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