Strona 1 Na warsztacie PRAKTYCZNY SZKOŁA KURS cz. 4 ELEKTRONIKI Poziom tekstu: średnio trudny Oto czwarta część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zaingurowaliśmy w numerze lutowym MT i będziemy kontynuować przez kilkanaście miesięcy. Zainteresowanie tym kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydo- waliśmy się umożliwić czytelnikom dołączenie do kursu w dowolnym momencie. Po prostu, wszystkie poprzednie części są dla wszystkich dostępne w formacie PDF na stronie www.mt.com.pl. Można z nich korzystać w komputerze lub wydrukować sobie. Publikacja każdej kolejnej części jest zawsze poprzedzona jedną stroną wstępnych informacji (jest to właśnie ta strona), żeby nowi czytelnicy mogli zapoznać się z zasadami KURSU i dołączyć do kursantów. ZAPRASZAMY! Jeśli nie masz bladego pojęcia o elektronice, ale chętnie byś poznał jej podstawy, to nadarza Ci się jedyna, niepowta- Zestaw EdW09 zawiera następujące rzalna okazja. We współpracy z bratnią redakcją miesięcz- elementy (specyfikacja rodzajowa): nika Elektronika dla Wszystkich rozpoczęliśmy w Młodym Techniku cykl kilkunastu fascynujących lekcji dla zupełnie 1. Diody prostownicze 4 szt. początkujących. Jest to Praktyczny Kurs Elektroniki (PKE) 2. Układy scalone 4 szt. z akcentem na Praktyczny, gdyż każda Lekcja składa się 3. Tranzystory 8 szt. z projektu i wykładu z ćwiczeniami, przy czym projekt to konkretny układ elektroniczny samodzielnie monto- 4. Fotorezystor 1 szt. wany i uruchamiany przez „kursanta”. Pewnie myślisz 5. Przekaźnik 1 szt. sobie – pięknie, ale jak ja mam montować układy nie mając 6. Kondensatory 22 szt. lutownicy ani żadnych części elektronicznych. Otóż jest rozwiązanie. Lutownicy nie będziesz w ogóle używać, gdyż 7. Mikrofon 1 szt. wszystkie układy będą montowane na płytce stykowej, 8. Diody LED 11 szt. do której wkłada się „nóżki” elementów na wcisk. 9. Przewód 1m I rzecz najważniejsza! Wydawnictwo AVT przygo- towało zestaw EdW 09, zawierający płytkę stykową 10. Mikroswitch 2 szt. i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania 11. Piezo z generatorem 1 szt. kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw 12. Rezystory 64 szt. EdW 09 będzie można kupić w sklepie internetowym www.sklep.avt.pl lub w sklepie firmowym AVT 13. Srebrzanka 1 odcinek (Warszawa, ul. Leszczynowa 11) – cena brutto 47 zł. 14. Zatrzask do baterii 9V 1 szt. Ale Ty nie musisz kupować! Dostaniesz ten zastaw 15. Płytka stykowa prototypowa za darmo, jeśli jesteś prenumeratorem MT lub wykupisz wkrótce prenumeratę. Wystarczy wysłać na adres: 840 pól stykowych 1 szt. [email protected] dwa zdania: Jest to specyfikacja ostateczna, nieznacznie „Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny skorygowana w stosunku do wydania zestaw EdW09. Mój numer prenumeraty: ......................” Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 30. kwietnia opublikowanego przed miesiącem. 2013 r., to zestaw EdW09 wyślemy Ci w pierwszej deka- Cena zestawu EdW09 – 47 zł brutto dzie maja wraz z czerwcowym numerem MT. (www.sklep.avt.pl) Uwaga uczniowie! Szkoły prenumerujące MT otrzymają Pakiety Szkolne Uwaga Szkoły PS EdW09, zawierające po 10 zestawów EdW09 (każdy Tylko dla szkół prenumerujących Młodego zestaw EdW09 zawiera komplet elementów z płytką sty- kową) skalkulowane na zasadach non profit w promocyj- Technika przygotowano Pakiety Szkolne nej cenie 280 zł brutto za jeden pakiet PS EdW09 (tj. z ra- zawierające 10 zestawów EdW09 (PSE EdW09) batem 40% – 28 zł brutto za pojedynczy zestaw EdW09, w promocyjnej cenie 280 zł brutto, którego cena handlowa wynosi 47 zł). Upewnij się, czy Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszystkie szkoły t.j. z rabatem 40%. ponadpodstawowe i wiele podstawowych otrzymują MT w prenumeracie sponsorowanej przez Ministerstwo Autorem zaplanowanego na ponad rok Praktycznego Nauki i Szkolnictwa Wyższego) i przekaż nauczycielom Kursu Elektroniki jest Piotr Górecki, redaktor naczelny informację o Praktycznym Kursie Elektroniki z promo- kultowego w świecie hobbystów elektroników miesięcz- cyjnymi dostawami Pakietów Szkolnych PS EdW09 nika Elektronika dla Wszystkich i autor legendarnych cy- do ćwiczeń praktycznych. kli artykułów i książek uczących elektroniki od podstaw. 80 m.technik - www.mt.com.pl Strona 2 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI Projekt 4 Nocny dręczyciel – elektroniczny świerszcz Na powyższej fotografii pokazany jest model Nocnego dręczyciela. Jest to układ do robienia dowci- pów. Aby zrobić komuś dowcip, należy podrzucić to urządzenie do jego sypialni w miejsce niewidoczne i trudno dostępne, na przykład na szafę (regał). Układ wyposażony jest w fotorezystor, przez co rozpoczy- na działanie dopiero wtedy, gdy zrobi się ciemno – w praktyce, gdy ofiara dowcipu zgasi światło. Wtedy co około dziesięć sekund wytwarza krótki, niezbyt głośny pisk. Dobrze słyszalne kolejne piski są nie tylko intrygujące, ale wręcz irytujące. +UZAS Gdy jednak zaintrygowana, a może już także zirytowana ofiara zaświeci światło, R5 2x żeby poszukać dokuczliwego „owada”, foto- 220k BC558 T3 rezystor wyłączy dźwięk. Układ będzie mil- R4 T4 470k czał do czasu, gdy nieszczęśnik znów zgasi światło. Dręczenie zacznie się od nowa... B R6 UWAGA 1! Z uwagi na nieuniknione róż- C3 R8 + 220k * R1 R2 R3 10nF nice oświetlenia i rozrzut parametrów, być głośność 470k 4,7M 10M może konieczne będzie dostosowanie czu- 6-12V + R7 łości dręczyciela na światło – jest to prosta C1 C2 * 1µF czułość Y1 czynność, dokładnie opisana dalej. 1µF T5 Dźwięk słychać, ale ponieważ jest to dość wysoki pisk i trwa krótko, bardzo trudno C3A 10nF T6 jest zlokalizować źródło tego dźwięku T1 T2 2x 2xBC548 BC548 za pomocą słuchu. Ofiara takiego dow- FR cipu zapewne kilka razy zgasi i zaświeci multiwibrator A światło, zanim wreszcie po żmudnych 81 Strona 3 Na warsztacie poszukiwaniach ze zdziwieniem odkryje, że nie jest to żaden świerszcz czy inny owad, tylko dziwny SZKOŁA układ elektroniczny. A wtedy biada temu, kto podrzucił taki gadżet do sypialni... UWAGA 2! Na takie żarty można sobie pozwolić wyłącznie względem zaprzyjaźnionych osób, mają- cych duże poczucie humoru. W przeciwnym wypadku układ może zostać zniszczony, a autor dowcipu naraża się na poważną awanturę, a być może sam stanie się ofiarą rękoczynów. Opis układu dla „zaawansowanych” Nocny dręczyciel jest prostym układem elektronicznym, o schemacie pokazanym na rysunku A. Na schemacie wyróżnione są poszczególne bloki, po części omówione we wcześniejszych wykładach. Podstawą jest popularny multiwibrator z tranzystorami T1, T2, wyróżniony żółtą podkładką. Bardzo duża wartość współpracujących rezystorów powoduje, że generator ten pobiera bardzo mało prądu, Poziom tekstu: średnio trudny około 0,02 miliampera, dzięki czemu nawet zwykła bateria starczyłaby na tysiące godzin pracy (o ile układ wcześniej nie zostałby zniszczony przez porywczą ofiarę nękania). Po włączeniu zasilania, multiwibrator pracuje stale, niezależnie od poziomu oświetlenia. Duże stałe czasowe R2C1 i R3C2 powodują, że cykl pracy trwa około 10 sekund. Obwód kształtowania krótkich impulsów wyróżniony jest różową podkładką. Podczas przełączania, gdy na kolektorze T2 pojawia się opadające zbocze, obwód R6C3 wytwarza ujemny impuls, który otwiera tranzystory T3 i T4. Impuls ten też bardzo krótki, trwa około 5 milisekund (0,005 s). W punkcie A poja- wia się wtedy napięcie o wartości około (UZAS–0,7 V). Napięcie to zasila obwód z tranzystorami T5, T6 tylko w tym krótkim czasie – kilku milisekund. Wtedy obwód czujnika świetlnego sprawdza, czy jest ciemno. Gdy jest jasno, fotorezystor ma małą rezystancję, napięcie na dzielniku R7, FR jest małe i tranzy- story T5, T6 pozostają zatkane. Brzęczyk Y1 nie pracuje. Gdy natomiast jest ciemno, wtedy rezystancja fotorezystora FR jest bardzo duża. Napięcie na dzielniku R7FR staje się na tyle duże, że tranzystory T5, T6 zostają otwarte, co uruchamia brzęczyk. Brzęczyk celo- wo zasilany jest obniżonym napięciem, przez szeregowy rezysotr R8, żeby jego dźwięk nie był za głośny, a przez to zbyt łatwy do zlokalizowania. Podane na rysunku A wartości rezystorów R7=10 MV i R8=2,2 kV okazały się optymalne w przed- stawionym modelu, jednak należy liczyć się z dużym i nieuniknionym rozrzutem parametrów brzęczy- ka Y1, a zwłaszcza fotorezystora FR. Właśnie z uwagi na rozrzut właściwości poszczególnych typów i egzemplarzy fotorezystora oraz na różne warunki oświetleniowe w sypialniach, najprawdopodobniej konieczne będzie, żebyś indywidualnie dobrał wartość rezystora R7, który wyznacza próg zadziałania. Nie obawiaj się, jest to łatwe. Proponuję, żebyś najpierw zmontował układ według rysunku A, jednak z następującymi zmiana- mi: na razie nie montuj FR, a jako C1, C2 wstaw wstępnie kondensatory 100 nF (0,1 mF), a nie 1 mF. Multiwibrator będzie pracował z dziesięciokrotnie większą częstotliwością i będzie dawał impuls co oko- ło sekundę. Teraz w razie potrzeby możesz śmiało zmienić wartość R8 (0...10 kV), żeby uzyskać optymal- ną Twoim zdaniem głośność dźwięku – pamiętaj jednak, że w sypialni będzie cicho i sygnał nie może być zbyt głośny. Powinieneś uzyskać krótkie „ćwierknięcia”. Jeżeli uznasz, że te „ćwierknięcia” są za krótkie, możesz dodać równolegle do C3, drugi kondensator 10 nF. Na początek rezystor R7 może mieć wartość 1 MV (brązowy, czarny, zielony, złoty). Dalsze czynności wykonaj wieczorem lub w nocy: Najpierw przy włączonym świetle włóż fotorezystor FR. Gdyby brzęczyk od razu się odezwał, zwiększ wartość R7, bowiem przy włączonym oświetleniu brzęczyk musi milczeć. Wyłącz światło. Brzęczyk powinien wydać dźwięk. Uwaga! Ustawienie czułości najlepiej byłoby przeprowadzić w planowanym „miejscu akcji”. Może się bowiem okazać, że np. w danej sypialni nigdy nie robi się zupełnie ciemno z uwagi na pobliską lampę za oknem, albo odwrotnie: oświetlenie w sypialni może być słabe i dręczyciel zostałby włą- czony przed wyłączeniem światła. Dlatego warto w płytkę wpiąć szereg zapasowych rezystorów, żeby w razie potrzeby szybko skorygować czułość. Zasada jest prosta: jeżeli brzęczyk pracuje przy włączonym świetle – zwiększ wartość R7. Jeżeli natomiast nie chce się włączyć po zgaszeniu światła – wartość R7 należy zmniejszyć. Zastosowanie w modelu R7=10 MV powoduje, że sygnały dźwiękowe pojawiają się dopiero wtedy, gdy zrobi się naprawdę ciemno. Gdy za pomocą R7 ustawisz pożądaną czułość, a R8 – głośność, wymień kondensatory C1, C2 na 1 mF. Jeśli chcesz, możesz zmienić odstęp między impulsami, dobierając wartości R2, R3 w zakresie 1 MV … 15 MV. Uwaga! Dobierając wartości rezystorów być może stwierdzisz, że dany rezystor daje efekt za mały, a następny z posiadanych – za duży. Wtedy połącz dwa rezystory o „sąsiednich” wartościach – uzy- skasz wartość pośrednią. Przykładowo masz elementy 220 kV i 470 kV, a potrzebowałbyś wartość pośrednią. Możesz do większej z tych wartości dołączyć równolegle rezystor o większej wartości. 82 m.technik - www.mt.com.pl Strona 4 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI I tak łącząc równolegle 470 kV i 1 MV, uzyskasz 320 kV, a łącząc 470 kV i 2,2 MV uzyskasz około 390 kV. Natomiast łącząc szeregowo mniejsze nominały 220 kV i 100 kV uzyskasz 320 kV, a łącząc 220 kV i 47 kV uzyskasz około 270 kV. W ten sposób możesz dobrać praktycznie dowolną rezystancję „pośrednią”. Układ modelowy, pokazany na fotografii wstępnej, został zmontowany na płytce stykowej. Kto chciał- by mieć model „w wersji użytkowej” o zdecydowanie mniejszych rozmiarach, może zmontować układ inaczej, niekoniecznie na płytce drukowanej. Początkujący mogą montować proste układy bez lutowania, na przykład wykorzystując kawałek sztywnego kartonu, robiąc szpilką dziurki na końcówki elementów. Wystające z drugiej strony końcówki elementów można skręcić ze sobą i z przewodami łączącymi po- szczególne punkty, dokładnie według schematu ideowego. Wykład z ćwiczeniami 4 Poznajemy elementy i układy elektroniczne Badając tranzystor w ramach wykładu 2 sprawdziliśmy, że nawet przy dużych zmianach prądu bazy i prądu kolektora, napięcie UBE zmienia się bardzo niewiele i wynosi około 0,6...0,7 V – w uproszczeniu możemy przyjąć, że jest niezmienne. Często można przyjąć taki uproszczony wniosek, jednak w rzeczywistości napięcie baza-emiter w tranzystorze, a także napięcie na zwykłej diodzie i na diodach LED w pewnym niezbyt dużym stopniu zależy od prądu. O ile w rezystorze zależność między prądem i napięciem jest liniowa (U=I*R), o tyle w diodach jest logarytmiczna. Rysunek 1 pokazuje tę samą zależność prądu i napięcia popularnej diody 1N4148, tylko narysowaną raz w skali logarytmicznej, i dwa razy w skali liniowej (dla różnych zakresów prądu). Dawniej wykorzystywano diody oraz złącza baza-emiter tranzystorów w tzw. komputerach analogowych do przeprowadzania matematycznych operacji logarytmowania i alogarytmowania (także do mnożenia, dzielenia, podnoszenia do potęgi i wyciągania pierwiast- ków). Jednak w większości przypadków nie interesuje nas logarytmiczna zależność napięcia i prądu, a jedynie fakt, że zmiany napięcia na diodzie lub złączu baza-emiter, wynoszącego zwykle 600...700 mV, są niewielkie. Rysunek 1 wskazuje, że duże zmiany prądu powodują znaczące zmiany napięcia – o około 100 mV (60...120 mV) przy dziesię- ciokrotnym zwiększeniu lub zmniejszeniu prądu. Przy dwukrotnej zmianie prądu (podwojeniu lub zmniejszenie do połowy), napięcie zwiększy się lub zmniejszy tylko o 30 mV, czyli o około 5%. Natomiast przy wzroście lub zmniej- szeniu prądu o 10%, napięcie zwiększy się lub zmniejszy o około 4 mV, czyli o około 0,6%. Nie jest to wprawdzie stabilizacja idealna, ale dość przyzwoita. Bardzo podobnie, a nawet lepiej, jest z diodami LED, które dość często logarytmiczna skala prądu liniowa skala prądu liniowa skala prądu IF IF IF UF UF 1 UF IF [mA] wykorzystujemy w roli źródeł napięcia odniesienia. Rysunek 2 po- Infra Red kazuje przybliżone charakterystyki prądowo-napięciowe niektórych Red 60 diod LED, dotyczące temperatury pokojowej. Niestety, do tego docho- Super Red Green dzą znaczące zmiany napięcia pod wpływem zmian temperatury. Tym 50 aspektem zajmiemy się w następnym wykładzie. 40 Yellow Wtórnik. Możemy przyjąć, że napięcie między bazą i emiterem podczas normalnej, liniowej pracy tranzystora zmienia się bardzo 30 Blue mało, prawie wcale. A to znaczy, że w układach z rysunku 3 podczas 20 normalnej pracy napięcie na emiterze będzie podążać za napięciem na bazie (wtórować) – dlatego taki układ nazywany wtórnikiem. W typo- 10 wych warunkach (liniowej) pracy wtórnika z rysunku 3a, napięcie na emiterze jest o około 0,7 V niższe od napięcia na bazie, a we wtórniku 1 2 3 z rysunku 3b – o około 0,7 V wyższe. 2 UF [V] Możemy też zbudować wtórnik podwójny według rysunku 4. 83 Strona 5 Na warsztacie Różnica napięć między wejściem i wyjściem będzie mniejsza, niż 0,1 V (z uwagi na niejednakowe zwykle wartości SZKOŁA R1, R2, prądy tranzystorów i niejednakowe napięcia UBE). Dwa takie podwójne wtórniki dają układ z rysunku 5a, który czasem bywa wykorzystywany w praktyce. Częściej wykorzystywane są odmiany komplementarnego wtór- nika z dwoma diodami według idei z rysunku 5b. Zamiast dwóch diod, częściej wykorzystywany jest dodatkowy tranzystor, na przykład według rysunku 6a – stosunek rezystorów RA, RB decyduje, jaki prąd płynie przez tranzy- story T1, T2 w spoczynku. W praktyce często spotykamy rozwiązanie wtórnika według rysunku 6b, gdzie tranzystor T3 i potencjometr P1, a) +UZAS b) +UZAS pozwalają płynnie nastawić napięcie polaryzujące Ux, a tym samym C prąd, który w spoczynku płynie przez tranzystory T1, T2. Czasem B RE npn wykorzystywana jest też wersja z rysunku 6c, gdzie w spoczynku oba UBE ~0,7V E tranzystory są zatkane. UBE ~0,7V Tylko po co komu takie wtórniki, które nie wzmacniają napięcia? UE =UB + 0,7V Poziom tekstu: średnio trudny E UE =UB – 0,7V UB Otóż tranzystory mają duże wzmocnienie prądowe: prąd wejściowy B pnp RE jest wielokrotnie mniejszy od prądu wyjściowego. Dlatego fachowo UE UE C UB mówimy, że wtórniki mają dużą rezystancję wejściową i małą wyjściową. Często mówimy, że wtórnik jest buforem. Oto przykład: na rysunku 7a mamy dzielnik 3 +UZAS +UZAS R1=R2=100 kV. Woltomierz, dołączony równolegle do rezy- a) b) stora R2 w moim modelu pokazał 4,49 V, czyli mniej więcej połowę napięcia zasilania. Po dołączeniu do tego dzielnika R2 R1 rezystora RL=10 kV, zgodnie z rysunkiem 7b, napięcie na T1 T2 wyjściu dzielnika, w punkcie A wyniosło tylko 0,78 V! Po dołączeniu rezystora R3 za pośrednictwem wtórnika T2 T1 npn, napięcia były takie, jak pokazuje rysunek 7c. Dołączenie R2 Uwy Uwy podwójnego wtórnika dało znakomite wyniki pokazane na Uwe R1 Uwe rysunku 7d. Fotografia 8 pokazuje układ z rysunku 7d podczas testów. Uwaga! Do dokładnych pomiarów dwóch napięć potrzeb- Uwy ≈Uwe Uwy ≈Uwe 4 ne są dwa mierniki, trzeba bowiem pamiętać, że woltomierz +UZAS +UZAS stanowi jakąś rezystancję. Tanie mierniki mają rezystancję a) b) 1 MV, a lepsze – 10 MV. I już dołączenie (rezystancji) mier- R1 R1 nika zmienia w jakimś stopniu napięcie dzielnika. Różnego rodzaju wtórniki – bufory są wykorzystywane T2 jako „cegiełka” do budowy rozmaitych wzmacniaczy. 0,7V T1 I nie tylko wzmacniaczy. Równoległy stabilizator napięcia. Wiemy, że stabilność T3 0,7V napięcia UF na diodach oraz stabilność napięcia UBE w tran- T4 zystorze nie jest doskonała. Jednak w mniej wymagających Uwe Uwy Uwy Uwe zastosowaniach, z powodzeniem wykorzystujemy napięcie R2 R2 UBE oraz napięcie przewodzenia różnych diod, jako napięcie wzorcowe i zakładamy, że jest niezmienne. Na rysunku 9a Uwy ≈Uwe Uwy ≈Uwe masz przykład prościutkiego tzw. stabi- 5 lizatora równoległego. Napięcie wyjścio- we zależy od liczby i koloru diod LED. a) +U ZAS b) +UZAS c) +UZAS Rezystor R1 należy tak dobrać, żeby prąd R1 R1 I1 nie przekroczył 20 mA, bezpiecznego T1 dla diod LED i żeby był 2...10 razy większy T1 T1 od spodziewanego prądu wyjściowego – prądu obciążenia IL. Elementem stabili- RA zującym mogą być diody LED lub zwykłe diody – rysunek 9b. T3 T3 UX Przy wyższych wymaganiach stosujemy tzw. diody Zenera, w których stabilność POT RB T2 napięcia jest dużo lepsza. Na ilustracji 10 Uwe Uwy pokazane są typowy układ pracy i wy- T2 T2 gląd diod Zenera o różnych napięciach T4 T4 stabilizacji (od 2,1 V do nawet 160 V, przy czym z reguły zamiast przecinka, stosuje się literę V, stąd np. 5V1=5,1 V). Trzeba 6 84 m.technik - www.mt.com.pl Strona 6 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI a) ok. 9V b) ok. 9V c) ok. 9V d) ok. 9V podkreślić, że dioda Zenera jest włączana BC548 R1 R1 R1 R1 R4 100k 100k 100k 100k 100k „odwrotnie” - w kie- A T1 runku wstecznym. A A 4,42V BC548 T2 4,49V 0,78V Natomiast włączona 3,82V A 4,43V w kierunku przewo- 4,49V T1 R2 dzenia, zachowuje V BC558 R2 R2 R3 100k R3 R2 R3 100k 100k 10k 10k 100k 10k się jak zwykła dioda UA krzemowa ze spad- Uwy ≈Uwe kiem napięcia około 7 0,7 V. Obecnie, zamiast diod Zenera, w roli precyzyjnych źródeł napięć odniesienia powszechnie wykorzystujemy układy scalone, zawierające w jednej strukturze wiele elementów, np. typu TL431 czy LM385, które na schematach oznaczamy jak pojedyncze diody Zenera. Przykład na ilustracji 11. Zapewniają one znakomitą stabilizację. W przypadku TL431 rezystory R2, R3 pozwalają dowolnie ustawić wartość napięcia wyjściowego. Szeregowy stabilizator napięcia. Mając źródło napięcia odniesienia i wtórnik, możemy zrealizować stabilizator napięcia, o zwiększonym prądzie wyjściowym. Układ z rysunku 9a wzbogaciliśmy o wtórnik – przykład na rysun- ku 12. Nawet przy znacznych zmianach napięcia UZAS oraz prądu IL, napięcie na szeregowo połączonych diodach zmienia się niewiele, napięcie UBE tranzystora T1 też niewiele zależy od prądu – zmiany napięcia na obciążeniu RL są niewielkie. Znacznie lepsze parametry można uzyskać, dodając wtórnik według rysunku 13a. Inny przykład masz na rysun- ku 13b. Tranzystor T2 pełni rolę tzw. wzmacniacza błędu: porównuje napięcie wyjściowe z napięciem wzorcowym i tak steruje tranzystorem T1, żeby minimalizować błąd (różnicę napięć). Wartość napięcia wyjściowego określają dzielniki R2, R3. Fotografia 14 pokazuje stabilizatory z rysunku 13. W praktyce od dawna nie wykorzystujemy takich rozwiązań z pojedynczymi tranzystorami. Obecnie powszechnie stosujemy dużo bardziej skomplikowane stabilizatory scalone – ilustra- cja 15 pokazuje typowe schematy aplikacyjne bardzo popular- nych stabilizatorów z rodziny 78xx (gdzie xx określa napięcie wyjściowe i układu LM317). Rzadziej stosujemy podobne stabili- zatory napięć ujemnych z rodziny 79xx oraz LM337. Stabilizator prądu. Rysunek 16 pokazuje dwie wersje pro- 8 stego układu źródła prądowego. Przy znacznych zmianach a) +UZAS b) +UZAS napięcia zasilania Uwe, znacznie będzie się zmieniał prąd I1, jednak praktycznie niezmienne będą napięcia UF na diodach R1 R1 i UBE tranzystora T1, więc niezmienne będzie też napięcie na * * rezystorze R2, przez który popłynie niezmienny prąd IE=U2/R2. napięcie wejściowe (niestabilizowane) I 1=(2...10)*I L Prąd emitera jest sumą prądu bazy i prądu kolektora (IE=IB+IC), Uwe ale prąd bazy jest malutki, więc przyjmujemy w uproszczeniu Uwe I2 IL IE=IC. Prąd kolektora nie zależy też od oporności obciążenia RL 4 x 1N4148 RL i napięcia na kolektorze (byle tranzystor T1 nie wszedł w stan ok. 2,8V Uwy obcią- nasycenia). żenie W praktyce zdecydowanie częściej wykorzystujemy układ, pokazany na ilustracji 17. Przez rezystor R2 płynie niewielki prąd, który otwiera T1. Tranzystor T2 sprawdza spadek na- element element pięcia na R1. Gdy rośnie prąd T1 i napięcie na R1, otwiera się 9 stabilizujący stabilizujący tranzystor T2 i jego kolektor „zabiera” część prądu, płynącego a) +UZAS b) +UZAS R1 R1 K A ok.0,7V Uz A K - dioda Zenera 85 Strona 7 Na warsztacie +UZAS +UZAS SZKOŁA R1 R1 +UZAS R1 Uwe Uwe R2 1k K T1 R K BC548 Uwy Uwy Uwe A A R3 RL TL431 Uwy Poziom tekstu: średnio trudny LM385 R2+R3 Uwy= 2,5V R3 ! @ Uwe= 7V Uwy =4,99V Uwe= 7V Uwy =4,70V Uwe= 12V Uwy =5,27V Uwe= 12V Uwy =5,00V a) b) R1 2,2k Uwy T1 BC548 R1 R2 2,2k 2,2k Uwe Uwe R2 BC548 2,2k Uwy T1 T2 BC548 R3 R3 2,2k 2,2k biała lub czerwona niebieska # wzmacniacz błędu wzmacniacz błędu $ przez R2, a tym samym zmniejsza prąd bazy, kolektora i emitera T1. Tym samym zmniejsza napięcie na R1. Gdyby jednak prąd tranzystora T1 i na- pięcie na R1 z jakichkolwiek powodów znacznie się zmniejszyły, T2 zostanie zatkany, prąd jego kolektora zmniejszy się do zera i cały prąd R2 będzie prądem bazy T1, co momentalnie zwiększy prąd T1 i spadek napięcia na R1. Mamy tu „czuwa- a) + 78xx + + LM317 + jący” układ, w którym tranzystor T2 cały I O I O czas stara się utrzymać na rezystorze R1 GND ADJ + + Uwy Uwe jednakowy spadek napięcia, a tym samym R1 Uwe Uwy niezmienny prąd kolektora T1. Rezystor R1 10µF 10µF + + trzeba dobrać, zależnie od napięcia zasila- _ masa _ 10µF 10µF nia i prądu IC. Obciążeniem RL może być R2 np. dioda LED, jak na fotografii – jej prąd * będzie niezmienny, bardzo mało zależny od dla LM317 i LM337: _ masa _ napięcia zasilania. R1 = 120 ... 240Ω Sterowane źródła prądowe. Źródłem R1+R2 + + Uwy = 1,25V prądowym jest też obwód kolektorowy b) R1 masa „gołego” tranzystora. Na rysunku 18a R2 pokazany jest najprostszy, niestosowany 10µF * 10µF + masa + + + w praktyce układ źródła prądowego, Uwe Uwy 10µF 10µF sterowanego zarówno prądem IB, jak + + R1 Uwy Uwe i napięciem UBE. GND ADJ Na rysunku 18b żółtą podkładką wy- I O I O różnione jest źródło prądowe sterowane _ _ _ _ napięciem. Prąd źródła prądowego zależy 79xx LM337 % 86 m.technik - www.mt.com.pl Strona 8 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI UZAS =4V Ic =2,77mA UZAS =8V Ic =2,80mA UZAS =12V Ic =2,94mA R1 RL R1 RL +UZAS R2 R1 I1 I1 RL I C = const I C = const T1 T1 IC I1 ≈ LED 10 2x 1N4148 I C = const U=const U=const UF UF IC ≈ 0,6V/R2 T1 R2 R2 BC548 ^ T2 BC548 R1 & a) +UZAS b) +UZAS c) +UZAS +UZAS RL RL RL R2 R3 LED R2 IC IC IC T3 0,7V 0,7V IB T1 T1 T4 T1 0,7V 0,7V T2 T2 Uster Uster Uster R1 ~Uster R1 T1 R1 * Uster ( IC ≈ 2 * I ster d) I ster I C a) +UZAS b) nie tylko od wartości rezystancji I ster IC R1, ale też od napięcia na bazie T1. T1 T2 Ulepszony układ mógłby wyglądać RL T1 T3 jak na rysunku 18c. Tego rodzaju T2 R1 R2 układ sterowanego napięciem U BE źródła prądowego według rysun- ku 19 wykorzystaliśmy w mo- IC I ster c) I ster < IC e) I IC1 IC2 IC3 IC4 nitorze napięcia w wykładzie 2. T2 T1 ster Aby zmniejszyć prąd wejściowy, mamy tu „podwójny” wtórnik T1, U BE T1 T2 „mały” „duży” T2 (tzw. układ Darlingtona). Drugi analogiczny wtórnik powoduje, że U BE na rezystorze R1 mamy napięcie ) zbliżone do napięcia wejściowego +UZAS Uster. Z uwagi na drobne różnice LED RGB + napięć na złączach baza-emiter i na diodzie, 1N4148 Y1 dodajemy rezystor R3, by przy zerowym napięciu D1 Uster, dioda LED nie świeciła. W wykładzie 2, na R5 R6 R7 R8 rysunkach 4 i 6 zamiast T4 zastosowaliśmy diodę. R2 R3 2,2k 47k 47k 2,2k Kontrolę prądu kolektorowego źródła prądo- R1 2,2k 47k wego możemy realizować w różny sposób, nieko- 470Ω R4 C3 2x C4 + + 10µF + niecznie za pomocą napięcia. Bardzo popularny 22k jest też układ z rysunku 20a. Na chwilę pomińmy 7-15V C1 C2 prądy baz tranzystorów, które są kilkaset razy T4 + 100µF 100µF + + T3 mniejsze od prądów kolektorów. Zakładamy, że C5 tranzystory są jednakowe, ich temperatura jest 100µF jednakowa, napięcia UBE są identyczne, więc T1-T4 BC548 T1 „wyjściowy” IC będzie taki sam, jak prąd „wejścio- T2 q wy” Ister. Mamy tu źródło prądowe sterowane 87 Strona 9 Na warsztacie prądem, które częściej nazywane jest lustrem (zwierciadłem) SZKOŁA prądowym. W praktyce spotyka się też lustra prądowe o niejednakowych prą- dach, z tranzystorami o różnej wielkości wewnętrznych struktur, oraz zrealizowane z użyciem dodatkowych rezystorów – przykłady na rysunku 20b ... 20d. Na koniec tego wykładu jeszcze kilka układów do samodzielnej budowy. Symulator alarmu. Nie zawsze gotowi jesteśmy chronić swoje mienie za pomocą urządzeń alarmowych. Często dla odstraszenia w potencjalnego złodzieja +UZAS chcemy zainstalować je- Poziom tekstu: średnio trudny 2xBC558 nie- T1 D1 R6 dynie symulator alarmu, T2 1N4248 bie- wytwarzający impulsy 10k białe skie świetlne i dźwiękowe. T3 S1 BC „Inteligentny” symula- R3 100k R5 22k C2 C5 558 + tor z trójkolorową diodą 1µF R7 BAT LED, dający nietypową 2,2k + R1 R2 R4 C1 sekwencję kolorowych + 220k 100k 10k impulsów świetlnych, C3 C4 9V 2 x 1000µF możesz zrealizować T4 3xBC548 według rysunku 21 + + R9 10Ω R8 i fotografii 22. 10Ω 2x 100µF e +UZAS 2xBC558 BC548 T1 T1 LED1 LED2 S1 S2 + + T3 R6 R8 1N4148 1N4148 C1 C2 1k 1k 100µF 100µF LED3 BAT R2 D2 + 100k D1 T4 T4 T5 T7 9V C3 C4 BC r 100nF 100nF 548 R2 R3 R7 R9 Lampa błyskowa – strobo- R4 R5 10k 47k 10k 1k 1k 4,7k skop. Możesz też zrealizować t lampę błyskową-stroboskop z dwiema białymi i dwiema niebieskimi diodami LED według rysunku 23 i fotografii 24. Mała bateryjka, 9-woltowy bloczek, ma niewielką wydajność prądową. Jednak dzięki magazynowaniu energii w kondensa- torach C1, C2, prąd podczas krótkich impulsów będzie miał dużą wartość. Przekonasz się, że nawet przy prawie całkiem zużytej baterii, można uzyskać jasne błyski diod LED. UWAGA! Nie należy świecić diodami prosto w oczy, ponieważ silne impulsy mogą być szkodliwe dla wzroku! Gra zręcznościowa – Kto szybszy? To tester refleksu dla dwóch uczestników, pokazana jest na rysunku 25 i fotografii 26. Mamy tu zwyczajny multiwibrator, pracujący z bardzo małą częstotliwością oraz dwie struktury tyrystorowe, a do tego trzy diody LED. Gdy zaświeci się czerwona dioda LED3, każdy uczestnik jak najszybciej naciska swój przycisk. Wygrywa ten, kto zaświeci „swoją” zieloną diodę LED. Zamiast diody LED3 (lub równolegle do niej) można włączyć brzęczyk piezo. Zachęcam Cię też do wykorzystywania oraz do samo- dzielnej modyfikacji dotychczas poznanych układów i obwodów w jeszcze innych konstrukcjach własnego pomysłu.  Piotr Górecki y 88 m.technik - www.mt.com.pl