Szkoła Konstruktorów cia i będą statyczne, realizowane za pomo-czuje problemów związanych z zasilaczami, a rezystora pomiaru prądu R8, jednak nie poja-cą woltomierza i amperomierza, to wszystko w omawianym układzie z rysunku B technika wiły się prawidłowe propozycje poprawy. Jak może się zgadzać i może się wydawać, że cyfrowa nie jest w stanie wyeliminować wad i wspomniałem, tymi kwestiami zajmiemy się
układ uwzględnia obecność rezystora R8 i dzia-błędów części analogowej.
szeroko w cyklu Kuchnia Konstruktora. A na
ła świetnie. Wady można wykryć dopiero za
Ogólnie biorąc, zadanie Co tu nie gra?
razie podsumowując zadanie Co to nie gra? 167
pomocą oscyloskopu, zmieniając gwałtownie numer 167 okazało się trudne. Napłynęło informuję, że upominki otrzymują: prąd obciążenia. Wtedy okaże się, iż parametry mniej niż zwykle rozwiązań. Wygląda na to, że Andrzej Telszewski
– Banie,
dynamiczne takiego zasilacza są wręcz fatalne.
część uczestników nie przeanalizowała dokład-
Rafał Miąskiewicz
– Kawęczyn,
A to może się zemścić w wielu praktycznych nie działania tranzystora, współpracującego z Jan Łocki
– Wrocław.
zastosowaniach. Niestety, analizowany układ układem LM317. Owszem, część uczestników Wszystkich uczestników dopisuję do listy
został zaprojektowany przez kogoś, kto nie słusznie podkreślała, że wadą jest umieszczenie kandydatów na bezpłatne prenumeraty.
Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów
Policz 172
elektroników, którzy nie potrafią przeanalizo- czone szeregowo, więc +
Przymierzamy się do budowy nietypowego, wać wszystkich subtelności układu. Można też ich napięcie się sumuje.
eksperymentalnego zdalnego sterowania z jeszcze nadsyłać rozwiązania zadania Policz171
W najprostszym przypad-
RL
0,36W
0,36W
wykorzystaniem modułów radiowych 433MHz.
z poprzedniego miesiąca.
ku można było przyjąć,
Posiadane moduły umożliwiają przesyłanie syg-
że napięcie w obwodzie
nałów o częstotliwości do 5kHz. W naszym Rozwiązanie zadania wynosi 4*1,5V=6V, co
systemie potrzebne są tylko dwa rozkazy. W Policz 167
przy mocy 0,36W=360mW daje prąd
nadajniku pracowałby generator przebiegu pro-
W EdW 1/2010 przedstawione było zadanie I = 360mW / 6V = 60mA Rys. B
stokątnego, który po naciśnięciu przycisku dałby Policz167, które brzmiało: Mamy urządzenie Teraz wystarczyło podzielić
przebiegi o jednej z potrzebnych częstotliwości zasilane z czterech baterii jednorazowych, alka-pojemność ogniwa przez prąd, by otrzymać
f1 lub f2. Zastanawiamy się, czy w odbiorniku licznych paluszków AA. Średnio pobiera ono czas pracy. Dla pojemności 2000mAh wynik nie wykorzystać dwóch obwodów rezonanso-moc 0,36W (rysunek B).
jest oczywiście taki sam:
wych nastrojonych na te dwie częstotliwości,
W ramach zadania Policz167 należało:
t = 2000mAh / 60mA = 33,3h
według ogólnej idei z rysunku A. Zakładamy,
- obliczyć, a raczej oszacować czas pracy z
Poszczególni uczestnicy przyjęli różne
że częstotliwości tych obwodów f1, f2 będą jednego kompletu baterii.
wartości pojemności ogniwa alkalicznego, od
leżeć w zakresie 1...5kHz. Chcemy wykorzy-
Wprawdzie zadanie było o tyle trudniejsze, 1800mAh do 2890mAh i obliczone przez nich stać gotowe dławiki i popularne kondensatory że trzeba było zdobyć dodatkowe informacje o
mniejsze lub większe czasy pracy odpowiadały
MKT. Gotowi jesteśmy przeprowadzić liczne pojemności alkalicznych paluszków AA (LR6), tak przyjętej wartości. Takie proste obliczenia próby, sprawdzić różne konfiguracje układowe jednak uczestnicy dobrze sobie z tym poradzili.
pozwalały oszacować czas pracy z bardzo małą
i sprawdzić doświadczalnie, czy taka koncepcja W Internecie można bez trudu znaleźć potrzeb-dokładnością, niemniej były jak najbardziej
się sprawdzi. Jednak nawet do wstępnych prób
ne informacje o pojemności. Efektem jest duża prawidłowym i wystarczającym rozwiązaniem
potrzebne są elementy LC, które trzeba kupić. liczba uczestników tego zadania.
postawionego zadania.
W ramach zadania 172 należy:
- zaproponować wartości częstotliwości f
Podstawowe obliczenia
Dla dociekliwych
1, f2,
- obliczyć, jakie dławiki i kondensatory nale-Problem polegał na tym, że nie ma jednej W omawianym przypadku dokładne obliczenia ży w tym celu zakupić.
jedynie słusznej wartości pojemności baterii były praktycznie niemożliwe, i to z kilku powo-Jak zawsze, bardzo proszę, żeby nadsyłane alkalicznych. Producenci podają różne war-dów. Warto mieć wyobrażenie o wchodzących
rozwiązania były możliwie krótkie. Praca powin-tości, przeważnie w zakresie od 2000mAh do tu w grę zależnościach i wątpliwościach, by na zawierać zwięzły opis przebiegu obliczeń.
3000mAh. Można było ostrożnie przyjąć, że nie trzymać się kurczowo wzorów i informacji Nagrodami będą kity AVT lub książki, a pojemność takiej baterii wynosi na przykład handlowych. Otóż na uzyskiwaną pojemność najaktywniejsi uczestnicy są okresowo nagra-2000mAh, czyli 2Ah. Do obliczeń trzeba też mają duży wpływ rozwiązania technologiczne, dzani bezpłatnymi prenumeratami EdW lub było przyjąć wartość napięcia baterii – mogło to wykorzystywane przy produkcji baterii. Baterie innego wybranego czasopisma AVT. Wszystkie
być napięcie nominalne, czyli 1,5V. Pomnożenie dobrych firm mają znacząco lepsze właści-rozwiązania należy nadsyłać w terminie 60 dni tych dwóch wartości daje ilość energii zawartej wości od wielu znacznie tańszych baterii nie-od ukazania się tego numeru EdW. Powinny w jednej baterii: markowych (ale czasem bywa też odwrotnie).
E = 2Ah * 1,5V = Dokładniejsza analiza mogłaby wykazać, że Rys. A
f1
f
A
f1
f
f2
f
3VAh = 3Wh
korzystniejsze ekonomicznie jest wykorzysty-
My mamy zestaw
wanie trochę gorszych, ale dużo tańszych baterii A
B
moduł
czterech takich bate-
niemarkowych niż drogich wyrobów znanych
nadawczy
RX
B
rii, więc sumaryczna
firm, reklamujących się w telewizji. Ale to
moduł
ilość zawartej w nich
zupełnie inny temat. Dla nas ważny jest fakt, że G
TX
odbiorczy
energii to 12Wh.
nieużywane baterie alkaliczne różnych wytwór-
generator
f2
f
W zadaniu było ców mogą mieć znacząco różną pojemność.
one mieć dopisek Policz172 (na kopercie, podane, że średnia moc, czyli średni pobór ener-Pojemność baterii. Jeden z uczestników a w tytule maila dodatkowo nazwisko, np.: gii, wynosi 0,36W.
napisał: Według angielskiej Wikipedii pojem-Policz172Jankowski). Z uwagi na specyfikę Wystarczy podzielić ilość energii przez moc,
ność alkalicznych baterii AA, czyli LR6, wynosi zadania, bardzo proszę o podawanie swoje-by otrzymać czas pracy:
od 1700 do 3000mAh.
go wieku oraz miejsca nauki czy pracy. W t = 12Wh / 0,36W = 33,3h Ale to nie jest cała prawda o bateriach:
e-mailach podawajcie też od razu swój adres
Baterie starczą na 33 godziny, czyli jedną pojemność zależy nie tylko od producenta, ale pocztowy.
dobę i dziewięć godzin.
też od prądu rozładowania i od temperatury
Zapraszam do rozwiązania tego zadania
Większość uczestników liczyła nieco ina-
pracy. W materiałach reklamowych podawa-
zarówno doświadczonych, jak i początkujących czej. Rysunek B sugeruje, że ogniwa są połą- na jest pojemność przy małym albo bardzo Elektronika dla Wszystkich
Czerwiec
Czerwiec 2010
2010
51
worldmags & avaxhome
Szkoła Konstruktorów
małym prądzie rozładowania. Bateria, która cji o tym, czym jest obciążenie. Wprawdzie na Pojemność (mAh) przy 21 C
o
rozładowanie do 0.8V
rzeczywiście przy małych prądach, rzędu rysunku B narysowany był rezystor, jednak w 3000
bateria AA/LR6
miliamperów, ma pojemność 3000mAh, po zadaniu było wyraźnie powiedziane, że Mamy włożeniu do aparatu fotograficznego, który urządzenie zasilane z czterech baterii (...). A 2000
pobiera dużo prądu, może mieć pojemność jeśli jest to urządzenie, to wbrew pozorom (mAh)
tylko 1000mAh, a nawet mniej. Jeszcze gorzej
możliwe jest, że przy zmniejszaniu się napię-
1500
będzie w niskich temperaturach. Pojemność cia, prąd będzie wzrastał. I wcale nie trzeba 1000
zależy też od tego, czy bateria jest rozładowy-doszukiwać się tu jakiejś ujemnej rezystancji.
Pojemność 500
wana w sposób ciągły, czy też jest wykorzy-
Taka sytuacja będzie miała miejsce na przy-
stywana okresowo i może śodpocząć”.
kład przy zastosowaniu przetwornicy impulso-
0
25mA
100mA 250mA 500mA
Producenci niezbyt chętnie informują o wej DC/DC do sterowania diod LED, jak na Rys. C
Prąd rozładowania
takich faktach w materiałach reklamowych, nie-rysunku H. Inteligentna przetwornica będzie mniej odpowiednie dane zawarte są w kartach niezależnie od napięcia zasilania utrzymywać rozładowanie
rozładowanie
rozładowanie
rozładowanie przerywane
przerywane
ciągłe
ciągłe
10s
10s praca
praca / 90s
90s przerwa
przerwa
katalogowych ich baterii. Wiele cennych infor-niezmienne napięcie U
2500
LED i prąd ILED diod, a to
bateria AA/LR6
macji na ten temat można znaleźć w pliku:
oznacza niezmienną moc na wyjściu przetwor-
) 2000
h
http://data.energizer.com/PDFs/alkaline_app-
nicy. Przetwornica ma wysoką i praktycznie
A
(mAh)(m 1500
man.pdf
niezmienną sprawność. A to oznacza, że pobór
ćśo
I tak rysunek C przedstawia zależność mocy z baterii (U
n 1000
BAT* IBAT) będzie stały, nie-
m
pojemności od prądu rozładowania. Problem zależnie od napięcia baterii, czyli tak, jak w jeo 500
PojemnośćP
ten w niewielkim stopniu dotyczy analizowa-
postawionym zadaniu. Wtedy przy zmniejsza-
0
nego zadania, ponieważ prąd 60mA dla baterii niu napięcia wyczerpującej się baterii pobierany 250mA
500mA
1000mA
Rys. D
Prąd
Prąd rozładowania
rozładowania
AA (LR6) to nie jest duży prąd, który znacząco z niej prąd będzie wzrastał.
obniżyłby pojemność. Warto też wiedzieć, że
Inna sytuacja miałaby miejsce,
1.6
bateria AA/LR6
uzyskana pojemność zależy też w pewnym gdyby obciążeniem było źródło prą-
1.5
stopniu od napięcia końcowego rozładowania. dowe, na przykład według rysunku 1.4
iec 1.3
Inna będzie zmierzona pojemność przy napięciu J. Wtedy pobór prądu będzie nie-ię
Rozładowanie
Rozładowanie ciągłe
ciągłe 250mA
250mA
p 1.2
końcowym 1,1V/ogniowo, a inna, większa, przy
zmienny, praktycznie niezależny od
aN 1.1
napięciu końcowym 0,8V/ogniwo. Rysunek D
napięcia zasilania.
1.0
-20o
-20 C
0o
0 C
-20o
-20 C
pokazuje korzystny wpływ pracy przerywanej.
Jeszcze inna sytuacja będzie
0.9
W zadaniu nic na ten temat nie było powiedzia-przy obciążeniu o charakterze czy-
0.80
2
4
6
8
ne, możemy przyjąć, że chodzi o rozładowanie
sto rezystancyjnym – wtedy prąd
Czas
Czas (godziny
(godziny - h)
h
Rys. E
ciągłe. Rysunek E przedstawia wpływ niskich będzie malał, proporcjonalnie do 3500
temperatur na pojemność baterii. Jeszcze jaśniej zmniejszania się napięcia baterii. A
bateria AA/LR6
3000
pokazuje ten katastrofalny wręcz wpływ rysu-jeszcze inna sytuacja wystąpiłaby,
ćśćś 2500
nek F – w niskich temperaturach i przy dużych gdyby obciążeniem była klasycz-o
25
25 mA
mA
n 2000
prądach pojemność baterii jest bliska zeru. na żarówka. Wolframowe włókno m
250
250 mA
mA
jeo 1500
Temperatura ma wpływ także na samorozłado-
żarówki ma znaczny dodatni współ-
PojemnoP 1000
wanie, ale odwrotny – czym niższa temperatura, czynnik cieplny. Przy zmniejszaniu
1000
1000 mA
mA
500
tym mniejsza samoczynna utrata pojemności. W
napięcia zasilającego, rezystancja
0
zadaniu nie było wzmianki o temperaturze, więc włókna będzie się zmniejszać, co
-40
-20
0
20
40
60
Temperatura ( C
o
Temperatura (
)
Rys. F
możemy założyć, że chodzi o temperaturę poko-
spowoduje mniejsze zmiany prądu,
jową i przyjąć dużą pojemność baterii 2000mAh niż w układzie z rezystorem. Na
lub nawet trochę więcej.
rysunku K pokazane są przykła-
Napięcie baterii. Podczas obliczeń trzeba dowe charakterystyki prądowo-było przyjąć jakieś napięcie baterii. Niektórzy -napięciowe wspomnianych rodza-nie poprzestali na nominalnej wartości 1,5V, jów obciążenia. Podkreślam, że w (V)
tylko analizowali przebieg napięcia podczas zadaniu nie było żadnej wzmian-rozładowania. Przykład krzywej rozładowania ki na temat charakteru obciążenia, oltageV
pokazany jest na rysunku G. Ci dociekliwi więc można było przyjąć dowolny uczestnicy zwracali uwagę na fakt, że średnie z omówionych przypadków.
napięcie podczas pracy baterii na pewno nie jest A jeśli chodzi o charakterystyki
Rys. G
Hours
równe 1,5V i przyjęli mniejsze wartości.
baterii przy obciążeniu o różnym
Pobór prądu – właściwości obciążenia.
charakterze, to poszczególni producenci podają Rys. H
IBA
B T
A
ILED
LED
Fakt, że w baterii napięcie zmienia się w czasie informacje w różny sposób. W nielicznych kar-rozładowywania, wzbudził u niektórych pytania tach katalogowych można znaleźć informacje o
że na jedną
a
o pobór prądu. Prosty rachunek pokazuje, że pracy przy niezmiennej mocy ( constant power).
baterię przy-
TA
D
ornica
BAB
LEDLE
U
U
moc 0,36W przy napięciu czterech baterii rów-
Takie charakterystyki pokazane są na rysunku pada jedna
pulsowim
nym 6V oznacza prąd 60mA, ale przy napięciu
L. Dane zgadzają się z naszymi wcześniejszymi czwarta tej
przetw
4V (1V/ogniwo) – 90mA. I niektórzy uczestnicy obliczeniami, bo podane w zadaniu 360mW o p o r n o ś c i , przyjmowali takie zwiększone wartości prądu.
dotyczy 4 baterii, a więc na jedną przypadka czyli 25Ω, Czy jednak przy napięciu 1V/ogniwo pobór
90mW. Najczęściej w kartach katalogowych to znów potwierdzą się nasze wcześniejsze prądu wzrośnie do 90mA? Czy zmniejszenie baterii podawane są wykresy rozładowania przy obliczenia.
napięcia może spowodować wzrost prądu? Czy
niezmiennej rezystancji obciążenia. Przykład
W katalogach dość często podawany jest
to ma sens i czy nie przeczy logice?
masz na rysunku M. Gdy obliczymy, że nasze czas pracy przy niezmiennym prądzie. Przykład Nie sposób odpowiedzieć na to pytanie, obciążenie przy mocy 360mW, napięciu 6V, masz na rysunku N. Znów zielona charak-ponieważ w zadaniu nie było żadnych informa-
prądzie 60mA ma 100Ω i gdy uwzględnimy, terystyka dotycząca śpaluszków” LR6 (AA) 52
Czerwiec
Czerwiec 2010
2010
Elektronika dla Wszystkich
worldmags & avaxhome
Szkoła Konstruktorów
potwierdza nasze wcześniejsze obliczenia. danych. W dalszej części maila IBA
B T
A
Warto też porównać krzywe rozładowania przy
przedstawił jednak sensowne rozu-
przetwornicaDC/DC
stałym prądzie obciążenia i przy stałej rezystan-mowanie i prawidłowo oszacował
źródło
źródło prądowe
prądowe
cji obciążenia, jeśli producent podaje takie dane czas pracy na około 30 godzin.
– przykład na rysunku O.
Opinia, że zadania rozwiązać
żarówka
Niektórzy Koledzy odszukali i porównali się nie da, jest charakterystyczna parametry kilku baterii różnych producentów. dla typowo szkolnego, niepraktycz-Ale to też nie daje kompletnego obrazu, ponie-nego podejścia. Owszem, nie spo-
waż często jeden producent oferuje baterie alka-sób przeprowadzić precyzyjnych
liczne danej wielkości o różnych parametrach.
obliczeń, ale nawet gdyby można
rezystor
Rys. J
Zdecydowana większość uczestników obli-
było, to nie miałyby one sensu. Trzeba spojrzeć UBA
B T
A
Rys. K
czyła prąd pracy, a potem dzieląc pojemność
100
przez prąd, obliczała czas pracy. Tylko nieliczni 1.6
liczyli inaczej.
1.5
) 1.4
Dwóch młodych śprzeliczyło” pojemność
)
((h)h
(V)(V 1.3
baterii wyrażaną w miliamperogodzinach na
y
100
100 mW
mW
c 10
iec 1.2
pojemność kondensatora. Teoretycznie można
ra
napięcie
napięcie końcowe
końcowe 0,9V
0,9V
ppracy
ięp 1.1
s
a
obliczyć, w kondensatorze o jakiej pojemności a
250
250 mW
mW
z
NapięcieN 1.0
CzasC
przy danym napięciu można zgromadzić tyle
0.9
napięcie
napięcie końcowe
końcowe 1,2V
1,2V
samo energii, co w baterii. Przykładowo w bate-1
0.8
100
200
300
600
1000
0
8
16
24
32
rii o pojemności 2Ah 1,5V zawartych jest 3Wh
Czas
Czas pracy
pracy (h)
(h)
Obciążenie
Obciążenie (mW)
(mW)
energii, co w przeliczeniu na watosekundy, czyli 21°C
21°C (70°F)
(70°F)
Rys. L
1.6
dżule, daje 10800Ws=10800J. Po przekształce-
na problem ze strony praktycznej,
niu wzoru E = 0,5CU2 można obliczyć pojem-
tak jak to bywa w życiu. Istotnie, nie mamy
1.5
ność kondensatora, który naładowany do napię-
wszystkich szczegółów, ale chcemy
1.4
]
Rys. M
[V][V
cia 1,5V zawierałby taką samą ilość energii:
mieć orientację, co do przybliżone-
1.3
3.9 OHM
ie
C = 2*10800J / (1,5)2
go czasu pracy. Kolejny raz podkreślam, że w
c
10 OHM
ię 1.2
p
24 OHM
a
C = 21600 / 2,25
życiu i w elektronice bardzo często mamy takie NapięcieN 1.1
43 OHM
C = 9600F
właśnie sytuacje i takie potrzeby. I trzeba się 1
Musiałby to być zestaw ultrakondensatorów
z nimi zmierzyć. Natomiast wielu nauczycieli
0.9
o łącznej pojemności 9600 faradów. Jednak nie szkolnych nie uczy takiego praktycznego podej-0.8
jest to właściwa droga nie tylko ze względu na ścia, tylko przyzwyczaja uczniów do sztywnych 0
20
40
60
80
100
120
Czas
Czas pracy
pracy [h]
[h]
niepraktycznie wielką pojemność (choć obecnie i suchych formułek. Potem tak ukształtowani
możliwą do zrealizowania). W kondensatorze młodzi ludzie mają kłopoty z rozwiązaniem rozładowywanym niezmiennym prądem napię-
rzeczywistych problemów technicznych, które
cie liniowo zmniejsza się do zera. Natomiast napotkają. Stwierdzają, że brakuje danych i 813=
bateria nie jest kondensatorem, tylko chemicz-wzorów. A tymczasem często dane i wzory nie
]
LR
[h[h]
20
nym źródłem prądu i w pierwszym przybliżeniu
są konieczne, a zdecydowanie bar-
yc
8
8
1
Rys. N
1
4
5
=
uznajemy, że napięcie podczas pracy jest nie-
dziej potrzebny jest zdrowy chłopski
ra
=
L
LR
R
ppracy
0
1
6
4
=A
zmienne. W rzeczywistości zmienia się według
rozum. Ja celowo dobieram tak zadania Policz, s
A
az
82
CzasC
4=
krzywej, jednak na pewno zachowuje się zupeł-
żeby pokazać występujące w elektronice zależ-
LR03
nie inaczej niż rozładowywany kondensator, ności i problemy. Celowo też dzielę rozwiązanie jak pokazuje rysunek P. Dlatego nie należy na dwie części – podstawową i rozszerzoną.
10
30
100
300
1000
3000
Prąd
Prąd [mA]
[mA]
przeprowadzać takich analogii.
W praktyce zazwyczaj wystarczy rozwiązanie
Dwóch uczestników wspomniało o rezy-
uproszczone, natomiast szersza wiedza o szcze-Szacowany przez uczestników czas pracy bate-
stancji wewnętrznej baterii. W tym przypadku gółach jest potrzebna konstruktorom, rozszerza rii to 19 do 100 godzin. Gratuluję wszystkim
można ją było spokojnie pominąć, ponieważ bowiem horyzonty i pozwala uniknąć wielu uczestnikom, którzy spróbowali zmierzyć się z dla ogniw AA jest ona mniejsza niż 1 om, więc poważniejszych czy drobniejszych błędów.
tym zadaniem! Upominki za zadanie Policz167
przy prądzie rzędu 60mA nie odgrywa istotnego Jeśli chodzi o zadanie 167, to wszystkie otrzymują: znaczenia.
rozwiązania, z wyjątkiem jednego, mogę uznać
Piotr Wachulec – Piotrków Trybunalski, Jeden z Czytelników napisał, że zadania
za prawidłowe. Jednocześnie podkreślam, że Łukasz Uszko – Ubiad, rozwiązać się nie da, bo jest za mało
nie było dwóch odpowiedzi jednakowych. Przemysław Smoliński – Sieradz.