A3

37

Gdy pierwszy raz w życiu stajesz na nartach, nie odbywa
się to na szczycie Kasprowego. Szukasz jakiegoś łagodne−
go, mało stromego stoku, jednym słowem − oślej łączki.
Dopiero gdy na takiej oślej łączce nauczysz się podstaw,
będziesz w stanie bezpiecznie zjechać z Kasprowego.

Niniejszy cykl jest odpowiednikiem wypraw na taką

oślą łączkę. Poszczególne wyprawy pozwalają poznać ko−
lejne najważniejsze zagadnienia elektroniki. Kurs został
pomyślany, by przede wszystkim bawić, a przy okazji
uczyć. Zabawa polega na wykonywaniu różnych poży−
tecznych i ciekawych układów.

W niniejszym cyklu wszelkie interpretacje fizyczne są

mocno uproszczone (o ile w ogóle są), a główna uwaga
jest skierowane na zagadnienia praktyczne. Uwydatnia to
charakterystyczna struktura kursu − każdy odcinek zawie−
ra cztery bloki, wyróżnione kolorami.

Najważniejszy blok to umieszczone na białym tle ćwi−

czenia praktyczne. Podane tu informacje całkowicie wy−
starczą do zbudowania i uruchomienia opisanych ukła−
dów. Nie lekceważ tych ćwiczeń! Samo przeczytanie te−
kstu nie dostarczy Ci wszystkich najważniejszych infor−
macji. Dopiero praktyczne wykonanie i zbadanie zapropo−
nowanych układów pozwoli wyciągnąć wnioski i w pełni
zrozumieć opisane zagadnienia.

Wyróżniony niebieskim kolorem ELEMENTarz

przybliża użyte w ćwiczeniach elementy oraz zawiera in−
ne niezbędne wiadomości.

Warto poświęcić trochę czasu i starannie przeanalizo−

wać zamieszczone na żółtym tle TECHNIKALIA − czyli
najważniejsze wyjaśnienia techniczne. Biblioteczka
praktyka − czwarty blok, wyróżniony jest kolorem różo−
wym, jest przeznaczony dla osób, które chcą projektować

własne układy. W tej części prezentowane są podstawowe
wiadomości niezbędne młodemu konstruktorowi.

Niniejszy materiał jest trzecią wyprawą na oślą łącz−

kę. Aby bezboleśnie rozpocząć swą przygodę z elektroni−
ką, warto zacząć od lekcji pierwszej, oznaczonej A1. Po−
dane są tam podstawowe informacje, w tym dotyczące
montażu oraz kodu kolorowego, stosowanego do oznacza−
nia rezystorów. Kolejne odcinki publikowane są w Elek−
tronice dla Wszystkich, począwszy od numeru 10/2000.

Archiwalne numery Elektroniki dla Wszystkich oraz

zestawy wszystkich elementów oraz materiałów niezbęd−
nych do przeprowadzenia ćwiczeń dostarczane są przez
firmę AVT − szczegóły podano w ramce na końcu artyku−
łu oraz na stronie 120 tego numeru.

W czasie trzeciej wyprawy wykonasz kolejne wspa−

niałe i pożyteczne układy. Znasz już podstawowe prawa
elektroniki, a lutowanie nie jest Ci obce. Przyszła pora na
zapoznanie się z cyfrowym miernikiem uniwersalnym −
multimetrem. Zamiast niego możesz wykorzystywać uni−
wersalny miernik wskazówkowy. Jeśli nie masz żadnego
miernika, nie rozpaczaj − opisywane układy uruchomisz
bez pomocy jakiegokolwiek miernika. Do wszystkich ćwi−
czeń potrzebny będzie zasilacz stabilizowany 12V i prą−
dzie co najmniej 150mA. Nie polecam baterii 9−woltowej,
choć może zasilać niektóre układy. Zaczynajmy więc!

Piotr Górecki

37

Ośla łączka

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

Wyprawa trzecia − A3

Regulator temperatury, Tester refleksu,

Bateria słoneczna, Krzesło elektryczne,

Laserowe zdalne sterowanie, Elektroniczna

klepsydra, Generator wysokiego napięcia,

Laserowa bariera optyczna dalekiego zasięgu

Prąd elektryczny przepływający przez ciało czło−

wieka nie jest obojętny dla zdrowia. Czym więk−

sze napięcie, tym większy prąd i większy wpływ

na organizm.

Napięcia nie przekraczające 24V uznaje się za

bezwzględnie bezpieczne.

Napięcia rzędu 60V i więcej uznawane są za nie−

bezpieczne. Napięcie w domowym gniazdku sie−

ci energetycznej wynosi 220...230V – jest to

więc napięcie groźne dla życia!

Przeprowadzanie prób z układa−
mi dołączonymi wprost do sieci
grozi śmiercią!

Aby zapobiec nieszczęściu, należy zasilać budo−

wane układy z baterii albo z użyciem fabryczne−

go, atestowanego zasilacza, który co prawda

jest dołączany do sieci, ale zastosowane rozwią−

zania zapewniają galwaniczną izolację od sieci

i pełne bezpieczeństwo.

diody krzemowe

„zwykłe“ i Schottky`ego

przyciski

termistor

potencjometr

z gałką

cewka 100 mH

diody LED

dwukolorowa

dioda LED

przekażnik

tyrystor

miniaturowy

kondensatory

rezystory

tranzystory NPN

tranzystory PNP

brzęczyk

piezo

fotodiody

Do tej pory zajmowaliśmy się głównie
prądami. Pora zbadać, jak zmieniają się
napięcia. Zestaw układ według rysun−
ku 1. Rezystora Rx nie montuj na stałe,
w jego miejsce włączaj kolejno rezysto−
ry o wartościach 100

Ω, 1kΩ, 10kΩ. Ja−

sność diody DI wskazuje na wartość
prądu, ale to tym razem jest mniej istot−
ne. Chcemy badać jak zmienia się na−
pięcie w punkcie A. Układ z tranzysto−
rami TX, TY i diodą DU jest monito−
rem napięcia – jasność diody DU wska−
zuje wartość napięcia UA, czyli napię−
cia na rezystorze Rx.

Rezystory R1, Rx tworzą dzielnik na−

pięcia – za pomocą dwóch rezystorów
możesz uzyskać dowolne napięcie UA,
mniejsze od napięcia zasilającego Uzas.
Dzielniki napięcia wykorzystujemy bar−
dzo często.

Przez oba rezystory płynie ten sam

prąd. Czym większa rezystancja Rx, tym
większe napięcie na niej występuje – jest
to zgodne z prawem Ohma (U = I*R).

Jak już wiesz, napięcie nie może zginąć −
jeśli na rezystorze Rx wystąpi jakieś na−
pięcie Ux, to na rezystorze R1 napięcie
wyniesie UB−Ux. Suma napięć Ux, U1
zawsze będzie równa napięciu baterii.

W układzie z rysunku 1 zmień war−

tość R1 na 10k

Ω, a zamiast Rx włącz

termistor, (w skład zestawu A03 wcho−
dzi termistor o rezystancji nominalnej
22k

Ω). Tym razem napięcie w punkcie

A zauważalnie zmienia się pod wpły−
wem temperatury – podgrzej termistor
dotykając go palcami albo lepiej zbliża−
jąc doń gorący grot lutownicy (nie prze−
sadź z podgrzewaniem, bo zniszczysz
termistor).

Jeśli posiadasz zestaw elementów do

poprzedniego ćwiczenia (A02), w miej−
sce Rx wstaw fotorezystor. Sprawdź jak
zmienia się napięcie w punkcie A przy
zmianach oświetlenia (od silnego świa−
tła latarki do całkowitej ciemności). Za−
miast fotorezystora możesz też wstawić
fototranzystor. Uważaj na biegunowość
(patrz poprzednie odcinki). Co się dzieje
z napięciem tak powstałych dzielników?

A teraz zwróć uwagę na rysunek 2,

który pokazuje kilka szczególnych przy−
padków. Jeśli rezystory są jednakowe,
napięcia na nich też są jednakowe, więc
w punkcie A wystąpi 1/2 napięcia zasila−
jącego (względem minusa zasilania).

Jeśli wartość jednego z rezystorów

będzie dwukrotnie większa od wartości
drugiego, napięcie na nim będzie dwu−

A3

38

Tajemnice dzielników
napięcia

Aby z większego napięcia uzyskać mniejsze, sto−
sujemy dzielnik. Podstawowy, książkowy wzór na
napięcie wyjściowe dzielnika podany jest na ry−
sunku A. W ćwiczeniu 2 stwierdziliśmy, że taki
sam podział można osiągnąć przy różnych warto−
ściach rezystorów.

W praktyce trzeba wziąć pod uwagę fakt, że

dzielnik zawsze jest czymś obciążony (część prądu
jest „podkradana”), i w rezultacie napięcie nie zga−
dza się z podanymi powyżej obliczeniami. Precy−
zyjne obliczenie napięcia na rzeczywistym dzielni−
ku nie jest łatwe, bo zazwyczaj wartość prądu

„podkradanego”, na przykład prądu bazy tranzy−
stora, znamy tylko w przybliżeniu. Z kilku wzglę−
dów zaleca się, by prąd dzielnika był kilkadzie−

siąt, a co najmniej dziesięć razy większy od prą−
du „podkradanego”.

Przykładowo, jeśli prąd płynący przez rezysto−

ry dzielnika będzie 100 razy większy od prądu
„podkradanego, wtedy błąd w stosunku do poda−
nych właśnie wyliczeń będzie maleńki, mniejszy
niż 1% − porównaj rysunek B, gdzie teoretyczna
wartość wyliczona ze wzoru wynosi dokładnie 1V.
Jeśli jednak prąd „podkradany” z dzielnika będzie
większy, błąd też będzie odpowiednio większy.
W praktyce trzeba wziąć pod uwagę, że stosowane
rezystory mają swą tolerancję, zwykle 5% .

Obliczając dzielnik znamy wartość napięcia za−

silającego i wiemy, jakie napięcie dzielnika chce−
my uzyskać. Obliczenia powinniśmy zacząć

38

Ośla łączka

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

E

LEMENT

arz

TECHNIKALIA

Potencjometr,
rezystor zmienny

Mówiąc najprościej, po−
tencjometr to zmienny re−
zystor. Wystarczy naryso−
wać miękkim ołówkiem na
kartce grubą kreskę. Cien−
ka warstwa grafitu (odmia−
na węgla) przewodzi prąd.
Przesuwając sondy mierni−
ka wzdłuż węglowej ścieżki można zmieniać
rezystancję. Dokładnie tak działają potencjo−
metry węglowe (w których ścieżka przewo−
dząca jest zbudowana z grafitu).

Dawniej kilka potencjometrów (węglo−

wych) można było znaleźć w każdym radio−
odbiorniku i telewizorze, gdzie służyły mie−
dzy innymi do regulacji siły głosu. Dziś jest
ich tam coraz mniej, bo są wypierane przez
elektroniczne systemy regulacji. Nadal czę−
sto stosowane są jedynie niewielkie poten−
cjometry montażowe, wykorzystywane
w procesie regulacji wstępnej, niedostępne
dla użytkownika. Obok popularnych i tanich
potencjometrów węglowych, stosowane są
także zdecydowanie lepsze potencjometry
cermetowe (cermet – ceramika + metal).
Czasem spotyka się też potencjometry druto−
we, a bardzo rzadko takie, gdzie warstwa
czynna wykonana jest ze specjalnego, prze−
wodzącego tworzywa sztucznego.

Potencjometry montażowe nazywane są

często peerkami. Ta zwyczajowa nazwa po−
chodzi stąd, że na schematach oznacza się je
często literami PR. Precyzyjne, wieloobroto−
we cermetowe potencjometry montażowe na−
zywane są helitrimami. Na fotografiach mo−
żesz zobaczyć różne potencjometry. Każdy
z nich zawiera przewodzącą ścieżkę oraz ru−
chomy suwak.

Ćwiczenie 1

Połączenie równoległe

i szeregowe − rozkład napięć

Rys. 1

Rys. 2

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

p

p

p

p

o

o

o

o

t

t

t

t

e

e

e

e

n

n

n

n

c

c

c

c

jj

jj

o

o

o

o

m

m

m

m

e

e

e

e

t

t

t

t

r

r

r

r

y

y

y

y

Rys. A

A3

39

krotnie większe niż na tym drugim: na
jednym wystąpi 1/3 napięcia zasilania,
na drugim 2/3 napięcia zasilania.

Jeśli wartość jednego rezystora bę−

dzie trzykrotnie większa od drugiego,
napięcie punktu B względem minusa za−
silania wyniesie 3/4 napięcia zasilania –
patrz napięcie w punkcie C. Podobnie
dla dziewięciokrotnej różnicy – sprawdź
napięcie w punkcie D. Zwróć uwagę na
wartości rezystorów i na to, jaki ułamek
napięcia na nich występuje. Czy już in−
tuicyjnie czujesz sprawę podziału napię−
cia? Tak czy inaczej, zajrzyj do części
TECHNIKALIA.

Weź jeszcze potencjometr i zbuduj układ
według rysunku 3. Przestawiając suwak
potencjometru, dowolnie zmienisz napię−
cie na nim (Us) w zakresie od zera do peł−
nego napięcia zasilania. W „dolnym” po−

łożeniu suwaka
napięcie Us jest
najmniejsze

−

równe

zeru,

w „górnym” poło−
żeniu – najwięk−
sze, równe napię−
ciu zasilającemu.
A w

połowie?

W zastawie A3 do
tej lekcji znaj−
dziesz potencjo−
mer 10k

Ω ozna−

czony literą A, tak
zwany liniowy.
Jeśli w swoich
zbiorach

znaj−

dziesz potencjo−
metry z literami
B, C lub M+N lub jeszcze innymi,
sprawdź, jakie napięcie występuje w po−
łowie drogi suwaka – będzie inne niż po−
łowa napięcia zasilania.

Chyba to jest oczywiste, że pracują−

cy potencjometr również jest regulowa−
nym dzielnikiem napięcia – zobacz
rysunek 4.

od spodziewanej wartości prądu
„podkradanego” – trzeba oszaco−
wać jaki to będzie prąd. Potem
wyznaczymy z grubsza prąd pły−
nący przez rezystory dzielnika,
który ma być kilkadziesiąt razy
większy. Wiedząc, jakie napięcie
chcemy osiągnąć i znając prąd
dzielnika, obliczymy wartość jed−
nego z rezystorów dzielnika. Zna−
jąc napięcie na drugim rezystorze
i prąd dzielnika, obliczymy rezy−
stancję drugiego rezystora.

Oto przykład. Mamy zaprojek−

tować dzielnik napięcia jak na

39

Ośla łączka

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Diody krzemowe

Dioda to dwu−
k o ń c ó w k o w y
element elek−
troniczny. Na−
zwa pochodzi jeszcze z epoki lamp elektro−
nowych (dioda – lampa dwuelektrodowa).
Obecnie zdecydowanie najczęściej wykorzy−
stywane są nie diody świecące, znane Ci od
początku cyklu, tylko „zwykłe” diody krze−
mowe o symbolu pokazanym na rysunku
obok. Nie ma problemu z identyfikacją koń−
cówek – katoda oznaczona jest kolorowym
paskiem – zwróć uwagę na fotografię, przed−
stawiającą różne diody.

Czasem na schematach daje się tylko

oznaczenie Si (Si – symbol chemiczny krze−
mu), co wskazuje, że można wykorzystać do−
wolną „zwykłą” diodę krzemową (w prakty−
ce stosujemy wtedy najpopularniejszego obe−
cnie „szklaczka” – diodę 1N4148).

Działanie „zwykłej” diody jest bezna−

dziejnie proste − klasyczna dioda przewodzi
prąd tylko w jednym kierunku. Jeśli dioda

Czy wiesz, że...

woltomierz zawsze włącza

się do badanego obwodu

równolegle.

Ćwiczenie 2

Rozkład napięć

Oporność wewnętrzna dzielnika

Rys. 3

Rys. 4

A teraz bardzo ważna sprawa praktycz−
na. Na rysunku 5 znajdziesz cztery ko−
lejne dzielniki napięcia. Nie buduj ukła−
du, odpowiedz tylko, jakie będą napięcia
w punktach A, B, C, D?

Tak jest, napięcia będą jednakowe

i wyniosą 10/11 napięcia zasilającego!

To czym tak naprawdę różnią się te

cztery dzielniki?

Jeśli chodzi o podział napięcia – nie

różnią się niczym i można je stosować
wymiennie. Różny jest natomiast pły−
nący przez nie prąd. Na przykład w ja−
kimś urządzeniu zasilanym z baterii,
gdzie trzeba minimalizować pobór prą−
du, być może będzie trzeba zastosować
rezystory o możliwie dużej wartości
(1M

Ω, 10MΩ).

Tak, ale...
Niestety, w praktyce dzielnik zawsze

pełni rolę sługi – wytwarza obniżone

Rys. 5

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

3

3

3

3

h

h

h

h

e

e

e

e

ll

ll

ii

ii

t

t

t

t

r

r

r

r

ii

ii

m

m

m

m

y

y

y

y

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

2

2

2

2

„

„

„

„

p

p

p

p

e

e

e

e

e

e

e

e

r

r

r

r

k

k

k

k

ii

ii

“

“

“

“

Rys. B

Rys. C

napięcia dla jakiegoś innego obwodu
czy układu. Ten obwód czy układ jest
dla naszego dzielnika obciążeniem
i „podkrada” zeń prąd. Koniecznie wy−
konaj układ z rysunku 6 i przekonaj się,
w czym problem. Układ modelowy
zmontowany na płytce stykowej pokaza−
ny jest na fotografii 1. Teoretycznie oba
dzielniki powinny zachowywać się tak
samo – w punktach A, B napięcie po−
winno być równe połowie napięcia zasi−
lającego. I tak jest, gdy dzielnik nie jest
obciążony. Za pomocą przełącznika
S dołączamy tranzystor, czyli „podkra−
damy” prąd z jednego lub drugiego
dzielnika. Jasność diody jest proporcjo−
nalna do aktualnego napięcia na bazie
tranzystora. Co powiesz o jasności diody
LED w obu pozycjach przełącznika? Je−
śli masz woltomierz, dołącz go, jak po−
kazuje rysunek i sprawdź napięcia.

Okazuje się, że napięcie na dzielniku

z rezystorami 1M

Ω katastrofalnie spada

po dołączeniu tranzystora, natomiast
przy rezystorach 1k

Ω napięcie praktycz−

nie się nie zmienia.

W TECHNIKALIACH podany jest

wzór na napięcie na dzielniku – pamię−
taj, że dotyczy on dzielnika nieobciążo−
nego. Tak samo rozważania z poprze−
dniego ćwiczenia.

W praktyce stosuje się regułę: przez re−

zystory dzielnika musi płynąć prąd co naj−
mniej dziesięciokrotnie większy niż prąd
„podkradany” z dzielnika przez obciążenie.

Dla ścisłości należałoby dodać, że

dzielnik może być obciążony prądem
wypływającym, jak w omawianych
przypadkach, albo prądem dopływają−
cym – przykłady pokazuje rysunek 7.

Na dzielnik (a także wiele bardziej

skomplikowanych obwodów) warto

rysunku C, by przy zasilaniu 12V napięcie na ba−
zie tranzystora wynosiło 3V.

Oznacza to, że napięcie na emiterze wyniesie

około 2,4V. Przez rezystor R3 popłynie prąd I

E

równy 2,4mA. Wzmocnienie prądowe współcze−
snego tranzystora małej mocy może wynosić
100...1000. Na wszelki wypadek przyjmujemy
najmniejszą wartość: 100. Tym samym prąd bazy,
„podkradany” z dzielnika (Ip) nie będzie większy
niż 24

µA (2,4mA/100). Niech prąd dzielnika, ści−

ślej prąd I

2

będzie około 30 razy większy od prą−

du „podkradanego” 24

µA*30=0,72mA – przyj−

mijmy „okrągłą” wartość 0,7mA (oczywiście mo−
gliśmy wybrać zupełnie inny prąd dzielnika, na
przykład 0,24mA czy 2mA). Teraz obliczamy

wartość R2 jako 3V/0,7mA=4,2857142k

Ω, co za−

okrąglamy do najbliższej wartości z szeregu 5−
procentowego, czyli do 4,3

Ω. Prąd I

1

, ściśle bio−

rąc, będzie większy od prądu I

2

o prąd bazy,

czyli wyniesie około 0,724mA (0,7mA+0,024mA).
Ponieważ na rezystorze R1 ma występować napię−
cie 9V

(12V−3V), wartość R1 wyniesie

9V/0,724mA=12.43094k

Ω, co zaokrąglimy do naj−

bliższej wartości z szeregu, czyli do 12k

Ω.

I to wszystko. Nie bój się zaokrąglać, ponie−

waż w prostych układach precyzja nie jest po−
trzebna. Napięcie dzielnika nie musi być idealnie
równe 3V. Nie ma zresztą na to szans. Przecież
użyte rezystory będą mieć 5−procentową toleran−
cję, tranzystor zapewne będzie miał wzmocnienie

większe niż 100, a napięcie zasilania nie będzie
idealnie równe 12V.

Cała masa masy...

W ćwiczeniu 5 zajmowaliśmy się sprawą masy.
Skąd ta nazwa?

Pochodzi z epoki urządzeń lampowych. Mon−

towane były one na podstawie wykonanej z dość
grubej blachy. Ta blacha z otworami, na której
mocowane były lampy, transformatory i inne
większe elementy nosiła nazwę chassis (czytaj:
szasi). Ujemny biegun głównego napięcia zasila−
jącego podłączony był do tej blachy. Często masę
uziemiano, na przykład łączono z rurą wodociągo−
wą. Aby zmierzyć napięcie w jakimś punkcie

40

Ośla łączka

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

przewodzi, występuje na niej spadek napię−
cia, nazywany napięciem przewodzenia,
oznaczany U

F

(dla najpopularniejszych diod

wynosi on 0,6...0,8V). Jest to niekorzystna
cecha diody – lepiej byłoby mieć diody, na
których nie występuje spadek, czyli strata
napięcia, ale takich diod nie ma. Dioda włą−
czona „odwrotnie”, ściślej – w kierunku za−
porowym praktycznie nie przewodzi prądu.
Występuje na niej wtedy pełne napięcie za−
silające (jest ono napięciem wstecznym,
oznaczanym U

R

) i płynie przez nią jakiś zni−

komo mały prąd wsteczny I

R

. Ilustruje to

rysunek poniżej.

Historycznie wcześniejsze diody wykona−

ne z germanu (Ge) mają napięcie przewodze−
nia niższe od diod krzemowych, ale za to
wielokrotnie większy prąd wsteczny. Diody
germanowe są stosowane rzadko i tylko
w układach radiowych.

Najważniejszymi parametrami „zwy−

kłych” diod są maksymalny prąd przewo−
dzenia (I

F

) i maksymalne napięcie wstecz−

ne (U

R

).

W zależności od przeznaczenia „zwykłe”

diody krzemowe dzieli się na prostownicze,
uniwersalne, impulsowe. Różnią się one
głównie wartością maksymalnego prądu
przewodzenia, szybkością i dopuszczalnym
napięciem wstecznym. Fotografia z następ−
nej strony pokazuje różne diody krzemowe.

Najważniejszymi parametrami diod są:

maksymalny prąd przewodzenia (od tego za−
leży rozmiar diody), który dla najpopular−
niejszych diod wynosi 50mA...6A, oraz ma−
ksymalne napięcie wsteczne, dla najpopular−
niejszych diod wynoszące 50....1000V. Obe−
cnie zdecydowanie najczęściej używane są

A3

40

Rys. 6

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

E

LEMENT

arz

E

LEMENT

arz

TECHNIKALIA

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

1

1

1

1

Rys. 7

układu, należało dołączyć jeden przewód wolto−
mierza do tego punktu, a drugi do... masy, czyli
wspomnianej blachy.

Choć konstrukcja dzisiejszych układów elek−

tronicznych jest zupełnie inna, nadal jeden z obwo−
dów traktuje się jak obwód masy, inaczej mówiąc
jako obwód wspólny, punkt odniesienia.

Bardzo często, ale nie zawsze, jest to obwód po−

łączony z ujemnym biegunem baterii (zasilacza).

Obwód masy rzeczywiście jest obwodem wspól−

nym i nie jest przesadą stwierdzenie, że z kilku
względów jest to najważniejszy obwód w układzie.
Nie będziemy się w to wgłębiać. Na razie przyjmij do
wiadomości, że w każdym układzie traktujemy jeden
z obwodów jako obwód odniesienia, czyli masę.

Tu warto wspomnieć o potencjale i napięciu.

W sumie jest to to samo – chodzi o napięcie. Po−

patrz na rysunek D. Można powiedzieć, że poten−
cjał w punkcie A wynosi +10V, a w punkcie
B –2,2V. Można też powiedzieć, że napięcia
w

tych punktach

wynoszą odpowiednio

+10V i –2,2V. W obu przypadkach na pewno cho−
dzi o napięcie (potencjał) względem masy, bo na−
pięcie mierzymy zawsze między dwoma punktami,
a potencjał zawsze względem punktu odniesienia.

Jeśli powiemy, że napięcie na rezystorze R3

wynosi 6,8V, mamy na uwadze napięcie między
jego końcówkami. Nie powiemy jednak, że na−
pięcie na rezystorze wynosi −6,8V. Nie powiemy
też, że potencjał na rezystorze R3 wynosi 6,8V –
to byłby ewidentny błąd. Możemy natomiast
stwierdzić, że napięcie (potencjał) w punkcie
B względem ujemnej szyny zasilania wynosi
6,8V.

85

Ośla łączka

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

małe „szklaczki” typu 1N4148 oraz jedno−
amperowe diody 1N4001...4007.

Przy okazji przypominam, że diody LED

zbudowane nie są z krzemu, tylko ze związ−
ków arsenu, galu, fosforu, glinu i indu.

Dioda Schottky’ego

Rysunek obok poka−
zuje symbol tzw. dio−
dy

Schottky’ego

(czytaj: szotkiego).
Dioda Schottky’ego
to w zasadzie „zwykła” dioda krzemowa.
Różni się od najpopularniejszych diod krze−
mowych wartością napięcia przewodzenia.
O ile w typowych diodach wykonanych
z krzemu napięcie przewodzenia wynosi
0,6...0,8V, o tyle w diodach Schottky’ego
wynosi 0,3...0,5V. Oznacza to mniejsze stra−
ty napięcia na diodzie. Oprócz tego diody
Schottky’ego są bardzo szybkie i dlatego są
stosowane w układach impulsowych.

Jak widać na fotografii, diody Schott−

ky’ego nie różnią się wyglądem od diod
„zwykłych”; można je rozróżnić jedynie po
oznaczeniu (numerkach).

A3

41

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

spojrzeć także z innej strony. Zamknij−
my baterię 6V i dzielnik (2k

Ω, 2kΩ)

w tzw. czarnej skrzynce, wyprowadzając
na zewnątrz tylko punkty A, B – rysu−
nek 8a. Dajmy to komuś do testów,
by sprawdził, co jest
w środku, nie otwiera−
jąc skrzynki.

Ktoś taki może je−

dynie zmierzyć napię−
cie między wyprowa−
dzonymi na zewnątrz punkta−
mi A, B. Może też dołączać do nich re−
zystory, mierząc prąd i napięcie. Jeśli
jest odważny, zewrze punkty A,
B i zmierzy płynący wtedy prąd zwarcia.
Czy na podstawie tych pomiarów odga−
dnie co jest w środku?

Zastanów się samodzielnie...
Szczegółów nie odgadnie. Dla niego

to „coś” w czarnej skrzynce, widziane od
strony zacisków A, B zachowuje się
jak... 3−woltowa bateria o dużej rezystan−
cji wewnętrznej (równej równoległemu
połączeniu R1 i R2, czyli 1k

Ω). Ilustruje

to rysunek 8b. Kolejne rysunki 8c, d,
e pokazują, że takie same właściwości
będą mieć także inne obwody – jeśli
masz trochę cierpliwości i odpowiednie

elementy, sprawdź to doświadczalnie.

Zapoznaliśmy się właśnie

z kolejnym bardzo istot−

nym

zagadnieniem.

Użyłem określenia wi−

dziane od strony zaci−

sków A, B. Przyzwyczaj się

do takiego podejścia. Często nie

musimy, a nawet nie chcemy znać szcze−
gółów. Chcemy wiedzieć, co przedstawia
sobą dany obwód, „widziany” od strony
wybranych dwóch punktów. Okazuje się,
że skomplikowany obwód zachowuje się
jak połączenie źródła napięcia i jednego
rezystora – rysunek 8b. To widzimy od
strony

tych wybranych zacisków.

W podręcznikach możesz przeczytać
o zasadzie Thevenina. Znów nazwa stra−
szy, a cała sprawa jest prosta – właśnie
w pewnym uproszczeniu przedstawiłem
Ci to zagadnienie.

Rys. 8

Czy wiesz, że...

amperomierz zawsze włącza się

do badanego obwodu

szeregowo.

Ćwiczenie 3

Dioda krzemowa

Od początku kursu wykorzystujemy diody
świecące. Oprócz nich, a raczej przede wszy−
stkim, istnieją inne, „zwykłe” diody, które
wprawdzie nie świecą, ale są bardzo poży−
tecznymi i popularnymi elementami. Zba−
dajmy różne diody. Pamiętaj, że katoda dio−
dy oznaczona jest paskiem. Włączając bada−

ną diodę krzemową diodę Dx według rysun−
ków 9a i 9b przekonasz się, że rzeczywiście
przepuszcza ona prąd tylko w jedną stronę.

W rzeczywistości przy włączeniu

„odwrotnym”, czyli w kierunku zaporo−
wym według rysunku 9b przez diodę
płynie jednak jakiś maleńki prąd wstecz−

Rys. D

ny. Koniecznie przekonaj się, jaką war−
tość ma ten prąd wsteczny. Sprawdzisz
to w układzie z rysunku 10a, gdzie czu−
łym wskaźnikiem prądu będzie wzmac−
niacz prądowy w układzie Darlingtona
(przypomnij sobie ćwiczenia z wyprawy
pierwszej − A1). Sprawdź prąd
wsteczny

wszystkich

posiadanych diod;
w zestawie A03 do
tej wyprawy znaj−
dziesz pięć typów
diod. Włącz dla po−
równania zamiast Dx re−
zystor 10M

Ω (co da prąd ok. 1µA)

i przekonaj się, że prąd wsteczny diod
krzemowych jest znikomy, dużo mniej−
szy od jednego mikroampera. Jeśli jed−
nak podgrzejesz końcówkę diody gorącą
lutownicą, prąd wsteczny zauważalnie
wzrośnie.

Koniecznie zestaw też układ według

rysunku 10b − pomocą będzie fotogra−
fia 2. Będziemy mierzyć napięcie prze−
wodzenia różnych diod. Elementy TX,
TY, DU, podobnie jak na rysunku 1, peł−

nią rolę wskaźnika napięcia z tym, że
zmniejszyłem wartość RD, by dioda DU
świeciła jasno już przy małych napię−
ciach. Przełącznik pozwoli porównać
napięcia w różnych warunkach – to
ukłon w stronę tych, którzy nie posiada−

ją multimetru cyfrowego. Niech

na początek R1, R2 mają

jednakową wartość

10k

Ω. Prąd płynący

przez badane diody

D1, D2 będzie wy−

nosił około 1mA. Na

początku niech obie diody

D1, D2 będą typu 1N4148. W obu

pozycjach przełącznika S dioda DU po−
winna świecić jednakowo jasno.

Zmień teraz R2, niech ma 1k

Ω. Przez

diodę D2 popłynie prąd o wartości oko−
ło 10mA. Czy napięcie na diodzie wzro−
śnie dziesięciokrotnie?

Zmień R2, niech ma 100k

Ω, prąd

diody wynosi teraz około 0,1mA. Czy
napięcie na D2 radykalnie spadło?

Następnie powróć do jednakowych

wartości R1, R2 (10k

Ω). Wymień diodę

D2 na jednoam−
perową 1N4007.
Czy teraz widać
jakąś różnicę na−
pięć przewodze−
nia diod 1N4148
i 1N4007? A gdy
dioda D2 będzie
jeszcze większa
(trzyamperowa),
typu 1N540X?

Teraz w roli

D2 włącz małą
diodę

Schott−

ky’ego

typu

BAT43 (BAT84).
Co powiesz o na−
pięciu przewo−
dzenia, w po−
równaniu z diodą
1N4148?

Włącz jeszcze

zamiast D2 dio−
dy świecące –

Obłaskawianie
kolejnego,
przerażającego upiora
− zasada Thevenina

Na poprzedniej wyprawie przekonałeś się, że
groźnie wyglądające prawa Ohma i Kirchhoffa
to naprawdę oczywista sprawa. Na tej wyprawie
możemy rozprawić się z kolejnym upiorem, mę−
czącym uczniów i studentów. W podręcznikach
opisywane są różne metody analizy obwodów
elektronicznych, w tym metoda Thevenina i me−
toda Nortona. Opierają się one na zasadzie The−
venina i zasadzie Nortona. Nie będę Cię katował

teoretycznymi rozważaniami, znajdziesz je
w podręcznikach, jednak warto poczuć intuicyj−
nie pewną bardzo ważną sprawę praktyczną, ści−
śle związaną z zasadą Thevenina. Znów zdzi−
wisz się, jakie to proste. Zajmowaliśmy się tym
w ćwiczeniu 2. Okazuje się, że nawet skompli−
kowane sieci zawierające wiele elementów (li−
niowych) można zastąpić połączeniem jednego
rezystora i jednego źródła napięcia – o tym
mówi zasada Thevenina. Często potrzebna jest
jeszcze prostsza informacja: co przedstawia sobą
dany obwód od strony wybranych dwóch punk−
tów. Zapewne już wiesz, co znaczy spotykane
w literaturze określenie „rezystancja widziana
od strony”.

Potencjometry

w praktyce

Generalnie każdy potencjometr, zgodnie ze swą
nazwą, może pracować jako dzielnik napięcia. Mo−
że też pracować jako zmienny rezystor. Jeśli (jaki−

86

Ośla łączka

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Laser

(dioda laserowa)

Wkaźnika laserowego używali−
śmy już na poprzedniej wypra−
wie. Popularne i niedrogie
wskaźniki laserowe, mające
często kształt długopisu, za−
wierają diodę laserową, będącą
odmianą

diody

święcącej

(LED).

Oprócz laserów półprzewo−

dnikowych, czyli diod lasero−
wych, znane są także inne la−
sery (rubinowe, neodymowe,
helowo−neonowe, argonowe,
itd.). Są one jednak znacznie
większe, droższe i trudniejsze
do sterowania. Niektóre z nich
mogą mieć moc dużo większą
niż diody laserowe. Lasery du−
żej mocy są wykorzystywane
na przykład do cięcia twardych materiałów.

Lasery (LASER – Light Amplification by

Simulated Emission of Radiation) to urzą−
dzenia do wytwarzania wiązki światła o spe−
cyficznych właściwościach. Hobbystę inte−
resuje przede wszystkim fakt, że światło la−
sera da się skupić w wąską wiązkę o dużej
jasności. Specjaliści cenią światło lasera za
spójność i czystość widmową – amator nie
musi się zagłębiać w te zagadnienia.

Hobbysta ma do czynienia przede wszy−

stkim z półprzewodnikowymi diodami lase−
rowymi. Mają one niewielką moc promie−
niowania i na pewno nie nadają się do cięcia
materiałów. Niemniej skupione światło
wskaźnika laserowego niesie na tyle dużą
energię, że może uszkodzić delikatne ko−
mórki wzrokowe.

Dioda laserowa jest jednym z najbardziej

delikatnych elementów elektronicznych
i bardzo łatwo ulega uszkodzeniu podczas
montażu. Dioda wlutowana w układ jest już
bezpieczna. Z tego względu początkującym
nie zaleca się jakichkolwiek operacji z „goły−
mi” diodami laserowymi, a jedynie wykorzy−
stanie modułów (dioda plus sterownik) lub
gotowych wskaźników.

A3

42

Czy wiesz, że...

dołączenie do obwodu woltomierza lub

amperomierza w mniejszym lub więk−

szym stopniu zmienia warunki

pracy układu.

Rys. 9

Rys. 10

Rys. E

Wiesz już, że
termistor jest
c z u j n i k i e m
temperatury.
Niech w ukła−
dzie z rysunku
10b rezystory
R1=R2=10k

Ω,

a D1, D2 niech
będą

typu

1N4148. Pod−
grzewaj końców−
kę jednej z diod gorącą lutownicą
i sprawdzaj, jak zmienia się jej napięcie
przewodzenia. Przełączając przełącznik

S

przekonasz

się, że zmiany
są zauważalne.

Zbuduj teraz

układ według
rysunku

11.

Pomocą będzie
fotografia

3.

Dioda LED po−
winna się świe−
cić ze średnią
jasnością – w mode−
lu rezystancja R1
wynosiła 4,7k

Ω (w razie potrzeby zmień

wartość ją).

ich napięcie przewodzenia jest znacznie
wyższe niż „zwykłych” diod. Diody czer−
wone z reguły mają napięcie przewodze−
nia nieco niższe (ok. 1,6...2V) od diod
żółtych i zielonych (ok. 2...2,2V).

Przy jednakowych rezystorach R1, R2

włącz

jako

D1, D2 róż−
nokolorowe
pary

diod

LED (czer−
woną, żółtą
i

zieloną).

Sprawdź ich
napięcie prze−
wodzenia.

Nie lekce−

waż

takich

prób.

Jeśli

masz multi−
metr cyfro−
wy, ustaw go
na zakres na−
pięcia stałego
(2VDC, przy

LED−ach 20VDC) i zmierz dokładnie
napięcia na diodach, także przy jeszcze
innych wartościach rezystorów R1, R2.
Znakomitym pomysłem byłoby zapisa−
nie wyników – na pewno Ci się to przy−
da w przyszłości.

kolwiek) potencjometr pracuje jako zmienny rezy−
stor, bywa oznaczany jak na rysunku E. Dwa
ostatnie symbole to oznaczenia potencjometru
montażowego (PR−ka, helitrima).

Zwłaszcza przy pracy w roli dzielnika napięcia

ważna jest charakterystyka regulacji. Jeśli w poło−
wie drogi suwaka rezystancje obu „połówek” poten−
cjometru są równe, potencjometr ma charakterysty−
kę liniową. Jeśli w środkowym położeniu suwaka
rezystancje nie są równe, potencjometr ma nielinio−
wą charakterystykę regulacji: wykładniczą, logaryt−
miczną lub jeszcze inną. Wszystkie potencjometry
montażowe mają charakterystykę liniową. Nato−
miast do regulacji głośności lepiej jest wykorzysty−
wać potencjometry o charakterystyce wykładniczej,
bo dają one wrażenie równomiernej regulacji w ca−
łym zakresie ruchu suwaka. Krajowe potencjometry
wykładnicze mają w oznaczeniu literę B, stąd zapis
np. 22kB oznacza potencjometr „wykładniczy” o re−

zystancji 22k

Ω. Litera A oznacza charakterystykę li−

niową, wykorzystywaną na przykład do regulacji
barwy tonu – zapis np. 10kA oznacza potencjometr
„liniowy” o rezystancji 10k

Ω. Oczywiście gdy brak

potencjometru o określonej charakterystyce, można
prowizorycznie zastosować jakikolwiek inny o ta−
kiej samej rezystancji.

Obecnie najpopularniejsze są miniaturowe po−

tencjometry montażowe węglowe i cermetowe,
a w zastosowaniach wymagających dużej precyzji
i stałości w czasie stosuje się (cermetowe) helitri−
my. Wszystkie mają charakterystykę liniową.

Zadziwiające własności
zwykłej diody...

Diody wykorzystuje się przede wszystkim do pro−
stowania prądu zmiennego. Będziemy się tym zaj−

mować na następnej wyprawie. Teraz chciałbym
Ci zwrócić uwagę na pewne specyficzne właści−
wości diod.

Jak wiesz, na typowej krzemowej diodzie wy−

stępuje przy przepływie prądu spadek napięcia
około 0,6...0,8V. Dokładna wartość napięcia prze−
wodzenia zależy od płynącego prądu i od rozmia−
rów złącza, czyli od gęstości pradu.

W ćwiczeniu 4 sprawdziliśmy, że napięcie

przewodzenia w zauważalny sposób zmienia się
z temperaturą. Przy jednakowym prądzie diody
zmniejsza się o około 2,2mV przy wzroście tem−
peratury o 1

o

C.

RysunekF pokazuje charakterystykę w kie−

runku przewodzenia typowej diody krzemowej
w jakiejś temperaturze. Jak widzisz, napięcie
niewiele zmienia się przy dużych zmianach
prądu.

87

Ośla łączka

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

Tyrystor

Tyrystor

jest

trzykońcówkowym
elementem przełą−
czającym.

Kiedyś bywał na−

zywany

sterowaną

diodą.

Wygląd

współczesnych tyry−
storów pokazuje fo−
tografia poniżej. Na
schematach tyrystory
zazwyczaj oznacza
się literkami Ty, ale nie jest to regułą.

Również tyrystor nieco przypomina

działaniem

tranzystor

NPN.

Jednak

w odróżnieniu od tranzystora, tyrystor może
mieć tylko dwa stany: całkowitego przewo−
dzenia i całkowitego zatkania. Jeśli choć
przez chwilę popłynie prąd bramki (G), ty−
rystor otworzy się na trwałe. Tyrystor moż−
na wyłączyć tylko w jeden sposób – przery−
wając na chwilę prąd obciążenia. Takie
działanie może się wydać dziwne i mało
przydatne w praktyce. W przemyśle, zwła−
szcza w energetyce, nadal wykorzystuje się
potężne tyrystory pracujące przy napięciach
sieci energetycznej rzędu setek i tysięcy
woltów oraz prądach setek i tysięcy ampe−
rów. Natomiast przez hobbystów tyrystory
są wykorzystywane coraz rzadziej.

A3

43

Ćwiczenie 4

Dioda jako czujnik

temperatury

TECHNIKALIA

Fot. 2

Rys. 11

Rys. 12

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

A

K

G

bramka

Diody, wydające się prymitywnymi elementa−

mi, mają inną interesującą właściwość. Jeśli na
pionowej osi zaznaczymy wartość prądu w tak
zwanej skali logarytmicznej, charakterystyka dio−
dy dziwnie się wyprostuje − zobacz rysunek G).
Dokładnie przeanalizuj oba rysunki – to naprawdę
ta sama charakterystyka, tylko narysowana przy
innych skalach prądu. Widać z tego, że dioda ma

charakterystykę w pewnym sensie logarytmiczną.
I rzeczywiście diody można wykorzystać do prze−
prowadzania operacji logarytmowania na drodze
elektronicznej. Te same właściwości (temperatu−
rowe i logarytmiczne) ma też złącze baza−emiter
każdego „zwykłego” tranzystora.

88

Ośla łączka

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

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

T E C H N I K A L I A

T E C H N I K A L I A

Termistor

Termistor

jest

czujnikiem tem−
peratury.

Już

symbol

wskazuje, że ter−
mistor

jest

odmianą rezystora, a więc jest elementem nie−
biegunowym. Literka T lub t wskazuje na za−
leżność od temperatury. Na schematach ozna−
czany jest Tm lub R jako odmiana rezystora.
O ile w zwykłych rezystorach zmiana rezy−
stancji pod wpływem temperatury jest niepo−
żądana, o tyle w termistorach specjalnie do−
biera się materiały składowe, by rezystancja
zmieniała się pod wpływem temperatury jak
najwięcej.

Najpopularniejsze są termistory NTC (Ne−

gative Temperature Coefficient), w których
rezystancja maleje ze wzrostem temperatury.
Do specjalnych celów stosuje się termistory
PTC (Positive Temperature Coefficient),
w których rezystancja przy wzroście tempera−
tury rośnie, czasem zadziwiająco gwałtownie.

Termistory stosowane do różnych celów

mają odmienny wygląd. Fotografia poniżej
pokazuje termistory z oferty firmy Siemens.
Mogą one pracować w zakresie temperatur
do około +150

o

C.

Inne czujniki temperatury

Praktycznie wszystkie elementy zmieniają
swoje parametry pod wpływem temperatu−
ry. Dlatego oprócz termistorów, do pomiaru
i regulacji temperatury często, a nawet czę−
ściej od termistorów, wykorzystuje się zu−
pełnie inne czujniki: diody i tranzystory,
czujniki półprzewodnikowe (np. serii
KTY...), tzw. termopary (wyposażenie mul−
timetrów, w piecach gazowych), rezystan−
cyjne czujniki platynowe (tzw. PT100), itd.
Niektóre mogą mierzyć temperatury powy−
żej 1000

o

C. Fotografia poniżej pokazuje

kilka czujników.

A3

44

Co się stanie, gdy podgrzejesz diodę,

dotykając lekko gorącą lutownicą jed−
nej z jej nóżek? Dlaczego dioda LED
gaśnie?

Jak wiesz, napięcie na dio−

dzie wynosi około
0,6V i tyleż wyno−
si napięcie baza−
emiter,

po−

trzebne

do

otwarcia tran−
zystora.

Ze

w z r o s t e m
t e m p e r a t u r y
napięcie na dio−
dzie zmniejsza się
i nie wystarcza już do
otwarcia tranzystora, więc dioda
LED gaśnie.

Okazało się, że zwyczajna dioda jest

czujnikiem temperatury, i co ciekawe,
bywa wykorzystywana w tej roli.

Zbuduj jeszcze układ według rysun−

ku 12. Tranzystor, w którym zwarty
jest kolektor z bazą zachowuje się jak
dioda.

Podgrzewaj raz jeden, a po kilkudzie−

sięciu sekundach drugi tranzystor. Jak
zmienia się jasność LED−a?

Gdy podgrzewasz T2, dioda świeci ja−

śniej, bo zmniejsza się napięcie

„progowe” tranzystora T2

i otwiera się on bardziej

przy tym samym na−

pięciu otrzymywa−

nym z tranzystora

T1.

Przy

okazji

wspomnę,

że

układ z rysunku 12

to tak zwane lustro

prądowe, dość często

wykorzystywane w prakty−

ce. Rezystor R1 wyznacza wartość

prądu I1. Co ciekawe, prąd I2 jest prawie
taki sam jak I1, niezależnie od R2, który
można zastąpić zworą. Prądy I1, I2 są
praktycznie równe, gdy tranzystory mają
jednakowe parametry i jednakową tem−
peraturę.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy

w następnym

numerze EdW

Informacje

dotyczące zestawu

EdW−03

do „Oślej łączki“

znajdują się

na stronie 120.

Czy wiesz, że...

tani woltomierz ma rezystancję

wewnętrzną równą 1M

Ω. Pomiar

napięcia jest więc równoznaczny z

dołączeniem do obwodu rezystora

wartości 1M

Ω.

Fot. 3

Fot. F

Fot. G