Image90 (3)

tycznie. (...)

Jak zwykle pylanie brzmi:

Co tu nie gra?

Bardzo proszę o możliwie krótkie odpowiedzi. Kartki, listy i e-maile oznaczcie dopiskiem Nie(iraI2S i nadeślijcie w terminie 60 dni od ukazania się tego mimem FdW. Autorzy najlepszych odpowiedzi otrzymają upominki.

Rozwiązanie zadania 123

W EdW 5/2006 pokazany byl schemat miernika grubością nadesłany jako rozwiązanie jednego z poprzednich zadań Szkoły. Schemat można zobaczyć na rysunku B Młodziutki pomysłodawca napisał: Tym razem nie przysyłam konkretnego opisu uruchomionego modelu. Przysłany przeze mnie schemat jest miernikiem grubości. Oparty jest on jedynie na domysłach, ponieważ jest to dla mnie temat nieco odległy i nie mam pojęcia, czy zaprojektowane przeze mnie urządzenie ma prawo działać. (...) Schemat pokazany na rysunku powstał jedynie za pomocą książek i jak wcześniej wspomniałem nie mam pojęcia, czy działa, ponieważ nie wykonałem układu prak-

Układ nic będzie działał z kilku powodów. Po pierwsze, ściany są budowane z różnych materiałów, które mogą mieć różne właściwości magnetyczne W niektórych, np. w ścianach nośnych w blokach, mogą występować stalowe elementy zbrojeniowe. Ponadto w ścianach są wbudowane rozmaite instalacje, w tym metalowe lub plastikowe rury z wodą. Różne ściany będą więc mieć rozmaite właściwości magnetyczne, co uniemożliwi prawidłowe określenie ich grubości.

Jeśli chodzi o szczegóły, to za pomyłkę przy rysowaniu schematu można uznać obecność bramki AND w generatorze. Po pierwsze, nie produkuje się dwuwęjściowej bramki NAND z wejściem Schmitta, po drugie, w tego rodzaju generatorze musi być zastosowana bramka „odwracająca”, w praktyce NAND (4093) lub NOT (40106).

Dwóch uczestników stwierdziło, że niepotrzebny jest rezystor Rl, który można zewrzeć. Logika, którą posłużyli się ci uczestnicy, nie jest prawidłowa, ponieważ nie wcięli oni pod uwagę specyficznych właściwości obwodu rezonansowego. Istotnie, zaproponowany sposób sterowania obwodu rezonansowego nie jest optymalny, ale zwarcie rezystora Rl jest jeszcze gorszym pomysłem. Obwód rezonansowy bez rezystora Rl należy po prostu umieścić w kolektorze tranzystora.

Kilku uczestników zaproponowało dodanie w nadajniku drugiego generatora, kluczującego częstotliwość nośną w.cz. Można dodać, ale taki zabieg nic polepszy właściwości miernika grubości ściany.

Kilku uczestników zwróciło uwagę na problem częstotliwości. Jeśli byłaby to częstotliwość powyżej 20kHz, a wszystko na to wskazuje, należałoby dobrać szybki wzmacniacz operacyjny, co przy tej konfiguracji układowej może być trudne, a wręcz niemożliwe.

Poruszyliście też problem dostrajania. Częstotliwości rezonansowe L1C2 i L2C3 uraz częstotliwość generatora powinny być jednakowe Generator z jedną bramką NAND ma bardzo słabą stabilność cieplną, a zwłaszcza napięciową. Należałoby koniecznie zmienić układ generatora na dużo bardziej stabilny. Niektórzy proponowali zastosowanie zamiast C2 i C3 trymerćw. Należy jednak pamiętać, ze typowy trymer ma pojemność do kilkudziesięciu pikofa-radów, a jeśli układ miałby pracować przy częstotliwościach znacznie poniżej IM Hz, wymagane pojemności musiałyby być wielokrotnie większe. Przy mniejszych częstotliwościach nie stosuje się Uymerów, a dostrajanie przeprowadza się, zmieniając indukcyjność cewki za pomocą ruchomej wkładki w rdzeniu.

Niewiele osób wskazało na problem konfiguracji odbiornika. Jeden z kolegów uznał, że niepotrzebny jest rezystor R3. Sprawa nie jest taka oczywista, gdy obwód rezonansowy dołączony jest do wejścia odwracającego wzmacniacza. Należałoby się leniu bliżej przyjrzeć i sprawdzić, jak taka operacja wpłynie choćby na selektywność.

Wbrew sugestiom niektórych, nie jest błędem obecność C4, choć nie widać konieczności jego zastosowania Nie jest też błędem brak kondensaiora włączonego równolegle do wskaźnika, ponieważ wskaźnik w postaci miernika elektromagnetycznego sam uśi cdiii przebieg, reagując na składową stałą.

Ewidentnym błędem jest natomiast połączenie w szereg kondensatora CS i diody Dl Raz naładowany kondensator nie będzie się miał jak rozładować Można albo dodać jeszcze jedną diodę od masy do punktu połączenia C5, Dl, aby uzyskać typowy detektor z podwajaniem, albo w ogóle usunąć C5, Dl, licząc, że tak zastosowany wzmacniacz operacyjny stanie się przy okazji prostownikiem.

Podobną konfigurację układową bez diody na wyjściu istotnie można wykorzystać w roli prostownika, gdy wzmacniacz operacyjny może pracować przy napięciach wejściowych bliskich ujemnemu napięciu zasilania i gdy ten wzmacniacz będzie przenosił tylko jedną połówkę przebiegu zmiennego. A nastąpi to, gdy napięcie na wyjściu wzmacniacza operacyjnego będzie bliskie zeru. Można to bez większego problemu osiągnąć przez dobor wartości TRI i R4, ale zaproponowana konfiguracja jest niezbyt fortunna z kilku powodów.

Wprawdzie taka praca jest możliwa z popularnym wzmacniaczem z kostki LM358 czy LM324. jednak są to powolne wzmacniacze i mogą pracować co najwyżej w zakresie częstotliwości akustycznych. Przy większych częstotliwościach mają za małe wzmocnienie.

Natomiast szybkie wzmacniacze operacyjne często mają na wejściach tranzystory NPN i nie mogą pracować w takich warunkach.

Generalnie zaproponowany układ nic ma więc szans na praktyczną realizację miernika grubości ściany i nawet nic warto wprowadzać poprawek z uwagi na błędne założenie. Jednak nie można oczekiwać, żc 15- czy 16-latkowi uda się w prosty sposób rozwiązać bardzo w sumie trudny problem pomiaru grubości rozmaitych ścian. Młodziutkiemu Autorowi schematu można pogratulować pomysłowości i zachęcić do dalszej nauki, a zwłaszcza do harmonijnego łączenia teorii i praktyki. Temu dobrze się zapowiadającemu uczestnikowi Szkoły chciałbym też przedstawić obszerne fragmenty listu Ryszarda Pichla z Gdyni:

Jestem pod wrażeniem, gdy patrzę na prawie poprawny schemat przyrządu pomiamwe-go. który zaprojektował bardzo młody uczestnik Szkoły. Autora tego pmjektu spieszę powiadomić, że projektowanie przyrządów pomiarowych jest chyba najtrudniejszym działem elektroniki, wymagającymi dużej wiedzy oraz doświadczenia, którego nie może jeszcze posiadać bardzo młody konstruktor, aie per aspera ad astra. (...) W rozpatrywa-nym układzie obydwa obwody są rezonansowe, u więc porównując wzory na częstotliwości rezonansowe tych obwodów, otrzymamy zależność LI x C2 - L2x C3 (...). Projektując układ nadajnika złożonego z generatora na bramce B i wzmacniacza z tranzystorem Tl, chciałeś zapewne otrzymać wzmacniacz rezo-riunsowy, pracujący w klasie C, ponieważ tylko taki ma sens energetyczny. Jednak Twój układ nieco odbiega od tego, do którego ja się zdążyłem przyzwyczaić. W Twoim wzmacniaczu, w czasie duduiniej połówki okresu tranzystor T1 jest otwarty i przez ten czas drgania w obwodzie rezonansowym są wygaszane przez prąd. który pod koniec tego półokresu jest ograniczony rezystancją Ri, co jest marnotrawieniem energii Przecież obwód rezonansowyr wystarczy pobudzać krótkimi irnpuł-

Elektronika dla Wszystkich Październik2006 37