Skrzynka

Porad

W rubryce przedstawiane są odpowiedzi na pytania nade-
słane do Redakcji. Są to sprawy, które, naszym zdaniem,
zainteresują szersze grono Czytelników.

Jednocześnie informujemy, że Redakcja nie jest w stanie
odpowiedzieć na wszystkie nadesłane pytania, dotyczą-
ce różnych drobnych szczegółów.

Elektronika dla Wszystkich

Czasami latem, rzadziej zimą, gdy podłączę jakąś zewnę-

trzną antenę do telewizora, pojawiają się programy z Nie-

miec i Danii. Skąd się to bierze? Czy to jest bezpieczne dla

telewizora? Podobne cuda dzieją się z radiem.

Fale radiowe rozprzestrzeniając się, podlegają odbiciom, rozprosze-
niu i tłumieniu. Dzięki takim zjawiskom krótkofalowcy mogą nawią-
zywać łączności na zaskakująco duże odległości. Zmiana warunków
atmosferycznych często owocuje właśnie odbiorem odległych stacji
radiowych i telewizyjnych także na zakresie ultrakrótkofalowym.
Zjawisko to w żaden sposób nie jest groźne dla odbiorników radio-
wych i telewizyjnych. Niektórzy radioamatorzy są wręcz poszukiwa-
czami i łowcami takich dalekich stacji.

Boję się, że uszkodzeniu napięciem 230V ulegnie posiada-

ny przeze mnie odbiornik radiowy Pionier U2. Czy dobrym

rozwiązaniem byłoby zastosowanie stabilizatora jak w ru-

bryce Jak to działa? w EdW 2/2001?

Pięcioprocentowe zwiększenie napięcia nie
powinno zaszkodzić. Stabilizator z triakiem
może nie zdać egzaminu z obciążeniem in-
nym niż rezystancyjne. Jeśli już ktoś chce
koniecznie nieco obniżyć napięcie sieci,
może zastosować sposób według rysunku
obok, z

niewielkim transformatorem

(4...10W) o napięciu wyjściowym około 10V. Aby obniżyć napięcie,
należy odpowiednio dołączyć końcówki uzwojenia wtórnego trans-
formatora: po zamianie miejscami napięcie nie zmaleje do 220V, tyl-
ko wzrośnie do 240V.

Dlaczego na energooszczędnej żarówce są napisy, żeby nie

używać w obwodach awaryjnych ani w obwodach ze ście-

mniaczami?

Nie jest to klasyczna żarówka, tylko świetlówka sterowana za po-

mocą układu elektronicznego. Wspomniane właściwości wynikają
w dużym stopniu właśnie z cech elektronicznego sterownika. Z poda-
nych informacji wynika, że świetlówka powinna być zasilana nie-
zniekształconym, sinusoidalnym napięciem sieci. Prawdopodobnie
główną przyczyną jest fakt, że o jasności będzie decydować wartość
szczytowa napięcia zasilającego, a nie wartość skuteczna, a ponadto
prawdopodobnie nie sposób skutecznie regulować wydajności zasto-
sowanej przetwornicy (czyli jasności żarówki). Takie zalecenia wyni-
kają więc z konstrukcji elektronicznego sterownika.

Jakie są zalety stosowania w zasilaczu prostownika w po-

staci lampy elektronowej (mam lampę AZ1)? Czy lepiej

zastosować prostownik selenowy albo nowoczesną diodę?

Dziś do prostowania napięć o częstotliwości sieci (50Hz) po-

wszechnie stosuje się diody krzemowe i gotowe prostowniki mostko-
we. Jeśli chodzi o parametry, zapewniają one znakomite właściwości
i sprawność. Prostowniki selenowe czy kuprytowe nie są dziś nigdzie
stosowane i nie warto tego robić, gdy można je zastąpić maleńką dio-
dą krzemową, kosztującą kilkadziesiąt groszy (np. 1-amperowa dio-
da 1N4007 może prostować napięcia o wartości szczytowej 1000V).
Naprawdę nie ma powodu, żeby stosować przestarzałe prostownicze
stosy selenowe czy miedziowe.

Inaczej wygląda sprawa z lampami prostowniczymi do zasilaczy.

W tym przypadku diody półprzewodnikowe oczywiście też są tańsze,
sprawniejsze, ogólnie biorąc – zdecydowanie lepsze od diod lampo-
wych. Jednak w niektórych konstruowanych urządzeniach lampo-
wych (audio) nadal stosuje się prostowniki w postaci lampy. Nie ma
to żadnego uzasadnienia ekonomicznego ani technicznego - jest tyl-
ko wyrazem albo nostalgii (magia lamp), albo snobizmu.

Już dwa razy po pewnym czasie używania wybuchł mi

wzmacniacz TDA1514. Dlaczego? I jak zmniejszyć ryzyko

wybuchu?

Tego typu pytania pojawiają się co jakiś czas. Ze znakomitymi skąd-
inąd kostkami TDA1514 rzeczywiście jest kłopot, bo niektóre eg-
zemplarze z zupełnie niezrozumiałych powodów po prostu wybucha-
ją. Nie sposób przewidzieć, jak będą się zachowywać kolejne egzem-
plarze TDA1514 - jest szansa, że będą pracować dobrze, ale równie
dobrze mogą eksplodować. Nie ma reguły, kiedy i dlaczego układy
wybuchają. Według dostępnych danych, takiej awarii ulega 20...25%
kostek. Nie tylko w przypadku tych układów częstą przyczyną uszko-
dzeń wzmacniaczy mocy bywają rozmaite manipulacje w układzie
znajdującym się pod napięciem (np. dotykanie do elementów układu,
co zwykle ma związek z ładunkami statycznymi). Dotyczy to także
skądinąd znakomitych układów TDA7294. Najmniej awaryjne są cał-
kowicie bipolarne LM3886, ale to inna historia. Rzeczywiście tylko
TDA1514 potrafią wybuchnąć, i to z zupełnie nieznanych przyczyn.

Ponieważ większość uszkodzeń występuje podczas wstępnych

prób, w układzie testowym z TDA1514 można próbować dodać ele-
menty zmniejszające ryzyko uszkodzeń. Na pewno do prób warto za-
silać wzmacniacz przez szeregową żarówkę (o możliwie małej mocy,
np. 15...40W), umieszczoną w obwodzie pierwotnego uzwojenia

Skrzynka porad

Elektronika dla Wszystkich

sieciowego. W spoczynku, gdy wzmacniacz nie jest obciążony, taka
żarówka ograniczająca powinna być wygaszona lub lekko się żarzyć.
Na pewno na wyjściu wzmacniacza można dodać szeregowy rezystor
mocy (kilka omów, kilka watów) lub cewkę powietrzną kilka do kil-
kunastu zwojów grubego drutu. Na wejściu można też próbować do-
dać rezystor szeregowy lub prościutki filtr dolnoprzepustowy RC ob-
cinający częstotliwości ponadakustyczne, ale takie próby są ryzy-
kowne i mogą nawet pogorszyć sytuację, bo niektóre informacje
o wybuchach wskazują, że kostka TDA1514 jest czuła właśnie na to,
co „widzi” od strony wejścia. Jeden z Czytelników napisał, że po zni-
szczeniu trzech układów TDA1514A w czwartym zrezygnował z ob-
wodu bootstrap i dołączył nóżkę 7 do nóżki 6. Nie sposób jednak wy-
kazać, że nie był to przypadek. Producent układów nie podaje żad-
nych informacji na ten temat i przemilcza problem, który niewątpli-
wie wynika z właściwości układów scalonych.

Bardzo proszę Redakcję o podanie najprostszego miniatu-

rowego odbiornika FM, coś w rodzaju odbiornika detekto-

rowego, tylko na fale UKF.

Niestety, musimy zmartwić młodziutkiego Czytelnika. Nie sposób
zrealizować praktycznego odbiornika FM w bardzo prosty sposób.
Odbiornik taki musi składać się z co najmniej kilkunastu a częściej
kilkudziesięciu podzespołów, w tym układów antenowych wysokiej
częstotliwości. Dziś praktycznie nie buduje się odbiorników FM „od
zera” we własnym zakresie, tylko raczej wykorzystuje się gotowe fa-
bryczne głowice UKF, przestrajane napięciem. W pełni samodzielna
budowa, uruchamianie i strojenie odbiornika FM są trudne i wyma-

gają użycia kosztownych przyrządów pomiarowych. Młodego Czy-
telnika można zachęcić, by raczej rozejrzał się za kompletnymi zesta-
wami do montażu – np. skontaktował się z Działem Handlowym AVT
i sprawdził, czy aktualnie jest w ofercie zestaw odbiornika radiowe-
go FM firmy Velleman (zestaw MK118).

Proszę o podanie schematu przetwornicy 12VDC/220VAC,

dającej czysty przebieg sinusoidalny, bez żadnych znie-

kształceń.

Budowa takiej przetwornicy jest trudna, a koszt elementów – wyso-
ki. Aktualnie Redakcja EdW nie planuje tego typu publikacji. Ewen-
tualnych schematów (różnej, często wątpliwej jakości) można szukać
w Internecie, korzystając z haseł typu: inverter, DC/AC, 12/220V,
24/230V, itp.

Proszę o podanie schematu generatora przebiegu prosto-

kątnego na jednym tranzystorze. Jakie będą parametry ta-

kiego generatora?

Można zbudować generator na jednym tranzystorze (z przesuwnika-
mi RC, z obwodami LC). Takich układów w praktyce nie stosuje się
do wytwarzania przebiegu prostokątnego, a co najwyżej w obwodach
w.cz., gdzie zwykle dąży się do uzyskania czystego przebiegu sinuso-
idalnego. Ze względu na niewielkie wzmocnienie pojedynczego tran-
zystora, uzyskany przebieg byłby raczej trapezem niż prawidłowym
prostokątem. Naprawdę nie warto zaprzątać sobie głowy takimi po-
mysłami. Należy wykorzystać generatory na bramkach CMOS lub na
wzmacniaczu operacyjnym.

Elektronika dla Wszystkich

Konkurs

Na rysunku przedstawiony jest układ
z dwoma tranzystorami.

Jak zwykle zadanie konkursowe polega

na rozszyfrowaniu

Jak działa i do czego służy taki układ?

Odpowiedzi, koniecznie oznaczone dopiskiem Jak06, należy nad-

syłać w terminie 45 dni od ukazania się tego numeru EdW. Nagroda-
mi w konkursie będą kity AVT lub książki.

Rozwiązanie zadania z EdW 2/2003

Przedstawiony układ z trzema tranzystorami
to precyzyjne źródło napięcia odniesienia
o napięciu 1,2...1,5V. Współpracuje ono z re-
zystorem ograniczającym prąd lub lepiej ze
źródłem prądowym według rysunku obok.

Oryginalny schemat pochodzi z projektu

cyfrowego miernika sprzed około dwudziestu
lat, dlatego symbole tranzystorów zawierają
kółka wskazujące, iż chodzi o trzy pojedyncze
tranzystory. Według opisu, przy stosunku re-

zystancji R2/R3>10 można otrzymać współczynnik cieplny zmian na-
pięcia rzędu kilkudziesięciu ppm/K, czyli kilku tysięcznych procenta na
stopień Celsjusza. Warunkiem jest jednakowa temperatura złącz wszy-
stkich tranzystorów. Tego typu źródła napięcia odniesienia z pojedyn-
czymi tranzystorami stosowano przed laty w krajowych projektach ze
względu na niemożliwość zakupu scalonych odpowiedników. Dziś po-
wszechnie dostępne są scalone źródła napięcia wzorcowego, na przy-
kład LM385, LM336 czy TL431, pracujące na podobnej zasadzie. Ma-
ją one bardziej rozbudowany schemat wewnętrzny i powtarzalne para-
metry. Zaprezentowany układ z pojedynczymi tranzystorami można
dziś potraktować jako ciekawostkę niemającą praktycznego znaczenia.

W odpowiedziach pojawiały się rozmaite nazwy: źródło napięcia

odniesienia, źródło napięcia typu band-gap, band-gap reference,
a nawet równoległy stabilizator napięcia. I odpowiedzi te zostały
uznane za prawidłowe. Niektórych zmyliły kółka przy tranzystorach,
inni w ogóle nie wzięli pod uwagę tego szczegółu. Wśród odpowie-
dzi pojawiły się też logicznie uzasadnione próby analizy układu oraz
odpowiedzi ewidentnie błedne. Oto przykłady:
- jest to czujnik temperatury ze wzmacniaczem sygnału pomiarowe-
go. T1 pracuje jako dioda, która jest właśnie tym czujnikiem
- układ wydaje się być wzmacniaczem kilkustopniowym
- jest to nietypowy generator wysokiej częstotliwości
- jest to fragment obwodu polaryzacji tranzystorów we wzmacniaczu
mocy, by przy wzroście temperatury utrzymać jednakowy prąd spoczyn-
kowy tranzystorów mocy – T1 musi mieć kontakt cieplny z radiatorem
- układ jest tak zwanym źródłem prądowym i dostarcza prądu stałego
- jest to rozbudowany przetwornik prądu na napięcie o nieliniowej
charakterystyce.

Nagrody książkowe za najlepiej uzasadnione odpowiedzi otrzymują:

Marek Rogacki - Wągrowiec, Michał Zawistowski - Grabiszyn,
Adam Laskowski - Rytel.

Elektronika dla Wszystkich

Czy spełniają się futurystyczne wizje Stani-
sława Lema i innych pisarzy science fiction
prorokujących już wiele lat temu, że wraz
z rozwojem techniki degenerować i zanikać
będą niektóre, coraz mniej używane części
naszego organizmu? Pamiętam opowiadanie
SF o megacefalach i mikrocefalach: u części
ludzkości coraz mniej używającej zdolności
umysłowych, zajmującej się jedynie pracą fi-
zyczną, głowa uległa uwstecznieniu i zrobiła
się kilkakrotnie mniejsza (mikrocefale).
Z kolei u części ludzkości zajmującej się wy-
łącznie pracą umysłową, głowa się powięk-
szyła (megacefale), rozwinął się też palec
wskazujący prawej ręki, natomiast pozostałe
palce, korpus i kończyny uległy degeneracji
do tego stopnia, że megacefale nie mogły się
poruszać o własnych siłach.

Na razie nie widać, żeby głowy poszcze-

gólnych osobników naszego gatunku znaczą-
co różnicowały swą wielkość, ale palce...
Obejrzyj swoje palce i sprawdź, czy aby taka
przerażająca wizja nie staje się pomału fak-
tem. Bo faktem jest, że palec naciskający na
guzik pilota to znak naszych czasów. Nie-
przypadkowo też niektórzy nazywają pilot
elektronicznym różańcem...

Pomyśl, ile pilotów jest w Twoim domu.

Czy ich liczba przekracza cztery? Czy chcesz
dodać do tej kolekcji jeszcze jeden? Taki ład-
ny, mały, z jednym przyciskiem?

Jeśli z góry nie odrzucasz takiej możliwo-

ści, czytaj dalej.

Dla zachęty dodam, że opisywany system

funkcjonuje w moim domu od dwóch lat, a ja
dopiero teraz wziąłem się za pisanie artykułu
o tym pożytecznym drobiazgu. Co ważne,
system jest współużytkowany w pokoju,
gdzie pracują inne piloty i dzięki prostym
rozwiązaniom zupełnie nie reaguje na ich sy-
gnały. Jest odporny na takie obce sygnały,
a jednocześnie nie zakłóca pracy innych
zdalnie sterowanych urządzeń.

Uwaga!
W odbiorniku występują napięcia gro-
źne dla życia i zdrowia! Osoby niepeł-
noletnie i niedoświadczone mogą wyko-
nać układ wyłącznie pod opieką wy-
kwalifikowanych opiekunów.

To, że tak długo zwlekałem z artykułem,

nie jest objawem lenistwa – wprost przeciw-
nie. Oznaką lenistwa jest raczej to, że wyko-
nałem opisywany system zdalnego sterowa-
nia. Nie chciało mi się po prostu codziennie
wyłączać stojącej lampy. Mój problem pole-
gał na tym, że w pokoju gościnnym jest duża
lampa z abażurem. Wtyczka lampy jest we-
tknięta w gniazdko, a wyłącznik jest umie-
szczony na kablu, a nie, jak w niektórych du-
żych lampach stojących, tuż pod żarówką.

Żeby włączyć i wyłączyć lampę, trzeba

było „zanurkować” pod rozłożyste gałęzie fi-
kusa lirolistnego, jako że moja żona jest mi-
łośniczką kwiatów. Takie operacje związane
z obsługą lampy znudziły mi się całkowicie,
więc poświęciłem kiedyś cały dzień na wy-
konanie pilota i odbiornika pozwalającego
zdalnie obsługiwać rzeczoną lampę. Foto-
grafie 1...4 pokazują efekty tamtej pracy. Pi-
lot zmontowany na kawałku płytki uniwer-
salnej pracuje do dziś. Trzeba było tylko
dwukrotnie wymienić plastikową obudowę

(KM-15N), bo wyłamała się w niej membra-
na, którą się przyciska podczas obsługi pilo-
ta. Jak widać, pierwszy, prototypowy model
odbiornika, pokazany na fotografiach 3 i 4,
zmontowałem z klasycznych elementów
w postaci zwartego „pająka” i ma on zadzi-
wiająco małe wymiary (1,5x1,6x3,2cm).
Odbiornik został umieszczony tuż pod
oprawką żarówki w małym plastikowym

Fot. 2 Nadajnik

Fot. 1 Nadajnik

Fot. 3 Odbiornik

Fot. 4 Odbiornik

Projekty AVT

Elektronika dla Wszystkich

przezroczystym pudełku. Aby dostać się do
przewodów, trzeba było częściowo rozebrać
lampę, ale trud się opłacił i wszyscy domow-
nicy doceniają teraz zalety małego pilota
(o ile się chwilowo gdzieś nie zawieruszy).

Ponieważ układ sprawdził się w ciągu

wielu miesięcy użytkowania, uznałem, że
warto go opisać. Nie jesteś jednak skazany
na prowizorkę – w międzyczasie Zbyszek
Orłowski zaprojektował płytki drukowane
pilota i odbiornika. Ze względu na kłopoty
z wyłamywaniem się membrany obudowy
KM-15N powstała nowa płytka do obudowy
KM-14. I takie rozwiązanie opisane jest
w artykule.

Opis układu

Schemat ideowy pilota pokazany jest na ry-
sunku 1. Jest to nadajnik impulsów podczer-
wieni o częstotliwości 36kHz (które są na-
stępnie odbierane przez znany układ
TFMS5360 lub SFH506-36). W pilocie po-
pularny układ scalony CMOS 4060 w wersji
74HC4060 pracuje wyłącznie w roli genera-
tora częstotliwości nośnej 36kHz. Jak wi-
dzisz, wykorzystałem tylko oscylator. Dziel-
niki kostki są niewykorzystane. Taki sam
oscylator można zbudować z dwóch jakich-
kolwiek bramek. Popularną kostkę
74HC4060 wykorzystałem tylko dlatego, że
nie miałem pod ręką układu 74HC00 ani
74HC04. W każdym razie chodzi o wyko-
rzystanie układu scalonego, który może pra-

cować przy napięciach zasilania poniżej
3V i który przy napięciu zasilania rzędu
3V będzie miał możliwie dużą wydajność
prądową. Dlatego musi to być układ z rodzi-
ny 74HC.

Przebieg prostokątny z oscylatora poda-

wany jest na wzmacniacz z tranzystorami
T1, T2. W zasadzie T1 można byłoby pomi-
nąć i dołączyć R6 wprost do nóżki 10 (albo
9). Jednak obecność T1 redukuje obciążenie
wyjścia do znikomej wartości i tym samym
zauważalnie zwiększa stabilność generatora.
Rezystory R6, R7 ograniczają prąd bazy T2.
Jak widać, prąd nadawczej diody IRED
ogranicza rezystor R8 o dużej, jak na piloty,
wartości 100

Ω. Ogranicza to szczytowy prąd

diody do kilkunastu miliamperów, a średni
prąd jest poniżej 10mA. Mimo wszystko,
dzięki dużej czułości odbiornika tak niewiel-
ki prąd zapewnia wystarczająco duży zasięg.
Właśnie dzięki ograniczeniu poboru prądu
do wartości poniżej 10mA możliwe stało się
wykorzystanie do zasilania pilota jednej ma-
leńkiej baterii litowej CR2032. W pierw-
szych modelach nadajnika nie było konden-
satora filtrującego C3, a układ pracował po-
prawnie właśnie dzięki małemu poborowi
prądu. Zastosowanie kondensatora C3 do-
datkowo zwiększa stabilność częstotliwości,
a w przypadku korzystania ze zużytej baterii
nieco zwiększa zasięg.

Tak mała bateryjka wystarczy na bardzo

długo, ponieważ niezależnie od czasu naci-

skania przycisku S1 nadajnik wysyła tylko
jedną „paczkę impulsów”. Obwód R1, C1,
R2 zapewnia, że dowolnie długie naciskanie
przycisku spowoduje wygenerowanie „pacz-
ki impulsów” o całkowitym czasie trwania
dłuższym niż 15ms. Oznacza to, że po naci-
śnięciu przycisku pilot wysyła co najmniej
500 impulsów o częstotliwości 36kHz. Sca-
lone odbiorniki impulsów podczerwieni typu
TFMS/SFH z powodzeniem reagują też na
znacznie krótsze „paczki impulsów” – do
wywołania reakcji takiego odbiornika wy-
starczy „paczka” o długości 400...600µs,
czyli nawet kilkanaście impulsów nośnych
o częstotliwości 36kHz. W systemie celowo
przedłużyłem czas trwania „paczek impul-
sów” do wartości powyżej 15ms. Właśnie
takie bardzo proste rozwiązanie pozwala na
bezbłędną pracę systemu nawet w obecności
pilotów o częstotliwości 36kHz. Według do-
stępnych źródeł, najdłuższy nieprzerwany
impuls z typowych, fabrycznych pilotów ma
czas trwania nieprzekraczający 9ms. Choć
więc sam układ TFMS/SFH będzie odbierał
sygnały pilotów, nasz system odbiorczy nie
będzie reagował na ich krótkie impulsy. Za-
reaguje tylko na znacznie dłuższe impulsy
naszego pilota. Pełny schemat ideowy urzą-
dzenia odbiorczego pokazany jest na rysun-
ku 2. Impulsy podczerwieni są odbierane
przez scalony odbiornik U1 (TFMS/SFH).
W stanie spoczynku na wyjściu układu U1
(nóżka 3) panuje stan wysoki, a więc w spo-
czynku tranzystor T1 jest otwarty. Konden-
sator C2 jest całkowicie rozładowany. Jeśli
pojawi się paczka impulsów podczerwieni,
napięcie na wyjściu U1 spada i zostaje za-
tkany T1. Zaczyna rosnąć napięcie na kon-
densatorze C2, ładowanym przez rezystor
R2. Dopiero gdy napięcie to przekroczy
próg przełączania wejścia CLK (nóżka14
U2), licznik 4017 zwiększy swój stan. Tym
samym obwód R2, C2 decyduje, jakie naj-
krótsze „paczki” impulsów spowodują reak-
cję urządzenia. Popularny układ CMOS
4017 pracuje tu w roli przerzutnika T. Za-
pewnia to dioda D2 skracająca cykl zliczania
do dwóch stanów: 0, 1. Zliczenie kolejnego
impulsu powoduje pojawienie się stanu wy-
sokiego na wyjściu Q2 i wyzerowanie liczni-

ka. Gdy na wyjściu Q1 licznika pa-
nuje stan wysoki, otwarty jest tran-
zystor T2 i obciążenie jest włączo-
ne. Obwód C3, R6 zapewnia zero-
wanie licznika po włączeniu zasila-
nia. Wartość C3 można zwiększyć
do wartości 470nF – muszę przy-
znać, że ten prosty obwód zerujący
nie zawsze zapewnia poprawne
wyzerowanie, gdy napięcie sieci
zanika i pojawia się kilkakrotnie,
a przy awariach czasem tak bywa.
Brak zerowania oznacza, że lampa
może zostać zaświecona po po-
wrocie napięcia sieci. Na reakcję

Projekty AVT

Rys. 1 Schemat ideowy pilota

Rys. 2 Schemat ideowy odbiornika

układu ma wpływ nie tylko pojawianie się
i zanikanie napięcia, ale też właściwości
układu scalonego. W praktyce nie jest to
problemem: w ciągu dwóch lat użytkowania
ze trzy razy zdarzyło mi się, że po zaniku
i powrocie napięcia sieci lampa została włą-
czona. Nie warto zatem szukać dziury w ca-
łym i rozbudowywać obwodów zerujących.

Urządzenie odbiorcze pobiera bardzo

mało prądu i jest zasilane z prostego zasila-
cza beztransformatorowego D4, R4, R5, C4.
Typowy pobór prądu przez odbiornik
TFMS5360 wynosi 0,5mA (0,4...0,8mA),
a do tego dochodzi prąd płynący przez rezy-
stor R2 (mniej niż 25µA). Ponieważ napię-
cie zasilania odbiornika TFMS powinno wy-
nosić 4,5...5,5V, a do skutecznego otwarcia
tranzystora polowego T2 wymagane jest na-
pięcie powyżej 6V, konieczne było dodanie
obwodu stabilizacji R1, D1. Zastosowane
rozwiązanie obwodu zasilania okazało się
skuteczne i całkowicie zadowalające, a dzię-
ki znikomemu poborowi prądu nie trzeba
było stosować typowego dla zasilaczy bez-
transformatorowych kondensatora szerego-
wego – wystarczają zwyczajne rezystory R4,
R5, w których w czasie pracy wydziela się
w sumie poniżej 0,1W mocy. Opisywany
układ odbiorczy pobiera z sieci w spoczynku
około 1mA prądu. Osiągnięcie tak małego
poboru prądu spowodowało, że zrezygnowa-
łem z pomysłu zastosowania w odbiorniku
kontrolki LED. Tak oszczędne rozwiązanie
jest możliwe dzięki zastosowaniu w roli ele-
mentu sterującego wysokonapięciowego
tranzystora MOSFET. Jest on sterowany na-
pięciowo, natomiast inne elementy wyko-
nawcze, np. przekaźniki, triaki i tyrystory
wymagają prądu sterującego powyżej 5mA.

Montaż i uruchomienie

Jak wspomniałem, pierwszy model powstał
szybko: nadajnik na płytce uniwersalnej,
a odbiornik w postaci zwartego pająka – patrz
fotografie 1...4. Potem powstała płytka druko-
wana nadajnika według rysunku 3 przezna-
czona do obudowy KM-15N. Wykonany na
niej model nadajnika można zobaczyć na fo-
tografii 5. Obudowa KM-15N okazała się
jednak mało trwała (dwukrotnie wyłamała się
plastikowa membrana) i po pewnym czasie
powstała kolejna płytka przeznaczona do
obudowy KM-14. Płytka przeznaczona do ta-
kiej obudowy pokazana jest na rysunku 4.
Fotografia 6 pokazuje model zrealizowany
na wcześniejszej wersji płytki.

Układ odbiorczy można zmontować na

płytce pokazanej na rysunku 5. Płytka ta ma
otwory o rozstawie dostosowanym do obu-
dowy Z-27 (wtyczkowa duża).

Przed zmontowaniem odbiornika warto

zmontować i uruchomić nadajnik-pilot. Je-
dyną drobną trudnością jest tu konieczność
dobrania częstotliwości generatora U1. Po-
winna ona wynosić 36kHz. Rozrzuty warto-

ści elementów R (5%), C (10%) oraz progów
bramek generatora wymuszają konieczność
dobrania częstotliwości impulsów nadajni-
ka. Właśnie dlatego w układzie przewidzia-
no dwa rezystory R3, R4 połączone w sze-
reg. Procedura regulacji częstotliwości jest
opisana dalej i w związku z nią należy prze-
strzegać podanej dalej kolejności montażu.

Indywidualny dobór R4 jest absolutną

koniecznością. Posiadacze precyzyjnych
częstościomierzy poradzą sobie z zadaniem
w sposób oczywisty, podłączą tylko nóżkę 12
(CLR) do masy, żeby na stałe włączyć gene-
rator. Tu koniecznie muszę ostrzec właścicie-
li multimetrów cyfrowych z zakresem po-
miaru częstotliwości: ogromna większość ta-
kich przyrządów ma przy pomiarze częstotli-
wości zbyt małą dokładność! Zwykle często-
tliwość nie jest mierzona bezpośrednio, tylko
zamieniana w przetworniku F/U na napięcie
stałe i na wyświetlaczu pokazana jest ta war-
tość napięcia z przetwornika. Dokładność ta-
kiego pośredniego pomiaru częstotliwości
wynosi 3...5%, czyli jest absolutnie niewy-
starczająca dla omawianej sytuacji. Tak jest,
rozdzielczość 3,5-cyfrowego wskaźnika cy-
frowego wynosi wprawdzie 0,05%, ale do-
kładność tylko kilka procent! Tylko nieliczne
droższe multimetry mają obwody klasyczne-
go pomiaru rzeczywistej liczby impulsów
w dokładnie określonym odcinku czasu.
Krótko mówiąc, większość multimetrów cy-
frowych z funkcją pomiaru częstotliwości
zupełnie nie nadaje się do regulacji oscylato-
ra w nadajniku-pilocie. W każdym przypad-
ku dokładność posiadanego częstościomierza
należy sprawdzić w instrukcji obsługi.

W związku z tym proponuję inny prosty

sposób, niewymagający użycia dokładnego
częstościomierza, a co najwyżej omomierza.
Mianowicie w roli wskaźnika częstotliwości
należy wykorzystać scalony odbiornik
TFMS5360 (SFH506-36), który później bę-
dzie pracował w urządzeniu odbiorczym.
W pilocie wstępnie zamiast rezystora R8
(100

Ω) należy prowizorycznie wlutować re-

zystor o wartości aż 22k

Ω (jest dodatkowy

w zestawie AVT-2667), co radykalnie

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

Rys. 3 Schemat montażowy pilota

do obudowy KM 15M

Fot. 5

Rys. 4 Schemat montażowy pilota do

obudowy KM 14

Fot. 6

Rys. 5 Schemat montażowy odbiornika

zmniejszy zasięg łącza IRED. Zamiast R4
należy prowizorycznie, na jak najkrótszych
przewodach, zamontować potencjometr
montażowy 10k

Ω (też jest w zestawie AVT-

2667). Krótkie przewody są zalecane ze
względu na małą pojemność kondensatora
C2 w generatorze (470pF) – dodatkowe po-
jemności montażowe mogą znacząco zmie-
nić częstotliwość pracy.

Pilot powinien być zasilany napięciem

2,8...3,0V. Scalony odbiornik TFMS (SFH)
należy zasilić napięciem 5V i dołączyć do
wyjścia diodę LED i rezystor (też są dodat-
kowo w zestawie) według rysunku 6. W ta-
kim przypadku każde naciśnięcie przycisku
spowoduje wytworzenie paczki bardzo sła-
bych impulsów. Zasięg tak słabego łącza
wyniesie co najwyżej 10...20cm. I właśnie
aby ją osiągnąć, należy ustawić potrzebną
częstotliwość. Najpierw należy zbliżyć dio-
dę nadawczą do układu TFMS na odległość
0...1cm i sprawdzić, czy naciskanie przyci-
sku pilota powoduje zaświecanie diody LED
na wyjściu odbiornika. Jeśli tak, tor pracuje.

Należy oddalać pilot od odbiornika i pokrę-
cając potencjometrem montażowym, dobrać
częstotliwość, przy której zasięg jest naj-
większy. Potem trzeba wylutować potencjo-
metr, zmierzyć jego wartość i wlutować re-
zystor o najbliższej wartości. Ponieważ pro-
jekt nie jest przeznaczony dla zupełnie po-
czątkujących (dwie gwiazdki), w zestawie
nie przewidziano zestawu rezystorów do
wlutowania w miejsce R4. Odpowiedni re-
zystor należy wziąć z posiadanych zasobów.
Potem wypada jeszcze raz sprawdzić działa-
nie łącza (ze względu na wspomniane wcze-
śniej pojemności montażowe). Jeśli zasięg
się nie zmniejszył, na koniec trzeba wluto-
wać R8 o wartości 100

Ω i jeszcze raz osta-

tecznie sprawdzić zasięg łącza, który powi-
nien wynosić kilka metrów.

Płytkę można bez problemu umieścić

w obudowie KM-14, o ile tylko kondensator
filtrujący C3 ma średnicę 5mm. Przy kon-
densatorze o większej średnicy może być
kłopot z zamknięciem obudowy. W obu po-
łówkach obudowy należy też wcześniej wy-
ciąć szczeliny dla diody nadawczej IRED.
Do zasilania obowiązkowo ma być wyko-
rzystana bateria litowa o oznaczeniu
CR2032 (20mm średnicy, 3,2mm wysoko-
ści). Nie powinny być wykorzystane cieńsze
baterie CR2025, a tym bardziej CR2016,

mające znacznie większą rezystancję we-
wnętrzną, a tym samym mniejszą wydajność
prądową.

Opisany właśnie dobór częstotliwości

pracy nadajnika nie jest wcale zadaniem
trudnym, a jedynie nieco pracochłonnym.
Na marginesie przypomnę, iż w układzie
z rysunku 6 nieprzerwany ciąg impulsów no-
śnych 36kHz (przy zwarciu wejścia CLR do
masy) nie spowoduje ciągłego świecenia
diody LED, a wynika to z właściwości
odbiornika TFMS/SFH. Opisany sposób
z odbiornikiem TFMS i diodą LED według
rysunku 6 okaże się też pomocny w przypad-
ku ewentualnych błędów, gdyby tor nie chci-
ał pracować.

Montaż układu odbiorczego na płytce

z rysunku 5 jest klasyczny. Odbiornik nie
wymaga żadnego uruchamiania i bezbłędnie
zmontowany ze sprawnych elementów od
razu powinien pracować.

Uwaga! W odbiorniku występują na-

pięcia sieci mogące być przyczyną śmier-
telnego porażenia. W żadnym wypadku

nie należy przeprowadzać jakichkolwiek
zmian w urządzeniu podłączonym do sie-
ci! W razie konieczności należy zasilać
układ odbiorczy napięciem 12...18V dołą-
czonym np. do kondensatora filtrującego C4.

Urządzenie odbiorcze przeznaczone jest

do sterowania obciążeniem rezystancyjnym
o mocy do 450W. Wynika to z maksymalne-
go prądu diod prostowniczych (razem 2A),
natomiast prąd maksymalny tranzystora
przekracza 5A przy temperaturze obudowy
+100

C. Przy mocy odbiornika do 200W do

tranzystora T2 nie jest potrzebny radiator.
Rezystancja otwartego tranzystora MOSFET
typu IRF840 wynosi maksymalnie 0,85

Ω,

więc przy prądzie 2A moc strat wyniesie po-
niżej 3,4W, co wymaga zastosowania maleń-
kiego radiatorka z kawałka blaszki o po-
wierzchni kilku centymetrów kwadratowych.

Dla dociekliwych

i zaawansowanych

Jak już pisałem, czas trwania paczki impul-
sów w pilocie wyznaczają elementy C1, R2.
Czas trwania „paczki” musi być na tyle dłu-
gi, żeby spowodować reakcję urządzenia
odbiorczego, a tam decyduje o tym stała cza-
sowa R2, C2. W systemie w wersji podsta-
wowej czas trwania „paczki” impulsów
nadawczych wynosi około 30ms, a urządze-
nie odbiorcze powinno reagować na „paczki”

o czasie trwania ponad 15ms. Daje to wystar-
czający margines bezpieczeństwa względem
sygnałów fabrycznych pilotów, których
„paczki” nie powinny być dłuższe niż 9ms.

W wersji podstawowej systemu przewidzia-

na jest częstotliwość pracy równa 36kHz. Je-
śli ktoś chce, może śmiało zastosować odbior-
niki TFMS/SFH o innej częstotliwości nomi-
nalnej, na przykład 30kHz (np. TFMS5300)
i zmienić stosownie częstotliwość generatora
w pilocie. Najprawdopodobniej 30-kiloher-
cowy odbiornik TFMS/SFH będzie reagował
na bezpośrednie sygnały pilotów o częstotli-
wości 36kHz, jednak nie powinien reagować
na ich sygnały odbite od ścian. W takim
przypadku można śmiało spróbować skrócić
czas impulsu w nadajniku, np. zmniejszając
pojemność C1 w pilocie do 10nF oraz pojem-
ność C2 w odbiorniku do 2,2nF, a potem

Elektronika dla Wszystkich

Wykaz elementów

Nadajnik

Rezystory
R1,R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330kΩ
R3,R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ
R4 . . . . . . . . . . . . . . . . .* dobierany we własnym zakresie
R6,R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7kΩ (2,2...10kΩ)
R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100Ω
Kondensatory
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF MKT
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470pF ceramiczny
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/6,3V (o średnicy 5mm)
Półprzewodniki
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .dioda nadawcza IRED 3mm
T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74HC4060
Pozostałe
BT1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .bateria litowa CR2032
S1 . . . . . . . . . . . . . . . .mikroswitch z krótkim przyciskiem
Obudowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .KM-14
W skład kitu AVT-2667 dodatkowo wchodzą elementy:
rezystor 22kΩ
rezystor 470Ω
potencjometr mont. mini 10kΩ
dioda LED 3mm czerwona

Odbiornik

Rezystory
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9,1kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .680kΩ
R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
R4,R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47kΩ
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ
Kondensatory
C1,C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22nF MKT
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/25V
Półprzewodniki
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Zenera C5V1
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
D3-D7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4007
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .IRF840
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TFMS530 lub SFH506-36
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CMOS 4017

Projekty AVT

Rys. 6

KKoom

mpplleett ppooddzzeessppoołłóóww zz ppłłyyttkkąą

jjeesstt ddoossttęęppnnyy ww ssiieeccii hhaannddlloowweejj AAVVTT

jjaakkoo kkiitt sszzkkoollnnyy AAVVTT-22666677

Elektronika dla Wszystkich

sprawdzić, z jakiej odległości taki 30-kilo-
hercowy odbiornik reaguje na sygnały fa-
brycznych pilotów. Jeszcze bardziej zmniej-
szy to pobór prądu i zapewni nawet kilkulet-
nią pracę jednej jedynej baterii w pilocie.

Warto też wiedzieć więcej o właściwo-

ściach generatora w pilocie. Podana wcze-
śniej procedura doboru częstotliwości genera-
tora pilota zapewni dobre wyniki, bo pozwala
sprawdzić zasięg we współpracy z konkret-
nym egzemplarzem odbiornika TFMS.

Rysunek 7 pokazuje wpływ czułości

odbiornika TFMS w zależności od częstotli-
wości impulsów „nośnych” w temperaturze
+25

C. Wynika z niego, że częstotliwość im-

pulsów nie powinna różnić się od nominalnej
o więcej niż 5% - czułość maleje wtedy
o około 3dB. Dla bezpieczeństwa należałoby
jeszcze bardziej zawęzić zakres dopuszczal-
nych zmian częstotliwości nadajnika – do
±2%. Tolerancja ±2% od 36kHz to zakres
35,28...36,72kHz. Stabilność termiczna kla-
sycznego generatora dwubramkowego (tak
zbudowany jest oscylator kostki 4060) jest
wystarczająca, a spodziewane zmiany czę-
stotliwości w temperaturach pokojowych nie
przekroczą ±1%.

W ramach testów ostatniego modelu

zmierzyłem zależność częstotliwości genera-
tora pilota oraz pobór prądu w funkcji napię-
cia zasilania. Wyniki przedstawione są na ry-
sunku 8. Szczerze mówiąc, przed pomiarem
starannie dobrałem częstotliwość generatora,
by przy napięciu zasilania 2,8V wynosiła do-
kładnie 36kHz. Wartość napięcia 2,8V nie

jest przypadkowa. Napięcie świeżej baterii
litowej wynosi nieco ponad 3,3V, jednak na-
wet przy świeżej baterii napięcie podczas
pracy nieco się obniża. Tym bardziej obniża
się, jeśli bateria jest częściowo wyładowana.
Jeśli ktoś będzie chciał dobrać częstotliwość
generatora wyjątkowo precyzyjnie, powinien
uczynić to przy napięciu zasilania 2,8V.

Rysunek 8 pokazuje, z jakimi odchyłkami

trzeba się liczyć. Jak widać, stałość częstotli-
wości tego prostego generatora RC jest w su-
mie bardzo dobra i z powodzeniem mieści się
w przyjętych dość wąskich granicach. Mniej
optymistyczne są wyniki dotyczące poboru
prądu, który praktycznie równa się średnie-
mu prądowi diody nadawczej IRED (prąd
szczytowy jest około dwukrotnie większy).
Przy spadku napięcia zasilania prąd dość
szybko maleje, a tym samym zmniejszać się
będzie zasięg łącza. Właśnie ze względu na
wydajność baterii wartość rezystora ograni-
czającego R8 wynosi 100

Ω, co jak na piloty

jest wartością bardzo dużą, ograniczającą
prąd w impulsie do kilkunastu miliamperów.
Taki prąd z powodzeniem zapewni zasięg po-
nad dwóch metrów, co dla mojego zastoso-
wania jest wartością całkowicie wystarczają-

cą. Przy okazji mniejsza moc pilota i wyma-
gana kierunkowość umożliwiają współpracę
w jednym pomieszczeniu kilku urządzeń
odbiorczych. Dlatego ja w pełni świadomie
zdecydowałem się na takie rozwiązanie. Jeśli
jednak ktoś chce uzyskać większy zasięg,
może zmniejszyć wartość R8 w pilocie nawet
stukrotnie(!), by otrzymać w impulsie prąd
rzędu 1A, a nawet więcej. W takich przypad-
kach trzeba, po pierwsze zajrzeć do karty ka-
talogowej diody nadawczej IRED i spraw-
dzić dopuszczalny prąd impulsowy (często
do 2A) i dopuszczalną moc strat w przyję-
tych warunkach pracy. Druga sprawa to po-
bór prądu. Małe baterie litowe, nawet stosun-
kowo wydajna CR2032, nie są w stanie do-
starczyć prądu większego niż kilkanaście mi-
liamperów. Oznacza to, że zmniejszając war-
tość R8, należy obowiązkowo zapewnić od-
powiednią wydajność prądową źródła zasila-
nia. Można to zrobić, dodając kondensator
elektrolityczny o dużej pojemności Wtedy
podczas pracy pilota źródłem zasilania bę-
dzie ten kondensator, a nie mała bateria. Jeśli
przykładowo średni pobór prądu wyniesie
0,5A przez czas 20ms, to wymagana pojem-
ność wynosiłaby ponad 4700µF. Zadanie
o tyle nie jest łatwe, że w małej obudowie na-
leżałoby zmieścić kondensator o pojemności

ponad 4700µF. Bardziej prak-
tycznym rozwiązaniem będzie
wykorzystanie baterii o dużej wy-
dajności i większej obudowy.
Mogą to być popularne „palu-
szki” R6 (AA) lub „małe palu-
szki” R03 (AAA), najlepiej oczy-
wiście alkaliczne. Do tego też
kondensator magazynujący
o możliwie dużej pojemności, np.

470µF...2200µF.

Jak wspomniałem, w pilocie zastosowa-

łem układ 74HC4060, bo taki miałem pod
ręką. Wszystko wskazuje, że nadajnik moż-
na uprościć według idei z rysunku 9. Lojal-
nie przyznaję, że nie sprawdzałem takiego
układu. Spodziewam się, że R4 nie będzie
potrzebny i można go zastąpić zworą. Jeśli
natomiast prąd diody IRED byłby za mały,
można spróbować wykorzystać w roli stop-
nia mocy cztery inwertery kostki 74HC04
według idei z rysunku 10, ale trzeba dodać

bardziej rozbudowany obwód sterowa-
nia, by w spoczynku układ nie pobierał
prądu. Ze względu na wymaganą stabil-
ność częstotliwości zdecydowanie do
nadajnika nie nadaje się prosty układ ge-
neratora z jedną „bramką Schmitta”
– dlatego rysunek 11 jest przekreślony.
Nie spełni on przewidzianej roli ze
względu na znaczne wahania napięcia
zasilającego, które z kolei ma duży
wpływ na częstotliwość.

Piotr Górecki

Zbigniew Orłowski

Projekty AVT

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 10

Rys. 11

Rys. 9

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Opisów przeróżnych sterowników urządzeń
zamieszczono już bardzo wiele. Były one za-
zwyczaj sterowane kodem RC-5 czy interfej-
sem równoległym komputera. Idea stosowa-
nia sterowników jest jak najbardziej na miej-
scu, gdyż niekiedy musimy włączać i wyłą-
czać wiele urządzeń różnie oddalonych od
siebie. Zastosowanie takiego sterownika
umożliwia sterowanie kilkoma urządzeniami
z jednego miejsca, co przyśpiesza ich stero-
wanie oraz polepsza komfort obsługi tych
urządzeń.

Proponowany sterownik różni się od in-

nych tym, że można go sterować łączem sze-
regowym, w który jest wyposażony każdy
PC-et. Sterowanie portem równoległym jest
uciążliwe, zwłaszcza gdy mamy do niego do-
łączoną drukarkę. Tak więc sterowanie po-
rtem szeregowym nie tylko zmniejsza liczbę
przewodów, ale uniezależnia od potrzeby
stosowania innych portów, które są bardziej
potrzebne do innych celów.

Poniżej przedstawiony sterownik charak-

teryzuje się 8 kanałami, których każdy stan
jest zapamiętywany w nieulotnej pamięci
EEPROM, co chroni układ przed wpływem
zaników napięć, które powodowałby kaso-
wanie ustawień przekaźników.

Dużą zaletą takiego sterownika jest to, że

do jego sterowania nie trzeba posiadać żad-
nego oprogramowania, do obsługi wystarczy
jakikolwiek terminal, choć program sterujący
w dużej mierze ułatwi sposób sterowania ste-
rownikiem.

Przykładowy program obsługujący ste-

rownik może wyglądać tak jak załączony.

Jak to działa?

Schemat ideowy układu znajduje się na ry-
sunku 1. Całym sterownikiem steruje znany
i wielokrotnie stosowany mikroprocesor
89C2051. Wyjścia od P1.2 do P1.7 oraz P3.2,

P3.3 sterują tranzystorami T1–T8, które z ko-
lei układami wykonawczymi w postaci prze-
kaźników. Diody D1–D8 sygnalizują stan
przekaźników, natomiast D9–D16 chronią
tranzystory przez przepięciami podczas wy-
łączania przekaźników. Piny portu P3.4, P3.5
sterują pamięcią nieulotną EEPROM U2, na-
tomiast piny P3.0 oraz P3.1 konwerterem na-
pięć U3. Układ U3 dostosowuje napięcia do
standardu RS232, które powinny wynosić
–12V/+12V. Napięcie zasilające układ stabi-
lizowane jest na poziomie 5V przez U4, na-
tomiast kondensatory C1–C4 filtrują napię-
cia zasilające układ.

Na listingu 1 znajduje się fragment pętli,

w której następuje oczekiwanie na dane wy-
słane z komputera do sterownika, natomiast
listing 2 przedstawia procedurę wysyłającą
do komputera aktualny stan ustawień przeka-
źników, co wykorzystano w dołączonym do
projektu programie. Listing 3 przedstawia
część procedury odpowiedzialnej za sterowa-
nie przekaźnikami na podstawie odebranych
danych z portu. W części tej procedury wi-
dać, że po każdej zmianie stanu przekaźnika

od razu jego stan jest zapamiętywany w nie-
ulotnej pamięci, dzięki czemu z dużym praw-
dopodobieństwem sterownik powróci po po-
wrocie napięcia zasilającego do stanu prze-
kaźników sprzed jego zaniku.

Montaż i uruchomienie

Układ sterownika można zmontować na płyt-
ce przedstawionej na rysunku 2. Przed mon-
tażem należy wlutować jedną zworkę, prze-
chodząc od elementów najmniejszych, koń-
cząc na włożeniu układów scalonych do pod-
stawek.

Sterownik po poprawnym zmontowaniu od

razu powinien poprawnie pracować. Do wej-
ścia Z1 należy dołączyć napięcie zasilające
o wartości 12V. Ze znalezieniem odpowie-
dniej obudowy dla tego układu nie powinno

ąą

ńń

Listing 1:

'Instrukcja

czytania danych z portu

Input V
Z = V + 48
Call Zalacz
If Z = „s” Then

Call Wr_stan

End If

Loop

Listing 2:

Sub Wr_stan:

' Procedura

wysylania stanu sterownika

For I = 1 To 8

Waitms 100
Print Chr(stan(i))

Next I

End Sub

Listing 3:

Sub Zalacz

' Procedura

obslugi urzadzen

Select Case Z
Case „1” :

Set P1.7
Stan(1) = „1”
Value = Stan(1)
Call Zap_eeprom(1 , Value )
Print „p”

Case „0” :

Reset P1.7
Stan(1) = „0”
Value = Stan(1)
Call Zap_eeprom(1 , Value )
Print „p”

Case „3” :

Set P1.6
Stan(2) = „3”
Value = Stan(2)
Call Zap_eeprom(2 , Value )
Print „p”

................
................
................
End Select
End Sub

być większych problemów. Aby sterow-
nik poprawnie pracował z komputerem,
powinien być połączony przewodem,
który ma skrzyżowane linie TX oraz RX.
Z wykonaniem takiego przewodu nie po-
winno być większych problemów, gdyż
wystarczy tylko zamienić po jednej stro-
nie złącza linie RX z linią TX. Po połą-
czeniu sterownika z komputerem oraz za-
sileniu go napięciem, dla jego sprawdze-
nia najlepiej będzie posłużyć się jakim-
kolwiek terminalem.

Sterownik obsługuje transmisję

9600:8:n:1, tzn. aby sterownik popraw-
nie się porozumiewał w konfiguracji ter-
minala, należy ustawić szybkość trans-
misji na 9600bs, dane -8 bitów, bit pa-
rzystości - brak, 1 bit stopu. Po takim
skonfigurowaniu terminala porozumie-
wanie się ze sterownikiem powinno
przebiegać bez żadnych problemów.

Powyższa tabelka przedstawia roz-

kazy przyjmowane przez sterownik, przy
czym wpisane rozkazy należy potwier-
dzać zawsze klawiszem ENTER.

Ciąg dalszy na stronie 38.

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 2 Schemat montażowy

Rys. 1 Schemat ideowy

Urządzenie

OFF

Podstawy

Elektronika dla Wszystkich

W EdW 5/03 zostały zaprezentowane sposo-
by wyznaczania indukcyjności najczęściej
używanych cewek fabrycznych.

Kontynuujemy temat, przedstawiając róż-

ne sposoby określania indukcyjności cewek,
a także proste, ale przydatne przystawki słu-
żące właśnie do pomiarów indukcyjności.

Na wartość indukcyjności cewki wpływa-

ją następujące czynniki:
- średnica cewki,
- długość cewki,
- liczba zwojów i rodzaj uzwojenia,
- pojemność własna cewki.

Indukcyjność cewki L jest tym większa,

im większa jest jej średnica, im mniejsza dłu-
gość nawinięcia cewki, im ciaśniej są ułożo-
ne zwoje oraz im jest tych zwojów więcej.

Indukcyjność cewki zależy od liczby

zwojów wprost proporcjonalnie do ich kwa-
dratu. Jeżeli zatem jedna cewka będzie miała
np. 12 zwojów, druga cewka tylko 4 zwoje,
nawiniętych identycznie, to indukcyjność
cewki pierwszej będzie miała wartość nie
trzykrotnie, ale dziewięciokrotnie większą od
indukcyjności cewki drugiej.

Indukcyjność cewek jednowarstwowych

(rys. 1) można obliczyć z następującego
wzoru:

L =

K - współczynnik zależny od stosunki średni-
cy do długości uzwojenia (D/l) można wy-
znaczyć za pomocą nomogramu (rys. 2)
D - średnica uzwojenia [cm]
l - długość uzwojenia [cm]
n - liczba zwojów cewki
L - indukcyjność cewki [

µH]

Z nieco mniejszą dokładnością indukcyj-

ność cewki jednowarstwowej można oszaco-
wać z nomogramu zamieszczonego na ry-
sunku 3.

Indukcyjność jednego zwoju kołowego

o średnicy D wykonanego z drutu o średnicy
d (rys. 4) można wyliczyć ze wzoru:

L = 0,0145D log 1,08

Dla przykładu, indukcyjność jednego

zwoju o średnicy D=25cm wykonanego
z drutu o średnicy d=4mm wynosi 0,66

µH.

Z kolei indukcyjność drutu prostego moż-

na wyliczyć ze wzoru:

L = 0,0046l log

Przykładowo, indukcyjność drutu proste-

go o długości 5cm i średnicy 1mm wynosi

0,0043

µH. Warto wiedzieć, że taki odcinek

drutu z dołączonym kondensatorem o warto-
ści 15pF tworzy równoległy obwód rezonan-
sowy o wartości 200MHz.

Na stronach internetowych często można

spotkać kalkulatory ułatwiające wyznaczanie
indukcyjności, ale one także opierają się o ta-
kie i podobne wzory.

Obliczanie indukcyjności cewek wielo-

warstwowych jest dość skomplikowane i dla-
tego lepiej w takim przypadku korzystać
z mierników. W każdym razie o ile indukcyj-
ność cewek powietrznych o niewielkiej licz-
bie zwojów można obliczyć lub wyznaczyć

część 2

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

KDn

1000

1,47l

z nomogramów, to indukcyjność cewek na-
wijanych na rdzeniach ferrytowych można
w zasadzie jedynie zmierzyć. Tylko nieliczne
multimetry cyfrowe są wyposażane w podza-
kres do pomiaru indukcyjności.

Są także mierniki przystosowane tylko do

pomiaru L lub LC, jak np. DVM6243 firmy
Velleman, dostępny w sieci handlowej AVT.
Umożliwiają one pomiar indukcyjności
w czterech podzakresach: 2mH, 20mH,
200mH, 2H (pojemności: 2nF, 20nF, 200nF,
2

µF, 20µF, 200µF). Są to multimetry stosunko-

wo drogie, a przy tym mało przydatne do po-
miaru cewek o indukcyjnościach rzędu kilku
mikrohenrów (nie mówiąc o nanohenrach).
Przystosowane są one w zasadzie do dokład-
nych pomiarów cewek o indukcyjności kilku-
set mikrohenrów. Z tego też względu w warun-
kach laboratoryjnych korzysta się z drogich
(ale i dokładnych) mostków RLC, które za-
pewniają pomiar cewek od części nH aż po H.

Do pomiarów indukcyjności cewek

w warunkach amatorskich proponujemy wy-
konanie prostej przystawki dołączanej albo
do posiadanego miliwoltomierza, albo do
miernika częstotliwości.

Metoda bezpośrednia

z generatorem

Jak wiemy, częstotliwość każdego generato-
ra LC, niezależnie od jego konstrukcji, zale-
ży od indukcyjności i wypadkowej pojemno-
ści widzianej przez końcówki cewki.
Mierząc częstotliwość wyjściową gene-
ratora, można wyliczyć indukcyjność
cewki (oczywiście znając pojemność
wejściową układu generatora).

Przykładowy schemat ideowy takiego

generatora jest pokazany na rysunku 5.
Na tranzystorze T1 jest skonstruowany
zasadniczy generator, zaś na tranzystorze
T2 separator w postaci wtórnika emitero-
wego.

Częstotliwość wyjściowa układu za-

leży od pojemności wewnętrznej przy-
stawki (Cw).

Pojemność wewnętrzną układu można

wyznaczyć z poniższej procedury:
- do zacisków przystawki należy podłączyć
cewkę o nieznanej indukcyjności i zmierzyć
częstotliwość wyjściową f1 [MHz]
- równolegle do uzwojeń cewki podłączyć kon-
densator o znanej pojemności, np. C = 100pF
i zmierzyć częstotliwość wyjściową f2 [MHz]
- potrzebną pojemność wejściową przystaw-
ki [pF] wyliczyć ze wzoru:

Cw =

Indukcyjność dołączonej cewki można

wyliczyć ze wzoru:

Do przybliżonego wyznaczania indukcyj-

ności na podstawie zmierzonej częstotliwo-

ści można wykonać specjalny nomogram,
aby wyeliminować konieczność każdorazo-
wego korzystania z kalkulatora.

Przy dzielniku pojemnościowym 100pF

przystawka umożliwia określenie indukcyjno-
ści cewek w zakresie 1...500

µH, a także czę-

stotliwości rezonatorów kwarcowych w za-
kresie 3...20MHz. Chcąc mierzyć częstotliwo-
ści rezonatorów w zakresie 1...3MHz oraz
cewki o indukcyjności powyżej 500

µH należy

wartości kondensatorów dzielnika powięk-
szyć do 1nF. Przy pomniejszeniu wartości
tych kondensatorów uzyskamy możliwość po-
miaru cewek o indukcyjnościach mniejszych
od 1

µH i rezonatorów o częstotliwościach po-

wyżej 20MHz. Wiąże się to z koniecznością
wyznaczenia nowych wartości Cw.

Układ z rysunku 6 jest skonstruowany

w oparciu o cztery bramki Schmitta, wcho-
dzące w skład układu scalonego 74HC132.
Bramka 1 z elementami RC tworzy generator
fali prostokątnej. Wartość rezystora została
tak dobrana, aby częstotliwość generatora
wynosiła około 50kHz. Bramka 2 stanowi se-
parator - układ formowania sygnału genera-
tora. Zasadnicze właściwości bramki Schmit-
ta zostały wykorzystane w bramce 3. Na jed-
no z jej wejść jest podany przebieg piłok-
ształtny uformowany z przebiegu prostokąt-
nego po przejściu przez układ różniczkujący,
zestawiony z elementów R2Lx. Przełączenie
bramki 74HC132 następuje z chwilą przekro-
czenia poziomu wejściowego 1,8V (zmiana
sygnału z „0” na „1”) i przy 3V (przy zmia-
nie sygnału z „1” na „0”). Bramka 4 odwraca
fazy sygnałów wyjściowych bramki 3. Czas

trwania jedynki logicznej na wyjściu bramki
4 jest wprost proporcjonalny do stałej czaso-
wej ł = Lx/R. Impulsy wyjściowe po przej-
ściu przez układ całkujący RC są kierowane
do zacisków woltomierza. Wartość średnia
tego napięcia zależy od rezystancji wejścio-
wej podłączonego woltomierza - im większa
jest ta rezystancja, tym pomiar dokładniejszy.

Wartości elementów w przedstawionym

układzie przystawki zostały tak dobrane, aby
można było mierzyć indukcyjności cewek
z przedziału 5...500

µH (czyli w najczęściej

wykorzystywanym przedziale wartości).
W tym zakresie mierzonej indukcyjności
układ pracuje liniowo.

Korzystanie z przystawki jest bardzo pro-

ste. Indukcyjności 5

µH odpowiada napięcie

wyjściowe 5mV i odpowiednio, 500

µH -

500mV. W przypadku bezpośredniego
zwarcia zacisków Lx napięcie wyjściowe
jest zbliżone do zera (przy rozwarciu wyno-
si około 2,7V).

Podczas testowania przystawki zostały

wykorzystane multimetry cyfrowe, które
mają bardzo dużą rezystancję wejściową.
Po dołączeniu multimetru analogowego
wskazania będą obarczone bardzo dużym
błędem.

Powiększenie zakresu pomiarowego

przystawki można uzyskać przez zmniej-

szenie częstotliwości generatora oraz
zmniejszenie stałej czasowej układu, czyli

przez zmianę wartości rezystorów
(wiąże się to z koniecznością zastoso-
wania dodatkowego przełącznika).

Czytelnikom, którzy chcieliby okre-

ślać cewki o bardzo małej indukcyjno-
ści, można polecić przystawkę działają-
cą za pomocą metody rezonansowej.
Przedstawiono na rysunku 7 schemat
miernika umożliwia określenia induk-
cyjności cewki z zakresu 0,05...1

µH.

Ten prosty układ składa się z wysoko-
stabilnego generatora wysokiej często-
tliwości, równoległego obwodu pomia-
rowego oraz wskaźnika rezonansu.

Jako generator w.cz. jest zastosowany ge-

nerator scalony o częstotliwości 50MHz.
Właśnie taka częstotliwość umożliwia pomiar
cewek o indukcyjności nawet poniżej 0,2

µH.

Dodatkowy obwód rezonansowy z cewką

0,6

µH i trymerem 25pF służy do poprawie-

nia kształtu sygnału wyjściowego 50MHz.

Obwód pomiarowy jest złożony ze zmien-

nego kondensatora wzorcowego o maksy-
malnej wartości 250pF i indukcyjności mie-
rzonej Lx.

Wskaźnik pomiarowy tworzy detektor

w.cz. w postaci podwajacza napięcia z dio-
dami germanowymi D1 D2 z dołączonym
mikroamperomierzem, a nawet dowolnym
posiadanym multimetrem.

Po zmontowaniu układu należy ustawić

trymer na maksymalny sygnał w.cz., a następ-
nie wyskalować oś kondensatora zmiennego

Podstawy

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 5

Rys. 6

- 1

( )

25330

* Cw

Podstawy

Elektronika dla Wszystkich

w wartościach indukcyjności. Skalowanie
oraz pomiar polega na dostrojeniu generatora
do obwodu pomiarowego na maksymalne
wychylenie wskaźnika pomiarowego, czyli
do stanu rezonansu elementów Lx
i C (250pF).

Najłatwiej będzie nanieść podziałkę ma-

jąc kilka wzorcowych indukcyjności
0,05...1

µH. Jeżeli ktoś ma miernik pojemno-

ści, może najpierw nanieść wstępną skalę
w wartościach pojemności kondensatora
zmiennego, a potem za pomocą przekształco-
nego wzoru wyliczyć ostateczne wartości in-
dukcyjności i nanieść napisy.

Przyjmując częstotliwość rezonansową

50MHz i znając pojemność kondensatora
w pF można wyznaczyć indukcyjność w

µH

z uproszczonego wzoru:

Lx = 10/C

Czyli jeżeli maksymalne wychylenie

wskaźnika przypadnie dla pojemności kon-
densatora 10pF, będziemy mieli do czynienia
z indukcyjnością 1

µH i odpowiednio, dla

50pF-0,2

µH, 100pF-0,1µH...

Po wyskalowaniu należy jeszcze upewnić

się, czy miernik działa prawidłowo, dołącza-
jąc kilka cewek o małych wartościach induk-
cyjności stosowanych w zakresach VHF.
Eksperymentalne cewki można wykonać sa-
memu poprzez nawinięcie emaliowanym
drutem miedzianym o średnicy 1mm (DNE
1) na ołówku (średnica około 7mm):
50nH-2 zwoje, 100nH-3 zwoje, 200nH-7
zwojów, 300nH-10 zwojów...

Na zakończenie warto przypomnieć jeden

z najbardziej uniwersalnych przyrządów,
czyli TDO.

TDO to skrót od angielskiej nazwy Trans-

Dip-Oscillator (odpowie-
dnik GDO, czyli Grid-Dip-
Oscylator) i bywa często na-
zywany po prostu „dipme-
trem”. Zakres pomiarowy
TDO zależy od liczby wyko-
nanych cewek wzorcowych,
zaś dokładność pomiarów -
od precyzji w naniesieniu
skali, a także od wprawy
użytkownika.

Na rysunku 7 zamieszczono schemat

jednego z najprostszych układów wykona-
nych z zastosowaniem łatwych do zdoby-
cia podzespołów.

Choć na łamach pisma były już opisy-

wane podobne urządzenia, to warto przy-
pomnieć, że zasadniczym elementem urzą-
dzenia jest generator wykonany w ukła-
dzie Hartleya na tranzystorze BC547.
Układ taki charakteryzuje się pewną pracą
w szerokim zakresie częstotliwości.
W skład obwodu rezonansowego wchodzi
wymienna nieekranowana cewka L umie-
szczona na zewnątrz obudowy oraz kon-

densator o zmiennej pojemności zaopatrzony
w podziałkę częstotliwości. Można tu wyko-
rzystać kondensator obrotowy w obudowie
plastikowej o pojemności około 200pF (jed-
na sekcja agregatu AM). Po generatorze na-
stępuje prostownik w.cz. w postaci podwaja-
cza napięcia, a następnie wskaźnik prądu sta-
łego w postaci mikroamperomierza.

Jeżeli obwód rezonansowy z cewką

L (oczywiście przy zasilaniu układu) zosta-
nie sprzęgnięty z innym obwodem o iden-
tycznej częstotliwości rezonansowej, to
wskaźnik miernika pokaże spadek wychyle-
nia wskazówki dołączonego miernika - tak
zwany „dip”. Dzieje się to na skutek tego, że
przy zgodności obydwu częstotliwości bada-
ny obwód pobiera część energii z obwodu
generatora, powodując zmniejszenie ampli-
tudy sygnału generatora.

Przy eksperymentalnym dobieraniu licz-

by zwojów można posłużyć się odbiornikiem
radiowym z odpowiednim zakresem często-
tliwości.

Trzeba pamiętać, że maksymalna wartość

częstotliwości występuje przy minimalnej
pojemności kondensatora zmiennego (wy-
kręconym rotorze), zaś minimalna - przy ma-
ksymalnej pojemności kondensatora zmien-
nego (wkręconym rotorze).

W celu określenia indukcyjności cewki

należy końcówki Lx połączyć z kondensato-
rem o znanej pojemności C, a następnie okre-
ślić częstotliwość rezonansową tak powstałe-
go obwodu LC.

Indukcyjność wyliczamy ze wzoru (5).
Mam nadzieję, że w powyższym artykule

udało mi się choć częściowo odpowiedzieć
na pytanie, jak określić indukcyjność cewek
lub ile nawinąć zwojów, aby uzyskać
potrzebną wartość indukcyjności.

Andrzej Janeczek

Rys. 7

Rys. 8

Kurs Protela

Elektronika dla Wszystkich

Podobieństwa i różnice

Rozwój programów i formatów do zapisu
projektów płytek drukowanych jest szybki
i formaty te coraz bardziej się różnicują. Żeby
pokazać Ci te różnice, stworzyłem w Autotra-
xie plik zawierający pięć elementów, pokaza-
nych na rysunku 7. Po zapisaniu, plik Auto-
traxa z rozszerzeniem .PCB zawierający te
elementy ma 169 bajtów i zawiera dane (te-
kstowe), pokazane na rysunku 8 (czerwonym
kolorem dodałem mój komentarz). Ten pro-
ściutki plik zaimportowany do Protela i zapi-
sany potem w domyślnym (binarnym v. 4.0)

formacie Protela 99SE, też oczywiście z roz-
szerzeniem .PCB, ma już... 36688 bajtów,
czyli ponad 200 razy więcej. Rysunek 9 po-
kazuje w zmniejszeniu część pliku w forma-
cie Protela w wersji ASCII (tekstowej). Czer-
wony owal pokazuje, gdzie są informacje
o pięciu składnikach z rysunku 7. Pozostałe
informacje związane są z ogromnymi możli-
wościami Protela, których oczywiście w tym
wypadku zupełnie nie wykorzystujemy.

Przykład ten pokazuje, że coraz trudniej

jest przeprowadzać konwersję z jednego for-
matu na inny, nawet wtedy, gdy rozszerzenie

jest identyczne (.PCB). Dotyczy
to nie tylko programów z jednej
linii rozwojowej (korzenie Pro-
tela sięgają Autotraxa i są to pro-
gramy z jednej firmy) – tym
większą trudność sprawia kon-
wersja między formatami po-
chodzącymi z zupełnie różnych
firm. Dotyczy to na przykład
programów Protel i Autotrax
z jednej strony, a EAGLE z dru-
giej. Szczerze mówiąc, program
EAGLE nie należy ani do naj-
lepszych, ani do najpopularniej-
szych. Tu choć z przyzwoitości
należałoby wspomnieć o lep-
szych i znanych od dawna pro-

gramach OrCad czy P-CAD
(czytaj: pikad). Jednak przez

długie lata nie były dostępne
użyteczne wersje edukacyjne
OrCad-a i P-CAD-a, a korzysta-
nie ze sposobów pirackich było
utrudnione ze względu na stoso-
wanie kluczy sprzętowych (wty-
kanych w gniazda i portu kom-
putera). Zemściło się to radykal-
nym spadkiem popularności
OrCad-a, a P-CAD od początku
należał do elity tego rodzaju
oprogramowania i mało kto opa-
nował jego specyficzną obsługę.

Tymczasem firma CadSoft udostępniła

edukacyjną, ograniczoną, niemniej użytecz-
ną wersję skądinąd potężnego programu EA-
GLE (Easily Applicable Graphical Layout
Editor). Ograniczeniem wersji edukacyjnej
jest możliwość wykorzystania tylko dwóch
warstw ścieżek (Top, Bottom), a wymiary
płytki nie mogą przekraczać 10cm x 8cm.
Wersja ta jest dość popularna, instaluje się
szybko, nie ma limitu czasowego i pracuje
bez awarii, w przeciwieństwie do Protela,
który na wielu komputerach sprawia duże
kłopoty i się zawiesza.

Ja osobiście wyrosłem na programach

Autotrax (płytki) i Orcad (schematy), a moim
pierwszym programem do płytek była jakaś
wczesna wersja Tanga. EAGLE zupełnie mi
nie odpowiada, przede wszystkim ze wzglę-
du na wygląd schematów ideowych. Muszę
jednak lojalnie przyznać, że mocną stroną są
obszerne biblioteki (a w nich bardzo ładne
elementy „płytkowe”) i naprawdę duże moż-
liwości. Ja co prawda nie planuję przyzwy-
czajać się do EAGLE i nie zachęcam nikogo
do tego, ale co jakiś czas mam do czynienia
ze schematami i płytkami wykonanymi
w tym programie. Czasem nawet zachodzi
potrzeba przeniesienia skomplikowanej płyt-
ki spod EAGLE do Autotraxa.

Praktyczne kłopoty

Nieprzypadkowo to spotkanie zaczęliśmy od
omówienia plików wiertarskich i formatu
Gerber. Każdy program do projektowania
płytek potrafi wytworzyć takie pliki. I to jest
wspólny mianownik, jedyne podobieństwo
nawet skrajnie różnych programów.

Teoretycznie wszystko jest jasne, proste

i oczywiste: wystarczy wygenerować plik
wiertarski oraz pliki Gerbera lub postscripto-
we wszystkich czynnych warstw, przekazać
je producentowi płytek i czekać na gotowe
płytki.

Niestety, często rzeczywistość nie jest aż

tak różowa. Zwłaszcza w przypadku małych

Rys. 7

Rys. 8

Spotkanie 15

Na najbliższych spotkaniach zajmiemy się zaa-
wansowanymi zagadnieniami, związanymi
z przygotowaniem plików produkcyjnych. Wię-

cej miejsca poświęcimy jednak pokrewnemu za-
gadnieniu, które pokaże Ci całą sprawę w zupeł-
nie odmiennym świetle. Pokażę Ci mianowicie,

jak można okrężną drogą przenieść przynajmniej
kluczowe informacje z płytki zaprojektowanej
w programie EAGLE do Protela czy Autotraxa.

zakładów rzemieślniczych pojawiają się kło-
poty. Niektóre zakłady nie chcą przyjmować
plików z projektami płytek w mało popular-
nych formatach. Nie dziwię się – po pierw-
sze, trzeba mieć stosowny program. Legalna
wersja kosztuje majątek. Poza tym trzeba się
nauczyć obsługi kilku programów. Ja sam
miałem spore kłopoty z EAGLE. Najnowsza
wersja 4.09 nie chciała otworzyć plików
z wersji 3.55. Problem z ledwością i nie do
końca załatwiło dopiero wykorzystanie we-
rsji 4.01. W każdym razie musiałem instalo-
wać trzy programy (na szczęście miałem je
pod ręką na płytach EP). Mało kto chce do-
kładać sobie niepotrzebnych kłopotów i wy-
twórcy zwykle niechętnie przyjmują pliki
wynikowe (wiertarskie i Gerbera) oraz pliki
.PCB w „egzotycznych formatach”, w tym
z EAGLE.

Po prostu wytwórcy łatwiej jest przepro-

wadzić niezbędną dalszą obróbkę płytki
w znanym mu formacie, którym często nadal
jest poczciwy Autotrax. Trzeba bowiem pa-
miętać, że do produkcji nie wykorzystuje się
jednej płytki. Trzeba „rozmnożyć” płytkę
i przygotować formatkę o większych wymia-
rach, uwzględniając znaczniki pasowania
warstw oraz odstęp między płytkami, zależ-
ny od sposobu cięcia formatki. Można to bez
problemu zrobić na przykład właśnie w Au-
totraxie czy Protelu i dopiero po „rozmnoże-
niu” wygenerować wszystkie potrzebne pliki
produkcyjne. Dostarczenie plików wiertar-
skich i Gerbera (lub postscriptowych) tylko
jednej płytki nieco utrudnia wykonawcy
przygotowanie formatek. Co prawda są spe-
cjalne programy do obróbki i „rozmnażania”
plików Gerbera i innych, lecz na pewno jest
to utrudnienie dla wytwórcy, który musi te
programy posiadać i umieć obsługiwać.
Przygotowując ten cykl, zainstalowałem kil-
ka takich programów z płyt EP (m.in. GC-
Prevue, ACCEL Gerber, Gerber Tool). Takie
programy „łykają” pliki Gerbera. Obraz wi-

dać na ekranie, można go skontrolować, roz-
mnożyć, poustawiać.

Zarówno podczas przygotowywania, jak

i późniejszej obróbki takich plików łatwo
mogą wkraść się błędy, które uczynią pracę
bezużyteczną. Aby uniknąć błędów, projek-
tant płytki musi więc dobrze rozumieć pro-
blem i szczegółowo ustalić z wytwórcą, w ja-
ki sposób ma przygotować ewentualne pliki
produkcyjne: czy ma to być format postscrip-
towy, czy Gerber? Jakie apertury stosować?
Czy „rozmnożyć” płytkę? Na jaki format
i z jakimi odstępami? Jakie zastosować pase-
ry (znaczniki produkcyjne), które pozwolą
precyzyjnie złożyć wszystkie warstwy? Jak
będą zaznaczone kontury płytki, potrzebne
m.in. do cięcia?

Dlatego nie wszystkie zakłady, zwłaszcza

te małe rzemieślnicze, chcą zawracać sobie
głowę nietypowymi zleceniami, które zwy-
kle są małe i przy dużym dodatkowym nakła-
dzie pracy w sumie nie przynoszą zysku, tyl-
ko stratę. Z tych praktycznych względów
czasem, nawet gdy jest dostępna gotowa
płytka np. w EAGLE, to trzeba od nowa od-
tworzyć ją w Autotraxie, by stała się „straw-
na” dla wytwórcy.

Konwersja

Jak wspomniałem, konwersja plików .PCB
zapisanych w zupełnie różnych formatach
nie jest łatwa. W obrębie jednej rodziny (Au-
totrax – Protel) można sobie poradzić. Protel
może też otworzyć pliki OrCad v.9 (co jest
wynikiem walki konkurencyjnej) oraz
P-CAD i PADS. Ale nie ma narzędzi do kon-
wersji rozmaitych wersji różnych mniej zna-
nych programów. I wtedy jedyną pomocą by-
wa skorzystanie z formatu Gerber. Krótko
mówiąc, z programu takiego jak np. EAGLE
trzeba wygenerować pliki Gerbera odpowie-
dnich warstw, potem przekonwertować je na
format Protela (lub Autotraxa i ewentualnie
plik z Autotraxa otworzyć w Protelu).

Nie znaczy to, że można w ten sposób

z łatwością przenieść kompletny projekt

płytki. Jak się zo-
rientowałeś, plik
w formacie Gerbe-
ra służy do wyko-
nania jednej kliszy.
Nie możesz prze-
nieść wielu od-
dzielnych warstw
w jednym pliku
Gerbera. Owszem,
mógłbyś włączyć
do pliku Gerbera
wszystkie czynne
warstwy, ale zosta-
ną one spłaszczone,
potraktowane jako
jedna warstwa
i później ich nie
rozdzielisz.

Jeśli płytka jest nieskomplikowana, trzeba

po prostu zrobić ją od nowa w Protelu czy
Autotraxie na podstawie wydruku z drukarki.
Jeśli jest bardziej skomplikowana, można
pójść dwiema drogami wykorzystującymi pli-
ki Gerbera:
1. Przenieść do Autotraxa kolejno wszystkie
czynne warstwy (BottomLayer, TopLayer,
TopOverlay).
2. Przenieść do Autotraxa tylko warstwę(-y)
ścieżek jako wzór i potem na tym wzorze
umieścić elementy z bibliotek Autotraxa czy
Protela (ewentualnie poprowadzić też nowe
ścieżki i skasować na koniec te przeniesione).

Ponieważ w pierwszym przypadku nadal

nierozwiązany pozostałby problem otworów,
a procedura jest skomplikowana, polecam
drugą drogę – przeniesienie tylko warstwy
ścieżek i dodanie elementów bibliotecznych.

Przedstawiony dalej przykład opisuje

przenoszenie płytki z EAGLE do Protela. Ze
względu na utrzymującą się popularność,
dalsza część dotyczy też Autotraxa.

EAGLE - Protel

Plik płytki drukowanej spod EAGLE ma roz-
szerzenie .brd. W Eagle v.4.01 należy otwo-
rzyć płytkę, jak do edycji i z menu File wy-
brać CAM Processor. Na palecie, która się
pojawi, trzeba określić format i właściwości
pliku wyjściowego. Ramka Job nie będzie
wykorzystana. W ramce Options trzeba okre-
ślić urządzenie, dla którego przeznaczony
jest plik wynikowy, a w naszym przypadku
określić format pliku wyjściowego. W okien-
ku Device obszernej listy urządzeń trzeba
wybrać GERBER_RS274X. Plik będzie
w rozszerzonym formacie Gerber, więc od
razu w nim zostanie zawarta lista wykorzy-
stanych apertur.

W okienku File trzeba podać nazwę i roz-

szerzenie pliku wynikowego. Kliknięcie
przycisku File otworzy okno, w którym moż-
na wybrać ścieżkę i plik. Tu trzeba bardzo
uważać. Problem w tym, że program EAGLE
nie jest w tym miejscu zbyt inteligentny
i chętnie zastąpi jakikolwiek wskazany plik,
bezpowrotnie i bez ostrzeżenia niszcząc przy
okazji oryginał – to jest irytująca niedoróbka.
Dlatego bardzo ważne jest, by wpisać odpo-
wiednie rozszerzenie.

Jak już wiesz, dla plików w formacie Ger-

ber używa się różnych rozszerzeń. Ja zgodnie
z zaleceniami z Protela używam rozszerzeń
zaczynających się od litery g. Na przykład
plik Gerbera warstwy TopLayer ma rozsze-
rzenie .gtl, warstwy ścieżek BottomLayer -
rozszerzenie .gbl, warstwy TopOverlay - .gto.
Rozszerzenia proponowane w pliku pomocy
EAGLE są inne, ale ja trzymam się podanej
zasady dla jasności sytuacji.

W prawym dużym oknie koniecznie trze-

ba zaznaczyć warstwy, które mają pojawić
się w wygenerowanym pliku, a wyłączyć
niepotrzebne.

Kurs Protela

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 9

Dla ścieżek od strony lutowania na pewno

potrzebna będzie warstwa 16Bottom. Warto
też włączyć 17Pads i 18Vias, ewentualnie
warstwę 40bKeepout. A może zamiast Kee-
pout warto wcześniej w warstwie Bottom La-
yer zaznaczyć rogi płytki?

Zwróć jeszcze uwagę na warstwę 45Holes

– otwory. Włączenie wyświetlania otworów
znacznie skomplikuje zadanie. Proponuję
wyłączyć warstwę 45Holes. Resztę warstw
trzeba skrupulatnie wyłączyć, w szczególno-
ści 1Top.

Dla wytworzenia warstwy ścieżek od

strony elementów na pewno trzeba włączyć
warstwę 1Top oraz ewentualnie włączyć
17Pads i 18Vias. Do mojej warstwy .gtl włą-
czyłem kilka warstw EAGLE (warstwy o nu-
merach 20, 21, 25, 39, 40).

Stworzyłem nowe zadanie polegające na

automatycznym wygenerowaniu pięciu pli-
ków Gerbera (.gbl, .gtl, .gto, .ghl .gml),
w tym warstwy punktów (Pads) i przelotek
(Vias) w pliku .gml. Zapisałem to zadanie ja-
ko AVT.cam. Okno po ustawieniu pokazane
jest na rysunku 10.

Po kliknięciu przycisku Process Job program

wygeneruje pięć plików w formacie Gerber.

Pliki te należy wczytać do Protela. Mając

nowy pusty arkusz (F – N – PCB Document),
trzeba wykonać polecenie F – I (File, Import)
i w rozwijalnym dolnym okienku Pliki typu
wybrać nie Gerber Batch, tylko na samym do-

le Single Gerber Files.
Należy kolejno impor-
tować pliki uzyskane
z EAGLE. Przed za-
mportowaniem pliku
.gbl należy się przełą-
czyć na warstwę Bot-
tomLayer (np. klawi-
szem +), podobnie
podczas importowania
pliku .gto czynną war-
stwą powinna być
TopOverlay. Protel
umieszcza importowa-
ny plik na aktualnie
czynnej warstwie.

Uwaga! Filtr im-

portu Protela 99SE nie
odczytał plików Ger-
bera wprost z EAGLE
4.01. Aby plik taki
stał się czytelny dla Protela, musiałem nieco
zmodyfikować wszystkie pliki. Rysunek 11
pokazuje z lewej strony początek pliku z EA-
GLE, z prawej po zmianach. Jasno widać, że
trzeba usunąć kilka pierwszych linii pliku
umieszczonych przed (skróconymi) definicja-
mi apertur i wstawić następujące:

%FSAX24Y24*%

%MOIN*%

G70*

G01*

G75*

Takiej operacji trzeba poddać

wszystkie pliki Gerbera z EA-
GLE, a dopiero potem wczytać
je na poszczególne warstwy Pro-
tela. Ja w ramach testów przenio-
słem w ten sposób projekt płytki
demo3.brd z EAGLE (Program
Files\Eagle-4.01\projects\exam-
ples\tutorial\demo3.brd). Rysu-
nek 12 pokazuje zrzut z ekranu
programu Eagle, a rysunek 13
pokazuje efekt po przeniesieniu
do Protela. Wszystko prezentu-
je się pięknie, ale trzeba pamię-

tać, że w Protelu na płytce nie ma elementów
bibliotecznych. Nie są to już elementy, nie
ma też napisów. Wszystko to składa się
z mnóstwa „zwykłych” linii, łuków i plamek.
Co najgorsze, nie ma też żadnej informacji
o otworach i ich średnicach, nie mówiąc już
o netliście.

Co prawda istnieją programy, jak np.

ACCEL Gerber, które na postawie kilku od-
dzielnych warstw Gerbera potrafią inteli-
gentnie zrekonstruować nie tylko netlistę, ale
nawet poszczególne elementy biblioteczne.
Takie zadanie jest jednak trudne, a w przy-
padku ograniczonych pakietów edukacyj-
nych i demo wręcz niewykonalne.

Właśnie dlatego zamiast opisanego pełne-

go przeniesienia warto przenieść do Protela
tylko jedną warstwę ścieżek ze wszystkimi
punktami, umieścić ją nietypowo na jakiejś
nieużywanej warstwie, a następnie pousta-
wiać na płytce „prawdziwe” elementy z bi-
bliotek Protela i poprowadzić ścieżki. Na ko-
niec przeniesioną warstwę pomocniczą moż-
na i trzeba skasować.

Zajmiemy się tym za miesiąc

Piotr Górecki

Kurs Protela

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 11

Rys. 10

Rys. 13

Rys. 12

Ze względu na specyficzne wymagania doty-
czące ręcznego montażu i demontażu ele-
mentów SMD w ofertach producentów poja-
wiają się coraz to nowe stanowiska serwiso-
we. Oprócz klasycznych lutownic zawierają
one lutownice i rozlutownice na gorący gaz
z nasadkami do montażu i demontażu róż-
nych układów SMD. Niektóre do grzania
wykorzystują też promieniowanie podczer-
wone. Stanowiska takie są oczywiście ko-
sztowne, więc potencjalny nabywca staran-
nie przeanalizuje dostępną ofertę rynkową
i wybierze optymalny dla siebie sprzęt. Foto-
grafia 13 pokazuje jedno z takich stanowisk
PRC2000 firmy PACE, z bogatej oferty fir-
my Renex (www.renex.com.pl). PRC 2000
to jedno z najbardziej rozbudowanych urzą-
dzeń służących do profesjonalnego prowa-
dzenia produkcji i serwisu urządzeń elektro-
nicznych. Bardzo bogate wyposażenie stan-
dardowe umożliwia:

- montaż i demontaż układów SMD,
- dozowanie pasty lutowniczej lub topnika,
- reperację druku na płytce,
- łatwe ustawianie elementów,
- montaż i demontaż układów przewlekanych,
- modyfikację i naprawę ścieżek,
- usuwanie warstwy ochronnej,
- reperację druków wielowarstwowych.

Dodatkowo w tylnej ścianie PRC 2000

umieszczono trzy wolne gniazda zasilające
gotowe do zainstalowania kolejnych rączek
i dalsze rozbudowanie urządzenia.

W wersji Master występuje również opcja

do pokrywania styków w procesie elektroli-
zy: złotem, niklem lub innymi metalami. Tak
zaawansowane urządzenie można wykorzy-
stać we wszelkich pracach, niezależnie od
ich złożoności, jednakże do typowych prac
montażowych wystarczy dobra klasyczna lu-
townica elektryczna z regulacją.

Przy wyborze lutownicy warto zwrócić

uwagę na stosunek możliwości, jakości i wy-

gody pracy do ceny. Każdy, kto będzie wyko-
rzystywał lutownicę na co dzień do celów za-
wodowych weźmie pod uwagę trwałość
i wygodę użytkowania. W tym wypadku nie
warto iść na kompromisy, a raczej zainwesto-
wać w dobry, droższy sprzęt. Osobom, które
zajmują się elektroniką hobbystycznie, moż-
na polecić zakup stacji z regulacją. Oferta
rynkowa jest dość szeroka. Zupełnie wystar-
czające, cieszące się pozytywną opinią wielu
użytkowników, są niedrogie stacje krajowe-
go producenta, firmy Elwik, pokazane na
fotografii 14. Można rozważyć zakup spraw-
dzonej przez liczne rzesze lutownicy Wellera
TCP-24 (do jej zasilania wystarczy transfor-
mator 24V 50W) lub od razu całej stacji
WTCP-50. Aktualną ofertę AVT można
sprawdzić pod adresem www.sklep.avt.com.pl.

Bardzo interesująco pod względem sto-

sunku ceny do możliwości wygląda oferta
stacji lutowniczych NEC (fotografia 15) – są

to tanie stacje zapewniające
płynne i stabilne regulowanie
oraz stabilizację temperatury,
szeroki wybór grotów oraz
trwałe i antystatyczne wyko-
nanie. Stacje te spełniają
więc podstawowe wymaga-
nia, zaspokajające zarówno
potrzeby zaawansowanego
amatora, jak i niezbyt wy-
magającego profesjonalisty.
Jeszcze ciekawiej od stacji
lutowniczych NEC prezen-
tują się stacje na gorące po-
wietrze tego producenta (fo-
tografia 16), służące do lu-
towania bezkontaktowego.
Stacje na gorące powietrze
są doskonałym rozwiąza-
niem dla osób pracujących
z powszechnie już wyko-
rzystywanymi elementami

SMD i BGA. Korzystając z tych stacji, moż-
na montować i wymontowywać elementy
elektroniczne w bardzo prosty sposób przy
zachowaniu pełnego bezpieczeństwa dla ele-
mentów. Aby wylutować dany komponent,
operator musi jedynie skierować strumień go-
rącego powietrza, roztapiając lutowie mocu-
jące element i podneść go z płyty – skuteczne
przeprowadzenie tego procesu nie wymaga
wielkiej wprawy, zadanie ułatwia dodatkowo
duży wybór dysz dobieranych do różnego ro-
dzaju komponentów. Lutowanie bezkontakto-
we to skuteczna metoda pracy zarówno z ele-
mentami SMD, jak i przewlekanymi. NEC
oferuje także szereg innych narzędzi jak: pod-
grzewacz płyt PCB czy myjka ultradźwięko-
wa do czyszczenia płytek z zabrudzeń (przy-
datna zwłaszcza do telefonów komórkowych).

Podgrzewacz umożliwia podgrzanie płytki

PCB w celu rozgrzania lutowia i prostego a jed-
nocześnie bezpiecznego demontowania ele-
mentów, zastępowania ich nowymi i po szyb-
kim schłodzeniu płyty naprawienie układu.

Fot. 14

Elektronika dla Wszystkich

Podstawy

Wszystko o lutowaniu

część 3

Fot. 13

Fot. 15

Elektronika dla Wszystkich

Podstawy

Wraz ze stacją na gorące powietrze można
stworzyć wydajne stanowisko montażowo-
demontażowe do pracy ze wszystkimi rodza-
jami komponentów typu SMD, BGA, PB-
GA, CSP, Flip Chip. Wszystkie urządzenia
NEC dostępne są w firmie RENEX (www.re-
nex.com.pl/nec/).

Wybierając stację lutowniczą nawet dla

zastosowań amatorskich, można także brać
pod uwagę przeznaczoną dla profesjonali-
stów bardzo bogatą ofertę firmy Pace – po-
czątkowo wyższa cena rekompensowana jest
wyjątkową trwałością, niezawodnością
i ogromną uniwersalnością. Zakupiona przez
ucznia stacja lutownicza może więc być
w przyszłości wykorzystywana przez studen-
ta i dalej już w profesjonalnych zastosowa-
niach. Zakup taki można rozważyć zwła-
szcza w odniesieniu do stacji lutowniczych
PACE z serii ST, ich niska cena pozwala na
poważne rozważenie zakupu –szczegóły
w ofercie firmy RENEX.

Tylko zupełnie początkującym można do-

radzić zakup taniej zwykłej lutownicy o mo-
cy około 30W (24...35W). Będzie to zakup
tymczasowy, bo generalnie są to lutownice
niezbyt wygodne i mało trwałe. Istotną zale-

tą jest wyłącznie niska cena. W miarę możli-
wości warto od razu kupić lepszy sprzęt.

Korzystnym i tanim rozwiązaniem mo-

że okazać się także lutownica ga-
zowa – lutownice takie
zasilane gazem pro-
pan-butan (jak gaz
w

zapalniczkach)

umożliwiają swobodną
i wygodną pracę w do-
mu i w terenie. Jednak
należy uważać – już w poprzedniej części ar-
tykułu ostrzegaliśmy przed bardzo tanimi lu-
townicami gazowymi, są one zwykle bardzo
niskiej jakości i oszczędność kilku złotych
nie rekompensuje szybko powstających pro-
blemów w ich używaniu. Doskonałe parame-
try posiadają lutownice gazowe firmy Ogles-
by&Butter sprzedawane pod rynkową marką
Portasol (fotografie 17 i 18). Lutownice te
zapewniają maksymalną moc do 125W, re-
gulacje temperatury i wysoką funkcjonalność
(grot lutowniczy – groty o różnych kształtach
i wymiarach, dysza do wydmuchu gorącego
powietrza, gorący nóż do obróbki tworzyw,
osłona do obkurczania koszulek i folii termo-
kurczliwych). Lutownice dysponują wysoki-
mi temperaturami pracy: grot nagrzewa się

do 580

C w cią-

gu kilkudziesię-
ciu sekund, wy-
dmuchiwane po-
wietrze do
650

C. Niewąt-

pliwie ich pod-

stawowe za-
lety to bardzo
korzystny stosu-
nek ceny do funkcjo-
nalności i niezwykła wprost trwałość – nie-
którzy klienci firmy RENEX korzystają
z tych produktów już od 7 lat!

Niektórzy fascynują się wszystkim, co

małe, w tym małymi, prostymi lutownicami
o mocy 12...15W. Rzeczywiście taka maleń-
ka lutownica kosztuje mało, jest zgrabna,
lekka i pasuje do ręki. Jednak do seryjnego
lutowania podczas montażu elementów na
płytce drukowanej praktycznie się nie nadaje
– za szybko traci temperaturę. Na pewno nie
uda się za jej pomocą niczego zlutować na
wolnym powietrzu – ruch powietrza oznacza
silne chłodzenie i w takich warunkach mała
lutownica jest bezużyteczna.

Niemniej warto mieć taką małą lutownicę

w swoim arsenale, ale tylko do pracy z ele-
mentami SMD, ewentualnie do sporadycz-
nych prac serwisowych.

Zbigniew Orłowski

Fot. 16

Fot. 18

Fot. 17

Elektronika dla Wszystkich

Prezentowany cykl artykułów przeznaczo-

ny jest wyłącznie dla „analogowców”, czy-

li tych, którzy budują układy analogowe,

zarówno audio, jak i pomiarowe. Poniż-

szego artykułu pod żadnym pozorem nie

powinni czytać ci, którzy wykorzystują

wyłącznie układy cyfrowe! „Cyfrowcy“

zajmują się dziedziną nieporównanie

łatwiejszą, a podane dalej informacje mo-

głyby im poważnie zaszkodzić, na zawsze

odbierając spokój umysłu!

Artykuł powinni natomiast koniecznie prze-

czytać wszyscy ci, którym wydaje się,

iż konstruktorem można zostać w dwa

tygodnie po zainteresowaniu się elektro-

niką i po przeczytaniu kilku książek. Arty-

kuł ten uświadomi im, że dobry konstruk-

tor musi zdobyć solidną dawkę wiedzy te-

oretycznej i praktycznego doświadczenia,

a tego nie sposób osiągnąć ani w dwa

tygodnie, ani nawet w dwa miesiące.

Uwaga! Osoby niepełnoletnie

mogą przeczytać niniejszy artykuł

wyłącznie pod opieką wykwalifiko-

wanych osób dorosłych!

Artykuł zawiera bowiem wiele

szokujących wiadomości, które mo-

gą nieprzygotowanego odbiorcę po-

zbawić snu, doprowadzić do cięż-

kiego rozstroju nerwowego, a na-

wet do śmierci ze zmartwienia.

Po wykonaniu tranzystorowego wzmacnia-
cza mocy okazuje się, że układ się wzbudza.
Po dodaniu kilku kondensatorów samowzbu-
dzenie ustępuje, jednak dodane kondensatory
haniebnie obcinają pasmo od góry. Mało te-
go, ku zgryzocie twórcy, poziom przydźwię-
ku sieci okazuje się porażająco duży. Doda-
wanie kondensatorów filtrujących w zasila-
czu, a potem w każdym możliwym punkcie
układu nic nie daje. Dolutowanie do masy
dodatkowego grubego przewodu też nie po-
prawia sytuacji. Jedynie przy zasilaniu z ze-
wnętrznego zasilacza układ jako tako pracu-
je. Właśnie jako tako - po przeprowadzeniu
pomiarów poziom zniekształceń nielinio-
wych okazuje się tak duży, że wstyd powie-
dzieć, a na dodatek układ nadal ma dziwne
tendencje do samowzbudzenia, ale tylko przy
dużych ujemnych sygnałach wyjściowych.

Nic nie pomaga wymiana tranzystorów na

odpowiedniki lepszej firmy. Godziny spę-
dzone na próbie znalezienia przyczyn za po-
mocą oscyloskopu okazują się stracone. Sy-
tuacja staje się dramatyczna, wręcz bezna-
dziejna. Nikt ze znajomych elektroników nie
potrafi pomóc...

Układ zostaje wstydliwie odstawiony

w najciemniejszy kąt pracowni i z czasem
staje się źródłem części „z odzysku”.

Podobnie dzieje się przy próbie zbudowa-

nia jakiegoś czułego i precyzyjnego układu
pomiarowego na bazie wysokiej klasy
wzmacniacza operacyjnego. Układ haniebnie
się wzbudza. Niestety nie sprawdza się po-
wszechnie znana reguła - zaekranować co się
da i dodać ceramiczne kondensatory odsprzę-

gające przy każdym układzie scalonym.
Wprawdzie po dodaniu kondensatorów sa-
mowzbudzenie, które można było zaobser-
wować na oscyloskopie, ustępuje. Jednak
wyraźnie widać, że układ nadal ma tendencje
do oscylacji, a co gorsza, uzyskane parame-
try daleko odbiegają od założonych. Z kolei
po zaekranowaniu, zakłócenia okazują się
być nawet większe niż bez ekranowania,
a układ niby pracuje, ale czasem zaczyna się
zachowywać jakoś dziwnie - co jakiś czas,
absolutnie nieregularnie, z zupełnie tajemni-
czych powodów zaczyna „szaleć” - sygnał
wyjściowy zmienia się według nieodgadnio-
nych reguł. I co najgorsze, schemat na pew-
no jest dobry, wzorowany na profesjonalnym
urządzeniu (wzorowany to za mało powie-
dziane - został żywcem zerżnięty z fabrycz-
nej instrukcji serwisowej). Tam działał, więc
dlaczego tutaj nie chce? Siły nieczyste?
A może to kara za plagiat?

Czy właśnie tak wygląda dzień powszedni

elektronika „analogowca”?

Niestety, często tak bywa. Układy działa-

ją znakomicie tylko na papierze.

„Cyfrowiec” śmieje się z takich kłopotów.

Dodaje tylko kondensatory filtrujące zasila-
nie - jeśli się ewidentnie nie pomyli i czegoś
nie poplącze, prawie każdy układ cyfrowy
działa i nie sprawia kłopotów.

Czyżby w technice analogowej obowiązy-

wały inne zasady niż w cyfrowej?

Nic z tych rzeczy! Po prostu podczas kon-

struowania układów analogowych niedo-
świadczony kandydat na konstruktora popeł-
nia szereg błędów, które mszczą się w opisa-
ny sposób. Ogromna większość kłopotów
przytrafiających się amatorom (i nie tylko)
wynika z braku znajomości kluczowych za-
sad albo z faktu pominięcia i zaniedbania
podstawowych reguł projektowych.

Temat zakłóceń, zniekształceń, przy-

dźwięku otoczony jest gęstą mgłą tajemnicy,
a wielu elektroników uważa, że są to dziedzi-
ny, w których „zwyczajna” wiedza nic nie da-
je, a sukces zależy tylko od przypadku i od...
tajemniczych praktyk graniczących z magią.

Tymczasem redukcja zakłóceń, szumów,

brumów i innych śmieci wcale nie jest

zadaniem dla różdżkarzy i magików, tylko
dla świadomych konstruktorów. Niestety,
wielu młodych elektroników, którzy próbują
swoich sił budując różne układy, żyje w bło-
giej nieświadomości czyhających na nich pu-
łapek. I to jest cały problem. Inna sprawa, że
w literaturze materiałów na ten temat jest
bardzo mało, a w popularnej literaturze pol-
skojęzycznej chyba nie pojawiło się nic god-
nego polecenia.

Z zamiarem napisania artykułu na ten te-

mat noszę się od lat. Według pierwszych pla-
nów miał to być materiał do Notatnika Prak-
tyka w siostrzanej Elektronice Praktycznej.
Później miał to być jeden z Listów od Piotra
w EdW. Do omówienia problemu zakłóceń
i masy zmobilizowało mnie zadanie 41 ze
Szkoły Konstruktorów, polegające na zbudo-
waniu urządzenia wykrywającego przewody
wiodące prąd. Okazało się, że wielu uczestni-
ków prowadziło poszukiwania zupełnie po
omacku, nie rozróżniając wpływu pól ma-
gnetycznych od elektrycznych.

Napisałem wtedy znaczną część tego arty-

kułu. Jednak ważne bieżące zajęcia wielo-
krotnie przesuwały termin ukończenia, aż
wreszcie ukazuje się on dopiero teraz.

Artykuł porusza wszystkie kluczowe za-

gadnienia związane z problemami, jakie na-
potykają „analogowcy”, ale oczywiście nie
uwzględnia wszystkich szczegółów. Oprócz
wiedzy teoretycznej niezbędna jest praktyka,
praktyka i jeszcze raz praktyka.

EMC?

Temat pól elektrycznych, magnetycznych
i ekranowania wydaje się ogromnie trudny.
Zwłaszcza że podręczniki zawierają obszerne
opisy wręcz naszpikowane trudnymi wzora-
mi. Rzeczywiście, jeśli do analizy problemu
wykorzystywane byłyby równania Maxwella,
zadanie byłoby bardzo trudne, na pewno nie
do ugryzienia dla zdecydowanej większości
Czytelników EdW. W układach, gdzie często-
tliwości pracy wynoszą setki megaherców
i więcej dochodzą do głosu zjawiska falowe,
rzeczywiście czasem dzieją się rzeczy dość
dziwne. Przy mniejszych częstotliwościach,
do powiedzmy kilkudziesięciu megaherców,

Listy od Piotra

O paskudztwach i czarodziejach,

czyli zakłócenia w układach elektronicznych

część 1

nie jest aż tak źle - problem można znacznie
uprościć i pokazać proste zależności.

Na marginesie warto zaznaczyć, że oma-

wiane tu informacje mają bardzo ścisły zwią-
zek z inną ważną sprawą – tak zwaną kompa-
tybilnością elektromagnetyczną. Niezbyt
szczęśliwe określenie: kompatybilność elek-
tromagnetyczna (EMC – electromagnetic
compatibility) dotyczy nie tylko ochrony i po-
datności na zakłócenia przenikające różną
drogą, ale przede wszystkim generowania
własnych zakłóceń. Współczesny zawodowy
konstruktor musi spełnić wymagania wielu
szczegółowych norm. W praktyce okazuje
się, że najtrudniejszą częścią zadania nie jest
wcale opracowanie działającego układu, tyl-
ko dopracowanie go tak, żeby spełniał wszy-
stkie, coraz ostrzejsze normy dotyczące bez-
pieczeństwa oraz podatności na zakłócenia
i generacji własnych zakłóceń, zarówno przez
pola, jak i przez obwody sieci zasilającej. Ce-
lem tego artykułu nie jest jednak omawianie
norm, tylko pokazanie źródeł problemów.

Dwie, a nawet

cztery pułapki

Generalnie przyczyną kłopotów są oddziały-
wania elektromagnetyczne oraz ukryte szko-
dliwe parametry elementów. Dla wyraźnego
rozróżnienia warto je podzielić na cztery grupy:
1. zakłócenia przenoszone przez pole elek-
tryczne,
2. zakłócenia przenoszone przez pole magne-
tyczne,
3. zakłócenia przenoszone przez pole elek-
tromagnetyczne,
4. szkodliwe, ukryte parametry użytych ele-
mentów.
Przyjrzyjmy się im teraz kolejno.

1. Przeklęte pojemności,

czyli pole elektryczne w praktyce

Jak wiadomo, między jakimikolwiek przed-
miotami metalowymi (ogólnie przewodnika-
mi), rozdzielonymi warstwą izolatora, wystę-
puje pojemność elektryczna. Klasyczny,
podręcznikowy rysunek 1 pokazuje kluczo-
we zależności dla kondensatora płaskiego,
składającego się z dwóch płyt (A, B), każda
o powierzchni S, umieszczonych równolegle
do siebie w odległości d. Pojemność wynosi:

C =

ε S / d

Wzór ten pokazuje ogólną zależność:

pojemność kondensatora jest wprost propor-
cjonalna do powierzchni S i odwrotnie
proporcjonalna do odległości d. We wzorze

występuje jeszcze przenikalność dielektryka,
ale to dla naszych rozważań nie jest istotne.

W wielu przypadkach właśnie pojemności

są przyczyną przenikania zakłóceń. Żeby
z nimi skutecznie walczyć, trzeba dobrze
zrozumieć problem. Rysunek 2a pokazuje
prosty obwód prądu zmiennego. Od czego
zależy napięcie na rezystancji R? Wystarczy
przerysować schemat, jak na rysunku 2b, by
bez cienia wątpliwości potraktować elemen-
ty RC jako dzielnik napięcia. Napięcie na re-
zystorze będzie tym większe, im większa bę-
dzie jego rezystancja. Napięcie na R zależy
też od pojemności oraz od częstotliwości –
czym wyższa częstotliwość, tym większe na-
pięcie na rezystorze, bo reaktancja kondensa-
tora maleje. Wszystko jest jasne. Dla
konkretnych danych należałoby prze-
prowadzić niezbyt skomplikowane
obliczenia, uwzględniające przesu-
nięcie fazy prądu i napięcia – do ta-
kich obliczeń dosko-
nale nadają się liczby
zespolone. Ale w ni-
niejszym artykule ta-
kie szczegóły nie są
istotne. Rozważmy
teraz dziwny na
pierwszy rzut oka
przykład z rysunku
3a. Literką A zaznaczyłem linię (ścieżkę)
prowadzącą sygnał zmienny ze źródła, np.
generatora, do obciążenia RL. Literą B za-
znaczyłem jakiś inny obwód (ścieżkę)
w tymże urządzeniu. W rzeczywistym ukła-
dzie między liniami (ścieżkami) A i B za-
wsze występuje jakaś niewielka pojemność.
Bliższe przyjrzenie się rysunkowi 3a wska-
zuje, że można tu rozpatrywać dokładnie ta-
ki sam obwód, jak na rysunkach 1 i 2. Obwód
z rysunku 3a można przedstawić jak na ry-
sunku 3b, a po pominięciu nieistotnego dla
prezentowanych rozważań rezystora RL –
jak na rysunku 3c. Oznacza to, że w „po-
stronnym” rezystorze Rx popłynie prąd ze
źródła G właśnie dlatego, że między elemen-
tami, ścieżkami i obwodami zawsze wystę-
pują szkodliwe pojemności. Zanim przej-
dziemy do omówienia środków zaradczych,
pozostańmy przy problemie pasożytniczych

pojemności. Tabela 1 pokazuje szacunkowe
wartości pojemności w realnych układach.

Warto też mieć wyobrażenie, jaką reak-

tancję

(Xc = )

mają tego rzędu pojemności przy różnych
częstotliwościach. Pokazuje to tabela 2.

Analiza tabel pokazuje jasno, że nawet ma-

łe pojemności rzędu pojedynczych pikofara-
dów czy nawet ułamków pikofarada mogą być
powodem przenikania znacznych zakłóceń
do obwodów o dużej rezystancji. Dodatko-
wo trzeba pamiętać, że nie tylko częstotli-
wość przebiegu się liczy, ale ogromne

Listy od Piotra

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 1

człowiek – ziemia

500pF...1nF

sieć - masa układu zasilanego z sieci

50...300pF

kabel ekranowany: ekran – żyła

70...120pF/m

kabel żyła-żyła

20...100pF/m

złącze pin-pin

1...3pF

transoptor wejście-wyjście

1..3pF

Rys. 2
Tabela 1

pojemność

reaktancja

1kHz

10kHz

100kHz

1MHz

1000pF

160k

16k

1,6k

160

100pF

1,6M

160k

16k

1,6k

10pF

16M

1,6M

160k

16k

1pF

160M

16M

1,6M

160k

Tabela 2

Rys. 3
Rys. 4

πfC

Ω

znaczenie ma kształt przebiegu. Podane re-
aktancje dotyczą przebiegu sinusoidalnego
o danej częstotliwości. Tymczasem przebie-
gi o innych kształtach są w istocie złoże-
niem sygnałów harmonicznych o częstotli-
wościach będących całkowitymi wielokrot-
nościami częstotliwości podstawowej.
W praktyce problem najbardziej dotyczy
przebiegu prostokątnego. Czym ostrzejsze
zbocza, tym więcej składowych o częstotli-
wościach wielokrotnie większych od czę-
stotliwości podstawowej. Przykładowo jeśli
w systemie cyfrowym z układami CMOS
(74HC, 74HCT) zasilanym napięciem
5V napięcie zmienia się o 5V w czasie 10
nanosekund (niezależnie od częstotliwości
przełączania), to przy pojemności montażo-
wej C

równej tylko 0,1pF, sprzęgającej do

obwodu o rezystancji Rx równej 1M

Ω, na

tej rezystancji pojawią się szpilki o amplitu-
dzie 5V i czasie trwania 100ns. Ilustruje to
rysunek 4a. Tu trzeba lojalnie przyznać, iż
w praktyce takie sytuacje zdarzają się rzad-
ko, bo rzadko obwody zakłócane są czystą
rezystancją o wartości rzędu 1M

Ω, a w grę

wchodzą tu dodatkowe czynniki. Na przy-
kład, jak pokazuje rysunek 4b, obecność
pojemności wejściowej znacząco redukuje
takie szkodliwe szpilki, a uproszczony sche-
mat zastępczy wygląda jak na rysunku 4c.
Ponieważ pojemność wejściowa bramki
(czy innego wejścia) jest rzędu 10pF, a po-
jemność sprzęgająca rzędu 0,1pF, więc
dzielnik pojemnościowy C

/Cwe redukuje

amplitudę szpilek na rezystorze około stu-
krotnie – wtedy ewentualne „śmieci” o am-
plitudach 50mV nie mają znaczenia w ukła-
dach cyfrowych, choć nie zawsze można je
pominąć w czułych układach analogowych.
W systemach cyfrowych zazwyczaj sytua-
cja jest jeszcze korzystniejsza, bo bardzo
rzadko występują tam obwody o wewnętrz-
nej impedancji rzędu 1M

Ω. Choć na przy-

kład obwody wejść bramek CMOS mają
ogromną rezystancję wielu megaomów, opi-
sywane zakłócenia pojemnościowe nie są
groźne, ponieważ są tłumione przez małą
rezystancję wyjściową bramek, która za-
zwyczaj jest rzędu 100

Ω lub jeszcze mniej.

Ilustrują to rysunki 4d, 4e.

Znając szybkość narastania napięcia prze-

biegów prostokątnych w woltach na nanose-
kundę, można też obliczyć prąd, jaki popły-
nie przez pojemność sprzęgającą C

w chwili wystąpienia zbocza. Dla typowych
układów cyfrowych TTL (74xx, 74LS,
74HC, 74HCT) można przyjąć w uproszcze-
niu szybkość 1V/ns, co da 1mA prądu na
każdy pikofarad pojemności sprzęgającej.
Przy pojemności 0,1pF szacunkowe amplitu-
da szpilek prądu będzie rzędu 0,1mA. Prąd
ten płynąc przez jakąś oporność wywoła na
niej odpowiedni spadek napięcia.

Choć sprawa przenikania zakłóceń przez

pojemności montażowe nie jest istotna

w typowych układach cyfrowych, jednak da
o sobie znać w układach mieszanych cyfro-
wo-analogowych, gdzie występują obwody
o wielkiej impedancji. Dlatego o problemie
nie wolno zapomnieć. Warto pamiętać, iż
każdy obwód, gdzie występują sygnały
zmienne, jest źródłem tego typu zakłóceń dla
wszystkich innych obwodów. Jest to nieunik-
nione i co bardzo ważne nie można tego typu
oddziaływań zmniejszyć zupełnie do zera.
Można i trzeba natomiast zmniejszyć je do
poziomu akceptowalnego dla danej sytuacji.
Rozważmy dokładniej, od czego będzie zale-
żeć poziom ewentualnych zakłóceń? Jak
wskazuje rysunek 4a, od wielkości rezystan-
cji Rx i szkodliwej pojemności sprzęgajacej
C

. Po pierwsze, czym większa rezystancja

Rx, tym większe oddziaływanie. Tu widać
kluczowy powód, dla którego nie należy nie-
potrzebnie zwiększać rezystancji w obwo-
dach, gdzie należy zachować niski poziom za-
kłóceń. Po drugie, czym mniejsza pojemność
sprzęgająca, tym lepiej (natomiast zwykle nie
mamy wpływu na częstotliwość, bo ta jest
związana z przeznaczeniem układu). Na pew-
no można zmniejszyć tę szkodliwą pojemność
sprzęgającą, oddalając „nadajnik” od „odbior-
nika”. To w zasadzie dobry sposób, ale nie za-
wsze wystarczająco skuteczny, zwłaszcza
w dzisiejszych miniaturowych urządzeniach.
Jak wskazuje rysunek 1, pojemność jest od-
wrotnie proporcjonalna do odległości między
obwodami, więc na przykład czterokrotne
zwiększenie odległości daje czterokrotne
zmniejszenie pojemności C

. Tymczasem

często trzeba zakłócenia stłumić kilkadziesiąt
razy – w takich przypadkach wymagane
zwiększanie odległości nie jest możliwe. Czy
zmieni sytuację wstawienie między obwody
metalowej blachy, według rysunku 5?

Metalowa blacha oczywiście może być

potraktowana jako okładka kondensatora.
Można narysować schemat zastępczy z taką
blachą – patrz rysunek 6. Wstawienie blachy

n i e j a k o
podzieliło
dotychcza-
sową po-
j e m n o ś ć
C

dwie po-
j e m n o ś c i
C

i C

Na pierw-

szy rzut oka może wyglą-
dać, że wypadkowa pojem-
ność się zmniejszy, bo przy
szeregowym łączeniu kon-
densatorów pojemność wy-
padkowa zawsze jest
mniejsza od każdej z po-
jemności składowych. Nie-
stety, tu nie mamy do czy-
nienia z klasycznym łącze-
niem kondensatorów –

wstawienie blachy według rysunku 6, nie
zmniejszy w istotny sposób pojemności wy-
padkowej, a nawet może znacznie pogorszyć
sytuację, ponieważ taka blacha okaże się an-
teną, „zbierającą” dodatkowe „śmieci”.

Może wydawało Ci się, że wstawiając

blachę według rysunku 6, zastosowaliśmy
tak zwane ekranowanie, uchodzące za sku-
teczny sposób walki z zakłóceniami. Tym-
czasem samo wstawienie takiego „ekranu”
z reguły pogarsza, a nie polepsza sytuację.

Gdzie tkwi błąd?

Odpowiedź jest prosta
– aby ekranowanie
było skuteczne,
ekran obowiązkowo
należy połączyć z ma-
są. Jeśli ekran (punkt
oznaczony C) zostanie
dołączony do masy, to

teoretycznie do rezystora Rx nie powinna do-
trzeć ani odrobina sygnału z generatora –
wskazuje na to rysunek 7. Co ciekawe, ekran
eliminujący zakłócenia przenoszone przez po-
le elektryczne wcale nie musi być gruby – wy-
starczy nawet cieniutka folia aluminiowa,
byle była trwale połączona do masy. Z tym
może jednak być poważny problem, bo takiej
folii nie można lutować, a niedbale wykona-
ne połączenia zaciskanie z czasem mogą oka-
zać się nieskuteczne, gdy wskutek braku po-
łączenia z masą sytuacja będzie jak na rysun-
ku 6. Dobrym ekranem elektrostatycznym
jest blacha i folia miedziana, ewentualnie
mosiężna, która się łatwo lutuje – choćby su-
rowe płytki, czyli laminat służący do produk-
cji obwodów drukowanych. Można stosować
różne sposoby ekranowania, na przykład cał-
kowicie zaekranować obwody zakłócające –
umieścić je w uziemionym metalowym pu-
dełku. Zwykle jednak lepiej jest ekranować
obwody „odbiorcze”, do których zakłócenia
przenikają. Więcej informacji o ekranowaniu
zawartych jest w dalszej części cyklu.

Należy z całą mocą podkreślić, że rysunek

7 pokazuje sytuację w sposób uproszczony,
więc w rzeczywistości z kilku powodów za-
kłócenie nie zostanie stłumione całkowicie.
Poza tym dotychczasowa analiza pokazuje
tylko, że ekranowanie znakomicie pomaga
walczyć z zakłóceniami przenoszonymi
przez pojemności montażowe i pole elek-
tryczne, a może okazać się zupełnie niesku-
teczne w przypadku zakłóceń przenoszonych
innymi drogami, co zostanie omówione
w dalszej części artykułu. My na razie pozo-
stańmy przy szkodliwych pojemnościach,
czyli przy zakłóceniach przenoszonych przez
pole elektryczne.

Na rysunku 8 pokazane są dwie wersje

regulatora poziomu i barwy dźwięku. Róż-
nią się wartościami elementów, niemniej
charakterystyki, przynajmniej teoretycznie,
powinny być identyczne, bo rezystancje i po-
jemności zostały zmienione proporcjonalnie.

Listy od Piotra

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 5
Rys. 6

Rys. 7

Co powiesz o odporności na zakłócenia prze-
noszone drogą pojemnościową, czyli na za-
kłócenia elektrostatyczne?

Tak jest! Układ z rysunku 8b, z dużymi

opornościami, jest gorszy, zdecydowanie
bardziej podatny na zakłócenia (ponadto nie
będzie miał parametrów identycznych z wer-
sją z rysunku 8a właśnie z uwagi na wpływ
różnych pasożytniczych pojemności, w tym
montażowych i wejściowych). Intuicja słu-
sznie podpowiada, że podatne na zakłócenia
będą obwody, gdzie płyną małe prądy i gdzie
prądy zakłócające będą porównywalne z prą-
dami użytecznymi. Także ten punkt widzenia
wskazuje, że należy pracować z większymi
prądami roboczymi, czyli mniejszymi opor-
nościami. O ile to możliwe, i to nie tylko ze
względu na odporność na zakłócenia, ale też
na szumy własne, warto stosować możliwie
małe, a właściwie „umiarkowane”, wartości
oporności roboczych. Wartości rzędu
1k

Ω...10kΩ są zwykle optymalne. Ograni-

czeniem z drugiej strony będzie wydajność
prądowa elementów czynnych oraz moc strat.

Warto tu wspomnieć o problemie przesłu-

chów w sprzęcie audio. Jeśli na przykład są-
siadują ze sobą dwie żyły kabla i w jednej
występuje sygnał zmienny audio, zawierają-
cy także wysokie częstotliwości 10...20kHz.
Druga żyła dołączona jest do punktu o dużej

impedancji, na przykład punktu oznaczonego
X na rysunku 8b (gdy np. elementy bierne
montowane byłyby przy potencjometrach
i dołączone kablami do wzmacniacza opera-
cyjnego). Jeśli są to np. dwie żyły przewodu
taśmowego o długości 20cm, pojemność
między żyłami może wynieść nawet 20pF,
czyli będzie zbliżona do pojemności C8. Sy-
tuacja będzie jak na rysunku 2 - przez taką
pasożytniczą pojemność między żyłami ka-
bla z łatwością mogą „przełazić” rozmaite
szkodliwe sygnały. Warto wziąć pod uwagę,
że dla częstotliwości 10kHz pojemność 20pF
będzie mieć reaktancję 800k

Ω, co w układzie

z dużymi opornościami zaowocuje znacz-
nym przesłuchem lub zmianą charakterystyki
częstotliwościowej lub nawet zniekształce-
niami. Aby uniknąć problemu, warto w takim
wypadku zastosować nie przewód taśmowy,
ale pojedyncze przewody, które będą oddalo-
ne i szkodliwa pojemność między nimi bę-
dzie radykalnie mniejsza. Jeszcze lepiej ob-
niżyć oporności robocze, np. według rysunku
8a, co dodatkowo zwiększy odporność na za-
kłócenia przychodzące z zewnątrz.

Za miesiąc zajmiemy sie zakłóceniami

przenoszonymi przez pole magnetyczne.

Piotr Górecki

Listy od Piotra

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 8

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Do niedawna większość odbiorników radio-
wych posiadała analogowe skale częstotli-
wości, a sam proces odnalezienia właściwej
stacji nie nastręczał większego kłopotu. Dia-
metralna zmiana nastąpiła po przestrojeniu
ich ze standardu wąskiego OIRT (65,5-
74MHz) na szeroki CCIR (88,5-108MHz).
Objawiło się to kilkakrotnym wzrostem licz-
by odbieranych stacji, częstym brakiem czy-
telności skal i niekiedy zbyt małą selektyw-
nością odbiorników. Czynniki te skłoniły
mnie do budowy cyfrowego wskaźnika czę-
stotliwości, który by ułatwił odszukanie wła-
ściwej stacji radiowej i poprawił efekty wizu-
alne całego radioodbiornika.

Proponowany miernik niekoniecznie musi

służyć do odczytu częstotliwości odbiorni-
ków radiowych, ale także do prostych odbior-
ników nasłuchowych składanych przez ama-
torów. Oprócz tego idealnie nadaje się dla
tych wszystkich, którzy przestrajają lub będą
przestrajali odbiorniki radiowe, a nie posiada-
ją częstościomierza serwisowego.

Jak wiemy, aktualnie spotykane w skle-

pach odbiorniki radiowe wyposażone w wy-
świetlacz częstotliwości działają w oparciu
o jedno z dwóch rozwiązań technicznych.

Najczęściej spotykany, a zarazem najbar-

dziej zaawansowany
technicznie, to wy-
świetlacz częstotliwo-
ści zadanej. Jego dzia-
łanie polega na wybra-
niu częstotliwości za
pomocą mikroproceso-
ra, a następnie dopro-
wadzeniu do jej odbio-
ru poprzez złożone
układy scalone.

Drugi, znacznie pro-

stszy sposób pomiaru
częstotliwości odbiera-
nej przedstawiony zo-
stał na schemacie blo-
kowym (rysunek 1).
Jest to faktyczny mier-
nik częstotliwości po-
bierający sygnał z hete-
rodyny stopni wejścio-

wych odbiornika. Samo wyświetlenie często-
tliwości odbieranej odbywa się metodą pośre-
dnią, ponieważ od uzyskanego pomiaru z he-
terodyny musimy odjąć stałą wartość często-
tliwości pośredniej odbiornika. Oczywiście
cały ten proces wykonywany jest poprzez
licznik częstotliwości, a my otrzymujemy już
gotowy wynik w postaci częstotliwości aktu-
alnie odbieranej stacji.

Właśnie taki klasyczny sposób pomiaru

częstotliwości został przedstawiony poniżej,
zbudowany w oparciu o wysoce specjalizo-
wane układy scalone firmy SANYO, dzięki
czemu uzyskano duże uproszczenie układu,
małe gabaryty i niski poziom emitowanych
zakłóceń.

Jak to działa?

Schemat ideowy miernika przedstawiony zo-
stał na rysunku 2. Możemy go podzielić na
5 części: stopień wejściowy FM (LB3500),
stopień wejściowy AM (BF240), licznik czę-
stotliwości (LC7265), wyświetlacz LED
i stabilizator napięcia (78L05).

Stopień wejściowy toru FM został zbudo-

wany w oparciu o jednorzędowy preskaler U1
pracujący przy wysokich częstotliwościach,
posiadający wstępny wzmacniacz w.cz. zinte-
growany z cyfrowym dzielnikiem. W tym

przypadku będzie to podział przez 8, który
rozszerzy zakres pomiarowy wejścia licznika
U3 z kilkudziesięciu do kilkuset MHz.

Drugi tor wejściowy - tor AM - to prosty

wtórnik emiterowy, zbudowany za pomocą
szybkiego tranzystora Q1. Ma on na celu
zmniejszyć wpływ licznika na układ badany.
W tym kanale wstępny podział sygnału nie
jest wymagany, ponieważ wejścia licznika są
w stanie przyjąć bezpośrednio sygnał do kil-
kudziesięciu MHz.

Rys. 1 Schemat blokowy

Rys. 2 Schemat ideowy

Oba sygnały po przejściu przez stopnie

wejściowe trafiają na kompletny programo-
walny licznika częstotliwości CMOS U3. Po-
przez odpowiednie ustawienie stanów na je-
go wyprowadzeniach (patrz rysunek 3) de-
cydujemy o wyborze zliczanego kanału
i związanej z nim częstotliwości pośredniej.

Dalsza droga to wyświetlenie odbieranej

częstotliwości radiowej na wyświetlaczach
typu LED.

W rozwiązaniu tym zrezygnowano z nieza-

leżnych rezystorów dla każdego z segmentów
wyświetlaczy, na rzecz jednego wspólnego

anodowego R8. Do-
prowadziło to do nie-
znacznego uszczerbku
na jakości wyświetla-
nych cyfr, a zaowoco-
wało dalszym upro-
szczeniem układu
i zmniejszeniem płytki
drukowanej.

Zadaniem stabili-

zatora napięcia U2 jest
zapewnienie popraw-
nej pracy układów U1
i U3 przy dużych wa-
haniach napięcia zasi-
lającego.

Montaż i uru-

chomienie

Cały miernik zmonto-
wano na dwóch płyt-
kach drukowanych

pokazanych na rysun-
kach 4 i 5.

Sam montaż proponuję zacząć od zamon-

towania wszystkich elementów za wyjątkiem
LB3500 i LC7265. Następnie należy połą-
czyć obie płytki drukowane między sobą
zgodnie z rysunkiem 6, podać napięcie zasi-
lania i sprawdzić poprawność pracy stabiliza-
tora LM78L05. Po upewnieniu się, że napię-
cia są właściwe, a na płytce nie ma żadnych
zwarć, montujemy układy U1 i U3.

Jako ostatni element montujemy rezystor

kropki dziesiętnej R9 pomiędzy 6 wyprowa-
dzeniem U3 a segmentem „h” trzeciego wy-
świetlacza LED.

Jeżeli montaż został wykonany bezbłę-

dnie, zastosowano sprawne elementy i mier-
nik reaguje na sygnały zmiennoprądowe,
możemy uznać układ za wstępnie urucho-
miony.

Podłączenie do odbiornika

Tor FM

Częstotliwość heterodyny w radioodbiorni-
kach fabrycznych jest zawsze większa od
częstotliwości odbieranej o częstotliwość po-
średnią, która wynosi 10,7MHz. Dlatego aby
uzyskać prawidłowy odczyt, musimy ją od-
jąć - ustawiając przełącznik S1 w pozycji ON
(-10,7MHz). Następnie ustawić przełącznik
S4 w pozycji OFF (praca FM) i podłączyć
napięcie zasilania ok.12V o wydajności prą-
dowej minimum 80mA.

Po tym przygotowaniu miernika do pra-

cy następna czynność to odszukanie głowi-
cy FM w odbiorniku radiowym. Można to
zrobić poprzez odnalezienie niezależnie
ekranowanego miejsca na płytce bądź po
wewnętrznym przewodzie biegnącym od
gniazda anteny FM do wejścia głowicy.
Następnie przyglądamy się jej, czy nie po-
siada ona już wyjścia sygnału heterodyny,
często spotykanego w głowicach uniwersal-
nych mogących współpracować z synte-
zerem częstotliwości PLL. Jeżeli znajdzie-
my takie wyprowadzenie, to wystarczy bez-
pośrednie połączenie między nim a wej-
ściem FM miernika. Gdyby jednak takiego
wyjścia nie było, to wykonujemy je sami
zgodnie z rysunkiem 7. Do tego musimy
najpierw odszukać cewkę heterodyny
w głowicy. Rozpoznamy ją po aluminio-
wym lub mosiężnym rdzeniu, ewentualnie
poprzez kolejne zbliżanie palca do każdej
z cewek. Najbardziej wrażliwa z cewek na
dotyk będzie cewką heterodyny. Pamiętaj-
my jednak, że cewka pomiarowa powinna
być zamocowana na tyle blisko cewki hete-
rodyny, żeby zapewnić stabilny odczyt
miernika w całym zakresie UKF. Możliwe
jest, że spowoduje to niewielkie odstrojenie
heterodyny i będzie ona wymagać skorygo-
wania. Jeżeli tak, to najlepiej wykonać to
przy pomocy plastikowego wkrętaka. Gdy-
by poziom heterodyny okazał się zbyt mały
to dopuszczalne jest sprzężenie poprzez nie-
wielką pojemność zgodnie z rysunkiem 8.

Tor AM

Rozpoczynamy od ustawienia miernika na
prace AM - przełącznik S4 w pozycję ON
(praca AM).

Następnie musimy ustalić częstotliwość

pośrednią odbiornika AM, która najczęściej
zawiera się w przedziale od 450 do 470MHz.
Ustalamy to poprzez odnalezienie filtru p.cz.,
na którym najczęściej będzie napisana często-
tliwość pośrednia. Będzie się on znajdował
najprawdopodobniej w środkowej części
odbiornika AM, zaznaczony na płytce jako
CF?, F?, FC?, Z? lub K? Gdyby tak nie było,
to może oznaczać, że mamy do czynienia z fil-
trem LC. W takim przypadku musimy zacząć
od odszukania heterodyny, którą dużo trudniej
zlokalizować niż w torze FM. Spowodowane
jest to dużo niższymi częstotliwościami, przez
co konstruktorzy nie trzymają się ścisłych re-
guł techniki w.cz. Dlatego jeśli nie posiadamy
schematu ideowego danego odbiornika, najła-
twiejszy sposobem może być odnalezienie sy-
gnału o największym poziomie za pomocą
sondy w.cz. Będzie to miejsce pracy hetero-
dyn, do którego dopniemy się poprzez

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 3

Rys. 6

Elektronika dla Wszystkich

niewielką pojemność zmniejszającą do mini-
mum obciążenie heterodyny. Niestabilny od-
czyt miernika może być powodem zbyt małej
pojemności sprzęgającej z wejściem miernika.
Możemy temu zaradzić poprzez zwiększenie
pojemności lub też przez małą zmianę wejścia
miernika zgodnie z rysunkiem 9. Kolejną
czynnością będzie ustawienie odbiornika ra-
diowego na znaną częstotliwość i przełączni-
ków S2 i S3 tak, żeby uzyskać jak najmniejszy
błąd odczytu na wyświetlaczu.

Gdyby błąd okazał się zbyt uciążliwy, to

możemy tor pośredniej częstotliwości prze-
stroić na bardziej typowy np. 455kHz. Najła-
twiej będzie to przeprowadzić w torach p.cz.
typu LC. W torach z filtrami ceramicznymi
będzie to polegało na wymianie filtru, zestro-
jeniu filtrów dopasowujących i skorygowa-
niu heterodyny.

Ostatnie czynności to ustawienie prze-

łącznika S4 w pozycje OFF i podłączenie
wejścia miernika oznaczonego na schemacie
„KLUCZ AM/FM” do miejsca w radiood-
biorniku, które będzie masą układu podczas
pracy na zakresach AM i otwarte podczas
pracy FM.

Możliwości zmian

Zmiany proponowanego układu mogą wy-
niknąć z dwóch powodów:

1) Słabą jasnością wyświetlanych cyfr

z powodu zastosowania tylko jednego rezy-
stora ograniczającego prąd wyświetlaczy.
Rozwiązanie tego problemu to zastosowanie
dla każdego segmentu wyświetlacza oddziel-
nego rezystora. Niestety będzie to wymagało
22 rezystorów i małego przeprojektowania
płytki drukowanej.

2) Trudnościami w zdobyciu kwarcu

7,2MHz. Rozwiązaniem jest zastąpienie go
kwarcem o połowę mniejszym i łatwo do-
stępnym (często spotykanym np. w układach
DTMF) 3,57MHz. Będzie to niestety wyma-
gało wzbudzenia go na częstotliwości harmo-
nicznej poprzez dodanie i dobranie dwóch
elementów C12 i L1.

Układ został praktycznie wypróbowany

z takimi odbiornikami jak : TOSCA AWS-
303, tuner AS-211, „stary” RADMOR na
sensorach i amatorskim odbiornikiem nasłu-
chowym VHF (118-174MHZ/AM-FM).
I muszę przyznać, że w torach FM pracował
poprawnie, a podłączanie nie sprawiało żad-
nych kłopotów. Nieco inaczej wyglądało to
w torach AM, gdzie częstotliwość pośrednia
najczęściej wynosiła 465kHz, wnosząc nie-
wielki błąd pomiaru (5kHz).

Roman Biadalski

Rys. 9

Wykaz elementów

Rezystory
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .560kΩ
R3-R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3kΩ
R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220/0,5W
R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62Ω
Kondensatory
C1,C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100pF ceramiczny
C2,C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10nF ceramiczny
C4,C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1nF ceramiczny
C5,C11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C8,C9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10pF
C10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/6,3V
Półprzewodniki
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LB3500
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM78L05
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LC7265
Q1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BF240
W1-W4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .D300PAG
Inne
X1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7,2MHz
S1-S4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .DIP-SWICH
C12* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60-100pF
L1* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3-4,7µH

Płytka drukowana jest dostępna w sieci

handlowej AVT jako kit szkolny AVT-2666

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

W tym artykule przedstawiam opis

wykonania prostego, ale bardzo prak-

tycznego urządzenia. Jego przydat-

ność powinni docenić wszyscy,

którym zależy na przestrzeganiu pra-

widłowej (czytaj: zalecanej przez le-

karza) częstotliwości dawkowania

leku (leków) lub innych czynności

leczniczych.

Jak to działa?

Schemat „przypominacza lekarskiego”
przedstawia rysunek 1. Zasada działania jest
prosta i zrozumiała. W układzie z rysunku 1
IC1 pracuje jak generator monostabilny. Tak
jest wtedy, gdy wejście Mode (wyprowadze-
nie 10) jest na potencjale masy. Układ IC1
jest automatycznie kasowany po włączeniu
zasilania. Dzieje się tak dlatego, że nóżka AR
(5) zwarta jest z masą zasilania. Zerowanie
licznika poprzez odłączenie zasilania można
też przeprowadzić ręcznie. Wystarczy na
chwilę wcisnąć przełącznik chwilowy S1.
Moment kasowania zostanie zasygnalizowa-
ny zaświeceniem zielonej diody LED D1.
Pełni ona także funkcję prostej kontrolki sta-
nu litowej baterii 3V. W obwód diody nie
włączono żadnego rezystora szeregowego.
Z dwóch powodów. Po pierwsze, funkcję re-
zystora szeregowego pełni oporność wewnę-
trzna samej baterii. Po drugie, w ten sposób
łatwiej określić stan rozładowania baterii:
silniejsze przygasanie diody w trakcie krót-
kiego testu będzie oznaczało wyższy stopień
wyładowania. Oczywiście, aby nie uszkodzić
diody, przy wyższym napięciu zasilania rezy-
stor taki byłby niezbędny.

Zwarcie wejścia 9 IC1 również do masy

skutkuje stanem niskim na wyjściu Q (8) po
włączeniu zasilania. Dopiero po wygenero-
waniu impulsu monostabilnego wyjście
Q zmienia swój stan na przeciwny. Powodu-
je to zamknięcie obwodu zasilania generato-

ra dźwięku Q1. Generator ten jest zasilany za
pośrednictwem tranzystora T1. Równolegle
z Q1 połączony jest kondensator C1, który
zapewnia prawidłowe działanie generatora
tonu akustycznego.

O długości impulsu monostabilnego decy-

dują wartości R5,C3 i w znacznie mniejszym
stopniu R4. Bezpośredni przebieg z wewnę-
trznego generatora IC1 uzyskać można na
wyprowadzeniu 2, natomiast podzielony na
nóżce 8. Wielkość stopnia podziału ustala
odpowiednie podłączenie wyprowadzeń ste-
rujących 12 i 13 (wejścia A i B). W tym ukła-
dzie oba przyłączone zostały do „plusa” zasi-
lania. Oznacza to najwyższy stopień podzia-
łu wynoszący 2

=32768.

Nóżka 2 została wykorzystana do kluczo-

wania tranzystora T1 - pośredniczy w tym
R3. Tym samym po pojawieniu się stanu wy-
sokiego na wyjściu Q IC1 generator aku-
styczny Q1 generuje przerywany dźwięk.

Kluczowany dźwięk wydaje się skuteczniej-
szy niż ciągły i gwarantuje mniejszy pobór
prądu z niewielkiej baterii.

W układzie zastosowano także trzy dodat-

kowe elementy: R1,R2,C2. Pełnią one rolę
wyłącznika czasowego dźwięku generowa-
nego przez Q1. Współpracują z wejściem
Master Reset (wyprowadzenie 6 IC1). Stan
niski na tym wyprowadzeniu zezwala na pra-
cę IC1, wysoki blokuje ją.

Do momentu pojawienia się stanu wyso-

kiego na wyjściu Q kondensator C2 jest roz-
ładowany. Tym samym C2 stanowi zwarcie -
nóżka 6 IC1 jest na potencjale masy - timer
odmierza upływ czasu. Gdy to nastąpi, włą-
czy się na kilkanaście sekund generator aku-
styczny. Zmniejszając pojemność C2 można
skrócić ten czas do wymagań użytkownika.
W tym samym czasie kondensator będzie ła-
dowany za pośrednictwem R1. Naładowanie
kondensatora zablokuje pracę generatora
IC1, Q1 wyłączy się. Proces odliczania upły-
wu czasu rozpocznie się od początku.

Montaż i uru-

chomienie

Wszystkie elementy przed-
stawione na schemacie, po-
za baterią 3V, C1 i generato-
rem Q1, znalazły swoje
miejsce na niewielkiej płyt-
ce drukowanej, przedsta-
wionej na rysunku 2. Mon-
taż przeprowadzamy od
wlutowania R4, potem R2
i R1+R3 (pionowo). Teraz
lutujemy podstawkę pod
kostkę IC1. W dalszej ko-
lejności: C3, C2 („na
płask”), T1, S1 (porównaj
wycięcia przycisku zazna-
czone na płytce - określają
one kierunek wlutowania
S1), D1.

Rys. 1 Schemat ideowy

Zmianę opóźnienia timera najłatwiej prze-

prowadzić zmieniając wartość rezystora R5.
Ze względu na niewielką ilość miejsca, niż-
szy koszt, wyższą niezawodność zamiast
przełączników czy jumperów proponuję inne
rozwiązanie. Polega ono na połączeniu R5
z resztą płytki za pośrednictwem dwóch
nóżek pochodzących z „precyzyjnej” pod-
stawki pod układ scalony. Zostały one wluto-
wane w miejsce R5. Oczywiście kto chce
może bezpośrednio wlutować R5 licząc się,
w razie potrzeby zmiany ustawionego czasu
timera, z koniecznością użycia lutownicy.

W płytkę należy wlutować cztery krótkie

odcinki izolowanych przewodów niskonapię-

ciowych. Punkty te oznaczono jako „+3V”,
„-3V”, „Q1+”, „Q1-”. Jako obudowę zastoso-
wano obudowę Z-43. W jej wnętrzu umie-
szczono płytkę drukowaną. Po zewnętrznej
stronie obudowy, nad płytką osadzono zacisk
do baterii litowej 3V oraz generator Q1. Mo-
cowanie tych elementów na obudowie polega
na wykonaniu czterech otworów 1mm, przez
które przewleczono ich wyprowadzenia
i przylutowano do nich (od wewnętrznej stro-
ny obudowy) wspomniane cztery izolowane
odcinki przewodów połączone z płytką a tak-
że podłączono (równolegle) C1.

Po zmontowaniu układu należy ustalić

wartości R5 dla różnych czasów działania.
Potem w zależności od potrzeb w płytce osa-
dzamy rezystor o dobranej wartości. Dla
przykładu podam, że dla R5=180k

Ω (C3,R4

jak w wykazie) osiągnięto częstotliwość włą-
czania generatora akustycznego Q1 co około
1,5 godziny, dla 220k

Ω - 2,5h, 300kΩ -

2h 45min. Dłuższe czasy można więc osza-
cować odpowiednio zwiększając wartość R5.
Wpływ wahań temperatury otoczenia na
ustaloną przez R5 częstotliwość pracy „przy-
pominacza lekarskiego” jest znikomy w za-
kresie 0...+40

C. Zmiany napięcia zasilania

można pominąć.

Nad diodą LED D1 oraz nad przełączni-

kiem chwilowym S1 należy wywiercić
w obudowie dwa otwory. Średnica otworu
nad LED D1, przez który będzie widoczna
jej soczewka, powinna odpowiadać średnicy
D1. Otwór nad S1 powinien być nieco więk-
szy niż przycisk S1, aby było możliwe jego
uruchamianie.

Przykrywkę obudowy Z-43 należy zeszli-

fować (np. nasadką do wiertarki lub/i pilni-

kiem) tak, aby zrównać z jej wewnętrzną po-
wierzchnią wystające z trzech stron uwypu-
klenia. Nie zeszlifowywujemy tylko uwypu-
klenia naprzeciwko otworu do przykręcania
przykrywki. Dzięki temu możliwe będzie
wmontowanie zlutowanej płytki drukowanej
do obudowy.

Po osadzeniu w płytce dobranego do na-

szych potrzeb R5 zamykamy ją w obudowie.
Obudowę skręcamy przy pomocy jednej ma-
łej śrubki. Podłączamy baterię. Od tego mo-
mentu rozpoczyna się proces odliczania cza-
su. W każdej chwili można zmusić timer do
odliczania od początku. Aby tak się stało, wy-
starczy zewrzeć na chwilę S1 lub odłączyć
i ponownie przyłączyć baterię zasilającą.

Uważny czytelnik zauważy, że C2 nie

znajduje się stale pod napięciem jak jest to za-
lecane. W tym konkretnym układzie można to
jednak dopuścić. Nie jest bowiem wymagana
wysoka dokładność czasu trwania dźwięku
z Q1. Można też zastosować „tantala”.

Opisywany timer, nazwany „przypomina-

czem lekarskim” pracuje nieprzerwanie od
momentu podłączenia baterii, gdyż nie ma
wyłącznika. W przypadku braku dalszej po-
trzeby korzystania z układu wystarczy wyjąć
baterię z zacisku przymocowanego na ze-
wnątrz obudowy (patrz fotografia modelu).
Prostszym rozwiązaniem będzie włożenie ja-
kiegokolwiek izolatora pomiędzy „+” baterii
a blaszkę dociskową zacisku, np. kawałka
tektury czy zwykłego papieru.

Na zakończenie warto wspomnieć, że taki

układ może być pożytecznym podarunkiem
dla naszych bliskich i znajomych zmuszo-
nych do okresowego zażywania lekarstw.

Dariusz Knull

Wykaz elementów

Rezystory

R1,R3,R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .680kΩ
*R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .dobrać (patrz tekst)

Kondensatory

C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µF monolityczny
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . .220µF/16V (47-220µF)
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470nF MKT

Półprzewodniki

D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED 3mm zielona
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
IC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CD4541

Inne

S1 . . . . . . . . .Isostat chwilowy (pionowy, do druku)
Q1 . .Generator piezo HCM1201 lub podobny na 1V
Bateria litowa 3V CR2032+zacisk
Obudowa Z-43
Podstawka DIP14

Rys. 2 Schemat montażowy

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Do czego służy licznik rowerowy chyba każ-
dy wie. Ja jednak proponuję, aby licznik ro-
werowy wyposażyć w interfejs... pomiaru
temperatury. Licznik posiada wszelkie cechy
i funkcje pozwalające na pomiar nie tylko
temperatury (prędkości) aktualnej, ale i war-
tości maksymalnej oraz średniej. Pomiar
wartości maksymalnej i jej zapamiętanie jest
o tyle interesujący, że potem bezbłędnie mo-
żemy odtworzyć „jaki był u nas upał...”. Od
razu wyczuwa się brak pomiaru drugiej war-
tości, tj. minimalnej. Z natury rzeczy kompu-
terek rowerowy nie posiada takiej funkcji (bo
i po co?). W tym momencie, my – elektroni-
cy, mamy pole do popisu. Nasz interfejs po-
winien naprawić ten brak.

Jak to działa?

Schemat ideowy przedstawiony został na ry-
sunku 1. Jak widać, czujnikiem temperatury
jest dobrze znany i niedrogi układ LM35. Za-
pewnia on liniowe przetwarzanie temperatury
na napięcie ze współczynnikiem 10mV/

a zakres pracy układu jest szerszy niż spodzie-
wane temperatury na dworze. Układ LM35
musi korzystać z ujemnego napięcia zasilania,
aby ponownie mierzyć temperatury poniżej
0

C. Problem ten rozwiązuje przeniesienie ma-

sy LM35 na poziom napięcia referencyjnego.
Od tej pory układ LM35 widzi rzeczywistą ma-
sę jako napięcie -1,25V, bo tyle wynosi napię-
cie referencyjne z układu LM385-1,2. Dalej na-
pięcie z wyjścia czujnika temperatury trafia na
komparator temperatury bliskiej zeru i na wyj-
ście wzmacniacza o zmiennym wzmocnieniu.
Dosyć dziwnie wygląda ten twór, był jednak
konieczny. Jeżeli interfejs do pomiaru tempera-
tury ma być na tyle uniwersalny, aby mógł
przez cały rok mierzyć temperaturę na ze-
wnątrz, musi poprawnie interpretować tempe-
ratury ujemne. Problem z pozoru banalny przy-
sparza problemów, gdyż w przeciwieństwie do
temperatury nie istnieją ujemne prędkości. Co
prawda można poruszać się w tył, ale wtedy
mamy raczej do czynienia ze zmianą kierunku.

Problem udało się rozwiązać w ten spo-

sób, że przy stopniowym spadku temperatury

wskazania także liniowo maleją, a w momen-
cie przejścia przez zero i dalszego obniżania
się temperatury wskazania wzrastają, tak jak
wzrasta bezwzględna różnica między aktual-
ną temperaturą a zerem. Dodatkowo spadek
temperatury poniżej zera sygnalizowany jest
zapaleniem się diody D1. Za detekcję zerowej
temperatury odpowiedzialny jest komparator
zbudowany na pierwszym wzmacniaczu ope-
racyjnym układu LM358 (U3A). Jest on włą-
czony jakby „na odwrót” wejściem „+” do na-
pięcia referencyjnego, wszystko po to, aby
ułatwić budowę dalszych torów. Komparator
ten posiada histerezę wyznaczaną przez rezy-
story R3 i R4. Przy R3=2,7k

Ω i R4=1MΩ hi-

stereza ta wynosi około 2

C. Brak histerezy

byłby silnie zauważalny przy temperaturze
około 0

C. Jej wartość można zmieniać, do-

bierając stosunek R3 do R3+R4. Najprościej
można przyjąć, że
R4/R3 = ~9V/10mV x t

∆ , gdzie t∆ to żądana

histereza. Na szerokość histerezy ma wpływ

Rys. 1 Schemat ideowy

napięcie zasilania, dlatego przy innym na-
pięciu niż 9V może być konieczne dobranie
elementów.

Opisywany komparator steruje dwoma

elementami: poprzez rezystor R5 diodą LED
sygnalizującą ujemne wskazania i tranzysto-
rem T1 zmieniającym znak wzmocnienia
drugiego wzmacniacza z LM358. W sytuacji,
gdy tranzystor T1 jest zatkany, cały sygnał
z wyjścia U3A trafia na wejście nieodwraca-
jące U3B i w konsekwencji powiela się na
wyjściu ze współczynnikiem wzmocnienia 1.

W momencie, gdy mamy do czynienia

z ujemnymi temperaturami, tranzystor T1
zwiera wejście nieodwracające U3B do na-
pięcia odwracającego o wzmocnieniu -1. In-
aczej mówiąc, na wyjściu generuje napięcie
o tyle wyższe od referencyjnego, o ile jest
niższe na rezystorze R8. Wzmacniacz po
prostu stara się zrównać napięcia na swoich
wejściach.

Z wyjścia U3B sygnał trafia poprzez filtr

dolnoprzepustowy (R10, C2) na wejście ge-
neratora sterowanego napięciem. W roli tej
pracuje układ LM331. Generator ten pracuje
w standardowej konfiguracji. Jedyną zmianą
w stosunku do zalecanej przez producenta
konfiguracji jest 10-krotne zwiększenie C4.
Kondensator ten wraz z rezystorem R15 od-
powiada za stałą czasową wewnętrznego
przerzutnika. Zwiększenie C4 z 10nF do
100nF obniżyło współczynnik przetwarzania
generatora VCO z 1kHz/V do 100Hz/V.
W podstawowym (uruchomieniowym) urzą-
dzeniu nie jest konieczne montowanie rezy-
storów R12 i P1. Zaleca się jednak zamonto-
wać te elementy w ostatecznej wersji ze
względu na niski poziom przetwarzanych sy-
gnałów i w związku z tym zauważalny wpływ
napięć niezrównoważenia układu LM331.

Rezystor R16 podciąga do plusa wyjście

generatora. Z tego punktu można już pobrać
sygnał dla dalszych torów. Jest to wyjście
oznaczone jako WY1. Niestety w wielu przy-
padkach nie można tutaj bezpośrednio podłą-
czyć komputerka rowerowego. Powód jest
prosty. Urządzenie na WY1 posiada współ-
czynnik przetwarzania równy 1Hz/

C. Aby

usunąć tę niedogodność, urządzenie zostało
wyposażone w dodatkowy dzielnik częstotli-
wości. Podział przez 10 dokonuje się w licz-
niku dziesiętnym U5 4017. Licznik ten pra-
cuje w pełnym cyklu, nic nie stoi jednak na
przeszkodzie, aby skrócić ten cykl, gdy zaj-
dzie taka konieczność.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce drukowa-
nej pokazanej na rysunku 2. Montaż urzą-
dzenia jest klasyczny. Rozpoczynamy od
zwor i podstawek pod układy, a kończąc na
największych elementach. Do zasilania ukła-
du przewidziano złącze śrubowe, do którego
należy przyłączyć baterię 9V lub zasilacz sta-
bilizowany. W zależności od przeznaczenia

czujnik temperatury lutujemy w płytkę lub
wyprowadzamy na przewodach.

Po załączeniu zasilania należy w pierw-

szej kolejności sprawdzić wartość napięcia
referencyjnego. Napięcie na środkowym wy-
prowadzeniu U2 powinno mieć 1,25V. Na-
stępnie sprawdzamy napięcie na środkowym
wyprowadzeniu U1. To napięcie powinno
być wyższe od referencyjnego o 0,2...0,3V.
Wszystko zależy od temperatury czujnika.
Fakt przebywania w dodatniej temperaturze
będzie sygnalizowany zgaszoną diodą D1.
Gdy poprzednie etapy poszły gładko należy
sprawdzić napięcie na wyprowadzeniu 7 U4.
Powinno być ono takie samo jak na środko-
wym wyprowadzeniu LM35.

Ostatnią czynnością jest kalibracja VCO.

Najpierw należy ustabilizować temperaturę
czujnika na poziomie powiedzmy 30-40

a następnie potencjometrem P2 uzyskać
współczynnik konwersji 1Hz/ 1

C (na WY1).

W ostatniej fazie wylutowujemy LM35 i R1,
i zwieramy puste wyjście (pin 2) z napięciem
referencyjnym (pin 3) po układzie U1. Poten-
cjometrem P1 staramy się uzyskać 0Hz na
wyjściu. W ten sposób kalibrujemy zero na-
szego urządzenia. Po ponownym wlutowaniu
U1 może okazać się koniecznym skorygowa-
nie wskazań przy pomocy P2.

Podłączenie urządzenia

Docelowymi punktami podłączenia kompu-
terka rowerowego jest WY2. Aby komputerek
wskazywał poprawnie, należy wpisać mu wła-
ściwy promień koła. Jak to obliczyć? Przyj-
mijmy, że po podziale na 4017 współczynnik
przetwarzania wynosi 0,1Hz/

C. Tak więc dla

C mamy 1Hz. 10km/h to około 2,78m/s.

Urządzenie wyśle 1 impuls w ciągu sekundy
(ponieważ 10

C to 1Hz), czyli tak jakby koło

obróciło się jeden raz w ciągu sekundy.
Obróciło się jeden raz, ale przejechało odle-
głość 2,78m, stąd po podstawieniu do wzoru
L=2r – r wyniesie 44cm. Idąc tym tokiem ro-
zumowania, można obliczyć inne promienie
kół przy innym współczynniku przetwarzania.

Można jednak inaczej – wpisać promień

np. 30cm i tak korygować współczynnik
VCO potencjometrem P2, aby wskazania by-
ły prawidłowe. Przy tej drugiej okazji wska-
zana będzie wymiana R11 na zworę, a war-
tość P2 na np. 22k

Ω, a po ustawieniu powrót

do rezystora stałego i potencjometru o nie-
wielkiej wartości.

Michał Stach

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 2 Schemat montażowy

Wykaz elementów
Rezystory
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27kΩ
R2,R8-R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,1kΩ
R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2kΩ
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩ
R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150kΩ
R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ
R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47Ω
R14,R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6,8kΩ
P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ helitrim
P2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7kΩ PR

Kondensatory
C1,C2,C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µF
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µF/16V

Półprzewodniki
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC547
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM35
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM385
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM358
U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM331
U5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CD4017

Elektronika dla Wszystkich

Układ sterowania oświetleniem kabi-

ny samochodu służy do regulacji prą-

du płynącego przez żarówkę poprzez

zmianę współczynnika wypełnienia

impulsów. Rozjaśnienie jest realizo-

wane przez wydłużenie czasu trwa-

nia impulsów, ściemnianie zaś przez

ich skracanie.

Otwarcie drzwi samochodu będzie

powodować rozjaśnianie oświetlenia

wnętrza samochodu przez kilka se-

kund, a potem świecenie pełną mocą

przez ustalony czas, a na koniec wol-

ne zgaszenie żarówki. Jeżeli drzwi zo-

staną zamknięte wcześniej, to auto-

matycznie lampka zacznie wolno ga-

snąć.

Opis układu

Na rysunku 1 zamieszczony został schemat
ideowy. W stanie spoczynku żarówka L1 nie
świeci a wyłącznik drzwiowy jest rozwarty.
W momencie otwarcia drzwi samochodu
przełącznik P1 zostanie zwarty. Spowoduje
to podanie ujemnego impulsu na wejście wy-
zwalające 2 układu U1, pracującego tym ra-

zem w roli przerzutnika monostabilnego. Na
wyjściu Q pojawi się dodatnie napięcie usta-
lone przez czas t=1,1*(PR1+R7+R8)*C4. Z
wartościami takimi jak na schemacie czas ten
można regulować potencjometrem PR1 w
granicach od około 6s do ponad 50s. Stan
wysoki z wyjścia Q włączy diodę LED i jed-
nocześnie zacznie ładować kondensator C5
przez rezystory R9, R10. Kondensator ten
jest połączony z wejściem odwracającym (6)
wzmacniacza operacyjnego U2B, pracujące-
go jako komparator. Do drugiego wejścia (5)
podawany jest przebieg zbliżony do piłok-
ształtnego z kondensatora C6. Wzmacniacz
U2A pracuje jako generator. Częstotliwość
generowanego przebiegu wynosi około
900Hz. Na wyjściu (7) komparatora U2B
pojawiają się ujemne impulsy, kiedy napię-
cie na wyprowadzeniu 6 przewyższa war-
tość napięcia na wyprowadzeniu 5. Impulsy
te doprowadzane są do tranzystora T2, który
z kolei wysterowywuje tranzystor polowy
T4, pracujący jako element regulujący
oświetlenie. Zastosowanie tego tranzystora
było podyktowane małym spadkiem napię-
cia pomiędzy źródłem a drenem (w moim

modelu przy pełnym wysterowaniu wynosi
50mV), a przede wszystkim małymi strata-
mi mocy. Tak więc gdy drzwi zostaną
otwarte, żarówka będzie się rozjaśniać w
tempie zależnym od wartości C5, R9 i R10.
Czas do pełnego otwarcia tranzystora T4,
tzn. zmniejszenia spadku napięcia do warto-
ści minimalnej, w modelu wynosił 8s. Jeże-
li drzwi zostaną zamknięte przed upływem
stałej czasowej (PR1, R7, R8, C4), to za po-
średnictwem kondensatora C1 dodatni im-
puls otworzy tranzystor T1, który spowodu-
je szybkie doładowanie kondensatora C4 i
zmianę stanu wyjściowego (3) Q. Stan niski
będzie teraz rozładowywał kondensator C5
przez rezystor R9. Żarówka będzie powoli
gasnąć. Czas do całkowitego wygaszenia
wynosi około 10s. Tak samo żarówka bę-
dzie wygaszona, jeżeli pozostawimy otwar-
te drzwi przez dłuższy czas (kondensator C4
zostanie naładowany przez PR1, R7 i R8).

Reasumując, każde otwarcie drzwi będzie

powodować rozjaśnianie oświetlenia wnętrza
samochodu przez kilka sekund, a potem

Rys. 1 Schemat ideowy

świecenie pełną mocą przez czas zależny od
ustawienia PR1, a na koniec wolne zgaszenie
żarówki. Jeżeli drzwi zostaną zamknięte
wcześniej, to automatycznie lampka zacznie
wolno gasnąć. Jeżeli ktoś chciałby, aby świa-
tło gasło nie po zamknięciu drzwi, tylko po
przekręceniu stacyjki, powinien dodać je-
szcze jeden obwód z tranzystorem T3. Włą-
czenie stacyjki to podanie stanu wysokiego
na wejście A, który natychmiast zresetuje
przerzutnik U1 (żarówka L1 – gaśnie). W
tym przypadku nie stosować elementów R1,
R2, C1, T1 (elementy na schemacie zazna-
czone gwiazdką).

Montaż i uruchomienie

Jeśli ktoś zdecyduje się użyć tranzystora T1,
wówczas powinien być to tranzystor o du-
żym wzmocnieniu stałoprądowym np.
BC547C. Dioda D1 dodana została na wszel-
ki wypadek, gdyby napięcie na C4 wzrosło
powyżej napięcia zasilania. Kondensatory
C4 i C5 w spoczynku nie pozostają pod na-
pięciem, a więc powinny to być „tantale”. W
modelu zastosowałem jednak zwykłe elek-
trolity (takie miałem pod ręką).

W spoczynku gotowy model pobierał

około 1,2mA prądu (PR1 skręcony na mini-
mum), oczywiście przy zastosowaniu U1 w
wersji CMOS. Wydaje się to dobrym wyni-
kiem w stosunku do prądu regulowanego.
Dla akumulatora jest to praktycznie żaden
prąd.

Układ był testowany w zakresie napięć

10-15V i działał bez zarzutu. Nie testowałem
go natomiast w różnych temperaturach. Tran-
zystor prawie w ogóle się nie grzeje przy sto-

sowaniu żarówki 10W. Nie sprawdzałem, jak
działa układ z żarówkami o wyższych mo-
cach nominalnych. Dioda LED swym świe-
ceniem sygnalizuje pracę układu.

Być może lepiej by wyglądała sprawa sa-

mego rozjaśniania i ściemniania, gdyby za-
miast obwodu RC zastosować proste źródło
prądowe na tranzystorach. Nie sprawdzałem
tego doświadczalnie. Wymagałoby to dodat-
kowego rozbudowania płytki drukowanej. A
propos płytki, wydaje mi się, że schemat
montażowy nie jest potrzebny i wystarczy
sam model. Wiadomo, że w samochodzie pa-
nują trudne warunki i układ należałoby za-
bezpieczyć przed wpływem wilgoci np.
przez zalakierowanie, zaklejenie.

Przy montażu układu należy przeciąć

przewód łączący żarówkę z włącznikiem
drzwiowym i koniec przewodu prowadzący
do wyłącznika podłączyć do punktu B. Dru-
gi koniec przeciętego przewodu podłączyć
do punktu X. Ewentualnie można także po-
łączyć przewodem punkt A z takim frag-
mentem instalacji, na którym napięcie wy-
stępuje dopiero po włączeniu stacyjki. Na
koniec podłączamy przewody zasilające, je-
den – do masy pojazdu, drugi – do punktu
instalacji, na którym zawsze występuje na-
pięcie.

Przy pierwszym uruchomieniu mojego

sterownika żarówka zbyt szybko się rozja-
śniała po otwarciu drzwi. Z początku nie mo-
głem tego zmienić. Przyczyna tego stanu
tkwiła w zbyt płytkiej histerezie w generato-
rze U2A. Napięcie na wejściu 5 zmieniało się
w zakresie 4V do 8V. Zmieniłem wartość od-
powiadających za histerezę rezystorów R11,

R12, R13 i zmniejszyłem R14 i C6. Po zmia-
nie, napięcie na kondensatorze C5 wynosiło
około 1,2V, wyjście 7 komparatora chwilę
zostaje w stanie niskim i zapoczątkowuje
proces rozjaśniania. Przy zastosowaniu ele-
mentów jak na schemacie układ działał już
bez zarzutu.

Łukasz Podgórnik

Elektronika dla Wszystkich

Wykaz elementów

Rezystory

R1,R11,R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
R2*,R4,R8,R19* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R3,R5,R6,R17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩ
R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47kΩ
R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33kΩ
R10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330kΩ
R13,R18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7kΩ
R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,6kΩ
R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8,2kΩ
R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3kΩ
PR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470kΩ PR

Kondensatory

C1* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µF
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47nF
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C4,C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V tantal
C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33nF
C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V

Półprzewodniki

D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED
T1* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC547C
T2,T3* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC557
T4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BUZ10
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .NE555
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM358

Elektronika dla Wszystkich

Przedstawione poniżej układy to automa-
tyczne włączniki reagujące na przechylenie
o kąt około 90

. Świetnie nadają się do załą-

czania mikrofonów służących do udzielania
odpowiedzi.

Dołączony mikrofon zostaje włączony po

przechyleniu tyczki z pozycji pionowej, w ja-
kiej jest w stanie spoczynku, do pozycji
w przybliżeniu poziomej, w jakiej znajduje
się w czasie wypowiedzi. Oczywiście włącz-
niki mogą być użyte także do innych celów.

Układ 1

Opis układu

Schemat ideowy przedstawiony został na ry-
sunku 1. Układ działa w bardzo prosty spo-
sób, zbudowany jest z garstki elementów
i jednego układu scalonego. Metalowa kulka
porusza się po szynie podłączonej do plusa
zasilania. Po obu stronach toru ruchu kulki
znajdują się blaszki – czujniki. Początkowo
kulka styka się z czujnikiem podłączonym do
wejścia R (reset) US1 (nóżka 4). Jeżeli obra-
camy układem, kulka toczy się i dotyka czuj-
nika połączonego z wejściem S (set) US1
(nóżka 6). Wtedy na wyjściu Q pojawia się
stan H, załączając przekaźnik.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce uniwer-
salnej. Montaż jest standardowy. Omówienia
wymaga jedynie budowa czujnika. Można
go zbudować na płytce uniwersalnej. Na po-
czątku montujemy dwie długie zwory (szy-
ny, po których będzie się poruszała kulka).
Obok tych „szyn” montujemy dwa kawa-
łeczki laminatu o wymiarach 5x30mm.
Montujemy je po to, by kulka nie wyleciała.
W ten sposób powstał „korytarz”. Na jego
obu końcach montujemy małe blaszki –
czujniki. Ostatecznie można jeszcze od góry
odgrodzić tor ruchu kulki, aby zawsze była
w czujniku.

Po zmontowaniu układu nie powinien on

stać pionowo, gdy mikrofon jest wyłączony.
Musi on być nachylony względem poziomu
pod kątem np. 75

, aby po przechyleniu kul-

ka ponownie dotknęła blaszki.

Układ 2

Opis układu

Schemat ideowy przedstawiony został na ry-
sunku 2. Jeśli układ jest ustawiony poziomo,
wtedy potencjometr obrotowy P1, na którym
został sztywno zamontowany ciężarek, wy-
kazuje rezystancję około 300k

Ω. Rezystan-

cja ta, wraz z cząstkową rezystancją R2, R3

równą 14,7k

Ω, jest zbyt duża, aby załą-

czyć tranzystor T1, więc jest on zatkany.
Gdy obracamy potencjometr P1 o 90

jego rezystancja maleje praktycznie do
zera, co powoduje załączenie przekaźni-
ka PK1. Ktoś, kogo zainteresuje powyż-

sze rozwiązanie, może użyć kilkustopniowej
skali sygnalizacyjnej, np. 5 ledów, każda sy-
gnalizująca obrót o 30

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce uniwer-
salnej. Poprawnie zmontowane urządzenie
działa od razu. Należy je zasilać napięciem
12V. Omówienia wymaga jedynie zamoco-
wanie odważnika (50 lub 100g) na potencjo-
metrze. Najlepiej będzie użyć kawałka bla-
szki o wymiarach 40x5mm. Należy ją tak po-
wyginać, aby dobrze się trzymała potencjo-
metru i odważnika. Następnie potencjometr
i ciężarek można do blaszki przylutować.

Piotr Dereszowski

Układ 1

Wykaz elementów

R1-R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200Ω
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300Ω
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC547
D1-D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED
D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
US1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4013
PK1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przekaźnik 12V

Układ 2

Wykaz elementów

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7kΩ
R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220Ω
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC547
PK1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przekaźnik 12V
P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .potencjometr 1kΩ

Rys. 1 Schemat ideowy

Rys. 2 Schemat ideowy

Forum Czytelników

Elektronika dla Wszystkich

Przedstawiony przeze mnie schemat to schemat układu, który po-
szerza bazę stereo. Był on stosowany we wzmacniaczach i radiomag-
netofonach, gdzie głośniki lub kolumny musiały być blisko siebie.
Układ jest bardzo prosty, zawiera dwa wzmacniacze operacyjne
NE5532.

Nadesłał Tomasz Jadasch - Kęty

Przebieg prostokątny na wyjściu układu cyfrowego zawiera szereg
harmonicznych. Można zrobić prosty mnożnik częstotliwości, który
wykorzystuje te harmoniczne. Trzeba wydzielić interesującą
harmoniczną za pomocą obwodu rezonansowego, jak pokazu-
je załączony rysunek.

Rafał Malawski z Twardogóry

Od Redakcji. W układzie trzeba stosować szybkie układy
cyfrowe, które zapewnią ostre zbocza, czyli dużą zawartość
harmonicznych. Opisany sposób można stosować przy wyko-
rzystaniu harmonicznych nieparzystych.

Teoretycznie podany sposób pozwala uzyskać także ułamkowe

współczynniki podziału, jak pokazuje rysunek poniżej.

czyli co by było, gdyby...

W tej rubryce prezentujemy schematy

nadesłane przez Czytelników. Są to za-

równo własne (genialne) rozwiązania

układowe, jak i ciekawsze schematy z li-

teratury, godne Waszym zdaniem pu-

blicznej prezentacji bądź przypomnie-

nia. Są to tylko schematy ideowe, nieko-

niecznie sprawdzone w praktyce, stąd

podtytuł „co by było, gdyby...”. Redakcja

EdW nie gwarantuje, że schematy są

bezbłędne i należy je traktować przede

wszystkim jako źródło inspiracji przy

tworzeniu własnych układów.

Przysyłajcie do tej rubryki przede wszy-

stkim schematy, które powstały jedynie

na papierze, natomiast układy, które

zrealizowaliście w praktyce, nadsyłajcie

wraz z modelami do Forum Czytelników

i do działu E-2000. Nadsyłając godne za-

interesowania schematy z literatury, po-

dawajcie źródło. Osoby, które nadeślą

najciekawsze schematy oprócz saty-

sfakcji z ujrzenia swego nazwiska na ła-

mach EdW, otrzymają drobne upominki.

Mnożniki rezonansowe

Poszerzanie bazy stereo

W książce Wiktora Chojnackiego „Układy scalone w urządzeniach
krótkofalarskich” (WKiŁ 1983) jest zamieszczony schemat przed-
wzmacniacza na bramkach NAND. Bramki te muszą być linearyzo-
wane. Wzmocnienie wynosi 20dB.

Nadesłał Maciek Szostek - Gdańsk

Wzmacniacz

Przedstawiony schemat pokazuje układ syreny z głośnikiem
tubowym. Głośność jest ogromna. Układ pobiera około 0,5A prądu.

Nadesłał Piotr Podczarski - Redecz Wlk.

Syrena wielofunkcyjna

Elektronika dla Wszystkich

Właściciele wzmacniaczy lampowych
szczycą się ich posiadaniem. Ci, którzy
używają tranzystorowych, przeważnie
chcieliby mieć kiedyś lampowe. Dlaczego?

Cóż takiego jest w lampie, że brzmi ja-

koś wyjątkowo miło? I dlaczego tak trud-
no jest to określić za pomocą mierzalnych
parametrów?

Ja również posiadam wzmacniacz na trio-

dach „single ended”. Taki układ pracuje, jak
wiadomo, w klasie A. Mam też wzmacniacz
tranzystorowy przedniej marki i zamieniając
je często między sobą, widzę, że mimo prze-
paści dzielącej je pod względem parametrów
elektrycznych - wolę ten lampowy. Przez
dłuższy czas dorabiałem teorię do tego zjawi-
ska i w tej chwili chciałbym zaprezentować
swoje spostrzeżenia.

Są też tacy, którzy twierdzą, że wzmac-

niacz lampowy jest bardzo dobry, ale... do
gitary. I to zastosowanie, jak widać, prze-
trwało fascynację tranzystorami, bez szwan-
ku dla interesów Marshala i jemu podob-
nych; piece lampowe widać w TV na więk-
szości koncertów.

Przedstawiam kilka oscylogramów - foto-

grafie 1...4. Na wszystkich są pokazane po
dwa przebiegi: jeden z wyjścia wzmacniacza
tranzystorowego (każdy się zorientuje - który
to jest) oraz z wyjścia wzmacniacza lampowe-
go sterowanego tym samym sygnałem. Może-
my założyć, że sygnał ze wzmacniacza tranzy-
storowego jest identyczny z sygnałem genera-
tora. Ten odkształcony, przesunięty, zmniej-
szony - to sygnał z „lampówki”, która za to...
bardzo ładnie gra. Użyłem dość prostego ge-
neratora, który pozostawia subtelny „ząbek”
w szczytach przebiegu, widoczny szczególnie
wyraźnie przy wyższych częstotliwościach.
Czasami oddaje mi on usługi jako swoisty
znacznik czasu, więc pozwalam mu żyć.

O ile w sygnałach sinusoidalnych trudno

doszukać się informacji, które tłumaczyłyby
te dziwne zjawiska, to sporo ich daje prze-
bieg trójkątny - fotografie 5, 6. Odpowiedź
wzmacniacza na taki przebieg odzwierciedla
od razu charakterystykę Uwy=f(Uwe). I już
na fotografii 5 coś widać; otóż wzmacniacz
lampowy ma mocno nieliniową charaktery-
stykę. Im większy sygnał, tym bardziej za-
krzywia się ona w stronę poziomu i to zarów-
no od góry, jak i od dołu, choć niesymetrycz-
nie. Krótko mówiąc, wzmacniacz wytwarza
harmoniczne w dużych ilościach. Zwłaszcza
trzecią, sporo piątej, trochę siódmej i wyż-
szych. Od typu użytych lamp i ustawienia ich
punktu pracy zależy ilość i proporcje po-
szczególnych harmonicznych.

Jeśli chodzi o charakterystykę częstotli-

wościową - tragedia! Zacznijmy od basów:
przy 25Hz (fotografia 1) sygnał jest znie-
kształcony, mocno przesunięty w fazie (z ra-
cji ograniczonej wartości kondensatora wej-
ściowego i kondensatorów sprzęgających po-
szczególne stopnie). Pisząc „ograniczonej
wartości”, mam na myśli tak ograniczoną po-
jemność, jak i wartość w sensie pieniężnym.
Dobry kondensator w takie miejsce potrafi
podobno kosztować fortunę. W miarę zbliża-
nia się do środka pasma jest coraz lepiej, ma-
leje przesunięcie fazy, rośnie amplituda.
W przedziale 200 - 1000Hz są spełnione kry-
teria przyzwoitości ale i tu sygnałowi daleko
do ideału. Od 2kHz amplituda zaczyna już
maleć, aby przy 10kHz osiągnąć połowę.

Podstawy

mpa

kontra

tranzystor

- raz jeszcze

100kHz - to już tylko pozioma kreska. Jak po
nieudanej reanimacji.

Ponieważ wzmacniacz ten nie ma sprzęże-

nia zwrotnego, jego współczynnik tłumienia
jest więcej niż żałosny, gdyby się nawet poku-
sić o jego określenie - wyszłoby tłumienie rzę-
du 2. Mówiąc obrazowo, wzmacniacz nie
kontroluje swojego wyjścia, wysyła sygnał do
głośników i nie obchodzi go, co one z nim zro-
bią. Mimo że na zaciskach wyjściowych „wi-
dać” charakterystykę dołączonej kolumny -
wzmacniacz nie reaguje na to w żaden sposób.

Tranzystorowy - owszem - stara się za

wszelką cenę doprowadzić kształt swojego
napięcia wyjściowego do zgodności z napię-
ciem wejściowym. I to mu się często udaje,
a przynajmniej nam się tak wydaje. Jest jed-
nak coś, czego nie widać podczas badania
układu przebiegami okresowymi typu sinus,
trójkąt. W muzyce występują bardzo skom-
plikowane przebiegi, gdzie na przykład na-
pięcie szybko rośnie i w trakcie tego narasta-
nia nie mogą zaginąć niuanse dotyczące bar-
wy instrumentów, różnych szmerów itp. Czę-
sto gdzieś w połowie przebieg „zawraca”, nie
osiągając maksimum, tak że podawanie
szybkości narastania napięcia wyjściowego
przez producentów raczej nie na wiele się tu
przydaje. Chodzi o sposób pomiaru dla ce-
lów określenia tego współczynnika. Wiele
wzmacniaczy tranzystorowych ma ten
współczynnik rzędu 100V/

µs i więcej. Prak-

tycznie w muzyce nie występują stromości
większe niż kilka V/

µs, więc hipoteza o cią-

gle zbyt małej jego wartości też upada. Wy-
starczy spojrzeć, jak wzmacniacz lampowy
radzi sobie z przebiegami prostokątnymi, aby
uznać, że nie w tym rzecz.

Układy wzmacniające muszą oczywiście

mieć jak największą szybkość. Zwłaszcza

tam, gdzie stosowa-
ne jest silne sprzęże-
nie zwrotne obejmu-
jące duży obszar
wzmacniacza. Wro-
giem w tym przy-
padku są zniekształ-
cenia TIM. Nie każ-
dy wie o co tu cho-
dzi, choć większość
spotkała się z tym
terminem. Powstają
one na skutek tego,
że zanim sygnał
sprzężenia zwrotne-
go poinformuje wej-
ście wzmacniacza,
że np. wartość chwi-
lowa napięcia wyj-
ściowego jest zbyt
duża i zanim cały tor
prześle na wyjście
skorygowany sy-
gnał, to wadliwy sy-
gnał już zasilił gło-
śniki i nic go już nie
cofnie. Od pewnej
wartości stromości
narastania napięcia
(prądu) rozpoczyna
się bezsilność wzmac-
niacza, jeśli chodzi
o dokładność odwzo-
rowania sygnału wej-
ściowego. Jeśli zaś
chcemy przyśpie-
szyć drogę sygnału -
cza, może się to
skończyć jego wzbu-
dzeniem. Dlatego ze
wszech miar lepiej jest zastosować kilka
stopni objętych lokalnym sprzężeniem
zwrotnym, a nie obejmować nim całego (dłu-
giego) układu. Tak też robi się w układach
lampowych.

Wiemy już jak wypada porównanie opisy-

wanych dwóch typów wzmacniaczy. Wyda-
wałoby się zatem, że lampowe wzmacniacze
powinny już dawno wyginąć, tymczasem są
one w pełnym rozkwicie wśród domowych
melomanów. Muszę przyznać, że robiłem kil-
ka podejść do tych obserwacji i nigdy nie do-
prowadzały mnie one do konstruktywnego
wniosku - dlaczego taka miernota tak dobrze
brzmi. W końcu postanowiłem dociec prawdy
i zrobiłem to (albo mi się tylko tak wydaje).

W celu wykluczenia pewnych hipotez na-

grałem nawet na płycie CD za pomocą Wa-
veEditora fragmenty muzyki w zamkniętych
pętlach, aby można było je badać oscylosko-
pem. Okazało się jednak, że wzmacniacz
tranzystorowy zawsze lepiej odtwarzał
skomplikowane przebiegi, przynajmniej
w sensie ich odwzorowania na ekranie oscy-
loskopu.

Skoro nie było winnych, zacząłem upatry-

wać przyczyny w nieliniowości charaktery-
styki. Moja hipoteza jest następująca. Wy-
twarzanie wyższych harmonicznych w du-
żych ilościach na pewno jest wadą. Ale
w tym przypadku obraca się ona częściowo
w zaletę. Takie szczęście w nieszczęściu.

Przez to, że krzywa przenoszenia zakrzy-

wia się w stronę poziomu, zmienia się rów-
nież nachylenie krzywej przenoszenia dla
małych sygnałów o większych częstotliwo-
ściach, nałożonych na silniejsze. Wyjaśnia to
rysunek 1. Jeśli wyobrazimy sobie bas,
niech to będzie sinusoida 60Hz, na nią nało-
żony drugi sinus, ale 2kHz o małej amplitu-
dzie - powstanie złożony przebieg. Mimo że
tak prostego przebiegu w muzyce chyba nie
znajdziemy, dla naszego przykładu jest to do-
bre zestawienie. Spójrzmy, co się dzieje
z amplitudą wyodrębnionego sygnału 2kHz,
jeślibyśmy go odfiltrowali po przejściu przez
wzmacniacz. Łatwo zauważyć, że będzie on
miał amplitudę zmodulowaną przebiegiem
60Hz a nawet 120Hz. W sumie średnia jego
głośność (energia) prawdopodobnie wzro-

Podstawy

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 1
Rys. 2

śnie w stosunku do energii sygnału 60 Hz
w porównaniu z sytuacją, gdybyśmy mieli
wzmacniacz liniowy.

Z drugiej strony silne sygnały są osłabia-

ne (amplituda ich pierwszej harmonicznej re-
latywnie maleje), natomiast bardzo ciche sy-
gnały przenoszone są bez zmiany amplitudy.
Nie wydaje się, aby to wszystko nie miało
wpływu na odczucia słuchacza.

Okazuje się, że ta cecha wzmacniacza ro-

bi z niego w pewnym sensie kompresor dy-
namiki. Oto bowiem ciche sygnały nałożone
na inne, mocniejsze, będą odtworzone nieco
głośniej, niżby to wynikało ze wzmocnienia
istniejącego dla dużych sygnałów. Głośny
bas po przejściu przez taką charakterystykę
jest bardziej energetyczny (większe pole po-
wierzchni pod „spłaszczonym” sinusem), na-
tomiast ciche składowe (nałożone na wyra-
źne, duże krzywe) będą wzmacniane mocniej
przy zbliżaniu się swoich „nośników” do
okolic osi czasu. Jeśli występują tylko słabe
(ciche) sygnały, mieszczą się one w pobliżu
zera napięcia, gdzie charakterystyka jest je-
szcze w miarę liniowa i ma niezmniejszone
nachylenie.

Wszystko to powoduje, że wzmacniacz

o takiej charakterystyce działa jak kompresor
dynamiki. Okazuje się, że lekkie ściśnięcie
dynamiki oddaje nam usługi w postaci nieco
głośniejszych najcichszych dźwięków, a to
wystarcza do tego, aby uznać dźwięk za przy-
jemniejszy, ocieplony, miły dla ucha czy ma-
jący duszę, jak chcą niektórzy. Tę duszę two-
rzy otoczka cichych składowych muzyki,
w której zawierają się m.in. dźwięki pocho-
dzące z odbić od ścian. To powoduje, że za-
czyna się odczuwać „atmosferę” sali, lepiej
słychać wszelkie muzyczne „smaczki”, bar-
dziej wyeksponowany jest charakter brzmie-
nia poszczególnych instrumentów.

Oczywiście lepiej byłoby, jeśli już toleruje-

my lekką kompresję dynamiki lub nawet jej
pożądamy, aby rolę tę wziął na siebie kompre-
sor dynamiki z prawdziwego zdarzenia. To, co
starałem się powyżej wyjaśnić, jest jedynie
produktem ubocznym niedoskonałej charakte-
rystyki lamp. Systemy kompanderowe są zna-
ne ludzkości (przykładem niech będzie Dolby,
dbx, High-com itp.), są jednak pewne prze-
ciwwskazania do ich stosowania we wzmac-
niaczach najwyższej jakości. Pierwsza rzecz,
że audiofilskie urządzenia muszą być pury-
stycznie surowe, najlepiej jedna lampa i metr
drutu, a taki kompresor to już musi być zaa-
wansowany układ scalony, na którego widok
audiofila zbiera na wymioty.

Drugą wadą klasycznego kompresora dy-

namiki są tzw. „oddechy”. Chodzi o pewien
czas zwłoki, w którym taki układ musi zmie-
rzyć wielkość sygnału, aby dopasować do
niego swoje wzmocnienie. Powstaje sytua-
cja, kiedy każdy nagły wzrost głośności po-
woduje, że sygnał zostanie „ściszony” dopie-
ro po krótkiej chwili, a następujące po gło-
śnym fragmencie ciche sygnały będą przez
jakiś czas zbyt mocno przyciszone, bo układ
dopiero dopasowuje się do nowej sytuacji.
Jedynie technika cyfrowa oferuje odpowie-
dnie narzędzia i na pewno już takie konstruk-
cje istnieją. Powinny być to jednak układy
autonomiczne, niezwiązane z PC, wolne od
zakłóceń cyfrowych.

Świat potrzebował więc całego stulecia,

aby zastąpić prosty przyrząd - bańkę z kilko-
ma drutami wewnątrz - czymś rozsądnym,
choć wcale nie prostym.

Skoro uwierzyłem w swoją hipotezę, nie

mogło być inaczej, niż starać się sprawdzić
jej słuszność. W tym celu zaczerpnąłem
z pudełka garść diod, aby stworzyć z nich
szkodnika, który na tyle popsułby charakte-
rystykę (porządnego skądinąd) wzmacniacza
tranzystorowego, żeby dorównać lampie
a nawet kilku ich sztukom w łańcuchu. Jest
to po prostu nieliniowy dzielnik napięcia
przemiennego (rysunek 2). Dobierając war-
tości rezystorów, można sobie popsuć linio-
wą charakterystykę według życzenia. Widać
ją zupełnie dobrze na oscyloskopie, gdy za-
silimy dzielnik przebiegiem trójkątnym. Na-
leży zwrócić uwagę, żeby obciążeniem tego
dzielnika była impedancja nie mniejsza niż
30 - 50k

Ω. Nie muszę chyba dodawać, że

istotna jest amplituda sygnału podanego na
taki dzielnik. W sygnale o wartości między-
szczytowej 1,2V taki dzielnik nie wyrządzi
żadnych szkód, trzeba zatem pamiętać, że
potencjometr siły głosu powinien znaleźć się
dopiero za nim.

Wzmacniacz z takim dzielnikiem zaopa-

trzyłem w stosowny przełącznik (przydałby
się pilot), który przepuszcza sygnał bezpo-
średnio albo przez ten dzielnik. Rezultat chy-
ba spełnia moje oczekiwania. Dzięki temu
dzielnikowi dźwięk wydaje się być bardziej
skupiony w swoich pozornych źródłach, cie-
plejszy, zwarty. Prawdopodobnie trzeba by-
łoby jeszcze popracować nad proporcjami re-
zystorów.

Ostatnio spotkałem się z tym, że kon-

struktor wzmacniaczy lampowych bardzo
chętnie stosował potencjometr głośności do-
piero za pierwszą lampą. Takie rozwiązanie

kojarzyło mi się z możliwością przesterowa-
nia tej lampy dużym sygnałem wejściowym.
A jeśli nawet nie, to taka lampa zawsze pra-
cuje na całym sygnale; nawet jeśli dźwięk
jest mocno ściszony potencjometrem. Powo-
duje to przecież dodatkowe zniekształcanie
sygnału nieliniowością charakterystyki lam-
py. On miał jednak ciągle wrażenie, że tak
jest lepiej. Może właśnie o to chodzi, żeby je-
szcze jednym stopniem zniekształcić lekko
muzykę, uzyskując przy okazji dodatkowy
efekt kompresji dynamiki.

Jest jednak jeszcze jedno zjawisko mogą-

ce potencjalnie powodować kompresję dyna-
miki i to w rozumieniu właściwego kompre-
sora, bez zniekształcania dźwięku przy oka-
zji. W układach lampowych stosuje się zasi-
lanie anod kolejnych stopni przez oporniki
odsprzęgające wraz z kondensatorami elek-
trolitycznymi do masy. Elementy te pełnią
rolę filtru sieciowych 100Hz, ale oprócz tego
mogą również powodować lekką kompresję
dynamiki, bowiem gdy lampa pobiera więk-
szy prąd (przy głośniejszym sygnale), napię-
cie jej zasilania lekko „siada”. W większości
prostych aplikacji lampowych mniejsze zasi-
lanie oznacza mniejszy sygnał wyjściowy.
Takie miękkie zasilacze powodują również
zmiękczenie dźwięku dzięki jego kompresji.

Między innymi z tego powodu stosuje się

prostowniki na lampach oraz odpowiednio
dobrane wartości elementów filtrujących na-
pięcie zasilające anody lamp.

Widzimy więc, że we wzmacniaczu lam-

powym odgrywają istotną rolę takie rzeczy
jak charakterystyki poszczególnych lamp,
sposób zasilania ich anod, głębokość sprzę-
żenia zwrotnego oraz punkty pracy lamp.
Przypomina to jakiś delikatny instrument.
A jak wiadomo - Stradivariusy grają lepiej,
inne gorzej. Elektroniczne keyboardy nato-
miast grają wszystkie tak samo paskudnie.

Mam nadzieję, że dałem Czytelnikom

tym artykułem impuls do rozważań, prób
i ciekawych doświadczeń oraz myślę, że za-
owocuje to jakąś dyskusją na łamach EdW.

Marek Klimczak

matik1@poczta.onet.pl

Od Redakcji. Spostrzeżenia i wnioski au-

tora artykułu nie są tożsame z poglądami Re-
dakcji Elektroniki dla Wszystkich. Niemniej
artykuł, napisany przez praktyka, może być
znakomitym przyczynkiem do dyskusji oraz
wymiany doświadczeń, do czego serdecznie
zapraszamy Czytelników.

Podstawy

Elektronika dla Wszystkich

To warto wiedzieć

Elektronika dla Wszystkich

Układy zabezpieczające

przed skutkami

wypadków

Do najważniejszych układów tego typu nale-
żą automatyczne napinacze pasów bezpie-
czeństwa oraz poduszki powietrzne. Pierw-
sza poduszka powietrzna została zgłoszona
do opatentowania już w latach 50. Praktycz-
ne zastosowanie znalazła jednak w latach 70.
w USA, gdzie stała się nawet obowiązko-
wym wyposażeniem pojazdu. Warto przypo-
mnieć, że nie było tam wówczas obowiązku
zapinania pasów bezpieczeństwa. Oczywi-
ście po trzech dekadach badań dziś wiemy
doskonale, że najskuteczniejsze działanie za-
bezpieczające poduszka osiąga właśnie ra-
zem z zapiętymi pasami, które w dodatku po-
winny w odpowiednim momencie zostać do-
datkowo ściągnięte przez napinacze piro-
techniczne. Od początku lat 90., kiedy zapi-
nanie pasów stało się w Europie obowiązko-
we, nastąpił rozwój technologii poduszki po-
wietrznej. Rozwój ten był możliwy dzięki za-
stosowaniu wyrafinowanej elektroniki.
W najnowocześniejszych autach instaluje się
obecnie do 10 poduszek powietrznych: dla
kierowcy, pasażera z przodu, pasażerów z ty-
łu, cztery boczne i dwie górne. Jeśli dodamy
do tego pirotechniczne napinacze pasów, to
mamy niezłą beczkę prochu, bo przecież
wszystkie te urządzenia zawierają potencjal-
nie niebezpieczne ładunki wybuchowe. Poza
tym wiadomo, że sama poduszka, choć stwo-
rzona do ratowania życia podróżujących sa-
mochodem, w czasie kolizji może - odpalona
w nieodpowiednim momencie - stanowić dla
nich nawet śmiertelne zagrożenie. Jak więc
sterować niezależnie ośmioma czy dziesię-
cioma poduszkami, by nie zrobiły komuś
krzywdy i zostały odpalone we właściwym
momencie? Warto przypomnieć, że czas za-
działania całego układu od chwili uderzenia
samochodu w przeszkodę do wychwycenia

przez poduszkę głowy i klatki piersiowej
kierowcy przy prędkości 80 km/h wynosi
mniej niż 100 milisekund. Jeszcze szybciej
niż poduszka powinny zostać odpalone napi-
nacze pasów. Jak widać, potrzebne są więc
absolutnie niezawodne i precyzyjne systemy
sterowania tymi elementami pojazdu. Układy
sterujące odpalaniem poduszek powietrz-
nych składają się z niezwykle zaawansowa-
nych technicznie i niezawodnych w działaniu
czujników przyspieszeń rozlokowanych
w różnych miejscach samochodu. Kiedy au-
to uderza w przeszkodę (lub zostaje uderzo-
ne) rejestrują one kierunek i siłę uderzenia.
Sygnały te trafiają do komputera, który ma
w pamięci dane o setkach sytuacji z wcze-
śniejszych symulacji. Procesor musi błyska-
wicznie przeanalizować rodzaj zderzenia
i zdecydować: odpalić poduszkę, czy nie
i którą. Nie ma obawy, że wybuchną wszyst-
kie naraz, bo zderzenie jest albo czołowe, al-
bo boczne, albo następuje z tyłu (wówczas
komputer sterujący wyzwala tylko napinacze
pasów). Najnowsze modele aut mają też
czujniki obciążenia siedzeń pasażerów. Cho-
dzi o to, aby poduszka została odpalona tyl-
ko wtedy, gdy fotel jest zajęty, i nie wybu-
chła, gdy na fotelu obok kierowcy umie-
szczono fotelik z małym dzieckiem (podu-
szka, napełniając się przygniotłaby je do
oparcia fotela). Tak więc kiedy siedzicie za
kierownicą z niepozornym napisem „airbag”,
pomyślcie czasem, że tak naprawdę nad wa-
szym zdrowiem i życiem czuwa wówczas
poczciwy kawałek krzemu. W najbliższej
przyszłości nastąpi dalsze udoskonalenie sy-
stemu sterowania omówionym wyżej ukła-
dem zabezpieczenia przed skutkami wypad-
ku. I oczywiście usprawnienie to będzie
związane z zainstalowaniem w samochodach
kolejnej porcji wyrafinowanej elektroniki.
Otóż pojazdy (na początek te z najwyższej
półki) wyposażone zostaną w radary o krót-

kim zasięgu. Dadzą one całemu systemowi
więcej czasu na analizę sytuacji, a co za tym
idzie bardziej precyzyjną i odpowiednio
wczesną reakcję. Czujniki radarowe przeka-
żą sygnały o zbliżającej się kolizji jeszcze
w fazie przedwypadkowej. Zauważą prze-
szkodę, zanim zderzy się z nią samochód.
System będzie więc w stanie dokładnie prze-
widzieć czas uderzenia. Nie będzie znana je-
dynie masa przeszkody. Informacje o sile
uderzenia nadal będą pochodzić z czujników
przyspieszeń. Wprowadzenie do wyposaże-
nia aut radarów krótkiego zasięgu, planowa-
ne przez firmę Bosch na 2005 rok, umożliwi
realizację „wirtualnego pasa bezpieczeń-
stwa” wokół pojazdu. Kierowca zostanie na
przykład ostrzeżony przed trudno dostrzegal-
nymi obiektami na drodze, a pojazd sam bę-
dzie utrzymywał bezpieczną odległość od in-
nych pojazdów. Już teraz firma Bosch zapre-
zentowała radarowy system adaptacyjnej re-
gulacji prędkości jazdy ACC. Jest to nowo-
czesna odmiana tempomatu, czyli urządzenia
umożliwiającego jazdę ze stałą zadaną pręd-
kością. W przeciwieństwie do dotychczaso-
wych tempomatów aktywnie reaguje on

Fot. 9 Moduł sterujący odpalaniem

poduszek powietrznych

czyli

óó

łł

ćć

w sytuacji, kiedy przed autem pojawi się do-
goniony inny pojazd. Podstawową częścią
systemu jest nadajnik/odbiornik radarowy
umieszczony pod osłoną chłodnicy. Emito-
wane przez nadajnik fale, po odbiciu się od
przeszkody (poprzedzającego pojazdu), są
źródłem informacji o odległości od przeszko-
dy a także o jej względnej prędkości. Po
przeanalizowaniu tych danych system przy-
stępuje do części wykonawczej, którą reali-
zuje układ ESP. Przyhamowuje on pojazd lub
tylko zmniejsza obroty silnika tak, by zosta-
ła zachowana bezpieczna odległość między
obydwoma samochodami. ACC ma odciążać
kierowców od uciążliwego trzymania nogi na
pedale gazu podczas jazdy autostradami na-
wet w zmieniających się warunkach ruchu.
Jeszcze innym supernowoczesnym elektro-
nicznym gadżetem oferowanym już w nie-
których samochodach jest układ automatycz-
nej regulacji odległości ADR (Automatische
Distanzregelung). Określa on odległość od
najbliższego pojazdu za pomocą trzystrumie-
niowego lasera podczerwieni. Informacje
o stanie nawierzchni pochodzą z czujników
prędkości obrotowej kół znanych z układów
regulacji dynamiki jazdy. Czujniki podają
również informacje o pokonywanym zakrę-
cie i prędkości jazdy. Dane są analizowane
w sterowniku ADR, który na tej podstawie
oblicza zalecaną prędkość oraz wymagany
odstęp. Realizacją zajmują się systemy kon-
troli trakcji np. ESP. Warunkiem pełnej auto-
matycznej regulacji dystansu jest automa-
tyczna skrzynka przekładniowa. Automa-
tyczna regulacja dystansu umożliwia nawet
całkowite zatrzymanie pojazdu poruszające-
go się w korku, a następnie jego samodzielne
ruszenie. W ten sposób układ pozwala unik-
nąć wypadku w wyniku najechania i ułatwia
poruszanie się po zatłoczonych ulicach. Jak
uważają eksperci wspomniane systemy mo-

gą, w razie ich upowszechnienia, w znaczą-
cym stopniu przyczynić się do zwiększenia
bezpieczeństwa ruchu.

Z kolei układ PDC (Park Distanz Control)

zaprojektowany został z myślą o ochronie
eleganckich limuzyn kierowanych przez nie-
zbyt dobrych kierowców przed tzw. uszko-
dzeniami parkingowymi. Zastosowano w nim
umieszczone w tylnym zderzaku czujniki
ultradźwiękowe, które pracując jako echo-
sondy, mierzą odległość samochodu od prze-
szkody i gdy ta niebezpiecznie się zmniejsza,
system ostrzega kierującego sygnałem
dźwiękowym.

Układy zabezpieczające

przed kradzieżą

Są kolejną sferą konstrukcji samochodowych
opanowaną przez elektronikę. Wraz z postę-
pem technicznym nie następuje niestety po-
stęp moralny społeczeństw, czego efektem
jest dramatyczny wzrost liczby kradzieży sa-
mochodów. Dlatego od jakiegoś czasu pod-
stawowym wyposażeniem nowych pojazdów
stał się tzw. immobiliser, czyli w wolnym tłu-
maczeniu unieruchamiacz. Można zrealizo-
wać go na wiele sposobów, ale największym
uznaniem cieszy się obecnie elektronicznie
kodowany kluczyk do wyłącznika zapłonu
(stacyjki) z transponderem. Jest to rozwiąza-
nie bardzo wygodne, gdyż nie wymaga od kie-
rowcy żadnych dodatkowych i tajnych mani-
pulacji. Samochód można uruchomić, wkłada-
jąc jak zwykle kluczyk do stacyjki i przekrę-
cając go. Przeciętny użytkownik nie zdaje so-
bie nawet sprawy, jaka skomplikowana proce-
dura ma wówczas miejsce. Głównymi ele-
mentami systemu są: wspomniany już kluczyk
z transponderem, czyli mówiąc po ludzku mi-
kroprocesorowym nadajniko-odbiornikiem,
antena pierścieniowa (cewka czytająca dane
z transpondera) w stacyjce oraz sterownik blo-
kady zapłonu. Po włożeniu kluczyka do sta-
cyjki transponder wysyła do sterownika blo-
kady kod stały, który zostaje tam sprawdzony.
Jeżeli kod ten zostanie rozpoznany jako pra-
widłowy, sterownik wytwarza za pomocą ge-
neratora zmiennych losowych kod zmienny,
który jest wysyłany do transpondera. Kod ten
inicjuje w transponderze określony, utajniony
proces obliczeniowy, który jest tak samo wy-
konywany w sterowniku. Jeżeli uzyskane
w obydwu urządzeniach wyniki są takie same,
tzn. wysłane przez transponder są identyczne
z otrzymanymi w sterowniku, to kluczyk zo-
staje uznany za właściwy. W związku z tym
sterownik blokady wymienia teraz kod zmien-
ny ze sterownikiem silnika. Jeśli wystąpi
zgodność, to można uruchomić pojazd.
Omówione procesy trwają kilka milisekund,
tak że kierowca nie zauważa żadnej zwłoki
w uruchamianiu. Ze względu na to, że dla ko-
du zmiennego przewidziano 1023 różnych
kombinacji oraz sam proces liczenia jest szy-
frowany, bardzo trudne jest skopiowanie klu-
czyka czy też manipulacja przy ukladzie przez
skanowanie. W bardziej skomplikowanych
układach rozpoznawane są też poszczególne,
oryginalne kluczyki pojazdu, co umożliwia
„zablokowanie” kluczyka w przypadku jego
zgubienia lub kradzieży. Takim „zablokowa-
nym” kluczykiem nie można już uruchomić
samochodu. Takie elektroniczne bajery zabez-
pieczają przed uruchomieniem samochodu
przez osoby niepowołane, ale nie stanowią
niestety ochrony przed okradzeniem lub od-
transportowaniem pojazdu. Dodatkowym wy-
posażeniem antykradzieżowym każdego sa-
mochodu rejestrowanego w naszym pięknym

To warto wiedzieć

Elektronika dla Wszystkich

Fot. 10 System sterowania poduszkami powietrznymi i napinaczami pasów bez-

pieczeństwa firmy Bosch

Fot. 11 W takiej sytuacji układ PDC

oparty na czujnikach ultradźwięko-

wych umieszczonych w zderzaku mo-

że okazać się bardzo pomocny

To warto wiedzieć

Elektronika dla Wszystkich

kraju jest więc oczywiście mniej lub bardziej wymyślny system elek-
tronicznego autoalarmu, który ma za zadanie przynajmniej spłoszyć
złodzieja, zapewniając, złudne niestety, poczucie bezpieczeństwa.
Przecież każdy młodociany kandydat na gangstera wie, że wystarczy
postraszyć zwykłym kałasznikowem i właściciel odda nie tylko ory-
ginalne kluczyki, ale i dokumenty swego luksusowego cacka, no chy-
ba że sam pracuje dla konkurencji. Jedyną szansą na odnalezienie
skradzionego samochodu w naszej części świata jest wyposażenie go
wcześniej w system satelitarnej lokalizacji GPS, który umożliwia zlo-
kalizowanie auta z dokładnością do kilku metrów.

I wreszcie pełen komfort

podróżowania

Krzemowe chipy coraz częściej instalowane są w samochodowych
urządzeniach zapewniających kierowcom - zwłaszcza tym zasob-
niejszym w gotówkę - wysoki poziom komfortu jazdy. Mamy więc
elektroniczny system sterowania klimatyzacją - „climatronic”, który
potrafi utrzymywać zadaną temperaturę - nawet różną dla poszcze-
gólnych pasażerów. System ten może być sterowany z zewnątrz
przez telefon komórkowy, co oznacza, że dostatecznie bogaty wła-

ściciel czterech kółek może przez telefon
aktywować i zaprogramować układ auto-
matycznej klimatyzacji, który odpowie-
dnio przygotuje samochód na nadejście
swego pana. Komfort podróżowania au-
tem zależy w dużej mierze od zawieszenia
pojazdu. Firma Mercedes zaczyna wypo-
sażać swe limuzyny klasy S w układ ABC
(Active Body Control), który dostosowuje
pracę zawieszenia do upodobań kierowcy.
Reaguje przy tym na zmiany obciążenia
auta - jeśli zmienia się masa pojazdu (wy-
siada lub wsiada pasażer czy też wyjmo-
wany jest bagaż) komputer na bieżąco
oblicza nowe ustawienia np. twardość ele-
mentów resorujących. Obecnie układy
elektroniczne stosowane są powszechnie
w urządzeniach, z których korzystają
w czasie jazdy kierowca i pasażerowie,
a więc w urządzeniach łączności, nawiga-
cji i rozrywki.

Prawie wszyscy producenci samocho-

dów oferują za odpowiednią opłatą syste-
my nawigacji satelitarnej, która umożli-

wia dotarcie do celu bez map i znajomości terenu. Wystarczy wpisać
do komputera systemu swoją aktualną pozycję, a potem nazwę miej-
scowości czy ulicy, do której chcemy dojechać, a on poinformuje cię
w odpowiednim momencie, gdzie masz skręcić i którą drogę wy-
brać. Nie sposób wymienić wszystkich bajerów multimedialnych,
które są dostępne w nowoczesnych samochodach. Różnej maści sy-
stemy audio i DVD uzupełniają długą listę urządzeń elektronicz-
nych, którymi naszpikowano współczesne auto dla bogaczy. Szkoda
tylko, że nie można jednocześnie prowadzić samochodu, oglądać fil-
mu z DVD, słuchać muzyki, rozmawiać przez telefon i żeglować po
Internecie.

Parę słów o magistralach danych

Pierwsze układy elektroniczne zastosowane w samochodach były sa-
modzielne i niezależne od innych. Ciągły postęp w elektronice sa-
mochodowej spowodował, że różne informacje są wykorzystywane
jednocześnie przez kilka układów lub muszą być udostępniane z jed-
nego układu do innych, np. sygnał prędkości obrotowej kół. Poza
tym potrzeba powiązania wszystkich elementów układów działają-
cych we współczesnym samochodzie stwarza poważne problemy
w okablowaniu.

Fot. 12 System nawigacji satelitarnej zintegrowany z kon-

solą multimedialną - propozycja firmy Blaupunkt dla auto-

karów

Fot. 14 Rozmowa z kierowcą w czasie jazdy zabroniona -

kierowca ogląda film

Fot. 13 System identyfikujący i wyświetlający na desce rozdzielczej znaki drogowe

Konstrukcje alarmowe wykonane przez hob-
bystów mają jedną niezaprzeczalną przewa-
gę nad urządzeniami profesjonalnymi: są nie-
typowe i niepowtarzalne. Jednostkowo wy-
konana konstrukcja jest zawsze zagadką dla
intruza i jej rozszyfrowanie może być nieraz
trudniejsze od „złamania” urządzenia niejed-
nej renomowanej firmy.

Proponowane urządzenie jest proste, ła-

twe w montażu i uruchomieniu. Niemniej
układ ten, wyposażony w odpowiednie gło-
śniki, całkowicie dorównuje skutecznością
kosztownym urządzeniom fabrycznym.

Najprostszym sposobem sterowania syre-

ną jest po prostu włączanie i wyłączanie za-
silania. Drugim sposo-
bem jest sterowanie
wejściem zerującym
multiwibratora U2
NE555. Metoda ta nie
wymaga przełączania
dużych prądów. Zwar-
cie przewodu sterujące-
go do plusa zasilania
powoduje zadziałanie
syreny, a połączenie
z minusem - natych-
miastowe zaprzestanie
pracy.

Szczegółowy opis

w EdW 2/96.

Elektronika dla Wszystkich

W samochodzie wyższej klasy może

działać ponad 50 sterowników, z setkami
przynależnych im podzespołów - czujni-
ków, włączników, serwosilników itp. Do ich
fizycznego połączenia potrzebne byłyby
przewody o łącznej długości powyżej 3 km,
które w znamienny sposób zwiększyłyby
masę pojazdu. Omówione wyżej układy
oczywiście muszą funkcjonować niezawo-
dnie, a w przypadku wystąpienia usterki po-
winna ona dać się łatwo zdiagnozować.
Z doświadczenia wynika, że ponad 50%
awarii elektroniki samochodowej przypada
na okablowanie. Wszystko to spowodowa-
ło, że rozpoczęto intensywne prace badaw-
cze nad powstaniem - na wzór komputero-
wych szyn danych - samochodowych magi-
strali przesyłowych (CAN - Controller Area
Network). Połączenie w sieć różnych ukła-
dów elektronicznych w samochodzie za po-
mocą magistrali danych znalazło obecnie
powszechne zastosowanie w wielu mode-

lach pojazdów. Stosowane są trzy magistra-
le wykorzystywane przez trzy różne typy
danych. Są to: główna magistrala CAN, wy-
korzystywana do przesyłania danych mię-
dzy urządzeniami sterującymi silnikiem
i dynamiką jazdy, magistrala K (Komfort-
bus) używana przez wszystkie pozostałe
układy zapewniające głównie komfort
podróżowania, oraz magistrala diagnostycz-
na DS2. Ta ostatnia umożliwia komuniko-
wanie się wszystkich sterowników z teste-
rem serwisowym. Zastosowanie magistrali
przesyłowych do połączenia elektronicz-
nych systemów samochodu przyniosło wie-
le korzyści: zmniejszenie liczby przewo-
dów, a co za tym idzie zmniejszenie masy
pojazdu i zwiększenie niezawodności dzia-
łania wszystkich układów, wielokrotne wy-
korzystanie czujników, dzięki czemu mniej-
sza jest ich liczba, możliwość wzajemnego
kontrolowania się układów, a także odciąże-
nie mikroprocesorów, ponieważ nie wystę-

pują podwójne przekształcenia sygnałów
analogowych w cyfrowe i na odwrót; wy-
miana danych odbywa się cyfrowo.

Wnioski

Nie ulega wątpliwości, że coraz większy
udział elektroniki w wyposażeniu samocho-
du spowodował w ostatnich latach znamien-
ną poprawę jego bezpieczeństwa, osiągów
i komfortu. Dzięki elektronice auta w mniej-
szym stopniu zanieczyszczają również śro-
dowisko. Nie wydaje się jednak, by jakikol-
wiek kosztowny i superwyrafinowany elek-
troniczny system zmniejszył nasze szalone
tempo życia, a nas kierowców wyleczył
z niepotrzebnej brawury, nieodpowiedzialno-
ści i chamstwa na drodze. Sukcesów w roz-
wiązywaniu tych ostatnich problemów sobie
i wszystkim Czytelnikom życzy autor.

Wojciech Turemka

Document Outline

edw_2003_06_s10
edw_2003_06_s12
edw_2003_06_s13
edw_2003_06_s18
edw_2003_06_s20
edw_2003_06_s23
edw_2003_06_s26
edw_2003_06_s28
edw_2003_06_s49
edw_2003_06_s52
edw_2003_06_s54
edw_2003_06_s56
edw_2003_06_s58
edw_2003_06_s59
edw_2003_06_s60
edw_2003_06_s64

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
EdW 06 2003
EdW 09 2003
EdW 04 2003
MEDYTACJA ( 06 2003
Rozwazania 5 06 2003
EdW 08 2003
MEDYTACJA 3 06 2003
RMI (Dz U Nr0, poz 26) # 06 2003 w sprawie informacji dotyczącej?zpieczeństwa i ochrony
MEDYTACJA ) 06 2003
EdW 06 2002
EdW 03 2003
Aneks 2 katalog obiektow 30 06 2003 23sKT
BYT 24.06.2003 v1, W celu usprawnienia ruchu turystycznego Ministerstwo Turystyki i Rekreacji postan
Biochemia 3, EGZAMIN BIOCHEMIA 06-2003 II, (1) Jakie funkcje MOŻNA przypisać albuminie krwi:
MEDYTACJA # 06 2003
EdW 02 2003
34 ROZ protokół obowiązkowej kontroli [M I ][23 06 2003]

więcej podobnych podstron