93

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

Do czego to służy?

W każdej przyzwoitej pracowni elektronicznej
powinien znajdować się zasilacz sieciowy,
w którym obwody wyjściowe są zabezpieczo−
ne bezpiecznikiem. Z pewnością niejeden
elektronik znalazł się w sytuacji, w której te−
stując jakiś układ co chwilę przeciążał zasilacz
i... do kosza na śmieci lądowało mnóstwo prze−
palonych bezpieczników. Opisywane urządze−
nie zapobiega takim przykrym sytuacjom. Jak
sama nazwa wskazuje jest to wyłącznik, ale
o specyficznych właściwościach. Jego zada−
niem jest automatyczne wyłączenie obwodu,
przez który popłynął nadmierny prąd. Układ
ten kontroluje na bieżąco wartość prądu płyną−
cego w danym obwodzie. Jeże−
li stwierdzi, że prąd ten jest
większy od ustawionego, wyłą−
cza odbiornik. Wyłącznik ten
posiada dwa wyzwalacze:
nadmiarowo−prądowy

oraz

zwarciowy, które działają bez−
pośrednio na przekaźnik.

Wyzwalacz nadmiarowo−

prądowy posiada dodatkową
cechę:

może

zadziałać

z opóźnieniem. Jednak ktoś
zapyta: skoro popłynął zbyt
duży prąd, to po co zwlekać?
Trzeba natychmiast wyłączyć
obwód! Niestety tak nie jest.
Istnieją przecież takie odbior−
niki, które po włączeniu zasi−
lania przez chwilę pobierają
znacznie większy prąd niż
w stanie normalnej pracy (jest
to tzw. prąd rozruchu). Takimi
odbiornikami są np. silniki in−
dukcyjne. Opóźnienie to jest

zastosowane w tym celu, aby przeczekać
prąd rozruchu.

Natomiast wyzwalacz zwarciowy nie po−

siada żadnej zwłoki. Natychmiast po wykry−
ciu zwarcia wyłącza obwód.

Opisywany wyłącznik nadmiarowo−prą−

dowy posiada jeszcze jedną cechę, która po−
woduje, że jest on bardzo przydatnym urzą−
dzeniem. Otóż po jego zadziałaniu, czyli wy−
łączeniu obwodu, nie trzeba nic wymieniać,
jak to ma miejsce w przypadku użycia bez−
pieczników. Wystarczy nacisnąć jeden przy−
cisk i obwód jest ponownie włączony. Układ
można również samodzielnie wyłączyć za
pomocą przycisku.

Opis działania

Schemat ideowy wyłącznika pokazany jest
na rysunku 1. Układ zasilany jest napięciem
stałym, niestabilizowanym, w zakresie od 14
do 35V.

Podczas przepływu prądu przez rezystor

R1 odkłada się na nim spadek napięcia zgo−
dnie z prawem Ohma. Napięcie to jest wzmac−
niane przez dwa niezależne wzmacniacze ope−
racyjne zawarte w kostce U1. Wzmacniacz
U1A jest początkiem obwodu wyzwalacza
przeciążeniowego, natomiast U1B wyzwalacza

2471

!

!

!

Rys. 1

W

W

W

W

yy

yy

łł

łł

ą

ą

ą

ą

c

c

c

c

zz

zz

n

n

n

n

ii

ii

k

k

k

k

n

n

n

n

a

a

a

a

d

d

d

d

m

m

m

m

ii

ii

a

a

a

a

rr

rr

o

o

o

o

w

w

w

w

o

o

o

o

−

−

p

p

p

p

rr

rr

ą

ą

ą

ą

d

d

d

d

o

o

o

o

w

w

w

w

yy

yy

94

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

zwarciowego. Wyjścia obydwóch wzmacnia−
czy sterują bramkami NAND z obwodami
Schmitta. Górne napięcie progowe takiej
bramki wynosi ok. 2,8V, czyli po przekrocze−
niu tej wartości bramka przechodzi w stan ni−
ski. Wynika z tego, że wzmocnienie wzmac−
niaczy operacyjnych powinno być tak dobra−
ne, aby w momencie przepływu określonego
prądu przez rezystor R1 napięcie na ich wyj−
ściu przekroczyło 2,8V.

Wzmocnienie wzmacniacza U1A można

regulować za pomocą potencjometru P1. Za−
leży ono również od wartości rezystancji re−
zystora R3. Z wartościami podanymi na sche−
macie można regulować prąd, przy którym
zadziała wyłącznik, od ok. 400mA do 2A. Za−
miast potencjometru P1 można zastosować
zwykły rezystor. Wówczas najlepiej skorzy−
stać z tabeli 1, gdzie umieszczone są wartości
rezystorów, od których zależy wzmocnienie
wzmacniaczy oraz odpowiadające im warto−
ści prądów, przy których zadziała wyłącznik.

Bramki U2D i U2C oraz elementy P2 i C5

tworzą typowy obwód opóźniający impuls po−
chodzący ze wzmacniacza U1A. Opóźnienie
to reguluje się za pomocą potencjometru P2.
Maksymalne opóźnienie jakie można uzyskać
wynosi ok. 1,5s. Oczywiście jest możliwe
uzyskanie dłuższego czasu, wystarczy zwięk−
szyć wartość kondensatora C5. Jednak obecny
czas jest wystarczająco długi, aby przeczekać
ewentualny prąd rozruchu. Należy również
zwrócić uwagę na to, iż podczas przepływu
zbyt dużego prądu (powyżej ustawionej war−
tości), w przeciągu 1,5s prąd ten nie spowodu−
je żadnych uszkodzeń. Natomiast zwiększenie
tego czasu może mieć nieprzyjemne skutki.

Wzmacniacz U1B, który jest początkiem

wyzwalacza zwarciowego, nie posiada płyn−
nej regulacji wzmocnienia. Wzmocnienie to
należy dobrać do konkretnego urządzenia,

w którym wyłącznik zostanie zamontowany.
Postępuje się tak, ponieważ wartość prądu
zwarcia w danym urządzeniu np. na zaci−
skach transformatora jest stała i zależy od je−
go parametrów. Sposób dobierania wzmoc−
nienia dla obydwóch wzmacniaczy zostanie
opisany w dalszej części artykułu.

Wyjścia obydwóch wyzwalaczy, przecią−

żeniowego i zwarciowego, doprowadzone są
do bramki U3C. Jeżeli jeden z wyzwalaczy
zasygnalizuje nadmierny przepływ prądu
w obwodzie głównym, to na wyjściu bramki
U3D pojawi się stan niski, który jest jedno−
cześnie informacją, iż należy natychmiast
rozłączyć obwód główny. Sygnał ten jest do−
prowadzony do wejścia RESET przerzutnika
RS zrealizowanego na bramkach U3A i B.
Przerzutnik ten za pośrednictwem tranzystora
T1 steruje przekaźnikiem K1, który jest ele−
mentem wykonawczym całego układu, czyli
dokonuje rozłączania obwodu głównego.

Za pomocą jumpera JP1 można tak skon−

figurować układ, że po załączeniu zasilania
styki przekaźnika K1 będą zwarte lub rozwar−
te. Jest to bardzo przydatna funkcja, która po−
zwala wykorzystać układ np. jako dodatkowy
włącznik zasilania. Przyciski S1 i S2 zwiera−
ją wejścia SET i RESET do masy, przez co
można manewrować przekaźnikiem.

Montaż i uruchomienie

Na rysunku 2 została pokazana mozaika ście−
żek płytki obwodu drukowanego i rozmie−
szczenie na niej elementów. Przy samodziel−
nym projektowaniu płytki należy zwrócić
uwagę na przekrój ścieżek obwodu głównego,
przez który może płynąć prąd rzędu kilku am−
perów. Ścieżki więc nie powinny być węższe
niż 3mm. Ich przekrój można jeszcze zwięk−
szyć, pokrywając je niewielką warstwą cyny.

Bardzo ważnym krokiem podczas montażu

tego układu jest odpowiednie dobranie elemen−
tów R1 i K1, ponieważ to od nich zależy ma−

ksymalny prąd pracy wyłącznika. Aby uniknąć
szybkiego przepalenia styków przekaźnika lub
nadmiernego przegrzewania się rezystora, war−
tość prądu znamionowego tych elementów po−
winna być znacznie większa od przewidywane−
go prądu, który będzie przez nie przepływał.
W żadnym wypadku nie wolno zastosować
w roli rezystora R1 typowych oporników o mo−
cy 0,125W. W celu zwiększenia mocy rezysto−
ra R1 można połączyć równolegle dwa rezysto−
ry o rezystancji 0,3W i mocy 5W.

Na rysunku 3 pokazano sposób podłącze−

nia wyłącznika w typowym zasilaczu siecio−
wym. Układ powinien być zasilony z osob−
nego transformatora małej mocy (wystarczy
o wydajności 100mA), ze względu na znacz−
ne spadki napięć podczas obciążania trans−
formatora większej mocy.

W celu przetestowania wyłącznika należy

połączyć układ z rysunku 3. W roli obciąże−
nia najlepiej użyć obciążenie aktywne
o płynnej regulacji. Jeżeli jednak ktoś nie po−
siada takiego urządzenia, może śmiało zasto−
sować zespół kilku żarówek na 12V i mocy
np. 6W. Potencjometr P1 ustawiamy w takiej
pozycji, gdzie jego rezystancja jest najmniej−
sza i uruchamiamy cały układ. Obserwując
wskazania amperomierza włączamy np. trzy
żarówki i tak manewrujemy potencjometrem
P1 aż wyłącznik rozłączy obwód. Następnie
odłączamy obciążenie, przyciskiem S1 po−
nownie uruchamiamy układ i włączamy tym
razem jedną lub dwie żarówki. Jeżeli się
świecą to po chwili włączamy trzecią żarów−
kę i... wyłącznik powinien rozłączyć obwód.

Ciąg dalszy na stronie 98

Wykaz elementów

R

Reezzyyssttoorryy
R

R11.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 00,,1155

Ω

Ω//55W

R

R22,,R

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 110000kk

Ω

Ω

R

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 22,,22kk

Ω

Ω

R

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 1122kk

Ω

Ω

R

R55,,R

R77−R

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 1100kk

Ω

Ω

P

P11,,P

P22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 110000kk

Ω

Ω ((ppoozziioom

myy))

K

Koonnddeennssaattoorryy
C

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 110000

µµFF//3355VV

C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 2222

µµFF//1166VV

C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 222200

µµFF//1100VV

C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 110000nnFF
C

C55,,C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 44,,77

µµFF

P

Póółłpprrzzeew

wooddnniikkii

D

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 11N

N44000011

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. B

BC

C554477

U

U22,,U

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 44009933

U

U44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7788LL1122
U

U55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7788LL0055
IInnnnee
JJP

P11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ggoollddppiinn 11xx33 ++ jjuum

mppeerr

K

K11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. pprrzzeekkaaźźnniikk 1122V

V//22xx88A

A

S

S11,,S

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ddoow

woollnnee pprrzzyycciisskkii

ZZ11,,ZZ22,,ZZ33.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. A

AR

RK

K22((33,,55m

mm

m))

ZZ44,,ZZ55.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ggoollddppiinn 11xx22

K

Koom

mpplleett ppooddzzeessppoołłóów

w zz ppłłyyttkkąą

jjeesstt ddoossttęęppnnyy w

w ssiieeccii hhaannddlloow

weejj A

AV

VTT

jjaakkoo kkiitt sszzkkoollnnyy A

AV

VTT−22447711

Rys. 2 Schemat montażowy

R1 = 0,15

R3

P1

R5

R6

Prąd

zadziałania
wyłącznika

1k

70k

200mA

1k

48k

300mA

2,2k

60k

500mA

2,2k

28k

1A

2,2k

16,5k

1,5A

10k

57k

2A

10k

46k

2,5A

10k

36k

3A

10k

30k

3,5A

10k

26,5k

4A

10k

23k

4,5A

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

95

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

Jak łatwo wywnioskować, potencjome−

trem P1 został ustawiony prąd, przy którym
wyłącznik powinien zadziałać.

Natomiast potencjometrem P2 można re−

gulować czas, po którym wyłącznik rozłączy
obwód. Czas ten dotyczy tylko wyzwalacza
przeciążeniowego. Aby zrozumieć zastoso−
wanie zwłoki należy w roli obciążenia
podłączyć niewielki silniczek indukcyjny.
Jeżeli po załączeniu zasilania wyłącznik na−
tychmiast rozłączy obwód to należy zwięk−
szyć czas zwłoki. Postępujemy tak aż do mo−
mentu, kiedy silniczek zacznie normalnie
pracować.

Wyzwalacz zwarciowy działa bezzwłocz−

nie. Jak wiadomo podczas zwarcia płynie
prąd o znacznych wartościach. Od elemen−
tów R5 i R6 zależy przy jakim prądzie zare−
aguje człon zwarciowy. Z wartościami poda−

nymi na schemacie
wynosi on ok. 10A.

Chciałbym

je−

szcze zaznaczyć, iż
wyłącznik ten pracuje
tylko i

wyłącznie

przy prądach o stałej
polaryzacji. W żad−
nym wypadku nie
wolno podłączać go
bezpośrednio do sieci
energetycznej.

Krzysztof Rudnicki

[e-mail]

Rys. 3

Prezentowane niewielkie urządzenie słu−

ży do wykrywania metalowych rur oraz prze−
wodów sieci energetycznej, ukrytych w ścia−
nach pod tynkiem. Lokalizacja rur i przewo−
dów jest wręcz konieczna podczas wiercenia
w ścianach jakichkolwiek otworów. Pozwala
uniknąć kłopotów i kosztów związanych
z przewierceniem rury wodociągowej czy
przewodu pod napięciem.

Wykrywacz, zasilany z baterii 9V (30mA),

ma zasięg do 20...30cm, zależnie od wielko−
ści wykrywanych przedmiotów.

Działanie

Tranzystor TR1 pracuje w układzie oscylato−
ra Hartleya. Cewka L1 (80 zwojów) z kon−
densatorem C2 tworzą obwód rezonansowy,
natomiast cewka L2 (50 zw.) podaje sygnał

o odpowiedniej fazie na bazę tranzystora,
umożliwiając powstanie drgań. Praca oscyla−
tora uwarunkowana jest wielkością wypad−
kowej rezystancji P1 i P2. Potencjometr
montażowy P2 umożliwia zgrubne ustawie−
nie rezystancji, a potencjometr P1 dostępny
dla użytkownika powala precyzyjnie ustawić
oscylator na progu wzbudzenia i skompenso−
wać zmiany parametrów układu pod wpły−
wem temperatury. Dioda Zenera D4 zapew−
nia stałe napięcie zasilania oscylatora, co
zwiększa stabilność.

Pojawienie się sygnału zmiennego na cew−

ce L1 powoduje reakcję tranzystorów TR2,
TR3, a co najważniejsze, diody LED D5.

Podczas poszukiwań przedmiotów meta−

lowych potencjometr P1 należy ustawić na
granicy powstawania drgań, tak by dioda

LED świeciła słabiutkim światłem.
W takiej sytuacji zbliżenie do anteny
metalowego przedmiotu spowoduje
zmianę warunków i zwiększenie albo
wygaszenie drgań.

Montaż i uruchomienie

Układ należy zmontować na płytce dru−
kowanej według ogólnie znanych za−
sad. Przy montażu należy zwracać uwa−
gę na biegunowość diod i kondensato−
rów elektrolitycznych. Końcówki ce−
wek przed wlutowaniem należy delikat−
nie oskrobać za pomocą noża, by usu−

nąć warstewkę nieprzewodzącego lakieru.
Diodę LED można wlutować za pośrednic−
twem dwóch krótkich kawałków izolowane−
go drutu.

Po zmontowaniu i starannym sprawdze−

niu połączeń należy ustawić potencjometry
w połowie drogi suwaka i dołączyć baterię.
Pozostawiając P1 w połowie drogi, należy
ustawić P2 na granicy gaśnięcia/zaświecania
diody LED. Potem w trakcie użytkowania
wykorzystywany będzie tylko potencjometr
P1. Warto przeprowadzić wstępne próby wy−
krywania metalowych przedmiotów. Chodzi
o sprawdzenie, z której strony anteny przy−
rząd ma najlepszą czułość.

Jeśliby układ nie działał, trzeba sprawdzić

poprawność montażu, zwłaszcza cewek. Gdy
zachodzi podejrzenie błędu, wystarczy za−
mienić miejscami końcówki jednej z cewek
(zamiana końcówek w obu cewkach nie ma
sensu, bo to powrót do stanu wyjściowego).

Sprawdzony i działający układ należy

umieścić w dołączonej obudowie oraz umo−
cować płytkę i antenę za pomocą jakiegoś
kleju (który nie przewodzi prądu). W goto−
wym przyrządzie warto jeszcze raz przepro−
wadzić regulację P2 (P1 w środkowym poło−
żeniu) ze względu na wpływ obudowy.

Kit jest dostępny w ofercie AVT jako SK−1022.
Patrz strony 119...123.

98

SMART

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

Detektor metalu

SK−1022

Ciąg dalszy ze strony 94

Jak łatwo wywnioskować, potencjome−

trem P1 został ustawiony prąd, przy którym
wyłącznik powinien zadziałać.

Natomiast potencjometrem P2 można re−

gulować czas, po którym wyłącznik rozłączy
obwód. Czas ten dotyczy tylko wyzwalacza
przeciążeniowego. Aby zrozumieć zastoso−
wanie zwłoki, należy w roli obciążenia podłą−
czyć niewielki silniczek indukcyjny. Jeżeli po
załączeniu zasilania wyłącznik natychmiast
rozłączy obwód, to należy zwiększyć czas
zwłoki. Postępujemy tak aż do momentu, kie−
dy silniczek zacznie normalnie pracować.

Wyzwalacz zwarciowy działa bezzwłocz−

nie. Jak wiadomo podczas zwarcia płynie prąd

o znacznych wartościach. Od
elementów R5 i R6 zależy
przy jakim prądzie zareaguje
człon zwarciowy. Z wartościa−
mi podanymi na schemacie
wynosi on ok. 10A.

Chciałbym jeszcze zazna−

czyć, iż wyłącznik ten pracuje
tylko i wyłącznie przy prą−
dach o stałej polaryzacji.
W żadnym wypadku nie wol−
no podłączać go bezpośrednio
do sieci energetycznej.

Krzysztof Rudnicki

[e-mail]

Rys. 3