Wyprawa trzecia − A3
advertisement
37 A3 Ośla łączka Wyprawa trzecia − A3 Regulator temperatury, Tester refleksu, Bateria słoneczna, Krzesło elektryczne, Laserowe zdalne sterowanie, Elektroniczna klepsydra, Generator wysokiego napięcia, Laserowa bariera optyczna dalekiego zasięgu kondensatory rezystory tranzystory NPN diody krzemowe „zwykłe“ i Schottky`ego tranzystory PNP brzęczyk piezo fotodiody przyciski termistor tyrystor miniaturowy potencjometr z gałką przekażnik cewka 100 mH diody LED Gdy pierwszy raz w życiu stajesz na nartach, nie odbywa się to na szczycie Kasprowego. Szukasz jakiegoś łagodne− go, mało stromego stoku, jednym słowem − oślej łączki. Dopiero gdy na takiej oślej łączce nauczysz się podstaw, będziesz w stanie bezpiecznie zjechać z Kasprowego. Prąd elektryczny przepływający przez ciało czło− wieka nie jest obojętny dla zdrowia. Czym więk− sze napięcie, tym większy prąd i większy wpływ na organizm. Napięcia nie przekraczające 24V uznaje się za bezwzględnie bezpieczne. Napięcia rzędu 60V i więcej uznawane są za nie− bezpieczne. Napięcie w domowym gniazdku sie− ci energetycznej wynosi 220...230V – jest to więc napięcie groźne dla życia! Przeprowadzanie prób z układa− mi dołączonymi wprost do sieci grozi śmiercią! Aby zapobiec nieszczęściu, należy zasilać budo− wane układy z baterii albo z użyciem fabryczne− go, atestowanego zasilacza, który co prawda jest dołączany do sieci, ale zastosowane rozwią− zania zapewniają galwaniczną izolację od sieci i pełne bezpieczeństwo. Elektronika dla Wszystkich dwukolorowa dioda LED Niniejszy cykl jest odpowiednikiem wypraw na taką oślą łączkę. Poszczególne wyprawy pozwalają poznać ko− lejne najważniejsze zagadnienia elektroniki. Kurs został pomyślany, by przede wszystkim bawić, a przy okazji uczyć. Zabawa polega na wykonywaniu różnych poży− tecznych i ciekawych układów. W niniejszym cyklu wszelkie interpretacje fizyczne są mocno uproszczone (o ile w ogóle są), a główna uwaga jest skierowane na zagadnienia praktyczne. Uwydatnia to charakterystyczna struktura kursu − każdy odcinek zawie− ra cztery bloki, wyróżnione kolorami. Najważniejszy blok to umieszczone na białym tle ćwi− czenia praktyczne. Podane tu informacje całkowicie wy− starczą do zbudowania i uruchomienia opisanych ukła− dów. Nie lekceważ tych ćwiczeń! Samo przeczytanie te− kstu nie dostarczy Ci wszystkich najważniejszych infor− macji. Dopiero praktyczne wykonanie i zbadanie zapropo− nowanych układów pozwoli wyciągnąć wnioski i w pełni zrozumieć opisane zagadnienia. Wyróżniony niebieskim kolorem ELEMENTarz przybliża użyte w ćwiczeniach elementy oraz zawiera in− ne niezbędne wiadomości. Warto poświęcić trochę czasu i starannie przeanalizo− wać zamieszczone na żółtym tle TECHNIKALIA − czyli najważniejsze wyjaśnienia techniczne. Biblioteczka praktyka − czwarty blok, wyróżniony jest kolorem różo− wym, jest przeznaczony dla osób, które chcą projektować własne układy. W tej części prezentowane są podstawowe wiadomości niezbędne młodemu konstruktorowi. Niniejszy materiał jest trzecią wyprawą na oślą łącz− kę. Aby bezboleśnie rozpocząć swą przygodę z elektroni− ką, warto zacząć od lekcji pierwszej, oznaczonej A1. Po− dane są tam podstawowe informacje, w tym dotyczące montażu oraz kodu kolorowego, stosowanego do oznacza− nia rezystorów. Kolejne odcinki publikowane są w Elek− tronice dla Wszystkich, począwszy od numeru 10/2000. Archiwalne numery Elektroniki dla Wszystkich oraz zestawy wszystkich elementów oraz materiałów niezbęd− nych do przeprowadzenia ćwiczeń dostarczane są przez firmę AVT − szczegóły podano w ramce na końcu artyku− łu oraz na stronie 120 tego numeru. W czasie trzeciej wyprawy wykonasz kolejne wspa− niałe i pożyteczne układy. Znasz już podstawowe prawa elektroniki, a lutowanie nie jest Ci obce. Przyszła pora na zapoznanie się z cyfrowym miernikiem uniwersalnym − multimetrem. Zamiast niego możesz wykorzystywać uni− wersalny miernik wskazówkowy. Jeśli nie masz żadnego miernika, nie rozpaczaj − opisywane układy uruchomisz bez pomocy jakiegokolwiek miernika. Do wszystkich ćwi− czeń potrzebny będzie zasilacz stabilizowany 12V i prą− dzie co najmniej 150mA. Nie polecam baterii 9−woltowej, choć może zasilać niektóre układy. Zaczynajmy więc! Piotr Górecki 37 A3 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Potencjometr, rezystor zmienny T E C H N I K A L I A Ośla łączka Tajemnice dzielników napięcia Mówiąc najprościej, po− tencjometr to zmienny re− zystor. Wystarczy naryso− wać miękkim ołówkiem na kartce grubą kreskę. Cien− ka warstwa grafitu (odmia− na węgla) przewodzi prąd. Przesuwając sondy mierni− ka wzdłuż węglowej ścieżki można zmieniać rezystancję. Dokładnie tak działają potencjo− metry węglowe (w których ścieżka przewo− dząca jest zbudowana z grafitu). Dawniej kilka potencjometrów (węglo− wych) można było znaleźć w każdym radio− odbiorniku i telewizorze, gdzie służyły mie− dzy innymi do regulacji siły głosu. Dziś jest ich tam coraz mniej, bo są wypierane przez elektroniczne systemy regulacji. Nadal czę− sto stosowane są jedynie niewielkie poten− cjometry montażowe, wykorzystywane w procesie regulacji wstępnej, niedostępne dla użytkownika. Obok popularnych i tanich potencjometrów węglowych, stosowane są także zdecydowanie lepsze potencjometry cermetowe (cermet – ceramika + metal). Czasem spotyka się też potencjometry druto− we, a bardzo rzadko takie, gdzie warstwa czynna wykonana jest ze specjalnego, prze− wodzącego tworzywa sztucznego. Potencjometry montażowe nazywane są często peerkami. Ta zwyczajowa nazwa po− chodzi stąd, że na schematach oznacza się je często literami PR. Precyzyjne, wieloobroto− we cermetowe potencjometry montażowe na− zywane są helitrimami. Na fotografiach mo− żesz zobaczyć różne potencjometry. Każdy z nich zawiera przewodzącą ścieżkę oraz ru− chomy suwak. Fot. 1 Połączenie równoległe i szeregowe − rozkład napięć Ćwiczenie 1 Do tej pory zajmowaliśmy się głównie prądami. Pora zbadać, jak zmieniają się napięcia. Zestaw układ według rysun− ku 1. Rezystora Rx nie montuj na stałe, w jego miejsce włączaj kolejno rezysto− ry o wartościach 100Ω, 1kΩ, 10kΩ. Ja− sność diody DI wskazuje na wartość prądu, ale to tym razem jest mniej istot− ne. Chcemy badać jak zmienia się na− pięcie w punkcie A. Układ z tranzysto− rami TX, TY i diodą DU jest monito− rem napięcia – jasność diody DU wska− zuje wartość napięcia UA, czyli napię− cia na rezystorze Rx. Rys. 1 Rezystory R1, Rx tworzą dzielnik na− pięcia – za pomocą dwóch rezystorów możesz uzyskać dowolne napięcie UA, mniejsze od napięcia zasilającego Uzas. Dzielniki napięcia wykorzystujemy bar− dzo często. Przez oba rezystory płynie ten sam prąd. Czym większa rezystancja Rx, tym większe napięcie na niej występuje – jest to zgodne z prawem Ohma (U = I*R). Jak już wiesz, napięcie nie może zginąć − jeśli na rezystorze Rx wystąpi jakieś na− pięcie Ux, to na rezystorze R1 napięcie wyniesie UB−Ux. Suma napięć Ux, U1 zawsze będzie równa napięciu baterii. W układzie z rysunku 1 zmień war− tość R1 na 10kΩ, a zamiast Rx włącz termistor, (w skład zestawu A03 wcho− dzi termistor o rezystancji nominalnej 22kΩ). Tym razem napięcie w punkcie A zauważalnie zmienia się pod wpły− wem temperatury – podgrzej termistor dotykając go palcami albo lepiej zbliża− jąc doń gorący grot lutownicy (nie prze− sadź z podgrzewaniem, bo zniszczysz termistor). Jeśli posiadasz zestaw elementów do poprzedniego ćwiczenia (A02), w miej− sce Rx wstaw fotorezystor. Sprawdź jak zmienia się napięcie w punkcie A przy zmianach oświetlenia (od silnego świa− tła latarki do całkowitej ciemności). Za− miast fotorezystora możesz też wstawić fototranzystor. Uważaj na biegunowość (patrz poprzednie odcinki). Co się dzieje z napięciem tak powstałych dzielników? A teraz zwróć uwagę na rysunek 2, który pokazuje kilka szczególnych przy− padków. Jeśli rezystory są jednakowe, napięcia na nich też są jednakowe, więc w punkcie A wystąpi 1/2 napięcia zasila− jącego (względem minusa zasilania). Jeśli wartość jednego z rezystorów będzie dwukrotnie większa od wartości drugiego, napięcie na nim będzie dwu− Rys. 2 potencjometry Aby z większego napięcia uzyskać mniejsze, sto− sujemy dzielnik. Podstawowy, książkowy wzór na napięcie wyjściowe dzielnika podany jest na ry− sunku A. W ćwiczeniu 2 stwierdziliśmy, że taki sam podział można osiągnąć przy różnych warto− ściach rezystorów. W praktyce trzeba wziąć pod uwagę fakt, że dzielnik zawsze jest czymś obciążony (część prądu jest „podkradana”), i w rezultacie napięcie nie zga− dza się z podanymi powyżej obliczeniami. Precy− zyjne obliczenie napięcia na rzeczywistym dzielni− ku nie jest łatwe, bo zazwyczaj wartość prądu 38 38 „podkradanego”, na przykład prądu bazy tranzy− stora, znamy tylko w przybliżeniu. Z kilku wzglę− dów zaleca się, by prąd dzielnika był kilkadzie− Rys. A siąt, a co najmniej dziesięć razy większy od prą− du „podkradanego”. Przykładowo, jeśli prąd płynący przez rezysto− ry dzielnika będzie 100 razy większy od prądu „podkradanego, wtedy błąd w stosunku do poda− nych właśnie wyliczeń będzie maleńki, mniejszy niż 1% − porównaj rysunek B, gdzie teoretyczna wartość wyliczona ze wzoru wynosi dokładnie 1V. Jeśli jednak prąd „podkradany” z dzielnika będzie większy, błąd też będzie odpowiednio większy. W praktyce trzeba wziąć pod uwagę, że stosowane rezystory mają swą tolerancję, zwykle 5% . Obliczając dzielnik znamy wartość napięcia za− silającego i wiemy, jakie napięcie dzielnika chce− my uzyskać. Obliczenia powinniśmy zacząć Elektronika dla Wszystkich 39 A3 Czy wiesz, że... woltomierz zawsze włącza się do badanego obwodu równolegle. Weź jeszcze potencjometr i zbuduj układ według rysunku 3. Przestawiając suwak potencjometru, dowolnie zmienisz napię− cie na nim (Us) w zakresie od zera do peł− nego napięcia zasilania. W „dolnym” po− łożeniu suwaka napięcie Us jest najmniejsze − równe zeru, w „górnym” poło− żeniu – najwięk− sze, równe napię− ciu zasilającemu. A w połowie? Rys. 3 W zastawie A3 do tej lekcji znaj− dziesz potencjo− mer 10kΩ ozna− czony literą A, tak zwany liniowy. Jeśli w swoich zbiorach znaj− dziesz potencjo− Rys. 4 metry z literami B, C lub M+N lub jeszcze innymi, sprawdź, jakie napięcie występuje w po− łowie drogi suwaka – będzie inne niż po− łowa napięcia zasilania. Chyba to jest oczywiste, że pracują− cy potencjometr również jest regulowa− nym dzielnikiem napięcia – zobacz rysunek 4. Rozkład napięć Oporność wewnętrzna dzielnika Ćwiczenie 2 A teraz bardzo ważna sprawa praktycz− na. Na rysunku 5 znajdziesz cztery ko− lejne dzielniki napięcia. Nie buduj ukła− du, odpowiedz tylko, jakie będą napięcia w punktach A, B, C, D? Rys. 5 Elektronika dla Wszystkich Rys. B „peerki“ Fot. 3 helitrimy Diody krzemowe Dioda to dwu− końcówkowy element elek− troniczny. Na− zwa pochodzi jeszcze z epoki lamp elektro− nowych (dioda – lampa dwuelektrodowa). Obecnie zdecydowanie najczęściej wykorzy− stywane są nie diody świecące, znane Ci od początku cyklu, tylko „zwykłe” diody krze− mowe o symbolu pokazanym na rysunku obok. Nie ma problemu z identyfikacją koń− cówek – katoda oznaczona jest kolorowym paskiem – zwróć uwagę na fotografię, przed− stawiającą różne diody. Czasem na schematach daje się tylko oznaczenie Si (Si – symbol chemiczny krze− mu), co wskazuje, że można wykorzystać do− wolną „zwykłą” diodę krzemową (w prakty− ce stosujemy wtedy najpopularniejszego obe− cnie „szklaczka” – diodę 1N4148). Działanie „zwykłej” diody jest bezna− dziejnie proste − klasyczna dioda przewodzi prąd tylko w jednym kierunku. Jeśli dioda Rys. C 39 TECHNIKALIA od spodziewanej wartości prądu „podkradanego” – trzeba oszaco− wać jaki to będzie prąd. Potem wyznaczymy z grubsza prąd pły− nący przez rezystory dzielnika, który ma być kilkadziesiąt razy większy. Wiedząc, jakie napięcie chcemy osiągnąć i znając prąd dzielnika, obliczymy wartość jed− nego z rezystorów dzielnika. Zna− jąc napięcie na drugim rezystorze i prąd dzielnika, obliczymy rezy− stancję drugiego rezystora. Oto przykład. Mamy zaprojek− tować dzielnik napięcia jak na Tak jest, napięcia będą jednakowe i wyniosą 10/11 napięcia zasilającego! To czym tak naprawdę różnią się te cztery dzielniki? Jeśli chodzi o podział napięcia – nie różnią się niczym i można je stosować wymiennie. Różny jest natomiast pły− nący przez nie prąd. Na przykład w ja− kimś urządzeniu zasilanym z baterii, gdzie trzeba minimalizować pobór prą− du, być może będzie trzeba zastosować rezystory o możliwie dużej wartości (1MΩ, 10MΩ). Tak, ale... Niestety, w praktyce dzielnik zawsze pełni rolę sługi – wytwarza obniżone Fot. 2 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz krotnie większe niż na tym drugim: na jednym wystąpi 1/3 napięcia zasilania, na drugim 2/3 napięcia zasilania. Jeśli wartość jednego rezystora bę− dzie trzykrotnie większa od drugiego, napięcie punktu B względem minusa za− silania wyniesie 3/4 napięcia zasilania – patrz napięcie w punkcie C. Podobnie dla dziewięciokrotnej różnicy – sprawdź napięcie w punkcie D. Zwróć uwagę na wartości rezystorów i na to, jaki ułamek napięcia na nich występuje. Czy już in− tuicyjnie czujesz sprawę podziału napię− cia? Tak czy inaczej, zajrzyj do części TECHNIKALIA. Ośla łączka A3 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz przewodzi, występuje na niej spadek napię− cia, nazywany napięciem przewodzenia, oznaczany UF (dla najpopularniejszych diod wynosi on 0,6...0,8V). Jest to niekorzystna cecha diody – lepiej byłoby mieć diody, na których nie występuje spadek, czyli strata napięcia, ale takich diod nie ma. Dioda włą− czona „odwrotnie”, ściślej – w kierunku za− porowym praktycznie nie przewodzi prądu. Występuje na niej wtedy pełne napięcie za− silające (jest ono napięciem wstecznym, oznaczanym UR) i płynie przez nią jakiś zni− komo mały prąd wsteczny IR. Ilustruje to rysunek poniżej. T E C H N I K A L I A Ośla łączka rysunku C, by przy zasilaniu 12V napięcie na ba− zie tranzystora wynosiło 3V. Oznacza to, że napięcie na emiterze wyniesie około 2,4V. Przez rezystor R3 popłynie prąd IE równy 2,4mA. Wzmocnienie prądowe współcze− snego tranzystora małej mocy może wynosić 100...1000. Na wszelki wypadek przyjmujemy najmniejszą wartość: 100. Tym samym prąd bazy, „podkradany” z dzielnika (Ip) nie będzie większy niż 24µA (2,4mA/100). Niech prąd dzielnika, ści− ślej prąd I2 będzie około 30 razy większy od prą− du „podkradanego” 24µA*30=0,72mA – przyj− mijmy „okrągłą” wartość 0,7mA (oczywiście mo− gliśmy wybrać zupełnie inny prąd dzielnika, na przykład 0,24mA czy 2mA). Teraz obliczamy napięcia dla jakiegoś innego obwodu czy układu. Ten obwód czy układ jest dla naszego dzielnika obciążeniem i „podkrada” zeń prąd. Koniecznie wy− konaj układ z rysunku 6 i przekonaj się, w czym problem. Układ modelowy zmontowany na płytce stykowej pokaza− ny jest na fotografii 1. Teoretycznie oba dzielniki powinny zachowywać się tak samo – w punktach A, B napięcie po− winno być równe połowie napięcia zasi− lającego. I tak jest, gdy dzielnik nie jest obciążony. Za pomocą przełącznika S dołączamy tranzystor, czyli „podkra− damy” prąd z jednego lub drugiego dzielnika. Jasność diody jest proporcjo− nalna do aktualnego napięcia na bazie tranzystora. Co powiesz o jasności diody LED w obu pozycjach przełącznika? Je− śli masz woltomierz, dołącz go, jak po− kazuje rysunek i sprawdź napięcia. Rys. 6 Historycznie wcześniejsze diody wykona− ne z germanu (Ge) mają napięcie przewodze− nia niższe od diod krzemowych, ale za to wielokrotnie większy prąd wsteczny. Diody germanowe są stosowane rzadko i tylko w układach radiowych. Najważniejszymi parametrami „zwy− kłych” diod są maksymalny prąd przewo− dzenia (IF) i maksymalne napięcie wstecz− ne (UR). W zależności od przeznaczenia „zwykłe” diody krzemowe dzieli się na prostownicze, uniwersalne, impulsowe. Różnią się one głównie wartością maksymalnego prądu przewodzenia, szybkością i dopuszczalnym napięciem wstecznym. Fotografia z następ− nej strony pokazuje różne diody krzemowe. Najważniejszymi parametrami diod są: maksymalny prąd przewodzenia (od tego za− leży rozmiar diody), który dla najpopular− niejszych diod wynosi 50mA...6A, oraz ma− ksymalne napięcie wsteczne, dla najpopular− niejszych diod wynoszące 50....1000V. Obe− cnie zdecydowanie najczęściej używane są 40 40 Okazuje się, że napięcie na dzielniku z rezystorami 1MΩ katastrofalnie spada po dołączeniu tranzystora, natomiast przy rezystorach 1kΩ napięcie praktycz− nie się nie zmienia. W TECHNIKALIACH podany jest wzór na napięcie na dzielniku – pamię− taj, że dotyczy on dzielnika nieobciążo− nego. Tak samo rozważania z poprze− dniego ćwiczenia. W praktyce stosuje się regułę: przez re− zystory dzielnika musi płynąć prąd co naj− mniej dziesięciokrotnie większy niż prąd „podkradany” z dzielnika przez obciążenie. Dla ścisłości należałoby dodać, że dzielnik może być obciążony prądem wypływającym, jak w omawianych przypadkach, albo prądem dopływają− cym – przykłady pokazuje rysunek 7. Na dzielnik (a także wiele bardziej skomplikowanych obwodów) warto Rys. 7 Fot. 1 wartość R2 jako 3V/0,7mA=4,2857142kΩ, co za− okrąglamy do najbliższej wartości z szeregu 5− procentowego, czyli do 4,3Ω. Prąd I1, ściśle bio− rąc, będzie większy od prądu I2 o prąd bazy, czyli wyniesie około 0,724mA (0,7mA+0,024mA). Ponieważ na rezystorze R1 ma występować napię− cie 9V (12V−3V), wartość R1 wyniesie 9V/0,724mA=12.43094kΩ, co zaokrąglimy do naj− bliższej wartości z szeregu, czyli do 12kΩ. I to wszystko. Nie bój się zaokrąglać, ponie− waż w prostych układach precyzja nie jest po− trzebna. Napięcie dzielnika nie musi być idealnie równe 3V. Nie ma zresztą na to szans. Przecież użyte rezystory będą mieć 5−procentową toleran− cję, tranzystor zapewne będzie miał wzmocnienie większe niż 100, a napięcie zasilania nie będzie idealnie równe 12V. Cała masa masy... W ćwiczeniu 5 zajmowaliśmy się sprawą masy. Skąd ta nazwa? Pochodzi z epoki urządzeń lampowych. Mon− towane były one na podstawie wykonanej z dość grubej blachy. Ta blacha z otworami, na której mocowane były lampy, transformatory i inne większe elementy nosiła nazwę chassis (czytaj: szasi). Ujemny biegun głównego napięcia zasila− jącego podłączony był do tej blachy. Często masę uziemiano, na przykład łączono z rurą wodociągo− wą. Aby zmierzyć napięcie w jakimś punkcie Elektronika dla Wszystkich 41 A3 Ośla łączka Rys. 8 Ćwiczenie 3 małe „szklaczki” typu 1N4148 oraz jedno− amperowe diody 1N4001...4007. Przy okazji przypominam, że diody LED zbudowane nie są z krzemu, tylko ze związ− ków arsenu, galu, fosforu, glinu i indu. Dioda Schottky’ego Rysunek obok poka− zuje symbol tzw. dio− dy Schottky’ego (czytaj: szotkiego). Dioda Schottky’ego to w zasadzie „zwykła” dioda krzemowa. Różni się od najpopularniejszych diod krze− mowych wartością napięcia przewodzenia. O ile w typowych diodach wykonanych z krzemu napięcie przewodzenia wynosi 0,6...0,8V, o tyle w diodach Schottky’ego wynosi 0,3...0,5V. Oznacza to mniejsze stra− ty napięcia na diodzie. Oprócz tego diody Schottky’ego są bardzo szybkie i dlatego są stosowane w układach impulsowych. Jak widać na fotografii, diody Schott− ky’ego nie różnią się wyglądem od diod „zwykłych”; można je rozróżnić jedynie po oznaczeniu (numerkach). Dioda krzemowa Od początku kursu wykorzystujemy diody świecące. Oprócz nich, a raczej przede wszy− stkim, istnieją inne, „zwykłe” diody, które wprawdzie nie świecą, ale są bardzo poży− tecznymi i popularnymi elementami. Zba− dajmy różne diody. Pamiętaj, że katoda dio− dy oznaczona jest paskiem. Włączając bada− Elektronika dla Wszystkich Rys. D patrz na rysunek D. Można powiedzieć, że poten− cjał w punkcie A wynosi +10V, a w punkcie B –2,2V. Można też powiedzieć, że napięcia w tych punktach wynoszą odpowiednio +10V i –2,2V. W obu przypadkach na pewno cho− dzi o napięcie (potencjał) względem masy, bo na− pięcie mierzymy zawsze między dwoma punktami, a potencjał zawsze względem punktu odniesienia. Jeśli powiemy, że napięcie na rezystorze R3 wynosi 6,8V, mamy na uwadze napięcie między jego końcówkami. Nie powiemy jednak, że na− pięcie na rezystorze wynosi −6,8V. Nie powiemy też, że potencjał na rezystorze R3 wynosi 6,8V – to byłby ewidentny błąd. Możemy natomiast stwierdzić, że napięcie (potencjał) w punkcie B względem ujemnej szyny zasilania wynosi 6,8V. 85 T E C H N I K A L I A układu, należało dołączyć jeden przewód wolto− mierza do tego punktu, a drugi do... masy, czyli wspomnianej blachy. Choć konstrukcja dzisiejszych układów elek− tronicznych jest zupełnie inna, nadal jeden z obwo− dów traktuje się jak obwód masy, inaczej mówiąc jako obwód wspólny, punkt odniesienia. Bardzo często, ale nie zawsze, jest to obwód po− łączony z ujemnym biegunem baterii (zasilacza). Obwód masy rzeczywiście jest obwodem wspól− nym i nie jest przesadą stwierdzenie, że z kilku względów jest to najważniejszy obwód w układzie. Nie będziemy się w to wgłębiać. Na razie przyjmij do wiadomości, że w każdym układzie traktujemy jeden z obwodów jako obwód odniesienia, czyli masę. Tu warto wspomnieć o potencjale i napięciu. W sumie jest to to samo – chodzi o napięcie. Po− ną diodę krzemową diodę Dx według rysun− ków 9a i 9b przekonasz się, że rzeczywiście przepuszcza ona prąd tylko w jedną stronę. W rzeczywistości przy włączeniu „odwrotnym”, czyli w kierunku zaporo− wym według rysunku 9b przez diodę płynie jednak jakiś maleńki prąd wstecz− ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz spojrzeć także z innej strony. Zamknij− to rysunek 8b. Kolejne rysunki 8c, d, my baterię 6V i dzielnik (2kΩ, 2kΩ) e pokazują, że takie same właściwości w tzw. czarnej skrzynce, wyprowadzając będą mieć także inne obwody – jeśli na zewnątrz tylko punkty A, B – rysu− masz trochę cierpliwości i odpowiednie nek 8a. Dajmy to komuś do testów, elementy, sprawdź to doświadczalnie. by sprawdził, co jest Zapoznaliśmy się właśnie w środku, nie otwiera− z kolejnym bardzo istot− Czy wiesz, że... jąc skrzynki. zagadnieniem. amperomierz zawsze włącza się nym Ktoś taki może je− Użyłem określenia wi− do badanego obwodu dynie zmierzyć napię− dziane od strony zaci− szeregowo. cie między wyprowa− sków A, B. Przyzwyczaj się dzonymi na zewnątrz punkta− do takiego podejścia. Często nie mi A, B. Może też dołączać do nich re− musimy, a nawet nie chcemy znać szcze− zystory, mierząc prąd i napięcie. Jeśli gółów. Chcemy wiedzieć, co przedstawia jest odważny, zewrze punkty A, sobą dany obwód, „widziany” od strony B i zmierzy płynący wtedy prąd zwarcia. wybranych dwóch punktów. Okazuje się, Czy na podstawie tych pomiarów odga− że skomplikowany obwód zachowuje się dnie co jest w środku? jak połączenie źródła napięcia i jednego Zastanów się samodzielnie... rezystora – rysunek 8b. To widzimy od Szczegółów nie odgadnie. Dla niego strony tych wybranych zacisków. to „coś” w czarnej skrzynce, widziane od W podręcznikach możesz przeczytać strony zacisków A, B zachowuje się o zasadzie Thevenina. Znów nazwa stra− jak... 3−woltowa bateria o dużej rezystan− szy, a cała sprawa jest prosta – właśnie cji wewnętrznej (równej równoległemu w pewnym uproszczeniu przedstawiłem połączeniu R1 i R2, czyli 1kΩ). Ilustruje Ci to zagadnienie. A3 Ośla łączka T E C H N I K A L I A ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Laser (dioda laserowa) Wkaźnika laserowego używali− śmy już na poprzedniej wypra− wie. Popularne i niedrogie wskaźniki laserowe, mające często kształt długopisu, za− wierają diodę laserową, będącą odmianą diody święcącej (LED). Oprócz laserów półprzewo− dnikowych, czyli diod lasero− wych, znane są także inne la− sery (rubinowe, neodymowe, helowo−neonowe, argonowe, itd.). Są one jednak znacznie większe, droższe i trudniejsze do sterowania. Niektóre z nich mogą mieć moc dużo większą niż diody laserowe. Lasery du− żej mocy są wykorzystywane na przykład do cięcia twardych materiałów. Lasery (LASER – Light Amplification by Simulated Emission of Radiation) to urzą− dzenia do wytwarzania wiązki światła o spe− cyficznych właściwościach. Hobbystę inte− resuje przede wszystkim fakt, że światło la− sera da się skupić w wąską wiązkę o dużej jasności. Specjaliści cenią światło lasera za spójność i czystość widmową – amator nie musi się zagłębiać w te zagadnienia. Hobbysta ma do czynienia przede wszy− stkim z półprzewodnikowymi diodami lase− rowymi. Mają one niewielką moc promie− niowania i na pewno nie nadają się do cięcia materiałów. Niemniej skupione światło wskaźnika laserowego niesie na tyle dużą energię, że może uszkodzić delikatne ko− mórki wzrokowe. Dioda laserowa jest jednym z najbardziej delikatnych elementów elektronicznych i bardzo łatwo ulega uszkodzeniu podczas montażu. Dioda wlutowana w układ jest już bezpieczna. Z tego względu początkującym nie zaleca się jakichkolwiek operacji z „goły− mi” diodami laserowymi, a jedynie wykorzy− stanie modułów (dioda plus sterownik) lub gotowych wskaźników. Obłaskawianie kolejnego, przerażającego upiora − zasada Thevenina Na poprzedniej wyprawie przekonałeś się, że groźnie wyglądające prawa Ohma i Kirchhoffa to naprawdę oczywista sprawa. Na tej wyprawie możemy rozprawić się z kolejnym upiorem, mę− czącym uczniów i studentów. W podręcznikach opisywane są różne metody analizy obwodów elektronicznych, w tym metoda Thevenina i me− toda Nortona. Opierają się one na zasadzie The− venina i zasadzie Nortona. Nie będę Cię katował 86 42 ny. Koniecznie przekonaj się, jaką war− nią rolę wskaźnika napięcia z tym, że tość ma ten prąd wsteczny. Sprawdzisz zmniejszyłem wartość RD, by dioda DU to w układzie z rysunku 10a, gdzie czu− świeciła jasno już przy małych napię− łym wskaźnikiem prądu będzie wzmac− ciach. Przełącznik pozwoli porównać niacz prądowy w układzie Darlingtona napięcia w różnych warunkach – to (przypomnij sobie ćwiczenia z wyprawy ukłon w stronę tych, którzy nie posiada− pierwszej − A1). Sprawdź prąd ją multimetru cyfrowego. Niech wsteczny wszystkich na początek R1, R2 mają posiadanych diod; jednakową wartość Czy wiesz, że... w zestawie A03 do dołączenie do obwodu woltomierza lub 10kΩ. Prąd płynący tej wyprawy znaj− amperomierza w mniejszym lub więk− przez badane diody dziesz pięć typów D1, D2 będzie wy− szym stopniu zmienia warunki diod. Włącz dla po− nosił około 1mA. Na pracy układu. równania zamiast Dx re− początku niech obie diody zystor 10MΩ (co da prąd ok. 1µA) D1, D2 będą typu 1N4148. W obu i przekonaj się, że prąd wsteczny diod pozycjach przełącznika S dioda DU po− krzemowych jest znikomy, dużo mniej− winna świecić jednakowo jasno. szy od jednego mikroampera. Jeśli jed− Zmień teraz R2, niech ma 1kΩ. Przez nak podgrzejesz końcówkę diody gorącą diodę D2 popłynie prąd o wartości oko− lutownicą, prąd wsteczny zauważalnie ło 10mA. Czy napięcie na diodzie wzro− wzrośnie. śnie dziesięciokrotnie? Koniecznie zestaw też układ według Zmień R2, niech ma 100kΩ, prąd rysunku 10b − pomocą będzie fotogra− diody wynosi teraz około 0,1mA. Czy fia 2. Będziemy mierzyć napięcie prze− napięcie na D2 radykalnie spadło? wodzenia różnych diod. Elementy TX, Następnie powróć do jednakowych TY, DU, podobnie jak na rysunku 1, peł− wartości R1, R2 (10kΩ). Wymień diodę D2 na jednoam− Rys. 9 perową 1N4007. Czy teraz widać jakąś różnicę na− pięć przewodze− nia diod 1N4148 i 1N4007? A gdy dioda D2 będzie jeszcze większa (trzyamperowa), typu 1N540X? Teraz w roli D2 włącz małą diodę Schott− Rys. 10 ky’ego typu BAT43 (BAT84). Co powiesz o na− pięciu przewo− dzenia, w po− równaniu z diodą 1N4148? Włącz jeszcze zamiast D2 dio− dy świecące – teoretycznymi rozważaniami, znajdziesz je w podręcznikach, jednak warto poczuć intuicyj− nie pewną bardzo ważną sprawę praktyczną, ści− śle związaną z zasadą Thevenina. Znów zdzi− wisz się, jakie to proste. Zajmowaliśmy się tym w ćwiczeniu 2. Okazuje się, że nawet skompli− kowane sieci zawierające wiele elementów (li− niowych) można zastąpić połączeniem jednego rezystora i jednego źródła napięcia – o tym mówi zasada Thevenina. Często potrzebna jest jeszcze prostsza informacja: co przedstawia sobą dany obwód od strony wybranych dwóch punk− tów. Zapewne już wiesz, co znaczy spotykane w literaturze określenie „rezystancja widziana od strony”. Potencjometry w praktyce Generalnie każdy potencjometr, zgodnie ze swą nazwą, może pracować jako dzielnik napięcia. Mo− że też pracować jako zmienny rezystor. Jeśli (jaki− Rys. E Elektronika dla Wszystkich 43 A3 Ćwiczenie 4 LED−ach 20VDC) i zmierz dokładnie napięcia na diodach, także przy jeszcze innych wartościach rezystorów R1, R2. Znakomitym pomysłem byłoby zapisa− nie wyników – na pewno Ci się to przy− da w przyszłości. Dioda jako czujnik temperatury S przekonasz się, że zmiany są zauważalne. Zbuduj teraz układ według rysunku 11. Pomocą będzie fotografia 3. Dioda LED po− winna się świe− cić ze średnią Rys. 12 jasnością – w mode− lu rezystancja R1 wynosiła 4,7kΩ (w razie potrzeby zmień wartość ją). kolwiek) potencjometr pracuje jako zmienny rezy− stor, bywa oznaczany jak na rysunku E. Dwa ostatnie symbole to oznaczenia potencjometru montażowego (PR−ka, helitrima). Zwłaszcza przy pracy w roli dzielnika napięcia ważna jest charakterystyka regulacji. Jeśli w poło− wie drogi suwaka rezystancje obu „połówek” poten− cjometru są równe, potencjometr ma charakterysty− kę liniową. Jeśli w środkowym położeniu suwaka rezystancje nie są równe, potencjometr ma nielinio− wą charakterystykę regulacji: wykładniczą, logaryt− miczną lub jeszcze inną. Wszystkie potencjometry montażowe mają charakterystykę liniową. Nato− miast do regulacji głośności lepiej jest wykorzysty− wać potencjometry o charakterystyce wykładniczej, bo dają one wrażenie równomiernej regulacji w ca− łym zakresie ruchu suwaka. Krajowe potencjometry wykładnicze mają w oznaczeniu literę B, stąd zapis np. 22kB oznacza potencjometr „wykładniczy” o re− zystancji 22kΩ. Litera A oznacza charakterystykę li− niową, wykorzystywaną na przykład do regulacji barwy tonu – zapis np. 10kA oznacza potencjometr „liniowy” o rezystancji 10kΩ. Oczywiście gdy brak potencjometru o określonej charakterystyce, można prowizorycznie zastosować jakikolwiek inny o ta− kiej samej rezystancji. Obecnie najpopularniejsze są miniaturowe po− tencjometry montażowe węglowe i cermetowe, a w zastosowaniach wymagających dużej precyzji i stałości w czasie stosuje się (cermetowe) helitri− my. Wszystkie mają charakterystykę liniową. Elektronika dla Wszystkich Zadziwiające własności zwykłej diody... Diody wykorzystuje się przede wszystkim do pro− stowania prądu zmiennego. Będziemy się tym zaj− Tyrystor jest trzykońcówkowym A elementem przełą− czającym. Kiedyś bywał na− G zywany sterowaną diodą. Wygląd bramka K współczesnych tyry− storów pokazuje fo− tografia poniżej. Na schematach tyrystory zazwyczaj oznacza się literkami Ty, ale nie jest to regułą. Również tyrystor nieco przypomina działaniem tranzystor NPN. Jednak w odróżnieniu od tranzystora, tyrystor może mieć tylko dwa stany: całkowitego przewo− dzenia i całkowitego zatkania. Jeśli choć przez chwilę popłynie prąd bramki (G), ty− rystor otworzy się na trwałe. Tyrystor moż− na wyłączyć tylko w jeden sposób – przery− wając na chwilę prąd obciążenia. Takie działanie może się wydać dziwne i mało przydatne w praktyce. W przemyśle, zwła− szcza w energetyce, nadal wykorzystuje się potężne tyrystory pracujące przy napięciach sieci energetycznej rzędu setek i tysięcy woltów oraz prądach setek i tysięcy ampe− rów. Natomiast przez hobbystów tyrystory są wykorzystywane coraz rzadziej. mować na następnej wyprawie. Teraz chciałbym Ci zwrócić uwagę na pewne specyficzne właści− wości diod. Jak wiesz, na typowej krzemowej diodzie wy− stępuje przy przepływie prądu spadek napięcia około 0,6...0,8V. Dokładna wartość napięcia prze− wodzenia zależy od płynącego prądu i od rozmia− rów złącza, czyli od gęstości pradu. W ćwiczeniu 4 sprawdziliśmy, że napięcie przewodzenia w zauważalny sposób zmienia się z temperaturą. Przy jednakowym prądzie diody zmniejsza się o około 2,2mV przy wzroście tem− peratury o 1oC. RysunekF pokazuje charakterystykę w kie− runku przewodzenia typowej diody krzemowej w jakiejś temperaturze. Jak widzisz, napięcie niewiele zmienia się przy dużych zmianach prądu. 87 T E C H N I K A L I A Wiesz już, że termistor jest czujnikiem temperatury. Niech w ukła− dzie z rysunku 10b rezystory R1=R2=10kΩ, a D1, D2 niech będą typu 1N4148. Pod− Rys. 11 grzewaj końców− kę jednej z diod gorącą lutownicą i sprawdzaj, jak zmienia się jej napięcie przewodzenia. Przełączając przełącznik Tyrystor ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ich napięcie przewodzenia jest znacznie wyższe niż „zwykłych” diod. Diody czer− wone z reguły mają napięcie przewodze− nia nieco niższe (ok. 1,6...2V) od diod żółtych i zielonych (ok. 2...2,2V). Przy jednakowych rezystorach R1, R2 włącz jako D1, D2 róż− Fot. 2 nokolorowe pary diod LED (czer− woną, żółtą i zieloną). Sprawdź ich napięcie prze− wodzenia. Nie lekce− waż takich prób. Jeśli masz multi− metr cyfro− wy, ustaw go na zakres na− pięcia stałego (2VDC, przy Ośla łączka A3 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Ośla łączka Termistor Termistor jest czujnikiem tem− peratury. Już symbol wskazuje, że ter− mistor jest odmianą rezystora, a więc jest elementem nie− biegunowym. Literka T lub t wskazuje na za− leżność od temperatury. Na schematach ozna− czany jest Tm lub R jako odmiana rezystora. O ile w zwykłych rezystorach zmiana rezy− stancji pod wpływem temperatury jest niepo− żądana, o tyle w termistorach specjalnie do− biera się materiały składowe, by rezystancja zmieniała się pod wpływem temperatury jak najwięcej. Najpopularniejsze są termistory NTC (Ne− gative Temperature Coefficient), w których rezystancja maleje ze wzrostem temperatury. Do specjalnych celów stosuje się termistory PTC (Positive Temperature Coefficient), w których rezystancja przy wzroście tempera− tury rośnie, czasem zadziwiająco gwałtownie. Termistory stosowane do różnych celów mają odmienny wygląd. Fotografia poniżej pokazuje termistory z oferty firmy Siemens. Mogą one pracować w zakresie temperatur do około +150oC. 44 Co się stanie, gdy podgrzejesz diodę, Podgrzewaj raz jeden, a po kilkudzie− dotykając lekko gorącą lutownicą jed− sięciu sekundach drugi tranzystor. Jak nej z jej nóżek? Dlaczego dioda LED zmienia się jasność LED−a? gaśnie? Gdy podgrzewasz T2, dioda świeci ja− Jak wiesz, napięcie na dio− śniej, bo zmniejsza się napięcie dzie wynosi około „progowe” tranzystora T2 0,6V i tyleż wyno− i otwiera się on bardziej si napięcie baza− przy tym samym na− emiter, po− pięciu otrzymywa− tani woltomierz ma rezystancję trzebne do nym z tranzystora otwarcia tran− T1. wewnętrzną równą 1MΩ. Pomiar zystora. Ze Przy okazji napięcia jest więc równoznaczny z wzrostem wspomnę, że dołączeniem do obwodu rezystora temperatury układ z rysunku 12 wartości 1MΩ. napięcie na dio− to tak zwane lustro dzie zmniejsza się prądowe, dość często i nie wystarcza już do wykorzystywane w prakty− otwarcia tranzystora, więc dioda ce. Rezystor R1 wyznacza wartość LED gaśnie. prądu I1. Co ciekawe, prąd I2 jest prawie Okazało się, że zwyczajna dioda jest taki sam jak I1, niezależnie od R2, który czujnikiem temperatury, i co ciekawe, można zastąpić zworą. Prądy I1, I2 są bywa wykorzystywana w tej roli. praktycznie równe, gdy tranzystory mają Zbuduj jeszcze układ według rysun− jednakowe parametry i jednakową tem− ku 12. Tranzystor, w którym zwarty peraturę. jest kolektor z bazą zachowuje się jak Piotr Górecki dioda. Czy wiesz, że... Ciąg dalszy w następnym numerze EdW Fot. 3 Informacje dotyczące zestawu EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 120. Inne czujniki temperatury Praktycznie wszystkie elementy zmieniają swoje parametry pod wpływem temperatu− ry. Dlatego oprócz termistorów, do pomiaru i regulacji temperatury często, a nawet czę− ściej od termistorów, wykorzystuje się zu− pełnie inne czujniki: diody i tranzystory, czujniki półprzewodnikowe (np. serii KTY...), tzw. termopary (wyposażenie mul− timetrów, w piecach gazowych), rezystan− cyjne czujniki platynowe (tzw. PT100), itd. Niektóre mogą mierzyć temperatury powy− żej 1000oC. Fotografia poniżej pokazuje kilka czujników. 88 T E C H N I K A L I A T E C H N I K A L I A Diody, wydające się prymitywnymi elementa− mi, mają inną interesującą właściwość. Jeśli na pionowej osi zaznaczymy wartość prądu w tak zwanej skali logarytmicznej, charakterystyka dio− dy dziwnie się wyprostuje − zobacz rysunek G). Dokładnie przeanalizuj oba rysunki – to naprawdę ta sama charakterystyka, tylko narysowana przy innych skalach prądu. Widać z tego, że dioda ma charakterystykę w pewnym sensie logarytmiczną. I rzeczywiście diody można wykorzystać do prze− prowadzania operacji logarytmowania na drodze elektronicznej. Te same właściwości (temperatu− rowe i logarytmiczne) ma też złącze baza−emiter każdego „zwykłego” tranzystora. Fot. G Fot. F Elektronika dla Wszystkich 45 A3 Ośla łączka Ćwiczenie 5 Elektroniczna klepsydra Na rysunku 13 znajdziesz schemat elek− tronicznej klepsydry. Po naciśnięciu przycisku S zaświeca się dioda zielona. Z upływem czasu zielona świeci coraz słabiej, a czerwona coraz silniej. Gdy dioda zielona zgaśnie, na chwilę ode− zwie się brzęczyk, sygnalizując upływ odmierzanego odcinka czasu. O długości odmierzanego czasu decyduje pojem− ność C1 i rezystancja R1. Wbrew pozorom, ćwiczenie wcale nie jest skomplikowane. W układzie znajdziesz kilka interesujących bloków, dowiesz się, jak dostosowywać układ do potrzeb, a co najważniejsze, zapoznasz się z pojęciem masy. Wykonaj klepsydrę, ale według ry− sunku 14. Przykładowy model zoba− czysz na fotografii 4. Wcześniej staran− nie porównaj rysunki 13 i 14. Jest to Rys. 13 Rys. 14 Warystor Warystor to rodzaj rezy− stora, którego rezystancja zależy od wartości napię− cia, występującego na je− go końcówkach. Także jest elementem niebiegu− nowym. Przy małych na− pięciach rezystancja wary− stora jest bardzo duża, rzę− du megaomów. Po przekroczeniu napięcia nominalnego rezystancja gwałtownie maleje, dziesiątki i setki razy. Na schematach i opi− sach spotyka się oznaczenie VDR (Voltage Dependent Resistor). Głównym parametrem warystora jest... napięcie nominalne, a nie jakakolwiek rezy− stancja. Przy małych napięciach rezystancja powinna być jak największa, a przy napię− ciach większych od „nominalnego” – powin− na jak najszybciej maleć. Dawniej warystory wykorzystywane były do stabilizacji napięcia, a obecnie stosowane są tylko w obwodach zabezpie− czeń przed przepięciami. Typowy przykład zastosowania to ochrona linii telefonicz− nych. Gdy napięcie między żyłami linii wzrośnie, na przykład wskutek uderzenia pioruna, rezystancja warystora maleje, płynie przezeń duży prąd i napięcie zosta− je ograniczone do „napięcia nominalnego” tego warystora. Podczas wypraw na oślą łączkę nie bę− dziemy wykorzystywać warystorów, zresztą są one wypierane przez inne elementy, nie zaszkodzi jednak wiedzieć, co to za podze− społy. Warystory firmy Siemens O ile kluczowymi parametrami kondensatora są pojemność i napięcie maksymalne, o tyle dla cew− ki są to indukcyjność i prąd maksymalny. Wartość indukcyjności cewki (i nie tylko) ogromnie zależy od zastosowanego rdzenia. W sumie to właśnie rdzeń decyduje o właściwościach cewki. Zbyt duże napięcie dołączone do kondensatora może nieodwracalnie uszkodzić jego dielektryk. Inaczej jest z cewkami. Prąd większy od podanego w katalogu od razu jej nie uszkodzi, jednak dopro− Elektronika dla Wszystkich wadzi do tak zwanego nasycenia rdzenia. Gdy rdzeń zostaje nasycony, cewka gwałtownie traci indukcyjność i przestaje pełnić pożądaną rolę – praktycznie staje się rezystorem o małej wartości (po zmniejszeniu prądu natychmiast odzyskuje pierwotne właściwości). Choć więc nasycenie rdzenia nie spowoduje trwałego uszkodzenia, nie należy przekraczać dopuszczalnego, podanego w katalogu prądu, który zresztą dla poszczegól− nych cewek jest różny. Natomiast do fizycznego uszkodzenia cewki (izolacji drutu) wskutek prze− grzania dojdzie przy prądzie dużo większym niż jej katalogowy prąd maksymalny. Dodatkowe parametry przekaźników Podstawowe parametry przekaźnika to napięcie nominalne cewki oraz obciążalność styków (dopu− szczalny prąd i napięcie). Napięcie podawane na cewkę przekaźnika nie powinno być większe niż 120% napięcia nominal− nego ze względu na możliwość przegrzania. War− 37 TECHNIKALIA Jak zepsuć cewkę... ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Informacje dotyczące zestawu EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 120. A3 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Na pewno się zdziwisz, gdy się dowiesz, że każdy „zwykły” rezystor też minimalnie zmienia swą rezystancję zależnie od przyło− żonego napięcia, jednak zmiany te są nie− wielkie, rzędu ułamka procenta. TECHNIKALIA Ośla łączka to wiedzieć, że każdy przekaźnik zadziała także przy napięciu równym 90% napięcia nominalne− go. Istotna jest też informacja, że po zadziałaniu przekaźnika, gdy elektromagnes przyciągnie ko− twicę i zamknie obwód magnetyczny, można śmiało obniżyć napięcie na cewce przekaźnika na− wet do 30% nominalnego. Dlatego w katalogach podaje się nie tylko napięcie nominalne przeka− źnika, ale też gwarantowane napięcia zadziałania i podtrzymywania. Cewka indukcyjna, dławik Najprościej mówiąc, cewka to element elek− troniczny, zawierający pewną liczbę zwojów drutu. Zazwyczaj cewka zawiera także rdzeń, wy− konany albo z tak zwane− go ferrytu, albo z zesta− wu cienkich blaszek. Na schematach cewki oznacza się literą L. Co ciekawe, w cewce można gromadzić energię. W pewnym sensie cewka jest przeci− wieństwem kondensatora. Hobbyści nie lubią cewek. Niektórzy wręcz się ich panicznie boją, nie mogąc zro− zumieć zasady ich działania. Ty się nie bój cewek! Obecnie cewki są wykorzystywane stosunkowo rzadko. Nie musimy ani obli− czać, ani nawijać cewek. W razie potrzeby stosujemy gotowe, o znanych parametrach. Działanie cewki niektórym wydaje się dziwne i niezwykłe. W rzeczywistości opiera się na bardzo prostej zasadzie: cewka „nie lu− bi” gwałtownych zmian prądu. Na próbę zmiany wartości prądu reaguje powstaniem „własnego” napięcia. Napięcie to niejako próbuje przeciwstawić się zmianom prądu. Powstające „własne” napięcie nazywane jest napięciem samoindukcji. Tę właściwość ce− wek badaliśmy w ćwiczeniach 8 oraz 9. W cewce, która zostanie dołączona do źródła napięcia przez chwilę powstaje tzw. napięcie samoindukcji, które odejmuje się od napię− cia zasilania. W rezultacie prąd w cewce na− rasta stopniowo. Z kolei przy przerwaniu ob− Różne cewki (dławiki) 38 46 w zasadzie ten sam układ, w pewnym źródło prądowe to układ lub element, sensie odwrócony. Ponieważ chciałem który wytwarza (przez który płynie) zastosować diodę dwukolorową, nie prąd o niezmiennej wartości. mogłem wykorzystać rysunku 13, bo Na wyprawie drugiej dowiedziałeś nie mam diody dwukolorowej ze się, że napięcie na kondensatorze ła− wspólną anodą. Dostosowałem więc dowanym przez rezystor zmienia się układ do typowej diody dwukolorowej nieliniowo według pewnej krzywej ze wspólną katodą. Zwróć uwagę na wykładniczej. Teraz jest inaczej – na− numerację elementów na obu rysun− pięcie na kondensatorze (C1) ładowa− kach. Układ połączeń na rysunkach 13 nym niezmiennym prądem ze źródła i 14 jest w sumie taki sam. prądowego (T1, R1) zmienia się jed− Schemat na rysunku 14 narysowałem nostajnie, czyli liniowo. Tak samo li− jednak w nieco inny sposób, bo najwyż− niowo zwiększa się jasność diody sza pora wprowadzić pojęcie masy. czerwonej, która pracuje w obwo− Najprościej biorąc, obwód dzie monitora napięcia masy to taki obwód, z elementami T3, R4, Czy wiesz, że... względem którego T4, R5. mierzymy napięcia Obie diody świe− tani amperomierz ma rezystancję we− (tu dołączamy czar− wnętrzną z zakresie 100Ω...0,1Ω, zależ− cące D2 zasilane są ny przewód wolto− ze wspólnego źródła nie od zakresu pomiarowego. mierza). Obwód masy prądowego z elementa− nie jest jednak wybrany mi T2, R2. Jasność diody przypadkowo. Zwykle jest to obwód czerwonej rośnie jednostajnie od zera. ujemnej szyny zasilania. Przeczytaj też Na samym początku, gdy dioda czerwo− o masie w części TECHNIKALIA. na jeszcze nie świeci, cały prąd źródła Oczywiście wszystkie punkty ozna− prądowego płynie przez diodę zieloną. czone symbolem masy są ze sobą Świecąca coraz jaśniej dioda czerwona połączone. Tak samo strzałeczka ozna− zabiera coraz więcej prądu dostarczane− czona VCC wskazuje, że rezystor R3 go przez T2. Tym samym dioda zielona jest dołączony do dodatniej szyny zasi− świeci coraz słabiej. Tranzystor T5 lania (znajdź oba napisy VCC). Dzięki i dzielnik R6, R7 są potrzebne do takiej zastosowaniu symbolu masy, a także właśnie pracy diody zielonej. symbolu napięcia zasilającego (tu ozna− W każdym razie malejący prąd dio− czonego VCC), schematy są dużo czy− dy zielonej płynie przez T5, R8 i złą− telniejsze, bo unika się plątaniny linii. cze B−E tranzystora T6. Gdy zmaleje Od tej pory obwód masy będziemy on do bardzo małej wartości, zatka się oznaczać na schematach w taki właśnie otwarty dotąd tranzystor T6. Napięcie sposób. na końcówkach rezystora R9 zmniej− Zwróć też uwagę na ciekawe obwody szy się. Dodatkowy rezystor R10 za− na schematach klepsydry. Jak wiesz, na− pewnia niewielką histerezę i przy− pięcie na czerwonej diodzie LED (D1) spiesza proces przełączania T6. W re− wynosi około 1,8V (1,6...2V), a spadek zultacie napięcie na kolektorze T6 napięcia baza−emiter tranzystorów to zmieni się gwałtownie i przez kon− około 0,6V. Oznacza to, że na rezysto− densator C2 „pociągnie za sobą” bazę rach R1, R2 wystąpi niezmienne napię− T7. Brzęczyk piezo odezwie się na cie około 1,2V. Przez te rezystory po− czas wyznaczony głównie przez C2, płyną prądy o niezmiennej wartości, R11. wyznaczonej przez R1 i R2 (I=U/R). Taki układ możesz wykorzystać Praktycznie takie same prądy popłyną w praktyce (np. 3−minutowa klepsydra w obwodach kolektorów T1 i T2. Uwa− do gotowania jajek). Czas możesz regu− żaj − elementy R3, D1, T1, R1, T2, T2 lować w szerokich granicach: tworzą dwa tak zwane źródła prądowe. − zgrubnie zmieniając pojemność C1 Na razie wystarczy Ci informacja, że (1µF...1000µF) Wykorzystanie multimetru Jeśli popełnisz błąd i włączysz amperomierz rów− nolegle do baterii lub zasilacza, prawdopodobnie spalisz wewnętrzny bezpiecznik. Trzeba go będzie wymienić. Gorzej, gdy omomierz dołączysz do punktów o znacznym napięciu (100V lub więcej) – zapewne uszkodzisz miernik. Ponieważ najwięcej uszkodzeń multimetrów wynika z niewłaściwego ich ustawienia, dlatego nie warto się śpieszyć, tylko od początku prze− strzegać prostej zasady: sprawdzić ustawienia multimetru przed każdym pomiarem. Spróbuj od początku stosować tę prostą zasadę. A teraz kolejna ważna sprawa: jak myślisz, czy dołączając do pracującego układu miernik (wolto− mierz albo amperomierz) coś w tym układzie zabu− rzasz? Pomyśl... Elektronika dla Wszystkich 47 A3 Ośla łączka Ćwiczenie 6 Od dawna wiesz, jak działa tranzy− stor. Pojawienie się prądu bazy powo− duje przepływ prą− du w kolektorze. Gdy prąd bazy za− nika, prąd kolekto− ra również przesta− je płynąć. Dodajmy teraz do tranzystora dru− gi tranzystor we− dług rysunku 15a. W stanie spoczyn− Słusznie! Wszystko zależy od tego, czym z „elektronicznego” punktu widzenia jest wolto− mierz i amperomierz. Śpieszę z wyjaśnieniem: z elektronicznego punktu widzenia zarówno woltomierz, jak i ampe− romierz przedstawiają sobą jakąś rezystancję – zo− bacz rysunek H. Ich włączenie w pracujący układ jest równoznaczne z dodaniem równoległego (wol− tomierz) bądź szeregowego (amperomierz) rezy− stora, czyli coś w układzie zmienia. Zapamiętaj następujące informacje: Elektronika dla Wszystkich A G K Rys. 15 H Podstawowym parametrem cewki jest indukcyjność. Indukcyjność (cewki), będąca w pewnym sensie przeciwieństwem pojem− ności (kondensatora), wskazuje na zdolność przeciwstawiania się zmianom prądu. Induk− cyjność cewki wyraża się w henrach. 1 henr to duża indukcyjność, najczęściej używane cewki mają indukcyjność znacznie mniejszą, wyrażaną w milihenrach (mH) i mikrohen− rach (µH). Idealna cewka powinna mieć rezystancję równą zeru. Rzeczywiste cewki z uzwojenia− mi z drutu miedzianego mają pewną rezy− stancję, która jest parametrem szkodliwym. Biorąc sprawę w uproszczeniu − czym mniej− sza rezystancja drutu i większa indukcyjność, tym cewka ma większą dobroć. Cewka może mieć odczepy. Czasem symbol zawiera oznaczenie rdzenia – zobacz rysunek na następnej stronie. Najtańsze cyfrowego multimetry pracujące w roli woltomierza mają na wszystkich zakresach rezystancję wewnętrzną równą 1MΩ. Lepsze ma− ją rezystancję 10MΩ. Znacznie gorzej wygląda sytuacja w przypadku mierników wskazówkowych. Rezystancja wolto− mierza na każdym zakresie jest inna, a wielkością charakterystyczną jest rezystancja przypadającą na wolt (w praktyce 1kΩ/V...100kΩ/V – czym więcej, tym lepiej). Na przykład miernik o stałej 20kΩ/V na zakresie 100V ma rezystancję wewnę− TECHNIKALIA Fot. 4 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz − precyzyjnie za pomocą stosuj kondensator R1 (10kΩ...1MΩ). tantalowy (taki Czy wiesz, że... Pamiętaj tylko, kondensator za− skupione światło lasera, w tym że stabilność „zwy− warty jest w ze− także popularnego laserowego wska− kłych elektrolitów” stawie elemen− źnika, niesie znaczną energię i mo− jest kiepska, więc tów do tej lekcji − że uszkodzić wzrok? w miarę możliwości za− A03). wodu cewka, nie lubiąca zmian prądu, próbu− je podtrzymać przepływ prądu. W tym celu wytwarza napięcie samoindukcji, które za wszelką cenę chce podtrzymać przepływ prą− du. Jeśli wartość prądu gwałtownie zmieni się w krótkim czasie, powstający przy tym impuls napięcia może mieć setki woltów. Ogólnie biorąc, zmiany prądu powodują powstanie w cewce napięcia samoindukcji, które próbuje powstrzymać te zmiany prądu. Mam nadzieję, że zrozumiesz sens przebie− gów na rysunku poniżej. Zwróć uwagę, że napięcie samoindukcji (o różnej wartości i biegunowości) powstaje tylko wtedy, gdy prąd zmienia swą wartość. 39 A3 TECHNIKALIATECHNIKALIA ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Ośla łączka Może też mieć kilka uzwojeń; wtedy jest jednak zwykle nazywana transformatorem. Cewki z jednym uzwojeniem (ale nie tylko takie) są często nazywane dławikami. Tyle wiedzy o cewkach na razie Ci wy− starczy. Nieco więcej informacji zdobędziesz w dalszej części kursu. ku oba tranzystory są zatkane, czyli nie przewodzą. Gdy po przyciśnięciu S po− jawi się prąd bazy IB, najpierw otworzy się tranzystor T1. Prąd jego kolektora popłynie przez obwód baza−emiter tran− zystora T2, czyli T2 na pewno zostanie otwarty. Prąd kolektora T2 popłynie przez obwód baza−emiter tranzystora T1, co na pewno utrzyma w stanie otwarcia T1. Nawet gdy w zaniknie prąd IB, oba tranzystory będą nadal przewodzić. Wy− stępuje tu bardzo silne dodatnie sprzęże− nie zwrotne. Wystarczy więc choć na krótką chwilę podać na „bramkę” impuls dodatni, by oba tranzystory otworzyły się na stałe. Zaznaczony kolorowo dwu− 48 tranzystorowy układ niejako się zatrza− śnie i będzie przewodził aż do wyłącze− nia zasilania. Dziwny i nieprzydatny wynalazek? Wcale nie – omówiliśmy właśnie działanie tyrystora – jego symbol poka− zany jest na rysunku 15b. Jeśli jednak chcielibyśmy zbudować zastępczy tyry− stor z dwóch tranzystorów, w celu unik− nięcia niespodzianek trzeba będzie dodać elementy R1, R2 i C1 według rysunku 15c. Tranzystory mają wielkie wzmoc− nienie i bez tych elementów układ byłby po prostu zbyt czuły. Więcej o tyrystorach dowiesz się z części ELEMENTarz. Elektromagnes Okazuje się, że cewka, przez którą płynie prąd, zachowuje się jak magnes. Siłę przycią− gania takiego elektromagnesu zwiększa obe− cność rdzenia z materiałów magnetycznych (żelazo, stal, stopy niklu, kobaltu). Hobbyści rzadko wykorzystują klasyczne elektroma− gnesy, a bardzo często – przekaźniki, które też są odmianą elektromagnesów. Przekaźnik Przekaźnik to element elektromechaniczny, za− wierający elektroma− gnes i styki. Można uznać, że jest to stero− wany elektrycznie prze− łącznik. Przepływ prą− du przez cewkę prze− kaźnika powoduje jego Przekaźniki trzną równą 2MΩ (2000kΩ), ale na zakresie 0,3V tylko 6kΩ. Czym mniejsza rezystancja woltomierza, tym bardziej zmienia on warunki pracy sprawdzanego układu, a odczytany wynik jest mniejszy niż napię− cie występujące tam w normalnych warunkach. W skrajnych przypadkach dołączenie kiepskiego analogowego woltomierza o małej oporności może spowodować błędne działanie mierzonego urzą− dzenia. W przypadku woltomierza cyfrowego sy− tuacja jest znacznie lepsza, bo oporność jest więk− sza. Miej jednak świadomość, że jeśli w układzie występują rezystancje rzędu 1MΩ lub większe, do− łączenie tam woltomierza znacznie zmieni warun− ki pracy. 40 Ćwiczenie 7 Tester refleksu Teoretycznie najprostszy tester refleksu można byłoby zrealizować za pomocą dwóch małych tyrystorów na zasadzie pokazanej na rysunku 16. Na sygnał da− ny przez sędziego, każdy z dwóch zawo− dników stara się jak najszybciej wcisnąć „swój” przycisk. Dioda LED pokaże, kto był szybszy. W spoczynku, po włączeniu zasilania oba tyrystory nie przewodzą. Naciśnięcie dowolnego przycisku powoduje trwałe przewodzenie współpracującego tyrysto− ra. Napięcie na tym tyrystorze (w punk− cie A albo B) błyskawicznie spadnie. Tak małe napięcie powinno uniemożliwić Rys. 16 Fot. 5 Z amperomierzem jest podobnie – w układ włączamy dodatkową rezystancję szeregową. W przypadku każdego amperomierza rezystancja nie jest stała i zależy od zakresu pomiarowego. Tu mała dygresja – amperomierz jest w rzeczywisto− ści woltomierzem, który mierzy napięcie na nie− wielkim wzorcowym rezystorze – ilustruje to ry− sunek I. Ta rezystancja wzorcowa amperomierza dla tanich mierników cyfrowych na najmniejszym zakresie 2mA wynosi aż 100Ω, a na zakresach 10A czy 20A tylko 0,02Ω...0,2Ω. Choć w większości przypadków nie musisz się tym przejmować, pamiętaj, że w niektórych sytua− cjach dołączenie miernika może zmienić warunki pracy układu, a odczytane wyniki nie będą odpo− wiadać prądom i napięciom podczas normalnej pracy. Ta informacja pozwoli wstępnie wyjaśnić I Elektronika dla Wszystkich 49 A3 Ośla łączka ciśnięciu przycisku S odezwie się brzę− czyk. To oczywiste! Gdy przez cewkę przekaźnika popłynie prąd, zadziała ona jak elektromagnes, przyciągnie kotwicę i przełączy styki. Nie zaświeci się różne dziwne, na pozór niewytłumaczalne przy− padki. Z pomiarami wiąże się też wiele innych za− gadnień i problemów. Obejmuje je szeroka i waż− na dziedzina elektroniki – miernictwo. Na razie nie musisz się w nią wgłębiać. Są nieliczne wyjątki, na przykład baterie, (alu− miniowe) kondensatory elektrolityczne i fotorezy− story, które po kilku latach zauważalnie zmieniają parametry. W bateriach (i akumulatorach) zachodzi proces samorozładowania i w efekcie już po roku przechowywania występuje zauważalne (w lep− szych, droższych bateriach) i duże (w najtańszych bateriach) zmniejszenie ilości zawartej w nich energii. Podczas drugiej wyprawy omówiliśmy sprawę rozformowania aluminiowych, czyli „zwykłych elektrolitów”. Trwałość przekaźników i przełączników zależy od warunków pracy – czym większy prąd i napięcie podczas przełączania, tym szybciej ni− szczą się (wypalają się) styki. Upływ czasu nieko− rzystnie wpływa na połączenia stykowe. Zaprezen− towane na pierwszej wyprawie połączenia wyko− nane przez skręcenie ze sobą końcówek, owinięcie ich cienkim drutem albo wetknięcie końcówek w specjalną płytkę stykową, po dłuższym czasie użytkowania (kilka miesięcy) okazałyby się bardzo zawodne ze względu na utlenianie (korozję) po− wierzchni. Podobnie jest z układami na płytkach stykowych. Takie sposoby montażu są znakomite, jeśli chodzi o układy eksperymentalne, montowane tylko na krótki czas do celów testowych. Układy, które mają pełnić swoją funkcje przez długi czas powinny być starannie zmontowane przy użyciu lutownicy i świeżej cyny z topnikiem. Jeśli ko− Ćwiczenie 8 Przekaźnik i cewka Zjawisko samoindukcji Trwałość, starzenie Jak wiadomo, artykuły spożywcze mają ogra− niczoną trwałość, a na opakowaniach podaje się datę przydatności do spożycia. Z elementami elek− tronicznymi (rezystory, kondensatory stałe, tranzy− story, diody...) jest zupełnie inaczej – można uznać, że się nie starzeją. W prawidłowo zaprojektowa− nym i wykonanym układzie będą pracować przez dziesiątki lat. Elektronika dla Wszystkich 85 TECHNIKALIATECHNIKALIA Zbuduj układ według rysunku 18 i foto− grafii 6. Zauważ, że dioda LED jest włą− czona inaczej, niż zazwyczaj. W zesta− wie do tej wyprawy znajdziesz przeka− źnik RM81/12V lub RM83/12V. Po na− reakcję, czyli przyciągnięcie kotwicy i zmia− nę stanu styków. Ogromna większość prze− kaźników ma działanie chwilowe, to znaczy zmiana stanu styków następuje na czas prze− pływu prądu przez cewkę. Na schematach przekaźniki oznaczane są różnie, np.: Rel (od relais), Prz (od przeka− źnik), Pu. Najważniejszymi parametrami przekaźni− ka są: napięcie robocze cewki, czyli napięcie, którym powinna być zasilana cewka podczas pracy, oraz maksymalny prąd styków. Zdecydowana większość elementów elek− tronicznych (rezystory, kondensatory, tranzy− story, ...) ma niemal nieograniczoną trwałość, to znaczy w normalnych warunkach powinny one pracować bezawaryjnie przez długie lata. Natomiast przekaźniki (ściślej biorąc wszyst− kie elementy stykowe, także przełączniki i przyciski) mają ograniczoną trwałość. Żywot− ność styków zależy w wielkim stopniu od wa− runków pracy, głównie prądu i napięcia. Czym wyższe napięcia i prądy, tym szybciej niszczą (wypalają) się styki. Każde rozłączenie obwo− du powoduje powstanie na chwilę łuku elek− trycznego (iskry), a to niszczy powierzchnie styków. Jeśli delikatny przekaźnik będzie pra− cował przy napięciach i prądach większych niż przewidział producent, żywotność radykalnie się zmniejszy; może nawet dojść do samoczyn− nego sklejenia (zgrzania) styków. O ile typowa żywotność mechaniczna przekaźnika, czyli żywotność przy zniko− mym obciążeniu, jest rzędu 10 milionów za− działań, o tyle żywotność przy obciążeniu nominalnym zazwyczaj wynosi 100 tysięcy zadziałań. Czy to dużo? 100 000 zadziałań okazuje się liczbą nie− wielką. Oblicz, ile czasu pracowałby przeka− źnik, jeśli przełączałby styki raz w ciągu sekundy... 100000 sekund to mniej niż 28 godzin! Tu widzisz, dlaczego w miarę możliwości dążymy do tego, by przekaźnik przełączał jak najrzadziej. Przekaźniki, pomimo ograniczonej trwało− ści są nadal chętnie wykorzystywane, między innymi dlatego, że zapewniają oddzielenie galwaniczne, czyli pełną izolację styków od cewki i sterującego ją układu elektronicznego. ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz otwarcie drugiego ty− rystora, gdy za chwilę zostanie naciśnięty drugi przycisk. I to jest zasada działania układu, który wraca do stanu spoczynku po wyłą− czeniu zasilania. Zamiast układu najprostszego, zbuduj tester refleksu we− dług rysunku 17 i fo− tografii 5. W obwodach bra− mek tyrystorów ko− niecznie trzeba dodać dzielniki napięcia (10kΩ+10kΩ), ponie− waż napięcie na ano− Rys. 17 dzie otwartego tyry− stora nie spada do zera, tylko wynosi czenia, są mało popularne. Zestaw ele− około 0,7V, co bez dzielnika wystarczy− mentów do wyprawy (A03) zawiera łoby do otwarcia drugiego tyrystora. Ge− dwa takie tyrystory. W ostateczności nerator z tranzystorami T1, T2 wyznacza można zastosować układ zastępczy ty− rytm pracy − za pośrednic− rystora z poprzedniego ćwi− twem T3 zaświeca czer− czenia. Natomiast z du− Czy pamiętasz, że... woną diodę LED D1 żymi, częściej spoty− elementy układu zawsze muszą być i wtedy zawodnicy kanymi tyrystorami powinni jak naj− połączone ze sobą dokładnie tak, jak po− w obudowach TO− kazuje schemat ideowy (elektryczny). wcześniej nacisnąć 220 układ prawdo− Przestrzenne rozmieszczenie elemen− przyciski. Zwycięzcę podobnie nie będzie tów nie musi wcale przypominać wskaże zielona dioda działał ze względu na schematu ideowego. LED D2 lub D3. Po kil− dużą wartość tzw. prądu kudziesięciu sekundach diody podtrzymania, który dla ta− zgasną i po kolejnych kilkudziesięciu se− kich tyrystorów typowo wynosi kilka− kundach oczekiwania cykl się powtórzy. dziesiąt miliamperów, być może wię− Uwaga! Małe tyrystory w obudo− cej, niż prąd płynący przez diody LED wach TO−92, potrzebne do tego ćwi− D2, D3. A3 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Większość przekaźników to elementy nie− biegunowe, jednak niektóre, zwłaszcza małe przekaźniki teletechniczne, są tak zwanymi przekaźnikami polaryzowanymi i bieguno− wość napięcia sterującego podawanego na cewkę powinna być zgodna ze wskazówkami producenta. Oprócz typowych przekaźników o działa− niu chwilowym produkuje się też tak zwane przekaźniki bistabilne (dwustabilne) jedno− i dwucewkowe. Podanie na chwilę napięcia na jedną z cewek przełącza na stałe styki. Po− danie na chwile napięcia na drugą cewkę po− woduje powrót do stanu wyjściowego. Prze− kaźnik bistabilny jest więc elementem pa− miętającym. TECHNIKALIA Ośla łączka nieczne jest zastosowanie jakichś połączeń styko− wych w takich układach, złącza stykowe powinny być złocone. Urządzenia przeznaczone do pracy w trudnych warunkach, np. w samochodzie, po− winny być zmontowane szczególnie solidnie i do− datkowo zabezpieczone lakierem izolacyjnym albo zalewą silikonową. Źródło prądowe (current source) W pewnych obwodach prąd powinien mieć niezmienną, ściśle określoną wartość. Produ− kowane są specjalne elementy, zwane źródłami prądowymi, które to zapewniają. Nie są one jednak zbyt popularne. Częściej do wytworze− nia prądu o stałej wartości wykorzystuje się proste układy pokazane na rysunku poniżej. natomiast dioda LED, bo jest włączona odwrotnie. Zwróć uwagę, że styki przekaźnika nie są połączone elektrycznie z cewką. Obwody cewki i styków są więc odizo− lowane galwanicznie. To pożyteczna ce− cha, pozwalająca skutecznie oddzielić obwody sterujące od obwodów wyko− nawczych. Działanie przekaźnika jest samo przez się zrozumiałe. Mam jednak nie− spodziankę: czy potrafisz wyjaśnić, dla− czego po zwolnieniu przycisku S na chwilę zapala się dioda LED? Zwróć uwagę, że dioda LED włą− czona jest w „odwrotnym kierunku”, więc po naciśnięciu przycisku nie świeci. Błyska w chwili, gdy obwód zostaje przerwany. Skąd bierze się prąd i „odwrotne” napięcie zaświecające tę diodę w chwili, gdy obwód jest prze− rwany? Podczas drugiej wyprawy przekonali− śmy się, że kondensator gromadzi ener− gię. Teraz dokonaliśmy kolejnego waż− nego odkrycia! Okazuje się, że w cewce przekaźnika też zgromadziła się jakaś ilość energii i że w chwili zaniku prądu cewka wytwarza „odwrotne” napięcie. Dotyczy to wszelkich cewek, nie jedynie przekaźników. 50 Za chwilę wykorzystasz to w zadzi− wiający sposób, a na razie do jednego LED−a z rysunku 18 dołącz w szereg kilka lub nawet kilkanaście LED−ów. Do ich zaświecenia potrzeba nie 2V, tylko kilkanaście lub kilkadziesiąt woltów. Dziwna rzecz, diody nadal błyskają – powstające „odwrotne” napięcie jak− by się dopasowuje do potrzeb. Gdy trzeba jest małe i zaświeca tylko jedną diodę, a gdy trzeba może mieć kilkana− ście, kilkadziesiąt i więcej woltów. Dlaczego? Rys. 18 Fot. 6 Lustro prądowe (current mirror) W pewnych sytuacjach trzeba niejako zmie− nić kierunek przepływu prądu, zachowując jego wartość. Służą do tego tzw. lustra prądo− we. Przykłady dwóch najprostszych luster prądowych pokazane są na rysunku na następnej stronie. Aby prądy były takie sa− me (z dokładnością do prądu bazy), użyte tranzystory powinny mieć identyczne cha− rakterystyki i identyczną temperaturę. W ćwiczeniu 4 sprawdziliśmy, że różnica temperatur tranzystorów powoduje, iż prądy nie są jednakowe. Przerażające katalogi Od początku kursu wspominam o różnych parame− trach elementów elektronicznych. Niektóre para− 86 metry są ważne, inne mniej istotne – wyraźnie wskazuję w ELEMENTarzu, które są najważniej− sze. Początkujący hobbysta interesuje się tylko ty− mi najważniejszymi, natomiast profesjonalny kon− struktor musi uwzględnić także inne, by opracowa− ne urządzenie mogło pracować przez długie lata w różnych warunkach (temperatura, wilgotność, wstrząsy). Producenci elementów opisują swoje wyroby w katalogach. Na fotografiach na tej i następnej stronie znajdziesz fragmenty katalogów. Oprócz takich obszernych katalogów często wykorzystuje się katalogi skrócone, zawierające tylko najważ− niejsze parametry. W Biblioteczce praktyka w następnym numerze EdW znajdziesz skrócony ka− talog najważniejszych diod. Katalogi to bezcenne źródło informacji. Jednak próba lektury pełnych katalogów firmowych może Cię doprowadzić do rozpaczy. Przecież Ty nawet połowy z tego nie rozumiesz! Jeśli w katalogu spotkasz parametry czy oznaczenia, o których znaczeniu nie masz blade− Elektronika dla Wszystkich 51 A3 czych, wbrew zaleceniom ka− talogu, praco− wała przy napię− ciu wstecznym 12V. Generator wysokiego napięcia Krzesło elektryczne Ćwiczenie 9 Oczywiście nie podam Ci projektu prawdziwego krzesła elektrycznego. Gdy jednak usuniesz diodę świecącą z poprzedniego układu, na cewce prze− kaźnika przy wyłączaniu pojawią się im− pulsy wysokiego napięcia. Schemat naj− prostszego generatora wysokiego napię− cia pokazany jest na rysunku 19. Do− tknij jedną ręką do punktów A, B, a dru− gą wciskaj i zwalniaj przycisk S. Czy czujesz impulsy elektryczne w chwili rozwierania przycisku? Nie bój się − dodałem rezystor ograni− czający R1. Ponieważ poszczególne oso− by mają różną wrażliwość, niech na po− czątek ma on 1kΩ, jak pokazuje rysunek Fot. 7 19. Zapewne nic nie poczujesz, zmniejsz więc wartość R1 do 100Ω. Jeśli uważasz, że impulsy nadal są zbyt słabe, zmniejsz R1 do zera, czyli zewrzyj ten rezystor. Fo− tografia 7 pokazuje model bez rezystora, który przetestowałem wraz ze swym sy− nem bez żadnych nieprzyjemnych odczuć. Impulsy są wyraźnie od− czuwalne, ale nie przykre. Je− śli się nie boisz, od razu pomiń rezystor ograni− czający. Wzmacniacz różnicowy Budując regulator temperatury w ćwiczeniu 11 wykorzystamy dwa tranzystory PNP w specyficznym połączeniu. To tak zwana para różnicowa, można też powiedzieć – wzmacniacz różnicowy. Okazuje się, że jest to bardzo, bardzo pożyteczny układ, zwła− szcza gdy tranzystory mają identyczne para− metry. W przyszłości spotkasz się z obwoda− mi jak na rysunku niżej. Na razie nie musisz wiedzieć wszystkiego o wzmacniaczu różnicowym, zapamiętaj tyl− ko, że reaguje on na różnicę napięć między bazami tranzystorów. Multimetr – miernik uniwersalny Najpopularniejsze mierniki (wolto− mierz, ampero− mierz, omomierz) oznaczamy na schematach tak, jak pokazuje rysunek powyżej. Multimetr czyli miernik uniwersalny to przyrząd, który może pełnić rolę woltomie− rza, amperomierza albo omomierza. Foto− grafia na stronie 86 pokazuje jeden z naj− prostszych i najtańszych multimetrów. Na za− kup takiego przyrządu może sobie pozwolić każdy hobbysta. TECHNIKALIA go pojęcia, nie musisz się tym zbytnio przejmo− wać. Jeśli zamierzasz jedynie montować układy według schematów z literatury, możesz być zu− pełnie spokojny. W ramach tego kursu pokazuję Ci, co jest najważniejsze i to na pewno wystar− czy na początek. Wiedz jednak, że po kilku wyprawach na oślą łączkę nie zostaniesz „rasowym” konstruktorem. Właśnie podczas lektury katalogów możesz się przekonać, że elektronika to bardzo szeroka dzie− dzina i aby zostać dobrym konstruktorem, trzeba Elektronika dla Wszystkich ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Zajrzyj do części ELEMENTarz i TECHNIKALIA. Zawsze też pamiętaj o włączaniu dio− dy równolegle do cewki przekaźnika. Będzie to jednak zwykła dioda, a nie dioda LED, która tu do celów poznaw− Ośla łączka 87 A3 Następna fotografia pokazuje multime− try lepszej klasy, wyposażone w szereg do− datkowych funkcji. Przed laty powszechnie wykorzystywano multimetry wskazówkowe (analogowe), które jak się okazuje miały i nadal mają pewne zalety. Dziś mierniki wskazówkowe są rzadkością, dlatego na na− szych wyprawach będziemy się posługiwać multimetrem cyfrowym. TECHNIKALIA TECHNIKALIA Uwaga! Multimetr nie może pełnić kilku funkcji jednocześnie – jedną potrzebną funk− cję wybiera się, ustawiając odpowiednio po− krętło zmiany zakresów oraz dołączając son− dy do właściwych gniazd. A oto żelazne zasady: Woltomierz zawsze włączamy do ukła− du równolegle. Amperomierz zawsze włączamy do ob− wodu szeregowo. Omomierzem mierzymy rezystancję pojedynczych elementów, a nie elementów wlutowanych w układ. 52 Impuls wysokiego napięcia teoretycz− nie może mieć nawet kilkaset woltów, jed− nak ze względu na niewielką energię nie jest groźny dla życia. Rys. 19 Czy wiesz, że... Multimetr cyfrowy to dzisiaj podstawowy przyrząd w pracowni elektronika. Nawet naj− tańszy multimetr pozwala mierzyć napięcie, prąd i rezystancję. Lepsze i droższe multime− try mogą dodatkowo mierzyć pojemność, częstotliwość, temperaturę i współczynnik wzmocnienia tranzystorów. E L E M E N Ta r z E L E M E N Ta r z E L E M E N Ta r z E L E M E N Ta r z E L E M E N Ta r z Ośla łączka zgromadzić naprawdę dużo wiedzy i doświadcze− nia. Oto kilka pytań kontrolnych: 88 Przykłady pokazane są na rysunku powyżej. Przy pomiarach napięcia, prądu i rezystancji zawsze wykorzystane jest gnia− zdo oznaczone COM (ang. common – wspólny). Do tego gniazda dołączamy czar− ny kabel. Kabel czerwony ma być wetknię− ty w jedno z pozostałych gniazd. Przy po− miarach napięcia i rezystancji (w roli wolto− mierza i omomierza) ma być wetknięty w gniazdo oznaczone „V”, przy po− miarach mniejszych prądów – w gniazdo oznaczone „A” lub „mA”, a przy pomiarach dużych prądów – w gniazdo oznaczone „20A” (lub „10A”). Dalszych infor− macji warto szukać w instrukcji ob− sługi. Fotografie pokazują różnie ustawione multimetry. Dalsze ważne wskazówki doty− czące pomiarów za pomocą multi− metru podane są w części pt. TECH− NIKALIA. Czy wiesz, na ile rezystancja rezystorów wę− glowych i kompozytowych zależy nie tylko od wbrew potocznej opinii, nie zabijają ani wolty, ani ampery. Człowieka może zabić prąd płynący przez ciało, o ile jego wartość wyniesie kilkadziesiąt miliampe− rów lub więcej i jeśli prąd ten będzie płynął przez dłuższy czas. Uwaga! Opisanych eksperymen− tów w żadnym wypadku nie mogą przeprowadzać osoby z wbudowa− nym rozrusznikiem serca. Osoby nie− pełnoletnie mogą wykonać ćwicze− nie wyłącznie pod ścisłą opieką wy− kwalifikowanych osób dorosłych, za− czynając od wersji z rezystorem R1. Piotr Górecki Ciąg dalszy w następnym numerze EdW Informacje dotyczące zestawu EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 120. temperatury, ale także od napięcia? Czy wiesz, co oznacza, że kondensatory MKT mają zdolność sa− moregeneracji? Czy wiesz, jak zapobiegać efekto− wi drugiego przebicia w tranzystorach bipolar− nych? Czy wiesz, jak minimalizować efekt Mille− ra w tranzystorach MOSFET pracujących jako przełączniki? Czy wiesz, jaka jest stabilność dłu− goczasowa „elektrolitów” aluminiowych? Czy wiesz, co to jest kompatybilność elektromagne− tyczna? Które elementy elektroniczne mogą praco− wać w temperaturze −20oC, a które nie? Te pytania stawiam nie po to, by Cię zniechęcić. Jeśli nie ze− chcesz wgłębiać się w elektronikę, cykl „Ośla łączka” całkowicie wystarczy do zrozumienia pod− staw i do zbudowania wielu atrakcyjnych ukła− dów, które przysporzą Ci wiele radości. Jeśli jed− nak chcesz wgłębiać się w tajniki, ta odrobina zim− nej wody wylana na głowę ma Cię zachęcić do dalszych poszukiwań oraz stopniowego groma− dzenia wiedzy i praktycznego doświadczenia. Elektronika dla Wszystkich 53 A3 Ośla łączka Informacje dotyczące zestawu EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronach 88 i 120. Ćwiczenie 10 Przetwornica impulsowa Zestaw teraz układ według rysunku 20. Zwróć uwagę, że kondensator Co musi mieć napięcie pracy minimum 50V. Kluczowym elementem jest tu cewka L (o indukcyjności 100mH lub więcej). W zestawie do tej wyprawy znajdziesz odpowiednią cewkę, ale śmiało możesz też wykorzystać cewkę przekaźnika RM81 (RM83). Prowizo− ryczny model bez przełącznika poka− zany jest na fotografii 8. Sprawdź za pomocą kontrolki z diodą LED Dk i rezystorem Rk (10kΩ), które napięcie jest wyższe: napięcie zasilania (Uzas) czy napięcie wyjściowe (na Co i Ro). Jeśli masz miernik, zmierz napięcie na kondensa− torze Co i rezystorze obciążenia Ro – na pewno jest znacznie większe od na− pięcia zasilającego. Rys. 20 Fot. 8 Czy wiesz, że... omomierzem nie powinno się mierzyć rezy− storów włączonych w układ. Ponieważ prąd może popłynąć różnymi drogami, omijają− cymi mierzony rezystor, odczytana war− tość będzie zazwyczaj mniejsza od rezystancji sprawdzanego rezystora. W układzie modelowym, pokazanym na fotografii, przy zasilaniu napięciem 12,0V z cewką 100mH napięcie wyjściowe na rezystorze obciążenia Ro (10kΩ) wynosiło 26,4V, natomiast z przekaźnikiem w roli cewki – 20,2V. Z cewką o indukcyjności 10mH napięcie na Ro wynosiło aż 40,1V. Kontrolka Dk i rezystor Rk nie były podłączone. Ćwiczenie 11 Nie zastanawiaj się, dlaczego napię− cie wyjściowe zależy od cewki – to wy− ższa szkoła jazdy. Ciesz się jednak, bo oto wykonali− śmy najprawdziwszą przetwornicę im− pulsową. Wśród elektroników panuje przekona− nie, że przetwornice impulsowe to taje− mnicze urządzenia, których działanie jest bardzo trudne do zrozumienia. O ile zaprojektowanie dobrej przetwornicy rzeczywiście wymaga dużej wiedzy, o tyle podstawowe zasady działania i układy przetwornic są bardzo proste. Uwaga! Wartości elementów z rysunku 20 odpo− wiadają elementom dostępnym w zesta− wie do tej wyprawy A03. Z cewką o znacznie mniejszej indukcyjności (poniżej 1mH) układ nie będzie działał prawidłowo. Regulator temperatury Mając termistor i parę innych popular− nych elementów moglibyśmy zbudować kontroler temperatury. Podczas ćwicze− nia 1 przekonaliśmy się, że przy wzro− ście temperatury rezystancja termistora maleje. Teraz dodajemy drugą gałąź z dwoma rezystorami według rysunku 21. Elementy R1, Tm, R2, R3 tworzą tak zwany układ mostkowy. Tranzystory T1, T2 sprawdzają różnicę napięć między punktami A, B, czyli na przekątnej mo− stka. Gdy przy wzroście temperatury Elektronika dla Wszystkich napięcie w punkcie A maleje i staje się mniejsze od napięcia w punkcie B, otwiera się tranzystor T1, a przez re− zystor R5 i złącze baza−emiter tranzy− stora T3 zaczyna płynąć prąd. Włącza się dioda LED i brzęczyk. Taki prymitywny kontroler tempe− ratury nie jest konstrukcją godną polecenia, bo ma liczne wady. Przede wszystkim brak tu regulacji tempera− tury zadziałania oraz histerezy. Zbu− duj znacznie lepszy układ według Rys. 21 37 A3 Ośla łączka rysunku 22. Fotografia 9 pokazuje model wykonany przez mego 14−let− niego syna. Kondensator C1 filtruje „śmieci”, ja− kie mogłoby się zaindukować w przewo− dach prowadzących do czujnika tempe− ratury. Rezystor R6 (10MΩ) wprowadza niewielką histerezę, niezbędną do wyeli− minowania zakłóceń i drgań podczas przełączania. Obwód R7C2 (1MΩ 1µF) gwarantuje, że nawet w skrajnym przy− padku przekaźnik nie będzie zmieniał stanu częściej niż co sekundę. Przy niskich temperaturach przeka− źnik działa i świeci kontrolka D1. Gdy temperatura wzrasta powyżej wartości ustawionej za pomocą potencjometru P, przekaźnik puszcza i kontrolka gaśnie. Po zbudowaniu i starannym sprawdze− niu poprawności montażu skontroluj działanie regulatora. Przy pokręcaniu gałką potencjometru przekaźnik i dioda powinny zmieniać stan. Ustaw potencjo− metr niemal na progu przełączania, by kontrolka świeciła. Gdy lekko ogrzejesz termistor (wystarczy chuchnąć), przeka− źnik puści i lampka zgaśnie. Gdy termi− stor ostygnie, lampka i przekaźnik się włączą. Jeśli nie wiesz, dlaczego potrzebna jest histereza, usuń elementy R6, R7, C2, dołącz termistor za pomocą dwóch półtorametrowych przewodów i sprawdź co będzie wyprawiał przekaźnik w oko− licach progu przełączania. Układ z rysunku 22 można byłoby wy− korzystywać w praktyce (w układzie war− to wtedy zmniejszyć wartość R6, czyli Ćwiczenie 12 Fot. 9 Rys. 22 zwiększyć histerezę, by przekaźnik rza− dziej przełączał, oraz dobrać R2, R3 by ograniczyć zakres regulowanych tempe− ratur do potrzebnego zakresu). Na trzech tranzystorach zbudowaliśmy najpraw− dziwszy regulator temperatury, którego przekaźnik może sterować pracą grzałki, pieca elektrycznego czy termowentylato− ra. Ty w żadnym wypadku nie podłączaj do swego regulatora takich urządzeń, bo byłoby to co najmniej ryzykowne ze względu na groźne napięcie sieci. Laserowa bariera optyczna dalekiego zasięgu Jeśli masz wskaźnik laserowy, możesz zbudować kolejne dwa interesujące układy. Rysunek 23 pokazuje schemat odbiornika do bariery optycznej dale− kiego zasięgu, a fotografia 10 – model (w którym zamiast rezystorów 47kΩ zastosowałem 100kΩ i starą kra− jową diodę CQYP30). Jeśli oświetlisz fotodiodę FD światłem lasera, świecić się będzie kontrolka LED D1. Przerwa− nie wiązki światła choć na chwilę spo− woduje nie tylko zgaśniecie kontrolki, ale też włączenie brzęczyka alarmowe− go na czas zaniku światła dodatkowo przedłużony, dzięki obecności konden− satora C1. Potencjometr P umożliwi re− gulację czułości (w praktyce można go 38 54 śmiało ustawić na maksimum rezystan− cji). Oczywiście można go zastąpić do− branym rezystorem. Po oświetleniu fo− todiody światłem lasera napięcie w punkcie A musi być większe niż 0,7V by otworzyć tranzystory T1, T2, Fot. 10 Elektronika dla Wszystkich 55 A3 Ośla łączka natomiast w spoczynku musi być mniejsze od 0,6V, by tranzystory te by− ły zatkane i by dioda LED nie świeciła. Histereza wprowadzona przez R5, R6 zwiększa odporność na zakłócenia i przyspiesza zmiany napięć. Czy wiesz, że... dioda laserowa jest jednym z najbardziej delikatnych elementów elektronicznych i bardzo łatwo ulega uszkodzeniu podczas mon− tażu. Nie dotyczy to gotowych wskaźników laserowych, gdzie dioda współpracuje z układem sterującym, który ją chroni. Ćwiczenie 13 Rys. 23 Zasięg takiej bariery zależy od oświetle− nia zewnętrznego (w praktycznym ukła− dzie należałoby umieścić fotodiodę w dziesięciocentymetrowej rurce, po− malowanej wewnątrz na czarno) i wy− nosi co najmniej kilkadziesiąt metrów. Przy testach modelu trudne było wcelo− wanie światłem lasera w fotodiodę już z odległości 10m. Zamiast fotodiody możesz użyć fototran− zystora lub fotorezystora. Są to elementy bardziej czułe na światło więc musisz zdecy− dowanie zmniejszyć wartość potencjome− tru lub zastąpić go dobranym rezystorem. Laserowe zdalne sterowanie Jeśli do przerzutnika bistabilnego, znane− go z poprzedniej wyprawy, dodasz dwa fotoelementy i obwód wykonawczy we− dług rysunku 24, uzyskasz prosty system zdalnego sterowania. Oświetlenie przez chwilę światłem lasera jednego fotoele− mentu włączy przekaźnik, oświetlenie drugiego – wyłączy. Aby układ działał prawidłowo, oddal fotoelementy na odle− głość co najmniej 15cm. Jeśli oddalisz je jeszcze bardziej, możliwe będzie użycie do sterowania latarki dającej wąski snop światła zamiast wskaźnika laserowego. Według schematu fotoelementami są fotodiody. Zamiast nich śmiało można wykorzystać fototranzystory lub fotore− zystory. Na schemacie nie podaję warto− ści R1, R2. W zależności od rodzaju i czułości fotoelementu oraz warunków pracy układu (oświetlenia zewnętrzne− go), trzeba będzie zastosować R1, R2 o odpowiedniej wartości. Wartość tę do− bierzesz samodzielnie w zakresie 100Ω...100kΩ (umieszczenie na sche− macie gwiazdki zamiast wartości ele− mentu wskazuje, że wartość tę należy dobrać samodzielnie w trakcie urucho− miania modelu). Prowizoryczny model z jedną diodą LED pokazany na foto− grafii 11 pracował poprawnie ze starymi krajowymi fotodiodami BPYP30 i z re− zystorami R1, R2 o wartości 10kΩ. Z fo− torezystorami i fototranzystorami war− tość R1, R2 powinna być mniejsza. Zasada doboru jest R1, R2 jest nie− zmiernie prosta: w spoczynku, gdy na fotoelementy pada tylko światło tła, na− Elektronika dla Wszystkich pięcie na R1, R2 nie może być większe niż 0,9V (zalecany zakres: 0,5...0,9V). Wtedy po oświetleniu danego fotoele− mentu napięcie na rezystorze wzrośnie, przez diodę popłynie prąd i zostanie otwarty współpracujący tranzystor. Kto nie ma woltomierza, może dobrać R1, R2, usuwając na chwilę rezystory R5, R6. W spoczynku żadna z dodanych diod D2, D3 nie powinna świecić. Dio− dy te powinny się zaświecać po oświe− tleniu danego fotoelementu. Rys. 24 Fot. 11 39 A3 Ośla łączka Ćwiczenie 14 56 Bateria słoneczna Jak Ci nadmieniłem na poprzedniej wy− prawie, fotodioda może pracować przy włączeniu „odwrotnym”, gdzie światło zwiększa jej prąd wsteczny. Tak pracują fotodiody w ćwiczeniach 12 i 13. Foto− dioda może też pracować w tak zwanym trybie fotowoltaicznym i wtedy staje się ogniwem słonecznym. Wykonaj niewiel− ką baterię słoneczną − zestaw układ we− dług rysunku 25a i fotografii 12 (w ze− stawie A3 do tej wyprawy znajdziesz trzy fotodiody BP34). Zbliżaj swą baterię słoneczną do jakiejś lampy. Przy jakim oświetleniu odezwie się brzęczyk? Wymagane oświetlenie nie jest duże, jednak nie ma się z czego cieszyć − przecież brzęczyk do zadziała− nia potrzebuje wyjątkowo mało prądu. Zamiast brzęczyka włącz czerwoną diodę LED według rysunku 25b (dla diody zielonej lub żółtej potrzebne były− by cztery fotodiody). Czy dostrzegasz świecenie diody LED? Zbliż swą baterię słoneczną jak naj− bardziej do żarówki. Czy teraz dostrze− gasz świecenie LED−a? Ja uzyskałem wyraźne świecenie zwykłego, czerwonego LED−a gdy foto− ogniwa były oddalone o centymetr od 100−watowej żarówki halogenowej. Przy sporo słabszym natężeniu oświetle− nia dało się zauważyć świecenie superja− snej diody LED z przezroczystą soczew− Fot. 12 ką, a także czerwonej struktury z diody dwukolorowej. Jeśli chcesz, możesz zmierzyć napię− cia i prądy swojego ogniwa słonecznego przy różnym obciążeniu. Teraz już wiesz, dlaczego przydatne w praktyce baterie słoneczne muszą mieć dużą powierzchnię. Wielkie baterie są oczywiście drogie i właśnie koszty są główną barierą, ograniczającą popular− ność tego ekologicznego źródła energii. Piotr Górecki Informacje dotyczące zestawu EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronach 88 i 120. Rys. 25 B I B L I O T E C Z K A Biblioteczka Praktyka Diody Fotografia pokazuje najpopularniejsze P R A K T Y K A diody, zwykłe oraz Schottky’ego, uży− wane przez współczesnego hobbystę (1N4148, 1N4007, 1N5404, BAT84, 1N5818, 1N5822). Większość diod ma na obudowie pasek, który wskazuje katodę. W razie wątpliwości biegunowość diody można bardzo łatwo określić za pomocą omomierza, porównując ją z jakąkolwiek znaną diodą (np. 1N4001) albo za pomocą rezystora 40 i diody świecącej według rysunku 9 z ćwiczenia 3 z EdW 3/2001 str. 86. Tabela zawiera podstawowe para− metry częściej spotykanych diod. Po− szczególni producenci podają parame− try dla nieco innych warunków pracy, jednak hobbysta może nie zawracać sobie tym głowy. Dla niego najważ− niejsze są: UR – dopuszczalne napięcie wsteczne IF – maksymalny prąd przewodzenia. Pozostałe parametry są mniej przydatne amatorowi, choć warto wiedzieć, czego dotyczą. Tj – maksymalna temperatura złącza, UF – napięcie przewodzenia trr – czas odzyskiwania zdolności zawo− rowej – parametr ten wskazuje, czy dio− da może być stosowana w układach, gdzie występują szybkie zmiany napięć. IR – maksymalny prąd wsteczny (przy napięciu wstecznym UR i w temperatu− rze T). Warto zwrócić uwagę, że niektóre z podanych wartości są niespodziewa− nie duże. Na przykład napięcie przewo− dzenia UF wielu diod jest znacznie większe niż 1V. Trzeba jednak pamię− tać, że jest to gwarantowane przez pro− ducenta maksymalne napięcie przewo− dzenia przy maksymalnym prądzie przewodzenia IF. W rzeczywistości na− pięcie przewodzenia będzie mniejsze, zwłaszcza przy prądach mniejszych od dopuszczalnego. Dla diod zwykłych wyniesie około 0,7...0,8V, dla diod Schottky’ego około 0,35...0,5V. Elektronika dla Wszystkich 57 A3 Ośla łączka Typ Typ UR IF Tj UF trr IR UR T V A °C V ns µA V °C 1N5817 20 1 125 <0,45 1m max 25 1N5818 30 1 125 <0,55 1m max 25 1N5819 40 1 125 <0,6 1m max 25 1N5820 20 3 125 <0,475 2m max 25 1N5821 30 3 125 <0,5 2m max 25 3 125 <0,525 2m max 25 0,2 50 25 Tj UF trr IR UR T 1N5822 40 V A °C V ns µA V °C 1N6263 60 0,015 200 <1 1N4001 50 1 175 <1,1 10 max 25 1N914 75 0,075 175 <1 <4 25nA 20 25 1N4002 100 1 175 <1,1 10 max 25 BA157 400 0,4 150 <1,5 <300 5 max 25 1N4003 200 1 175 <1,1 10 max 25 BA158 600 0,4 150 <1,5 <300 5 max 25 1N4004 400 1 175 <1,1 10 max 25 BA159 1000 0,4 150 <1,5 <300 5 max 25 1N4005 600 1 175 <1,1 10 max 25 BA482 35 0,1 150 <1,2 0,1 20 25 1N4006 800 1 175 <1,1 10 max 25 BAS11 300 0,35 150 <1,1 0,1 300 25 1N4007 1000 1 175 <1,1 10 max 25 BAT42 30 0,2 125 <0,4 <5 0,5 25 25 1N4148 75 0,075 200 <1 <8 25nA 20 25 BAT43 30 0,2 125 <0,33 <5 0,5 25 25 1N4446...9 75 0,15 200 <1 <4 25nA 20 25 BAT81 40 0,03 200 <0,41 <1 0,2 30 25 1N4933 50 1 150 <1,1 <200 2 max 25 BAT81 40 0,03 200 <0,41 <1 0,2 30 25 1N4934 100 1 150 <1,1 <200 2 max 25 BAT82 50 0,03 200 <0,41 <1 0,2 30 25 1N4935 200 1 150 <1,1 <200 2 max 25 BAT83 60 0,03 200 <0,41 <1 0,2 30 25 1N4936 400 1 150 <1,1 <200 2 max 25 BAT85 30 0,2 125 <0,4 <5 2 25 25 1N4937 600 1 150 <1,1 <200 2 max 25 BAT86 50 0,2 125 <0,45 <4 5 40 25 1N5059 200 2 175 <1,15 1 max 25 BAV10 60 0,3 200 <0,75 <6 0,1 60 25 1N5060 400 2 175 <1,15 1 max 25 BAV17 25 0,25 175 <1 <50 0,1 max 25 1N5062 800 2 175 <1,15 1 max 25 BAV19 100 0,25 175 <1 <50 0,1 max 25 1N5400 50 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BAV20 150 0,25 175 <1 <50 0,1 max 25 1N5401 100 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BAV21 200 0,25 175 <1 <50 0,1 max 25 1N5402 200 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BAX12 90 0,4 200 <0,75 <60 0,1 90 25 1N5403 300 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BAX14 20 0,5 200 0,54−0,6 <50 0,1 20 25 1N5404 400 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BY 126 450 1 150 <1,5 10 450 25 1N5405 500 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BY127 800 1 150 <1,5 10 1250 25 1N5406 600 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BY206 300 0,4 150 <1,5 <1m 2 max 25 1N5407 800 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BY229−600 600 7 150 <1,85 <450 400 max 125 1N5408 1000 3 170 <1,2 5000 5 max 25 BY249/600 600 6,5 150 <1,6 400 max 125 1N5624 200 3 175 <1 3m 1 max 25 BY329− 1000 800 7 150 <1,85 <150 1m max 125 1N5625 400 3 175 <1 3m 1 max 25 1N5626 600 3 175 <1 3m 1 max 25 1N5627 800 3 175 <1 3m 1 max 25 Elektronika dla Wszystkich 85 BIBLIOTECZKA PRAKTYKA IF BIBLIOTECZKA PRAKTYKA UR BIBLIOTECZKA PRAKTYKA Podobnie zaskakująco duża jest wartość prądu wsteczne− go IR sięgająca 100µA i więcej. To również jest wartość gwa− rantowana – w temperaturze pokojowej i napięciu wstecz− nym niższym od maksymalnego prąd wsteczny będzie wie− lokrotnie mniejszy. Prąd wsteczny rośnie jednak z tempera− turą. Warto to sprawdzić na przykład według rysunku 10 z ćwiczenia 3 dla najpopularniejszych diod (1N4148, 1N4007, 1N5404, BAT84, 1N5818, 1N5822), włączając w szereg mikroamperomierz i zapisać wyniki. A3 Ośla łączka BIBLIOTECZKA PRAKTYKA Tyrystory BIBLIOTECZKA PRAKTYKA Najważniejszymi parametra− mi tyrystora są: UDRM – ma− ksymalne napięcie blokowa− nia – w praktyce jest to ma− ksymalne napięcie, przy którym tyrystor może praco− wać, IF – maksymalny prąd przewodzenia. Istotnym pa− rametrem jest także IGT − prąd bramki, przy którym na pewno nastąpi otwarcie tyry− stora. Im ten prąd mniejszy, tym lepiej (tyrystor jest czul− szy). Oprócz tych parame− trów, w katalogach podaje się szereg innych. Ze wzglę− du na malejącą popularność tyrystorów, hobbysta nie mu− si się wgłębiać w ich sens. W poszczególnych kata− logach prądy IF niektó− Typ rych typów są 2N4441 o 30...40% 2N4444 mniejsze od 2N5060 podanych w tabeli. Wy− 2N5061 nika to z róż− 2N5062 nych warun− 2N5064 ków pomiaro− 2N6397 wych, głów− nie tempera− BRX44…49 tury złącza. BT148−600 Ponieważ na BT149D otwartym ty− BT151−500 rystorze wy− stępuje napię− cie przewo− dzenia, podobnie jak na dio− dzie, więc przy większych prądach tyrystor będzie się grzał i należy zastosować od− powiedni radiator chłodzący. UDRM IF IGT V A mA 50 5 30 Typ 58 UDRM IF IGT V A mA BT152−400 400 20 32 600 13 32 600 5 30 BT152−600 30 0,5 0,2 BTW69−800 800 32 80 60 0,5 0,2 BTY79−XX 400−800 6,4 30 100 0,5 0,2 TIC106M 600 5 0,2 600 8 20 200 0,5 0,2 TIC116M 400 7,7 30 TIC126M 600 12 20 30−400 0,51 0,2 TSL106−6 600 2,5 0,2 600 4 0,26 TYN1012 1000 8 15 400 0,8 0,2 TYN812 800 8 15 500 12 15 Uwaga! Podobne oznaczenia mają tak zwane triaki – popular− ne elementy o działa− niu podobnym do tyry− storów. Przekaźniki Na fotografiach można zoba− czyć najpopularniejsze prze− kaźniki, a w tabeli ich pod− stawowe parametry. W ostatniej kolumnie tabe− li podano maksymalne obcią− żenie, którego nie powinno się przekraczać. Jeśli nie podano Typ przekaźnika BIBLIOTECZKA PRAKTYKA P R15 86 inaczej, dotyczy ono prądu zmiennego (AC). Oczywiście styki każdego przekaźnika mogą pracować zarówno przy Napięcie Napięcie Napięcie znamionowe zadziałania odpadania V V V prądzie zmiennym (AC) jak i stałym (DC). Trwałość sty− ków silnie zależy od ich ob− ciążenia, na przykład przy Rezystancja cewki Ω Max obciążenie ciągłe M4−3H Meisei 3 2,1 0,15 60 0,5A/120VAC 1A/24VDC M4−5H Meisei 5 3,5 0,25 167 0,5A/120VAC 1A/24VDC M4−12H Meisei 12 8,4 0,6 960 0,5A/120VAC 1A/24VDC M4−48H Meisei 48 33,6 2,4 7680 0,5A/120VAC 1A/24VDC P−3 Meisei 3 2,25 0,3 64,3 0,5A/125VAC 1A/30VDC P−5 Meisei 5 3,75 0,5 178 0,5A/125VAC 1A/30VDC P−12 Meisei 12 9 1,2 1028 0,5A/125VAC 1A/30VDC P−24 Meisei 24 18 2,4 2880 0,5A/125VAC 1A/30VDC DS2E−S Matsushita 1,5 1,05 0,15 11,3 0,3A/125VAC 1A/30VDC DS2E−S Matsushita 5 3,5 0,5 125 0,3A/125VAC 1A/30VDC DS2E−M Matsushita 12 8,4 1,2 360 0,3A/125VAC 1A/30VDC Elektronika dla Wszystkich A3 Ośla łączka DS2E−S Matsushita 12 8,4 1,2 720 0,3A/125VAC 1A/30VDC DS2Y−S Matsushita 12 8,4 1,2 720 0,3A/125VAC 1A/30VDC DS2E−SL2 (bistabilny) 12 8,4 − 2x800 (dwucewkowy) 0,3A/125VAC 1A/30VDC DS2Y − Matsushita 48 33,6 4,8 7680 0,3A/125VAC 1A/30VDC RM−81 (−83) RM−82 5 3,75 0,5 49 16A/380V 2x8A/380V RM−81 (−83) RM−82 12 9 1,2 260 16A/380V 2x8A/380V RM−81 (−83) RM−82 24 18 2,4 1100 16A/380V 2x8A/380V RM96 5 3,5 0,5 110 8A/380V RM96 12 8,4 1,2 660 8A/380V RM96 24 16,8 2,4 2200 8A/380V RM96 48 33,6 4,8 8000 8A/380V RA2 5 4,0 0,5 23 20A/60VDC RA2 12 9,6 1,2 132 20A/60VDC RA2 24 19,2 2,4 520 20A/60VDC RM−2 12 9,6 1,8 210 4A/380V RM−2 24 19,2 3,6 850 4A/380V BIBLIOTECZKA PRAKTYKA 59 DS2 M4 produkowane przez Relpol, typu RM−81...83, RM−96 (lub odpowiedniki zagraniczne). Do przełączania małych sygnałów zwykle stosuje się najpopularniejsze przekaźniki miniaturowe o wymiarach ok. 20x10x10mm, produkowane przez wiele firm. W tabeli po− dano parametry niemal iden− Elektronika dla Wszystkich RM96 tycznych przekaźników ro− dziny M−4 firmy Meisei oraz DS2Y firmy Matsushita. Można też wykorzystać je− szcze mniejsze, na przykład subminiaturowe (14x9x5mm) przekaźniczki Meisei serii P. Warto wiedzieć, że nie− które małe przekaźniki wy− magają określonej bieguno− wości napięcia podawanego na cewkę, na przykład prze− kaźniki DS2 (co czasem, ale nie zawsze, zaznacza się na obudowie), natomiast inne, niemal identyczne, tego nie wymagają, np. M4 – patrz fotografia w prawym dol− nym rogu. Piotr Górecki 87 BIBLIOTECZKA PRAKTYKA prądzie stałym trwałość sty− ków jest mniejsza. Szcze− gółów należy szukać w kata− logach. W miarę możliwości warto stosować obciążenie znacznie poniżej podanych wartości maksymalnych. Do sterowania urządzeń zasilanych z sieci 220V stosu− je się krajowe przekaźniki, RM81 BIBLIOTECZKA PRAKTYKA RM2 RA2
