1999 04 Szkoła konstruktorów

ołła

a K

ró

ów

ozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny
i zwięzły opis działania. Model i schematy montażowe nie są wy−
magane. Przysłanie działającego modelu lub jego fotografii zwięk−
sza szansę na nagrodę.

Ponieważ rozwiązania nadsyłają czytelnicy o różnym stopniu zaawansowa−
nia, mile widziane jest podanie swego wieku.
Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powinny być
umieszczone na oddzielnych kartkach, również opatrzonych nazwiskiem
i pełnym adresem.
P

Prra

e n

alle

eżży

y n

yłła

ać

ć w

w tte

errm

miin

niie

e 4

5 d

nii o

d u

azza

niia

a s

siię

ę n

erru

u E

W ((w

w p

prrzzy

y−

u p

prre

erra

atto

orró

ów

w –

– o

d o

ottrrzzy

niia

a p

piis

a p

czzttą

ą))..

Zadanie 38

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

W EdW 3/99 w rubryce Poczta poinfor−

mowano, że są osoby, chcące wykonać we
własnym zakresie prędkościomierz do
roweru. Choć zdecydowana większość zde−
cydowałaby się na zakup gotowego wielo−
funkcyjnego

komputerka

rowerowego,

temat niewątpliwie jest ciekawy. Pomóżcie
rozwiązać problem. Jaki układ wykonać? Jaki
dać wyświetlacz? Jak mierzyć prędkość?
Czym to zasilać? Czy układ nie powinien być
w prosty sposób odłączany ze względu na
ryzyko kradzieży? Może wykorzystać jakieś
gotowe bloki? A może uważacie, że budowa
takiego prędkościomierza w ogóle nie ma
sensu? Podzielcie się swoimi opiniami.

A oto oficjalny temat zadania 38:

prro

ojje

ktto

ać

ć u

kłła

d p

prrę

ęd

oś

śc

ciio

miie

errzza

a d

rro

erru

u..

W podstawowej wersji chodzi tylko o

prędkościomierz. Może to być układ
cyfrowy, ale może być analogowy (nawet
wskazówkowy).

Kto

chciałby

wzbogacić

funkcje

urządzenia, może go wyposażyć w licznik
przejechanych

kilometrów

czy

inne

“wodotryski”, takie jak stoper lub licznik
przebiegów dziennych. Ale nie namawiam
do takiej rozbudowy. Miałaby ona sens tylko
w przypadku zastosowania mikroprocesora,
bowiem wtedy wszelkie wymyślne funkcje
można bez większych nakładów zrealizować
programowo.

Oczekuję raczej prostszych rozwiązań,

nawet bardzo prostych, możliwych do prak−
tycznej realizacji przez średnio zaawan−
sowanego amatora. Nie ukrywam, że mile

widziane będą modele. Jeśliby przy testowa−
niu modelu okazało się, że układ z jakichś
powodów nie spełnia oczekiwań, to tym
bardziej proszę o wiadomość. I to nawet
wtedy, gdy próby zakończyły się totalnym
fiaskiem. Właśnie takie próby (częstokroć
nieudane) są najbardziej cenne, a ich wyko−
nawcy powinni być uhonorowani. Od dawna
podkreślam, że konstruktorem nie można
zostać po naładowaniu sobie głowy
książkowymi

informacjami

–

trzeba

przeprowadzać eksperymenty, badania i
pomiary.

Czekam

więc

zarówno

rozwiązania układowe na kartkach, jak i na
modele oraz opisy prób.

Przysyłajcie też propozycje następnych

zadań do Szkoły.

Zadanie z grudniowego numeru EdW było

następujące: Z

ać

ć w

płły

w tte

erra

attu

urry

y n

rró

óżżn

e e

elle

ntty

y e

elle

kttrro

niic

czzn

Choć zadanie nie było trudne, wymagało

sporo uwagi, staranności i czasu. Tym razem
otrzymałem dużo rozwiązań, z czego kilka od
osób, które po raz pierwszy wzięły udział

w Szkole. Bardzo się cieszę, że wielu uczest−
ników zrozumiało praktyczny sens takich
żmudnych badań. Doceniam trud włożony
w przetestowanie kilkudziesięciu czy nawet
ponad stu (!) elementów w kilku różnych
temperaturach. Wymagało to przeprowadze−
nia nawet kilkuset pomiarów. Jeden z ucze−

stników, M

ciie

ejj C

Ciie

kii z Gdyni napisał

między innymi: Zadanie numer 30 (testy ba−
terii) bardzo pomogło mi w zdobyciu cennych
informacji odnośnie pojemności, żywotności
oraz wydajności poszczególnych ogniw. Dla−
tego postanowiłem dokładnie zbadać wpływ
temperatury na elementy elektroniczne

Rozwiązanie zadania 34

ołła

a K

ró

ów

(wiem, że to bardzo ważny temat, a wyniki
mogą być zaskakujące). (...) Muszę dodać, że
aby ustalić temperaturę na odpowiednim po−
ziomie i ją utrzymać, potrzebne jest trochę
czasu. Pomiary zabrały mi prawie 3 dni, ale
nie był to czas stracony! (...)

Na koniec muszę przyznać, że uzyskane

wyniki są zaskakujące. Tego rodzaju danych
nie znajdzie się w książce (przynajmniej ja
nie znalazłem). Trudno to obliczyć na podsta−
wie wzorów. Uważam, że zadanie 34 powin−
no rozpocząć cały cykl zadań dotyczących
pomiarów układów i elementów, ponieważ
często projektuje się urządzenia pracujące
w warunkach zimowych.

arriiu

szz K

ullll z Zabrza napisał: Temat tego

zadania jest bardzo praktyczny, choć przepro−
wadzone pomiary zajęły mi sporo czasu
(głównie związane to było z oczekiwaniem
na ustalenie się temperatury mierzonych ele−
mentów).W sumie na zbadanie elementów
elektronicznych spożytkowałem cały dzień
(od rana do późnego popołudnia z małymi
przerwami), ale nie żałuje tego, gdyż już
wcześniej chciałem przeprowadzić tego typu
pomiary, ale dopiero zadanie 34 zmobilizo−
wało mnie do tego. (...)

ełł B

ajju

urrk

o z Warszawy rozpoczął list

następująco: Zadania ze Szkoły Konstrukto−
rów rozwiązuję raczej wybiórczo, a związane
jest to z ograniczoną ilością czasu. W tym ro−
ku (szkolnym) piszę maturę, więc nie mogę
pozwolić sobie na tak rozrzutne gospodaro−
wanie czwartym wymiarem. Jednak temat
związany z temperaturą skusił mnie, żeby po−
święcić dwa dni na jego skromne opracowa−
nie. Po przeczytaniu rozwiązania zadania 30
żałowałem, że nie zdecydowałem się prze−
słać czegoś do Redakcji; szkoda, że tak cie−
kawe zagadnienie spotkało się z bardzo ma−
łym odzewem. Wyobrażam sobie, że tym ra−
zem więcej osób zainteresuje się tematem.
A jeśli tak ma być, to powstaje problem: co
badać, żeby nie powielać rozwiązań innych
uczestników Szkoły. W końcu zdecydowa−
łem się na dwa zagadnienia: wpływ tempera−
tury na próg przełączania przerzutnika
Schmitta w bramce NOT (CMOS 40106)
i wpływ temperatury na charakterystykę
przejściową tranzystora polowego z izolowa−
ną bramką (BUZ 11). Nie są to być może pa−
rametry o zasadniczym znaczeniu, ale myślę,
że w połączeniu z opracowaniami innych ko−
leżanek i kolegów dadzą pewien komplekso−
wy zbiór informacji na temat wpływu tempe−
ratury. Poza tym podane przeze mnie infor−
macje dostarczają też innych ważnych da−
nych, dotyczących nie tylko temperatury.

Podobnie jak wspomniani koledzy, ja także

jestem przekonany, że czas poświęcony na
to zadanie nie był czasem straconym. Wyo−
brażam sobie, ile pracy i czasu kosztuje do−
kładne przetestowanie ponad stu elemen−
tów, jednak uzyskane wnioski są naprawdę
cenne. Niektórzy koledzy przysłali obszerne
tabele ze szczegółowymi wynikami przy
temperaturach od −20°C do +300°C. Inni
ograniczyli się do zakresu 0...+50°C. Takie ta−
bele po odpowiednim opracowaniu mogłyby
być podstawą znakomitej pracy dyplomowej
(warto rozważyć taką ewentualność).

Najbardziej cieszą mnie prace kolegów,

którym zadanie 34, jak piszą, otworzyło oczy
na bardzo ważny problem stabilności ter−

micznej. Nasze czasopismo prezentuje głów−
nie proste układy dla hobbystów. Urządzenia
te zazwyczaj budowane są z powszechnie
dostępnych, tanich elementów. Jednak na−
wet w takiej sytuacji nie można tracić z oczu
zagadnienia stabilności cieplnej. Tymczasem
znaczna część projektów nadsyłanych do Fo−
rum Czytelników czy do działu E−2000 ma
w tym zakresie poważne braki. Choćby z te−
go względu zadanie 34 nie będzie ostatnim
tego typu. Prawdziwy konstruktor musi po−
znać “od podszewki” ten i wiele podobnych
problemów. Bez tego nie można uważać się
za konstruktora.

W tym miejscu chciałbym szczególnie po−

chwalić tych wszystkich, którzy nie ograni−
czyli się tylko do sporządzenia tabel, ale tak−
że wyrazili zmierzone odchyłki w procentach
lub “pi−pi−emach” (1ppm=10

−6

), obliczyli sta−

bilność temperaturową (%/°C lub ppm/°C)
i przeanalizowali tak uzyskane wyniki. Bra−
wo!

Z drugiej strony kilka prac zawierało tylko

tabele ze zmierzonymi wartościami rezystan−
cji, pojemności i napięcia. Doceniam wysi−
łek, ale trochę brakowało mi wniosków –
mam nadzieję, że autorzy we własnym za−
kresie przeanalizowali wyniki i takowe wnio−
ski wyciągnęli. Szkoda byłoby bowiem za−
przepaścić tyle pracy. Analizując i porównu−
jąc nadesłane tabele mam także nieodparte
przekonanie, że kilku kolegów zbyt krótko
grzało bądź chłodziło badane elementy. Ich
wyniki są zbyt optymistyczne. Wygląda na
to, że temperatura wewnątrz elementu nie
zdążyła się ustalić. W rezultacie zmierzone
odchyłki w skrajnych temperaturach (−20°C,
+80°C) zbyt mało różnią się od wartości
zmierzonych w temperaturze pokojowej. Do−
tyczy to przede wszystkim kondensatorów,
zwłaszcza elektrolitycznych. Sam kiedyś
przeprowadzałem podobne pomiary, poza
tym prace innych kolegów wskazują, jakiego
rzędu powinny to być odchyłki.

Przy okazji jeszcze sprawa. Kilka prac za−

wierało obszerne tabele z wynikami pomia−
rów przy wartościach temperatury od
–20...+300°C lub 0...300°C co 10°C. Materiał
bardzo obszerny, ale na ile przydatny w prak−
tyce? Jak wspomniałem, mógłby być śmiało
podstawą pracy dyplomowej. Na jego pod−
stawie można wykazać, że zmiany parame−
trów pod wpływem temperatury wcale nie
muszą być liniowe. Natomiast do naszych
celów praktycznych nie są konieczne dokład−
ne pomiary co 10°C.

Spójrzmy na problem od strony praktycz−

nej: Nowy element jest wlutowany w płytkę,
a potem w czasie pracy jego temperatura na
pewno będzie się zmieniać. Niektóre urzą−
dzenia muszą pracować zimą przy tempera−
turach do −20°C. Przypuszczalna górna tem−
peratura otoczenia to około +30°C. Jednak
we wnętrzu obudowy temperatura może być
znacznie wyższa, do +60...+70°C. Mało tego
– jeśli element, na przykład rezystor, będzie
pracował z maksymalną dopuszczalną mocą
strat, to temperatura warstwy czynnej wy−
niesie, zależnie od typu +150...+350°C.
O tym nie można zapomnieć! Dlatego zachę−
cam nie tylko do pracy, ale także do wcze−
śniejszego zastanowienia się co mierzyć, by
pomiary miały związek z rzeczywistością.

W przeciwnym razie “cała para pójdzie
w gwizdek”.

Praktyczne pomiary mogłyby więc wyglą−

dać następująco. Najpierw pomiar nowych
elementów w temperaturze pokojowej. Po−
tem szok termiczny symulujący wlutowanie
elementów w płytkę (a może naprawdę je
wlutować np. w płytkę uniwersalną?). W za−
sadzie pomiar w czasie lutowania nie jest po−
trzebny, bo elementy nie będą pracować
w takich warunkach. Po szoku termicznym
i ostygnięciu do temperatury pokojowej (co
trochę potrwa) elementy znów należałoby
zmierzyć. Parametry najczęściej będą nieco
inne – zwłaszcza dotyczy to rezystorów.

Potem ewentualnie umieszczenie na dłuż−

szy czas w zamrażalniku i pomiary. Dokładna
wartość temperatury (−10 czy –20°C) nie mu−
si być znana – chodzi o przybliżoną odchyłkę
w temperaturach ujemnych. Na koniec grza−
nie suszarką do włosów. Można wszystkie
elementy wraz z termometrem owinąć tkani−
ną i grzać całość kontrolując temperaturę, al−
bo po prostu grzać jeden element i na bieżą−
co obserwować zmiany jego parametrów.

Takie pomiary można nazwać warsztato−

wymi, w odróżnieniu od bardziej szczegóło−
wych – laboratoryjnych.

I właśnie podobne pomiary wykonała

większość uczestników. A teraz szczegóły
z Waszych prac.

Rezystory

Mierzyliście zarówno rezystory precyzyjne

o tolerancji 1% jak i popularne o tolerancji
5%. Jeśli chodzi o precyzyjne, to wyniki
wszystkich testów są takie same: można
przyjąć, że po lutowaniu (szoku termicznym)
rezystor o tolerancji 1% wróci do swej po−
przedniej wartości z dokładnością nie gorszą
niż 0,1...0,2%. Późniejsze zmiany temperatu−
ry w zakresie –20...+70°C nie zmienią rezy−
stancji więcej niż o ±1% wartości początkowej.

W przypadku rezystorów o tolerancji 5%

nadesłane wyniki nie były jednoznaczne. Nie
dziwię się temu. Zawodowy konstruktor się−
ga do katalogu i zamawia rezystory o dokła−
dnie określonych właściwościach. Hobbysta
kupuje na giełdzie lub w sklepie rezystory
nieznanego pochodzenia. Nie wie nawet, czy
są to rezystory węglowe, czy metalizowane.
Nie sposób ich odróżnić “na oko”. Rezystory
węglowe o dużej rezystancji mają zdecydo−
wanie gorszą stabilność termiczną od metali−
zowanych o tej samej tolerancji 5%. Przy po−
miarach natknęliście się na jedne i drugie.
Właśnie dlatego wyniki poszczególnych kole−
gów tak bardzo się różnią. Przykładowo M

a−

tte

szz M

Miis

siio

orrn

y z Suchego Lasu pisze: Wszy−

stkie rezystory miały tolerancję 5%. Przeba−
dałem po dwie sztuki rezystorów 100k

Ω

i 10M

Ω

, gdyż zdziwiła mnie ich stabilność

w porównaniu z innymi nominałami. Na przy−
kład rezystor 10k

Ω

przy podwyższeniu tem−

peratury do 50°C zmienił rezystancję o ok.
0,9% (czyli ma stabilność ok. 300ppm/°C),
a

10M

Ω

jedynie o

około 0,1% (ok.

33ppm/°C). Ma ponad 9 razy większą stabil−
ność. Stąd moje podwójne pomiary, żeby
upewnić się, czy tak jest w rzeczywistości,
czy jest to jakiś błąd pomiarowy.

arriiu

szz K

ullll uzyskał pokazane w tabeli

wyniki:

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

ołła

a K

ró

ów

Piio

ottrr W

Wiillk

k z Suchedniowa trafił na egzem−

plarze o następującej stabilności, a raczej
niestabilności:

100

Ω

: 33ppm/°C

Ω

: 910ppm/°C

5,1M

Ω

:2100ppm/°C

10M

Ω

: 2240ppm/°C

Natomiast M

arrc

ciin

n W

Wiią

ązza

niia

a z Gacek napi−

sał: Najmniejszy współczynnik temperaturo−
wy mają rezystory o mniejszych nominałach.
W przypadku rezystora 10M

Ω

przy tempera−

turze 50°C jego wartość zmieniła się o 10%.
Także po szoku termicznym najbardziej zmie−
niły się wartości rezystorów o większych no−
minałach. (...) Można z tego wyciągnąć wnio−
sek, że rezystory, nawet dobrane z dużą do−
kładnością, po wlutowaniu zmienią znacznie
swą wartość.

Podany wniosek jest słuszny, a w przypad−

ku najtańszych rezystorów węglowych kon−
sekwencje są naprawdę poważne (wspo−
mniany rezystor 10M

Ω

po szoku termicznym

zwiększył rezystancje o prawie 20%).

Podobne wyniki uzyskał M

arrc

ciin

n P

Piio

ottrro

kii

z Białegostoku. Zmiana rezystancji w tempe−
raturze +80°C dla rezystorów R<100k

Ω

nie

przekraczała 3%, a dla rezystorów R>1M

Ω

przekraczała 5%, dochodząc do 11% dla
R=10M

Ω

Nieprzypadkowo uczulałem Was na rezy−

story o wysokich nominałach. Jeśli będą to
rezystory węglowe, stabilność cieplna bę−
dzie bardzo kiepska – rezystory takie w żad−
nym wypadku nie nadają się do precyzyjnych
dzielników, generatorów, itd. R

affa

ałł W

Wiiś

śn

niie

w−

kii z Brodnicy tak podsumował swe badania:

Skupiłem się wyłącznie na rezystorach i po−
tencjometrach montażowych, ponieważ są
to elementy używane w każdym urządzeniu.
(...) W niektórych wypadkach byłem zaszoko−
wany: z jednej strony dokładnością rezysto−
rów precyzyjnych, z drugiej rezystorów wę−
glowych o dużej rezystancji. Byłem bardzo
zdziwiony, że ich opory tak odbiegają od nor−
my. (...) w niektórych wypadkach myślałem
dosłownie, że to miernik zaczął szaleć.

Jak jednak odróżnić rezystor węglowy od

metalizowanego o tej samej rezystancji i to−
lerancji (5%)?

Nie trzeba odróżniać! W praktyce wystar−

czy do rezystora dołączyć omomierz, zaapli−
kować szok termiczny i przekonać się, jakie
właściwości ma dany egzemplarz. To prosty
i wystarczająco skuteczny sposób – pole−
cam.

Jeśli ktoś nie chce mierzyć, powinien być

przygotowany na najgorszy przypadek. To
znaczy powinien przyjąć, że popularne rezy−
story o tolerancji 5% mogą się “rozjeżdżać”
pod wpływem temperatury nawet o 3...5%,
a po lutowaniu wartość rezystancji może
zmienić się o kilka procent (kilkanaście
w

przypadku

rezystorów

węglowych

R>1M

Ω

). To wcale nie znaczy, że tak będzie

zawsze. Mówimy o najgorszym przypadku.
Wasze pomiary wykazują, że zazwyczaj war−
tość rezystancji po szoku termicznym zmie−
nia się mniej niż o 1%.

Ogólnie biorąc, metalizowane rezystory

o tolerancji 1% mają współczynnik cieplny
mniejszy niż 100ppm/°C, większość popular−
nych rezystorów 5−procentowych ma stabil−
ność 200...500ppm/°C, natomiast rezystory
węglowe o rezystancji powyżej 1M

Ω

mogą

mieć współczynnik powyżej 2000ppm/°C.
W każdym razie budując precyzyjny układ po−
miarowy (termometr, miernik poziomu) nie
wolno pomijać problemu stabilności cieplnej
rezystorów. Wielu z Was podkreślało kolosal−
ną różnicę między rezystorami o tolerancji
1%, a zwykłymi, 5−procentowymi. Kilku kole−
gów słusznie doszło do wniosku, że do pre−
cyzyjnych układów korzystnie jest stosować
rezystory o większej mocy. Tak! I to z kilku
względów.

Potencjometry

Nietrudno się domyślić, że generalnie po−

tencjometry mają mniejszą stabilność niż re−
zystory. W przypadku potencjometru do re−
gulacji siły głosu zmiany rezystancji o 10%
nie mają żadnego znaczenia. Nie ma żadnego
problemu przy połączeniu potencjometrycz−
nym według rry

u 1

a, gdzie istotne jest

tylko zachowanie stosunku napięć, bowiem
jednakowe procentowo zmiany wartości R

i R

nie mają wpływu na napięcie wyjściowe.

Znacznie gorzej, gdy niestabilny potencjo−
metr współpracuje z rezystorem według
rry

u 1

b. W tym przypadku współczynnik

termiczny potencjometru ma duży wpływ na
napięcie wyjściowe.

Duże, obrotowe potencjometry węglowe

mają

bardzo

słabą

stabilność

(do

1000ppm/°C), jednak ze względu na ich prze−
znaczenie, nie ma to większego znaczenia
praktycznego.

Spora liczba uczestników zbadała poten−

cjometry, zwłaszcza montażowe (PR−ki) i wy−
niki okazały się bardzo interesujące.

Sprawdziliście, iż zgodnie z danymi katalo−

gowymi, współczynnik cieplny potencjome−
trów montażowych typu helitrim nie przekra−

cza 100ppm/°C, czyli jest lepszy niż w zwy−
kłych 5−procentowych rezystorach. Nie ulega
najmniejszej wątpliwości, że w precyzyjnych
układach należy stosować tylko takie poten−
cjometry nie zważając, że są znacznie droż−
sze od innych.

Zdecydowanie gorzej jest z najtańszymi

PR−kami węglowymi. Są to oczywiście naj−
zwyczajniejsze rezystory węglowe, na doda−
tek narażone na wpływy atmosferyczne.
Choć niektórym kolegom wyniki wyszły nad−
spodziewanie dobre, inni przekonali się, że
takie potencjometry potrafią “rozjechać się”
przy zmianie temperatury o kilka, a nawet kil−
kanaście procent. Takie dobre wyniki dotyczą
prawdopodobnie miniaturowych, zamknię−
tych potencjometrów cermetowych, które
zostały błędnie zakwalifikowane jako węglo−
we. Popularne PR−ki węglowe (nawet te z za−
krytą ścieżką) na pewno nie są stabilne.
R

affa

ałł W

Wiiś

śn

niie

kii n

piis

ałł: ... większość

z nich ma spore odchyłki rezystancji, szcze−
gólnie potencjometry o nominałach powyżej
1M

Ω

. (...) potencjometry te nie mogą być

używane tam, gdzie potrzebna jest duża do−
kładność, np. w obwodach napięcia odnie−
sienia. (...) W miarę możliwości należy unikać
stosowania w swych układach potencjome−
trów lub stosować ich jak najmniej.

Piio

ottrr W

Wiillk

k napisał: Po obliczeniu stabilno−

ści PR−ków okazało się, że jest gorsza niż
1000ppm/°C (do 2600ppm/°C). Zastosowanie
tego typu elementów na pewno wpłynie na
dokładność konstruowanych przyrządów.
Chcąc się przekonać, jakie elementy zasto−
sowano w moim multimetrze zdjąłem obu−
dowę i dostałem się do środka. Zastosowa−
no tam inny PR−ek niż zbadałem. Przede
wszystkim nie miał odsłoniętej ścieżki wę−
glowej. Mimo to w instrukcji przyrządu wi−
dnieje napis “Gwarantowana klasa dokładno−
ści: 23°C ±5°C”.

arriiu

szz K

ullll wśród zbadanych PR−ków,

w większości o przyzwoitej stabilności
100...300ppm/C, trafił na jeden o współczyn−
niku cieplnym równym 6800ppm/°C!

Więcej komentarzy chyba nie potrzeba.

Kondensatory

Tu Wasze wyniki dokładnie odzwierciedla−

ją dane katalogowe. M

arrc

ciin

n W

Wiią

ązza

niia

a napi−

sał: (...) Najmniejszy współczynnik tempera−
turowy mają kondensatory ceramiczne małej
pojemności. W przypadku kondensatora ce−
ramicznego 100nF, jego wartość przy wzro−
ście temperatury zmieniła się o 50%. (...)
Kondensatory MKT mają niezłe parametry,
natomiast elektrolityczne są gorsze od in−
nych.

atte

szz M

Miis

siio

orrn

y relacjonuje: Pomiary

kondensatorów wykonałem dla dwóch eg−
zemplarzy danego nominału, ale różnego ty−
pu, np. badałem 100nF (mały “lizaczek”) i fo−
liowy 100nF/250V. Różnica jest ogromna. “Li−
zaczek” ma najgorszą stabilność ze wszyst−
kich przebadanych przeze mnie kondensato−
rów – prawie 14000ppm/°C! Można go śmia−
ło wykorzystywać jako element reagujący na
temperaturę... Ale już bez żartów – konden−
satory takie nie nadają się do żadnych precy−
zyjnych obwodów – przecież zmiana tempe−
ratury z 20°C na 50°C (co jest realne) powodu−
je zmianę pojemności o 40%! Podobnie jest
z

drugim

rekordzistą

–

“lizaczkiem”

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

b.. 1

s.. 1

1 D

Dzziie

elln

niik

kii n

piię

ęc

ciia

220nF – przy temperaturze 50°C miał pojem−
ność o 46% większą niż wyjściowa.

Sami przekonaliście się, że kondensatory

ceramiczne ferroelektryczne (praktycznie
wszystkie “lizaczki” o pojemności powyżej
1nF) nadają się tylko do obwodów odprzęga−
nia zasilania oraz jako kondensatory sprzęga−
jące.

Najlepiej oceniliście kondensatory cera−

miczne o pojemnościach <1000pF oraz folio−
we MKT. Kondensatory ceramiczne niewiel−
kiej pojemności to cała długa historia, zwią−
zana głównie z techniką w.cz. Nie będziemy
się w to wgłębiać. Natomiast kondensatory
foliowe MKT rzeczywiście mają niezłą stabil−
ność: w całym zakresie temperatur pracy ich
pojemność nie zmienia się więcej niż
o ±1...2%.

Jeśli chodzi o zwykłe elektrolity, to opinie

są rozbieżne: niektórzy twierdzą, że w całym
zakresie temperatur pracy zmiany są rzędu
2...5%, inni przekonali się, iż są znacznie
większe – do 20%. Jestem przekonany, że
zbyt optymistyczne wyniki związane są ze
zbyt krótkim czasem grzania lub chłodzenia
podczas testów. W przypadku zwykłych alu−
miniowych elektrolitów zmiany naprawdę
mogą sięgać 20%, a nawet więcej. Nieco le−
piej zachowują się “tantale”, o czym zresztą
niektórzy przekonali się naocznie, ale i im da−
leko do stabilności foliowych MKT.

Diody Zenera i stabilizatory

Duża grupa uczestników przebadała różne−

go rodzaju diody, w tym diody Zenera a tak−
że stabilizatory scalone i źródła napięcia od−
niesienia. Oto niektóre wnioski. M

arrc

ciin

n W

Wiią

ą−

zza

niia

a: (...) najmniejszy współczynnik cieplny

mają diody o napięciach 5,1; 5,6 i 6,2V. W pozo−
stałych diodach wzrost temperatury do
50°C zmienia napięcie nawet powyżej 5%.
W przypadku diod Zenera po szoku termicznym
napięcie nie wraca do pierwotnej wartości.

atte

szz M

Miis

siio

orrn

y,, D

arriiu

szz K

ullll ii P

Piio

ottrr

Wiillk

k określili współczynnik cieplny diod o

takich napięciach i wyszły im wartości
100...480ppm/°C. Dał się też zauważyć spory
rozrzut między egzemplarzami o tym samym
napięciu. W każdym razie popularne “zener−
ki” o napięciach 4,7...6,2V, uchodzące za naj−
bardziej stabilne, wcale nie mają aż tak do−
brych parametrów, jak można przypuszczać –
należy liczyć się ze współczynnikiem
300...500ppm/°C.

Jest to znacznie gorzej niż w przypadku

większości popularnych stabilizatorów serii
78XX.

Dariusz Knull zwrócił uwagę na stabilizator

LM317. Napisał: (...) kostki tego typu wyma−
gają wprawdzie zastosowania dwóch rezy−
storów zewnętrznych w celu ustalenia napię−
cia wyjściowego, ale ich stabilność jest kilka−
krotnie lepsza od popularnych 78XX i 79XX.

Potwierdziliście, że zwykłe diody krzemo−

we znacznie zmieniają napięcie przewo−
dzenia z temperaturą (około 2...2,2mV/°C)
i że zauważalnie lepsze w tym względzie s ą
L E D − y.

Dwóch czy trzech

Kolegów sprawdza−
ło właściwości spe−
c j a l i z o w a n y c h
źródeł napięcia od−
niesienia LM385.
Potwierdzili katalo−
gowe

dane

stabilności rzędu

80...120ppm/°C,

naprawdę jest bar−
dzo dobrym wyni−
kiem. Niektóre ka−
talogi handlowe po−
dają

dla

tych

kostek

znacznie

mniejsze

współ−

czynniki,

nawet

20ppm/°C, jednak
nie ma co liczyć, że
w pierwszym lep−
szym sklepie czy

na giełdzie można kupić aż tak dobre ele−
menty.

Tranzystory

Mniej więcej połowa uczestników mierzy−

ła zależność wzmocnienia prądowego tranzy−
storów od temperatury. Okazało się, że
wzmocnienie znacznie się zmienia. Niektórzy
z przerażeniem stwierdzili, że współczynnik
termiczny wynosi 2000...10000ppm/°C. Tak
jest, ale to nie powód do niepokoju. Tranzy−
story generalnie mają duży rozrzut wartości
wzmocnienia. Urządzenia muszą być projek−
towane tak, by parametry układu w niewiel−
kim stopniu zależały od wzmocnienia tranzy−
stora.

Generatory

Tylko kilku kolegów “pastwiło się” nad ge−

neratorami. Nadesłany materiał nie daje pod−
staw do rzetelnych porównań. Potwierdziło
się, iż małą stabilność mają proste generato−
ry z bramek 4001, 4011 czy 4093. Dobrze
wypadły układy z kostkami 4047, 555, trochę
gorzej z 4060. Trudno mi jednak porównać
wyniki, ponieważ nie wiadomo, jakie kon−
densatory i rezystory były zastosowane
w obwodach oscylatora. Trudno ocenić, na
ile wynik bierze się z właściwości elemen−
tów RC, a na ile z właściwości układu scalo−
nego. Zagadnienie jest jednak bardzo cieka−
we i niewykluczone, że stanie się treścią ko−
lejnego zadania w Szkole.

Bramki Schmitta

Badanie przeprowadził P

ełł B

ajju

urrk

o. Oto

relacja: Na badanie kostki 40106 zdecydowa−
łem się głównie dla prostoty przeprowadza−
nych pomiarów i dla zbadania rozrzutu mię−
dzy negatorami wewnątrz jednej kostki i roz−
rzutu między różnymi kostkami (i oczywiście
dla zbadania wpływu temperatury na punkt
przełączania). Układ, w jakim badałem kostkę
40106 pokazany jest na rry

u 2

2..

Część układu narysowana kolorem niebie−

skim była wystawiona na zmienne tempera−
tury, diody sygnalizowały stan wyjść badanej

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

s.. 2

2 U

kłła

d p

miia

arro

y k

sttk

kii 4

40106

kostki 40106

kostki, wyjścia te były dodatkowo buforowa−
ne przez negatory narysowane kolorem czar−
nym, diody zostały zabezpieczone jednym re−
zystorem R. Jako stabilizator napięcia praco−
wały układy 7805 oraz 7810. Kręcąc poten−
cjometrem “łapałem” moment kiedy zapala
się i gaśnie pierwsza i ostatnia dioda. Jak wi−
dać metoda ta ma tę zaletę, że badanych jest
sześć bramek jednocześnie, ułatwia to bada−
nie rozrzutu między nimi. Układ scalony ba−
dałem w temperaturze pokojowej – ok. 22°C,
wystawiałem go też za okno – termometr
wskazywał wówczas −5°C, zamykałem w za−
mrażalniku – producent gwarantuje tam tem−
peraturę poniżej −16°C, ogrzewałem też su−
szarką do włosów – spodziewam się, że tem−
peratura wynosiła ok. +50°C. Wyniki pomia−
rów dwóch kostek różnych producentów ze−
stawiłem w tabelkach (podane są progi prze−
łączania i histereza w procentach).

Pierwszą rzeczą, jaka rzuca się w oczy, jest

duży rozrzut wielkości histerezy u różnych
producentów. Można zauważyć, że histereza
zmienia się nieznacznie wraz z temperaturą,
w sposób różny u różnych producentów.
U jednego histereza zawęża się ze wzrostem
temperatury, u drugiego przeciwnie. Podob−
nie wzrost napięcia zasilania u jednego pro−
ducenta powoduje zawężanie histerezy,
u drugiego jej poszerzenie. Natomiast roz−
rzut w obrębie jednej kostki sięga co najwy−
żej 2 %. Podsumowując – właściwości tych
kostek bardziej zależą od producenta niż od
temperatury, rozrzut między kostkami jest
duży, ale w obrębie jednej kostki umiarkowa−
ny.

Analiza danych z tabeli wyjaśnia przy oka−

zji, dlaczego generatory z bramką Schmitta
są tak mało stabilne i dlaczego trudno podać
uniwersalny wzór na częstotliwość w zależ−
ności od zastosowanych elementów RC.

MOSFET

Oto dalsza część relacji Pawła Bajurko:

Charakterystyka przejściowa tranzystora po−
lowego była trudniejsza do zbadania, wyma−
gała użycia dwóch woltomierzy i wielu po−
miarów. Tranzystor badałem w układzie
przedstawionym na rry

u 3

3..

Napięcie 10V pochodziło ze stabilizatora

7810, tranzystor zaznaczony na niebiesko był
poddany działaniu różnych temperatur, rezy−
stor R miał tolerancję 1%. Pomiarów doko−
nywałem dla napięć U

o skoku 0.1V. Na−

pięcie U

przeliczałem na opór R

, uwzglę−

dniając opór wewnętrzny miernika zaznaczo−
nego na schemacie jako U

Wyniki pomiarów jednego tranzystora

opracowałem graficznie i przedstawiam je na
rry

u 4

4..

Pomiarów dokonywałem w trzech różnych

temperaturach. Jak widać, ze zmianą tempe−
ratury charakterystyka przesuwa się. Nieste−
ty, tym sposobem nie udało się zmierzyć
wpływu temperatury na parametr R

DSon

– dla

małych wartości R

wynik jest obarczony

dużym błędem, co widać na rysunku. (...) Ze
względu na to wszystko mój rysunek pozwa−
la raczej na zorientowanie się w przebiegu
charakterystyki i wpływie temperatury, niż na
przekazanie czytelnikom Elektroniki dla
Wszystkich precyzyjnej informacji.

Mam nadzieję, że Szanowny Pan Redaktor

nie posądzi mnie o szaleństwo, że zachciało
mi się rysować taki wykres, który być może
można znaleźć w katalogu. Ja go nie znala−
złem, więc “popełniłem” ten rysunek. Wyda−
je mi się, że wykres daje czytelniejszą infor−
mację o danym zjawisku niż np. tabelka
z liczbami (wystarczy porównać wykres z za−
mieszczonymi wyżej tabelkami), dlatego
włożyłem sporo pracy w stworzenie tego ry−
sunku. (...)

Doceniam zarówno trud, jak i rysunek

przydzielając nagrodę.

Podsumowanie

Oprócz wspomnianych wcześniej osób

chciałbym jeszcze dodać, że wyróżniające
się prace, nadesłali także M

Miic

ałł G

ołłę

ęb

biie

w−

kii,, M

arrc

ciin

n K

czzo

orro

kii,, P

ełł N

Niie

dźźw

wiie

dzz−

kii,, B

arrb

arra

a J

aś

śk

a,, S

sttiia

n K

Krrzzy

szz

ii D

niie

ell Ł

Łu

kiie

wiic

czz. Ostateczne wnioski, jakie

można wyciągnąć ze wszystkich nadesła−
nych prac, są zbieżne z zamieszczoną poniżej
tabelką zestawioną przez M

arrc

ciin

a P

Piio

ottrro

w−

kiie

o (dodałem linijki dotyczące rezystorów

metalizowanych 5% i scalonych źródeł na−
pięcia odniesienia).

Jak wspominałem, jestem bardzo zadowo−

lony z poziomu prac, a szczególnie ze stwier−
dzeń typu: zadanie to pozwoliło mi poznać
wagę problemu. Gratuluję kolegom, którzy
po raz pierwszy wzięli udział w Szkole – nie−
którzy otrzymują nagrody bądź upominki.

Oczywiście temat nie został wyczerpany.

Nie wszystkie ele−
menty zostały prze−
badane.

Wystąpił

duży rozrzut wnio−
sków. Nie wątpię
jednak, że zadanie
to uczuliło Was na
problem

wpływu

temperatury. Zachę−
cam więc wszyst−
kich, którzy chcą zo−
stać prawdziwymi
konstruktorami, że−
by osobiście prze−
konali się, co warte
są ich podzespoły.
Próby przeprowa−
dzajcie

zawsze

w warunkach jak naj−
bardziej zbliżonych
do rzeczywistych.
A dodatkowych in−
formacji szukajcie
w katalogach i (nie−

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

ołła

a K

ró

ów

b.. 3

s..3

kłła

d p

miia

arro

y M

T−a

s.. 4

miie

errzzo

a c

arra

ktte

erry

stty

a M

T−a