S

Sz

zk

ko

ołła

a K

Ko

on

ns

st

tr

ru

uk

kt

to

or

ró

ów

w

R

ozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis
działania. Model i schematy montażowe nie są wymagane. Przysłanie
działającego modelu lub jego fotografii zwiększa szansę na nagrodę.

Ponieważ rozwiązania nadsyłają czytelnicy o różnym stopniu zaawansowania, mi−
le widziane jest podanie swego wieku.
Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powinny być umieszczo−
ne na oddzielnych kartkach, również opatrzonych nazwiskiem i pełnym adresem.
P

Prra

ac

ce

e n

na

alle

eżży

y n

na

ad

ds

sy

yłła

ać

ć w

w tte

errm

miin

niie

e 4

45

5 d

dn

nii o

od

d u

uk

ka

azza

an

niia

a s

siię

ę n

nu

um

me

erru

u E

Ed

dW

W ((w

w p

prrzzy

yp

pa

ad

dk

ku

u

p

prre

en

nu

um

me

erra

atto

orró

ów

w –

– o

od

d o

ottrrzzy

ym

ma

an

niia

a p

piis

sm

ma

a p

po

oc

czzttą

ą))..

Zadanie 45

31

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/99

Praktycznie w każdym domu znajdują

się doniczki z kwiatami. U jednych kwiaty
rosną lepiej, u innych gorzej, a nawet fatal−
nie. Mówi się, że “trzeba mieć dobrą rękę
do kwiatów”. Spotyka się opinie, że kwia−
ty trzeba kochać, wtedy one odpłacają się
za uczucie i rosną; niekochane marnieją
i usychają.

Tematem tego zadania nie jest jednak

zzb

ba

ad

da

an

niie

e w

wp

płły

yw

wu

u m

miiłło

oś

śc

cii n

na

a

w

wzzrro

os

stt ii k

ko

on

nd

dy

yc

cjję

ę k

kw

wiia

attó

ów

w d

do

on

niic

czz−

k

ko

ow

wy

yc

ch

h..

Temat jest bardziej prozaiczny. Dobrze

poinformowani twierdzą stanowczo, że
ani nie chodzi tu o “dobrą rękę”, ani o mi−
łość, tylko o regularne podlewanie − nie za
dużo i nie za mało wody z odrobiną nawo−
zu organicznego bądź nieorganicznego
Znakomitym tematem zadania w naszej
Szkole jest zaprojektowanie urządzenia
przypominającego o konieczności podlania
kwiatów.

Oto oficjalny temat zadania:

Z

Za

ap

prro

ojje

ek

ktto

ow

wa

ać

ć u

uk

kłła

ad

d p

prrzzy

yp

po

om

mii−

n

na

ajją

ąc

cy

y o

o k

ko

on

niie

ec

czzn

no

oś

śc

cii p

po

od

dlla

an

niia

a

k

kw

wiia

attó

ów

w..

Widzę tu dwa główne kierunki.
Jeden to zegar czy timer, przypominają−

cy dźwiękiem, że właśnie upłynął tydzień,
cztery dni, czy inny stosowny okres czasu
i że trzeba podlać kwiaty. Pomysł prosty,
wykonanie także.

Druga możliwość to zbudowanie sygna−

lizatora umieszczonego w doniczce, który
będzie sprawdzał wilgotność, mierząc re−
zystancję gleby. Ta druga wersja wydaje
się bardziej praktyczna, ale wcale nie zna−
czy, że w najprostszej wersji jest idealna.
Trudno sobie wyobrazić stosowanie po
jednym sygnalizatorze do każdej doniczki
(w moim przypadku oznaczałoby to poważ−
ny wydatek, bo według szacunkowych
obliczeń, moja żona ma kwiatów niewiele
mniej niż dni w roku). W praktyce wystar−
czy jeden sygnalizator w kwiatku, który naj−
bardziej potrzebuje wody. W moim przy−
padku potrzebny byłby jeszcze co najmniej
jeden dodatkowy sygnalizator “pilnujący”
kwiatków na tarasie.

W zasadzie obie wersje wydają się jed−

nakowo proste w realizacji. Chciałbym jed−
nak zwrócić waszą uwagę na kilka okolicz−
ności.

W jaki sposób urządzenie ma sygnalizować

potrzebę podlania kwiatków? Dźwiękiem?

Czy po stwierdzeniu, że ziemia jest zbyt

sucha, sygnalizator zostanie włączony na
stałe? Oczywiście dźwięk sygnalizatora
dla zwiększenia skuteczności powinien
być przerywany. Ale to nie koniec, czy
układ będzie piszczał aż do wyczerpania
baterii? To wbrew pozorom jest istotny
problem! Przypuśćmy, że wyjeżdżamy
w piątek wieczorem na weekend. Zaraz
potem włącza się sygnalizator. Wyje bez−
skutecznie do wyczerpania baterii, po−
wiedzmy dwa dni. Wracamy w niedzielę.
“Zdechły” sygnalizator milczy jak grób,
a my jesteśmy zadowoleni i spokojni... do
czasu, gdy kwiaty zaczną schnąć.

Co zrobić, by bateria sygnalizatora nie wy−

ładowała się w stosunkowo krótkim czasie?

A może uda się tak “wykombinować”

układ, by dodatkowo, dyskretnie sygnalizo−
wał stan baterii?

I jeszcze jeden problem praktyczny. Przy−

puśćmy, że sygnalizator włączy się gdzieś
w środku nocy. Czy postawi na równe no−
gi wszystkich domowników, którzy klnąc
w żywy kamień będą zmuszeni podlewać
nieszczęsne kwiaty o wpół do trzeciej
w nocy? Co zrobić, by nie narażać domow−
ników na taki stres? A może uda się wam
w ogóle wykluczyć taką ewentualność?

S

Sz

zk

ko

ołła

a K

Ko

on

ns

st

tr

ru

uk

kt

to

or

ró

ów

w

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/99

32

Rozwiązanie zadania 41

Czy można to tak urządzić, by sygnalizator
nie uruchomił się w nocy? Oczywiście jest
to możliwe (fotoelement), ale nic więcej
nie mogę podpowiedzieć.

Generalnie układ musi być prosty i ta−

ni. W przypadku stacjonarnego timera
koszt elementów powinien zmieścić się
w granicach 10zł, a w przypadku małych
sygnalizatorów wtykanych w doniczkę
powinien być jeszcze niższy. Nie przysy−
łajcie więc propozycji sygnalizatorów
“doniczkowych” zawierających więcej

niż dwa układy scalone. Zresztą dwa to
i tak za dużo − powinien wystarczyć je−
den prosty i tani układ scalony. Nie mu−
szę podpowiadać, że będzie to jedna
z kostek 4001, 4011, 4069, 4093, 4016
czy 74HC14, 74HC132. Zasilanie oczywi−
ście z jednej, lub ostatecznie dwóch ba−
terii litowych (3 lub 6V), ewentualnie
2...4 ogniw guzikowych 1,5V, np. LR44.

Nie muszę dodawać, że pobór prądu

w stanie czuwania powinien być znikomy,

by mała bateria (200mAh) wystarczyła na
minimum pół roku pracy.

Jak zwykle zastrzegam, że najciekawsze

projekty (myślę, że nadeślecie działające
modele) w postaci oryginalnej lub po prze−
robieniu na wersję z SMD, mogą zostać
opublikowane w dziale Elektronika−2000.

Zachęcam też do przysyłania kolejnych

propozycji zadań do Szkoły, bo nadal nie
jest ich wiele.

Rozwiązanie zadania 41
Temat zadania 41 brzmiał: Z

Za

ap

prro

ojje

ek

ktto

o−

w

wa

ać

ć p

prrzzy

yrrzzą

ąd

d p

po

ozzw

wa

alla

ajją

ąc

cy

y o

ok

krre

eś

ślliić

ć p

prrzze

e−

b

biie

eg

g p

prrzze

ew

wo

od

dó

ów

w iin

ns

stta

alla

ac

cjjii e

elle

ek

kttrry

yc

czzn

ne

ejj

w

w ś

śc

ciia

an

na

ac

ch

h b

bu

ud

dy

yn

nk

ku

u ((p

po

od

d tty

yn

nk

kiie

em

m))..

Wbrew pozorom zadanie wcale nie było

łatwe, jak mogłoby się wydawać na pierw−
szy rzut oka. Wprost przeciwnie − okazało
się trudne, czego nie omieszkali podkre−
ślić koledzy, którzy przeprowadzali prak−
tyczne próby. Na przykład D

Da

arriiu

us

szz K

Kn

nu

ullll

z Zabrza zaczął list tak: Wykonanie przyrzą−
du zgodnie z kryteriami podanymi w tema−
cie tego zadania tylko z pozoru jest łatwe.
Piszę “z pozoru”, gdyż wszystko działa...
jedynie na papierze. Zaproponował Pan
dwa sposoby rozwiązania: albo przyrząd
będzie jednoczęściowy (cewka + wzmac−
niacz), albo całość będzie się składać
z części nadawczej i odbiorczej. Przepro−
wadziłem wiele czasochłonnych prób ma−
jących na celu wykonanie układu według
pierwszej, prostszej koncepcji. Próbowa−
łem wszystkiego: cewki albo nawijałem
sam, albo wykorzystywałem fabryczne
dławiki (...). Stosowałem też cewki ze słu−
chawek czy popularnych budzików. Sy−
gnał z cewki był wzmacniany za pomocą
pojedynczego lub podwójnego wzmacnia−
cza operacyjnego (korzystałem z kostek
TL072, LM358, NE5532). Przy maksymal−
nym wzmocnieniu, nie powodującym je−
szcze samowzbudzenia przy najefektyw−
niejszej cewce udawało mi się uzyskać za−
sięg rzędu 1cm od przewodu energetycz−
nego (do sieci była włączona żarówka
60W).

Druga metoda − nie miałem kondensato−

rów separujących na 2kV, a sztukowanie
kondensatorów celem uzyskania odpo−
wiedniej wytrzymałości napięciowej,
uznałem za bezcelowe − gabaryty przyrzą−
du byłyby zbyt duże. Postanowiłem więc
wpuścić do sieci przebieg o częstotliwości
kilkuset Hz (z kluczowaniem różnymi czę−
stotliwościami lub bez), jednak transfor−
mator sieciowy niemal nic nie przepu−

szczał. Dlatego i ten sposób uznałem za
niezbyt dobry, tym bardziej, że dwuczę−
ściowy przyrząd nie wzbudza we mnie en−
tuzjazmu. (...)

W wyniku kilkudniowych eksperymen−

tów ze wzmacniaczami operacyjnymi (co−
dziennie po 2 godziny) wykonałem
i sprawdziłem przyrząd, który wykrywa
obecność przewodów bez potrzeby podłą−
czania odbiorników prądu − wystarczy obe−
cność napięcia sieci. (...)

W istocie, wzmianka że urządzenie ma

wykrywać przewody “w ścianach budyn−
ku” znacznie utrudniła zadanie. I tym więk−
sza pochwała należy się tym, którzy
w ogóle zdecydowali się wziąć udział w je−
go rozwiązaniu. Okazało się także, że nie−
którzy, a może nawet większość uczestni−
ków podchodziła do tematu “na macane−
go”, bez wiedzy, co i jak chcą mierzyć. Je−
dynie E

Ed

dw

wa

arrd

d K

Krra

ac

ch

h z Ostrowca Św.

w swoim obszernym liście przeanalizował
problem od podstaw i zasygnalizował waż−
niejsze problemy do rozwiązania. Dlatego
przed omówieniem poszczególnych roz−
wiązań muszę poświęcić trochę uwagi
podstawom teoretycznym.

Wszyscy wiedzą, że jeśli w (pojedyn−

czym) przewodzie p

płły

yn

niie

e p

prrą

ąd

d, to wokół te−

go przewodu powstaje p

po

olle

e m

ma

ag

gn

ne

etty

yc

czz−

n

ne

e. Jeśli mamy do czynienia z przewodem

dwużyłowym, to możemy powiedzieć, iż
w jednej żyle prąd płynie w kierunku do
obciążenia, a drugą żyłą wraca. Czyli
w obu przewodach płynie prąd o tej samej
wartości, różniący się tylko kierunkiem
przepływu. Dla prądu stałego jest to oczy−
wiste. Dla prądu zmiennego 50Hz też jest
prawdziwe − chwilowe kierunki prądu
w obu żyłach są przeciwne. Jak się łatwo
domyślić pola wytwarzane przez obydwie
żyły mają przeciwne kierunki i... znoszą
się. Gdyby te dwie żyły były ze sobą wza−
jemnie ciasno skręcone, wypadkowe pole
magnetyczne byłoby bardzo małe, prawie
żadne. Na nasze szczęście w przypadku
typowego przewodu energetycznego,

gdzie dwie żyły przebiegają równolegle
w pewnej odległości od siebie, pola te nie
znoszą się całkowicie, i wokół przewodu
powstaje jednak pewne pole magnetycz−
ne, które można bez większego trudu
zmierzyć. Oczywiście jest to zmienne po−
le magnetyczne o częstotliwości 50Hz. Je−
śli w tym polu umieścimy cewkę, w każ−
dym jej zwoju zaindukuje się jakieś maleń−
kie napięcie. Ponieważ zwojów jest wiele,
napięcie na cewce będzie miało mierzalną
wartość, powiedzmy rzędu pojedynczych
miliwoltów. Napięcie to można wzmocnić
za pomocą wzmacniacza. Uproszczony
przykład realizacji takiego przyrządu jest
pokazany na rry

ys

su

un

nk

ku

u 1

1. W roli wskaźnika

można zastosować pojedynczą diodę
LED, układ scalony wysterowujący linijkę
diod LED, słuchawkę, brzęczyk piezo,
miernik wskazówkowy, czy cokolwiek in−
nego.

Punktacja
Szkoły Konstruktorów

Marcin Wiązania Gacki 34
Dariusz Knull Zabrze 34
Tomasz Sapletta Donimierz 18
Jarosław Kempa Tokarzew 15
Paweł Korejwo Jaworzno 15
Krzysztof Kraska Przemyśl 15
Mariusz Nowak Gacki 15
Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska 15
Marcin Piotrowski Białystok 12
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. 10
Jakub Mielczarek Mała Wola 10
Bartosz Niżnik Puławy 9
Roland Belka Złotów 8
Maciej Ciechowski Gdynia 8
Barbara Jaśkowska Gdańsk 8
Czesław Szutowicz Włocławek 8
Rafał Wiśniewski Brodnica 8
Tomasz Gacoń i Paweł Kuchta 6
Marek Grzeszyk Stargard Szcz. 6
Grzegorz Kaczmarek Opole 6
Marcin Przybyła Siemianowice 6
Bartłomiej Stróżyński Kęty 6
Paweł Bajurko Warszawa 5
Marcin Barański Koszalin 5
Michał Kobierzycki Grójec 5

Podsumowujemy zasadę pomiaru: p

prrzze

e−

p

płły

yw

w p

prrą

ąd

du

u wywołuje powstanie p

po

olla

a m

ma

a−

g

gn

ne

etty

yc

czzn

ne

eg

go

o, które powoduje powstanie

w

w c

ce

ew

wc

ce

e n

niie

ew

wiie

ellk

kiie

eg

go

o n

na

ap

piię

ęc

ciia

a.

To

je−

den spo−
sób. Te−
raz drugi,
oparty na
zupełnie

innej zasadzie. Jak wiadomo, jeśli między
dwoma punktami przestrzeni występuje
n

na

ap

piię

ęc

ciie

e, to w tej przestrzeni (izolatorze,

np. w powietrzu) zostaje wytworzone p

po

o−

lle

e e

elle

ek

kttrry

yc

czzn

ne

e. W przypadku przewodów

energetycznych możemy to z grubsza ro−
zumieć następująco: jedna z żył sieci ener−
getycznej jest uziemiona, a więc między
powierzchnią Ziemi, a drugim przewodem
sieci (przewodem fazowym) występuje
zmienne pole elektryczne. Źródłem pola
są więc przewody fazowe sieci energe−
tycznej. Jeśli w tym zmiennym polu elek−
trycznym zostanie umieszczony jakikol−
wiek metalowy (ogólnie − przewodzący)
przedmiot, to pojawi się na nim napięcie
względem ziemi. W praktyce łatwiej zro−
zumieć i przedstawić występujące tu za−
leżności, biorąc pod uwagę pojemności,
jakie występują pomiędzy poszczególnymi
przewodzącymi elementami. Trzeba bo−
wiem pamiętać, że między każdymi dwo−
ma przewodzącymi ciałami, rozdzielonymi
dielektrykiem występuje pewna pojem−
ność elektryczna. Jeśli między tymi ciała−
mi występuje napięcie zmienne, przez tę
pojemność płynie prąd zmienny. O warto−
ści tego prądu, zgodnie z prawem Ohma
decyduje napięcie oraz oporność − ściślej
reaktancja tego kondensatora. R

Ry

ys

su

un

ne

ek

k 2

2

pokazuje ogólną ideę. Przybliżając antenę
pomiarową do przewodu fazowego zwięk−
szamy pojemność i tym samym płynący
prąd. Ustawiając antenę tak, by prąd był
jak największy, możemy znaleźć szukany
przewód. W rzeczywistości sprawa jest
trochę bardziej skomplikowana. Prosta za−
sada pomiaru z rysunku 2 dotyczy przy−
padku, gdy antena i miernik są uziemione.
Podczas praktycznych pomiarów zazwy−
czaj nie ma bezpośredniego połączenia
miernika z Ziemią. Początkującym elektro−
nikom wydaje się, że prąd płynie od prze−
wodu do ciała człowieka i... ginie w taje−
mniczych okolicznościach. Prądowe pra−
wo Kirchhoffa mówi, że prąd nie może po
drodze zginąć. Nie zmienia się więc zasa−
da z rysunku 2 − prąd musi zamknąć się
w jakimś obwodzie. Tym razem mamy do
czynienia z kilkoma elementami:

− anteną pomiarową,
− masą przyrządu pomiarowego
− ciałem człowieka, które ogólnie biorąc

przewodzi prąd.

Prąd płynie więc na drodze: przewód fa−

zowy − antena − miernik − masa przyrządu −
ciało człowieka − Ziemia. Ilustruje to rry

ys

su

u−

n

ne

ek

k 3

3. Mamy tu do czynienia z bardzo ma−

łą pojemnością C1 między przewodem fa−
zowym a anteną, znacznie większą pojem−
nością C2 między masą przyrządu a ręką,
którą trzymamy przyrząd oraz znaczną po−
jemnością C3 między ciałem ludzkim
a Ziemią (zamiast pojemności C3 może
też istnieć połączenie galwaniczne ciała
człowieka do Ziemi). Ponieważ pojemność
C1 jest najmniejsza, w sumie właśnie ona
decyduje o wielkości płynącego prądu.
Tym samym mimo, że nie ma bezpośre−
dniego połączenia galwanicznego między
przyrządem a Ziemią, generalna zasada
pomiaru jest taka sama, jak na rysunku 2.

Podsumujmy drugi sposób pomiaru:

W

Wy

ys

sttę

ęp

po

ow

wa

an

niie

e n

na

ap

piię

ęc

ciia

a (zmiennego mię−

dzy przewodem fazowym a Ziemią) powo−
duje powstanie p

po

olla

a e

elle

ek

kttrry

yc

czzn

ne

eg

go

o,

i w konsekwencji przepływ p

prrą

ąd

du

u przez

powstałe pojemności.

Wszyscy, którzy przynajmniej z grubsza

tak to sobie wyobrażali, mieli znacznie uła−
twione zadanie, ponieważ nie tylko rozu−
mieli sens przeprowadzanych ekspery−
mentów, ale przede wszystkim potrafili
wyciągnąć wnioski z uzyskanych wyni−

ków. Inni nieświadomie błądzili, szukając
rozwiązania po omacku.

Wynika to choćby z treści kilku listów,

w których znalazłem opisy różnych wymy−
ślnych czujników. Uporządkujmy tę spra−
wę − jeśli przyrząd ma mierzyć pole ma−
gnetyczne, to czujnikiem musi być cewka,
o jak największych wymiarach geome−
trycznych i dużej liczbie zwojów. Pole ma−
gnetyczne nie zaindukuje napięcia w poje−
dynczym, prostym przewodzie czy pręcie.
Napięcie na cewce pomiarowej będzie
tym większe, im większa będzie liczba
zwojów, co jest oczywiste, oraz co mniej
oczywiste − czym większą powierzchnię
obejmuje pojedynczy zwój. Obecność
rdzenia praktycznie niczego nie zmienia.
Jeśli jeszcze nie wiesz dlaczego, zajrzyj do
pierwszego lepszego podręcznika elektro−
techniki i odszukaj wzór na napięcie indu−
kujące się w pojedynczym zwoju. Jeśli
znajdziesz ten wzór, zrozumiesz także, dla−
czego napięcie zależy od wzajemnego po−
łożenia cewki pomiarowej i przewodu wy−
twarzającego pole magnetyczne.

Jeśli natomiast działanie przyrządu ma

się opierać na drugiej zasadzie i wykorzy−
stywać pole elektryczne i pojemności, to
czujnikiem może być dowolny kawałek
drutu czy jakikolwiek inny przewodzący
przedmiot, na przykład kawałek blaszki.
Nie ma najmniejszej potrzeby, by była to
cewka. Nieprzypadkowo narysowałem na
rysunku 3 prostą antenkę. Wygięcie jej
w wymyślny kształt lub w zamkniętą pętle
praktycznie niczego nie zmieni. Tym samym
przypisywanie dużego znaczenia kształtowi
anteny trąci nieco magią, a w elektronice
naprawdę nie ma nic z magii.

Jak wynika z dotychczasowych rozwa−

żań, według metody pierwszej (z cewką)
można wykrywać tylko te przewody,
w których płynie prąd. Natomiast według
drugiej metody można wykrywać wszyst−
kie przewody, które są pod napięciem, nie−
zależnie czy płynie w nich prąd, czy nie. To
bardzo istotna informacja − niektórzy zdo−
byli ją dopiero po wykonaniu bardziej
i mniej udanych prób.

A teraz kolejna sprawa. Na rysunkach 2

i 3 zaznaczyłem miernik − amperomierz.
Oczywiście nie będzie to pierwszy lepszy
wskazówkowy miernik elektromagnetycz−
ny. Używany tu przyrząd musi mieć
ogromną rezystancję wejściową. Przeko−
naj się sam, dlaczego:

Jeśli odległość między metalowym

prętem (anteną) a przewodem fazowym
jest duża, to pojemność między nimi
jest niezmiernie mała, wielokrotnie
mniejsza niż 1pF, i płynący prąd jest bar−
dzo, bardzo mały, wielokrotnie mniejszy
od 1 mikroampera. Jeśli natomiast ante−
na zostanie umieszczona blisko przewo−
du fazowego, występująca pojemność

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/99

33

S

Sz

zk

ko

ołła

a K

Ko

on

ns

st

tr

ru

uk

kt

to

or

ró

ów

w

R

Ry

ys

s.. 1

1 W

Wy

yk

krry

yw

wa

ac

czz zz c

ce

ew

wk

ką

ą

R

Ry

ys

s.. 2

2 Z

Za

as

sa

ad

da

a p

prra

ac

cy

y m

miie

errn

niik

ka

a p

po

ojje

em

mn

no

oś

śc

ciio

ow

we

eg

go

o

R

Ry

ys

s.. 3

3 R

Rzze

ec

czzy

yw

wiis

stty

y o

ob

bw

wó

ód

d p

prrzze

ep

płły

yw

wu

u p

prrą

ąd

du

u

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/99

34

S

Sz

zk

ko

ołła

a K

Ko

on

ns

st

tr

ru

uk

kt

to

or

ró

ów

w

znacznie wzrośnie i może wynieść na−
wet 1pF. Nietrudno obliczyć, że (przy na−
pięciu sieci 220V i reaktancji kondensa−
tora równej kilku tysiącom megaomów)
pojawi się prąd rzędu 0,1 mikroampera.
Może się wydawać, że prąd o wartości
0,1uA jest pomijalnie mały. W rzeczywi−
stości to stosunkowo duży prąd. Zau−
waż, że już na rezystancji 1M

Ω

spowo−

duje on powstanie spadku napięcia rów−
nego 0,1V. Ale w rzeczywistości pojem−
ność między małą antenką a przewo−
dem będzie znacznie mniejsza, a tym sa−
mym występujące prądy będą rzędu na−
noamperów. Aby tak małe prądy wywo−
łały mierzalny skutek, albo trzeba je
wzmocnić, albo po prostu podać na re−
zystancję o bardzo dużej wartości, już
nie megaomów, tylko gigaomów, i wte−
dy zgodnie z prawem Ohma występują−
ce napięcia będą znaczne, nawet rzędu
woltów czy dziesiątek woltów.

Nie należy się przesadnie martwić o re−

zystory o takich wartościach. Jednym ze
sposobów będzie wykorzystanie wzmac−
niacza operacyjnego. Wejścia takich
wzmacniaczy, zwłaszcza w wersjach FET
i CMOS mają ogromną oporność wejścio−
wą, a prądy polaryzacji są rzędu 1pA
(CMOS) do maksimum 1nA. Przy wyko−

rzystaniu takiego
w z m a c n i a c z a
w konfiguracji nie−
odwracającej − zo−
bacz rry

ys

su

un

ne

ek

k 4

4 − na−

pięcie wyjściowe
będzie zależeć nie
tylko od wzmocnie−
nia wyznaczonego

przez rezystory R1,
R2, ale także R3 −

aby uzyskać jak naj−
większe napięcie,
przede wszystkim
trzeba zastosować
R3 o jak najwięk−
szej wartości. Na−
tomiast przy wyko−
rzystaniu wzmac−
niacza odwracają−

cego według rry

ys

su

un

nk

ku

u 5

5

wielkość sygnału wyj−
ściowego będzie wy−

znaczona jedynie przez wartość rezysto−
ra R1, który także powinien mieć jak naj−
większą oporność.

Znacznie prostszym sposobem jest

użycie najzwyklejszego tranzystora. Jak
się nietrudno zorientować z charaktery−
styki wejściowej, dla napięć w zakresie
0...0,4V obwód baza−emiter tranzystora
ma ogromną wartość. W obwodzie wej−
ściowym tranzystora popłynie wspo−
mniany maleńki prąd i zostanie on
wzmocniony. W praktyce jeden tranzy−
stor nie wystarczy, jednak dwa lub trzy

w układzie Darlingtona
wzmocnią prąd do war−
tości

umożliwiającej

różnorodne wykorzy−
stanie go. Przykłady
pokazuje rry

ys

su

un

ne

ek

k 6

6.

Pokrewnym sposo−

bem będzie wykorzy−
stanie tranzystora polo−
wego FET lub MO−
SFET.

Przy ogłaszaniu tego zadania wspomina−

łem o innej możliwości − o wpuszczeniu do
przewodu “obcego” przebiegu o częstotli−
wości znacznie większej niż 50Hz
(1kHz...500kHz), najlepiej modulowanego,
i późniejszym wykryciu go przez odbiornik
dostrojony do tej częstotliwości. Nikt
z uczestników nie zainteresował się bliżej
takim systemem. Wszystkie nadesłane
propozycje i modele opierają się na dwóch
wcześniej opisanych zasadach.

Prace teoretyczne

Spośród prac teoretycznych zdecydo−

wana większość zawierała propozycje
wykorzystania cewki jako czujnika (pola
magnetycznego). Niewielki sygnał
z cewki ma być wzmacniany za pomo−
cą jednego lub dwóch wzmacniaczy
operacyjnych. Na rry

ys

su

un

nk

ku

u 7

7 można zo−

baczyć schemat nadesłany przez 13−let−
niego M

Miic

ch

ha

ałła

a K

Ko

oś

śk

kę

ę z Częstochowy.

Sygnał z

cewki jest wzmacniany

w dwustopniowym wzmacniaczu. Jeśli
sygnał jest wystarczająco duży, zapala

się dioda LED. Celowo nie podaję war−
tości elementów, ponieważ ich wartość
należy dobrać po przeprowadzeniu
prób. Poza tym na schemacie brakuje
kondensatorów filtrujących zasilanie.
Bez nich układ o dużym wzmocnieniu
niechybnie się wzbudzi. Wymagane

wzmocnienie będzie zależeć w dużym
stopniu od skuteczności cewki−czujnika.
Natomiast diodę Zenera należałoby do−
brać tak, by dioda LED zapalała się już
przy niezbyt dużych wartościach indukcji.
Co dość istotne w praktyce − jasność dio−
dy byłaby proporcjonalna do siły pola ma−
gnetycznego. Wbrew pozorom, w ukła−
dzie nie jest konieczny prostownik. Dioda
LED będzie się zapalać przy dodatnich
połówkach sygnału zmiennego na wyj−
ściu.

Podobne schematy, różniące się szcze−

gółami i również zawierające usterki
nadesłali R

Ro

om

ma

an

n G

Gę

ęb

bu

uś

ś z Bzianki, który

dodatkowo chce zastosować obwód re−
zonansowy ze sztuczną indukcyjnością,
A

Ad

da

am

m P

Pa

ałłu

ub

bs

sk

kii z Piotrkowa Trybunalskie−

go oraz M

Ma

arrc

ciin

n M

Ma

alliic

ch

h z Wodzisławia Ślą−

skiego.

Kilku kolegów wpadło na pomysł wyko−

rzystania czujnika hallotronowego. A

Alla

an

n

B

Bo

og

gu

us

siie

ew

wiic

czz z Opoczna chciałby wyko−

rzystać scalony czujnik zawierający
oprócz hallotronu także wzmacniacz
i przerzutnik. Elementy takie są używane
w aparaturze przemysłowej i sprzęcie po−
wszechnego użytku jako czujniki zbliże−
niowe. Obawiam się jednak, że czujnik
taki będzie miał za małą czułość. Trzeba
byłoby to sprawdzić praktycznie. Cieka−
we rozważania nadesłał w dwóch listach
J

Ja

ac

ce

ek

k K

Ko

on

niie

ec

czzn

ny

y z Poznania. Poniżej

można zobaczyć fragment drugiego listu:

Próba odcyfrowania tych hieroglifów

wykazała, iż autor przeprowadził interesu−
jącą analizę problemu. Zaproponował wy−
korzystanie po dwóch cewek i hallotro−
nów do stworzenia czujnika różnicowe−
go, a więc kierunkowego. Ponieważ jak
sam napisał na początku, są to rozważa−

R

Ry

ys

s.. 4

4 W

Wy

yk

ko

orrzzy

ys

stta

an

niie

e

w

wzzm

ma

ac

cn

niia

ac

czza

a

n

niie

eo

od

dw

wrra

ac

ca

ajją

ąc

ce

eg

go

o

R

Ry

ys

s.. 5

5

W

Wy

yk

ko

orrzzy

ys

stta

an

niie

e

w

wzzm

ma

ac

cn

niia

ac

czza

a

o

od

dw

wrra

ac

ca

ajją

ąc

ce

eg

go

o

R

Ry

ys

s.. 6

6 W

Wy

yk

ko

orrzzy

ys

stta

an

niie

e ttrra

an

nzzy

ys

stto

orró

ów

w

R

Ry

ys

s.. 7

7 U

Uk

kłła

ad

d M

Miic

ch

ha

ałła

a K

Ko

oś

śk

kii

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/99

35

S

Sz

zk

ko

ołła

a K

Ko

on

ns

st

tr

ru

uk

kt

to

or

ró

ów

w

nia czysto akademickie, wyciągnięte
wnioski nie są do końca prawdziwe. Nie−
mniej idea jest oryginalna, a pomysł za−
stosowania wzmacniacza logarytmujące−
go − znakomity. Aż prosiłoby się, przepro−
wadzić próby i praktycznie zweryfikować
wnioski. Serdecznie zachęcam do tego
Jacka i wszystkich innych, którzy ograni−
czają się do teorii. Od Jacka otrzymuję
sporo ciekawych pomysłów, jednak tylko
na papierze. Tylko praktyczne próby po−
zwolą zweryfikować te pomysły i poży−
tecznie je wykorzystać.

Do takich samych prób zachęcam M

Ma

arr−

c

ciin

na

a W

Wiią

ązza

an

niię

ę, który tym razem nadesłał

trzy schematy. Prosty układ pokazany na
rry

ys

su

un

nk

ku

u 8

8 rokuje nadzieje na sukces.

Bramka CMOS ma ogromną oporność
wejściową, i o poziomie sygnału na wej−
ściu zadecyduje rezystancja R1. I to bę−
dzie jedyny problem, bowiem powinna
ona mieć wartość wielu megaomów.
Drugi zaproponowany układ, z cewką
i układem scalonym CS209A najprawdo−
podobniej będzie miał za małą czułość.
Marcin pisze, że przeprowadził próby
z układem podobnym do trzeciego
z nadesłanych. Trochę mi się to wydaje
dziwne, bo obwody wejściowe trzeciego
układu są ewidentnie błędne − schemat
jako jeden z licznych tego autora pojawi
się niebawem w rubryce “Co tu nie
gra?”.

Wspomniany już E

Ed

dw

wa

arrd

d K

Krra

ac

ch

h oprócz

ciekawych rozważań na temat czujników
reagujących na składową magnetyczną
oraz elektryczną pola nadesłał także kse−
rokopie artykułów z literatury. Dwa po−
chodzą z radzieckiego Radia, czasopisma
zasłużenie cieszącego się zaufaniem czy−
telników. Schematy układów są pokaza−
ne na rry

ys

su

un

nk

ka

ac

ch

h 9

9 ii 1

10

0. Trzeci schemat

również pierwotnie pochodzący ze źródła
radzieckiego, przedrukowany “żywcem”
w czasopiśmie Elektronik Hobby 5/93 za−
wiera ewidentny błąd − z braku źródła nie
jestem w stanie stwierdzić, czy błąd po−
chodzi z oryginału, czy co bardziej praw−
dopodobne, wkradł się podczas przeryso−
wywania schematu do polskiego czasopi−
sma. Poza tym schemat ma wartość mu−
zealną, ponieważ jest zrealizowany na ar−
chaicznych tranzystorach M

Π

39...42.

Edward bardzo słusznie proponuje za−

stosowanie wskaźnika akustycznego za−
miast pojedynczego LED−a. W ogóle naj−
lepiej byłoby, gdyby wskaźnik informował
jakoś o odległości od źródła pola, a wiec
zamiast wskaźnika typu jest/nie ma nale−
żałoby zastosować wskaźnik analogowy.
Może to być dioda LED o zmiennej jasno−
ści, sygnał akustyczny o zmiennej ampli−
tudzie lub częstotliwości, linijka diod LED
czy jakikolwiek miernik.

Rozwiązania praktyczne

Otrzymałem sześć modeli wykrywa−

czy. Co ciekawe, większość z nich pra−
cuje według drugiej metody − pojemno−
ściowej. Jedynie dwóch kolegów wyko−
nało wykrywacze z cewką wykrywającą
pole magnetyczne. F

Fo

otto

og

grra

affiia

a 1

1 pokazu−

je prościutki model K

Klla

au

ud

diiu

us

szza

a W

Wo

oźźn

niia

ak

ka

a

z Wrocławia. F

Fo

otto

og

grra

affiia

a 2

2 przedstawia

R

Ry

ys

s.. 8

8 U

Uk

kłła

ad

d M

Ma

arrc

ciin

na

a W

Wiią

ązza

an

niia

a

R

Ry

ys

s.. 9

9 S

Sc

ch

he

em

ma

att zz m

miie

es

siię

ęc

czzn

niik

ka

a R

Ra

ad

diio

o ((1

1))

R

Ry

ys

s.. 1

10

0 S

Sc

ch

he

em

ma

att zz m

miie

es

siię

ęc

czzn

niik

ka

a R

Ra

ad

diio

o ((2

2))

Fot. 5 Model K

Krrzzy

ys

szztto

offa

a K

Krra

as

sk

kii

Fot. 4 Wykrywacz K

Ku

ub

by

y M

Miie

ellc

czza

arrk

ka

a

Fot. 3 Model B

Ba

arrtto

os

szza

a N

Niiżżn

niik

ka

a

Fot. 2 Układ P

Piio

ottrra

a W

Wó

ójjtto

ow

wiic

czza

a

Fot. 1 Model K

Klla

au

ud

diiu

us

szza

a W

Wo

oźźn

niia

ak

ka

a

Fot. 6 Układ D

Da

arriiu

us

szza

a K

Kn

nu

ulllla

a

nieporównanie bardziej czuły model P

Piio

o−

ttrra

a W

Wó

ójjtto

ow

wiic

czza

a z Wólki Bodzechowskiej

zrealizowany

z

kostkami

uA741

i LM386. Oba wykrywają przewody wte−
dy, gdy płynie w nich prąd.

Pozostałe nie wymagają włączenia ob−

ciążenia, tylko obecności napięcia w ka−
blu, a dodatkowo mogą służyć do wykry−
wania przerwy w żyle kabla.

F

Fo

otto

og

grra

affiia

a 3

3 pokazuje prosty model

autorstwa Bartosza Niżnika z Puław,
z jedną kostką LM324. Fotografia 4
przedstawia model K

Ku

ub

by

y M

Miie

ellc

czza

arrk

ka

a

z Woli Małej. Kuba zastosował na wej−
ściu 3 tranzystory w układzie modyfiko−
wanego Darlingtona, a w roli elementu
wykonawczego, membranę piezo stero−
wana kostką 555. F

Fo

otto

og

grra

affiia

a 5

5 prezentu−

je model K

Krrzzy

ys

szztto

offa

a K

Krra

as

sk

kii z Przemyśla.

Krzysztof również zastosował na wej−
ściu dwa tranzystory, a wskaźnikiem
jest linijka diod LED z kostką AN6884.

F

Fo

otto

og

grra

affiia

a 6

6 pokazuje model D

Da

arriiu

us

szza

a

K

Kn

nu

ulllla

a z Zabrza. Po licznych próbach

i trochę przypadkiem Dariusz zaprojekto−
wał interesujący układ wzmacniacza
o bardzo dużej rezystancji wejściowej,
nie używając rezystorów o wielkich war−
tościach. Nie wykorzystał do tego celu
układu podciągającego znanego jako bo−
otstrap, tylko zastosował wzmacniacz
z obwodem okresowego zerowania.
Schemat układu pokazany jest na rry

ys

su

un

n−

k

ku

u 1

11

1. Co pewien czas wejście wzmac−

niacza operacyjnego jest zwierane do
sztucznej masy przez klucz 4066. Gdy
klucz jest rozwarty, wejście wzmacnia−
cza praktycznie wisi w powietrzu.
W tym czasie rezystancja widziana mię−
dzy anteną−czujnikiem a masą jest
ogromna, wyznaczona przez rezystancję
otwartego klucza i rezystancję wejścio−
wą wzmacniacza operacyjnego. Wska−
źnikiem są słuchawki i jest to znakomity
pomysł. Dziwna może się wydawać de−
cyzja pracy generatora taktującego przy
częstotliwościach ponadakustycznych.
Po próbach Dariusz podjął taką właśnie
decyzję.

Sprawdziłem wszystkie modele poka−

zane na fotografiach. Generalnie wszy−
stkie pracują, jednak ich czułość jest róż−
na, w kilku przypadkach za niska. Okaza−
ło się, że wszystkie dobrze zdają egza−
min przy wykrywaniu kabla umieszczo−
nego w powietrzu. Gorzej przy wykry−
waniu kabli w ścianach. W grę wchodzi
nie tylko czułość. Czujniki z cewką wy−
magają włączenia obciążenia (konieczny
przepływ prądu), ale i to nie jest najwięk−
szy problem. Czujniki pojemnościowe
też nie pracowały idealnie. Okazało się
bowiem, że częstokroć ściana nie jest
dobrym izolatorem i troszkę przewodzi.
Rezystancja jest wprawdzie bardzo du−
ża, jednak porównywalna z reaktancją

“kondensatora” z rysunku 2. Czy tak
jest za sprawą wilgoci, czy materiału
ścian, to inna sprawa. W każdym razie
taka nieco przewodząca ściana zakłóca
działanie czujników pojemnościowych
i lokalizacja przewodu jest utrudniona
a w niektórych przypadkach wręcz nie−
możliwa − zbliżenie anteny do sciany
w którymkolwiek punkcie powoduje za−
działanie wskaźnika. Nie jest to jednak
wina układu, tylko dodatkowa obiektyw−
na okoliczność.

Dlatego wszyscy, którzy zechcą wyko−

rzystać przedstawione właśnie informa−
cje, powinni uwzględnić i ten czynnik.
Warto rozważyć, czy optymalny nie był−
by przyrząd wykrywający zarówno skła−
dową indukcyjną, jak i pojemnościową.
Niewiele to skomplikuje układ, a da do−
datkowe możliwości. Zachęcam wiec do
dalszych prób praktycznych.

Uwagi końcowe

Gratuluję wszystkim, którzy zmierzyli

się z tym niełatwym zadaniem! Spośród
modeli najwyżej oceniłem wykrywacze
D

Da

arriiu

us

szza

a K

Kn

nu

ulllla

a z Zabrza, P

Piio

ottrra

a W

Wó

ójjtto

o−

w

wiic

czza

a z Wólki Bodzechowskiej i K

Krrzzy

y−

s

szztto

offa

a K

Krra

as

sk

kii z Przemyśla. Zwłaszcza

Dariusz doszedł do bardzo ciekawego
układu końcowego. I tu nasuwa mi się
istotna dygresja. Dariusz, jak zresztą
sam kiedyś napisał w liście, jest stupro−
centowym praktykiem. Zadanie 41 chy−
ba przekonało nie tylko jego, iż warto
mieć także wiedzę teoretyczną, żeby nie
szukać po omacku. Wydaje się na przy−
kład, że wkuwana w szkole reguła pra−
wej dłoni czy reguła lewej dłoni to bez−
wartościowa teoria. Sam pamiętam, ja−
kim gestem i miną parodiowaliśmy re−
gułę lewej dłoni. I nagle przy okazji takie−
go jak to zadania okazuje się, że to wszy−
stko ma sens praktyczny. Właśnie har−
monijne połączenie teorii i praktyki daje
najlepsze rezultaty i pozwoli zaoszczę−
dzić mnóstwo czasu. Sama teoria to śle−

py zaułek; niestety wielu wchodzi weń
i nie potrafi się wycofać. Z kolei sama
praktyka to częstokroć wyważanie
otwartych drzwi. Co prawda po latach
zdobyte doświadczenie ogromnie pro−
centuje, jednak lepiej zostać dobrym
konstruktorem korzystając z teorii, do−
świadczeń innych, dodając do tego wła−
sne próby i eksperymenty. Właśnie dla−
tego w EdW jest stosunkowo dużo ma−
teriału edukacyjnego. I tyle dygresji.

Nagrody otrzymają także pozostali ko−

ledzy, którzy nadesłali modele: K

Klla

au

ud

diiu

us

szz

W

Wo

oźźn

niia

ak

k z Wrocławia, K

Ku

ub

ba

a M

Miie

ellc

czza

arre

ek

k

z Łańcuta i B

Ba

arrtto

os

szz N

Niiżżn

niik

k z Puław.

Doceniam fakt, że znaczna liczba mo−

deli posiada obudowę i jest gotowa do
wykorzystania w praktyce.

Jak wspomniałem, część puli nagród

otrzymają koledzy, którzy nadesłali jedy−
nie rozwiązania na papierze. Spośród
prac teoretycznych na nagrody i upomin−
ki zasługują: M

Miic

ch

ha

ałł K

Ko

oś

śk

ka

a z Częstocho−

wy, R

Ro

om

ma

an

n G

Gę

ęb

bu

uś

ś z Bzianki i E

Ed

dw

wa

arrd

d

K

Krra

ac

ch

h z Ostrowca Św.

Czołówkę uczestników, którzy po tym

zadaniu mają najwięcej punktów, znaj−
dziecie w tabeli. Punktacja uwzględnia
oryginalność pomysłu, możliwość i celo−
wość praktycznej realizacji, jak również
wiek i możliwości autora. Zwróćcie uwa−
gę, że za dwoma pierwszymi na liście
ukształtowała się spora grupa, mająca
zbliżoną ilość punktów. Piotrowi Wójto−
wiczowi, wchodzącemu w skład tej gru−
py dodatkowo zaliczyłem dwa punkty za
rozwiązanie poprzedniego zadania − wy−
ciszacz muzyki z kostką NE572. Nade−
słał je mianowicie w kopercie, na której
umieścił dopisek “Szkoła 41” i list trafił
do pudełka z rozwiązaniami zadania 41,
a nie 40. Cóż, zdarza się...

Pozdrawiam wszystkich uczestników

i sympatyków Szkoły. Serdecznie zachę−
cam do spróbowania sił w kolejnych za−
daniach.

W

Wa

as

szz IIn

ns

sttrru

uk

ktto

orr

P

Piio

ottrr G

Gó

órre

ec

ck

kii

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/99

36

R

Ry

ys

s.. 1

11

1 U

Uk

kłła

ad

d D

Da

arriiu

us

szza

a K

Kn

nu

ulllla

a

S

Sz

zk

ko

ołła

a K

Ko

on

ns

st

tr

ru

uk

kt

to

or

ró

ów

w