35

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Lipiec 2002

Rozwiązanie zadania 73

W EdW 3/2002 zamieszczony był schemat
wykrywacza burzy – patrz rysunek A. Układ
ma dwa tory: akustyczny z mikrofonem
(membraną piezo) oraz drugi z czujnikiem
deszczu. Generalna idea jest jak najbardziej
sensowna, choć dyskusyjna jest skuteczność
wykrywania burzy. Oprócz uwag, co do sku−
teczności, nadesłaliście wiele krytycznych
opinii i tak naprawdę nie tylko na czujniku
deszczu nie zostawiliście suchej nitki. Rze−
czywiście, na schemacie błędów jest wiele,
ale młodziutkiemu Autorowi można to wyba−
czyć (zresztą część usterek najwyraźniej po−
jawiła się wskutek niedopatrzenia przy ryso−
waniu schematu). Niemniej Autor schematu
powinien bardzo starannie przeanalizować
podane dalej uwagi, a wtedy jego następne
schematy i układy będą mieć większą szansę
na praktyczne wykorzystanie.

Najpierw ustalmy, jak miał działać orygi−

nalny układ. Zacznijmy od końca, od styków
przekaźnika. Wykorzystane są styki bierne,
więc w spoczynku tranzystor T4 i przekaźnik
powinny działać. Jednoczesne pojawienie się
stanów wysokich na wejściu pierwszej bram−
ki NAND winno włączyć strukturę tyrystoro−
wą z tranzystorami T2, T3 i zablokować T4,
by przekaźnik puścił i włączył sygnalizator.
Do zadziałania potrzebne są stany wysokie
na wejściach pierwszej bramki. Jeden z sy−
gnałów to wzmocniony sygnał z membrany
piezo, drugi to sygnał z czujnika deszczu. Ta−
ka koncepcja jest racjonalna.

Przypatrzmy się teraz szczegółom. Mem−

brana piezo P1 może pełnić rolę mikrofonu.
Nie jest jednak prawdą, jak sądziło kilku ucze−
stników, że rezystor R1 jest zbędny. Zbędny
jest tylko kondensator C1. Membrana piezo
jest w sumie odmianą kondensatora. Prąd sta−
ły przez nią nie płynie, więc koniecznie trzeba
pozostawić rezystor R1 polaryzujący wejście
wzmacniacza operacyjnego, nawet jeśli prądy
polaryzujące współpracującego wzmacniacza
operacyjnego są znikome, rzędu nanoampe−
rów czy jeszcze mniej. Ponieważ membrana
piezo pracująca w roli mikrofonu ma duży
opór wewnętrzny dla prądu zmiennego, war−

tość rezystora polaryzującego R1 powinna być
jak największa. Wartość 1M

Ω

byłaby jak naj−

bardziej na miejscu. Byłaby...

Słuszne

za−

strzeżenia wzbu−
dził typ wzmac−
niacza operacyj−
nego. Na pewno
kostka TL082 nie
może pracować
przy

napięciu

wejściowym bliskim ujemnego napięcia zasi−
lania. Należy zastosować kostkę TLC271
(można TLC272, ale po co) albo LM358.
Prąd polaryzacji kostki LM358 (typ.
0,045

µ

A, max 0,5

µ

A) wypływa z wejścia, co

spowoduje niewielki spadek napięcia na R1.
Przykład pokazany jest na rysunku B (gdzie
założyłem, że napięcie niezrównoważenia
jest równe zeru). Takie przesunięcie napięcia

spoczynkowego nie tylko
nie przeszkadza, ale jest
nawet korzystne. Gorzej,
gdyby wzmocnienie było
większe – wtedy trzeba
dodać kondensator według
rysunku C. Jak zauważy−
liście, wzmocnienie U1B
jest za małe i nie będzie
w

stanie

przełączyć

„schmitta”. Rzeczywiście, wzmocnienie może
być za małe, bo wynosi tylko 4,3x (niecałe
13dB), a sygnał mikrofonu będzie niewielki,
zwłaszcza w przypadku odległych grzmotów.

Wejścia drugie−

go, niewykorzysta−
nego wzmacniacza
operacyjnego warto
gdzieś podłączyć.
W przypadku ukła−
dów

logicznych

CMOS jest to wręcz
obowiązkiem. W przypadku wzmacniaczy
operacyjnych, zwłaszcza z tranzystorami bi−
polarnymi na wejściu, nie jest to konieczne.
Zresztą przy dołączeniu do masy albo plusa
zasilania mogą dać znać o sobie dziwne zja−
wiska, zazwyczaj niegroźne. Niemniej, ogól−
nie biorąc, przemyślane dołączanie niewyko−
rzystanych wejść jest dobrym zwyczajem.

Większość uczestników odnotowała brak

rezystora między drenem T1 a plusem zasila−
nia. Rezystor taki nie byłby potrzebny tylko
w przypadku bipolarnej bramki TTL, gdzie
w stanie niskim prąd wypływa z wejścia. Tu
trzeba go koniecznie dodać. Jeśli pojawienie
się kropel deszczu na czujniku ma dać na dre−
nie tranzystora stan wysoki, trzeba też dodać

kolejny rezystor między plus zasilania a bram−
kę T1. Natomiast szeregowy rezystor R4 jest
zupełnie niepotrzebny – patrz rysunek D.

Tranzystory T2, T3

tworzą układ zastęp−
czy tyrystora, ale jak
zauważyli

niemal

wszyscy, nie jest on
zasilony od strony plu−
sa − brakuje rezystora
między bazą T4 a plu−
sem zasilania. Pomię−
dzy wyjściem drugiej bramki a bazą T3 nale−
żałoby dodać rezystor; w przeciwnym wy−
padku wyjście bramki w stanie wysokim bę−
dzie pracować w stanie zwarcia przez złącze
B−E tranzystora T3. Nawet gdy ten rezystor
(o wartości kilku kiloomów) zostanie doda−
ny, twierdzenie, że rezystor R5 jest zbędny, jest
dyskusyjne – patrz rysunek E. Zastępczy „ty−
rystor” z dwóch tranzystorów mających wiel−
kie wzmocnienie chętnie włącza się już przy
włączaniu zasi−
lania i dlatego
warto pozosta−
wić R5, R6
o

stosunkowo

małych warto−
ściach

i

C2

o znacznej warto−
ści są potrzebne.

Nie jest prawdą,

jak stwierdziło kilka
osób, że dioda D1
nigdy nie zaświeci,
bo do jej zadziałania
potrzeba około 2V,
a napięcie na bazie
tranzystora T4 bę−
dzie wynosić około 0,6V. Podobnie ryzykow−
ne jest stanowcze stwierdzenie, iż R7 trzeba
usunąć. Owszem, przy braku jakiegokolwiek
rezystora zamykającego obwód do plusa zasi−
lania, dioda LED D1 nigdy nie zaświeci, ale
gdyby taki rezystor był, dioda D1 może świe−
cić właśnie dzięki obecności rezystora R7.
Ponieważ na zastępczym tyrystorze, gdy
przewodzi, spadek napięcia wynosi około
0,6...0,7V, takie napięcie podane na bazę T4
zagwarantuje zwolnienie przekaźnika. Jak
pokazuje na przykładzie rysunek F, mamy tu
źródło prądowe, pozwalające zasilić układ
napięciem znacznie większym od nominalne−
go napięcia przekaźnika. Pomysł nie jest więc
błędny, choć przyznam, że częściej zastoso−
walibyśmy układ z rysunku G, ewentualnie
dodając jedną zwykłą diodę w obwodzie emi−
tera tranzystora.

+

2

3

1

U1A

TL082

+

C1 100n

P1

R1

2,2

M

5

6

4

8

U1B
TL082

R2
1k

R2
1k

R4

+V

T1

R3 3,3k

U2
4093

R5
1k

R5
1k

T2

T3

R6 1k

C2

220n

D1

R7

D2

T4

Wy

+V

RL1

7

Czujnik

A

C

C

C

C

o

o

o

o

tt

tt

u

u

u

u

n

n

n

n

ii

ii

e

e

e

e

g

g

g

g

rr

rr

a

a

a

a

?

?

?

?

− S

Szzkkoołłaa K

Koonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

+50mV

+50mV

+215mV

+

+

50 A

50 A

50 A

50 A

1k

1k

1M

3,3k

LM
358

165mV

I

B

=0,05 A

I

B

=0,05 A

B

+

+

+

1M

10...100k

1k

10

10

LM
358

C

100k

50k

...1M

T1

+

D

4,7k

+

1...4,7k

C2
220nF

C2
220nF

T3

R6

1k

1k

T2

E

500

+2,2V

+1,5V

12V

U

=24V

ZAS

24mA

F

Kilka osób, w tym

takie które nie do
końca uchwyciły za−
mysł Autora schema−
tu, chcą włączyć
przekaźnik między
plus zasilania, a za−
stępczy tyrystor we−
dług rysunku H.
Owszem, można to
zrobić, ale wtedy trze−
ba wykorzystać styki
czynne przekaźnika,
a nie bierne styki.

Ina koniec kolej−

na oczywista sprawa:
dioda D2 została na−
rysowana odwrotnie.

Nadesłaliście roz−

maite propozycje poprawy, ale znaczna ich
część nadal zawierała niedoróbki. Jeden z lep−
szych sposobów poprawy zaproponował Da−
wid Kozioł z Elbląga – jego propozycja poka−
zana jest na rysunku J.

Upominki otrzymują Koledzy, którzy znale−

źli najwięcej usterek:
Jonatan Krzeszowski − Zielonka
Marcin Miąskiewicz − Dębe
Marcin Dyoniziak − Brwinów.

Zadanie numer 77

Jak wynika z analizy zadania 73, w przedsta−
wionym układzie było rzeczywiście wiele
błędów, a żaden z uczestników nie wychwy−
cił ich wszystkich. Dlatego prezentuję
podobną łamigłówkę. Na rysunku K poka−
zany jest fragment rozwiązania tego samego

zadania

Szkoły.

Tym razem reakcję
urządzenia spowo−
duje odgłos wyła−
dowania (pioruna).
Punkt X jest dołą−
czony do prostego
wzmacniacza, skąd
sygnał jest poda−
wany na głośnik.
Jak zwykle pytanie

brzmi:

Co tu nie gra?

Wyjaśnienia mogą i powinny być jak naj−

krótsze, co znacznie ułatwi mi analizę nade−
słanych odpowiedzi. Kartki opatrzcie dopi−
skiem NieGra77 i nadeślijcie w terminie 45

dni od ukazania się
tego numeru EdW.
Nagrodami

będą

drobne kity AVT
lub inne przydatne
narody rzeczowe.

Piotr Górecki

36

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Lipiec 2002

+

100n

2,2

M

358

1k

47k

47

47

100k

100k

10n

100k

4093

RESET

1k

LED

10k

J

+

+

+

+

+

R1

C1

R2

PR1

C2

LM358

R3

R4

C3

R5

T1
BC558

T1
BC558

4093

U1A

U1B

PR2

C5

R6

C4

BAT

9V

X

K

+24V

RS

RS

G

4,7k

H