background image

Rozwiązanie  zadania  powinno  zawierać  schemat  elektryczny  i zwięzły
opis działania. Model i schematy montażowe nie są wymagane. Przysłanie
działającego modelu lub jego fotografii zwiększa szansę na nagrodę.
Ponieważ rozwiązania nadsyłają czytelnicy o różnym stopniu 
zaawansowania, mile widziane jest podanie swego wieku.
Ewentualne  listy  do  redakcji  czy  spostrzeżenia  do  erraty  powinny  być
umieszczone  na  oddzielnych  kartkach,  również  opatrzonych  nazwiskiem
i pełnym adresem.
Prace  należy  nadsyłać  w terminie  45  dni  od  ukazania  się  numeru  EdW
(w przypadku prenumeratorów – od otrzymania pisma pocztą).

31

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

Szkoła
Konstruktorów

Zadanie nr 52

Pomysłodawcą  zadania  jest  Krzysztof
Piotrowski 
z Rajska. Oto obszerne fragmen−
ty listu: (...) Pomysł tego zadania zrodził się
(...)  podczas  pracy  w  radiowęźle  szkolnym.
Czasem  zdarza  się,  że  w  takiej  amatorskiej
minirozgłośni zostaje jedna osoba, która jed−
nocześnie  musi  być  prowadzącym  i  realiza−
torem  dźwięku.  Zmiana  płyt,  włączanie  odt−
warzaczy,  czytanie  wiadomości,  ściszanie  i
pogłaśnianie muzyki i mikrofonów − to czyn−
ności wymagające co najmniej czterech rąk.
(...) Wyobraźmy sobie, że mamy mikser sześ−
ciokanałowy.  Do  pierwszych  dwóch  torów
przyłączone  są  mikrofony  dynamiczne,  do
torów  3  i  4  −  magnetofony,  do  torów  5,  6  −
odtwarzacze  CD.  Należy  zaprojektować
układ,  który  wyciszałby  muzykę  (kanały  3  −
6), jeśli używany jest któryś z mikrofonów.
Taki układ pozwoli wyeliminować ręczną ob−
sługę miksera i skupić się na programie. (...)
Układ powinien być wyposażony w potencjo−
metr(−y)  regulacji  głośności  muzyki  w tle
(podczas używania mikrofonów).
Tyle  pomysłodawca.  A oto  oficjalny  temat
zadania 52:

Zaprojektować  układ  automatycznie  ści−
szający  muzykę  w mikserze  podczas  uży−
wania mikrofonów.

Zadanie  wygląda  tym  razem  na  trudniej−

sze. Nie ulega jednak wątpliwości, że jest jak

najbardziej  praktyczne  i warte  realizacji.
W każdym  przypadku  będzie  to  urządzenie
przypominające VOX, czyli układ stosowany
w radiotelefonach  do  automatycznego  prze−
łączania  odbiór/nadawanie  w momencie
mówienia do mikrofonu.

Osobiście  widzę  dwie  główne  koncepcje

rozwiązania tak postawionego zadania.

Pierwsza to ingerencja w wewnętrzne ob−

wody  miksera  i dodanie  odpowiedniego
układu,  który  wykrywszy  obecność  sygna−
łów  w torach  mikrofonów  ściszy  pozostałe.
Takie rozwiązanie jest trudniejsze do realiza−
cji, a nawet trochę ryzykowne ze względu na
różnorodność  rozwiązań  układowych  w po−
szczególnych typach mikserów.

Dlatego  należałoby  rozważyć  drugą

koncepcję:  budowę  niewielkiej  przystawki
z dwoma  lub  trzema  wejściami.  Na  jedno
wejście podawana byłaby muzyka z mikse−
ra,  a na  pozostałe  jedno  lub  dwa  wyjścia
podawany byłby sygnał z mikrofonów. Po−
jawienie  się  odpowiednio  dużego  sygnału
z mikrofonu powodowałoby częściowe wy−
ciszenie  muzyki.  Przystawka  musiałaby
mieć  obwody  regulacji  progu  zadziałania,
umożliwiające  ustawienie,  przy  jak  dużym
sygnale  mikrofonowym  muzyka  ulegałaby
ściszeniu.  Obwód  tłumika  również  musiał−
by mieć regulator, pozwalający ustawić sto−
pień redukcji głośności, by muzyka jednak
była słyszalna w tle.

Rysunek 1 pokazuje dwie możliwości dołą−

czenia  takiej  przystawki.  Jeśli  mikser  posiada
wyjście SUB albo AUX POST, sygnały mikro−
fonowe  można  skierować  na  takie  wyjście
(a nie na wyjście główne) i dalej do przystawki
według  rysunku  1a.  Sygnały  przechodziłyby
bezpośrednio  do  przystawki,  a nie  na  główne
wyjście miksera. Na główne wyjście trafiałyby
tylko sygnały z odtwarzaczy muzyki.

Jeśli  natomiast  mikser  jest  bardzo  prosty

i nie ma możliwości wyprowadzenia oddziel−
nie  sygnału  mikrofonów,  trzeba  wyposażyć
przystawkę  we  wzmacniacz(−e)  mikrofono−
wy  i podłączać  mikrofony  bezpośrednio  do
przystawki, jak pokazuje rysunek 1b.

A może ktoś zaproponuje jeszcze inny po−

mysł,  który  spełnia  warunki  postawione
przez pomysłodawcę?

Rys. 1

background image

32

Szkoła Konstruktorów

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

Rozwiązanie zadania nr 48

Przy wyborze układów przystawki zwróć−

cie  uwagę  na  blok  wyciszania  muzyki  −  ten
blok  ma  pracować  z sygnałami  muzyki  do−
chodzącymi do 1Vsk i nie powinien wprowa−
dzać nadmiernych zniekształceń podczas wy−
ciszania.  Czy  wyciszanie  musi  być  płynne,

czy może wystarczy prosty obwód skokowe−
go  wyciszania,  choćby  z kostką  4066  lub
4051...53?
Pomimo że zadanie wydaje się trudniejsze, nie
przestraszcie  się  go.  W rzeczywistości  jest  na−
wet łatwe, zwłaszcza w przypadku skokowego

wyciszania. Oczywiście lepsze byłoby wycisza−
nie  płynne.  Czekam  również  na  rozwiązania
częściowe,  zawierające  opis  tylko  niektórych
bloków. Nadal czekam także na propozycje ko−
lejnych zadań. Pomysłodawcy otrzymują nagro−
dy w postaci kitów AVT lub dobrych książek.

Temat zadania 48 był następujący:

Zaprojektować  detektor  gołoledzi  lub
układ sygnalizujący obniżenie temperatury
powietrza poniżej 0

o

C.

Zgodnie  z oczekiwaniami  otrzymałem  wiele
rozwiązań,  w tym  kilkanaście  modeli.  Temat
wzbudził zainteresowanie, a kilka osób napisa−
ło, że stosują w swoich samochodach czujniki
własnej konstrukcji realizujące taką funkcję.

Nie  mogę  też  pominąć  różnych  cieka−

wych  idei.  Najmniej  praktyczna  jest  propo−
zycja zastosowania gumowego kółka sprzę−
gniętego  z silniczkiem,  pełniącym  rolę  prą−
dnicy. To gumowe kółko miałoby być umie−
szczone gdzieś pod samochodem i cały czas
stykać  się  z jezdnią.  Wykrywanie  gołoledzi
miałoby polegać na pomiarze napięcia z sil−
niczka.  Według  pomysłodawcy  na  lodzie
kółko przestałoby się obracać wskutek pośli−
zgu. Zanik napięcia miałby świadczyć o go−
łoledzi.  Oczywiście  młody  Autor  pomysłu
nie pomyślał, że sam pomiar napięcia z sil−
niczka nie daje miarodajnej informacji − za−
trzymanie  samochodu  byłoby  sygnalizowa−
ne jako wystąpienie gołoledzi. Aby informa−
cja była miarodajna, trzeba byłoby porówny−
wać  prędkość  dodatkowego  kółka  z...  no
właśnie,  czy  z prędkością  obrotową  kół
(które też mogą się ślizgać), czy może pręd−
kością względem ziemi (ale jak ją mierzyć).
Poza tym pomysł nie ma racji bytu ze wzglę−
dów czysto mechanicznych. Jaka amatorska
konstrukcja  wytrzyma  jazdę  z prędkością
100km/h po  słynnych  polskich  drogach,
usianych  niezliczoną  ilością  większych
i mniejszych dziur?

Trochę bardziej sensowne wydają się idee

Jacka  Koniecznego  z Poznania,  który  pro−
ponuje  sprawdzać  obniżenie  temperatury
przez  badanie  stanu  skupienia  kontrolnej
próbki  wody.  Stan  skupienia,  a tym  samym
temperaturę chciałby sprawdzać mierząc sta−
łą  dielektryczną  albo  prędkość  dźwięku,
które  to  wielkości  są  inne  dla  wody,  a inne
dla lodu. Oczywiście komara nie trzeba zabi−
jać strzelając z armaty − istnieją niepomiernie
mniej skomplikowane sposoby sprawdzenia,
czy  temperatura  spadła  poniżej  zera  i czy
tworzy się lód. W tym wypadku uciekanie się
do  wspomnianych  wyrafinowanych  metod
byłoby grubą przesadą, niemniej jednak w in−
nych  przypadkach  właśnie  pomiar  takich
wielkości  jak  stała  dielektryczna  czy  pręd−
kość  dźwięku  w ośrodku  może  dostarczać

bezcennych informacji.

Wśród  nietypowych  idei  najbliższą  rze−

czywistości  przedstawił  Piotr Wójtowicz
z Wólki  Bodzechowskiej.  Proponuje  miano−
wicie  badanie  stopnia  odbicia  światła.  Pisze,
iż  przeprowadził  wstępne  eksperymenty
z modulowaną  wiązką    i stwierdził,  że  obe−
cność lodu zwiększa ilość światła odbitego od
jezdni.  Oczywiście  i tu  występuje  poważny
problem  rozróżniania  jest  lód/nie  ma  lodu,
ponieważ  różne  rodzaje  nawierzchni  mają
różne kolory i różne wartości współczynnika
odbicia.  Drugim  poważnym  problemem  jest
nawet nie ryzyko, tylko pewność, że czujnik
świetlny  umieszczony  pod  pojazdem  będzie
ulegał szybkiemu zabrudzeniu błotem.

Występujące tu poważne trudności jedno−

znacznie wskazują, że w warunkach amator−
skich  jedyną  sensowną  alternatywą  jest  bu−
dowa  wskaźnika  temperatury.  Nie  daje  on
oczywiście  informacji  o gołoledzi,  tylko
wskazuje  na  ryzyko  jej  wystąpienia.  I wła−
śnie  budowa  takiego  układu  ma  sens,  zwła−
szcza gdy konstrukcja będzie prosta i tania.

Grupy rozwiązań

Największa grupa rozwiązań zawiera opi−

sy  wskaźników  3−stanowych.  W temperatu−
rach  poniżej  −2...−3

o

C  czerwona  dioda  LED

świeci ciągle. W temperaturach 0...−2

o

C dio−

da  czerwona  miga,  a w temperaturach  wy−
ższych  jest  wygaszona  (ewentualnie  świeci
druga dioda, zielona).

Znaczna  liczba  uczestników  proponuje

prostsze wskaźniki 2−stanowe. W temperatu−
rach  poniżej  zera  dioda  świeci,  przy  wy−
ższych jest wygaszona.

Nikt nie zaproponował budowy komplet−

nego  termometru  z kostką  ICL7106/7107.
I słusznie! W tym wypadku chodziło o możli−
wie prosty i tani ostrzegacz, a nie termometr.

Kilka  osób  wspomniało  jedynie,  że  taki

termometr można kupić za niewielkie pienią−
dze.  Dwóch  uczestników  zaproponowało
wykorzystanie  linijki  diodowej  z kostką
LM3914.  Pojawiły  się  też  inne  oryginalne
pomysły.  Przed  omówieniem  najlepszych
prac kilka uwag ogólnych.

Temperatura, napięcie 

i czas

Bardzo  się  cieszę,  że  coraz  więcej  prac  za−
wiera przynajmniej kilka zdań na temat ana−
lizy założeń, celów i warunków. W przypad−
ku  omawianego  zadania,  dotyczącego  po−
miaru temperatury, było to szczególnie waż−

ne.  Problem  w tym,  że  urządzenie  ma  mie−
rzyć  temperaturę  z dużą  dokładnością.  Nie
wystarczy dokładność ± 2

o

C, należy zapew−

nić  powtarzalność  wskazań  z dokładnością 
± 0,5

o

C. Niewątpliwie potrzebny jest obwód

pozwalający skalibrować wskaźnik, na przy−
kład dla temperatury 0

o

C w mieszaninie wo−

dy z lodem. Ale kalibracja to nie wszystko −
wskazania nie powinny zależeć ani od napię−
cia zasilającego (11...15V), ani od temperatu−
ry silnika czy wnętrza kabiny.

Jeśli  układ  elektroniczny  umieszczony

byłby z dala od czujnika, właśnie pod maską
albo w kabinie, należy liczyć się ze znaczny−
mi  zmianami  temperatury  tego  układu.  Nie−
którzy  sprawdzali,  czy  wskazanie  „jeździ“
przy  ogrzewaniu  części  elektronicznej,  gdy
czujnik  miał  stałą  temperaturę.  Wyniki  były
różne.  Nic  dziwnego!  Zaraz  wyjaśnię,  dla−
czego  jedne  układy  okazały  się  zdecydowa−
nie stabilniejsze od innych.

Jak wiadomo, parametry elementów elek−

tronicznych  zależą  od  temperatury,  czasem
bardzo  silnie.  Przykładowo  tanie  węglowe
rezystory  o dużych  nominałach  mogą  mieć
współczynnik cieplny aż −1000ppm/

o

C, czyli

−0,1%/

o

C.  Nawet  gdyby  wynosił  on  tylko

500ppm/

o

C  (0,02%/

o

C),  zmiana  temperatury

o 20

o

C  spowoduje  zmianę  rezystancji  o co

najmniej  1%.  Jeśli  taki  rezystor  pracowałby
w jakimś  kluczowym  obwodzie,  wynik  po−
miaru będzie zależał nie tylko od temperatu−
ry czujnika, ale także od temperatury tego re−
zystora,  który  również  okazuje  się  być...
czujnikiem temperatury.

W obwodach  odpowiedzialnych  za  do−

kładność i powtarzalność wskazań, a narażo−
nych na wpływ temperatury, należy stosować
elementy precyzyjne, przykładowo rezystory
metalizowane  o tolerancji  1%  lub  0,5%,
które  mają  także  dobrą  stabilność  cieplną,
rzędu  100ppm/

o

C  lub  nawet  50ppm/

o

C.  To

samo  dotyczy  źródeł  napięcia  wzorcowego.
Wbrew  pozorom,  zwykłe  diody  Zenera,
zwłaszcza  zasilane  z niestabilizowanych
źródeł, mogą zmieniać swe napięcie i to za−
równo pod wpływem zmian temperatury, jak
i zmian napięcia zasilającego.

Pewniejsze od diod Zenera okażą się po−

pularne  stabilizatory  78XX,  78LXX  czy
LM317(L), których napięcie wyjściowe przy
stałym prądzie obciążenia nie powinno zmie−
nić się więcej niż o 1% w zakresie tempera−
tur 0...+150

o

C. 

Podane uwagi dotyczą prac tych uczestni−

ków, którzy chcą umieścić układ elektronicz−

background image

ny  z dala  od  czujnika  temperatury.  Ale  czy
nie prościej umieścić czujnik i układ elektro−
niczny razem, by miały jednakową tempera−
tur
ę? Ktoś powie, że przecież nadal będą „się
rozjeżdżać z temperaturą“.

I tak, i nie! Co prawda parametry czujnika

i układu istotnie będą się zmieniać, ale nieja−
ko  współbieżnie.  Liniowe  zmiany  będą  się
wprost albo dodawać, albo odejmować i ich
wpływ zostanie całkowicie usunięty podczas
kalibracji. Nawet nieliniowe zmiany parame−
trów w prostym układzie czujnika progowe−
go  nic  nie  zaszkodzą,  bo  zachodzą  zawsze
w taki  sam  sposób.  Jedynie  na  przykład
w układzie  termometru  cyfrowego  nielinio−
we  zmiany  parametrów  mogłyby  pogorszyć
liniowość wskazań, ale to zupełnie inny pro−
blem (w rezultacie po dwupunktowej kalibra−
cji  w temperaturach  0  i +100

o

C,  wskazania

dla  temperatury  np.  +50

o

C  wyniosłyby  52

czy 46

o

C).

W każdym  razie  umieszczenie  układu

elektronicznego w tej samej temperaturze co
czujnik  pozwala  ominąć  dość  poważny  pro−
blem powtarzalności, a układ raz skalibrowa−
ny w temperaturze 0

o

C będzie godny zaufa−

nia  przez  długi  okres.  Dokładności  i powta−
rzalności  wskazań  mogą  wtedy  zaszkodzić
jedynie  dwa  inne  czynniki:  upływ  czasu
i wartość napięcia zasilania.

Jak wiadomo, z upływem czasu parametry

elementów  mogą  się  zmieniać.  Dotyczy  to
przede  wszystkim  kondensatorów  elektroli−
tycznych.  Inne  elementy  są  pod  tym  wzglę−
dem nieporównanie lepsze. Niemniej jednak
w układach,  które  w surowych  warunkach
mają  zachować  swe  parametry  przez  długi
czas, należałoby stosować w miarę możliwo−
ści elementy wyższej jakości, stabilne w dłu−
gim okresie.

Zmiany  napięcia  zasilania  mogą  mieć

mniejszy lub większy wpływ − wszystko za−
leży  od  wykorzystanej  konfiguracji  układo−
wej.  Nie  bez  powodu  w wielu  zastosowa−
niach  ciągle  popularny  jest  klasyczny  układ
mostkowy z czujnikiem rezystancyjnym (ter−
mistor,  element  typu  KTY).  Przykład  poka−
zany jest na rysunku 2. Zadaniem układu po−
równującego  (komparatora,  wzmacniacza
operacyjnego)  nie  jest  pomiar  wartości  na−
pięcia między punktami A, B, tylko badanie
biegunowości tego  napięcia.  Dzięki  takiej
zasadzie pracy, wartość napięcia zasilającego
mostek  nie  jest  istot−
na,  bo  komparator
zmienia  stan  swego
wyjścia,  gdy  (maleń−
kie) napięcie na prze−
kątnej  mostka  zmie−
nia znak. Tym samym
działanie układu prak−
tycznie  nie  zależy  od
napięcia zasilającego. 

Znacznie bardziej zależny od wartości na−

pięcia  zasilania  jest  układ  pomiarowy  z na−

pięciowym  czujnikiem  temperatury  (dioda,
LM35,  LM335).  Przykłady  pokazane  są  na
rysunku 3. Napięcie na czujniku diodowym
z rysunku 3a zależy nie tylko od temperatury,
ale i od prądu I

D

. A prąd zależy od napięcia

zasilającego Vcc. Ale co najgorsze, napięcie
odniesienia w punkcie B jest wprost propor−
cjonalne  do  napięcia  zasilania  Vcc.  Nawet
w znacznie lepszym układzie z rysunku 3b na
dokładność  będą  mieć  wpływ  zmiany  para−
metrów  źródła  napięcia  odniesienia  −  diody
Zenera (a wynikają one ze zmian temperatu−
ry diody i prądu polaryzującego I

R

).

Nie  znaczy  to,  że  układy  z rysunku  3  są

bezwartościowe.  Skądże!  Układ  mostkowy
z rysunku 2 okazuje się lepszy tylko w pro−
stym dwupunktowym wskaźniku. Natomiast
w termometrach układy z czujnikami napię−
ciowymi (dioda, LM335, LM35) są stosowa−
ne nieporównanie częściej niż układ mostko−
wy.  Aby  jednak  ich  wskazania  były  powta−
rzalne, należy zastosować precyzyjne, stabil−
ne  rezystory  i porządne  źródło  napięcia  od−
niesienia, a także dobrze stabilizować napię−
cie zasilania.

Nie  bez  powodu  poruszam  tę  sprawę  −

w wielu  nadsyłanych  projektach,  zarówno
tych zrealizowanych na papierze, jak i wyko−
nanych  praktycznie,  nie  zwrócono  żadnej
uwagi  na  stabilność  parametrów.  Owszem,
nadesłany układ działa i nawet jest skalibro−
wany  w jakichś  warun−
kach.  Jednak  zmiany
temperatury  i napięcia
zasilania  będą  poważnie
zmieniać  progi  działa−
nia.  Moi  Drodzy,  nie
sposób 

wytłumaczyć

wszystkiego  w

kilku

zdaniach  (współczynni−
ki  cieplne  rezystorów,
diod  Zenera,  scalonych
stabilizatorów,  wzmac−
niaczy operacyjnych, rezystancje dynamiczne
diod Zenera i stabilizatorów). W każdym ra−
zie  zwracajcie  uwagę  na  ten  poważny  pro−
blem,  gdy  budujecie  precyzyjne  urządzenia.
Wzorujcie się na kolegach, którzy już poczu−
li problem i choć nie mają pełnej wiedzy ana−
lizują, w jakich granicach będzie zmieniać się
napięcie zasilające i temperatura; zastanawia−
ją się, które obwody i elementy mają najwięk−
szy  wpływ  na  dokładność  i powtarzalność.
Jeśli nie jesteście w stanie przeanalizować te−

go  na  kartce,  przeprowadźcie  praktyczne
próby. Przejrzyjcie też jeszcze raz swoje pro−
pozycje  dotyczące  zadania  48,  zastanówcie
się, a najlepiej sprawdźcie, na ile zmiany na−
pięcia  akumulatora  będą  wpływać  na  próg
przełączania. 

I jeszcze jedna ważna sprawa − histereza.
Jak  wiadomo,  temperatura  otoczenia  za−

zwyczaj zmienia się bardzo wolno. Tak samo
wolno zmienia się potem napięcie na czujni−
ku  (ewentualnie  prąd).  Układ  elektroniczny
musi być bardzo czuły, by wykrył niewielkie
zmiany napięcia i zasygnalizował, że tempe−
ratura  spadła  poniżej  zera.  Jeśli  czujnikiem
temperatury będzie dioda krzemowa, to obni−
żenie  temperatury  o jeden  stopień  Celsjusza
wywoła  zmianę  (wzrost)  napięcia  o około
2mV.  Tylko  dwa  miliwolty!  Nastąpi  to
w dłuższym czasie, na przykład kilku minut.
Wypadałoby  jednak,  by  układ  elektroniczny
niezawodnie i jednoznacznie wykrył obniże−
nie się temperatury poniżej zera już o ułamek
stopnia.  W zasadzie  jest  to  bardzo  proste  −
wystarczy zastosować wzmacniacz o bardzo
dużym  wzmocnieniu,  w praktyce  dowolny
wzmacniacz  operacyjny.  Jeśli  wzmacniacz
ma wzmocnienie, powiedzmy 100 000, to już
zmiana napięcia na czujniku o 0,1mV spowo−
duje zmianę napięcia na wyjściu wzmacnia−
cza  o 10V.  Te  0,1mV odpowiada  zmianie
temperatury  o 1/20  stopnia.  Na  papierze
wszystko działa idealnie.

Przebieg zmian napięcia na czujniku i na

wyjściu  wzmacniacza,  przykładowo  z ry−
sunku 3a, nie będzie jednak wyglądał jak na
rysunku  4a.  Ze  względu  na  wszechobecne
szumy i indukowanie się w przewodach za−
kłóceń  i przydźwięku,  przebiegi  będą  wy−
glądać raczej jak na rysunku 4b, a może na−
wet jak na rysunku 4c.

Wynika z tego, że na wyjściu komparato−

ra  (wzmacniacza  operacyjnego)  pojawią  się
przypadkowe drgania. Nie jest to wydumana
teoria  −  tak  naprawdę  jest  w prostych  ukła−
dach. Co prawda w przypadku, gdy elemen−
tem  wykonawczym  byłaby  dioda  LED,  nic
złego  się  nie  stanie.  Po  prostu  w zakresie
przełączania dioda będzie migać albo świecić
nierówno  −  wszystko  zależy  od  wielkości
i częstotliwości  zakłóceń  oraz  szybkości
zmian temperatury.

33

Szkoła Konstruktorów

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

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

WEJŚCIE

WYJŚCIE

background image

W praktyce okaże się jednak, że dioda iry−

tująco  miga  w nerwowym,  nieregularnym
rytmie przez dłuższy czas. Gdyby, jak propo−
nuje kilku uczestników, zastosować dodatko−
wo brzęczyk, takie przypadkowe drgania by−
łyby niedopuszczalne. Koniecznie trzeba za−
stosować środki eliminujące „śmieci“.

Po pierwsze należałoby skutecznie filtrować

„zaśmiecony“  sygnał  z czujnika  za  pomocą
dolnoprzepustowego filtru RC. Ale to nie roz−
wiąże problemu, ponieważ każdy element ukła−
du  jest  źródłem  niewielkich  szumów.  Dlatego
po drugie trzeba wprowadzić obwód dodatnie−
go sprzężenia zwrotnego, zapewniający histere−
zę. Histereza nie może być duża (0,1...0,5

o

C),

ale powinna być większa od szumów. 

Dwa, spośród wielu możliwych, przykła−

dy realizacji pokazane są na rysunku 5. Ob−
wód  R

A

,  C

A

jest  filtrem  zakłóceń,  rezystory

R

C

, R

B

wyznaczają wielkość histerezy.

Zamiast stałej histerezy można wprowadzić

obwód dodatniego sprzężenia zawierający po−
jemność.  Wtedy  w obecności  szumów  układ
stanie się generatorem o częstotliwości wyzna−
czonej przez tę pojemność i współpracujące re−
zystancje. Idea przedstawiona jest na rysunku 6.
W zakresie  przejściowym,  w obecności  szu−
mów, dioda będzie pulsować z niewielką czę−
stotliwością  (wyznaczoną  przez  wartości  C

B

,

R

B

,  R

C

),  co  okaże  się  dodatkową  zaletą  −  ze

wskaźnika  dwupunktowego  w bardzo  prosty
sposób powstaje trzypunktowy. Można też za−
stosować  połączenie  wspomnianych  sposo−
bów, na przykład według rysunku 7

Oczywiście  należy  wtedy  starannie  do−

brać wartości elementów, by uzyskać założo−
ny efekt.

W każdym razie obecność obwodów do−

datniego  sprzężenia  zwrotnego  jest  bardzo
pożądana, a często wręcz konieczna. Wielki
plus mogą sobie postawić wszyscy ci, którzy
o nich nie zapomnieli. A spora grupa uczest−
ników,  w których  pracach  zabrakło  takich

obwodów,  powinna
jeszcze  raz  przemy−
śleć  swe  propozycje.
Dobrze  byłoby  także
przeprowadzić  próby
w warunkach  zbliżo−
nych  do  naturalnych.
Problem 

zakłóceń,

szumów 

sygnałów

pomiarowych  oraz  likwidowania  ich  wpły−
wu za pomocą filtrów i obwodów dodatnie−
go sprzężenia zwrotnego ujawnia się bardzo
często. I niestety bardzo często jest przyczy−
ną, dla której układy budowane przez niedo−
świadczonych teoretyków nie sprawdzają się
w praktyce.  Jeszcze  raz  powtarzam,  że
w przypadku sygnalizatora z diodą LED nie−
stabilna  praca  w zakresie  przełączania  nie
grozi katastrofą, jednak już w układzie regu−
latora temperatury z przekaźnikiem czy tra−
kiem  da  o sobie  znać  w nad  wyraz  przykry
sposób. 

Nie  zapominajcie  więc  nigdy  o tym  pro−

blemie.

Tyle  uwag  ogólnych  −  przechodzimy  do

omówienia najlepszych prac.

Sygnalizatory 

dwustanowe

Rafał  Baranowski  z Gliwic  przysłał  sche−
mat zawierający czujnik LM35, dwie diody
Zenera (2,4V, 2,7V), wzmacniacz operacyj−
ny  LM358  pracujący  w roli  komparatora,
kostkę  555  i dwie  diody  LED  −  czerwoną
i zieloną.  Zielona  świeci,  gdy  temperatura

jest  dodatnia,  czerwona  pulsuje,  gdy  jest
ujemna. Układ będzie działać, jednak moż−
na  go  znacznie  „odchudzić“,  stosując  za−
miast drogiego czujnika LM35 współpracu−
jącego  z diodą  Zenera  2,4V inny  czujnik,
np.  termistor  czy  zwykłą  diodę,  a zamiast
kostki 555 i czerwonego LED−a − diodę mi−
gającą.

Bardziej podoba mi się schemat Daniela

Bajdaka z Brzeźnicy  Bychawskiej,  poka−
zany na rysunku 8. Należałoby jednak do−
dać omawiane wcześniej obwody dodatnie−
go  sprzężenia  zwrotnego  i kondensator
(10

µ

F)  na  wejściu  stabilizatora.  Także  po−

tencjometr  regulacji  progu  zadziałania  nie
jest  włączony  najszczęśliwiej  −  osobiście
proponowałbym zmodyfikować układ wzo−
rując się na rysunkach 5...7.

Fotografia  1 pokazuje  model  Marcina

Biernata z Rozalina.  Schemat  jest  bardzo
podobny do tego z rysunku 8, jednak w roli
czujnika pracuje pięć diod krzemowych połą−
czonych  w szereg.  Marcin  Wiązania z Ga−
cek wykonał model pokazany na fotografii 2.
Układ jest podobny, czujnikiem jest termistor. 

Układ z fotografii 3, autorstwa Radosła−

wa Kozala z Rybnika też ma podobny sche−
mat. Czujnikiem jest termistor, a temperaturę
pokazuje dwukolorowa dioda LED.

Sygnalizatory 

3−stanowe

Zaproponowaliście różne sygnalizatory trzy−
stanowe. Sporo układów ma pracować na tej
samej zasadzie: dwa komparatory wykrywa−
ją  temperatury  progowe  (np.  0

o

C  i −3

o

C).

Wyjścia  tych  komparatorów  sterują  pracą
diody lub diod LED i generatora.

Typowy  przykład  schematu  z tej  grupy

pokazany jest na rysunku 9. Jest to propo−
zycja Marcina Markowskiego z Radomia.
Podobne  schematy  z innymi  czujnikami

34

Szkoła Konstruktorów

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

Rys. 6

Rys. 5

Rys. 8 Rys. 8 Schemat 

Daniela Bajdaka 

Rys. 7

Fot. 4

Fot. 2

Fot. 1

Fot. 3

background image

i generatorami  przysłali  także  Dariusz  Bo−
browski 
z Tarnowa  i Radosław  Szycko
z Goleniowa.

Fotografia  4 pokazuje  model  16−letniego

Łukasza Cygi z Chełmka. Czujnikiem jest ter−
mistor, elementami wykonawczymi dwukoloro−
wa dioda i brzęczyk. Co prawda układ jest tro−
chę za bardzo rozbudowany (3 układy scalone),
jednak Łukasz nie zapomniał o histerezie i sta−
bilizacji  napięcia  zasilania  a także  przeprowa−
dził próby. Niewątpliwie zasługuje na nagrodę.

Podobny układ z czujnikiem LM35 (foto−

grafia 5) wykonał Artur Filip z Legionowa.
I również on otrzyma nagrodę.

Do omawianej grupy zaliczyłem też jedy−

ny  sygnalizator  czterostanowy,  pokazany  na
fotografii  6,  autorstwa  Krzysztofa  Nytko
z Tarnowa. Choć układ jest zbyt rozbudowa−
ny  (TL074,  40106  i 4053),  Krzysztofowi
udało się uzyskać cztery stany: świeci zielo−
na,  miga  zielona,  miga  czerwona,  świeci
czerwona.  Poza  tym  jest  to  pierwszy  jego
układ ze wzmacniaczami operacyjnymi. Dru−
gi  nadesłany  schemat  z jednym  komparato−
rem LM393 też jest poprawny. Krzysztof nie−
wątpliwie zasługuje na nagrodę, bo nie zapo−
mniał o histerezie i stabilizatorze 9V. Odpo−
wiadając  na  pytanie  z listu,  czy  błędem  jest
wykorzystanie  histerezy  bramek  40106
umieszczonych  za  komparatorami,  zwracam
uwagę  na  rysunek  4.  Jak  widać,  aby  wyko−
rzystać histerezę tych bramek, należałoby fil−
trować  sygnał  z czujnika  i obniżyć  wzmoc−
nienie komparatorów, by amplituda „śmieci“
na wejściach bramek była niewielka.

Inne rozwiązania

Na fotografii 7 można zobaczyć sygnali−

zator  Barbary  Jaśkowskiej z Gdańska.
Układ  zalany  jest  lakierem  i umieszczony
w szczelnej  obudowie.  Sam  układ  elektro−
niczny  jest  oparty  na  kostce  CMOS4001.

Pomysł  bardzo  mi  się  podoba,
bo  jest  wyjątkowo  prosty.  Nie
mogę  podać  schematu,  bo  nie
ma go w liście, a modelu nie de−
molowałem.  Jednak  wszystko
wskazuje,  że  zastosowanie  ter−
mistora  i bramki  powinno  cał−
kowicie  wystarczyć,  a gdyby
zmiany  napięcia  na  czujniku  były  za  małe,
można je wzmocnić za pomocą zlinearyzo−
wanej bramki. Zmiany napięcia progowego

bramki z temperaturą nie mają
znaczenia, bo układ jest umie−
szczony  wraz  z czujnikiem
w tej  samej  temperaturze.  Za
ten  prościutki  projekt  i prawi−
dłową analizę Basia otrzymuje
nagrodę i sześć punktów.

Interesujący  układ  zapropo−

nował  także  Dariusz  Knull
z Zabrza.  Schemat  pokazany

jest na rysunku 10, a model na fotografii 8.
Układ  jest  godny  uwagi  ze  względu  na  po−
mysł  i wykonanie.  Jedynie  obecność  pro−
ściutkiego czujnika wilgotności (dwie umie−
szczone  obok  siebie  maleńkie  elektrody)
współpracującego z tranzystorami T2, T3 bu−
dzi poważne wątpliwości. 

Budowa dobrego czujnika wilgotności jest

bardzo,  bardzo  trudnym  zadaniem.  Prosty
czujnik z dwiema umieszczonymi obok elek−
trodami na pewno  nie  spełni  swego  zadania,
zwłaszcza w dłuższym okresie, gdy elektrody
ulegną  zabrudzeniu.  Pomimo  tego  manka−
mentu Dariusz otrzyma nagrodę i punkty.

Oryginalny i godny uwagi układ zapropo−

nował  także  Mariusz  Wesołowski z Rado−
mia. Schemat pokazany jest na rysunku 11,
a model  na fotografii  9.  I on  otrzymuje  na−
grodę i punkty.

Wysoko  oceniłem  też  pracę  Piotra  Wójto−

wicza z Wólki Bodzechowskiej. Schemat ide−

owy pokazany jest na rysunku 12, a model na
fotografii  10.  Niebieska  dioda  LED  zaczyna
migać w temperaturze 0

o

C. Przy dalszym ob−

niżaniu  temperatury  współczynnik  wypełnie−
nia rośnie, a przy dużym mrozie dioda świeci
ciągle.  Układ  pracuje  dobrze,  jednak  ze
względu  na  brak  stabilizatora  progi  działania
mogą się trochę „rozjeżdżać“. Warto taki sta−
bilizator dodać. Układ jest niewątpliwie god−
ny  zainteresowania.  Rezystor  R3  wyznacza
zakres temperatur, w którym dioda miga, po−
tencjometr P1 przesuwa zakres w górę i w dół.

A oto  kolejne  roz−

wiązania.  Dwaj  kole−
dzy:  Marcin  Wiązania
i 14−letni Adam Pałub−
ski  
z Piotrkowa  Trybu−
nalskiego proponują za−
stosowanie  linijki  z ko−
stką  LM3914.  Adam
nawet  wykonał  model,
który  można  zobaczyć
na  fotografii  11.  Choć

zastosowana  przez  niego  metoda  kalibracji  za
pomocą prób i błędów nie jest godna polecenia,
młodziutki kandydat na konstruktora otrzymu−
je drobną nagrodę na zachętę oraz cztery punk−
ty za samodzielną pracę i eksperymenty.

Nie  mogę  natomiast  przyznać  punktów

i nagród kilku kolegom, którzy nadesłali jed−

35

Szkoła Konstruktorów

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

Rys. 9 Propozycja 

Marcina Markowskiego 

Rys. 10 Sygnalizator Dariusza Knulla

Rys. 11 Propozycja 

Mariusza Wesołowskiego 

Rys. 12 Układ Piotra Wójtowicza

Fot. 8

Fot. 6

Fot. 5

Fot. 7

background image

nakowe  schematy  i modele  wzięte  z jakiejś
książki czy czasopisma z lat 80. 

Przy  okazji  wyszło  na  jaw,  że  projekt

ostrzegacza o gołoledzi z EdW 4/2000 str. 78
też jest wzorowany na tym źródle.

Pojawiły się także pojedynczo inne intere−

sujące  schematy.  Niektóre  dotyczą  wykorzy−
stania popularnego stabilizatora uA723, który
zawiera porządne źródło napięcia odniesienia,
komparator i tranzystory wykonawcze. Układy
są  godne  uwagi  i zasługiwałyby  na  nagrody,
jednak  na  podstawie  opisów  zawartych  w li−
stach,  mogę  przypuszczać,  iż  nie  są  to  orygi−
nalne  opracowania  tych,  którzy  je  nadesłali.
Nie  mam  co  do  tego  absolutnej  pewności,
z jednej strony nie chciałbym skrzywdzić niko−
go niesłusznym podejrzeniem, a z drugiej nie
mogę  dopuścić,  by  Szkoła  Konstruktorów
przekształcała się w Szkołę
Kopistów.  Cenię  natomiast
wszelkie 

samodzielne

próby i przydzielam nagro−
dy nawet wtedy, gdy końco−
wy efekt jest słaby. Oto dwa
fragmenty listów. 

Kamil Więcek z Łowi−

cza  napisał:  Mam  14  lat
(...).  Elektroniką  interesuję
się  od  około  2  lat.  Zaczęło
się  tak,  że  któregoś  dnia
wracając od lekarza posta−
nowiłem kupić wasze pismo
(5/97),  lecz  na  samym  po−
czątku nie byłem zachwyco−
ny,  ponieważ  nic  nie  rozu−
miałem.  A jak  osiągnąłem
dzisiejszy poziom wiedzy?

To proste! Przez niemal

3 lata nie kupowałem EdW,
ale  gdy  się  nudziłem,  nie−
mal  za  każdym  razem  się−
gałem  po  jedyny  w mojej
kolekcji  numer  EdW  5/97.
I tak  oglądając  po  raz  mi−
lionowy  to  samo,  coś  tam
pojąłem.  Zapewne  moja
wiedza z dziedziny elektro−
niki nie jest zbyt duża, jed−
nak chcę się zająć elektro−
niką na dobre. Teraz kupuję EdW regularnie
i w miarę  swoich  możliwości  będę  się  starał
brać udział w Szkole i nie tylko. (...)

Wprawdzie  propozycja  Kamila  nie  jest  re−

welacyjna,  niemniej  zachęcam  do  zdobywania
wiedzy i dalszych prób. W ciągu ponad czterech
lat istnienia naszej Szkoły miałem okazję obser−
wować,  jak  rośnie  poziom  prac  niektórych  jej
młodziutkich  uczestników.  Już  nie  raz  dotarły
też do mnie opinie dużo starszych osób, pełnych
podziwu  dla  pomysłowości  i wiedzy  najmłod−
szych uczestników naszej Szkoły.

Oto następny list. Wspomniany już Artur Filip

pisze: (...) uczęszczam do pierwszej klasy (...) LO im.
Ruy Barbosa w Warszawie. Elektroniką interesuję
się od półtora roku, choć ta dziedzina fascynowała

mnie od małego. Nie mam prawa nazywać siebie
choćby początkującym amatorem, choć niewątpli−
wie  w ostatnim  czasie  wiele  się  nauczyłem.  A to
wszystko dzięki WAM, za co najgoręcej dziękuję. Tak
trzymać jak najdłużej!!!

Do EdW piszę po raz pierwszy. Wielokrot−

nie już rozwiązywałem drobne konkursy, krzy−
żówki,  ale  nie  byłem  zdecydowany  do  wysła−
nia. Z początkiem nowego roku postanowiłem
wziąć udział  w Szkole  Konstruktorów.  Skusiły
mnie szczególnie listy uczestników i komenta−
rze na temat tych, którzy czynią wyraźne postę−
py dzięki Szkole. (...)

Czytałem już prawie wszystkie Szkoły Kon−

struktorów (nabyłem stare numery) i zauważy−
łem  kilka  uwag,  które  powtarzają  się  niemal
od początku i postanowiłem ich kategorycznie
przestrzegać. W końcu po coś to wszystko pi−

szecie,  a mnie  zawsze  po−
wtarzali, że dobre przyzwy−

czajenia,  których  nabiera
się  na  początku,  zawsze
później procentują. Dlatego
po  pierwsze  staranność
pracy,  prawidłowo  naryso−
wany schemat i jasny opis −
z tym było zawsze najgorzej
i wiem  że  będzie  miał  Pan
wiele  uwag,  ale  postaram

się, by następne prace były

lepsze.  Po  drugie  analiza.
Z tym już było bardzo trud−
no (...) podjąłem istotne po−
stanowienie − układ ma być
prosty jeden układ scalony.
(...).  Projektowanie  układu
było etapowe: wstępne pro−
jekty,  trzy  wykonane  płytki
(każda  następna  mniejsza
i prostsza) (...).

Główną  ideą  zadania

była  stabilność  termiczna
(...)  na  dokładność  mają
wpływ tylko rezystory. Wy−
starczy zastosować metali−
zowane  o tolerancji  1%
lub mniej (...)

Cieszę się, że wciąż no−

wi  Czytelnicy  odkrywają

dla siebie piękny świat elektroniki. Propozycja
Artura jest  jak  najbardziej  poprawna  − wspo−
mniałem o niej wcześniej. Oczywiście zachę−
cam do udziału w następnych zadaniach.

Uwagi 
końcowe

Gratuluję  wszystkim,  którzy  zmierzyli  się
z zadaniem 48. Nagrody i upominki otrzyma−
ją:  Barbara  Jaśkowska,  Dariusz  Knull, 
Mariusz  Wesołowski,  Piotr Wójtowicz, 
Łukasz Cyga, Artur Filip, Krzysztof Nytko
i Adam Pałubski
. Punkty otrzymują wszyscy
wymienieni uczestnicy.

Gratulacje  i punkty  (1...7)  należą  się  po−

nadto  wszystkim  uczestnikom  wspomnia−

nym  imiennie.  Dodatkowo  chciałbym  je−
szcze wymienić Marcina Żuchowskiego ze
Zgierza, Piotra Krawczyka z miejscowości
Starcza,  Dariusza  Tomczyka z Radomia,
Roberta Gawrona z Rabki i Marcina Mal−
ca 
z Babic, w których pracach też znalazłem
coś godnego pochwały.

Znów  muszę  powrócić  do  poprzednich  za−

dań. Z różnych powodów niektóre prace docie−
rają do mnie po terminie. I tak trafiły do mnie
dwa  rozwiązania  poprzedniego  zadania.  Mar−
cin Biernat 
z Rozalina zaproponował budowę
kilku prościutkich wskaźników, z których część
prezentowana była w EdW. Natomiast Mariusz
Wesołowski 
z Radomia proponuje prostownik
aktywny  z automatycznym  przełącznikiem  za−
kresów.  Pojawił  się  także  jeden  rozbudowany
wskaźnik przepalonej żarówki Pawła Korejwy
z Jaworzna.  Paweł  zaproponował  stworzenie
sieci  do  szeregowego  przesyłania  informacji
o przepalonych  żarówkach.  Pomysł  ciekawy,
ale za bardzo rozbudowany. Jednak idea może
być  wykorzystana  do  realizacji  innych  zadań.
Ponieważ  wymienieni  Koledzy  często  biorą
udział w Szkole, dodaję im punkty.

Tyle  na  dziś.  Jak  zwykle  serdecznie  po−

zdrawiam  wszystkich  uczestników  i sympa−
tyków Szkoły. Zachęcam do spróbowania sił
w kolejnych zadaniach.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

PS. W najostatniejszej chwili, już po od−

daniu  materiałów  do  Redakcji,  dotarły  do
mnie (teoretyczne) prace kilku kolegów. Ra−
fał  Wojciechowski 
z Rybna  zaproponował
dwupunktowy  sygnalizator  z trzema  tranzy−
storami.  Sławomir Lewiński z Oświęcimia
przysłał  schemat  sygnalizatora  tranzystoro−
wego, który zapewnia miganie diody i jej cią−
głe  świecenie  przy  obniżaniu  temperatury.
Filip Rus z Zawiercia przysłał schemat z ko−
stkami LM358, 385, 335 i trzema LED−ami.
Natomiast Zbigniew Meus z Dąbrowy Szla−
checkiej  proponuje  układ  z czujnikiem
LM335,  wzmacniaczem  741  i drabinką
czterech  diod.  Wymienieni  Koledzy  otrzy−
mują punkty (2...3).

36

Szkoła Konstruktorów

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

Punktacja
Szkoły Konstruktorów

Dariusz Knull Zabrze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Marcin Wiązania Gacki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Paweł Korejwo Jaworzno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Marcin Piotrowski Białystok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Tomasz Sapletta Donimierz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Rafał Wiśniewski Brodnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Jarosław Kempa Tokarzew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Krzysztof Kraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Barbara Jaśkowska Gdańsk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Bartłomiej Stróżyński Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Krzysztof Nytko Tarnów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Jakub Mielczarek Mała Wola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Mariusz Nowak Gacki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Mariusz Wesołowski Radom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Fot. 11

Fot. 9

Fot. 10