Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
Chciałbym zaproponować Czytelni-
kom EdW budowę prostego układu, za
pomocą którego wkroczymy na obszar
mało jeszcze spenetrowany: dz
więków
niesłyszalnych dla człowieka, a odgrywa-
jÄ…cych wielkÄ… rolÄ™ w przyrodzie i techni-
ce. Mam tu na myśli, jak się pewnie do-
2280
myślacie, ultradz
więki. Ultradz
więki
o częstotliwości powyżej 20 000 Hz, nie-
słyszalne dla ucha ludzkiego, którego gór-
na granica słyszalności nie przekracza naj-
częściej nawet 17kHz, są odbierane
przez niektóre zwierzęta (psy, nietope-
rze). Ultradz
więki są stosowane w tech-
nice (m.in. w badaniach nieniszczÄ…cych),
echolokacji i hydrolokacji. Szczególnie
ważne jest zastosowanie ultradz
więków
w medycynie. Ultrasonografia, USG 
metoda diagnostyczna wykorzystujÄ…ca
zjawisko echa ultradz
więkowego jest jed-
ną z częściej stosowanych nieinwazyj-
nych metod badania narządów wewnę-
trznych. W odróżnieniu od metod diag-
nostycznych opartych na promieniowaniu
Eksperymentalny
tor ultradz
więkowy
rentgenowskim, badania przeprowadzane metrów, a przy zastosowaniu dodatko- z możliwych zastosowań nasuwa się
za pomocÄ… ultradz
więków nie wywierają wych elementów skupiających wiązkę ul- samo: urządzenie może być prostym
negatywnego wpływu na organizm czło- tradz
więków nawet kilkanaście metrów.  radarem do parkowania, sygnalizującym
wieka (przynajmniej takiego wpływu, jak Taka bariera ultradz
więkowa może zostać zbliżanie się tyłu samochodu do przeszko-
dotąd, nie stwierdzono). zastosowana nie tylko w układach alar- dy. Osobiście, opierając się na długoletniej
Proponowany układ ma przede wszys- mowych, ale wszędzie tam, gdzie potrze- praktyce kierowcy, jestem zdania, że lepiej
tkim charakter eksperymentalny i może bujemy uzyskać informację o przekrocze- nauczyć się sprawnie parkować samochód
posłużyć zdobywaniu praktycznych da- niu wyznaczonej linii przez osobę lub bez pomocy takich  wynalazków , nie-
nych na temat ultradz
więków i ich stoso- przedmiot. mniej zastosowanie proponowanego urzą-
wania. Nie oznacza to jednak bynajmniej, Drugim, możliwym do wykonania bez dzenia w samochodach o bardzo ograni-
że nie ma on żadnego konkretnego zasto- jakichkolwiek przeróbek zastosowaniem czonej widoczności do tyłu (np. Polonez
sowania praktycznego. Wprost przeciw- proponowanego układu jest wykorzystanie TRUCK), może mieć pewien sens.
nie, wykorzystując to proste, zbudowane go jako prostego, dość prymitywnego so- Niemniej, jeszcze raz podkreślam,
na zaledwie dwóch układach scalonych naru o niewielkim zasięgu. Nie umożliwi on proponowany układ ma za zadanie
urządzenie możemy zrealizować aż dwa dokładnej lokalizacji śledzonego obiektu przede wszystkim zachęcenie Was do
układy mające praktyczne zastosowanie. w przestrzeni, ani też pomiaru odległości. eksperymentów z ultradz
więkami, któ-
Pierwszym jest tor ultradz
więkowy, który Sonar dający takie możliwości jest obecnie rych wyniki mogą być doprawdy bardzo
może być interesującą alternatywą dla w ostatnim stadium testowania i w najbliż- nauczającące. W dalszej części artykułu
powszechnie stosowanych w układach szej przyszłości jego opis zostanie przeka- przekażę Wam kilka sugestii, które mo-
alarmowych aktywnych torów podczer- zany do dyspozycji Czytelników. Nasz gą zostać wykorzystane przy cieka-
wieni. Zasięg takiego toru może, w wy- układ może służyć jedynie rejestracji faktu wych doświadczeniach z wykonanym
konaniu podstawowym, wynosić kilka zbliżenia się do jakiegoś obiektu. Jedno urządzeniem.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/98 11
Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
Proponowany układ został zaprojekto- i PR1. W układzie modelowym częstotli- IC2A, wzmacniany i poddawany detekcji
wany z wykorzystaniem tanich i ogólnie wość ta wynosiła 40kHz. Bramka IC1B w układzie z diodami D1 i D2. Wzmoc-
dostępnych elementów, a jego wykona- pracuje jako inwerter, dostarczając sygna- nienie układu może być w szerokich gra-
nie nie przekracza możliwości nawet zu- łów o przeciwnej fazie do wejść dwóch nicach zmieniane za pomocą doboru
pełnie początkujących elektroników. Je- bramek: IC1C i IC1D. Nadajnik ultradz
wię- wartości rezystora R4. Jeżeli poziom od-
dynym elementami trochę trudniejszymi ków Q1 zasilany jest sygnałem prostokąt- bieranych ultradz
więków jest wystarcza-
do zdobycia są dwa przetworniki ultra- nym w układzie przeciwsobnym z wyjść jąco silny, to kondensator C8 ładuje się
dz
więkowe, które jednak znajdują się tych bramek. do napięcia umożliwiającego spolaryzo-
w ofercie handlowej AVT. Do skonstruowania odbiornika ultra- wanie bazy tranzystora T1 (zawartego
Podczas konstruowania tego układu dz
więków zastosowany został popularny w strukturze układu UL1321, stąd na-
naszły mnie smutne refleksje. Zbudowa- układ scalony typu UL1321. Kostka ta za- zwa: UL1321T) i w konsekwencji prze-
łem urządzenie, z którym za chwilę po- wiera w swojej strukturze dwa przed- wodzenie tego tranzystora.
zwolę sobie Was zapoznać, obok na wzmacniacze akustyczne z oddzielonym Tranzystor T1 może zostać wykorzys-
biurku leży prawie ukończony i testowa- zasilaniem i jeden tranzystor typu NPN. tany do sterowania jakimkolwiek urzą-
ny projekt dalmierza ultradz
więkowe- W naszym układzie wykorzystany został dzeniem zewnętrznym, takim jak we-
go. Mogłoby się wydawać, że zrobiłem tylko jeden z przedwzmacniaczy i tran- jście centrali alarmowej, przekaz
nik włą-
coś ciekawego. Tymczasem, w porów- zystor, co radykalnie uprościło konstruk- czający sygnalizator czy też po prostu
naniu z tym, co  powstało samo nie cję odbiornika i zmniejszyło koszt jego diodą LED.
zrobiłem właściwie niczego. Czym bo- wykonania. Pasmo przenoszenia zasto-
wiem są nawet najdoskonalsze urządze- sowanego wzmacniacza sięga 300kHz, Montaż i uruchomienie
r
y
s
u
n
k
u
2
nia echolokacyjne w porównaniu z ma- tak więc nadaje się on idealnie do Na rysunku 2 została pokazana mozaika
leńkim  urządzeniem umieszczonym wzmacniania dz
więków z pasma ścieżek płytek drukowanych, wykonanych
w organizmie niewielkiego stworzenia ponadakustycznego. Sygnał pobierany na laminacie jednostronnym oraz roz-
jakim jest zwykły, znany każdemu nieto- z wyjścia odbiornika ultradz
więków Q2 mieszczenie na nich elementów. Montaż
perz. Za pomocą naszego sonaru bę- dostarczany jest do wejścia 14 układu wykonujemy w typowy sposób, rozpoczy-
dziemy mogli zlokalizo-
wać ścianę z odległości
Rys. 1. Schemat ideowy
R
y
s
.
1
.
S
c
h
e
m
a
t
i
d
e
o
w
y
kilkunastu metrów.
Tymczasem echoloka-
tor tego maleńkiego
stworzonka potrafi na-
mierzyć, z niewiarygod-
nÄ… precyzjÄ…, muchÄ™
z podobnej odległości!
No cóż, nie pierwszy
raz osiągnięcia techniki
okazujÄ… siÄ™ niczym wo-
bec tworów przyrody!
Dajmy jednak spokój fi-
lozofowaniu i bierzmy
się za nasz układ.
Jak to działa?
r
y
s
u
n
k
u
1
Na rysunku 1 został
pokazany schemat elek-
tryczny toru ultradz
wiÄ™-
kowego. Górna część
schematu przedstawia
część nadawczą układu,
a dolna odbiornik ultra-
dz
więków. Nadajnik
skonstruowany został
z wykorzystaniem jed-
nego układu scalonego
typu 4093, zawierajÄ…ce-
go w swojej strukturze
cztery bramki NAND
z wejściami Schmitt a.
Bramka IC1A posłużyła
do zbudowania proste-
go generatora impulsów
prostokątnych, którego
częstotliwość pracy
określa pojemność C1
i połączone ze sobą sze-
regowo rezystancje R1
12 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/98
Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
500&!...1k&!. Następnie pokręcając poten-
Wykaz elementów
W
y
k
a
z
e
l
e
m
e
n
t
ó
w
cjometrem montażowym PR1 doprowa-
Rezystory
R
e
z
y
s
t
o
r
y
dzamy do zapalenia się diody, co świad-
PR1: potencjometr montażowy miniaturowy
czyć będzie o zgrubnym dostrojeniu na-
50k&!
dajnika do wymaganej częstotliwości.
R1: 100k&!
R2: 2k&!
Następnie odsuwamy nieco odbiornik od
R3: 8,2k&!
nadajnika, aż do momentu zgaśnięcia dio-
R4: 510&!
dy LED i powtarzamy regulacjÄ™. Kilkukrot-
R5, R6: 5,6k&!
ne wykonanie opisanej czynności pozwo-
Kondensatory
K
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
y
li na bardzo dokładne zestrojenie układu. C1: 560pF
C2: C5, C9: 47µF/16
Metodę 2 zastosujemy także w przy-
C3: C7, C10: 100nF
padku zamontowania w układzie prze-
C6: C4: 47nF
tworników ultradz
więkowych, których
C8: 2,2µF/16
częstotliwości roboczych nie znamy.
Półprzewodniki
P
ó
Å‚
p
r
z
e
w
o
d
n
i
k
i
Zbudowany układ może być zasilany D1, D2, D3: 1N4148
IC1: 4093
napięciem stałym o wartości dopuszczal-
IC2: UL1321
nej dla układów CMOS. Jeżeli będzie nam
Rys. 2. Schemat montażowy
R
y
s
.
2
.
S
c
h
e
m
a
t
m
o
n
t
a
ż
o
w
y
Pozostałe
P
o
z
o
s
t
a
Å‚
e
zależeć na uzyskaniu dużego zasięgu, to
CON1 : ARK2 (3,5mm)
nając od elementów o najmniejszych ga- zalecam zastosowanie napięcia zbliżone-
CON2: ARK3 (3,5mm)
Q1: nadajnik ultradz
więków typu CTD40T lub
barytach, a kończąc na podstawkach pod go do maksymalnego, tj. do 15VDC.
o podobnej charakterystyce
układy scalone i kondensatorach elektroli- Jak już wspomniałem we wstępie do
Q2: odbiornik ultradz
więków typu CTD40R
tycznych. Przetworniki ultradz
więkowe niniejszego artykułu, układ ma dwa pod-
lub o podobnej charakterystyce
dołączamy do płytek za pomocą odcinków stawowe zastosowania. W przypadku
cienkiego przewodu lub srebrzanki. użycia go jako aktywnego toru ultra-
Układ zmontowany ze sprawnych dz
więkowego, np. przy współpracy dz
więkowych przez przedmioty wyko-
elementów nie wymaga uruchamiania, z centralą alarmową, odbiornik należy nane z różnych materiałów i na jaki uży-
a jedynie prostej regulacji. Za pomocą ustawić dokładnie naprzeciwko nadajni- teczny zasięg będzie można liczyć. Inte-
potencjometru montażowego PR1 usta- ka, w odległości z zasady nieco mniejszej resujące może być także zbadanie kąta
wiamy częstotliwość pracy generatora od maksymalnego zasięgu urządzenia. rozchodzenia się wiązki ultradz
więków
zbudowanego na bramce IC1A. Częs- Przerwanie wiązki ultradz
więków przez generowanych przez przetworniki róż-
totliwość ta powinna być równa częs- przesuwający się obiekt spowoduje roz- nego typu i charakterystykę kierunkową
totliwości rezonansowej zastosowane- warcie tranzystora T1 i może być wyko- odbiorników.
go przetwornika ultradz
więkowego rzystane przez centralę jako kryterium Na zakończenie chciałbym polecić
i w układzie modelowym wynosiła alarmu. Jeżeli natomiast zechcemy wy- moim kolegom przeprowadzenie proste-
40kHz. Problem z regulacją układu mo- korzystać zbudowany układ jako prosty go, ale bardzo pouczającego ekspery-
gą mieć jedynie ci konstruktorzy, którzy sonar zdolny zlokalizować duże obiekty mentu, do którego wykonania potrzebny
nie posiadają miernika częstotliwości. z odległości paru metrów, to ustawiamy będzie jednak oscyloskop, niekoniecznie
Tym kolegom polecam następujące nadajnik obok odbiornika, tak jak pokaza- wysokiej klasy. Sondę oscyloskopu dołą-
r
y
s
u
n
k
u
3
metody regulacji: no na rysunku 3. czamy do wyjścia (pin 12) wzmacniacza
Wykonać prosty miernik częstotliwoś- Nadeszła wreszcie pora na powie- odbiornika i obydwa elementy toru ultra-
ci, np. AVT-2269 i za jego pomocą doko- dzenie paru słów o proponowanych dz
więkowego ustawiamy obok siebie.
nać regulacji toru ultradz
więkowego. eksperymentach, jakie możemy wyko- Naprzeciwko umieszczamy coś, co bę-
W przypadku ostatecznym należy nać za pomocą zbudowanego układu. dzie odbijać wiązkę ultradz
więków, np.
ustawić nadajnik i odbiornik naprzeciwko Celem ich ma być przede wszystkim trzymany w ręku kawałek tektury. W tym
siebie, w odległości kilku metrów. Pomię- przygotowanie się do budowy bardziej momencie na ekranie oscyloskopu po-
dzy kolektor tranzystora T1 a plus zasila- skomplikowanych urządzeń wykorzys- winniśmy zaobserwować ładną sinusoi-
nia można dołączyć diodę LED z rezysto- tujących ultradz
więki. Warto zbadać, ja- dę, w przypadku dużej siły odbieranego
rem ograniczającym prąd o wartości ki jest współczynnik odbijania fal ultra- sygnału z  ładnie przyciętymi wierzchoł-
kami. Następnie dość szybkim ruchem
Rys. 3. Różne ustawienie nadajnika i odbiornika
R
y
s
.
3
.
R
ó
ż
n
e
u
s
t
a
w
i
e
n
i
e
n
a
d
a
j
n
i
k
a
i
o
d
b
i
o
r
n
i
k
a
kilkukrotnie odsuwamy i przysuwamy od-
bijajÄ…cy ultradz
więki obiekt od zespołu
nadajnik  odbiornik, cały czas bacznie
obserwujÄ…c ekran oscyloskopu. A teraz
odpowiedzcie sobie, drodzy Koledzy na
następujące pytania:
 Jak nazywa się zjawisko, które zaobser-
wowaliśmy na ekranie oscyloskopu?
 Jak nazywa się element wyposażenia
nowoczesnych samolotów bojowych
USAAF, wykorzystujÄ…cy to zjawisko?
I wreszcie najciekawsze:
 Jakie interesujące urządzenia może-
my zaprojektować, bazując na tym,
co zaobserwowaliśmy?
Zbigniew Raabe
Z
b
i
g
n
i
e
w
R
a
a
b
e
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/98 13