W sezonie zimowym każdy kierowca powi−
nien szczególnie dbać o to, by wszystkie lam−
py w jego samochodzie były sprawne. I nie
chodzi tu tylko o ryzyko “zarobienia” man−
datu. Mandat płaci się nie za brak takiego czy
innego światła, tylko wtedy, gdy kierowca
nie jest w stanie na miejscu naprawić usterki.
Posiadanie kompletu zapasowych żarówek
rozwiązuje problem ze strony formalnej. Jed−
nak naprawdę warto dbać o światła przede
wszystkim ze względu na bezpieczeństwo
własne i bezpieczeństwo innych użytkowni−
ków dróg.
Dlatego temat kolejnego zadania w Szko−
le brzmi:
Przeanalizować możliwość wykonania
układu sygnalizującego przepalenie ża−
rówek samochodowych.
Temat tylko na początku wygląda na bardzo
łatwy. Trzeba bowiem sprawdzać światła mi−
jania, drogowe, pozycyjne tylne i przednie,
światła stop, kierunkowskazy. W wersji mi−
nimalnej muszą to być: kierunkowskazy,
stop, mijania. W każdym przypadku trzeba
zaprojektować urządzenie testujące kilka ob−
wodów. W instalacji samochodowej kluczo−
we żarówki sterowane są od strony plusa,
a drugi koniec żarówki dołączony jest na sta−
łe do masy. Jeśli w danym obwodzie pracuje
jedna żarówka, żadnego problemu nie ma.
Wystarczy sprawdzić, czy jest przejście do
masy. Można to zrobić przy wyłączonych
wszystkich światłach. Układ testujący uru−
chamiany byłby np. przyciskiem przed wyru−
szeniem w drogę, przy wyłączonych świa−
tłach. Uproszczony schemat takiego układu
pokazany jest na rysunku 1.
Niestety, w instalacji samochodowej ża−
rówki bywają połączone parami. Przepalenie
się jednej nie spowoduje przerwy w obwo−
dzie. I tu zaczyna się problem − trzeba jakoś
sprawdzić, czy dołączona jest jedna żarówka,
czy dwie. Wszystko wskazuje, że trzeba mie−
rzyć albo oporność obwodu z żarówkami, al−
bo pobór prądu. Projektując układ mierzący
oporność żarówek, który będzie dołączany
okresowo, na przykład po naciśnięciu przyci−
sku, trzeba pamiętać, że rezystancja zimnego
włókna jest kilka, a nawet kilkanaście razy
mniejsza niż włókna rozgrzanego. Co bardzo
istotne, rezystancje żarówek o tej samej mo−
cy mogą mieć zdecydowanie różną rezystan−
cję w stanie zimnym. Dlatego bezpieczniej
byłoby sprawdzać nie rezystancję, tylko po−
bór prądu w danym obwodzie w czasie pracy
żarówek pod napięciem nominalnym. Wtedy
znaczących odchyłek nie będzie. Przykłado−
wo każda żarówka o mocy 10W będzie po−
bierać trochę mniej niż 1A prądu.
Aby bezkontaktowo mierzyć prąd, można
wykorzystać hallotrony, ale znacznie zwięk−
szy to koszty. Raczej trzeba sprawdzać spa−
dek napięcia na (niewielkiej) rezystancji sze−
regowej. Idea pokazana na rysunku 2 jest
bardzo prosta, jednak w praktycznej realiza−
cji mogą pojawić się problemy. Instalacja sa−
mochodowa musi być niezawodna. Wszyst−
kie styki i połączenia muszą być wykonane
bardzo solidnie. Nie ma więc mowy o “party−
zanckim” ingerowaniu w obwody lamp. Do−
tyczy to zwłaszcza
obwodów świateł mi−
jania i drogowych,
gdzie płyną prądy rzę−
du 10A. Można sobie
wprawdzie wyobrazić
przecięcie przewodu
i wstawienie rezystan−
cji szeregowej, ale to
Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły
opis działania. Model i schematy montażowe nie są wymagane. Przy−
słanie działającego modelu lub jego fotografii zwiększa szansę na na−
grodę.
Ponieważ rozwiązania nadsyłają czytelnicy o różnym stopniu zaawan−
sowania, mile widziane jest podanie swego wieku.
Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powinny być
umieszczone na oddzielnych kartkach, również opatrzonych nazwi−
skiem i pełnym adresem.
Prace należy nadsyłać w terminie 45 dni od ukazania się numeru EdW
(w przypadku prenumeratorów – od otrzymania pisma pocztą).
25
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
S
S
S
S
zz
zz
k
k
k
k
o
o
o
o
łł
łł
a
a
a
a
K
K
K
K
o
o
o
o
n
n
n
n
ss
ss
tt
tt
rr
rr
u
u
u
u
k
k
k
k
tt
tt
o
o
o
o
rr
rr
ó
ó
ó
ó
w
w
w
w
Zadanie nr 46
Rys. 2 Pomiar prądu
Rys. 1 Ogólna zasada sprawdzania
ostateczność. Trzeba raczej poszukać innych
sposobów.
Może podczas pomiarów prąd żarówek
będzie omijał przełączniki i bezpieczniki,
a będzie płynął przez tester i umieszczone
tam rezystory pomiarowe, jak pokazuje ry−
sunek 3.
A może prościej
będzie mierzyć spa−
dek napięcia na bez−
piecznikach, według
rysunku 4? To wca−
le nie żart. Spadek
napięcia na bez−
piecznikach
jest
znaczny, rzędu kil−
kudziesięciu mili−
woltów lub na−
wet więcej. Nie−
trudno
go
wzmocnić i zmierzyć. A może wystarczy
sprawdzać spadek napięcia na przewodach −
porównaj rysunek 2. W przypadku świateł mi−
jania i drogowych prąd jest rzędu 10A, więc
i spadek napięcia na przewodzie o rezystancji
kilku miliomów będzie znaczny. Podobnie
w przypadku świateł stop i kierunkowskazów
prąd wyniesie ponad 3A i niewątpliwie spadek
napięcia na przewodach da się zmierzyć. Nie
musi to być kilometrowy przewód, może wy−
starczy kilka centymetrów. Co prawda będą to
tylko miliwolty, ale przecież nie musi to być od
razu napięcie 0,7V, żeby
otworzyło tranzystor. Są fir−
my, które produkują specja−
lizowane układy scalone,
mierzące bardzo małe spad−
ki napięć od strony plusa
zasilania. Mając informację
o prądzie, nietrudno określić, czy sprawne są
obie żarówki, czy jedna.
A może jest jeszcze inny, prosty sposób
testowania lamp? Pomyślcie!
Przed zaprojektowaniem schematu układu
elektronicznego mierzącego prąd lub opor−
ność starannie przeanalizujcie zagadnienie ze
strony praktycznej. Jeśli po analizie dojdziecie
do wniosku, że nie da się wykonać i podłączyć
odpowiednio niezawodnego układu, napiszcie
dlaczego tak sądzicie. Rzeczywiście zadanie
jest dość trudne, bo nie tylko o samą elektro−
nikę tu chodzi, ale także o sposób zainstalowa−
nia w aucie. Plątanina dodatkowych przewo−
dów podłączanych w różnych miejscach insta−
lacji może być nie do przyjęcia. Ktoś może in−
dywidualnie pobawić się i zrobić coś takiego
w swoim samochodzie, ale już w aucie innej
marki podobny sposób połączeń może się oka−
zać niemożliwy. Czy zatem jest możliwość za−
projektowania układu w miarę uniwersalnego,
nadającego się do różnych pojazdów?
Tym razem nie spodziewam się działają−
cych modeli. Jeśli ktoś takowy przyśle, nie−
wątpliwie zwiększy swą szansę na nagrodę,
może zostać opublikowany w dziale E−2000.
Spodziewam się raczej analizy problemu
i schematu na papierze − wskazuje na to też
sformułowanie tematu zadania. Zachęcam
przy tym gorąco do przeprowadzenia prak−
tycznych prób. Sprawdźcie, jakie są spadki
napięcia na przewodach przy prądach rzędu
3...10A. Sprawdźcie, jakie są spadki napięcia
na bezpiecznikach o różnych nominałach i od
różnych producentów. Przetestujcie bez−
pieczniki samochodowe, a przy okazji może
także typowe bezpieczniki rurkowe, stoso−
wane w sprzęcie powszechnego użytku.
Sprawdźcie rezystancję zimnego włókna ża−
rówek samochodowych różnych producen−
tów o takich samych mocach. Wyniki takich
testów przewodów, bezpieczników i żarówek
nie tylko zwiększą szansę na nagrodę, ale
przede wszystkim dadzą Wam bezcenną wie−
dzę i doświadczenie.
Nie zlekceważcie tego zadania i nie uznaj−
cie go z góry za zbyt trudne.
Zachęcam też do przysyłania kolejnych
propozycji zadań do Szkoły, bo nadal nie jest
ich wiele.
26
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
Rozwiązanie zadania nr 42
Temat zadania 42 brzmiał:
Zaprojektować urządzenie informujące
domowników o włączeniu napięcia sieci
energetycznej po awarii tej sieci.
Temat wzbudził ogromne zainteresowanie.
Kilku Kolegów przysłało prace po raz pierw−
szy. Niektórzy pisali, że dopiero teraz odważy−
li się wziąć udział w Szkole, bo przekonali się,
że są w stanie zaproponować coś sensownego.
Rzeczywiście, znów okazało się, że ci nie−
śmiali przedstawili ciekawe rozwiązania.
Oprócz licznych listów nadesłaliście rekor−
dową liczbę modeli. Nazbierało się ich aż 16.
Zastosowaliście w nich najróżniejsze rozwią−
zania układowe. Zdecydowana większość wy−
konana jest bardzo starannie. Znaczna część
opisów również zasługuje na pochwałę. Tu
jednak muszę wspomnieć o powszechnym
mankamencie − choć układy są ciekawe, opis
czasem woła o pomstę do nieba. Używacie
zdecydowanie zbyt mało przecinków i kropek,
a budowa zdań bywa fatalna. Szkoda, że nig−
dzie nie można kupić przecinków i kropek,
wysłałbym parę paczek “z interpunkcją” wie−
lu zdolnym elektronikom. Nie mogę się też
pohamować od nieco złośliwej uwagi kiero−
wanej do bezmyślnych użytkowników Worda:
czytajcie, Kochani, swoje prace przed wydru−
kowaniem, a nie zaszkodzi także przeczytać
po wydrukowaniu. Jest kilku kolegów, którzy
nadsyłają do Redakcji dużo tekstów pisanych
pod Wordem i teksty te zawierają typowe błę−
dy, świadczące o niechlujstwie i paru innych
brzydkich cechach. Piszący na pewno nie
przeczytali tekstu po napisaniu, więc pozosta−
ją typowe błędy, których Word7 czy Word97
nie jest w stanie wykryć. Nawet Word2000 nie
załatwi za was wszystkiego i nie wyszuka
wszystkich usterek.
Przyznaję, że także w odręcznych listach
spotykam coraz mniej błędów ortograficz−
nych. Ale interpunkcja, składnia i styl w więk−
szości prac pozostawiają dużo do życzenia.
Poza tym często opis jest niejasny i trudny do
zrozumienia. Dawajcie, proszę, Wasze prace
do przeczytania i recenzji kolegom. Sprawdź−
cie, czy wszystko jest dla nich jasne. Jeśli czę−
sto proszą o wyjaśnienie − w opisie czegoś
brak, albo czegoś (mętnego) jest za dużo. Do−
bry opis jest krótki i wyjaśnia problem. Nie
czepiam się bez potrzeby − nadsyłacie i bę−
dziecie nadsyłać prace do publikacji w EdW.
Nie zmuszajcie nas do gruntownego przera−
biania każdego artykułu.
A teraz wracamy do meritum. Już tu
chciałbym pochwalić wszystkich uczestni−
ków, którzy przeprowadzili próby. Z przykro−
ścią informuje, że w żaden sposób nie uda mi
się omówić wszystkich prac tak, jak na to za−
sługują. Takie omówienie zajęłoby, bez prze−
sady, cały ten numer EdW. Z konieczności
skoncentruję się więc na niektórych propozy−
cjach i informacjach, które mogą się przydać
innym. Ogłaszając to zadanie chciałem, żeby−
ście postawiony cel zrealizowali jak najpro−
ściej. Zarówno teoretycy, jak i praktycy stanę−
li przed problemem, składającym się z kilku
części. Już pobieżna analiza wskazuje, że
urządzenie musi mieć jakieś układy czasowe
do odmierzania 5 minut. Musi wystąpić jakiś
element pamiętający, którego zadaniem bę−
dzie poinformować, że przerwa w dopływie
energii była dłuższa niż wyznaczony czas.
Właśnie obecność tego elementu pamiętające−
go znacznie skomplikowała zadanie. Zdecy−
dowana większość osób zdecydowała się za−
stosować rezerwowe zasilanie bateryjne. Obe−
cność baterii rozwiązuje problem pamiętania,
ale rodzi inne, między innymi zdecydowanie
utrudnia obsługę. Trzeba wziąć pod uwagę
specyfikę urządzenia. Moim zdaniem korzyści
finansowe z jego stosowania okażą się zerowe
lub bliskie zeru. Fakt, że parę żarówek, a na−
wet jakiś grzejnik będą się niepotrzebnie
świecić dwa czy trzy razy w roku przez sześć
Rys. 3 Tester dołącza−
ny okresowo
Rys. 4 Pomiar napięcia na bezpieczni−
kach
27
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
godzin, nie zwiększy rachunku za prąd w za−
uważalnym stopniu. Jak pisałem przy ogła−
szaniu zadania, urządzenie może pełnić waż−
ną funkcję praktyczną, ale tylko w przypadku
stosowania w gospodarstwie elektrycznych
kuchenek, parników czy innych urządzeń,
których pozostawienie na czas dłuższy bez
dozoru może się skończyć ich uszkodzeniem,
a może nawet pożarem. W innych przypad−
kach sygnalizator będzie jedynie interesują−
cym gadgetem, mogącym stanowić powód do
dumy dla jego twórcy, ciekawostką dla gości
odwiedzających dom.
Koniecznie trzeba pamiętać, że układ ma
służyć przez lata, więc stosowanie baterii mo−
że się okazać pomysłem nietrafionym. Baterie,
zwłaszcza te tanie, mają niepohamowaną ten−
dencję do samorozładowania. Po roku, a nawet
wcześniej (to zależy od temperatury otocze−
nia), baterie mogą okazać się puste. Z drugiej
strony stosowanie do gadgetu o dyskusyjnej
przydatności drogich baterii alkalicznych,
które powinny mieć trwałość rzędu trzech lat,
może wyglądać na wyrzucanie pieniędzy
w błoto. Nie jestem pewny, czy wszyscy pro−
ponujący zastosowanie baterii i akumulatorów
NiCd i NiMH pomyśleli o kosztach. Jeśli koszt
urządzenia sięgnie, przypuśćmy 40...50zł, to
po ilu wyłączeniach energii się zwróci? Już to
wskazuje, że urządzenie powinno być jak naj−
prostsze i w miarę możliwości nie powinno za−
wierać dodatkowej baterii. Użycie baterii jest
natomiast potrzebne w przypadku, gdy układ
ma sygnalizować nie tylko przywrócenie, ale
także brak napięcia sieci.
Tyle wstępu. Szczegółową analizę rozwią−
zań zacznijmy od prac teoretycznych.
Prace teoretyczne
Było ich dużo: lepszych i gorszych, prostych
i skomplikowanych. Muszę przyznać, że
mniej więcej połowa uczestników nadesłała
schematy nadmiernie rozbudowanych ukła−
dów. Zaproponowane układy w ogromnej
większości są poprawne i będą działać. Moż−
na i trzeba je radykalnie uprościć. Rekordziści
zaproponowali urządzenia zawierające kilka−
naście układów scalonych i do tego sporo ele−
mentów biernych, diod i tranzystorów. Nie−
którzy proponują użycie precyzyjnych genera−
torów, nawet kwarcowych, dokładnie odmie−
rzających wyznaczone czasy. Oczywiście nie
jest to konieczne − podane czasy 5 czy 15 mi−
nut są orientacyjne i odchyłka o 50% czy na−
wet więcej nic nie przeszkadza. W grupie
(rozbudowanych) rozwiązań teoretycznych
zdecydowanie najlepsze propozycje nadesłali
Dariusz Bobrowski z Tarnowa, Piotr Jaku−
bowski z Podkrajewa, Jakub Kallas z Gdyni
i Mariusz Wesołowski z Radomia. Konkret−
nych schematów nie podaję, ponieważ układy
są zbyt skomplikowane i zawierają baterię re−
zerwową. Zachęcam jednak wymienionych
Kolegów, by nie rezygnowali z prób tworze−
nia praktycznych i możliwie prostych ukła−
dów − nadesłane
prace świadczą,
że
mogą
oni
opracować wiele
ciekawych urzą−
dzeń.
Nagród
i upominków nie
przydzielam tyl−
ko dlatego, że
tym razem kon−
kurencja jest wy−
jątkowo
duża.
Wymienieni Ko−
ledzy otrzymują
natomiast po jed−
nym punkcie. Jeśli chodzi o punkty, tym ra−
zem ze względu na dużą konkurencję, bardzo
duże zróżnicowanie poziomu rozwiązań oraz
ilości pracy włożonej w eksperymenty i przy−
gotowanie modelu, za pracę teoretyczną moż−
na otrzymać co najwyżej dwa punkty.
Tylko trzech Kolegów zaproponowało
zdecydowanie prostsze rozwiązania, gdzie
czasy wyznaczane byłyby za pomocą ele−
mentów RC. Rozumiem obawy innych,
którzy nie zdecydowali się na zastosowanie
obwodów RC o stałych czasowych rzędu 5
minut. W grę wchodzą elektrolity − w przy−
padku kondensatorów stałych, o pojemności
do 10uF rezystancja musiałaby być znacznie
większa niż 22M, a tak dużych rezystancji
należy zdecydowanie unikać. Sam wielokrot−
nie podkreślałem, że aluminiowe elektrolity
mają kiepskie właściwości. Tym razem jed−
nak właśnie aluminiowe elektrolity, a nie su−
che, spiekane tantale okażą się lepsze. Jeśli
będą stale pod napięciem, zaformują się
i upływność będzie mała. Czas samorozłado−
wania będzie znacznie większy, niż wymaga−
ne 5 czy nawet 15 minut. Tak mała liczba
propozycji wykorzystania obwodów RC
o dużych stałych czasowych wskazuje, że
jedno z kolejnych zadań w Szkole powinno
dotyczyć sprawdzenia właściwości konden−
satorów pod kątem przydatności w układach
pamiętających i obwodach rezerwowego za−
silania.
W każdym razie spośród prac teore−
tycznych najwyżej oceniłem schemat
nadesłany przez Macieja Jurzaka z Rab−
ki. Proponowany przez niego układ można
zobaczyć na rysunku 5. Oto fragmenty li−
stu: (...) Przyznaję od razu, że wszelkie
rozważania są tylko teoretyczne i nie wy−
próbowałem w praktyce wymyślonego
przez siebie, dalej opisanego układu. (...)
poczyniłem kilka założeń:
− wykrywacz mógłby mieścić się w zasila−
czu wtyczkowym, wetkniętym na stałe do
gniazdka sieciowego,
− powinien być zasilany tylko z sieci, bez
dodatkowych baterii.
− elementem pamiętającym mógłby być
kondensator (...)
Na schemacie można wyróżnić bloki:
− zasilacza − TR1, G1, C3, dostarczające−
go równocześnie informacji o stanie sieci
energetycznej,
− układu opóźniającego C1, R1, D1, G1
o stałej czasowej ok. 5 minut, odpowiedzial−
nego za “znieczulenie” wykrywacza na krót−
kie przebłyski napięcia sieciowego,
− serca urządzenia − układu pamięciowego
C2, R2, T1, R4, sygnalizującego przerwę
w dostawie energii dłuższą niż 15 minut,
− bramki G2 kluczowanej sygnałem
z bramki G1, badającej stan układu pamięta−
jącego,
− układu podtrzymania napięcia w ukła−
dzie pamięciowym − G3, G4, D2, R3, przy
przerwie w dostawie energii krótszej niż 15
minut,
− układu wykonawczego R4, T2, buzzer.
Przez pierwsze 5 minut po pojawieniu się
napięcia w sieci, na wyjściu bramki G1 panuje
stan niski (ładuje cię C1), a na wyjściu G2− wy−
soki. Alarmu nie ma, niezależnie od stanu kon−
densatora C2. W ten sposób wykrywacz jest
uodporniony na chwilowe załączenia energii,
często spotykane podczas usuwania awarii. Po
upływie tego czasu wyjście G1 zmienia stan na
wysoki. Stan ten podany na wejście bramki G2
umożliwia sprawdzenie stanu układu pamię−
ciowego z kondensatorem C2.
Jeśli przerwa w dostawie energii była
krótsza niż 5 minut, kondensator C2 nie zdą−
żył się rozładować, więc w punkcie C będzie
stan niski i stan wyjścia G2 się nie zmieni.
Stan niski pojawia się natomiast na wyjściu
G3, na wyjściu G4 − wysoki i na zasadzie
sprzężenia zwrotnego kondensator C2 ładuje
się przez D2 i R3.
Jeśli przerwa była dłuższa niż 15 minut,
kondensator C2 zdążył się rozładować. Po
pięciu minutach od włączenia napięcia sta−
ny wysokie na obu wejściach bramki G2 po−
wodują aktywację buzzera. Sygnał alarmo−
wy wyrywa śpiących domowników z łóżka,
gaszą oni niepotrzebnie zapalone światła,
kuchenkę elektryczną, itp., a następnie
z groźnymi minami zbliżają się do tkwiące−
go w gniazdku, wyjącego cały czas
Rys. 5 Propozycja Macieja Jurzaka
28
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
wykrywacza. Przed zniszczeniem ratuje go
tylko fakt, że wyłączenie alarmu może nastąpić
w bardziej humanitarny sposób − przez naci−
śnięcie przycisku RESET, co spowoduje szyb−
kie naładowanie C2, aktywację układu pod−
trzymywania i ponowne przejście wykrywacza
w stan czuwania.
Pomysł układowy bardzo mi się podoba. Je−
go autor otrzyma upominek. Aby jednak kon−
densatory C3 i C1 rozładowały się po zaniku
sieci, równolegle do C3 trzeba dodać rezystor
o wartości nie większej niż kilka kiloomów.
Można też zrezygnować z transformatora i dać
zasilacz beztransformatorowy z niewielkim
kondensatorem szeregowym o pojemności
47nF...100nF/630V. Wymagana pojemność
kondensatora szeregowego będzie zależeć od
poboru prądu przez buzzer w stanie alarmu.
Nieco podobne koncepcje oparte na obwo−
dach RC o długich stałych czasowych zapre−
zentowali także Jacek Konieczny z Poznania
oraz Rafał Wojciechowski z Rybna. Ich ukła−
dy zawierają jednak nieco większe niedorób−
ki. W każdym razie obaj zasługują na pochwa−
łę oraz punkty za analizę problemu i zastoso−
waną koncepcję.
W grupie rozwiązań teoretycznych pojawi−
ło się kilka prostszych, nie do końca dopraco−
wanych, które jednak wskazują, że ich twórcy
mają zadatki na konstruktorów. Dlatego
chciałbym pochwalić za wysiłek i zachęcić do
dalszych prób kilku Kolegów: Marcina Kar−
towicza z Bolechowa, Witolda Krzaka
z Żywca, Tomasza Paszkiewicza z Kórnika
i Marcina Malicha z Wodzisławia Śl.
Nadeszły także inne schematy, ewidentnie
błędne. Jeden z nich, autorstwa częstego ucze−
stnika Szkoły, można znaleźć w tej edycji kon−
kursu “Co tu nie gra”.
Tyle o pracach teoretycznych.
Rozwiązania praktyczne
Trzykrotnie analizowałem każdą pracę nade−
słaną wraz z modelem. Muszę przyznać, że
zaskoczyliście mnie wieloma świetnymi po−
mysłami. Doceniam trud włożony w ekspery−
menty. Niektórzy Koledzy napisali, że nade−
słany model jest czwartą czy piątą wersją.
Wcześniejsze odpadły po testach. Kilku Kole−
gów szczegółowo opisało swoje próby i kolej−
ne rozwiązania układowe. Żałuję, że wszyst−
kie opisy nie zmieszczą się w artykule, bo by−
łaby to naprawdę ciekawa lektura, pokazująca
prawdę o kuchni młodego elektronika − kon−
struktora.
Na fotografii 1
można zobaczyć
model, który nade−
słał Łukasz Malec
z Tomaszowa Lu−
belskiego. Zastoso−
wany
generator
kwarcowy gwaran−
tuje wysoką do−
kładność, ale oku−
pione jest to rozbu−
dowaniem układu
(12 układów scalo−
nych).
S y g n a l i z a t o r
pokazany na foto−
grafii 2 wykonał
Łukasz Skupień
z Częstochowy.
Nieskomplikowana przystawka, pokazana
na fotografii 3, została starannie wykonana
przez Łukasza Malarka z Zawiercia. Foto−
grafia 4 pokazuje model nadesłany przez Mi−
chała Kobierzyckiego z Grójca. Jak widać,
Michał wprowadził kilka istotnych prze−
róbek, by w końcu uzyskać zamierzony efekt.
Fotografia 5 przedstawia starannie wyko−
nany model Marcina Piotrowskiego z Białe−
gostoku. Jarosław Chudoba z Gorzowa
Wlkp. wykonał prosty model pokazany na fo−
tografii 6. Radosław Piwko z Leśnej zapro−
jektował i wykonał według nietypowej kon−
cepcji przystawkę pokazaną na fotografii 7.
Fotografia 8 przedstawia przystawkę au−
torstwa Krzysztofa Kraski z Przemyśla.
Krzysztof Nytko z Tarnowa wykonał sygna−
lizator pokazany na fotografii 9. Mariusz
Ciołek z Kownacisk wykonał ładny model
widoczny na fotografii 10.
Z braku miejsca nie mogę szczegółowo
omówić rozwiązań zastosowanych w tych dzie−
sięciu modelach. Zresztą nie wszystkie z nich
spełniają postawione warunki, inne zawierają
istotne niedoróbki, które dadzą o sobie znać
podczas eksploatacji. Niemniej jednak ich auto−
rzy otrzymają upominki oraz liczbę punktów
zależną od wartości merytorycznej projektu,
praktycznej przydatności, liczby niedoróbek
i zgodności z tematem zadania, od 2 punktów
(Łukasz Malarek) do 5 (Mariusz Ciołek).
Na koniec zostawiłem sześć prac do bliż−
szej analizy. Zwróćcie uwagę, jak różne spo−
soby wykorzystali poszczególni Koledzy.
Wcześniej wymienione modele spełniają te
same funkcje, ale zawierają znacznie więcej
elementów. Przeanalizujcie starannie podane
schematy. I tak na fotografii 11 i rysunku 6
można zobaczyć układ Pawła Korejwy z Ja−
worzna (na schemacie zmieniłem obwód
przycisku RESET). Paweł zastosował bardzo
prosty sposób: przerzutnik RS jest zerowany
i umożliwia pracę licznika 4060, gdy napięcie
zasilania narasta. Nastąpi to jedynie po długim
czasie przerwy, gdy kondensator C2 zdąży się
znacznie rozładować. Wadą prostego układu
jest mała stabilność tego czasu, wyznaczanego
przez pojemność C2, pobór prądu z C2 po za−
niku napięcia w sieci i progi przełączania uży−
tych kostek.
Fot. 2. Łukasz Skupień
Fot. 3. Łukasz Malarek
Fot. 4. Michał Kobierzycki
Fot. 1. Łukasz Malec
Rys. 7 Układ Sławomira Welcera
Rys. 6 Rozwiązanie Pawła Korejwy
29
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
Fotografia 12 i rysunek 7 pokazują układ
Sławomira Welcera z Krosna. Układ jest inte−
resujący, trzeba tylko przepiąć C4 równolegle
do złącza C−E tranzystora T1. Wtedy w spo−
czynku elektrolity będą pod napięciem i będą
stale zaformowane. Fotografia 13 i rysunek 8
przedstawiają przystawkę Pawła Niedźwiedz−
kiego z Wiechlic. Wymienieni trzej koledzy
otrzymują po 4...5 punktów i nagrody.
A teraz trzy prace, które oceniłem najwy−
żej. Jarosław Kempa z Tokarzewa przysłał
dwa modele i trzy schematy.
Modele można zobaczyć na fotografii
14. Wykonane modele mogłyby być prost−
sze. Na przykład z pierwszego zapropono−
wanego układu spokojnie można usunąć
licznik, baterię zasilającą, i wtedy znacznie
odchudzony schemat wyglądałby z grubsza
jak na rysunku 9.
Pracę Jarka oceniłem wysoko (7 punk−
tów) nie tyle ze względu na dwa modele, tyl−
ko trzeci schemat i komentarz: (...) Głównym
moim marzeniem było zbudować układ, który
byłby zasilany bezpośrednio z sieci, do które−
go nie trzeba byłoby podłączać źródła zasila−
nia. (...) nie spełnił moich oczekiwań i po
wielokrotnych próbach (zniszczyłem kilka
tranzystorów MOSFET, a tych niestety nie
mam za wiele) z przykrością zrezygnowałem
z dalszych prób. (...)
Kolejne, już 42 zadanie za Szkoły Kon−
struktorów było naprawdę strzałem w dzie−
siątkę. Nie dość, że było interesujące i prak−
tyczne, to jeszcze musiałem się nieźle napo−
cić, by wyregulować urządzenia. Krew mnie
zalewała, gdy dobierany rezystor czy konden−
sator do układu czasowego czy generatora
nie spełniał oczekiwań i wynik nie zgadzał się
z wzorami. (...) Mimo to cieszę się, że wyko−
nałem przynajmniej te dwa modele. Pozosta−
łe z pięciu budowanych zawierały tranzysto−
ry MOSFET i bramki NOT. Mam nadzieję, iż
wykonane układy spełnią swe zadanie.
Do spalonych MOSFET−ów za chwilę
wrócimy.
Dariusz Knull z Zabrza wykonał przy−
stawkę pokazaną na fotografii 15. W liście
napisał między innymi: Przeprowadzenie
prób zajęło mi trochę czasu (4 x 1...2 dni
z przerwami), ale w końcu doprowadziłem
swój układ do porządku. (...) oprócz podsta−
wowych funkcji sygnalizacji końca awarii
dodałem obwody automatycznego przełącza−
nia tryb dzienny/tryb nocny. Układ sygnalizu−
je zarówno pojawienie się napięcia, jak i je−
go zanik. Układ pobiera niewielki prąd z ze−
wnętrznego zasilacza, posiada również zasi−
lanie rezerwowe (3 x R6). (...) Jeśli nie liczyć
kondensatora zasilacza, mój układ nie zawie−
ra żadnego elektrolita, przez co układ nawet
po latach będzie działał poprawnie. (...)
Mam nadzieję, że spełniłem choć część
warunków postawionych w niniejszym zada−
niu Szkoły Konstruktorów, w każdym razie te−
mat zadania tym bardziej zachęcił mnie do
skonstruowania modelu, ponieważ jak mi się
wydaje, takiego urządzenia, w gruncie rzeczy
praktycznego, nie można kupić w sklepie.
Schemat przystawki Darka pokazany jest
na rysunku 10. Za układ spełniający też do−
datkowe funkcje i za przeprowadzone próby
autor otrzymuje 7 punktów. Zachęcam go
też do opanowania technologii domowego
wytwarzania płytek drukowanych, najlepiej
za pomocą programu komputerowego. Jeśli
chodzi o komputer, nie polecam laptopa.
Laptopy są drogie, a co gorsza, trudniej je
modernizować. Lepiej kupić zwykły kom−
puter w typowej obudowie minitower, co
umożliwi sukcesywną modernizację przez
wymianę płyty głównej, procesora, dysku,
czy dodawanie pamięci.
A jeśli chodzi o elektrolity, to rzeczywi−
ście bywają z nimi kłopoty. Jeśli jednak po−
zostają stale pod napięciem ich upływność
będzie minimalna. W aluminiowych elektro−
litach mogą jednak wystąpić dwa inne nieko−
rzystne zjawiska. Dawniej elektrolity kiep−
skich firm po prostu... wysychały i bezpow−
rotnie traciły pojemność. Dziś problem ten
jest nieporównanie mniejszy i spokojnie
można przyjąć, że przez co najmniej kilka lat
współczesne elektrolity nie stracą więcej niż
50% pojemności. Dociekliwych zachęcam
do przetestowania właściwości starych
elektrolitów z demobilu − zaformujcie je
podłączając na dobę do napięcia nominal−
nego i przekonajcie się, jaką mają pojem−
ność po latach. A tak na marginesie, w EdW
już niedługo pojawią się dwa projekty: te−
ster elektrolitów i miernik pojemności. Dru−
gą niespodzianką, jaką mogą sprawić alu−
miniowe elektrolity jest znaczne... zwięk−
szenie pojemności. Zjawisko to może za−
chodzić wtedy, gdy elektrolit o wysokim na−
pięciu znamionowym, np. 50 czy 63V bę−
dzie pracował przy małym napięciu, po−
wiedzmy 9V czy 12V. Z czasem kondensa−
tor się przeformuje i warstewka dielektryka
z tlenku glinu stanie się cieńsza, co oczywi−
ście zwiększy pojemność. Dlatego w obwo−
dach czasowych należałoby stosować elektro−
lity o napięciu nominalnym niewiele więk−
szym od napięcia pracy.
Rys. 8 Układ Pawła Niedźwiedzkiego
Rys. 9 Uproszczony układ Jarosława
Kempy
Fot. 8 . Krzysztof Kraska
Fot. 7. Radosław Piwko
Fot. 5. Marcin Piotrowski
Fot. 6. Jarosław Chudoba
30
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
A teraz praca, którą oceniłem najwyżej.
Na fotografii 16 jest pokazana prosta przy−
stawka 18−letniego Arkadiusza Antoniaka
z Krasnegostawu. Zanim przejdę do szcze−
gółów, fragment listu charakterystyczny nie
tylko dla tego jednego kolegi: (...) Do tej pory
wziąłem udział w Szkole jedynie dwa razy (...)
Biorę udział rzadko, bo często brakuje mi po−
mysłowości i doświadczenia. Czasami jednak
uda mi się coś wymyślić, ale wtedy sądzę, że to
jest bez sensu, albo stoi na niskim poziomie.
Później nierzadko okazuje się, że moje rozwa−
żania były poprawne. Tak było ostatnim ra−
zem. Przeprowadziłem obliczenia, jak w arty−
kule, narysowałem podobny schemat (wyko−
rzystałem prosty układ logiki ze Schmittami
z EdW 8/97). Ale nic nie wysłałem. Tym razem
postanowiłem wziąć udział w bieżącej Szkole
i wysłać model. (...)
I cóż to przysłał nam ten kolega, niepewny
swoich możliwości?
Po interesującej analizie wstępnej napisał:
Na rysunku 1 (w artykule jest to rysunek 11)
podaję schemat układu realizującego (przy−
najmniej w założeniu) funkcje określone w wa−
runkach zadania. Stała czasowa R
A
C
A
wynosi
5 minut i określa czas z warunku 1. Stała cza−
sowa R
B
C
B
wynosi 15 minut − warunek 2.
W stanie spoczynku (napięcie z zasilacza na
Z+, Z− jest), tranzystor T1 przewodzi (...)
Na rysunku 2 (w artykule jest to rysunek
12) znajduje się schemat wykonanego przeze
mnie układu modelowego. (...) chciałbym na−
pisać o paru rzeczach, które mi się przytrafi−
ły podczas pracy z tym układem. Buzzerki se−
rii HCM... − na trzy kupione brzęczyki, dwa
okazały się niesprawne. (...) Próbowałem też
wykombinować coś z MOSFETAMI
BS170. Nic z tego nie wyszło. Wziąłem
taki tranzystor, wygiąłem mu odpowie−
dnio nóżki w wlutowałem gdzie trzeba.
Tranzystor w ogóle nie reagował na
zmiany napięcia bramki. Po wylutowa−
niu i zmierzeniu woltomierzem okazało
się, że jeden jest przebity na drodze
dren−źródło, a drugi na drodze dren−
bramka. MOSFET−y były nowiutkie. Słysza−
łem, że są delikatne, ale żeby aż tak?! Wcze−
śniej też miałem z nimi kłopoty (...).
Podczas opracowywania układu miałem
ambicje, żeby nie wymagał on baterii. Na po−
czątku sprawdziłem, czy układ będzie działał
bez baterii. O dziwo, po wyłączeniu napięcia
sieci, napięcie zasilania nie spadało do zera
natychmiast, tylko obniżało się powoli. Na−
tychmiast określiłem przyczynę − obwody za−
bezpieczające bramek CMOS, o których czy−
tałem w artykułach o cyfrówce. Pomyślałem:
“mój układ jest mądrzejszy ode mnie −
i bardzo dobrze”. Byłem z niego zado−
wolony, sądząc, że zaskoczę innych nie−
typowym zasilaniem. Trwałbym długo
w nieświadomości, gdyby nie dalsze te−
sty. Okazało się, że wyłączenie zasilacza
niedługo przed sygnalizacją powoduje
krótki i cichy, ale jednak istniejący −
alarm. Próbowałem go zlikwidować, ale
nie udało się. Kondensator C1 rozłado−
wywał się, napięcie spadało. Gdy spadło
o np. 1V, to napięcie dolnego progu prze−
łączania bramki spadało tylko o około
0,3V. Napięcie na wejściu zdołało więc
niejako dogonić ten dolny próg i układ
sygnalizował to brzęczykiem (wtedy jego
ujemny koniec był dołączony do masy).
Ostatecznie zdecydowałem się na użycie
baterii. Aby zredukować do zera spo−
czynkowy pobór prądu, emiter T1 dołą−
czyłem do Z− (ujemny biegun zasilacza),
a nie do masy. Pomyślałem, że T1 można
zastąpić diodą. Przez tę diodę “umarły”
dwa scalaki − nie wiem, co im zaszkodzi−
ło. Jednym słowem sądziłem, że opraco−
wanie układu będzie proste, w końcu peł−
niona funkcja jest banalna. A okazało
się, że nigdy wcześniej nie miałem tak
dużych kłopotów, jak w przypadku tego
prostego urządzenia. (...)
Dalej następuje analiza prądów, po−
jemności baterii oraz dokładny opis działania
Fot. 12. Sławomir Welcer
Fot. 9. Krzysztof Nytko
Fot. 10. Mariusz Ciołek
Fot. 11. Paweł Korejwo
Rys. 10 Przystawka Dariusza Knulla
Rys. 11 Propozycja Arkadiusza Anto−
niaka
układu z rysunku 12. Nie zamieszczam tego
opisu, przeanalizujcie układ samodzielnie.
W zakończeniu listu czytamy: (...) wygląd
modelu, zwłaszcza od strony druku, jest dość
nędzny. Układ przeszedł wiele drastycznych
zmian, polegających na przecinaniu ścieżek
i wypróbowywaniu różnych wariantów.
W końcu zatoczyłem niemal pełne koło i zmia−
ny w stosunku do pierwszej wersji są niewiel−
kie. (...)
Arkadiusz w tym i poprzednim liście zasy−
gnalizował również możliwość ulepszenia za−
mka szyfrowego z EdW 6/99. Proponuje mię−
dzy innymi zmniejszenie liczby elementów o 9
i dalsze zwiększenie pewności zabezpieczenia.
Zauważył mianowicie, że jeśli potencjalny
włamywacz zna zasadę działania zamka, a je−
dynie nie zna kodu, może trzykrotnie próbo−
wać wpisać kod, a następnie “obejść” siedem
długich czasów opóźnienia, siedmiokrotnie na−
ciskając #. Wtedy znów będzie mógł trzykrot−
nie spróbować trafić na właściwy kod, a potem
znów siedmiokrotnie naciśnie #. Oczywiście
jest niezmiernie mało prawdopodobne, że wła−
mywacz będzie znał zasadę działania zamka.
Niemniej jednak propozycja Arkadiusza jest
bardzo dobra i rzeczywiście godna zastosowa−
nia. W swoim egzemplarzu zamka zmodyfiko−
wał on obwody kostki U3, jak pokazuje rysu−
nek 13 (porównaj rys 1 w EdW 6/99 str. 9).
Dzięki podłączeniu wyjścia Q3 do wejścia ze−
zwalającego ENA, po podaniu trzech błędnych
kodów zliczanie zostaje zatrzymane i wyzna−
czony długi czas zwłoki wyznaczony przez re−
zystor R17 1M aż do podania właściwego ko−
du. Arkadiusz otrzymuje 8 punktów nie tylko
za model i eksperymenty, ale również za sche−
mat z rysunku 11, jak najdokładniej realizują−
cy postawione warunki oraz za pomysł ulep−
szenia zamka szyfrowego.
Trzej ostatnio wymienieni koledzy otrzy−
mają też nagrody, a dodatkowo na zapas trochę
małych MOSFET−ów. Przykre doświadczenia
z małymi MOSFET−ami nie są obce star−
szym elektronikom, którzy mieli podobne
doświadczenia z JFET−ami BF245. W grę
wchodzą tu ładunki statyczne. Dość sku−
teczne zabezpieczenia stosowane w ukła−
dach scalonych spowodowały, że współ−
cześni młodzi elektronicy zupełnie nie do−
ceniają wagi problemu. Dopiero takie przy−
kre doświadczenia pokazują, że problem ist−
nieje, a uziemianie grota lutownicy, montaż
na metalowej, uziemionej płycie, użycie
przewodzących gąbek, foliowych torebek
antystatycznych, rozpylanie wody w pomie−
szczeniu, a nawet uziemianie ciała człowieka,
wcale nie są przesadą.
Jak wskazuje przegląd rozwiązań, do odmie−
rzania czasu niekoniecznie trzeba stosować licz−
niki. Zaformowane elektrolity aluminiowe mają
wystarczająco niewielką upływność, by je za−
stosować w obwodach czasowych. Ponadto ta−
kie zaformowane elektrolity mogą z powodze−
niem służyć jako rezerwowe źródło zasilania.
Podczas pisania
tego materiału
zaformowałem
w ciągu doby
k o n d e n s a t o r
10000uF/25V (10mF), naładowałem go i obcią−
żyłem rezystancją 10M − rezystancją wejściową
multimetru cyfrowego. Co jakiś czas mierzyłem
napięcie. Wykres zmian napięcia można zoba−
czyć na rysunku 14. Teoretycznie stała czaso−
wa powinna wynosić 100000 sekund (1666 mi−
nut), czyli 27,8 godziny. Podczas testu napięcie
spadło do wartości 36,8% po około 37 godzi−
nach, co świadczy iż rzeczywista pojemność
była większa, a upływność znacznie mniejsza
niż prąd obciążenia.
Zaformowałem także i pozostawiłem bez
obciążenia kondensator 470uF/25V. Co jakiś
czas mierzyłem napięcie na nim. W ciągu 6 go−
dzin wskutek samorozładowania spadło ono
z 14,53V do 11,60V, co jest bardzo dobrym
wynikiem. Potem naładowany do 14V kon−
densator o pojemności 4700uF stał się
źródłem zasilania dla typowego 12−woltowe−
go brzęczyka piezo. Głośny dźwięk dawały
przez około 25 sekund. Już te proste próby
wskazują na duże możliwości ich wykorzysta−
nia. Niestety, w żadnej z prac nie znalazłem
podobnych informacji. Jestem przekonany, że
wykorzystując najzwyklejsze aluminiowe
elektrolity, można zbudować znakomity
31
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
Rys. 12 Schemat przystawki Arkadiu−
sza Antoniaka
Rys. 13 Modyfikacja zamka szyfrowego
Rys. 14 Krzywa rozładowania 10mF 10M
Fot. 13. Paweł Niedźwiedzki
Fot. 14. Jarosław Kempa
Fot. 15. Dariusz Knull
Fot. 16. Arkadiusz Antoniak
Punktacja
Szkoły Konstruktorów
Dariusz Knull
Zabrze
41
Marcin Wiązania Gacki
34
Paweł Korejwo Jaworzno
24
Jarosław Kempa Tokarzew 22
Krzysztof Kraska Przemyśl 19
Tomasz Sapletta Donimierz 18
Mariusz Nowak Gacki 15
Marcin Piotrowski Białystok 15
PiotrWójtowicz Wólka Bodzechowska 15
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. 13
Jakub Mielczarek Mała Wola 10
Bartosz Niżnik Puławy 9
Arkadiusz Antoniak Krasnystaw 8
Roland Belka Złotów 8
Maciej Ciechowski Gdynia 8
Barbara Jaśkowska Gdańsk 8
Michał Kobierzycki Grójec 8
Czesław Szutowicz Włocławek 8
Rafał Wiśniewski Brodnica 8
Paweł Niedźwiedzki Wiechlice 7
Krzysztof Nytko Tarnów 7
Tomasz Gacoń i Paweł Kuchta 6
Marek Grzeszyk Stargard Szcz. 6
Grzegorz Kaczmarek Opole 6
Marcin Przybyła Siemianowice 6
32
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
sygnalizator bez dodatkowej ba−
terii. Sygnalizowałby on nie tyl−
ko powrót napięcia, ale także je−
go zanik. Po zaniku napięcia do
zasilania brzęczyka można użyć
naładowanego kondensatora du−
żej pojemności.
Na razie nie będę projektował
takiego układu − zachęcam nato−
miast uczestników Szkoły, by
w ramach zajęć dodatkowych, po przeanalizo−
waniu zamieszczonych wcześniej przykładów,
spróbowali zaprojektować takie urządzenie.
Taki projekt z przyjemnością opublikuję
w dziale Elektronika−2000. Mógłby to być
mały układzik umieszczony w obudowie zasi−
lacza wtyczkowego, albo małe pudełeczko
współpracujące z jakimkolwiek fabrycznym
zasilaczem. Urządzenie nie powinno mieć
żadnych wyłączników, co najwyżej przycisk
RESET. Powinno być cały czas podłączone do
sieci. Nietrudno zgodzić się z opinią kilku ko−
legów, że jeśli podczas wieczornej awarii do−
mownicy pozostawiają nie wyłączone lampy
i grzejniki, to zapomną także wetknąć do gnia−
zda sygnalizator, o ile go w ogóle po ciemku
znajdą gdzieś na dnie zagraconej szuflady.
Na taki układ czekam do końca lutego. Do
publikacji nie trafi natomiast żaden z omawia−
nych właśnie projektów z niniejszego zadania,
ponieważ albo zawierają baterię (akumulato−
ry), albo wyłączniki, albo obarczone są jaki−
miś istotnymi wadami konstrukcyjnymi.
Uwagi końcowe
O rozdziale nagród poinformowałem wcze−
śniej. Zauważyliście, że najwyżej oceniłem
prace tych kolegów, którzy przeprowadzili
liczne eksperymenty. Nie wymieniłem imien−
nie i nie przyznałem żadnych punktów kilku
osobom, które nadesłały tylko schematy, do te−
go obarczone, ewidentnymi szkolnymi błęda−
mi. Ogólnie biorąc, bardzo cieszę się z faktu,
że bardzo wielu z was traktuje Szkołę jako spo−
sobność do zdobycia rzetelnego doświadcze−
nia, a nie zobaczenia swego nazwiska “w naj−
lepszym miesięczniku elektronicznym” czy
zdobycia nagród (które póki co, wcale nie są
specjalnie atrakcyjne, ale to się za jakiś czas
zmieni). Nabyte doświadczenie pomoże zaro−
bić na chleb − jestem bowiem przekonany, że
znaczna część uczestników Szkoły wykorzysta
swe umiejętności także w pracy zawodowej.
Czołówkę uczestników, którzy po tym zadaniu
mają najwięcej punktów, znajdziecie w tabeli.
Punktacja uwzględnia oryginalność pomysłu,
możliwość i celowość praktycznej realizacji,
jak również wiek i możliwości autora.
Dodałem 6 punktów Krzysztofowi Nowa−
kowskiemu z Bolkowa. Niestety, jego roz−
wiązanie zadania 41 zjawiło się w Redakcji
zbyt późno. Zaproponowany wykrywacz
przewodów w ścianie jest jednak na tyle cie−
kawy, że na rysunku 15 zamieszczam sche−
mat ideowy układu “nadajnika”.
Rezonator pochodzi z pilota wideo, dodat−
kowy transformator ma rdzeń ferrytowy.
Nadajnik ten można zobaczyć na fotografii
17. Odbiornikiem jest dowolny fabryczny ra−
dioodbiornik z zakresem fal średnich.
Cztery punkty otrzymuje również Paweł
Korejwo, którego wykrywacz nie wiadomo
dlaczego trafił do moich rąk dopiero z
rozwiązaniami bieżącego zadania. Model
Pawła można zobaczyć na fotografii 18.
Pozdrawiam wszystkich uczestników
i sympatyków Szkoły. Serdecznie zachęcam
do próbowania sił w kolejnych zadaniach.
Wasz Instruktor
Piotr Górecki
Rys. 15 Nadajnik Krzysztofa Nowa−
kowskiego
Fot. 18. Wykrywacz przewodów Pawła
Korejwy
Fot. 17 Wykrywacz przewodów Krzy−
sztofa Nowakowskiego
Rozwiązanie zadania nr 42
W EdW 8/99 zamieszczony był fragment układu poka−
zany na rysunku A. Większość spośród kilkudziesięciu
uczestników konkursu, zarówno młodych jak i star−
szych, prawidłowo określiła, na czym polega błąd. Błąd
polega na zwarciu ze sobą wyjść dwóch niezależnie
pracujących bramek. Tym razem wśród nadesłanych
odpowiedzi stosunkowo dużo było nietrafnych (około
40%). Niektóre przydadzą się w następnych edycjach
“Co tu nie gra?”. Wśród tych nietrafnych tylko drobna
część była ewidentnie błędna − zazwyczaj prawidłowo
określono błąd, jednak proponowana poprawka okaza−
ła się niewiele lepsza.
Opisywany przykład jasno pokazuje, że nawet
w przypadku stosunkowo prostych układów w grę
wchodzi wiele czynników, z których dobry konstruktor
powinien sobie zdawać sprawę. Tymczasem nadesłane
prace świadczą, że spora grupa osób wychwyciła tylko
podstawowy, podręcznikowy błąd: zwarcie dwóch
wyjść. A sprawa jest trochę bardziej złożona. Celowo
nieco zmodyfikowałem układ i celowo nie podałem
ani typu tranzystora, ani oporności i mocy głośnika.
Przypuśćmy, że nierozważny kandydat na konstrukto−
ra ma zamiar zastosować w układzie sygnalizatora nie−
wielki głośniczek o mocy 0,5W i oporności 8
Ω
. Ze
wzoru P=I
2
R można obliczyć maksymalny prąd tego
głośnika. Nie powinien on przekraczać 0,25A, bo gło−
śnik zostanie przeciążony, a nawet może się uszkodzić.
Gdyby tranzystor w pełni się otworzył, na głośniku po−
jawiłoby się napięcie 12V, czyli popłynąłby przezeń
prąd równy (12V/8
Ω
)... tak, tak, aż 1,5A!
Coś tu rzeczywiście nie gra! Albo trzeba zastoso−
wać głośnik o mocy 20W, albo dać w szereg z głośni−
kiem rezystor ograniczający prąd do wyliczonych
0,25A, albo wykorzystać głośnik o znacznie większej
oporności. Moc i oporność głośnika to jedna sprawa.
Teraz tranzystor. Jeśli w układzie zastosowany był−
by wspomniany głośniczek 8
Ω
0,5W z szeregowym re−
zystorem ograniczającym, tak czy inaczej, przez tran−
zystor popłynie w szczycie prąd 0,25A. Na pewno nie
będzie to BC548, mający dopuszczalny prąd kolektora
równy 100mA. Trzeba zastosować tranzystor większej
mocy, a taki najprawdopodobniej będzie miał niezbyt
duże wzmocnienie. Tak samo przy zastosowaniu gło−
śnika o dużej mocy (np. 20W 8
Ω
). Przyjmijmy ostroż−
nie, że wzmocnienie tranzystora nie będzie mniejsze
niż 50. Z grubsza biorąc, prąd bazy wynosiłby wtedy
odpowiednio 5mA i ponad 20mA.
A teraz dwie bramki współpracujące z tranzystorem
(z rysunku A). Gdyby wyjścia tych bramek nie były do
niczego połączone, w każdej chwili na wyjściu jednej
z nich byłby stan wysoki, a wyjściu drugiej pojawiłby
się przebieg prostokątny. Ponieważ jednak wyjścia są
ze sobą zwarte, w punkcie ich połączenia pojawi się...
Teoretycznie powinien pojawić się przebieg z ry−
sunku B, ponieważ (jednakowe) rezystancje wyjścio−
we bramek utworzą dzielnik. W rzeczywistości po−
ziom napięcia będzie obniżony ze względu na dodat−
kowe obciążenie prądem bazy tranzystora (5mA lub
20mA, zależnie od głośnika).
W każdym razie przez głośnik zupełnie niepotrzeb−
nie cały czas będzie płynął prąd. Błąd polega więc nie
tylko na zwarciu wyjść bramek. Trzeba zastosować ta−
ki układ, w którym tranzystor na przemian byłby otwie−
rany i zamykany, a nie stale otwarty, gdzie część prądu
niepotrzebnie się marnuje.
Spora grupa uczestników zaproponowała prawidło−
wy układ z rysunku C. Rezystancja wyjściowa bramki
(przy zasilaniu 12V rzędu 100...300 omów) zmniejszy
nieco napięcie na głośniku, ale nie ma to żadnego zna−
czenia. Można też dołączyć emiter tranzystora do masy,
a głośnik umieścić w obwodzie kolektora. Wtedy w ob−
wodzie bazy trzeba dodać
rezystor ograniczający prąd.
Co prawda brak takiego re−
zystora nie powinien spo−
wodować uszkodzenia ukła−
du CMOS, jednak przy zasi−
laniu 12V należy unikać
pracy wyjścia w stanie
zwarcia.
Inna liczna grupa osób zaproponowała oszczędniej−
szy sposób z dwiema diodami według rysunku D. Rezy−
stor ogranicza prąd bazy
do niezbędnego mini−
mum. Układ ten można
jeszcze uprościć, zwiera−
jąc rezystor i dając rezy−
story zamiast diod − nikt
nie nadesłał takiej propo−
zycji.
Szczegóły w nadesłanych rozwiązaniach były róż−
ne, jednak główne zasady były takie, jak na rysunkach
C i D. W tej grupie uczestników na wyróżnienie zasłu−
gują Krzysztof Stąpór z Lubina, Jacek Wywrót z Dłu−
giego Rozborza, Stanisław Mielczarek z Białegostoku
i Jarosław Markiewicz z Zielonej Góry. W ich pracach
znalazłem najpełniejsze omówienie problemu.
Pojawiło się też kilka innych, orygi−
nalnych pomysłów. Koledzy Rafał Bara−
nowski z Gliwic, Michał Stach z Ka−
mionki Małej, Jacek Konieczny z Pozna−
nia, Grzegorz Kaczmarek z Opola
i Bogdan Karaś z Nowej Huty zapropo−
nowali wykorzystanie zamiast dwóch
zwykłych bramek NAND innych elemen−
tów: bramek z otwartym kolektorem (dre−
nem), np. 40107, kluczy analogowych
4066, tranzystorów i bramek z wyjściem
trójstanowym.
Szczerze gratuluję wszystkim Kole−
gom wymienionym imiennie. Wśród
nich rozlosowałem cztery drobne upominki.
Tyle o prawidłowych rozwiązaniach.
Rysunek E pokazuje sposób ewidentnie błędny −
ponieważ na wyjściu jednej z bramek jest stan wysoki,
tranzystor będzie stale otwarty i prąd będzie się marno−
wał. W głośniku pojawi się sygnał (związane to jest
z rezystancją wyjściową bramek i prądem bazy tranzy−
stora), jednak jego poziom będzie o wiele mniejszy niż
w układzie z rysunku A. Błędne są też wszelkie układy
z rezystorami zamiast diod
i tranzystorem NPN − tran−
zystor NPN nie będzie się
nigdy zatykał.
Na pierwszy rzut oka
powinien działać układ z ry−
sunku F, zaproponowany
przez sporą grupkę osób.
Niestety, jak wskazałem na
początku, prąd bazy tranzystora musi być znaczny. Spa−
dek napięcia na rezystancji wyjściowej bramek spowo−
duje, że tranzystor nigdy nie będzie zatykany. Niewiele
pomoże zastosowanie diod Schottky’ego. Niemniej jed−
nak znów na głośniku pojawi się niewielki sygnał, nało−
żony na dużą składową stałą.
Układ z rysunku F można
znacznie poprawić, umie−
szczając głośnik nie w kolekto−
rze, tylko w emiterze.
Kilka dalszych osób roz−
poznało problem i zapropono−
wało gruntowne przeróbki ca−
łego układu, łącznie z genera−
torami. Większość z tych propozycji była prawidłowa,
jednak i w tym wypadku pożądana byłaby jak najmniej−
sza ingerencja w wykonany układ.
Nagrody za udział w rozwiązaniu tego zadania wy−
losowali: Bogdan Karaś, Jarosław Markiewicz, Ra−
fał Baranowski i Stanisław Mielczarek.
Zadanie nr 46
Na rysunku G pokazano fragment układu nade−
słanego jako rozwiązanie głównego zadania 42 ze
Szkoły, przez tego samego uczestnika, który “popeł−
nił” schemat omawiany powyżej. Ma to być układ sy−
gnalizujący pojawienie się napięcia sieci po przerwie
w dostawie energii. Oto fragment oryginalnego listu
wyjaśniający zasadę działania: Kiedy przyjdzie napię−
cie w sieci, zaczną się ładować kondensatory C2 i C3
przez R1 i R2. Kondensator C2 powinien mieć stałą
ładowania 5 minut, natomiast C3 15 minut. (...) Po
naładowaniu się C2, bramka U1A zmieni swój stan
na niski, przez co wyzwolony zostanie generator
U1D na czas wyznaczony przez C9 i R8. Tych elemen−
tów można nie stosować, a kondensator C9 zastąpić
zworą. Po upływie 15 minut zmieni się także stan
bramki U1B, który podtrzyma pracę generatora.
Kondensator C2 powinien się szybko rozładować
przez R3 po zaniku napięcia sieci (niech będzie to np.
5 sekund). Natomiast stała rozładowania C3 przez R4
powinna wynosić ok. 3 minut. Tak by były ignorowa−
ne krótkie zaniki napięcia sieci jeżeli, napięcie będzie
obecne przez 15 minut.
Pytanie konkursowe brzmi:
Jaki jest główny błąd w rozumowaniu autora?
Tym razem odpowiedź może zawierać się
w jednym, troszkę dłuższym zdaniu. Usterek w pro−
ponowanym układzie jest kilka, jednak wystarczy
podać jedną, którą uznacie za najważniejszą. Praw−
dopodobnie zechcecie ją opisać w kilku zdaniach.
Jeśli ktoś chce, może przeanalizować kilka usterek,
jednak nie zwiększy to szansy na nagrodę.
Termin nadsyłania odpowiedzi upływa 15 stycznia
2000.
Na kartkach i kopertach piszcie proszę Nie gra 46.
Ułatwi mi to znacznie segregację “szkolnych” prac.
Dziękuję!
33
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. B
Rys. D
Rys. E
Rys. F
Rys. G
Rys. C
Rys. A