Rozwiązanie zadania nr 45

W EdW 11/99 zamieszczony był fragment sche−
matu elektronicznego galwanometru (zadanie
33), pokazany on jest na rysunku A. Zdecydowa−
na większość uczestników konkursu, zarówno
młodych jak i starszych, prawidłowo oceniła
układ. Muszę jednak przyznać, że wśród nadesła−
nych odpowiedzi było kilka błędnych. Niektórzy
przypuszczali, że drugi zacisk wejściowy musi
być połączony z minusem zasilania. Ktoś błędnie
sądził, że kondensator wejściowy musi być „elek−
trolitem” o pojemności 220...470

µ

F. Ktoś inny

w zasadzie słusznie proponował dołączenie kon−
densatora nie do minusa zasilania, tylko do punk−
tu połączenia rezystorów o wartościach 100k

Ω

,

100

Ω

. Jeden kolega przypuszczał, że niepotrzeb−

ny jest rezystor 100

Ω

.

Oczywiście głównym błędem na schemacie jest
sposób włączenia „dolnej” diody. Powinna ona
być włączona odwrotnie. Ma to być dioda zabez−
pieczająca. W układzie jak na rysunku A dioda ta
wymusza na wejściu „ujemnym” wzmacniacza
operacyjnego napięcie około 0,6V powyżej ujem−
nego napięcia zasilającego, a powinno tam być
napięcie bliskie połowie napięcia zasilania.
Przyznaję się bez bicia, że to ja zmieniłem kieru−
nek włączenia tej diody. Pomysłodawca tego
układu narysował obie diody w kierunku „do
góry”, jak na rysunku B. Nie znaczy to, że układ
z rysunku B jest prawidłowy. Celowo przytoczy−
łem fragment oryginalnego opisu i podałem typ
układu i prądy polaryzujące, rzędu pikoamperów.

Autorowi wydawało się, że układ będzie miał re−
zystancję wejściową równą 100k

Ω

, bo rezystor

włączony jest w obwód wejścia odwracającego
wzmacniacza operacyjnego. Oczywiście pogląd
taki jest błędny − rezystancja wejściowa dla prądu
stałego jest znacznie większa. I właśnie taką peł−
ną odpowiedź dał po analizie układu Grzegorz
Talarek z Międzyrzecza, który otrzyma nagrodę
specjalną. Gratuluję!

Rezystancja wejściowa bez diod wyniosłaby wie−
le gigaomów. Będzie mniejsza (setki megao−
mów), wyznaczona przez prąd upływu diod
1N4148, który może wynosić kilka nanoamperów
i upływność płytki drukowanej.
A tak naprawdę, to układ z rysunku B zawiera je−
szcze jeden słaby punkt. Ale to już trochę wyższa
szkoła jazdy. Młody kandydat na konstruktora
o tym nie pomyślał i zastosował typowy książko−
wy układ ochronny z diodami włączonymi miedzy
jedno z wejść a obie szyny zasilające. Układ taki
jest jak najbardziej na miejscu, gdy drugie wejście
to jedna z szyn zasilających. A w tym układzie dru−
gie wejście pomiarowe to punkt o znacznej rezy−
stancji wewnętrznej (5k

Ω

) dołączone ponadto do

wejścia „plusowego” wzmacniacza operacyjnego
przez rezystor 100

Ω

. Co prawda przy podanych na

rysunku wartościach elementów w obwodzie wej−
ściowym nawet po podłączeniu do sieci 220V po−
płynie niewielki prąd, o szczytowej wartości rzędu
3mA, co prawdopodobnie nie grozi uszkodzeniem
układu scalonego. Tak! Układu scalonego! Prze−
cież prąd, jak to prąd, musi się zamknąć w jakimś
obwodzie. W jednej połówce „sieci” popłynie od
„górnego” zacisku wejściowego przez rezystor
100k, „górną” diodę, dodatnią szynę zasilania, ba−
terię, ujemną szynę zasilania...
A dalej?
No właśnie!
Dalej popłynie do drugiego zacisku wejściowego
przez „dolny” rezystor 10k

Ω

i wywoła na nim

znaczny spadek napięcia, obniżając przy okazji
napięcie na wejściu nieodwracającym wzmacnia−
cza operacyjnego. Jeśliby się okazało, że napięcie
na „dolnym” rezystorze 10k

Ω,

„chce być” niższe

niż potencjał dolnej szyny zasilania, wtedy prąd
może „poszukać sobie” innej drogi, gdzieś przez
wnętrze wzmacniacza operacyjnego i wypłynąć
przez wejście nieodwracające i dalej przez rezy−
stor 100

Ω

do drugiego zacisku wejściowego. Tu

w zasadzie należałoby przeanalizować budowę
wewnętrzną wzmacniacza operacyjnego...
Podobną analizę należałoby przeprowadzić przy
odwrotnej biegunowości napięcia na zaciskach.
W zależności od budowy wejść wzmacniacza
operacyjnego sytuacja może być różna. W przy−
padku LF357 na wejściu „siedzą” tranzystory
J−FET. W każdym razie przy podaniu na zaciski
wejściowe napięcia sieci 220V szczytowa war−
tość napięcia, jaka bez wzmacniacza operacyjne−
go pojawiłaby się na rezystorze 10k

Ω,

to prawie

30V, czyli więcej, niż napięcie zasilające układ
galwanometru (9V). Niewątpliwie prąd będzie
sobie „szukał” drogi przez wejście nieodwracają−
ce wzmacniacza operacyjnego. Czy nie uszkodzi
delikatnych obwodów wejściowych? A może, co
się często zdarza, nie uszkodzi, tylko radykalnie
pogorszy parametry kostki? Wypada mieć
nadzieję, że nie. Można to zresztą sprawdzić...
Ale czy nie lepiej zastosować inny,
skuteczniejszy układ zabezpieczają−
cy, a przy okazji sensowniej umieścić
kondensator filtrujący?
Układ taki pokazany jest na rysunku
C. Przy napięciach o wartości poje−
dynczych miliwoltów zwykłe diody
krzemowe nie będą przewodzić.
Ewentualny prąd upływu będzie rzę−
du nanoamperów lub nawet mniej.
Ponieważ jednak chodzi o układ za−
bezpieczający do galwanometru, prąd

upływu takiego obwodu powinien być jak najniż−
szy. Dlatego zamiast zwykłych diod krzemowych
można zastosować zielone lub żółte LED−y,
uprzednio starannie zabezpieczywszy je przed
dostępem światła.

Tyle o zadaniu 45. Nagrodę specjalną otrzymuje
Grzegorz Talarek z Międzyrzecza. Trzy „stan−
dardowe” nagrody za prawidłowe rozwiązanie te−
go zadania wylosowali: Piotr Oracz z Jastrzębia
Zdroju, Łukasz Podgórnik z Dąbrowy Tarnow−
skiej i Tomasz Kawalec z Krakowa (któremu
przy okazji dziękuję za sprostowanie pomyłki tłu−
macza w artykule Elektora).

Zadanie nr 49

Na rysunku D pokazano schemat układu nade−
słanego jako rozwiązanie głównego zadania nr
45. Według załączonego opisu po wyschnięciu
ziemi rośnie jej rezystancja, T1 przechodzi
w stan zablokowania, a T2 otwiera się. Aby sy−
gnalizator dręczył nas co pewien czas, układ po−
siada generator taktujący zbudowany na T3, T4.
By brzęczyk piezo działał okresowo, w szereg
z nim włączona jest migająca LED. Dzięki foto−
rezystorowi układ zadziała tylko wtedy, gdy bę−
dzie widno.
Pytanie konkursowe jest tym razem dość ogólne
i brzmi:

Co tu nie gra?

Podpowiem tylko, że na pewno układ zawiera
więcej niż jedną usterkę.
Termin nadsyłania odpowiedzi upływa 45 dni od
ukazania się tego numeru EdW. Ze względu na
dużą ilość przesyłek do Szkoły, rozróżnijcie dru−
gie zadanie od głównego, a więc na kartkach i ko−
pertach piszcie proszę Nie gra 49. Ułatwi to mi
znacznie segregację “szkolnych” prac. Z góry
dziękuję!

35

Szkoła Konstruktorów

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

C

Co

o t

tu

u n

niie

e g

gr

ra

a?

?

Rys. A

Rys. B

Rys. C

Rys. D