8
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
Schemat ideowy wzmacniacza jest poka−
zany na rysunku 1, a montażowy na rysun−
ku 2. Układ może współpracować z dowol−
nym mikrofonem, lub innym źródłem sygnału
małej częstotliwości. Rezystor R2 potrzebny
jest tylko wtedy, gdy używany jest dwukoń−
cówkowy mikrofon elektretowy; w pozosta−
łych zastosowaniach nie należy go monto−
wać.
Zmienny sygnał wejściowy podawany jest
przez kondensator C4 na nóżkę 3 wzmacnia−
cza operacyjnego U1A, który pracuje w kon−
figuracji wzmacniacza nieodwracającego.
Rezystory R4 i R5 ustalają napięcie stałe na
tej końcówce (napięcie stałe na nóżkach
1 i 2 jest takie same). Wzmocniony sygnał
zmienny przechodzi do drugiego stopnia −
wzmacniacza odwracającego z układem
U1B. Rezystory R12 i R13 ustalają napięcia
stałe na nóżkach 5, 6 i 7 równe połowie na−
pięcia zasilającego. Celowo zastosowano re−
zystor R5 o wartości mniejszej niż R4, aby
napięcie na wyjściu układu U1A było mniej−
sze niż napięcie na nóżce 6 U1B. Wtedy kon−
densator elektrolityczny C8 jest zawsze spo−
laryzowany napięciem stałym o właściwej
biegunowości.
Wzmocnienie ustalane jest przez rezysto−
ry R8, R9 i R15, R16. Przewidziano możli−
wość zmiany wzmocnienia w szerokich gra−
nicach przez wykonanie lub usunięcie zwór
w miejscach oznaczonych na płytce C6, C7,
C11, C12. Oczywiście, rezystory R8, R9, R15
i R16 można według potrzeby zmieniać, byle
ich wartość zawierała się w granicach
1...100kW.
Oprócz standardowych kondensatorów
odsprzęgających zasilanie (C1, C2) w ukła−
dzie celowo zastosowano dodatkową filtrację
napięcia polaryzującego obwody wejściowe
pierwszego stopnia (R1C3), aby uniknąć sa−
mowzbudzenia układu przy wartościach
wzmocnienia rzędu tysięcy. Podobną rolę dla
drugiego stopnia pełni kondensator C18.
APLIKACJE
WZMACNIACZY
OPERACYJNYCH
część 2
Uniwersalny przedwzmacniacz audio współpracujący
z dowolnym źródłem sygnału
Właściwości:
małe szumy i dobre parametry dynamiczne dzięki zastosowaniu nowoczesnego układu NE5532
duże wzmocnienie i szerokie pasmo dzięki zastosowaniu dwóch stopni wzmocnienia
szeroki zakres napięcia zasilającego
Najważniejsze parametry:
Wzmocnienie:
programowane
zworami
10x...10000x
Pasmo przenoszenia: 20Hz...20kHz
Rezystancja wejściowa: 40kW
Zasilanie: 5...24V
3. Programowany
przedwzmacniacz mikrofonowy
*
*
*
*
*
*
*
Wzmocnienie
Zwory w miejscu:
10x
C6, C7, C12
100x
C7, C12
1000x
C12
10000x
bez zwór
W pierwszym numerze naszego
czasopisma zaproponowaliśmy prak−
tyczne zapoznanie się z jednym z “ko−
ni pociągowych” elektroniki − wzmac−
niaczem operacyjnym. Zaprezentowa−
liśmy dwa pożyteczne urządzenia:
przełącznik sterowany dowolnym pilo−
tem i tester podzespołów. Dziś opisu−
jemy kolejne: programowany przed−
wzmacniacz mikrofonowy i dwa miga−
cze dużej mocy.
Wszystkie przedstawione układy
można zmontować na płytce wielofun−
kcyjnej PW−01. Jak zwykle, nie wszys−
tkie zaznaczone na płytce elementy
będą montowane. Dla ułatwienia mon−
tażu zamieszczamy schematy i rysun−
ki zawierające tylko niezbędne ele−
menty i dlatego ich numeracja nie jest
ciągła. Pełny rysunek płytki drukowa−
nej i schemat zawierający wszystkie
możliwe elementy można znaleźć
w EdW1/96 na str. 9.
P ŁY T K I W I E L O F U N K C Y J N E
Dzięki obecności kondensatora C16, na
wyjściu (punkt A) nie występuje napięcie sta−
łe z nóżki 7 układu U1B.
Montaż i uruchomienie
Ponieważ w układzie nie wykorzystuje się
wszystkich elementów, część płytki można
odciąć według zaznaczonej linii, tak jak uczy−
niono to w modelu.
Montaż należy rozpocząć od wykonania
dwóch zwór: między punktami Y,Y oraz
w miejscu rezystora R25.
Wszystkie elementy można zmontować
w dowolnej kolejności, zwracając szczególną
uwagę na biegunowość kondensatorów elek−
trolitycznych oraz położenie podstawki i ukła−
du scalonego.
W modelu zwory programujące wzmocnienie
(w miejscu C6, C7, C15, C16) wykonano z ob−
ciętych koncówek wcześniej wlutowanych
elementów. Właściwe dołączenie mikrofonu
elektretowego w miejsce rezystora R3 ułatwi
rysunek w ramce.
Po zmontowaniu należy starannie spraw−
dzić poprawność montażu według rysunków
1 i 2.
Układ zmontowany ze sprawnych ele−
mentów nie wymaga uruchamiania − od razu
pracuje poprawnie.
Gdyby układ nie chciał pracować, należy
najpierw sprawdzić napięcia stałe na nóżce
7 (połowa Uzas) i nóżce 1 (trochę mniej niż
połowa Uzas). Jeśli te napięcia są inne, nale−
ży
odszukać
uszkodzony lub
błędnie wluto−
wany element,
np. zamienione
rezystory
lub
odwrotnie wluto−
wany kondensa−
tor elektrolitycz−
ny.
Model pokazany
na
fotografii
przy
zasilaniu
12V
pobiera
7mA prądu, przy
24V − 9mA.
Egzemplarz mo−
delowy pracuje
bez zarzutu przy
wszystkich war−
t o ś c i a c h
w z m o c n i e n i a ,
jednak
przy
wzmocnieniu rzędu tysięcy należy zapewnić
dobrą filtrację napięcia zasilającego, szcze−
gólnie gdyby przedwzmacniacz miał współ−
pracować ze wzmacniaczem mocy. W takim
przypadku aby uniknąć samowzbudzenia na−
9
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
P ŁY T K I W I E L O F U N K C Y J N E
Mikrofon elektretowy
Obecnie najpopularniejszy i najtanszy
mikrofon o dookólnej charakterystyce
skuteczności i szerokim pasmie jest
rodzajem mikrofonu pojemnościowe−
go. Ponieważ element czynny ma
właściwości kondensatora i charakte−
ryzuje się bardzo dużą rezystancją
wewnętrzną, więc każdy mikrofon
elektretowy zawiera tranzystor polowy
umożliwiający współpracę z typowymi
dla układów audio impedancjami rzę−
du setek omów...dziesiątek kiloomów.
Najpopularniejsze są mikrofony dwu−
końcówkowe, ale spotyka się często
trzykońcówkowe. Mikrofony dwukoń−
cówkowe muszą być polaryzowane
przez rezystor, pełniący też rolę ob−
ciążenia. Wartość tego rezystora nie
jest krytyczna, zwykle jest rzędu
1...10kW. Czym większa jest ta rezys−
tancja, tym większy sygnał wyjściowy,
ale i większa podatność na zewnętr−
zne zakłócenia. Zakres napięć zasila−
nia mikrofonów trzykońcówkowych
wynosi zwykle 3...15V. W przypadku
mikrofonów dwukońcówkowych wy−
starczy, żeby napięcie na mikrofonie
nie było mniejsze niż 1V.
Należy zwrócić uwagę, że napięcie
zasilające mikrofonu dwukońcówko−
wego musi być dobrze filtrowane, po−
nieważ sygnał użyteczny występuje
na rezystorze obciążenia, który naj−
częściej jest dołączony do plusa zasi−
lania, a nie do masy.
W praktyce łatwo ustalić biegunowość
mikrofonu, bowiem metalowa obudo−
wa połączona jest z końcówką ujem−
ną. W trzykońcówkowych wyjściem
sygnału jest zwykle końcówka środko−
wa.
Rys.1
Rys.2
leży też właściwie poprowadzić obwód masy.
Omówienie tego tematu wykracza jednak po−
za ramy niniejszego artykułu.
W urządzeniach sygnalizacyjnych, alar−
mowych, do sterowania reklam często po−
trzebny okazuje się impulsator, inaczej mó−
wiąc przerywacz lub migacz, który w ustalo−
nym rytmie włącza i wyłącza obciążenie, naj−
częściej żarówki.
Proponujemy dwie wersje takiego urzą−
dzenia. Pierwsza przeznaczona jest do stero−
wania żarówek samochodowych, druga − od−
biorników zasilanych z sieci 220V.
Schematy ideowy i montażowy wersji
pierwszej pokazane są na rysunkach 3 i 4.
Podstawą jest wzmacniacz operacyjny pra−
cujący w roli generatora. Zasadę działania ta−
kiego generatora opisano w EdW1/96 na
str. 14. Częstotliwość przebiegu wy−
10
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
P ŁY T K I W I E L O F U N K C Y J N E
Wzmacniacz nieodwracający
Typowy układ wzmacniacza nieodwracającego pokazany jest na rysunkach. W przy−
padku zasilania układu pojedynczym napięciem konieczny jest obwód polaryzujący
wejście napięciem stałym, równym zwykle połowie napięcia zasilającego, oraz kon−
densator separujący włączony w szereg z rezystorem R2 (rys b, c). Należy dobrze
filtrować napięcie zasilania obwodu polaryzującego wejście, bowiem wszelkie “śmie−
ci” pojawiające się na dodatniej szynie zasilającej mogą przedostawać się do wejścia
i być wzmacniane, co w skrajnym przypadku może nawet spowodować samowzbu−
dzenie − dlatego lepszy jest układ z rysunku c. Na wyjściu układów bi c występuje
napięcie stałe wyznaczone przez rezystory Rp.
Wzmocnienie dla sygnałów zmiennych jest równe: G = 1 + R1/R2
Ważna zaletą jest duża rezystancja wejściowa wzmacniacza;
− w układzie z rysunku a jest ona rzędu megaomów,
− wg rysunku b: Rp/2
− wg rysunku c: R3.
Dolna częstotliwość graniczna zależy od pojemności sprzęgających C1 i C2. Orientacyjnie: fd
= 0,32/(Rp
.
C1) = 0,16/(R2
.
C2) = 0,16/(R3*C1)
Górna częstotliwość graniczna wynika z właściwości wzmacniacza operacyjnego
i zależy od wzmocnienia: większe wzmocnienie − węższe pasmo. Kostka NE5532
przy wzmocnieniu 100 ma pasmo ponad 100kHz.
Wzmacniacz odwracający
Praktyczne układy pracy pokazano na rysunkach.
Wzmocnienie dla sygnałów zmiennych wynosi:
G = R1/R2. Pewną wadą wzmacniacza odwracają
cego jest stosunkowo mała rezystancja wejściowa
równa wartości R2 (rezystancja R1 nie powinna być
większa niż kilkaset kiloomów). Orientacyjna dolna
częstotliwość graniczna: fd = 0,16/(R2
.
C1) , górna −
podobnie jak we wzmacniaczu nieodwracającym.
WYKAZ ELEMENTÓW:
Rezystory
R1,R7,R10: 1kW
R2: 4,7kW
R4,R12,R13: 100kW
R5: 68kW
R8: 9,1kW
R9,R16: 91kW
R15: 10kW
Kondensatory
C1,C3: 47µF/25V
C2: 100nF ceramiczny
C4: 1µF stały
C5,C8,C16,C18: 10µF/25V
Inne
U1: TL082
M1: mikrofon elektretowy
*
płytka drukowana PW−01
4. Impulsator − migacz dużej mocy
Uniwersalny impulsator do
sterowania lampami dużej
mocy
Prosta konstrukcja, niewielka ilość ele−
mentów, łatwy montaż,
łatwy dobór częstotliwości pracy
Szeroki zakres zastosowań: domowe,
motoryzacyjne, przemysłowe.
jściowego wynika z wartości elementów
R11, C9 i można ją zmieniać w bardzo
szerokim zakresie od około 1MHz do
drobnych ułamków herca. W układzie
zawierającym żarówki częstotliwość nie
może być mniejsza niż około 1Hz, po−
nieważ świecące włókno nie zdąży
ostygnąć i efekt migotania będzie słaby.
W naszym układzie wzmacniacz ope−
racyjny U1A nie jest wykorzystany.
W wersji pierwszej elementem wyko−
nawczym jest tranzystor polowy typu
MOSFET. W stanie otwarcia ma on re−
zystancję rzędu ułamka oma (zależnie
od typu), wobec czego nie jest koniecz−
ne stosowanie radiatora nawet jeśli ob−
ciążeniem jest duża żarówka samocho−
dowa o mocy 50W. Przy takiej mocy ża−
11
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
P ŁY T K I W I E L O F U N K C Y J N E
Tranzystor polowy z izolowa−
ną bramką i kanałem N
Podstawową zaletą takiego tranzystora jest
fakt, że obwód bramki praktycznie nie po−
biera prądu − otwieranie tranzystora odby−
wa się pod wpływem napięcia. Gdy napię−
cie UGS między bramką G (gate) a źród−
łem S (source) jest równe zeru, tranzystor
jest zatkany i w obwodzie dren D − źródło
S nie płynie żaden prąd. Przy wzroście na−
pięcia UGS po przekroczeniu pewnego na−
pięcia tranzystor zaczyna się stopniowo ot−
wierać, zmniejsza się jego rezystancja
i w obwodzie dren−źródło może płynąć
prąd. Rezystancja między drenem a źród−
łem zmniejsza się ze wzrostem UGS, ale
nie do zera, tylko do pewnej minimalnej
wartości, w katalogach zwanej RDSon.
Tranzystory na niższe napięcie pracy UDS
mają generalnie mniejszą minimalną rezys−
tancję RDSon. Dla różnych tranzystorów
rezystancje te wynoszą:
BUZ10 (50V) − 0,07W
BUZ11A (50V) − 0,055W
BUZ71A (50V) − 0,12W
BUZ72A (100V) − 0,25W
BUZ73 (200V) − 0,4W
BUZ74 (500V) − 3,0W
BUZ91A (600V) − 0,9W
BUZ92 (600V) − 3,0W
BUZ80 (800V) − 4,0W
W nawiasach podano maksymalne napięcie pra−
cy UDS.
Straty mocy w przewodącym tranzystorze są pro−
porcjonalne do płynącego prądu:
Pstr = I2
.
RDSon
Rys. 3
Rys. 4
Rys. 5
rówki celowe będzie wzmocnienie ście−
żek przewodzących tak duży prąd dru−
tem lub srebrzanką przylutowaną do
punktów lutowniczych i ścieżek.
Różne możliwości podłączenia poka−
zuje rysunek 5. Wersja z rysunku 5b mo−
że okazać się interesująca, bowiem po−
bór prądu przez układ sterujący zawie−
rający “oszczędną” kostkę TL062 wyno−
si tylko 0,38mA (z układem TL082 około
5mA).
Inna wersja impulsatora pokazana jest na
rysunkach 6 i 7. Elementem wykonawczym
jest przekaźnik o obciążalności styków
8...16A, co umożliwia sterowanie dowolnym
obciążeniem, także urządzeniami zasilanymi
z sieci energetycznej. Dioda D4 likwiduje
przepięcia powstające podczas wyłączania
przekaźnika, które mogłyby uszkodzić tran−
zystor. Dzielnik napięcia R21 i R23 jest ko−
nieczny, ponieważ “w stanie niskim” napięcie
na wyjściu układu U1B wynosi prawie 1,5V.
Przy braku R23 powodowałoby to ciągłe
przewodzenie tranzystora T1.
W wersji z przekaźnikiem zaleca się sto−
sować mniejszą częstotliwość przełączania
z uwagi na ograniczoną trwałość styków
przekaźnika − należy zwiększyć pojemność
C9 i ewentualnie także wartość R15 do
1...4,7MW.
Przykładowo przy napięciu sieci 220V
i obciążeniu rezystancyjnym 400W oczekiwa−
na trwałość styków krajowego przekaźnika
RM81 wyniesie około 1mln zadziałań, a przy
200W − dwukrotnie więcej.
Montaż i uruchomienie
W obu wersjach należy wykonać zworę
w miejscu rezystora R14 i wlutować elemen−
ty (w dowolnej, wygodnej kolejności). Poje−
dynczy rezystor oznaczony na schematach
R15+R16 należy wlutować “na leżąco” w ot−
wory przewodziane pod rezystory R15 i R16.
Do wersji z tranzystorem MOSFET płytkę
można obciąć wzdłuż zaznaczonej linii. Nale−
ży też wlutować zworę między punktami Y,
Y i w miejscu kondensatora C16. UWAGA!
Wyprowadzenia drenu i źródła tranzystora T3
trzeba zamienić miejscami − to znaczy odpo−
wiednio wykrępować przed wlutowaniem
w płytkę. W niektórych egzemplarzach płytki
drukowanej PW−01 zdarzają się przerwy mię−
dzy ścieżką masy, a srodkowym punktem lu−
towniczym tranzystora T3 − w razie potrzeby
należy w tym miejscu zeskrobać lakier ze
ścieżki masy i kroplą cyny poprawić połącze−
nie.
W wersji z przekaźnikiem należy dodatko−
wo wlutować zworę w miejsce diody D5, aby
połączyć rezystor R23 do masy.
Piotr Górecki
12
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
P ŁY T K I W I E L O F U N K C Y J N E
WYKAZ ELEMENTÓW:
Rezystory
R11,R12,R13,R15+R16: 100kW
Kondensatory
C1: 47µF/25V
C2: 100nF ceramiczny
C9: 10µF/25V
Tranzystory
T3: BUZ10
Inne
U1: TL062
*
płytka drukowana PW−01
*
przewód dwużyłowy
Rys. 6
Rys. 7