Szkoła Konstruktorów
Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów
D1
Policz174 Zgodnie z oczekiwania- wysterowania diody LED. Do obliczeń nale-
Budujemy zasilacz pomocniczy, który ma mi, zdecydowana więk- żało założyć minimalną wartość wzmocnie-
R1
dawać napięcia 5V, 9V i 12V. Będzie to prosty szość uczestników zapro- nia prądowego tranzystora T1. Tu większość
T1
i tani układ. Wykorzystamy kostkę LM317 ponowała układ według uczestników założyła wartość minimalnego
i popularny trzypozycyjny przełącznik  z rysunku C. I słusznie, bo wzmocnienia równą 100 razy, więc przy prą-
T2
zerem pośrodku według idei z rysunku A. jest to dobre, sprawdzo- dzie diody LED równym 5mA, prąd bazy T1
R2
ne rozwiÄ…zanie. Idea jest wyniesie 50uA (0,05mA). Przy minimalnym
LM317
prosta  prąd płynie przez napięciu zasilania 3V prąd płynący przez
+ +
IN OUT
rezystor R1 do bazy tran- rezystor R1 powinien być większy niż te
Rys. C
ADJ
zysotra T1 i tym samym 50uA. Załóżmy, że będzie wynosił 100uA
otwiera ten tranzy- (0,1mA). Wtedy zgodnie z rysunkiem D,
we wy
stor, zaświecając przy zasilaniu minimalnym napięciem 3V, na
R1
diodę. Prąd płyną- rezystorze R1 wystąpi napięcie 1,7V, a więc
_ _ 5mA
cy przez diodę i rezystor ten powinien mieć wartość:
S1
100 A
1
0
0

A
50 A
5
0

A
tranzystor T1 pły- R1 = 1,7V / 0,1mA
T1
Rys. A
=100

=
1
0
0
5
0

A
nie też przez rezy- 50 A R1 = 17k©
W ramach zadania 174 należy: stor R2 i wywołu- Można zastosować najbliższy z szeregu
T2
 narysować schemat zasilacza, je na nim spadek 16k© lub 18k© albo też 15k© czy 20k©.
R2
 obliczyć wartości elementów. napięcia. Gdy spa- W przypadku przyjęcia prądu LED rów-
130
1
3
0

Jak zawsze, bardzo proszę, żeby nadsyłane dek ten wyniesie nego 20mA i wzmocnienia T1=100, prąd
rozwiązania były możliwie krótkie. Praca 0,6...0,7V, będzie płynący przez R1 powinien być większy niż
powinna zawierać zwięzły opis przebiegu wystarczający do otwarcia Rys. D 0,2mA, czyli wartość R1 powinna być mniej-
obliczeÅ„. tranzystora T2. Gdy tranzystor sza niż 8,5k©. Wtedy wartość R2 powinna
Nagrodami będą kity AVT lub książ- T2 zacznie się otwierać, przejmie część prądu wynosić około 33 omów.
ki, a najaktywniejsi uczestnicy są okreso- płynącego przez R1, a tym samym zmniejszy Tak mogły wyglądać i wyglądały prawid-
wo nagradzani bezpłatnymi prenumeratami prąd bazy T1. łowe rozwiązania tego zadania.
EdW lub innego wybranego czasopisma AVT. Wytworzy siÄ™ wtedy stabilna sytuacja:
Wszystkie rozwiązania nadsyłane w terminie prąd płynący przez D1, T1 i R2 będzie taki, Dla dociekliwych
60 dni od ukazania się tego numeru EdW żeby utrzymać tranzystor T2 w stanie częścio- Część uczestników zwróciła uwagę na dodat-
powinny mieć dopisek Policz174 (na koper- wego przewodzenia. O wartości prądu diody kowe szczegóły.
cie, a w tytule maila dodatkowo nazwisko, LED zadecyduje więc wartość rezystancji Spora grupa uczestników stwierdziła, że
np.: Policz174Jankowski). Z uwagi na spe- R2. Możemy przyjąć w uproszczeniu, że prąd prąd diody LED jest wyznaczony przez napię-
cyfikę zadania bardzo proszę o podawanie diody LED wyniesie: cie progowe tranzystora T2, którego wartość
swojego wieku oraz miejsca nauki czy pracy. I = 0,65V/R2 zmienia się z temperaturą (o około 2mV
LED
W e-mailach podawajcie też od razu swój I teraz wszystko zależy od tego, jaką zasto- na każdy stopień Celsjusza). Słusznie, ale
adres pocztowy. sujemy diodę. Dawniej trzeba było pracować w takim układzie prostej kontrolki wyso-
Zapraszam do rozwiązania tego zada- przy prądzie rzędu 5mA. Dziś wysokospraw- ka stabilność nie jest konieczna. A cieplne
nia zarówno doświadczonych, jak i począt- ne diody LED świecą jasno już przy prądzie zmiany prądu raczej nie będą duże, ponieważ
kujących elektroników, którzy nie potrafią 1mA. W zadaniu nie było powiedziane, jaką tranzystor T2 nie jest podgrzewany dużymi
przeanalizować wszystkich subtelności ukła- diodę zastosujemy, więc każda wartość z prądami i ma praktycznie temperaturę otocze-
du. Można też jeszcze nadsyłać rozwiązania przedziału 1mA...20mA jest prawidłowa. Na nia. A nawet jeśli przyjmiemy, że temperatura
zadania Policz173 z poprzedniego miesiÄ…ca. przykÅ‚ad jeÅ›li chcielibyÅ›my pracować przy otoczenia bÄ™dzie siÄ™ zmieniać od +15°C do
prÄ…dzie 5mA, wartość rezystora R2 wynio- +30°C, czyli o 15 stopni, spowoduje to zmia-
Rozwiązanie zadania słaby: nę napięcia U tranzystora T2 o około 30mV,
BE
Policz 169 R2 = 0,65V/I co w stosunku do przyjętego średniego napię-
LED
W EdW 3/2010 przedstawione było zadanie R2 = 0,65V/5mA cia 0,65V oznacza zmianę o 5%. Czyli bardzo
Policz169, które brzmiaÅ‚o: Budujemy tester R2 = 130© niewielkÄ…, która w zupeÅ‚nie niezauważalny
napięcia i potrzebna nam będzie kontrolka w Wartość rezystora R1 trzeba dobrać tak, sposób wpłynie na prąd kontrolki LED.
postaci diody LED. Zakres napięć zasilania żeby przy najniższym napięciu płynął przezeń
jest szeroki, od 3V do 24V, a my chcielibyśmy, prąd większy od prądu bazy, niezbędnego do
żeby jasność diody LED jak najmniej zależała
od napięcia zasilania. Do sterowania diody
chcemy więc wykorzystać z
ródło prądowe.
Chcemy zbudować to z
ródło prądowe z ele-
mentów pokazanych na rysunku B.
W ramach zadania Policz169 należy:
 zaproponować schemat,
 podać wartości elementów.
R1 T1 R2 T2
-
IC - Collector Current (mAdc)
I
C
o
l
l
e
c
t
o
r
C
u
r
r
e
n
t
(
m
A
d
c
)
C
Rys. B Rys. E
VBE
Rys. F - Base-Emiter Voltage (V)
Sierpień 2010
S
i
e
r
p
i
e
Å„
2
0
1
0
50 El ektronika dl a Wszystkich
3...24V
V
2
1
,
V
16V
9
,
V
5V, 9V, 12V
5
1,7V
3V
0,65V
0,65V
)
A
m
(
t
n
e
r
r
u
C
r
o
t
c
e
l
l
o
C
-
V - Voltage (V)
C
C
I
-
Collector Current (mA)
I
Szkoła Konstruktorów
Większe zmiany prądu spowoduje zmiana bazy T1 równy 0,05mA. Na rezystorze
+3V
+24V
napięcia zasilania, a na to zwrócili uwagę R1 wystąpi napięcie około 22,7V, czyli
tylko nieliczni uczestnicy. Przede wszystkim popłynie przezeń prąd około 1,35mA. R1
R1
17k
1
7
k

17k
1
7
k

należy pamiętać, że napięcia U , przyjęte na Przez tranzystor T2 popłynie prąd około
BE
0,1mA ~0,05mA
1,35mA
0,05mA
rysunku D i w obliczeniach, wcale nie będą 1,3mA, więc napięcie U tranzystora
BE
T1
T1
dokładnie równe 0,65V. Widać to na rysunku T2 wyniesie około 0,63V. A to oznacza,
0,05mA 1,3mA
E, pochodzącym z katalogu Motoroli (ON że przy maksymalny napięciu zasilania,
T2
T2
Semi), a jeszcze wyraz
niej na rysunku F z napięcie na R2 będzie wynosiło 0,63V,
~4,2mA
~4,85mA
katalogu Vishay. czyli prąd płynący przez R2 i przez diodę
R2
R2
Nie ulega wątpliwości, że napięcie U LED wyniesie około 4,85mA.
BE
130
1
3
0

130
1
3
0

tranzystora T2 będzie zmieniać się w zależ- Zmiana prądu z około 4,2mA na około
ności od płynącego przezeń prądu, a prąd 4,85mA oznacza zmianę 15-procentową.
Rys. G
Rys. H
ten będzie zależał od napięcia zasilania. Prąd wzrośnie o około 15% przy wzro-
Rozpatrzmy dwa przypadki, najpierw ten ście napięcia zasilania z 3V do 24V, czyli sze, których napięcie
z rysunku G, przy napięciu zasilania 3V. wzroście 8-krotnym, inaczej mówiąc 800- przewodzenia będzie
Jest to dokładniejsza wersja rysunku D. procentowym. Jest to więc bardzo dobry mniejsze niż 2V. Ale
20mA
Wtedy przez rezystor R1 będzie płynął prąd rezultat, zwłaszcza biorąc pod uwagę pro- nowoczesne czerwo-
0,1mA, z czego około 0,05mA popłynie w stotę układu. ne diody często mają
T1
obwodzie bazy T1, a przez tranzystor T2 Musze też nadmienić, że dwóch Kolegów napięcie przewodze-
popłynie tylko około 0,05mA. Zgodnie przezornie policzyło moce wydzielane w nia przekraczające 2V.
R2
z rysunkami E i F, przy tak małym prą- tranzystorach. Z tranzystorem T2 nie ma Jak widać na rysunku
33
3
3

dzie kolektora napięcie U tranzystora T2 problemu, ponieważ wydzielana w nim moc J, napięcie na tranzy-
BE
wyniesie co najwyżej 0,55V. A to ozna- nie przekracza kilku miliwatów. Natomiast storze wyniesie około
Rys. J
cza, że taki będzie podczas pracy spadek jeżeli chcielibyśmy pracować przy prądzie 21,3V, co przy prądzie
napięcia na rezystorze R2, a nastąpi to przy diody LED równym 20mA, to rzeczywi- 20mA oznacza moc strat około 430mW.
prądzie około 4,2mA. I taki mniej więcej ście należałoby sprawdzić warunki pracy A jak pamiętamy, moc strat popularnego
będzie wtedy prąd diody LED. tranzystora T1. Sytuacja pokazana jest na BC548, według katalogów różnych firm,
Natomiast przy maksymalnym napięciu rysunku J. Zakładamy, że napięcie prze- wynosi 500mW...625mW. Wynika stąd, że w
zasilania 24V przez tranzystor T2 popłynie wodzenia czerwonej diody wyniesie okrą- układzie mogą pracować popularne BC548.
znacznie większy prąd. Ilustruje to rysunek głe 2V. To nie jest precyzyjna wartość, Nie zaszkodzi jednak, jak to zaproponowali
H. Dla uproszczenia znów zakładamy prąd ponieważ istnieją diody, szczególnie te star- niektórzy uczestnicy, w roli T1 zastosować
R E K L A M A
Sierpień 2010
S
i
e
r
p
i
e
Å„
2
0
1
0
El ektronika dl a Wszystkich 51
1,78V
22,7V
0,55V
0,67V
0,63V
0,67V
2V
2 4 V
0,66V
21,34V
 Szkoła Konstruktorów
tranzystor o trochę większej
+
mocy strat. Ale tu z kolei nale-
R1
R
1
ży stwierdzić, że proponowa-
2,2k
2
,
2
k
ne przez niektórych BC337
mają owszem dużo większy
I1=I2
I
=
I
2
1
T1
T2
prÄ…d kolektora, ale moc strat
625mW, czyli tyle samo, ile
Rys. L
R2
według niektórych katalogów
3,3
3
,
3

_
Rys. M
ma BC548.
Jeden z uczestników prak-
Rys. O
tycznie wypróbował działanie Rys. N
układu z rysunku C z tran-
Rys. K
zystorami BC238, R1=10k©, R2=100©.
Wyniki pokazane są na rysunku K. Przy bo wtedy prąd I jest mniejszy, niż I . Jeśli R1 R2
2 1
100
1
0
0

wzroście napięcia zasilania z 3V do 24V już, należałoby go włączyć w emiterze T1
T3
prad zwiększył się z 5,53mA do 6,28mA. lub zastosować T2 o znacznie większej T1
T4
Zdecydowana większość prac była prawid- powierzchni złącza, niż T1. Wtedy prąd
R2 I1I
<
I
2
1
łowa, ale pojawiły się dwie propozycje ewi- I byłby większy, niż I . Ale nadal zmiany
2 1
dentnie błędne. Ponadto jeden z uczestników napięcia zasilania powodowałyby zbyt duże
T1
T2
zaproponował użycie lustra prądowego według zmiany prądu diody LED.
R1
10k
1
0
k

rysunku L. Idea wykorzystania lustra prądo- Jak wspomniałem, zastosowanie lustra z rysunku O.
wego jest interesujÄ…ca, ale tylko w przypadku, prÄ…dowego, najlepiej z tranzystorem mocy Tranzystory T1,
gdyby zależało nam na utrzymaniu wartości T2 i termicznie z nim połączonym małym T2 powinny być
Uwe
R1
R
1
prądu także przy napięciach zasilania prak- tranzystorem T1, mogłoby być uzasadnio- w jednakowej
?
?
tycznie równych napięciu przewodzenia diody, ne, gdybyśmy chcieli utrzymać niezmien- temperaturze,
T2
T
2
ale nie w omawianym, tylko w nieco bardziej ną wartość prądu także przy najniższych czyli połączo-
BC547C
B
C
5
4
7
C
rozbudowanym układzie. Propozycja z rysun- napięciach zasilania. A w naszym klasycz- ne termicznie.
ku L zawiera błąd w rozumowaniu. Otóż Autor nym układzie z rysunku C przeszkodą jest Warto przy
D1
założył, że zastosujemy dwa tranzystory T1, wtedy spadek napięcia na tranzystorze oraz napięciach z
T1
T
1
B
C
5
4
7
C
T2, o napięciach przewodzenia U różniących rezystorze R2. Przy zmniejszaniu napięcia zakresie 2...3V BC547C
BE
R1
R
1
się o pewną niewielką wartość, przy czym zasilania poniżej 3V, prąd płynący przez porównać prąd
270
2
7
0

Rys. P
napięcie przewodzenia T1 musi być większe. R1 będzie zmniejszał się, a jeszcze bar- diody LED
Założył, że ta różnica napięć przewodzenia dziej będzie maleć prąd płynący przez T2, w układach z
będzie stała, niezależna od prądu. A jeśli tak, to napięcie na R2 będzie się zmniejszać, a rysunków C oraz O. Warto też zastanowić
napięcie na rezystorze R2 będzie niezmienne. to oznacza też zmniejszenie prądu diody. się, albo zbudować model i porównać, dla-
Wysnuł stąd wniosek, że prąd płynący przez Trzeba również wziąć pod uwagę napię- czego wersja z rysunku P jest znacznie
rezystor R2, tranzystor T1 i diodę LED tylko cie nasycenia T1, co zilustrowane jest na gorsza niż wersja z rysunku C?
nieznacznie będzie się zmieniał przy zmianach rysunku N. Szczegółowa analiza jest dość Na koniec chciałbym nadmienić, że nie ma
napięcia zasilania. trudna, w każdym razie przy najniższych stopni  celcjusza , tylko stopnie Celsjusza.
Takie wnioski są pochopne, a rozumo- napięciach zasilania mamy tu niekorzystny Anders Celsjusz, a właściwie Anders Celsius
wanie zbyt uproszczone. W rzeczywistości spadek napięcia i na rezystorze R2, i na tran- (1701 1744), był szwedzkim fizykiem i astro-
taki układ to zwyczajne lustro prądowe. W zystorze T1 (U ). Można byłoby spróbo- nomem, który w roku 1742 opracował nazwa-
CEsat
klasycznym przypadku dwóch jednakowych wać zmniejszyć te straty napięcia właśnie ną jego imieniem skalę temperatur, gdzie
tranzystorów, prądy kolektorów będą równe przez zastosowanie lustra prądowego. Ale punktami charakterystycznymi była tempera-
(prądy baz pomijamy)  rysunek M. Wtedy nie ono ma stabilizować wartość prądu tura topnienia lodu oraz wrzenia wody.
prąd diody LED (I ) będzie praktycznie  ono ma tylko umożliwić pracę przy napię-
2
równy prądowi rezystora R1 (I ). A na nim ciu zasilania praktycznie równym napięciu Upominki za zadanie Policz169 otrzymują:
1
występuje napięcie (U 0,6V), więc prąd przewodzenia diody. Dlatego do lustra prą- Jerzy Fidali  Bielsko-Biała,
Z 
I będzie się mocno zmieniał przy zmia- dowego należy dodać obwód z
ródła prądo- Andrzej Wrzeszcz  Wrocław,
1
nach napięcia zasilania. Ponadto w układzie wego, które będzie stabilizować prąd. Jeśli Leszek Debek  Kawęczyn.
z rysunku L niekorzystne jest włączenie ktoś chciałby pobawić się takim układem, Wszystkich uczestników dopisuję do listy
rezystora R2 w emiterze tranzystora T2, może wypróbować teoretyczną propozycję kandydatów na bezpłatne prenumeraty.
R E K L A M A
Sierpień 2010
S
i
e
r
p
i
e
Å„
2
0
1
0
52 El ektronika dl a Wszystkich
V
6
,
0
-
Z
Z
U
U
Z
Z
U
U
0,6V
-0,6V
Z
U
t
a
s
E
CEsat
Z
C
U
U<0,5V
U
U