Rozwiązanie zadania 89

W EdW 7/2003 na stronie 37 zamieszczony
był schemat układu nadesłany jako rozwiąza-
nie jednego z wcześniejszych zadań Szkoły.
Ma to być system stopniowego budzenia.
Autor napisał: (...) Pierwszy wzmacniacz
operacyjny generuje przebieg podobny do
trójkąta, który jest następnie porównywany
do logarytmicznie rosnącego napięcia na
kondensatorze. Na wyjściu komparatora po-
jawia się przebieg prostokątny o coraz więk-
szym współczynniku wypełnienia, który ste-
ruje tranzystorem mocy. Daje to logarytmicz-
ny wzrost głośności. Drugi generator (pro-
stokąt) kluczuje pracę wcześniejszego (trochę
nietypowo). A komparator wyłącza sygnał
akustyczny po czasie, w którym zostanie na-
ładowany kondensator. Układ wykonałem,
jednak nie spełnił moich oczekiwań, gdyż
zmiany głośności nie były odczuwalne. Nie
wiem, dlaczego tak się działo (...).

Oryginalny schemat pokazany jest na ry-

sunku A. Od razu chciałbym pochwalić po-
mysłodawcę za interesujący pomysł. Układ
zawiera wprawdzie błędy, ale świadczy też
o niewątpliwej pomysłowości Autora.

Postawione zadanie okazało się trudne,

a większość odpowiedzi nadesłanych przez
młodych uczestników była albo całkowicie
błędna, albo nietrafiająca w istotę sprawy. Po-
jawiły się też odpowiedzi bardzo ogólnikowe,
na przykład jeden z uczestników napisał tylko:
sądzę, że błędna jest koncepcja całego układu.
Takie podłączenie 2 wzmacniaczy operacyj-
nych nie da żądanego efektu. Słusznie! Warto
jednak przyjrzeć się problemowi bliżej.

Najpierw ustalmy, jak według pomysło-

dawcy powinien działać ten układ. Schemat

przerysowany jest też na rysunku B. Blok
oznaczony literą J to generator przebiegu
zbliżonego do trójkąta. Przebieg o takim
kształcie występuje na kondensatorze C1.
Przebieg na wyjściu wzmacniacza K, który
pracuje jako komparator, nie jest oczywiście
przebiegiem trójkątnym z generatora J z
uwagi na zmiany napięcia na kondensatorze
C2. W punkcie S po włączeniu zasilania ma
pojawić się przebieg prostokątny o coraz
większym współczynniku wypełnienia. Da-
łoby to ciągły sygnał dźwiękowy, więc Autor
dodał generator przebiegu prostokątnego L,
który okresowo ma zwierać bramkę tranzy-
stora do masy i tym samym zapewnić dźwięk
przerywany. Dodatkowy komparator M ma
ostatecznie wyłączyć dźwięk po czasie wyzna-
czonym przez kondensator C4. Rysunek C
pokazuje przebiegi w punktach P, R, S bez
uwzględnienia wpływu bloków oznaczonych
L i M. W rzeczywistości prędkość narastania
przebiegu w punkcie P powinna być znacznie
mniejsza, niż wskazuje rysunek, a sygnał
wyjściowy w punkcie S miałby być dodatko-

wo modulowany przez wolnozmienny prze-
bieg prostokątny z generatora L, jak pokazu-
je rysunek D.

Według pomysłodawcy w punkcie S poja-

wia się przebieg prostokątny o coraz więk-
szym współczynniku wypełnienia, który ste-
ruje tranzystorem mocy. Daje to logarytmicz-
ny wzrost głośności. I tu tkwi jeden z podsta-
wowych błędów.

28

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

C

C

o

o

t

t

u

u

n

n

i

i

e

e

g

g

r

r

a

a

?

?

- Szkoła KKonstruktorów klasa III

i modelu. Już w młodym wieku dążcie, żeby
nie tylko cokolwiek i jakkolwiek zrobić, ale
żeby zrobić to starannie i estetycznie. Gwa-
rantuję, że taka praktyka w ramach naszej
Szkoły przyda się Wam w życiu, także wte-
dy, gdy nie zostaniecie zawodowymi elektro-
nikami.

Ja, oczywiście, przydzielając punkty i na-

grody, uwzględniam wiek. Nie tylko zresztą
wiek – analizując kolejne prace uczestnika
widzę, jaki robi postęp. Nie ukrywam, że
często postęp ten bywa bardzo szybki – mło-
dzi nie marnują czasu, co i mnie cieszy.
Przykro mi, że ze względu na szczupły fun-
dusz Szkoły nie mogę wszystkich uczestni-
ków obdarować odpowiednimi nagrodami
i upominkami; tym bardziej cenię wypowie-

dzi tych, którzy nie przysyłają prac jedynie
w oczekiwaniu na nagrodę czy honorarium,
ale po prostu chcą się sprawdzić. Niech re-
kompensatą za trud będzie przyjemność
choćby niewielkiego zaistnienia na łamach
naszego wspólnego czasopisma i zaprezen-
towania się ogromnej rzeszy Czytelników
EdW. Nagrody za zadanie 89 otrzymają: Mi-
chał Stach, Roman Biadalski i Jarosław
Tarnawa. Upominki otrzymają: Jakub Si-
wiec, Tomasz Wiśniewski, Łukasz Kwiat-
kowski, Marek Jurga, Bartosz Czerwiec,
Maciej Fajfer i Jakub Jagiełło. Koledzy:
Mariusz Chilmon, Marcin Jegier, Marcin
Wiązania, Jarosław Chudoba, Rafał
Kuchta, Dawid Kozioł, Mirosław Kopera,
Tomasz Jadasch, Paweł Świtalski i Michał

Koziak najprawdopodobniej zobaczą swe
prace opublikowane w dziale E-2000 lub
w Forum, o ile Pracownia nie wykryje istot-
nych usterek, a po publikacji otrzymają ho-
noraria autorskie. Szanse na publikację ma
też Jakub Siwiec. Aktualna punktacja za-
warta jest w tabeli. Ponawiam prośbę: jeśli
nadsyłacie pracę do Szkoły e-mailem, poda-
wajcie od razu swój adres pocztowy, a przy-
najmniej miejscowość zamieszkania. Ser-
decznie zapraszam do udziału w rozwiązy-
waniu kolejnych zadań i do nadsyłania prac
w terminie.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

A

B

C

D

Autor założył, że zmiana współczynnika

wypełnienia przebiegu prostokątnego da loga-
rytmiczny wzrost głośności. Choć w takim
stwierdzeniu niewątpliwie jest ziarno prawdy,
zmiana współczynnika wypełnienia nie jest
dobrym sposobem regulacji głośności.
Wskazuje na to też rysunek C. Zmiany gło-
śności od zera do jakiejś wartości maksymal-
nej wystąpią i paradoksalnie przebieg tych
zmian będzie w pewnym zakresie nieco zbli-
żony do logarytmicznego. Szkopuł w tym, że
tu nie są potrzebne zmiany o charakterze loga-
rytmicznym, tylko wykładniczym. Rysunek
C wskazuje, że po włączeniu dźwięk nie poja-
wi się od razu. W zasadzie takie opóźnienie
pojawienia się dźwięku samo w sobie wcale
nie byłoby błędem, jednak problem w tym, iż
na początku cyklu tranzystor MOSFET będzie
stale włączony, czyli przez głośnik będzie pły-
nąć znaczny prąd stały. Nie jest to rozwiąza-
nie eleganckie, a takie marnowanie prądu jest
wręcz błędem w układzie budzenia, gdy gło-
śnik ma zapewnić dużą maksymalną gło-
śność dźwięku, więc musi mieć małą opor-
ność. W układzie zasilanym z baterii mogło-
by to nawet spowodować jej wyładowanie,
a przynajmniej okresowy spadek napięcia
właśnie na czas wydawania dźwięku.

Autor zapomniał też, że wyjścia wzmac-

niaczy operacyjnych mają znaczną wydaj-
ność, więc próba zwierania wyjścia kompa-
ratora K do masy przez wyjście układu L lub
M może nie dać rezultatu, zależnie od różnic
wydajności prądowej wyjść tych wzmacnia-
czy. Prostym rozwiązaniem byłoby po prostu
dodanie rezystora na wyjściu wzmacniacza
K według rysunku E.

Przebieg z ry-

sunku C wskazuje
także, że kompara-
tor M jest zbędny,
ponieważ po nała-
dowaniu konden-
satora C2 napięcie
w punkcie S spadnie do zera, co oczywiście
skutecznie wyłączy tranzystor MOSFET.

Przy dogłębnej analizie projektu należało-

by też wziąć pod uwagę fakt, że nie wszyst-
kie wzmacniacze operacyjne prawidłowo za-
chowują się przy zmianach napięć wejścio-
wych w pełnym zakresie napięcia zasilania.
W omawianym przypadku dotyczy to kom-
paratorów. Gdy napięcie wejściowe jest rów-
ne dodatniemu lub ujemnemu napięciu zasi-
lania (kondensator C2 całkowicie naładowa-
ny lub rozładowany) niektóre typy wzmac-
niaczy operacyjnych mogą wykazywać tzw.
zjawisko inwersji. W skrajnym przypadku

może to całkowicie uniemożliwić pracę ukła-
du. Nie można uznać, że jest to błąd, ale tu
może leżeć jedna z przyczyn, dla których
układ z różnymi wzmacniaczami operacyj-
nymi będzie się zachowywać odmiennie.

Sumując, przyjęta koncepcja regulacji

głośności przez zmianę wypełnienia przebie-
gu, choć świadczy o pomysłowości, jest nie-
skuteczna, więc układu nie da się w prosty
sposób poprawić. Głośność należałoby regu-
lować zmieniając amplitudę przebiegu, co
w przypadku przebiegu prostokątnego moż-
na zrealizować na różne proste sposoby, na
przykład zmieniając napięcie zasilające gło-
śnik czy stopień końcowy.

Zadanie tym razem okazało się wyjątko-

wo trudne, a upominek za prawidłowe roz-
wiązanie otrzymuje jedynie Mateusz Wal-
czyk z Gdańska.

Zadanie 93

Tym razem nie ma schematu do analizy, a za-
danie jest nietypowe. Otóż pewien Czytelnik
przysłał propozycję zadania do Szkoły Kon-
struktorów. Tematem miałby być termoregu-
lator mikroprocesorowy dla bojlera z dwie-
ma grzałkami 2kW. W liście można przeczy-
tać: Po co taki regulator? Żeby bojler nie był
gorący z wrzącą wodą przez 24 godziny.
W nocy przez 9 godzin, kiedy śpimy, i w dzień
przez 8 godzin, gdy jesteśmy w pracy, bojler
może być zimny. W ten sposób zminimalizuje-
my stratę ciepła, a tym samym energii elek-
trycznej. (...) Sztuka polega na tym, żeby
w żądanych godzinach indywidualnie, np. ra-
no 6.45...7.00 było do 60

o

C, po południu

15.45...16.00 np. 60

o

C, wieczorem do kąpieli

18.30...19.00 do 95

o

C. Również w miarę

przybywania lub ubywania dnia wieczorem
należy uwzględnić wcześniejsze lub później-
sze chodzenie spać, a tym samym i nastawy
będą różne, np. całoroczne lub na kilka lat.

Rzeczywiście idea oszczędzania energii

jest szczytna i rzeczywiście przy takich funk-
cjach musiałby to być układ oparty na mikro-
procesorze. Propozycja ta do tej pory nie
ukazała się jako kolejne zadanie Szkoły Kon-
struktorów. Czy wiecie dlaczego?

Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Proszę o możliwie krótkie odpowiedzi.

Kartki, listy i e-maile oznaczcie dopiskiem
NieGra93 i nadeślijcie w terminie 45 dni od
ukazania się tego numeru EdW. Autorzy naj-
lepszych odpowiedzi otrzymają upominki.

Piotr Górecki

29

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

E