63
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99
Do czego to służy?
Układ, który chciałbym zaprezentować
Czytelnikom, jest doskonałym przykładem
jak można i trzeba radzić sobie w czasach
ogólnej dostępności wszelakich elementów
elektronicznych. Rzecz dotyczy gotowego
generatora sygnału prostokątnego o często−
tliwości 1MHz (fachowo nazywanego oscy−
latorem kwarcowym 14 – pin DIL). Jest to
element wielu urządzeń: częstościomierzy,
skal cyfrowych, itp. Jest też − niestety – ele−
mentem kilku kitów AVT. Dlaczego nieste−
ty? Otóż element ten jest trudny do kupie−
nia, a jego cena wysoka. Dla przykładu –
w jednej z firm wysyłkowych kosztuje − z po−
datkiem – dwadzieścia złotych. Czas realiza−
cji zamówienia około pięciu tygodni. Posta−
nowiłem więc wziąć sprawę w swoje ręce.
Zaprojektowałem układ będący odpowie−
dnikiem elementu fabrycznego.
Jak to działa?
Schemat elektryczny proponowane−
go układu oraz wyprowadzenia na płytce
przedstawiłem na rry
ys
su
un
nk
ku
u 1
1. Jego moż−
liwości to: generowanie częstotliwości
4MHz, 2MHz, 1MHz, stan spoczynku.
Właściwy generator tworzy bramka
U1D oraz elementy R1, R2, C1, C2, Q1.
Jest to tradycyjny układ z zastosowa−
niem elementu CMOS. Zastosowałem
kwarc 4MHz gdyż te
o częstotliwości 1MHz są
również trudne do dosta−
nia oraz − jak się domyśla−
cie – drogie. Następna
bramka U2C stanowi bufor
separujący oraz umożliwia
zablokowanie przepływu
impulsów przez podanie
na nóżkę 8 zera logiczne−
go. Wejście blokujące
STROB dołączone jest po−
przez rezystor R3 do plusa
zasilania. Dwa przerzutniki
4013 dzielą sygnał przez
dwa i cztery. Dzięki nim
impulsy wyjściowe 2MHz
i 1MHz mają zawsze wy−
pełnienie 50%. Bramki
U1A i U1B stanowią bufo−
ry wyjściowe. Zapytacie
co jest rewelacyjnego
w tym układzie. Tak na−
prawdę to nic. Sama prostota. Atrakcyj−
ność tkwi w wykonaniu. Otóż cały układ
zmontowany został na malutkiej płytce
z wykorzystaniem elementów SMD.
Dzięki temu koszt wszystkich elemen−
tów jest minimalny. Jedyną wadą jest
przeciętny współczynnik stabilności ter−
micznej układu.
Montaż i uruchomienie
Układ można zmontować na maleń−
kiej płytce drukowanej pokazanej na rry
y−
s
su
un
nk
ku
u 2
2. Elementy montujemy po oby−
dwu stronach płytki. Odpowiednie miej−
sca są opisane. Sugeruję by zacząć od
przylutowania układów scalonych. Na−
stępnie rezystory i kondensatory. Kwarc
– wrażliwy na przegrzanie – zostawmy
na koniec. Montujemy go od strony
R
Ry
ys
s.. 1
1.. S
Sc
ch
he
em
ma
att iid
de
eo
ow
wy
y
Uniwersalny generator
kwarcowy 1MHz
2380
V
VC
CC
C
układów scalonych zaginając
wyprowadzenia tak, by leżał
na kostkach. Ułatwieniem
podczas lutowania może być
zamocowanie płytki w ima−
dełku stołowym. Uruchomie−
nie sprowadza się
do zasilenia całości
i sprawdzenia np.
przy pomocy oscy−
loskopu sygnałów
na odpowiednich
wyjściach. Dołą−
czając STROB do
masy sprawdzamy
możliwość zablo−
kowania
impul−
sów.
Kilka uwag na
koniec. Kwarc ste−
rujący
generato−
rem może mieć do−
wolną inną wartość
częstotliwści f. Na
wyjściach otrzyma−
my f, f/2 i f/4. Zasilanie układu
może wynosić od 5 do 15V.
Umożliwia to pracę z elemen−
tami TTL i CMOS. Wyprowa−
dzenia 1MHz, masa i “+” zasi−
lania odpowiadają wyprowa−
dzeniom generatorów fabrycz−
nych. Zasilanie układu powin−
no być odsprzęgnięte konden−
satorami 10uF/25V i 100nF.
J
Ja
arro
os
słła
aw
w B
Ba
arra
ań
ńs
sk
kii
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99
64
Wykaz elementów
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2, 2k
Ω
SMD
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10M
Ω
SMD
R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
Ω
SMD
C1,C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22pF SMD
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF SMD
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4011 SMD
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4013 SMD
Q1 . . . . . . . . . . . . . . . . .kwarc 4,000MHz
Uwaga: w komplecie elementów rezystory
i kondensatory wystąpią w podwójnej liczbie
− jest to zapas na wypadek drgnięcia ręki.
K
Ko
om
mp
plle
ett p
po
od
dzze
es
sp
po
ołłó
ów
w zz p
płły
yttk
ką
ą
jje
es
stt d
do
os
sttę
ęp
pn
ny
y w
w s
siie
ec
cii h
ha
an
nd
dllo
ow
we
ejj
A
AV
VT
T jja
ak
ko
o k
kiitt A
AV
VT
T−2
23
38
80
0
R
Ry
ys
s.. 2
2.. S
Sc
ch
he
em
ma
att m
mo
on
ntta
ażżo
ow
wy
y
C
Ciią
ąg
g d
da
alls
szzy
y zze
e s
sttrro
on
ny
y 6
62
2
Z tego względu tranzystor T2 musi być wy−
posażony w niewielki radiator z kawałka
blachy.
Jak wykazano, rezystancja czujnika (wy−
padkowa oporność R1...R4) powinna być ta−
ka, by w trybie czuwania tranzystor T1 był
tuż przed progiem otwierania. Zwiększenie
obciążenia przez nawet niezbyt silne przyci−
śniecie wiertarki do płytki spowoduje wzrost
prądu, a tym samym wzrost napięcia na re−
zystancji czujnika i otwarcie tranzystora T1.
Otwarty tranzystor T1 spowoduje podanie
na wiertarkę praktycznie pełnego napięcia
zasilania (pomniejszonego tylko o 0,6...0,8V).
Po wywierceniu otworu obciążenie
i prąd się zmniejszają, tranzystor T1 zo−
staje zamknięty, napięcie na wiertarce
spada i układ wraca do trybu czuwania.
Jak wspomniano wcześniej, nieobcią−
żona wiertarka niezależnie od napięcia
pobiera niemal taki sam prąd. Jest to bar−
dzo ważna cecha, umożliwiająca działanie
prezentowanego układu. Gdyby obciąże−
niem nie był silnik wiertarki, tylko inny
odbiornik, układ nie mógłby funkcjono−
wać w opisany sposób − po włączeniu
tranzystora T1 i podaniu pełnego napięcia
na obciążenie prąd znacznie wzrósłby
i zestaw tranzystorów T1, T2 zatrzasnął−
by się, podobnie jak tyrystor.
W tym miejscu
należy wyjaśnić, iż
takie połączenie
tranzystorów rze−
czywiście ma wła−
ściwości bardzo
podobne do tyry−
stora. Trzeba też
pamiętać,
że
w drugim trybie
pracy,
gdy
na
wiertarkę poda−
wane jest pełne
napięcie, a prąd
jest
znacznie
większy od prądu
“spoczynkowe−
go”, większa
część tego prądu
płynie przez ob−
wód emiter−baza
tranzystora
T1.
Właśnie dlatego
także tranzystor
T1 powinien być
tranzystorem mo−
cy, o
katalogo−
wym prądzie bazy
większym niż prąd
pracy
wiertarki.
Z d e c y d o w a n a
większość tranzy−
storów mocy ma
prąd bazy rzędu
kilku amperów i takie tranzystory śmiało
można stosować jako T1. Tranzystor T2
w zasadzie mógłby być tranzystorem śre−
dniej mocy, ponieważ w najgorszym przy−
padku (w trybie czuwania) wydziela się na
nim co najwyżej 2...5W mocy. Natomiast
w drugim trybie, gdy oba tranzystory są
otwarte, wydziela się w nich moc strat
mniejsza niż 1W. Dlatego też tranzystor T1
nie potrzebuje radiatora, choć musi to być
tranzystor mocy o prądzie bazy rzędu kilku
amperów.
Kto chce, może sprawdzić, jak zmienia−
ją się właściwości układu przy zmianach
rezystancji R5. Testy praktyczne wykazały,
iż podane wartości (1,2k
Ω
, 510
Ω
) są opty−
malne. Przy próbach zmian wartości ele−
mentów R5, R6 należy pamiętać, że część
prądu płynącego przez R5 to prąd bazy T2.
Można wiec usunąć R6 i dobrać R5 dla da−
nej wiertarki i konkretnego egzemplarza
tranzystora T2 (stosownie do jego wzmoc−
nienia prądowego), by w trybie czuwania
napięcie na wiertarce nie przekraczało 1/3
napięcia nominalnego.
Jeśli natomiast rezystor R6 o wartości
510
Ω
będzie zastosowany, musi to być
rezystor o obciążalności co najmniej
0,5W − przecież na nim w drugim trybie
pracy też będzie występować praktycz−
nie całe napięcie zasilające.
Montaż i uruchomienie
Układ sterownika można zmontować
albo na płytce drukowanej, pokazanej na
rry
ys
su
un
nk
ku
u 2
2, albo w “pająku”. Montaż nie
sprawi trudności. W przypadku wiertarki
AD−19 z oferty AVT zamiast czterech rezy−
storów R1...R4 należy zastosować jeden,
o wartości 2,2
Ω
(0,25W). W innych przy−
padkach wartość rezystancji czujnika prą−
du należy dobrać samodzielnie.
Układ zmontowany ze sprawnych ele−
mentów powinien od razu pracować po−
prawnie.
Gdyby wiertarka po włączeniu zasila−
nia od razu pracowała na pełnych obro−
tach, należy zmniejszyć rezystancję czuj−
nika. Wartość rezystancji czujnika nie mo−
że być zbyt duża, bo spadek napięcia na
nim przekraczałby 0,6V i tranzystor T1
byłby stale włączony. Wartość rezystancji
czujnika nie może też być zbyt mała, bo
układ nie będzie działał po niezbyt dużym
zwiększeniu obciążenia. Doświadczenia
redakcyjne wskazują, że ewentualne do−
branie wartości rezystancji czujnika nie
sprawi kłopotów. Należy zaczynać od
większej wartości rezystora R1, gdy wier−
tarka cały czas pracuje na pełnych obro−
tach, a potem zmniejszać wypadkową re−
zystancje wlutowując równolegle kolejne
rezystory R2...R4, aż napięcie się zmniej−
szy i układ przejdzie w tryb czuwania.
Praktyczne próby wiercenia płytek z uży−
ciem opisanego sterownika jak najbardziej
potwierdziły jego przydatność. Wykonanie
takiego układu można więc zalecić wszy−
stkim posiadaczom miniaturowych wierta−
rek zasilanych prądem stałym.
P
Prro
ojje
ek
ktt o
op
prra
ac
co
ow
wa
an
ny
y w
w R
Re
ed
da
ak
kc
cjjii E
Ed
dW
W
n
na
a p
po
od
ds
stta
aw
wiie
e p
po
om
my
ys
słłu
u P
Piio
ottrra
a W
Wó
ójjtto
ow
wiic
czza
a
R
Ry
ys
s.. 2
2.. S
Sc
ch
he
em
ma
att m
mo
on
ntta
ażżo
ow
wy
y