przy

zasilaniu 12,1V napięcie wyjściowe bez

obciążenia wynosiło 23,4V, a po dołą−

czeniu rezystora 1kΩ spadło do

18,6V (pobór prądu wyniósł 18,6mA).

P iotr G órecki

Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW.

48

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

Ośla łączka

A5

100

Rys. 12

Rys. 13

Rys. 14

R

R

y

y

s

s

.

.

1

1

2

2

R

R

y

y

s

s

.

.

1

1

3

3

Informacje dotyczące zestawu

A05 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 80.

39

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

Ośla łączka

A 5

1 0 1

Rysunek 16a przedstawia schemat gene−
rato ra przeb iegu pro sto k ą tnego , k tó ry
o k aż e się b ardzo cenny m przy rzą dem
w T wo im lab o rato riu m. Z ak res wy b iera
się za po mo cą jednej ze zwó r Z 1 ...Z 5 (al−
b o po pro stu przez wy mianę k o ndensato −
ra), a czas trwania impu lsu i przerwy re−
gu lu je się niezależ nie za po mo cą po ten−
cjo metró w P R 1 , P R 2 . D la u pro szczenia
przewidziałem niety po wy spo só b zasila−
nia – nie ma tu b aterii ani zasilacza. G e−
nerato r zawsze b ę dzie stano wił ź ró dło sy −
gnału dla jak iego ś innego u k ładu , i z tego
u k ładu mo ż e b y ć zasilany (5 ...1 8 V ) przez
pu nk ty o znaczo ne P , O .

C zę sto tliwo ś ć mo ż na tu zmieniać

w b ardzo szero k im zak resie, do łą czają c

o dpo wiednie k o ndensato ry za po mo cą
zwo rek . D wa po tencjo metry P R 1 , P R 2
po zwalają u stawić do k ładnie po trzeb ną
czę sto tliwo ś ć i u zy sk ać po trzeb ny wspó ł−
czy nnik wy pełnienia w szero k im zak re−
sie. O znacza to , ż e przeb ieg mo ż e mieć
k ształt do datnich lu b u jemny ch „ szpi−
lek ” . J eś li nie ma po trzeb y niezależ nej
regu lacji czasu impu lsu i przerwy , o b −
wó d generato ra mo ż na u pro ś cić wedłu g
r ysunku 16b (o b wo dy wy jś cio we i zasi−
lanie b ez zmian).

Z asto so wałem tu k o stk ę 4 0 4 9 , k tó ra ma

du ż o wię k szą wy dajno ść wy jścia niż inne
k o stk i C M O S ro dziny 4 0 0 0 . Z wró ć u wagę
na niety po wy u k ład wy pro wadzeń , w ty m
k o ń có wek zasilania – nieprzy padk o wo

Ć w icze n ie 9

L ab o r at o r y jn y g e n e r at o r p r ze b ie g u p r o s t o kąt n e g o

F

F

o

o

t

t

.

.

1

1

5

5

A teraz zaprezentuję Ci kolejną niespo−
dziankę. Zbuduj układ dokładnie według
rysunku 15.

U waga! Jak zaznaczyłem na schema−

cie, nie p o d łą c z aj jed nej ko ń c ó w ki z a−
silania (nó ż ki 14 ) układ u sc alo neg o U 1
(nó ż kę nr 7 d o łą c z d o m asy). Przykła−
dową realizację pokazuje fo to g rafia 14 .

B yłby to generator, gdyby był zasilany...

Dlaczego więc układ pracuje?
Przecież układ scalony nie jest zasilany!

Czyżby? Sprawdź woltomierzem na−

pięcie na niepodłączonej nóżce 14.

Skąd się wzięło to napięcie? !

Tysiące początkujących natknęło się na
to zagadkowe zjawisko. N iektórzy
pewnie do dziś nie wiedzą, jak to możli−
we, by napięcie zasilające pojawiło się
znikąd.

Czyżby było to tytułowe perpetuum

mobile w wersji elektronicznej?

Aby wyjaśnić to dziwne zjawisko,

odłącz wejścia niewykorzystanych bra−
mek U 1D, U 1E , U 1F (nóżki 9, 11, 13 )
od dodatniej szyny zasilania i dołącz do
masy.

Sprawdź teraz napięcie na nóżce 14.
U kład przestał działać, co wskazuje,

że był zasilany właśnie przez wejścia
bramki U 1D. To nie żadne perpetuum
mobile − znów dały o sobie znać obwody
ochronne umieszczone na wejściach,
opisane w E L E ME N Tarzu. N apięcie
przechodzi przez diodę ochronną na
wejściu bramki U 1D i staje się napię−
ciem zasilającym dla całej
kostki. Potwierdza to war−
tość napięcia na niepodłą−
czonej nóżce 14, które
w układzie z fotografii 14
wynosiło 11,1V przy napię−
ciu zasilania 12V.

Jeśli dołączysz rezystor R3 nie do

emitera T1, tylko do wyjścia bramki
U 1C, napięcie na nóżce 14 znacznie
spadnie – to z kolei wskazuje, że obwo−
dy ochronne zwierają rezystory, które
nie pozwalają na przepływ zbyt dużego
prądu.

U waga! Są nieliczne wyjątki – obwo−

dy ochronne wejść w kostkach 4049
i 4050 są zbudowane inaczej i takie zja−
wiska nie wystąpią. Możesz to spraw−
dzić osobiście – w zestawie elementów
A05 masz też kostkę 4049 (mającą
odmienny układ wyprowadzeń)

Ćwiczenie 8

P erpetuum m obile

Informacje dotyczące zestawu A05 do „Oślej łączki“

znajdują sie na stronie 8 0.

Rys. 15

F

F

o

o

t

t

.

.

1

1

4

4

F

F

o

o

t

t

.

.

1

1

4

4

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

Ośla łączka

A5

102

Ćwiczenie 10

Praktyczna syrena alarmowa

Generator z dwiema bramkami NAND
lub NOR może być łatwo sterowany
przez jedno z wejść pierwszej bramki.
Ilustruje to rysunek 17a, 17b. W

stanie

spoczynku generatory takie wcale nie
pobierają prądu. Generatory zbudowane
z inwerterów też można sterować za po−
mocą dodatkowych diod, jak wskazuje
rysunek 17c, 17d, ale w spoczynku po−
bierają prąd wyznaczony przez sumę re−
zystancji R1 i R2 i napięcie zasilania.
Zwróć uwagę, że we wszystkich przy−
padkach w spoczynku stan na wyjściu
jest taki sam, jak na wejściu.

Mając do dyspozycji kilka generatorów

według rysunku 17 , możesz puścić wodze
fantazji i uzależnić je wzajemnie na wiele
sposobów, uzyskując niepowtarzalne se−
kwencje impulsów. Układ tego typu może
być zainstalowany w samochodzie udając,
iż jest to część zaawansowanego systemu
alarmowego. Nie muszę chyba przypomi−
nać, że wartości elementów możesz zmie−
niać w bardzo szerokim zakresie, uzysku−
jąc potrzebne częstotliwości.

A teraz mam dla Ciebie ogromną,

a raczej ogromnie głośną niespodziankę.
K oniecznie zbuduj syrenę według ry−
sunku 18 a. Dwie pierwsze bramki two−
rzą generator taktujący o częstotliwości
kilku herców. Dzięki niemu uzyskuje się
przerywany, jeszcze bardziej przeraźli−
wy dźwięk, a jednocześnie pobór prądu
spada o 50% . Steruje on pracą właściwe−

go generatora z bramkami U1C, U1D.
W zajemnie odwrócone przebiegi prosto−
kątne podawane są na stopień wyjściowy
z czterema tranzystorami. Elementem
wykonawczym (przetwornikiem) nie jest
tu znany od początku kursu brzęczyk pie−
zo z generatorem, tylko wykorzystywana
już membrana piezo typu PCA−100
z tubą i obudową. Taka membrana ma

numery nóżek zaznaczy−
łem na czerwono. Jeśli
chcesz zrealizować taki
generator za pomocą „ty−
powej” kostki 406 9, nie
ma problemu, pamiętaj tyl−
ko o innym rozkładzie wy−
prowadzeń i licz się z niż−
szą częstotliwością maksy−
malną. W

modelu pokaza−

nym na fotografii 15, zbu−
dowanym według rysunku
16 a, z rezystorami R2, R3
o wartości 47 0Ω, poten−
cjometrami 100kΩ i kon−
densatorami w zakresie
1nF...1µF uzyskałem za−
kres częstotliwości pracy
od 4H z...200kH z. Układ
poprawnie pracuje z kon−
densatorem 100pF, a na−
wet 6 8pF, pozwalając uzy−
skać częstotliwość ponad
2MH z.

Układ możesz zmon−

tować „w pająku” lub
z wykorzystaniem małej
płytki drukowanej, poka−
zanej na rysunku 16c.
F otografia 16 pokazuje
generator zmontowany na
takiej płytce, wykonanej
samodzielnie z użyciem
folii TES200.

Rys. 16 a,b

Rys. 17

F

F

o

o

t

t

.

.

1

1

6

6

Rys. 16c

45

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

Ośla łączka

A5

103

największą skuteczność przy częstotli−
wościach w

granicach 3...3,5kHz.

W układzie przewidziałem potencjometr
PR1, żeby łatwo było „dostroić się” do
częstotliwości (rezonansowej) konkret−
nej membrany i uzyskać jak najgłośniej−
szy dźwięk. Na rysunku 18 nie zaznaczy−
łem numerów nóżek kostki U1 – bramki
możesz wykorzystać dowolnie. Wzorem
może być model z fotografii 17, zmon−
towany na płytce stykowej. Syrena się
odezwie, gdy zewrzesz punkt A do ma−
sy. W modelu z fotografii 17 to zwarcie
realizuje kawałek drutu w czerwonej
izolacji, widoczny w lewym dolnym ro−
gu. Bez tej zwory układ będzie milczał,
bo na kondensatorze C1 będzie panował
stan wysoki podawany przez R1, R2
i generatory nie będą pracować. Możesz
śmiało wykorzystać taką syrenę w prak−
tyce. Koniecznie przekonaj się, ile robi
hałasu i jak zadziwiająco mało prądu
przy tym pobiera. Możesz zasilać syrenę
napięciem w zakresie 4,5...18V. Obo−
wiązkowo wypróbuj, jak zmienia się
głośność po zwiększeniu napięcia zasila−
jącego do 18V (np. dwie baterie 9−wol−
towe). Lojalnie ostrzegam, że niechyb−
nie narazisz się przy tym na szykany ze
strony reszty rodziny.

Syrenę uruchamia się przez zwarcie

punktu A do masy. Możesz oczywiście
zewrzeć na stałe punkty A, O i włączać

syrenę przez podanie napię−
cia zasilającego. Model
z fotografii 17 w spoczynku
milczy i pobiera mniej niż
1µA prądu. To zadziwiają−
ce, że ogłuszający dźwięk
można uzyskać tak małym
nakładem energii − przy na−
pięciu zasilającym równym
12V pobór prądu modelu
wynosił 11mA, a dźwięk
w małej pracowni był wręcz nie
do wytrzymania.

Przy odrobinie staranności uda Ci się

wbudować układ elektroniczny do wnę−
trza obudowy przetwornika PCA−100.
Można wykorzystać montaż „w pająku”,
a całość umocować na dnie pokrywki

przetwornika PCA−100,
wtapiając w plastik cien−
kie druty mocujące. Nie
zaszkodzi usunąć R1, R1,
C1, a obie nóżki pierw−
szej bramki zewrzeć ze
sobą. Syrena będzie wyć
po podaniu napięcia zasi−
lającego. Co ciekawe,
w takim uproszczonym
układzie śmiało można
stosować wymiennie ko−
stki 40001 i 4011.

Układ

z

rysunku

18a możesz też zmonto−
wać na małej płytce dru−

kowanej, pokazanej na rysunku 18b.
Fotografia 18 pokazuje układ zmontowa−
ny na podobnej, jeszcze mniejszej płytce,
która bez kłopotu zmieści się w obudo−
wie przetwornika PCA−100, podobnie
jak płytka z rysunku 18b. Płytka do mo−
delu z fotografii 18 została wykonana
w warunkach domowych. Jeśli potrafisz,
możesz też wykonać taką płytkę. Możesz
też wykorzystać sposób zastępczy
i zmontować układ na kawałku kartonu,
wykonując niezbędne połączenia cien−
kim drutem. Rysunek płytki znajdziesz
też na wkładce w środku numeru.

Możesz też wykonać wersję z dwoma

układami scalonymi według rysunku 19
(uwzględnij nietypowy układ wyprowa−
dzeń układu 4049, podany na rysunku
16). Sterownik syreny jest identyczny
jak na rysunku 18, tylko zamiast tranzy−
storów T1...T4 stosujesz inwertery
o zwiększonej mocy z kostki 4049.

Rys. 18
a)

F

F

o

o

t

t

.

.

1

1

7

7

b)

Fot. 18

Rys. 19

Tańczące światełka wykorzystywane
często i chętnie, w tym do jak najbardziej
poważnych celów reklamowych, można
zrealizować na wiele sposobów. Rysu−
nek 2 0 pokazuje jeden z przykładów. Je−
śli chcesz, zrealizuj ten układ; moim ce−
lem było tu pokazanie nietypowego przy−
kładu wykorzystania „połamanego”
przebiegu z generatora. Jest to przebieg
D na rysunku 13.

Jeśli masz elementy z poprzednich

wypraw, wykorzystaj diodę dwukoloro−
wą, jak w modelu z fotografii 19. Celo−
wo zastosowałem jednakowe wartości
elementów RC. Ze względu na rozrzut
wartości, częstotliwości obu generato−
rów będą się nieco różnić, co da ciekawy
efekt. Dla ciekawości warto zmienić
wartości elementów wyznaczających
częstotliwości generatorów.

Najróżniejsze efekty świetlne można

zrealizować w prosty sposób wykorzy−
stując sterowane generatory według ry−
sunku 17. Prosty przykład pokazany jest
na rysunku 2 1. W tym przypadku w jed−
nym z generatorów można regulować
współczynnik wypełnienia za pomocą
potencjometru, w drugim za pomocą
dwóch rezystorów, a w trzecim za pomo−
cą dodatkowej diody i rezystora. War−
tość rezystorów R1...R6 trzeba dobrać
w zależności od wartości napięcia zasi−
lania oraz liczby diod w łańcuchu, by
uzyskać potrzebną jasność diod, przy
czym prąd diody nie powinien przekra−
czać 20mA. W jednym łańcuchu mogą
oczywiście pracować diody LED o róż−
nych kolorach. Przy większym poborze
prądu warto zamiast baterii wykorzystać
zasilacz albo akumulator.

Układ można w

prosty sposób

dostosować do sterowania np. żarówek,

stosując zamiast małych BC548 „dar−
lingtony” mocy (w zestawie masz
BD649) albo MOSFET−y mocy, np.
BUZ10 (BUZ11) w sposób opisany wy−
czerpująco na poprzednich wyprawach.

Informacje dotyczące zestawu

A05 do „Oslej łączki“ znajdują się

na stronie 80.

46

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

Ośla łączka

A5

104

Rys. 21

Rys. 20

F

F

o

o

t

t

.

.

1

1

9

9

Ćwiczenie 11

C yf rowe tań czące światełka

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

Ośla łączka

A5

105

Warto wykonać układ według rysunku
22 (nie zapomnij o końcówkach zasila−
nia). Jeśli posiadasz zestawy do po−
przednich ćwiczeń, masz też kontak−
tron. Umieść kontaktron na futrynie,
a mały magnes na drzwiach tak, by
kontaktron rozwierał styki po otwarciu,
a nawet uchyleniu drzwi. Zamiast kon−
taktronu możesz wykorzystać jakiś in−
ny łącznik, w ostateczności nawet wła−
snej konstrukcji. W modelu pokaza−
nym na fotografii 20 zastosowałem
zwykły przycisk.

W stanie spoczynku (gdy drzwi są zam−

knięte) styk jest zwarty i sygnalizator
milczy. Otwarcie drzwi wywoła krótki
impuls dźwiękowy, sygnalizujący, że
ktoś wchodzi. Czas tego impulsu wyzna−
czony jest przez R3, C2. Gdy drzwi po−
zostaną otwarte zbyt długo, po upływie
czasu wyznaczonego przez R4, C3 sy−
gnalizator włączy brzęczyk na stałe.
Dźwięk brzęczyka piezo (z generato−
rem) będzie wtedy modulowany prze−
biegiem z dodatkowego generatora
z elementami R6, R7, C4. Możesz śmia−
ło zmieniać wartości kondensatora C2
(22nF...1

µF), by regulować czas krótkie−

go sygnału, oraz C3 (2,2

µF...220µF), by

regulować czas opóźnienia.

Taki uniwersalny sygnalizator drzwio−

wy znajdzie praktyczne zastosowanie nie
tylko w sklepach i warsztatach, ale także
przy drzwiach wejściowych w domach
prywatnych, gdzie będzie sygnalizował,
że ktoś wszedł, a także ostrzegał przed
ciągłym otwarciem drzwi, co jest ważne
zwłaszcza w okresie zimowym.

Ćwiczenie 12

Uniwersalny sygnalizator drzwiowy
Opóźnienie i skracanie impulsów

Ćwiczenie 13

Syrena alarmowa z głośnikiem

Celowo najpierw, w ćwiczeniu 11, za−
proponowałem Ci budowę syreny alar−
mowej z membraną piezo. Syreny takie

mają liczne zalety, głównie mały pobór
prądu. Wcale nie znaczy to, że syreny
z klasycznymi głośnikami są gorsze. Za−

równo w samochodowych, jak i stacjo−
narnych instalacjach alarmowych często
stosowane są syreny z głośnikami.

Rys. 22

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

2

2

2

2

0

0

0

0

Rys. 23

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

Ośla łączka

A5

106

Dopuszczalne parametry graniczne (dotyczy napięć i prą−

dów podawanych z zewnątrz, które nie spowodują uszko−

dzenia i błędnego działania układów):

Zakres napięć zasilania (VDD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . −0,5...18V
Zakres napięć wejściowych i wyjściowych –0,5V...(VDD+0,5V)
Zakres prądów wejściowych . . . . . . . . . . . . . . . . . −10...+10mA
Moc strat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500mW
Temperatura przechowywania . . . . . . . . . . . . . . . . −65...+150

o

C

Temperatura pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . −40...+85

o

C

Parametry robocze:

Gwarantowany zakres napięć zasilania . . . . . . . . . . . . 3...18V
Spoczynkowy prąd zasilania (+25

o

C, VDD=10V)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 0,001

µA max 1µA

Pobór prądu zależy liniowo od częstotliwości pracy. W stanie
spoczynku jest bliski zeru. Przy napięciu zasilania 10V i typo−
wym obciążeniu wyjścia pojemnością 50pF (pojemności mon−
tażowe i wejściowe następnych bramek) prąd zasilania przy
częstotliwości f wynosi w przybliżeniu:. . . . . I = 0,6

µA/kHz * f

Prąd wejściowy. . . . . . . . . . . . . . . . typ. 0,00001

µA, max 0,1µA

Napięcie progowe (przełączania) wejścia . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 0,5*VDD max (0,3*VDD...0,7*VDD)

Pojemność wejścia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . max 7,5pF
Czasy narastania i opadania zboczy na wyjściach:
VDD=5V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 100ns
VDD=10V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 50ns
VDD=15V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 40ns
Czas propagacji (opóźnienie wejście/wyjście):
VDD=5V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 125ns
VDD=10V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 50ns
VDD=15V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 40ns
Spoczynkowe napięcie wyjściowe (bez obciążenia):
stan L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . max 0,05V
stan H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . min (VDD−0,05V)
Wydajność prądowa i prąd zwarciowy wyjścia silnie zależą od
napięcia zasilania. Występuje też duży rozrzut wartości mię−
dzy egzemplarzami. Orientacyjne wartości prądów zwarcio−
wych wyjścia (+25

o

C) wynoszą:

Wyjście zwarte z szyną VSS − prąd wypływający:
VDD=5V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2mA

Biblioteczka praktyka

Podstawowe parametry układów CMOS
rodziny 4000

Zawsze są to tak zwane głośniki tubo−
we, które wprawdzie dają dźwięk o nie−
zbyt dobrej jakości, ale za to przy tej sa−
mej mocy dają dźwięk dużo głośniejszy
niż zwykłe głośniki. Być może nie masz
pod ręką głośnika tubowego. Jeśli jed−

nak znajdziesz gdzieś jakikolwiek gło−
śnik o większej mocy, możesz wypróbo−
wać układ z rysunku 23. Moc głośnika
nie powinna być mniejsza niż 10W, jeśli
ma on rezystancję 4

Ω oraz 5W, jeśli ma

on 8

Ω.

Uwaga! Taka syrena pobiera

ponad 1A prądu i musi być zasi−
lana ze źródła o odpowiedniej
wydajności, np. akumulatora. Na
pewno nie wystarczy mała bate−
ria czy zasilacz 12V/250mA.

Ja dołączyłem do układu po−

kazanego na fotografii 21 gło−
śnik tubowy i efekt był rewela−
cyjny. Potencjometr montażowy
100k

Ω powala dobrać najbar−

dziej przeraźliwy ton. Jak poka−
zuje fotografia, model pracował
poprawnie nawet bez kondensa−
torów odsprzęgających zasilanie
(co wcale nie jest zachętą do po−
mijania tych kondensatorów).
Oczywiście taką syrenę możesz
zrealizować nieco inaczej, wy−
korzystując bramki NAND czy

NOR i stosując dwa, a nie trzy generato−
ry. Jeśli układ miałby znaleźć praktyczne
zastosowanie w jakimś systemie alarmo−
wym, wykorzystaj raczej układ z rysun−
ku 18 z głośnikiem w miejscu membra−
ny piezo z tym, że jako T1..T4 koniecz−
nie musisz zastosować darlingtony mocy
w obudowie TO−220 (np. BD649/BD650).
Efekt będzie piorunujący.

Na wszelki wypadek ostrzegam: nie

dołączaj do układów z tego ćwiczenia
kolumn z domowego zestawu audio.
W niesprzyjających warunkach możesz
uszkodzić głośniki (wysokotonowy
i średniotonowy).

Piotr Górecki

Informacje dotyczące zestawu
A05 do „Oslej łączki“ znajdują się
na stronie 80.

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

•

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

2

2

2

2

1

1

1

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

Ośla łączka

A5

107

VDD=10V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12mA
VDD=15V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27mA
Wyjście zwarte z szyną VDD − prąd wpływający:
VDD=5V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5mA
VDD=10V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20mA
VDD=15V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35mA

Uwaga! Dla negatorów układu 4049 i buforów układu 4050
wydajność prądowa wyjść i prądy zwarciowe są kilkakrotnie

BIBLIOTECZKAPRA

KTYKA•

BIBLIOTECZKAPRA

KTYKA

•
BIBLIOTECZKAPRA

KTYKA