Szkoła Konstruktorów
Co tu nie gra?
C
o
t
u
n
i
e
g
r
a
?
RozwiÄ…zanie zadania nr 47
wniosek, że diody zostaną uszkodzone przy
pojawieniu siÄ™ w obwodzie anteny znaczne-
WEdW1/2000 zamieszczony był schemat go ładunku. Bez względu na prawdopodo-
pokazany na rysunku A. Według pomysło- bieństwo takiego zdarzenia lepiej byłoby za-
dawcy, niewielki sygnał zmienny 50Hz indu- stosować bardziej przemyślany obwód za-
kowany w antenie jest wzmacniany przez bezpieczający, zwłaszcza że to nic nie ko-
dwa wzmacniacze operacyjne. sztuje. Obwód wejściowy mógłby wyglądać
Rys. D
Wukładach z rysunków C i D napięcie na wej-
ściu wzmacniacza operacyjnego nie byłoby już
ograniczone do ą0,6V, byłoby nawet większe
od napięcia zasilania (-0,6V...Vcc+0,6V).
Przy takim włączeniu diody D2 układ
w ogóle miałby szansę zadziałać. Owszem,
mógłby zadziałać, ale prawdopodobieństwo
tego byłoby mimo wszystko małe. Nie sposób
tego wyjaśnić bez przedstawienia głównego
Rys. A błędu w układzie z rysunku A.
jak na rysunku B. Wtakim wypadku rezy- Oto odpowiedz
:
Na pytanie co tu nie gra? odpowiedziało jak stor R1 (lub kilka rezystorów połączonych Podstawowym błędem w układzie z ry-
zwykle wielu Czytelników. Większość odpo- szeregowo) będzie dodatkowo pełnił rolę sunku A jest użycie wzmacniaczy typu
wiedzi była prawidłowa, jednak tym razem ochronną i zabezpieczy wejście przed wyso- TL082 i dołączenie rezystorów R4 i R6 do
dr odpowiedzi niepełnych i ewidentnie błęd- kimi napięciami i dużymi ładunkami. Je- minusa zasilania.
nych było wyjątkowo dużo. szcze raz powtarzam: jeśli wez
mie się pod Przecież kostki TL0XX nie mogą pracować
Dwie osoby stwierdziły, że błąd polega na uwagę przeznaczenie przyrządu, to sposób z napięciami wejściowymi bliskimi ujemnego
braku obwodu rezonansowego w obwodzie włączenia diod na rysunku A nie jest ewi- napięcia zasilania. Gdyby zamiast TL082 uży-
anteny. Ten wniosek nie jest słuszny  wyko- dentnie błędny, jednak lepiej zawsze stoso- ty był układ LM358 lub LM324, układ z ry-
nanie obwodu rezonansowego o znacznej do- wać znacznie lepszy sposób z rysunku B. sunku A byłby z grubsza biorąc prawidłowy.
broci na częstotliwość 50Hz nie jest wcale Mógłby on pracować, ale zależałoby to od
zadaniem łatwym. Obwód taki nie jest zre- wartości rezystancji R2 i wzmocnienia pierw-
sztą potrzebny, ponieważ składowe o wyso- szego stopnia. Przypuszczam, że niedoświad-
kich częstotliwościach zostaną zwarte do ma- czony kandydat na konstruktora postanowił
sy przez kondensator C1, a zresztą wzmac- zastosować kostkę TL082, bo dowiedział się,
niacze operacyjne mają ograniczone pasmo. że ma ona rezystancję wejściową znacznie
Jeden z uczestników sądził, że błędem jest zbyt większą niż LM358. Na marginesie można
duża pojemność C1  jego zdaniem powinna dodać, że akurat rezystancja wejściowa gra tu
wynosić 10pF, a nie 10nF. Nie jest to błąd  na- niewielką rolę. Także w kostkach LM358
wet gdyby R2 miał oporność taką jak R1, czę- Rys. B i LM324 jest ona bardzo duża. Znaczenie ma,
stotliwość graniczna filtru dolnoprzepustowe- a raczej może mieć, wejściowy prąd polaryzu-
go R1, R2, C1 wynosiłaby kilkadziesiąt her- Koledzy, którzy krytykowali sposób włącze- jący. Wkostkach LM358 i LM324 wypływa
ców. Przy mniejszej wartości R2 częstotliwość nia diod D1, D2 słusznie zauważyli, iż ogra- on z wyjścia i wywołuje spadek napięcia na
graniczna będzie wyższa  większa niż 50Hz. niczy on napięcie na wejściu wzmacniacza R2. Właśnie ze względu na prąd polaryzacji
Drobną usterką jest obecność R5. Nie jest on operacyjnego (nóżka 3) do co najwyżej wejścia (typowo 40nA, max 250nA) w obwo-
do niczego potrzebny, ale też jego obecność ą0,7V. I to jest prawidłowy wniosek, właści- dach polaryzacji układów LM358 (324) nie
nie przeszkadza. Należałoby go usunąć. wie początek tropu. Niektórzy idąc tym tro- stosuje się rezystorów o wielkich wartościach.
Spora grupa Kolegów stwierdziła, że błąd pem doszli do przekonania, że błędnie umie- Tymczasem w tym prostym układzie, gdzie
polega na sposobie włączenia diod D1, D2. szczona jest dioda D2 i że zamiast do masy, wykorzystuje się niewielkie pojemności mię-
Tu opinie i sposoby rozumowania były róż- powinna być dołączona do plusa zasilania, dzy przewodem energetycznym a anteną, re-
ne. Odmienne były także wnioski. według rysunku C albo rysunku D. zystancja R2 powinna być jak największa.
Jeden z Kolegów napisał ponad dwie strony Tylko wtedy sygnał podawany na wzmac-
na temat obwodu z diodami D1, D2. Doszedł niacz operacyjny będzie miał znaczną war-
do wniosku, że ma on zabezpieczać układ tość. Nietrudno obliczyć, że przy rezystancji
w przypadku bezpośredniego dotknięcia an- R2 równej 1M&!, stały wejściowy prąd pola-
tenką do odizolowanego przewodu siecio- ryzacji układu LM358 wywołałby na niej
wego. Wniosek nie jest słuszny, bo z założe- spadek napięcia typowo 40mV, maksymalnie
nia układ ma służyć do szukania przewodów 0,25V. Takie napięcie stałe pojawiłoby się
(izolowanych) ukrytych w ścianach. Dlatego w spoczynku na nóżce 3 U1A i zostałoby
można dopuścić sposób włączenia diod jak wzmocnione w stosunku wyznaczonym
na rysunku A. Niemniej prawdziwy jest Rys. C przez R3, R4. Tym samym na nóżce 5 drugie-
Elektronika dla Wszystkich
34
Szkoła Konstruktorów
go wzmacniacza panowałoby zawsze duże łości w technice CMOS (TLC27X, reagował. Nic wtedy nie pomoże zwiększa-
spoczynkowe napięcie stałe. Trudno powie- ICL76XX) wyjściowe tranzystory MO- nie wzmocnienia obu stopni  przy napię-
dzieć, jaką miałoby wartość, bo nie wiado- SFET umożliwiają uzyskanie napięć bardzo ciach do 10mV układ w ogóle nie zadziała,
mo, jaką wartość wzmocnienia przewidywał bliskich obu napięciom zasilania, ale pod mimo wypadkowego wzmocnienia obu
pomysłodawca. Należy jednak przypuszczać, warunkiem, że wyjście nie jest obciążone stopni przekraczającego 1000x.
że wzmocnienie obu stopni ma być większe (nie płynie prąd). Jak wspomniałem, diody Dotyczy to oczywiście nie tylko układu
od stu, a tym samym na wyjściu wzmacnia- D1, D2 nie są konieczne, ale warto je zasto- z rysunku E, ale też konfiguracji z rysunku
cza U1B spoczynkowe napięcie stałe wyno- sować. Diody ograniczają tu napięcie sy- A ze wzmacniaczem operacyjnym, na przy-
siłoby kilka woltów. Najprawdopodobniej gnału do ą0,6V, ale nie ma to znaczenia ze kład TLC272.
jednak wyjście zostałoby nasycone, a napię- względu na obecność wzmacniacza. I tu chciałbym pochwalić nielicznych ucze-
cie stałe byłoby zbliżone do dodatniego na- stników, którzy rozumiejąc ten problem za-
pięcia zasilania. Oczywiście uniemożliwiło- Rys. F proponowali zastosowanie w pierwszym
by to prace układu. Widać z tego, że układ
mógłby działać, ale tylko gdyby rezystor R2
miał małą wartość. To z kolei jest sprzeczne
z podstawowym warunkiem, by rezystancja
wejściowa była jak największa, a dzielnik
R1, R2 nie tłumił sygnału.
Skutecznym rozwiÄ…zaniem jest zastosowa-
nie w pierwszym stopniu wzmacniacza ope-
racyjnego z bardzo małymi prądami polary-
zacji wejść, czyli w praktyce z tranzystora-
mi FET lub MOSFET na wejściach i zakre-
sie napięć wejściowych obejmującym ujem-
ne napięcie zasilania, na przykład
TLC27X lub ICL76XX . Krótko mówiąc,
układ z rysunku A będzie w miarę popraw-
nie pracował pod warunkiem zastosowania
kostek typu TLC27X czy ICL76XX.
Jak z tego widać, idea zastosowania kostki
TL082, mającej prądy polaryzacji wejść ra-
dykalnie mniejsze niż LM358 (typowo 5pA,
max200pA) jest w zasadzie słuszna. Jednak
wtedy ze względu na dopuszczalny zakres
napięć wejściowych układów rodziny
TL0XX nie wolno dołączać rezystorów R4,
R6 do minusa zasilania. Można je natomiast Rys. G
dołączyć do plusa zasilania. Poprawiony stopniu wzmacniacza o sprzężeniu zmien-
układ pokazany jest na rysunku E. Zauważ- Układ z rysunku E nie jest jednak doskona- noprądowym. Wtedy napięcie niezrówno-
cie, że na rysunku występują dodatkowe re- ły i to nie tylko ze względu na konieczność ważenia nie przeszkodzi we wzmacnianiu
zystory R , R , które w spoczynku podcią- podciągania napięć wyjściowych za pomocą nawet najmniejszych sygnałów. W takim
A B
gają napięcia wejściowe do plusa zasilania. dodatkowych rezystorów. Kolejna niedo- rozwiązaniu do pierwszego stopnia trzeba
róbka dałaby dodać obwód polaryzacji stałym napięciem
o sobie znać i kondensatory separujące. Mogłoby to wy-
w przypadku, glądać jak na rysunku F lub rysunku G.
gdyby napięcia Układy takie są wręcz konieczne, gdy sy-
z anteny wystę- gnały wejściowe mają amplitudy rzędu po-
pujące na wej- jedynczych miliwoltów. Szczerze mówiąc,
ściu wzmacnia- przy dużych wartościach rezystancji w ob-
cza operacyjne- wodach wejściowych R1, R2 (R3), rzędu
go były małe, 1M&! i więcej, poziomy sygnałów na wej-
rzędu pojedyn- ściu pierwszego stopnia będą większe i nie
czych miliwol- trzeba rozbudowywać układu. Niemniej jed-
Rys. E tów, i gdyby nak gratulacje należą się wszystkim, którzy
w związku z tym wzmocnienie obu stopni zwrócili uwagę na wspomniane problemy.
Obwody wyjściowe kostek TL0XX nie mo- było duże. Wzmacniacze operacyjne TL082 Na koniec do omówienia pozostaje jeszcze
gą bowiem dać na wyjściu napięcia równe- w najtańszej wersji C (TL082C) mają we- sprawa włączenia diod jak na rysunkach C,
go dodatniemu napięciu zasilania. Na mar- dług katalogu napięcie niezrównoważenia D. Część uczestników stwierdziła, że układ
ginesie można dodać, że w układach LM358 typowo 5mV, maksymalnie 15mV. Przypu- z rysunku A z diodą D2 dołączoną do plusa
i LM324 można uzyskać napięcie wyjścio- śćmy, iż w układzie z rysunku E zostanie zasilania będzie poprawnie pracował. Jest
we bardzo bliskie ujemnemu napięciu zasi- nieszczęśliwie użyty egzemplarz o napięciu w tym ziarno prawdy. Trzeba jednak uściślić
lania tylko dzięki obecności wewnątrz kost- niezrównoważenia powiedzmy 10mV  ta- - mógłby działać w pewnych warunkach. Za-
ki dodatkowego z
ródÅ‚a prÄ…dowego (50µA). kim, że ukÅ‚ad przy sygnaÅ‚ach zmiennych dziaÅ‚aÅ‚by mianowicie, jeÅ›li zaindukowane
Natomiast w kostkach zrealizowanych w ca- o amplitudzie do 10mV w ogóle nie będzie w antenie, chwilowe napięcie na wejściu od-
Elektronika dla Wszystkich
35
Szkoła Konstruktorów
wracającym U1A (nóżka 3), mierzone wzglę- sprawdzałem tego w przypadku kostek dnich głównych zadań ze Szkoły. Idea jest
dem masy byłoby większe niż 1,5V. Wtakim TL082  niewykluczone, że wyłonią się tu ciekawa, niemniej schemat zawiera błędy.
zakresie napięć wejściowych wzmacniacz przykre niespodzianki. Tym razem proponuję, byście wyszukali
TL082 zacząłby pracować w dopuszczalnych Tyle rozważań dotyczących prostego jak najwięcej usterek. Spodziewam się, że
warunkach. To (stosunkowo duże) napięcie układu z rysunku A. Nagrody za prawidłowe jak zwykle prac będzie wiele, dlatego ser-
wejściowe zostałoby wzmocnione i urucho- odpowiedzi otrzymują: decznie proszę, żeby były one możliwie
miłoby dalsze części urządzenia. Józef Rojek  Świerkle, krótkie. Nie rozpisujcie się więc, tylko wy-
Warunkiem zadziałania jest tu zaindukowa- Dawid Adamczyk  Gorzów Wlkp., liczcie w punktach znalezione usterki
nie w antenie napięcia o wartości szczytowej Rafał Wojciechowski  Rybno. z króciutkim, jednozdaniowym uzasadnie-
rzędu 1,5V. Tak duże napięcie pojawi się tam niem, dlaczego Waszym zdaniem jest to
jednak tylko wtedy, gdy rezystancja obciąża- Zadanie nr 51 błąd lub niedoróbka. Kto chce, może za-
jąca antenę  w tym przypadku R1, R2  bę- proponować modyfikację
dzie bardzo duża. Ale jeśli już uda się uzy- schematu, by usunąć zauwa-
skać napięcie 1,5V, to nie trzeba stosować żone usterki. Układ można
dwóch wzmacniaczy operacyjnych  wystar- uprościć, jednak należy za-
czy jeden tranzystor MOSFET (np. BS170), chować główną zasadę dzia-
a nawet zwykły tranzystor bipolarny (w ukła- łania. To zadanie dodatkowe
dzie Darlingtona ze względu na mały prąd). dla ochotników. Natomiast
Ściślej biorąc, należałoby też sprawdzić, co główne pytanie brzmi jak
tak naprawdÄ™ dzieje siÄ™ ze wzmacniaczem zwykle:
operacyjnym TL082, gdy na jego wejściach
panują napięcia wykraczające poza dopu-
Co tu nie gra?
szczany zakres. Wniektórych typach wzmac-
niaczy następuje wtedy tak zwana inwersja  Rys. H Odpowiedzi nadsyłajcie w ter-
wejścia odwracające i nieodwracające nieja- minie 45 dni od ukazania się pisma. Nie za-
ko zamieniają się funkcjami, co może prowa- Na rysunku H przedstawiono schemat ukła- pomnijcie dopisać na kopercie lub kartce
dzić do zatrzaskiwania (wzmacniacz zacho- du  sygnalizatora suchego kwiatka , nade-  Nie gra 51 . Bardzo mi to ułatwi segregację
wuje się jak przerzutnik Schmitta). Nie słany jako rozwiązanie jednego z poprze- szkolnych prac.
REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA
CiÄ…g dalszy ze strony 28.
Będzie to jednocześnie praktycznie pierwsza próba skorzystania
z wyświetlacza alfanumerycznego LCD umieszczonego na naszej
płytce testowej. Schemat montażowy jest taki sam, jak do poprze-
dniego ćwiczenia.
2. Popatrzcie na główny schemat, na którym pozostał jeszcze nie
omówiony fragment 3. Jeżeli posiadacie jakiś czterofazowy silnik
krokowy (np. od starej stacji dysków 5,25 ), to dołączcie go do na-
szej płytki w sposób pokazany na schemacie i spróbujcie napisać
program wprawiający ten silnik w ruch. Nie mogłem sobie z tym
problemem poradzić (no, może jest
$sim
w tym trochÄ™ kokieterii) i bardzo
Config Lcd = 16 * 1a
byłbym wdzięczny za każdy pomysł
Cursor Off
na napisanie takiego programu prze-
Cls
słany mi na
Do
[e-mail].
Set P3.0
3. Jeżeli nie posiadacie silnika kro-
Set P3.1
kowego, to spróbujcie napisać i uru-
Set P3.2
chomić program obsługujący zwy-
If P3.0 = 0 Then
kły silnik DC małej mocy. A może
Cls
poeksperymentujecie z żarówkami
Print "Stan niski na P3.0"
na niskie napięcie lub innymi
Lcd "Low on P3.0"
odbiornikami DC, dołączanymi do
End If
płytki testowej? Pamiętajcie jednak
If P3.1 = 0 Then
o jednym: do każdego z wyprowa-
Cls
dzeń portów procesora  2051 może
Print "Stan niski na P3.1"
wpływać prąd nie większy niż 20mA
Lcd "Low on P3.1"
i najlepiej zawsze stosujcie wzmac-
End If
niacz prądowy z układem ULN2803
If P3.2 = 0 Then
umieszczony na płytce testowej.
Cls
To wszystko, co chciałem prze- Print "Stan niski na P3.2"
kazać Wam w ćwiczeniu 2. Lcd "Low on P3.2"
Zbigniew Raabe End If
Loop
[e-mail]
Elektronika dla Wszystkich
36