Listy od Piotra O paskudztwach i czarodziejach, czyli zakłócenia w układach elektronicznych Prezentowany cykl artykułów przeznaczo- ją się dziedziną nieporównanie łatwiejszą, dwa tygodnie po zainteresowaniu się elek- ny jest wyłącznie dla analogowców , czy- a podane dalej informacje mogłyby im po- troniką i po przeczytaniu kilku książek. Po- li tych, którzy budują układy analogowe, ważnie zaszkodzić, na zawsze odbierając dane informacje uświadomią im, że dobry zarówno audio, jak i pomiarowe. Poniższe- spokój umysłu! konstruktor musi zdobyć solidną dawkę wie- go artykułu pod żadnym pozorem nie po- Z podanym materiałem powinni koniecz- dzy teoretycznej i praktycznego doświad- winni czytać ci, którzy wykorzystują wy- nie zapoznać się wszyscy ci, którym wyda- czenia, a tego nie sposób osiągnąć ani łącznie układy cyfrowe! Cyfrowcy zajmu- je się, iż konstruktorem można zostać w w dwa tygodnie, ani nawet dwa miesiące. część 5 Rysunek 31 pokazuje uproszczony sche- jest w przypadku popularnych wzmacniaczy Uwaga! Osoby niepełnoletnie mat blokowy wzmacniacza mocy audio zrealizowanych według rysunku 32c, które mogą przeczytać niniejszy artykuł z przedwzmacniaczem i korektorem. Sche- zwykle są blokami systemu z rysunku 31. wyłącznie pod opieką wykwalifiko- mat blokowy czy nawet ideowy nie zwiastu- I wszystko byłoby dobrze, gdyby punkty J, wanych osób dorosłych! je żadnego problemu związanego z masą. K, L, M miały dokładnie ten sam potencjał. Artykuł zawiera bowiem wiele Trzeba jednak pamiętać, że w rzeczywistości Jak jednak wiesz, obwód masy ma jakąś nie- szokujących wiadomości, które mo- sygnał nie wędruje pojedynczym przewo- zerową rezystancję i indukcyjność. Schemat gą nieprzygotowanego odbiorcę po- dem. Sygnał to napięcie, a napięcie zawsze blokowy typowego wzmacniacza należałoby zbawić snu, doprowadzić do cięż- występuje między dwoma punktami. Doty- więc raczej narysować jak na rysunku 33a. kiego rozstroju nerwowego, a na- czy to zarówno wejść, jak i wyjść poszcze- I tu już widzisz jasno, że napięciem wejścio- wet do śmierci ze zmartwienia. gólnych bloków. Mało który wzmacniacz czy wym dla następnego stopnia jest nie tylko przedwzmacniacz ma po dwa niezależne za- czysty sygnał z poprzedniego, ale też spa- ciski wejściowe i wyjściowe, jak przykłado- dek napięcia na fragmencie obwodu masy. wy przedwzmacniacz z wejściem i wyjściem Wyrazniej pokazuje to rysunek 33b. Obwody masy i zasilania symetrycznym według rysunku 32a, który Wukładzie według rysunku 33 oporność ma- Podane w poprzednim odcinku informacje reaguje na sygnał występujący między punk- sy sama w sobie nie jest problemem. Problemy o rezystancji i indukcyjności połączeń (ście- tami A B, a sygnał wyjściowy dostępny jest pojawią się, jeśli przez te rezystancje masy po- żek i przewodów) oraz o szkodliwych pojem- między punktami D E. Punkty Bi Dmożna płyną prądy. Prądy te, płynąc przez oporności nościach między nimi nie powinny przera- zewrzeć do masy uzyskując układ z trzema masy, wywołają na niej spadki napięcia. Pomię- żać. Zwłaszcza w czystej technice cyfro- zaciskami według rysunku 32b. Wtedy dzy poszczególnymi punktami obwodu masy wej przy zastosowaniu względnie powolnych oczywiście wzmacniacz reaguje na sygnał pojawią się wtedy niewielkie napięcia stałe układów CMOS4000 prawie wszystkie te napięciowy występujący między punktami i zmienne. Te spadki napięcia zostaną potrak- uboczne efekty można spokojnie pominąć A C, natomiast sygnałem wyjściowym jest towane jako sygnał i wzmocnione. Mogą spo- wpływ wspomnianych czynników skutecznie napięcie między punktami C E. Tak samo wodować zniekształcenia sygnału, a w skraj- likwiduje się, stosując jeden lub kilka małych nym przypadku nawet dopro- kondensatorów ceramicznych odsprzęgają- wadzić do samowzbudzenia cych zasilanie. Nieco trudniej jest przy stoso- wzmacniacza. waniu szybkich układów cyfrowych, np. 74F, I tu doszliśmy do istoty 74AS, 74AC, 74ACT, gdzie zbocza sygna- problemów związanych z ma- łów cyfrowych są bardzo ostre i mają czasy są: nie ma tu ani odrobiny ma- rzędu jednej nanosekundy. Jednak mimo gii, a przyczyną kłopotów są wszystko cyfrowcy mają zadanie niepo- spadki napięcia między po- równanie łatwiejsze niż konstruktorzy sprzę- szczególnymi punktami ob- tu analogowego. W wielu szybkich i precy- wodu masy. Cały problem zyjnych układach analogowych nie można Rys. 31 wynika z przepływu prądu bowiem załatwić problemu kondensatorami przez obwody masy o nieze- odsprzęgającymi i pominąć tego, co dzieje Rys. 32 rowej oporności. Wielkość się w obwodach masy oraz w szynach zasila- nia. Dotyczy to zwłaszcza układów pomiaro- wych, sprzętu audio oraz niektórych współ- czesnych mieszanych urządzeń (mixed mo- de) zawierających zarówno obwody analogo- we, jak i cyfrowe. Zazwyczaj najwięcej uwa- gi trzeba poświęcić obwodowi masy - zapew- ne czujesz, że jest to najważniejszy obwód w urządzeniu. Przyjrzyjmy się temu proble- mowi bardzo dokładnie. Zrobimy to na przy- kładzie wzmacniaczy audio. Elektronika dla Wszystkich 20 Listy od Piotra tych szkodliwych spadków napięcia zależy ko dodatkowe, niepożądane sygnały audio. można go pominąć, nawet jeśli nie grozi sa- od dwóch czynników: Te szkodliwe sygnały, przedstawione na ry- mowzbudzeniem. 1. oporności obwodu masy, sunku 33, wynikają z przepływu składowych W obwodach masy mogą jednak wystę- 2. natężenia prądu w obwodzie masy. zmiennych prądu przez rezystancję masy. pować nie tylko składowe odpowiadające sy- I tu masz dwa podstawowe kierunki wal- Słusznie domyślasz się, że te składowe gnałowi użytecznemu. Na przykład we ki z omawianym problemem: zmienne to zmiany prądu zasilania w takt sy- wzmacniaczu zasilanym napięciem pojedyn- Po pierwsze, żeby zmniejszyć rezystan- gnału. Inaczej mówiąc, te szkodliwe składni- czym w obwodzie masy wystąpią jakby wy- cję, obwód masy powinien zawierać szerokie ki mogą mieć częstotliwość i kształt sygnału prostowane jednopołówkowo połówki sy- ścieżki i grube przewody. Po drugie, należy użytecznego. Gdy sumują się dwa sygnały gnału, jak pokazuje to rysunek 36a. Wynika zastosować przemyślane połączenie obwodu zmienne, to jeśli mają tę samą częstotliwość to ze sposobu pracy wzmacniacza prąd jest masy i taką konfigurację układu, żeby mini- i fazę, amplituda zwiększy się, a jeśli faza pobierany z zasilacza tylko w jednej połówce malizować wartość prądu w newralgicznych jest przeciwna, amplitudy się odejmą przy- sygnału (dodatniej) i wtedy przepływa on obwodach masy. pomina o tym rysunek 34. Ponieważ w rze- przez głośnik i doładowuje wyjściowy kon- Te podstawowe zasady są oczywiste, jed- czywistym układzie wystąpią przesunięcia densator głośnikowy. Podczas drugiej (ujem- nak w praktyce wcale nie jest łatwo uniknąć fazowe, więc wystąpią też sytuacje pośre- nej) połówki zródłem prądu płynącego przez rozmaitych pułapek. W grę wchodzą różne dnie. Sygnały i zakłócenia o różnych często- głośnik jest właśnie kondensator wyjściowy, czynniki i nie ma jednoznacznych recept dla tliwościach będą mieć inną fazę. Generalnie, każdej sytuacji dlatego trzeba przyjrzeć się czym większa częstotliwość, tym większe Rys. 34 problemowi jeszcze dokładniej. przesunięcie fazy, więc dla pewnych często- tliwości nastąpi dodawanie amplitud, co Zasilanie napięciem w skrajnym przypadku może doprowadzić do pojedynczym samowzbudzenia, a dla innych odejmowanie Wukładach zasilanych napięciem pojedyn- amplitud, co samowzbudzeniem nie grozi, czym, w obwodzie masy płyną nie tylko prą- ale spowoduje szkodliwe zniekształcenia li- dy związane z sygnałami, ale też wszystkie niowe. W efekcie charakterystyka amplitu- prądy zasilające. I właśnie wtedy mogą bole- dowa będzie zniekształcona, co z pewną śnie dać o sobie znać zjawiska zilustrowane przesadą pokazane jest na rysunku 35. Pod- na rysunku 33. Warto podkreślić, iż w precy- kreślam, że takie pofalowanie charakterysty- zyjnych układach pomiarowych należałoby ki to zniekształcenia liniowe, wynikające rozpatrywać zarówno występujące napięcia z przepływu przez obwody masy składowych stałe, jak i składowe zmienne. Natomiast o częstotliwościach sygnału użytecznego. wukładach audio analizujemy z reguły tylko Rysunek 35 pokazuje problem w sposób nie- składowe zmienne, które trzeba traktować ja- co sztuczny, niemniej w układach pomiaro- wych i wysokiej klasy systemach audio nie Rys. 33 Rys. 35 Rys. 36 Elektronika dla Wszystkich 21 Listy od Piotra a nie zasilacz. Z kolei we wzmacniaczu most- Przykładowo we wzmacnia- kowym zasilanym pojedynczym napięciem czu zrealizowanym według ry- w obwodzie masy może wystąpić przebieg sunku 37 popełnione są kary- zmienny o częstotliwości dwa razy większej godne błędy: potężny prąd zasi- niż sygnał ilustruje to rysunek 36b. W obu lania końcówki mocy płynie przypadkach oznacza to, że pojawiają się wy- przez obwód masy przedwzmac- ższe harmoniczne sygnału użytecznego. niacza. Spadki napięcia na ob- W praktyce może się okazać, iż w obwodzie wodzie masy między punktami masy mogą też pojawić się jeszcze inne skła- J...M zostaną wzmocnione Rys. 37 dniki, na przykład w pasożytniczej pętli masy w kolejnych stopniach, głównie może indukować się prąd o częstotliwości sie- w przedwzmacniaczu, i nie- Rys. 38 ci pod wpływem pola magnetycznego transfor- chybnie zdeformują sygnał wyj- matora zasilającego. Przecież pętla masy to po- ściowy. jedynczy zwarty zwój uzwojenia wtórnego , Niewątpliwie lepszy jest spo- w którym popłynie prąd zaindukowany głów- sób według rysunku 38, gdzie nie przez pole rozproszenia transformatora za- w obwodzie masy przedwzmac- silającego omawialiśmy to już wcześniej. niacza płynie tylko niewielki Gdy wszystkie takie śmieci zsumują się prąd, więc ewentualne szkodliwe z sygnałem użytecznym, ulegnie on znie- spadki napięcia będą niewielkie. kształceniu. I tu trzeba wyraznie podkreślić, Rysunek 38 sugeruje też, że nie że przy konstruowaniu wzmacniaczy wyso- cały obwód masy musi być zrealizowany dą płynąć w poszczególnych obwodach ma- kiej klasy, gdzie konstruktor chce osiągnąć przewodami i ścieżkami o jednakowej grubo- sy. Warto stworzyć specjalnie do takiego ce- zniekształcenia na poziomie setnych i ty- ści. Masa przedwzmacniacza może być lu szkic obwodu masy, uwzględniający fi- sięcznych części procenta, koniecznie trzeba znacznie cieńsza z uwagi na małe prądy. zyczny przebieg przewodów i ważniejszych uwzględnić omawiane problemy. Może się Z uwagi na opisane niebezpieczeństwo, ścieżek. Sam schemat ideowy jest bowiem bowiem okazać, że osiągnięty poziom znie- zawsze przed wykonaniem modelu zawiera- w tym zakresie wręcz zdradliwy. kształceń nie wynika z właściwości użytych jącego kilka bloków trzeba zastanowić się, układów scalonych, tylko właśnie z nieprze- a jeszcze lepiej zaznaczyć na rysunku monta- myślanego poprowadzenia obwodu masy. żowym, jakimi drogami i jak duże prądy bę- Piotr Górecki Ciąg dalszy ze strony 19. Wejście i wyjście to gniazda RCA wluto- chodzą koszty transportu. Taniej kupimy wano do płytki, ale oczywiście można z nich lampy z ogłoszeń, pojawiających się w prasie zrezygnować i przylutować ekranowane kable. elektronicznej, jak i w Internecie na nie- Montaż i uruchomienie Bufor można obudować i stosować jako których stronach poświęconych lampom czy Układ bufora można zamontować na jedno- samodzielne urządzenie lub wbudować do na grupach dyskusyjnych związanych z au- stronnej płytce drukowanej pokazanej na ry- odtwarzacza CD - jeżeli będzie w nim trochę dio lub elektroniką. sunku 3. Lampa umieszczona jest na pod- miejsca, a okres gwarancji już się skończył. Tańszym rozwiązaniem, chociaż nie za- stawce typu noval (9 nóżek) wlutowanej w Jeżeli na wejściu bufora damy potencjometr wsze możliwym do zrealizowania, jest za- płytkę. np. 50-100k/B, to otrzymamy najprostszy kup na giełdach elektronicznych. Często Lampa ze względu na to, że jest zródłem spo- przedwzmacniacz lampowy, który wpraw- można spotkać ciekawe lampy za dobrą ce- rej ilości ciepła, oddalona jest od wrażliwych dzie nie wzmacnia sygnału, ale może być nę. Zwykle są to tzw. NOS-y, czyli lampy na ciepło elementów (elektrolity). Podobnie użyty do regulowania sygnału (głośności) nieużywane, lecz długo magazynowane, jest z opornikiem redukcyjnym R2 zasilacza. z odtwarzacza CD współpracującego z koń- czasem sprzed wielu lat. Zakup lamp ra- cówką mocy. dzieckiej jeszcze produkcji, bezpośrednio u handlowca zza wschodniej granicy jest Stanisław z reguły okazją, bowiem trioda małej mocy Chrząszcz to wydatek 3-5 zł, podobnie jak podstawka. Lampy większej mocy też są w dobrej cenie 7-20 zł/szt. Dobrą opinią cieszą się militar- P.S. Gdzie moż- ne wersje lamp. na kupić lampy Ostatnia możliwość zdobycia lamp to i podstawki? przeszukanie strychów czy piwnic i rozmon- W Internecie towanie starego radia lampowego czy telewi- znajdziecie wiele zora. W telewizorach wprawdzie nie ma zbyt polskich firm, które wielu interesujących nas lamp, ale czasem wyślą Wam tak zdarzają się podwójne triody PCC88 czy lampy, jak i pod- ECC85. Cenniejsze są podstawki typu noval stawki. Niestety ce- (jak w buforze) do wlutowania na płytkę dru- ny nie są najniższe. kowaną. Ponadto przydają się drutowe rezy- Lampa typu ECC story dużej mocy. W odbiornikach radio- kosztuje 15-50 zł, wych do użytku nadają się pentody mocy podstawka, w za- i podstawki, a transformator zasilający może leżności od typu 4- nam się przydać wpózniejszych, bardziej za- 15 zł. Do tego do- awansowanych konstrukcjach. Elektronika dla Wszystkich 22 Transofon - układ do zmiany Transofon - układ do zmiany wysokości dzwięku wysokości dzwięku 2134 2134 Układ zmieniający wysokość i barwę dzwię- ku. Potrafi przekształcić głos męski w kobie- cy i na odwrót. Przy dużym przesunięciu czę- stotliwości uzyskuje się głos robota . Urzą- dzenie może być wykorzystane jako skram- bler - do utajniania rozmowy przez odwróce- nie pasma częstotliwości, także do ekspery- mentów z dzwiękiem i do... robienia dowci- pów znajomym. Opis w EdW 3/97. Domofon/bramofon Domofon/bramofon 2170 2170 Ten praktyczny układ zapewnia komunikację między mieszkaniem a drzwiami wejściowy- mi lub bramą. Dzięki zastosowaniu głośni- ków i mikrofonów po obu stronach instalacji można prowadzić rozmowę, mając wolne rę- ce. Po za tym gość przy bramie unika cało- wania domofonu, może mówić do niego ze znacznej odległości. Układ może mieć także inne zastosowa- nia, na przykład do komunikacji kasjer-klient w banku czy kasie biletowej albo do komuni- kacji z osobą sparaliżowaną, znajdującą się w innym pomieszczeniu lub budynku. Praktycznie nie wymaga żadnego urucho- mienia ani regulacji. Opis w EdW 11/97. Elektronika dla Wszystkich 23