HH
HH
HH
Projekty AVT






























































Lewitron 1
Zjawisko lewitacji magnetycznej polega na
unoszeniu siÄ™ metalowego przedmiotu
w powietrzu. Unosi się on dzięki działaniu na













niego niewidzialnej dla ludzkiego oka siły
wywołanej przez pole elektromagnetyczne.
UnoszÄ…cy siÄ™ przedmiot nie jest zatem zwiÄ…za-
ny mechanicznie z innym układem. Nie muszę
chyba zapewniać, że stwarza on niesamowite
wrażenie u obserwującej osoby. Obserwowany
lewitujÄ…cy przedmiot przeczy naszej intuicji
i sprawia fenomenalne wręcz uczucie, że coś
jest nie tak.
Opisany poniżej prosty model Lewitronu
powstał przy bardzo niskim nakładzie pracy,
a mimo to udało się osiągnąć imponujący
efekt. Co prawda planowałem przeprowadzić
eksperymenty z innymi czujnikami położenia, fi zyki
np. z czujnikiem indukcyjnym lub ultradz
wiÄ™- P o n a d t o z zakresu
kowym, ale po szczegółowym przemyśleniu czujnik oparty o laser jest bardzo szkoły średniej.
takiej konstrukcji doszedłem do wniosku, że odporny na zakłócenia. Oświetlony światłem Na rysunku 1
prościej jest wykonać model o podobnej zasa- lasera fotorezystor ma rezystancję około jest przedstawiony schematycznie układ
dzie działania, jak ten z majowego numeru 100&!, natomiast oświetlony światłem sło- z elektromagnesem i kulką wykonaną np. ze
EdW (5/04). Taki system antygrawitacyjny, necznym w letni, bezchmurny dzień, posiada stali. Oczywiście nie musi to być kulka 
moim zdaniem, jest bardziej efektowny. rezystancję rzędu 2k&!. Zastosowanie dodat- można wykorzystać dowolny inny przedmiot
Podczas doświadczeń najwięcej pracy kowego fotorezystora, badającego natężenie wykonany z tego materiału. Na rysunku
włożyłem w czujnik położenia obiektu. światła tła, czyni układ odpornym na wszelkie zaznaczyłem siły działające na kulkę. Działa-
Wypróbowałem barierę z diodami LED, zmiany oświetlenia. ją dwie siły: elektromagnetyczna oznaczona
IRED oraz z diodą laserową. Zdecydowanie Uważam, że użycie mikroprocesora do jako Fe, którą wytwarza elektromagnes, oraz
najlepiej wypadł czujnik położenia działający wykonania regulatora jest zupełnie zbędne. siła grawitacji oznaczona jako Fg. Żeby kulka
z diodą laserową. Doprowadzenie obiektu do Układ analogowy, zbudowany w oparciu mogła wisieć swobodnie w powietrzu, wyma-
stanu lewitacji jest bezproblemowe i wyraz
nie o wzmacniacz operacyjny, działa rewelacyj- gane jest, żeby siły Fe i Fg były równe (ale
odczuwa się punkt w przestrzeni, w którym nie. Cechuje go prostota i niski koszt. przeciwnie skierowane). Istnieje zatem punkt
obiekt zaczyna lewitować. W przypadku diod Oprócz czujnika położenia trochę proble-
LED czy IRED ustawienie obiektu w punkcie mu miałem z elektromagnesem. To właśnie
lewitacji sprawiało trochę kłopotu  często brak odpowiedniego rdzenia zniechęcał mnie
zaczynał oscylować i spadał. Ostatecznie zde- do podjęcia prób wykonania urządzenia.
cydowałem się na użycie lasera. Zastosowa- W końcu podjąłem, wykonania rdzenia z do-
nie lasera uprościło również układ elektro- stępnych części. Okazało się, że wystarczy
niczny. Próbowałem wykonać nawet regulator zwykła śruba i drut ze starego transformatora.
z użyciem trzech tranzystorów (wtórnik emite- Powstały efekt lewitacji magnetycznej jest
rowy na wejściu i układ Darlingtona po obwo- naprawdę fantastyczny!
dzie różniczkującym). Układ prawie działał 
obiekt jednak często spadał. Może po dokład- Opis układu
niejszym dobraniu wartości elementów (w Ogólna zasada działania jest jednak prosta
szczególności obwodu różniczkującego) pozo- i można ją opisać, nie wykorzystując do tego
stałbym właśnie przy tamtym rozwiązaniu. nawet matematyki  wystarczy znajomość Rys. 1
EI k ronika Ia Ws ys ki h

Projekty AVT
w przestrzeni, w którym te siły się równowa- podać do wzmacniacza, a następnie na elek-
żą, a jego położenie zależy od siły Fe oraz od tromagnes. Ponieważ światło lasera jest bar-
masy kulki. Choć znajdziemy ten punkt dzo intensywne, wstępny wzmacniacz jest
i umieścimy w nim kulkę, jej lewitacja jest nie- wtórnikiem, czyli ma wzmocnienie 1.
możliwa, ponieważ nawet najmniejsze zakłó- Schemat elektryczny układu pokazany jest
cenie jej pozycji spowoduje spadek kulki albo na rysunku 3. Cała elektronika opiera się tu
przyciągnięcie przez elektromagnes. Można o znany każdemu układ scalony LM358,
jednak na bieżąco badać położenie kulki i regu- zawierający dwa wzmacniacze operacyjne.
lować siłę przyciągania elektromagnesu. Jak Pierwsza połówka tej kostki pracuje jako
wiadomo, siła elektromagnesu zależy od prądu wzmacniacz różnicowy o wzmocnieniu 1.
przepływającego przez jego uzwojenie. Wy- Fotorezystor FR1 odczytuje położenie obiek-
starczy więc opracować układ czujnika badają- tu lewitującego, natomiast FR2 bada natęże-
cego położenie oraz szybkość zmian położenia nie oświetlenia w tle. Takie rozwiązanie unie-
lewitującego przedmiotu i odpowiedni sterow- zależnia pracę czujnika od oświetlenia
nik elektromagnesu. Schemat takiego układu zewnętrznego, gdyż napięcie na wyjściu U2A
widoczny jest na rysunku 2. jest wynikiem odjęcia od napięcia na FR1
Światło lasera tworzy barierę, którą w pe- napięcia panującego na FR2. Na wyjściu U2A
wnym stopniu przecina obiekt lewitujący. otrzymujemy zatem, niezależnie od padające-
Światło, które nie zostało zasłonięte przez go światła z zewnątrz, sygnał informujący
obiekt, dociera do fotoelementu. Fotoelement tylko o natężeniu docierającego światła lase-
zamienia informację o ilości światła na sygnał ra. Warunkiem poprawnego działania tego
elektryczny, który następnie wędruje do obwodu jest umieszczenie bardzo blisko sie-
wzmacniacza. Po wzmocnieniu otrzymujemy bie tych dwóch fotoelementów. Ponieważ
jedynie informację o położeniu obiektu, a nas charakterystyki dwóch jednakowych fotoele-
interesuje również szybkość zmian położenia. mentów mogą być nieco przesunięte wzglę-
Tę informację można łatwo uzyskać stosując dem siebie, może stać się konieczne wyrów-
obwód różniczkujący RC (różniczka obrazuje nanie napięć panujących na FR1 i FR2 tak,
szybkość zmian danej funkcji  w tym przy- żeby po oświetleniu jednakowym światłem
padku sygnał z fotoelementu). Po zróżniczko- były one równe. Właśnie do tego celu służy
waniu sygnału z fotoelementu, wystarczy go potencjometr PR1. Uzyskany sygnał jest
następnie podawany na
obwód różniczkujący C5
R6 oraz rezystor R5.
Wzmacniacz U2B jest
skonfigurowany jako
wzmacniacz nieodwracajÄ…-
Rys. 4
cy o wzmocnieniu 28x. Ma
on za zadanie wzmocnić
uzyskany sygnał i podać go całkowicie odizolować diodę laserową od
na bazę tranzystora T1. cewki. Istniało ryzyko uszkodzenia lasera,
Dioda D1 ma za zadanie ponieważ dioda laserowa jest elementem
zgasić wszelkie przepięcia bardzo czułym na wszelkie, nawet najmniej-
powstające na cewce elek- sze przepięcia. Niech świadczy o tym fakt,
tromagnesu. Dioda D2 jest że w trakcie doświadczeń z urządzeniem
Rys. 2
właściwie zbędna  pod- uszkodzeniu uległy 3 diody pochodzące
czas eksperymentów miała z tanich wskaz
ników laserowych. Zmusiło
Rys. 3
EI k ronika Ia Ws ys ki h

Projekty AVT
mnie to do włączenia w obwód diody lasero- Ponieważ w obwodzie cewki nie ma z
ródła dwóch oddzielnych zasilaczy i obawy Autora
wej układu zabezpieczającego, którego sche- prądowego ani żadnego rezystora, zdecydo- dotyczące uszkodzenia diody laserowej przez
mat ideowy pokazuje rysunek 4. Rezystor R wałem się na zasilanie cewki oraz sterownika  śmieci z cewki są uzasadnione tylko pod-
należy dobrać indywidualnie dla danej diody. z osobnych zasilaczy. Całość podłączyłem do czas eksperymentów, a i to częściowo. Same
U mnie wartość R wynosi 68&!, natomiast zasilacza, którego schemat jest na rysunku 5. diody laserowe są wyjątkowo delikatne, najde-
prąd przepływający przez diodę ma wartość W modelu zastosowałem cewkę o rezy- likatniejsze z popularnych elementów. Przy-
15mA. Jej prąd najlepiej ustalić na granicy stancji 4,7&!, która składa się z 793 zwojów czyną uszkodzenia zazwyczaj nie są szpilki
powstawania efektu laserowego, co jest wyraz
- drutu DNE 0,9 pochodzącego ze starego trans- z obwodów zasilania, tylko ładunki elektro-
nie zauważalne w postaci nagłego wzrostu formatora. Rdzeń elektromagnesu stanowi statyczne ludzkiego ciała i ubrania. Montaż
intensywności światła. śruba M10. Najlepiej jeżeli posiada ona pół- diod laserowych przeprowadzany jest w spe-
okrągły łeb. Wykonanie elektromagnesu na cjalnych warunkach, z zastosowaniem środ-
bazie śruby ma tą zaletę, że łatwo regulo- ków eliminujących ładunki elektrostatyczne.
wać odległość obiektu lewitującego od jego Dlatego W ŻADNYM WYPADKU NIE NA-
rdzenia. Taka regulacja jest konieczna dla LEŻY rozbierać całkowicie modułu wskaz
nika
każdego obiektu o innej masie. Dla lekkich laserowego i odłączać diody. Dioda powinna
obiektów odległość ta może wynosić nawet być wlutowana w oryginalny, fabryczny
1,5cm. układ, gdzie jest chroniona, choćby przez
Obwód cewki (zacisk  P ) najlepiej równoległą pojemność.
zasilać napięciem 9V z zasilacza o wydaj- Testy redakcyjne i fotografia na stronie 14
ności prądowej co najmniej 2A. Obwód ste- pokazują, że lewitujące elementy mogą mieć
rownika (zacisk  + ) można zasilić z jakie- znaczną masę, a stabilność położenia lewitu-
gokolwiek zasilacza dającego prąd stały jącego elementu jest bardzo dobra. Podczas
o napięciu 9-15V. Umieszczony na obudo- pracy można np. dwie baterie rozhuśtać,
wie włącznik służy do włączania lasera. a mimo to będą one prawidłowo lewitować.
Montaż i uruchomienie
Układ elektroniczny możemy zamontować
Wykaz elementów
na płytce pokazanej na rysunku 6. Przed
R


y
s

o
r
y
zmontowaniem układu musimy się zastano- R ys ory
wić nad konstrukcją mechaniczną całego R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 &!
urządzenia. Bardzo ważne jest umiejsco- R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . &!
wienie płytki oraz lasera  światło lasera R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 k&!
musi padać dokładnie w środek FR1 i jed- R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 k&!
nocześnie przechodzić dokładnie nad osią R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 k&!
Rys. 6 Schemat montażowy
rdzenia elektromagnesu. Należy przemyśleć R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 k&!
Rys. 5 również sposób chłodzenia tranzystora T1, R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1k&!
który będzie oddawał sporo ciepła do otocze- R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7k&!
nia. Całą konstrukcję wykonałem z metalu R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 &!
(aluminium oraz stal nierdzewna), a więc nie R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1k&!
K
o
n


n
s
a

o
r
y
miałem problemu z radiatorem, ponieważ Kon nsa ory
jego rolÄ™ peÅ‚ni jeden ze wsporników. Ale 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 µF
można ją przecież wykonać np. z drewna albo , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 nF ra i n
z tworzywa. DecydujÄ…c siÄ™ na metal, należy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 µF 1
jednak zadbać o odizo- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 nF



p
r


w
o

n
i
k
i
lowanie kolektora T1 pr wo niki
od całej konstrukcji, 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1
stosując podkładkę . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 7
mikowÄ…. T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B 11
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Piotr Wojtowicz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
[e-mail] o u Ias rowy uk a op y ny ni w ho i
w sk a s awu
Od Redakcji. Prezentowany układ w cza-
Ko pI po spo w p y k
sie redakcyjnych testów oraz podczas wyko-
s os pny w si i han Iow A T
nywania fotografii zasilany był z jednego z
ró-
ako ki s koIny A T- 7 1 1.
dła o napięciu około 9V. Decyzja o użyciu
EI k ronika Ia Ws ys ki h