plik

Pozdrawiamy: Wacława Stera z Chrzanowa, Macieja Berowskiego z Czę−
stochowy,  Dawida  Bandurę  z Mszczonowa,  Łukasza  Piżucha  z Limano−
wej, Mariusza Starzyka z Lisiej Góry, Pawła Serafina, Witolda Szymania−
ka,  Grzegorza  Dziedzica,  Katarzynę  Napiórkowską,  Jakuba  Balabucha,
Tomasza  Urbanka,  Marcina  Peciaka,  Sylwię  Kępińską,  Roberta  Figulę
z Sosnowca,  Andrzeja  Rudobielskiego  z Chicago,  Dariusza  Stefaniuka,
Pawła Serafina, Jacka Onoszko, Wiesława Zgorzelskiego, Mariusza Brze−
skiego, Piotra Sachera, Wiesława Popławskiego, Pawła Szatanika, Dariu−
sza  Lipskiego,  Marka  Giżyńskiego,  Wojtka  Dziekana  i Jana  Duliana
z Mędrzechowa.

Uwagi do rubryki Errare humanum est z EdW 01/2002 przysłali ostatnio: Da−
mian Wlaźlak z Dylowa Rządowego, Łukasz Kwiatkowski z Krakowa, Łu−
kasz Cieślak z Łodzi, Miłosz Grell, Przemysław Agata z Pabianic, Rado−
sław Koppel z Gliwic, Maciej Turski z Łodzi, Marcin Dyoniziak z Brwino−
wa, Wojciech Chmurzyński i Mirosław Kowalczyk z Polic.

Nagrody otrzymują: Łukasz Kwiatkowski i Mirosław Kowalczyk.

Bardzo dziękujemy za liczne kondolencje, które napłynęły do naszej redakcji
po śmierci Zbyszka Raabe. Aby oddać odczucia wielu Czytelników postano−
wiliśmy całą Pocztę tego numeru EdW poświęcić Jemu.

Zbigniew Raabe − Epitafium

Szanowni Państwo!
Chciałbym złożyć na ręce redakcji kondolencje z powodu śmierci Sz. P.

Zbigniewa Raabe. Był to człowiek wielki w swym talencie i umiłowaniu nas −
młodych adeptów elektroniki. Wprowadzał nas w tajniki tej sztuki jak ojciec
(nie  szczędząc  rad)  i zarazem  jak  starszy  kolega  (z właściwym  sobie,  po−
wszechnie  lubianym  poczuciem  humoru).  Pozostaje  wierzyć,  że  jego  pasja
i dydaktyczne umiejętności zostały zasiane w naszych sercach. Ponadto, czy−
tając informację o śmierci Pana Zbigniewa, miałem wrażenie, że autor wspo−
mnianej  notki  (EdW  02/02  str.  5)  prof.  Wiesław  Marciniak  w przedostatnim
zdaniu trochę przesadził. Przypuszczam, że chodziło o pewne rozładowanie sy−
tuacji. Panowie − to stwierdzenie: „Szkoda, że o tym się nie dowiesz, a może
jednak  −  wszak  wierzyłeś  chyba  w reinkarnację”  było  nietaktowne.  Nie  jest
ważne  w co  wierzył  p.  Zbigniew.  Jeżeli  wiedzą  coś  panowie  o reinkarnacji
i wędrówce  dusz,  to  powinni  wiedzieć,  że  człowiek  raczej  nie  ma  wielkich
szans na człowiecze drugie wcielenie. Po drugie osoby innej wiary, mogły czuć
się obrażone (i ja się tak poczułem). Uważam, że tekst był dobry, ale ostatni
fragment nie do końca przemyślany.

Rafał Dybich,

student III roku Wydziału Elektrycznego Politechniki Lubelskiej
o specjalności Inżynierskie Zastosowania Informatyki.

Szanowna Redakcjo!
Chciałbym dołączyć do wielu listów z kondolencjami także i mój. Śmierć

Pana Zbigniewa Raabe jest dla mnie czymś niemożliwym − a jednak to nie−
możliwe stało się. Był jednym z wielu redaktorów „Elektroniki dla wszyst−
kich”, lecz jego niepowtarzalny styl zmusił i mnie − elektronicznego „głąba” −
do myślenia. Jego artykuły o „BASCOM−ie” otworzyły drogę wielu podobnym
do mnie osobom, którym nieobce jest pisanie programów, a które mają pro−

blem z narysowaniem prostego schematu lub zbudowaniem działającego ukła−
du. Pana Zbigniewa będzie brakować, lecz choć nie ma go między nami, to
jednak będziemy o nim pamiętać. Bo jak napisał to jeden z poetów greckich:
„Zostawię po sobie pomnik trwalszy niż ze spiżu”
tak i po Panu Raabe zostanie wiele − artykuły i... pamięć człowieka.

Żyj wiecznie Zbigniewie Raabe.

Marcin Gogulski, Poznań

Droga Redakcjo!
Gdy tylko otworzyłem ostatni numer EdW moje oczy skierowały się na na−

główek „Żegnaj Zbyszku”. Nie czekając długo zabrałem się do czytania. To,
czego  się  dowiedziałem  wywarło  na  mnie  ogromne  wrażenie,  nie  mogłem
uwierzyć, że słynny elektronik i „przywódca” wszystkich początkujących elek−
troników  nie  żyje.  Z niedowierzaniem  przyglądałem  się  temu  wstępowi.
Chciałbym tu wyrazić swój głęboki żal z tego faktu. To ten właśnie człowiek
sprawił, że nie porzuciłem swoich marzeń o robotach, to on wprowadził mnie
w wielki świat elektroniki cyfrowej i podstawy analogowej, to właśnie dzięki
niemu ostatnio udało mi się zbudować konsolę do pieca opartą na mikropro−
cesorze  AT89C1051.  Na  pewno  wielu  elektroników  przestało  się  bać  mikro−
procesorów.  Dbał  on  również  o to  by  elektronicy  nie  byli  postrzegani  tylko
i wyłącznie jako nudni ludzie. To on przecież zaprojektował słynnego na cały
kraj „Pipka dręczyciela”. Był wielkim człowiekiem, dlatego pomysł z ufundo−
waniem nagrody jego imienia jest naprawdę bardzo dobry. Na pewno dla wie−
lu elektroników stanie się ona czymś w rodzaju najwyższego uznania i nagro−
dy Nobla. Jestem również pewien, mimo że nie znałem Pana Zbigniewa osobi−
ście, że byłby bardzo zadowolony i cieszyłby się, że pamięć o nim została wła−
śnie w ten sposób uczczona.

Jeszcze raz pragnę wyrazić swoje ubolewanie z powodu Jego śmierci...
Wierny czytelnik od pierwszego numeru:

Piotr Krzyżaniak

Witam serdecznie redakcję EdW i pozdrawiam wszystkich jej członków.
Do napisania tego listu skłoniły mnie nagromadzone w moim skromnym

wnętrzu refleksje dotyczące całokształtu pisma EdW i nie tylko. List ten jest
również hołdem dla najlepszego bodajże wykładowcy z jakim miałem kontakt
na tym ziemskim padole – Ś.P. Zbigniewem Raabe.

EdW i EP czytam już od ponad dwóch lat. Za każdym razem nowe pomy−

sły treściowe i konstrukcyjne pozwalają mi przenieść się do „odrębnego świa−
ta” jakim jest właśnie świat elektroniki. Jest to swojego rodzaju niezwykły
świat, gdzie nie ma miejsca na zacofanie, nicość intelektualną, nienawiść czy
przemoc. Wręcz przeciwnie. Jest to kraina współpracy, świeżości pomysłu
i postępu, która jest również autostradą rozwoju intelektualnego i to nie tylko
w dziedzinie elektroniki. Wspomniana dziedzina pomaga dostrzec, a niejedno−
krotnie po raz pierwszy zauważyć najważniejsze prawdy i aspekty otaczające−
go nas świata. Pod tym względem, jak zapewne łatwo zauważyć, pełnicie, ja−
ko wydawnictwo, ogromną rolę społeczną. Jesteście źródłem i motorem napę−
dowym dla bardzo, bardzo wielu młodych ludzi, pomagając im tym samym nie−
jednokrotnie wybrać prawidłową drogę życiową a także stajecie się dla nich
prawdziwym gruntem, jaki mogą poczuć pod swoimi stopami.

W tym momencie pragnę nawiązać do osoby, która niestety nas opuściła.

Ś.P. Pan Zbigniew był źródłem inspiracji dla przeogromnej liczby młodych lu−
dzi. Korzystając i analizując Jego poszczególne projekty pojawiające się do−

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

Kwiecień 2002

Poczta

W rubryce „Poczta” zamieszczamy fragmenty Waszych li−

stów oraz nasze odpowiedzi na pytania i propozycje. Elek−

tronika dla Wszystkich to nasze wspólne pismo i przez tę

rubrykę chcemy zapewnić jak najbardziej żywy kontakt re−

dakcji z Czytelnikami. Prosimy o listy z oczekiwaniami

w stosunku do nas, z propozycjami tematów do opracowa−

nia, ze swoimi problemami i pytaniami. Postaramy się

w miarę możliwości spełnić Wasze oczekiwania.

Specjalną częścią „Poczty” jest kącik tropicieli chochlika

drukarskiego „Errare humanum est”. Wśród Czytelników,

którzy nadeślą przykłady błędów, będą co miesiąc losowa−

ne nagrody w postaci kitów z serii AVT−2000. Piszcie więc

do nas, bardzo cenimy Wasze listy, choć nie na wszystkie

możemy szczegółowo odpowiedzieć. Jest to nasza wspól−

na rubryka, dlatego będziemy się do Was zwracać po imie−

niu, bez względu na wiek.

Poczta

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

Kwiecień 2002

tychczas na łamach EdW i EP nauczyłem się bardzo wiele. Idea tego człowie−
ka oraz sposób, w jaki prowadził On kursy powinna być wzorem dla nauczy−
cieli  zarówno  przedmiotów  technicznych  jak  i humanistycznych.  Był  to  czło−
wiek, w pełni znaczenia tego słowa, a przynajmniej takie odniosłem wrażenie
zgłębiając wiedzę, która w takiej postaci prawie dosłownie rozlewała się po
stronach  czasopism  i była  przeze  mnie  bezwzględnie  wchłaniana.  Działo  się
tak przede wszystkim dlatego, iż nie był to suchy przekaz mdłych informacji,
ale  za  sprawą  jego  stylu  bycia  oraz  serca  i zaangażowania  jakie  wkładał
w swoją pracę. Za każdym razem była to wspaniała przygoda, porównywalna
do wędrówki w nieznane, po nową dawkę informacji i − co chyba najważniej−
sze  –  umiejętności.  Dowodem  na  to  niech  będą  praktyczne  doświadczenia
przeprowadzane po każdej lekcji z kursu Bascom College. Czytałem podręcz−
niki bardziej i mniej udane i muszę przyznać, że fragmenty tekstu wyżej wspo−
mnianych były przez długi czas niezrozumiałe, pomimo zapewnień ich autorów
o przystępnej formie wykładów. Świadomie i z pełną odpowiedzialnością mo−
gę  więc  powiedzieć,  że  Pan  Zbigniew  wiedział  co  robi,  i odnoszę  wrażenie,
a właściwie jestem tego pewien, On również odczuwał satysfakcję z tego tytu−
łu.  Podsumowując  Jego  pracę  należy  koniecznie  zaznaczyć  iż  potrafił  wyjść
czytelnikom  naprzeciw  i dać  im  to,  czego  najbardziej  potrzebowali.  Najlep−
szym tego przykładem są właśnie kurs Bascom College i opis środowiska Pro−

tel, którego pierwszy, a zarazem ostatni jego autorstwa, w tej serii artykuł, nad
czym niezmiernie ubolewam, ukazał się w lutowym numerze EdW. Wyrażam
ogromną nadzieję że redakcja dokończy rozpoczęte przez Niego dzieło. Jestem
przekonany że Wam się to uda. W każdym bądź razie serdeczne podziękowa−
nia dla Ś.P. Zbigniewa Raabe. Szkoda, że on sam nie może przeczytać już te−
go listu. Chociaż... może się mylę...

Życzę Wam wszystkim takich sukcesów jakie niezaprzeczalnie odniósł nie−

zastąpiony Ś.P. Zbigniew Raabe.

Z poważaniem stały prenumerator EdW i EP z Polanicy Zdroju.

Mariusz Ciszewski

Elektronika już nie będzie taka sama...
Śmierć każdego człowieka nieodwracalnie zmienia oblicze świata, ponieważ
każdy z nas jest niepowtarzalny. Jednak odejście Zbigniewa Raabe z pewno−
ścią jest na swój sposób wyjątkowe. Genialny autor „Pipka dręczyciela” na
zawsze pozostanie nieśmiertelny w sercach tysięcy elektroników. Niejeden
z nas biorąc lutownicę do ręki przypomni sobie p. Zbigniewa i jego genialne
artykuły.

To wszystko...

Mariusz Chilmon

Paweł Bartman . . . . . . . . . . . . . . . .Pułtusk
Piotr Bąk  . . . . . . . . . . . . . . . . .Międzylesie
Grzegorz Bywalec  . . . . . . . . . . .Oświęcim
Iwona Dudek . . . . . . . . . . . . . . . . . .Rębów
Krystian Dufner . . . . . . . . . . . . . .Chorzele
Marcin Dyoniziak  . . . . . . . . . . . .Brwinów
Tomasz Gajda  . . . . . . . . . . . . . .Wrząsawa
Damian Gutowski  . . . . . . . . . . .Warszawa
Tomasz Jadasch  . . . . . . . . . . . . . . . . .Kęty

Wojciech Jóźków  . . . . . . . . . .Ciepielowice
Łukasz Kendzior  . . . . . . . . .Dobre Miasto
Dariusz Knull  . . . . . . . . . . . . . . . . .Zabrze
Zofia Komorkiewicz  . . . . . . . . .Chotomów
Radosław Koppel . . . . . . . . . . . . . .Gliwice
Mirosław Kost  . . . . . . . . . . . . .Golasowice
Mirosław Kowalczyk  . . . . . . . . . . . .Police
Łukasz Kwiatkowski  . . . . . . . . . . .Kraków
Marcin Malich  . . . . . . . . . . .Wodzisław Śl.
Łukasz Miłobędzki  . . . . . . . . . . . . .Siedlce

Łukasz Nowak  . . . . . . . . . . . . . . .Krosinko
Maria Okoń  . . . . . . . . . . . . . . . . . .Będzin
Przemysław Olczyk . . . . . . . . . . .Lubliniec
Piotr Omastka . . . . . . . . . . . . . .Mysłowice
Filip Ostatek  . . . . . . . . . . . . . . . . .Kraków
Piotr Romysz  . . . . . . . . . . . . . . . .Koszalin
Andrzej Sadowski−Skwarczewski  . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Skarżysko−Kam.

Radosław Siechniewicz . . . . . . . . . .Zakręt
Sławomir Sitek . . . . . . . . . . .Zduńska Wola

Czesław Skrzecz  . . . . . . . . . . . . . . .Siedlce
Andrzej Sobczyk  . . . . . . . . . . . . .Brwinów
Paweł Szwed  . . . . . . . . . . . . . .Grodziec Śl.
Józef Tomczyk  . . . . . . . . . . . . . . . . . .Ruda
Kamil Uszyński . . . . . . . . . . . . . .Kobylany
Krzysztof Wachowski  . . .Dąbrówka Wlkp.
Grzegorz Wasylów . . . . . . . . . . . . .Olsztyn
Marcin Wiązania  . . . . . . . . . .Busko Zdrój
Zdzisław Wojtkowski  . . . . . . . . .Szczecin.
Marcin Zieliński  . . . . . . . . . . . .Mrozówek

EdW 4/2002 Lista osób nagrodzonych

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

Kwiecień 2002

Mam zamiar zbudować blokadę samochodową z EdW
7/2001 str. 97 (AVT−2472). Czy mogę ją zastosować do sil−
ników wysokoprężnych. (...) wtedy prawą rękę trzeba trzy−
mać na kluczyku przez dłuższą chwilę, póki silnik nie za−
skoczy, a lewą rękę na czujniku blokady. Kierownica zo−
staje bez ręki (...)

Opisaną blokadę można stosować w dowolnych pojazdach z rozru−
sznikiem elektrycznym. Zamiast dotykowego czujnika blokady moż−
na zastosować jakikolwiek przełącznik lub inny zwieracz, byle tylko
był ukryty przed ewentualnym złodziejem samochodu. Można zasto−
sować inny tranzystor MOSFET P, jednak proponowany IRF9540 jest
łatwo dostępny, niezbyt drogi i ma małą rezystancję otwarcia. Grubość
przewodów nie jest krytyczna − przez tranzystor nie płynie przecież
ogromny prąd rozrusznika. Wystarczy przewód o przekroju 1,5mm

Jak zmienić częstotliwość 50Hz na 100Hz? Podobno moż−
na  za  pomocą  maszyny  indukcyjnej  trójfazowej  pierście−
niowej. (...) bardzo bym prosił, by w EdW ukazały się sche−
maty  dławików  nasycanych  lub  jakichś  układów  elektro−
nicznych,  podwajających  częstotliwość  sieci  z 50  na
100Hz.

Częstotliwość można dowolnie zmieniać za pomocą tzw. falowników.
Są to skomplikowane i drogie urządzenia, jednak znacznie tańsze
i bardziej pożyteczne od wspominanych przez Czytelnika maszyn.

Nie planujemy w najbliższej przyszłości publikacji takich projek−

tów, bowiem do ich budowy, regulacji i uruchomienia potrzebne są du−
ża wiedza i doświadczenie, a także kosztowne przyrządy pomiarowe.

Czytelnika zachęcamy, by zainteresował się tematem falowników;

nie będzie to trudne, jeśli ma dostęp do Internetu.

Chciałbym zrobić przedwzmacniacz korekcyjny RIAA do
adaptera z ruchomą cewką. Z wiadomych względów chciał−
bym wyselekcjonować tranzystory o najmniejszym poziomie
szumów. W jaki najprostszy sposób tego dokonać? (...)

Rzeczywiście do przetwornika z ruchomą cewką niezbędny jest wyjąt−
kowo niskoszumny przedwzmacniacz, bo sygnał użyteczny i rezystan−
cja wewnętrzna przetwornika są bardzo niskie. Niewątpliwie najprost−
szym i wbrew pozorom, miarodajnym sposobem jest zbudowanie
kompletnego układu i pomiar szumów na wyjściu wzmacniacza mocy
przy różnych egzemplarzach tranzystorów przedwzmacniacza. Nie
trzeba wykorzystywać przy tym filtru psofometrycznego A, ale warto

obciąć prostym filtrem RC składowe o częstotliwościach powyżej
16kHz. Można mierzyć szumy woltomierzem napięć zmiennych, ale
nie zwyczajnym multimetrem, bo zwykle ma on za mały zakres czę−
stotliwości mierzonych. Jeszcze prościej jest ocenić szumy po prostu
na słuch, ewentualnie porównując szumy poszczególnych egzempla−
rzy w obu kanałach stereo. W każdym przypadku do wejścia
przedwzmacniacza trzeba dołączyć przetwornik adapteru lub równo−
ważną rezystancję. Przy rozwarciu wejścia szumy będą dużo większe.

W razie zainteresowania Redakcja może przedstawić prostą przy−

stawkę do multimetru z przetwornikiem TRMS i filtrem psofome−
trycznym, powalającą mierzyć nawet małe szumy. Bardzo prosimy
o listy w tej sprawie.

Praktyka pokazuje jednak, że w amatorskich konstrukcjach głów−

nym źródłem szumów nie są wcale tranzystory wejściowe, tylko błę−
dy i niedoróbki układowe związane z niedopasowaniem rezystancyj−
nym  i przenikaniem  „śmieci”  z szyn  zasilania.  Dobór  egzemplarzy
tranzystorów konieczny był kiedyś, gdy dostępne były niezbyt dobrej
jakości  krajowe  BC414  czy  odrobinę  lepsze  zagraniczne  BC560.
O wiele lepsze nowoczesne, ultraniskoszumne tranzystory, np. SSM−
2210  czy  SSM−2220  (lub  wcześniejsze  serii  MAT..)  mają  niewielki
rozrzut poziomu szumów między egzemplarzami i dobór egzempla−
rzy  nie  jest  konieczny.  Stosuje  się  raczej  równoległe  połączenie
dwóch lub trzech takich tranzystorów. Obecnie można bardzo upro−
ścić sobie zadanie stosując ultraniskoszumną kostkę SSM−2017, która
szumi nie więcej, niż rezystor 50−omowy. Zbudowanie w warunkach
amatorskich  tranzystorowego  wzmacniacza  o mniejszych  szumach
jest zadaniem nad wyraz trudnym i wymaga użycia co najmniej sze−
ściu tranzystorów SSM−2220 (po trzy równolegle).

Czym różnią się systemy redukcji szumów Dolby A, High−
Com, High−Com II, Super D, Dolby S, Dolby HX i jaką
mają skuteczność?

Czytelnik  nie  wymienił  wszystkich  popularnych  systemów  (DNR,
Dolby B, C, CNRS, Dolby HXpro, itd.). Poszczególne systemy róż−
nią  się  parametrami  technicznymi  (poziomami  i częstotliwościami
granicznymi,  głębokością  zmian  wzmocnienia)  i deklarowanymi
współczynnikami redukcji szumów 6...30dB. Jednak podawanie licz−
bowych współczynników niewiele daje, bo jeden czy dwa parametry
nie  dają  informacji  o subiektywnych  wrażeniach,  zwłaszcza  o wa−
dach. Obszerniejsze omówienie systemów redukcji szumów zajęłoby
długi artykuł.

Skrzynka
Porad

W rubryce przedstawiane są odpowiedzi na

pytania nadesłane do Redakcji. Są to sprawy,

które, naszym zdaniem, zainteresują szersze

grono Czytelników.

Jednocześnie informujemy, że Redakcja nie

jest w stanie odpowiedzieć na wszystkie nade−

słane pytania, dotyczące różnych drobnych

szczegółów.

Jak wskazuje tytuł projektu, chodzi o genera−
tor wysokiego napięcia. I nie jest to żaden pri−
maaprilisowy  chwyt  −  zadziwiająco  prosty
układ wytwarza impulsy o napięciu rzędu kil−
kudziesięciu  kilowoltów,  co  umożliwia  uzy−
skanie  efektownych  wyładowań  łukowych,
czyli po prostu miniaturowych piorunów.

Ideę zaczerpnąłem z naszego czasopisma,

z rubryki Jak to robią inni (EdW 2/2002 str.
34), gdzie była zamieszczona króciutka not−
ka dotycząca prostego sposobu wytwarzania
wysokiego napięcia. Szybko na stole powstał
próbny model, gdzie między innymi zastoso−
wałem generator impulsów, który niedawno
powstał w ramach cyklu Ośla łączka.

Spektakularne wyniki eksperymentu oraz

prostota układu spowodowały, że przedsta−
wiam zbudowaną wytwornicę piorunów jako
projekt główny tego numeru.

Projekt jest oznaczony trzema gwiazdka−

mi tylko z uwagi na obecność wysokich na−
pięć, a nie ze względu na stopień trudności
montażu. Układ jest bardzo prosty i w wersji
podstawowej nie wymaga żadnej regulacji –
po zmontowaniu od razu pracuje poprawnie.

Ze względu na ryzyko porażenia i przy−

krego  szoku,  osoby  niepełnoletnie  i niedo−
świadczone  mogą  wykonać  opisane  ekspe−
rymenty  wyłącznie  pod  opieką  wykwalifi−
kowanych  opiekunów  (nauczycieli).  Nawet
doświadczeni dorośli elektronicy nie powin−
ni  przeprowadzać  żadnych  prób  w poje−
dynkę, a jedynie w obecności drugiej osoby,
która w razie potrzeby odłączy zasilanie.

Choć długość błyskawic wytwarzanych

w powietrzu  nie  przekracza  kilku  centyme−
trów,  uzyskany  efekt  na  pewno  jest  godny
uwagi,  o czym  skutecznie  przekonuje  foto−
grafia na okładce.

Opis układu

Do wytwarzania piorunów (wyładowań łuko−
wych) służy samochodowa cewka wysokiego

napięcia. W układzie modelowym, pokaza−
nym na fotografiach pracuje popularna krajo−
wa cewka wysokiego napięcia o oznaczeniu
BE200B produkcji ZELMOT, pochodząca
z samochodowego szrotu. Rezystancja uzwo−
jenia pierwotnego wynosi około 3,2

Ω

, wtór−

nego – około 7k

Ω

, a przekładnia około 1:40.

Układ połączeń cewki i zasadę działania ilu−
struje rysunek 1. Uproszczone przebiegi po−
kazane  są  na  rysunku  2.  Zasada  działania
jest bardzo prosta. Dodatni impuls (przebieg
A),  podany  na  bramkę  MOSFET−a otwiera
go  w pełni.  Napięcie  na  drenie  tranzystora
jest  praktycznie  równe  potencjałowi  masy
(przebieg  B).  Przez  tranzystor  i uzwojenie
pierwotne  cewki  zaczyna  płynąć  prąd.  Ze
względu na indukcyjność cewki prąd narasta
stopniowo  (przebieg  I).  Podczas  przepływu
prądu w cewce gromadzi się energia.

Gdy tranzystor zostanie gwałtownie za−

tkany, prąd nie może już płynąć w dotychcza−
sowym obwodzie. Cewka, jak wiadomo, „nie
lubi  zmian  prądu”,  więc  gwałtowny  zanik
prądu powoduje powstanie napięcia samoin−
dukcji,  które  niejako  „próbuje”  podtrzymać
przepływ prądu (przebieg B). Na uzwojeniu
pierwotnym powstaje impuls napięcia o war−
tości  kilkuset  woltów.  Ponieważ  uzwojenie
wtórne ma kilkadziesiąt razy więcej zwojów,
na wyjściu w tym samym czasie pojawia się
impuls  napięcia  o wartości  ponad  20kV

(przebieg C). Jeśli tylko elektrody wyjściowe
X, Y są oddalone nie więcej niż 15...30mm
(zależnie od napięcia zasilania i innych czyn−
ników), następuje przeskok iskry w powie−
trzu i powstanie łuku. Jeśli elektrody są odda−
lone za bardzo, iskra nie przeskoczy, a ener−
gia zgromadzona w cewce zamieni się na cie−
pło w elementach układu.

Fotografia na okładce pokazuje wyłado−

wania wewnątrz najzwyklejszej żarówki. We−
wnątrz bańki żarówki znajduje się gaz pod ni−
skim ciśnieniem, a w takich warunkach joni−
zacja i wyładowania powstają łatwiej.

Najodważniejsi (a raczej niefrasobliwi

i najmniej  ostrożni)  eksperymentatorzy  po−
zwalają  sobie  wziąć  bańkę  żarówki  w rękę
i zbliżać  trzonek  do  przewodu  wysokiego
napięcia wychodzącego z cewki. Wyładowa−
nie powstaje wtedy wewnątrz bańki, a jedną
z elektrod jest... ręka. Prąd (trzeba przyznać
o niewielkiej wartości średniej) zawsze musi
płynąć w zamkniętym obwodzie, więc znaj−
duje sobie jakąś drogę przez ciało człowieka
i dalej gdzieś do masy i „zimnych” zacisków
cewki.  Oczywiście  przepływ  prądu  przez

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

###

Rys. 1

Rys. 2

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

ciało powoduje nieprzyjemny efekt, a odczu−
cie bólu zależy od kilku czynników, między
innymi od odporności organizmu i drogi
przepływu prądu.

Stanowczo odradzam takie eksperymenty!
Choć płynące prądy (mikrosekundowe

impulsy o natężeniu do kilku amperów, po−
wtarzane co kilka milisekund) mają niewiel−
ką wartość średnią, porażenie może się oka−
zać wyjątkowo nieprzyjemne, a skutki − gro−
źne dla życia.

Dlatego kolejny raz przestrzegam przed

nonszalanckim  podejściem  do  problemu.
Podczas eksperymentów należy unikać doty−
kania  jakichkolwiek  części  układu.  I nigdy
nie wolno przeprowadzać prób w pojedynkę.
W pomieszczeniu  zawsze  musi  się  znajdo−
wać  przeszkolona  osoba,  która  wyłączy  na−
pięcie w razie nieszczęścia.

Trzeba też uważać na przyrządy pomiaro−

we.  Jeśli  to  nie  jest  konieczne,  nie  należy
mierzyć w pracującym układzie żadnych na−
pięć  czy  prądów  za  pomocą  miernika  czy
oscyloskopu.  Przypadkowy  przeskok  jednej
małej iskierki może uszkodzić obwody wej−
ściowe przyrządu.

Ja, co prawda, mierzyłem prawie wszyst−

kie  przebiegi  oscyloskopem  z odpowiednią
sondą (z wyjątkiem impulsów wysokiego na−
pięcia)  i udało  mi  się  niczego  nie  zepsuć.
Niestety,  wiem  ze  słyszenia,  że  niektórzy
eksperymentatorzy  „załatwili”  sobie multi−
metry, których kable pomiarowe przypadko−
wo lub nieprzypadkowo znalazły się zbyt bli−
sko obwodów wysokiego napięcia.

Kto chciałby zbudować i przetestować wy−

twornicę  prywatnych  piorunów,  może  wyko−
rzystać  prościutki  układ  według  rysunku  3.
Fotografia  pokazuje  taki  model  do  wersji
podstawowej,  zmontowany  na...  podstawce
20−pinowej.

Kluczową sprawą jest w naszej przetwor−

nicy  maksymalny  prąd  cewki  i nieodłącznie
z tym związany czas impulsu (czas przewo−
dzenia  tranzystora  T1),  który  nie  powinien
być dłuższy niż 6...7ms. Zapewniają to zasto−
sowane  elementy  –  czas  impulsu  wynosi  tu
około  3,5  milisekund,  a czas  przerwy  około
1,8ms. Daje to okres około 5ms czyli często−
tliwość powtarzania impulsów rzędu 200Hz.

Na wszelki wypadek układ sterujący do−

brze byłoby umieścić w odległości co naj−
mniej kilku centymetrów od cewki i tranzy−
stora, by nie narażać go na obecność bardzo
silnych pól elektrycznych – dlatego modelo−
wy sterownik jest połączony z tranzystorem
za pomocą kawałka trzyżyłowej tasiemki.

Obwód wytwarzania impulsów sterują−

cych  można  też  zmodyfikować  według  ry−
sunku  4,  co  pozwoli  sprawdzić  działanie
przy  różnych  czasach  impulsu  i przerwy.
Rozdzielenie  obwodów  zasilania  generatora
impulsów  (9...12V)  i przetwornicy  pozwoli
odważniejszym eksperymentatorom przepro−
wadzić  próby  przy  różnych  napięciach  zasi−
lania cewki i różnych czasach impulsu i prze−
rwy. Dodatkowy rezystor (0,1

Ω

) w obwodzie

źródła tranzystora umożliwi obserwację i po−
miar prądu ładującego cewki.

Montaż i uruchomienie

W układzie występują wysokie napięcia
groźne dla życia i zdrowia. Podczas ekspe−
rymentów należy zachować daleko posu−
niętą ostrożność i nie dotykać żadnych ele−
mentów pracującego układu.

Osoby niepełnoletnie mogą przeprowa−

dzić opisane eksperymenty wyłącznie pod
opieką wykwalifikowanych opiekunów.

Prezentowane układy są na tyle proste, że

można je zmontować „w pająku” albo na płyt−
ce uniwersalnej. Sam montaż nie jest trudny
i nie powinien nikomu sprawić kłopotów.

Ze względu na straty mocy w tranzystorze

T1, należy go wyposażyć w radiator. Będzie
się on grzał zwłaszcza przy napięciach zasi−

lania  powyżej  12V.
Podczas moich wszyst−
kich (niezbyt długich)
eksperymentów  przy
napięciach  zasilania
do  24V wystarczył
pokazany  na  fotogra−
fii  wstępnej  niewielki
radiatorek,  który  się

wprawdzie mocno nagrzewał, ale nie do−
puścił do uszkodzenia tranzystora.

Opisany układ, wytwarzający impulsy

o wysokim napięciu i dużym prądzie, mo−
że  być  źródłem  zakłóceń  elektromagne−
tycznych  (choć  podczas  prób  nie  stwier−
dziłem wpływu na odbiór RTV). Aby zmi−
nimalizować  ich  poziom,  można  podczas
prób  położyć  układ  na  możliwie  dużym
kawałku blachy. Blacha powinna być połą−

czona z masą układu oraz, o ile to możliwe,
z uziemieniem.

Należy podkreślić, że podczas pracy ukła−

du silne impulsy występują nie tylko na wyj−
ściu wysokonapięciowym cewki, ale także na
drenie  tranzystora.  Przy  tak  dużych  napię−
ciach można niespodziewanie doznać wstrzą−
su wskutek przepływu prądu przez pojemno−
ści montażowe, np. przy dotykaniu kabla wy−
sokiego napięcia, wychodzącego z cewki. Ze
względów  bezpieczeństwa  nie  należy  więc
przeprowadzać  żadnych  regulacji  i zmian
w układzie będącym pod napięciem.

W pierwotnym modelu, pokazanym na fo−

tografii  wstępnej wykorzystałem  generator
impulsowy, stworzony wcześniej na potrzeby
cyklu  Ośla  łączka.  Na  marginesie  warto  po−
twierdzić, iż znakomicie zdał tu egzamin przy
pierwszych  próbach,  pozwalając  wygodnie
regulować  czas  impulsu  i przerwy.  Obwód
cewki i tranzystora T1 zasilany był napięciem
7...24V z regulowanego zasilacza o wydajno−
ści  kilku  amperów,  natomiast  generator  im−
pulsów − napięciem stabilizowanym 9V z in−
nego, małego zasilacza.

Sprawdziłem działanie z tranzystorami

MOSFET typu  IRF840  oraz  BUZ90A.
IRF840 ma katalogowe dopuszczalne napię−
cie  źródło−dren  równe  500V,  natomiast
BUZ90A −  600V.  Wyniki  były  praktycznie
jednakowe,  a maksymalna  długość  iskry
w powietrzu przy zasilaniu cewki napięciem
12V±0,5V wynosiła  około  2cm.  Po  zwięk−
szeniu napięcia zasilania cewki do 24V wyła−
dowanie  stało  się  zdecydowanie  silniejsze,
a maksymalna długość łuku między końcem
kabla wysokiego napięcia, a obudową lub za−
ciskiem B+ cewki wzrosła do 30mm (w po−
wietrzu).  Dłuższego  łuku  na  drodze  kabel

Rys. 3

Rys. 4

wysokiego napięcia – zacisk B+ cewki nie
udało się uzyskać, ponieważ wyładowanie
zaczęło powstawać między metalową obudo−
wą cewki, a wyjściem kabla (po powierzchni
plastikowego izolatora).

Wyładowanie tworzy się w powietrzu,

między  metalowymi  częściami  i łatwo  po−
twierdzić  znaną  z podręczników  zasadę,  że
wyładowania  „lubią”  wszelkie  ostre  krawę−
dzie,  nierówności  i kolce.  Czasem  jednak
wyładowanie  znajdowało  lepszą  drogę,  niż
przez powietrze. Kilkakrotnie łuk wypalił so−
bie  ścieżkę  przez  papier,  na  którym  leżały
elektrody (co wcale nie dowodzi, że okładka
„elektronicznego”  miesięcznika,  jakim  jest
EdW,  jest  przewodnikiem  czy  choćby  pół−
przewodnikiem). Kiedy indziej przewodząca
ścieżka  powstawała  na  powierzchni  arkusza
meblowego  laminatu,  który  też  okazał  się
gorszym izolatorem, niż powietrze.

Jeśli między elektrodami utrzymywał się

solidny łuk, to włożenie między nie kartki
papieru lub tektury nie przerywało go, tylko
powodowało szybki zapłon papieru.

Jak wspomniałem, niesamowicie atrak−

cyjne efekty, zwłaszcza w ciemności, można
uzyskać  przy  zastosowaniu  najzwyklejszej
żarówki. Aby uzyskać efekt jak na fotografii
na okładce, koniec kabla wysokiego napięcia
przylutowałem do stopki żarówki, a do zaci−
sku B+ cewki dołączyłem kawałek srebrzan−
ki  ukształtowany  w pierścień,  obejmujący
szklany balon żarówki na wysokości żarnika.
Właśnie ten druciany pierścionek wokół ba−
lonu  stworzył  warunki  do  równomiernego
rozłożenia  łuku  wewnątrz  żarówki.  Łuk  po−
wstaje wewnątrz bańki i nie przeszkadza te−
mu  szklany  balon,  będący  skądinąd  dobrym
izolatorem.

Ja wykorzystałem zwykłą żarówkę

40W o średnicy bańki 60mm, bo taką akurat
miałem pod ręką. Na pewno interesujące by−
łoby sprawdzenie efektu z żarówką o dużo
większej średnicy.

Interesujące okazały się także ekspery−

menty ze świetlówkami. Wykorzystałem 30−
centymetrową  białą  świetlówkę  o mocy
8W i 15−cm  ultrafioletową.  Nie  dołączałem
elektrod  do  przeciwległych  końców  świe−
tlówki – to byłoby zbyt oczywiste. Zacisk B+
cewki dołączony był do świetlówki z jednej
strony,  a kabel  wysokiego  napięcia  nie  był
nigdzie połączony, tylko zbliżony do rury na
środku  jej  długości.  Jeszcze  ciekawszy  był
fakt świecenia nigdzie nie podłączonej świe−
tlówki,  leżącej  w pobliżu  pracującego  gene−
ratora  wysokiego  napięcia.  Nie  przeprowa−
dzałem  jedynie  prób  z popularnymi  niegdyś
klasycznymi  świetlówkami  (jarzeniówkami)
o długości rury około metra.

Sprawdziłem natomiast, jak opisywana

przetwornica pobudza do świecenia uszko−
dzoną energooszczędną żarówkę Philipsa,
której stopka połączona była z zaciskiem B+,
a kabel WN zbliżony był do balonu lampy.

Dla dociekliwych

Choć opisany prościutki układ pozwala uzy−
skać naprawdę interesujące efekty, na pewno
część Czytelników chciałaby uzyskać wyniki
jeszcze  bardziej  widowiskowe.  Przed  przy−
stąpieniem  do  samodzielnych  eksperymen−
tów  warto  zapoznać  się  z dodatkowymi  in−
formacjami, mianowicie rozróżnić dwie pod−
stawowe sprawy:

Po pierwsze zwiększenie maksymalnego

napięcia wyjściowego, umożliwiające zapa−
lenie dłuższej iskry.

Po drugie zgromadzenie w cewce jak naj−

większej energii, by kolejne wyładowania
były jak najbardziej efektowne.

Zwiększanie napięcia. Maksymalna dłu−

gość iskry wyznaczona jest przez maksymal−
ne  napięcie  między  punktami  X,  Y.  Może
jednak  nie  dla  wszystkich  jest  jasne,  że  na−
pięcie to nie jest wprost proporcjonalnie za−
leżne od napięcia zasilającego układ. Nawet
przy  niewielkim  napięciu  zasilającym,  prze−
pięcie  powstające  na  cewce  w chwili  wyłą−
czenia tranzystora ma wartość rzędu kilkuset
woltów.  To  przepięcie  prawie  nie  zależy  od
napięcia zasilania, tylko od szybkości zmian
(zaniku)  prądu,  a ta  zależy  głównie  od  we−
wnętrznych  pojemności  montażowych  i in−
nych szczegółów budowy cewki i obwodów
współpracujących.

Jednym z ograniczeń są właściwości...

tranzystora.  Jak  wiadomo,  każdy  MOSFET
posiada  pasożytnicze  struktury,  które  zazna−
cza  się  na  symbolu  tranzystora  jako  diodę,
włączoną między źródło i dren – patrz rysu−
nek 5a. Nie wszyscy jednak wiedzą, że te pa−
sożytnicze obwody zachowują się jak... dio−
da Zenera o napięciu nieco większym, niż ka−
talogowe napięcie U

. Ilustruje to rysunek

5b. Oznacza to, że próba przekroczenia tego
napięcia spowoduje przepływ prądu w obwo−
dzie dren−źródło także wtedy, gdy tranzystor
jest zatkany. Tym samym w praktyce nie da
się przekroczyć katalogowego napięcia dren−
źródło  więcej  niż  o 10...15%.  Warto  dodać,
że  przepływ  prądu  przez  wspomnianą  paso−
żytniczą „diodę Zenera” nie uszkodzi tranzy−
stora, o ile tylko energia impulsów nie będzie
zbyt duża – informacje o dopuszczalnej ener−
gii takich impulsów podane są zawsze w ka−
talogu (dla IRF840 pojedynczy impuls prze−
bicia  lawinowego  może  mieć  energię  do
510mJ,  powtarzalne  –  do  13mJ,  przy  czym
prąd przebicia może sięgnąć do 8A).

Generalnie obecność w tranzystorze

MOSFET takiej mało podatnej na uszkodze−
nia  „diody  Zenera”  jest  korzystna,  jednak
w tym  przypadku,  aby  uzyskać  jak  najdłuż−
sze  wyładowanie,  chcielibyśmy  uzyskać  na
uzwojeniu pierwotnym cewki jak największe
napięcie. Należy więc zastosować w układzie
tranzystor o jak największym napięciu pracy.

Choć dostępne są MOSFET−y o katalogo−

wym napięciu U

równym 1000V, próba ich

wykorzystania może wymagać pewnych

zmian.  Wadą  ich  jest  nie  tylko  znacznie
mniejsza popularność i trudności z zakupem.
Czym  wyższe  napięcie  dopuszczalne,  tym
większa rezystancja w stanie otwarcia. Przy−
kładowo  tranzystor  BUZ51  o napięciu
1000V,  umieszczony  w obudowie  TO−220
ma rezystancję R

Dson

typowo 4

Ω

, czyli więk−

szą,  niż  rezystancja  uzwojenia  pierwotnego
cewki  i może  pracować  przy  prądzie  drenu
do  3,4A.  Oczywiście  oznacza  to,  że  straty
mocy  w takim  tranzystorze  będą  duże.
Aby  utrzymać  je  na  sensownym  poziomie
należałoby zastosować tranzystor o znacznie
większym  prądzie.  Taki  tranzystor,  na
przykład  BUZ312  o rezystancji    R

Dson

typo−

wo 1,5

Ω

, prądzie drenu do 6A, umieszczony

w większej obudowie TO−218AA, na pewno
będzie dużo droższy i znacznie trudniejszy
do zdobycia.

Nieco inaczej jest z tranzystorami bipolar−

nymi.  Tu  wprawdzie  nie  występuje  żadna
„dioda Zenera”, ale także i tu znaczne zwięk−
szenie  napięcia  kolektor−emiter  powyżej  na−
pięcia  katalogowego  spowoduje  przepływ
prądu  przez  złącze  kolektorowe.  Co  gorsza,
prąd ten może uszkodzić tranzystor. Różnice
jednak są dość istotne. W MOSFET−ach „na−
pięcie  Zenera”  jest  z reguły  tylko  o kil−
ka...kilkanaście procent większe od katalogo−
wego  napięcia  U

DSmax

(BR)DSS)

). W tranzy−

storach bipolarnych „napięcie przebicia” po−
szczególnych egzemplarzy może być co naj−
mniej dwukrotnie większe, niż ich katalogo−
we napięcie U

CE0

, zwłaszcza przy odpowie−

dnim sterowaniu (zwieranie bazy do emitera
przy zatykaniu).

Kto chce, może przeprowadzić próby, na

przykład  w układzie  według  rysunku  6
z popularnym  tranzystorem  bipolarnym
BU508A o napięciu  katalogowym  U

CE0

700V i U

CB0

1500V albo z innymi tranzysto−

rami,  przeznaczonymi  specjalnie  do  samo−
chodowych  układów  zapłonowych.  Ze
względu na małe wzmocnienie tranzystorów
wysokonapięciowych  (w skrajnym  przypad−
ku <10), konieczne jest dodanie stopnia ste−
rującego, zapewniającego odpowiednio duży
prąd  bazy  T1.  Prąd  bazy  wyznaczony  jest
przez  rezystor  R4.  Wartość  tego  rezystora
trzeba  dobrać  do  wzmocnienia  tranzystora
T1, by zapewnić jego nasycenie.  Ze wzglę−
du  na  znaczną  wartość  prądu,  zasilacz  ste−
rownika  powinien  mieć  odpowiednio  dużą
wydajność,  w skrajnym  przypadku  1A.  Po−
nieważ kluczowe znaczenie ma też szybkość

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Rys. 5

wyłączania, trzeba zastosować „dolny” tran−
zystor T3, a dla jego szybszego i pewniejsze−
go wyłączania T1, także diodę D3 i rezystor
polaryzujący R5.

Gdyby w roli T1 pracował wysokonapię−

ciowy „darlington”, D3, R5 nie są potrzebne,
a wartość R4 może być znacznie większa.

Jeszcze lepszym rozwiązaniem byłoby

wykorzystanie tranzystora IGBT o napię−
ciu pracy 1200V. Tranzystory IGBT, będą−
ce jakby połączeniem MOSFET−a i tranzy−
stora bipolarnego, z zasady mogą pracować
przy wysokich napięciach 600V...1200V, za−
leżnie od typu. Niestety, tranzystory IGBT są
zdecydowanie mało popularne i trudniejsze
do zdobycia.

Teoretycznie można się spodziewać, że

łatwo dostępne tranzystory, np. serii BU508
o napięciu U

CE0

równym 700V pozwolą uzy−

skać napięcie na kolektorze ponad 1000V,
a tym samym impulsy wyjściowe o amplitu−
dzie rzędu 40kV.

Teoretycznie!
Trzeba mieć świadomość, że przebiegi

z rysunku 2 są bardzo uproszczone i nie po−
kazują  wszystkich  ważnych  szczegółów,
a tylko  podstawową  zasadę  działania.  Ze
względu  na  obecność  pojemności  montażo−
wych,  pojemności  uzwojeń  cewki  i innych
zjawisk, w układzie występują przebiegi prą−
dów  i napięć  o charakterze  rezonansowym.
Omówienie  tych  przebiegów,  odmiennych
w różnych  warunkach  pracy  (w obecności
i przy  braku  wyładowania)  zdecydowanie
wykracza poza ramy artykułu.

Jeśli ktoś ma sondę oscyloskopową 1:10

lub lepiej 1:100 o odpowiednio dużym dopu−
szczalnym napięciu pracy, może zmierzyć
przebiegi napięcia na drenie (kolektorze) tran−
zystora T1. Prąd można mierzyć dodając mały
rezystor, np. 0,1

Ω

, w obwodzie źródła (emite−

ra) tranzystora. Dociekliwi eksperymentatorzy,
gotowi zaryzykować uszkodzenie tranzystora,
zapewne będą chcieli sprawdzić, jak zmienia
przebiegi i parametry układu dołączenie rów−

nolegle do cewki dodatkowego kondensatora
o napięciu nominalnym 630V lub 1000V (po−
cząwszy od pojemności 1nF do nawet 100nF).

Uzyskanie wyższego napięcia może się

jednak okazać niemożliwe, choćby ze wzglę−
du  na  przebicie  na  drodze  między  obudową
cewki, a wyjściem kabla wysokiego napięcia.
Okazuje  się  także,  że  oprócz  wysokości  na−
pięcia,  w praktyce  ogromne  znaczenie  ma
ilość energii zmagazynowana w cewce pod−
czas przewodzenia tranzystora oraz częstotli−
wość  powtarzania  impulsów.  Dlatego  za−
miast poświęcić całą uwagę zwiększeniu na−
pięcia na tranzystorze i na pierwotnym uzwo−
jeniu  cewki,  należy  raczej  podjąć  kroki  po−
zwalające zwiększyć energię wyładowania.

Zwiększanie energii. Energia zgroma−

dzona w cewce wyznaczona jest przez szczy−
tową wartość prądu, płynącego przez nią (tuż
przed wyłączeniem tranzystora).

Wydawałoby się, że idealnym sposobem

zwiększania  energii  jest  zwiększanie  czasu
przewodzenia tranzystora. Owszem, jest to ja−
kiś sposób, jednak trzeba pamiętać o ogranicze−
niach.  Głównym  ograniczeniem  jest  tu  rezy−
stancja  cewki,  wynosząca  zwykle  ponad  3

Ω

Do tego dochodzi rezystancja otwartego tran−
zystora MOSFET, która dla tranzystorów
IRF840, BUZ 90 wynosi prawie 1

Ω

. Rezystan−

cje  te  powodują,  że  prąd  nie  wzrasta  liniowo,
tylko według krzywej wykładniczej. Rysunek
7 pokazuje,  że  dwukrotne  zwiększenie  czasu
przewodzenia  tranzystora  tylko  w niewielkim
stopniu  zwiększy  szczytową  wartość  prądu.
Nadmierne przedłużenie czasu praktycznie nic
nie  poprawi,  natomiast  bardzo  wzrosną  straty
mocy (powodujące grzanie cewki).

Co najważniejsze, i najgorsze, rezystancje

te uniemożliwią uzyskanie dużej wartości prą−
du  –  prąd  maksymalny  Imax  zgodnie  z pra−
wem  Ohma  zależy  od  napięcia  i rezystancji
cewki  i tranzystora.  Ten  prąd  maksymalny
Imax wynosi  przy napięciu zasilania 12V oko−
ło 3A, a tym samym roboczy prąd szczytowy
będzie  rzędu  2A,  co  oczywiście  ogranicza
wielkość porcji energii gromadzonej w cewce.

Zamiast zwiększać czas przewodzenia

tranzystora, należy zwiększyć napięcie zasi−
lające. Większe napięcie spowoduje szybsze
narastanie prądu zgodnie ze znanym wzorem
na szybkość narastania prądu:

I/t = U/L
Wtedy w tym samym czasie przewodze−

nia  tranzystora  prąd  osiągnie  większą  war−
tość i w cewce zgromadzi się znacznie więcej
energii.  Ja  przeprowadzałem  próby  z napię−
ciem zasilania 6VDC do 24VDC i tranzystor
IRF840  z powodzeniem  przetrzymał  takie
katusze.

Odważni eksperymentatorzy mogą je−

szcze  bardziej  zwiększyć  napięcie  zasilania,
na przykład stosując układ według rysunku
8.  Z transformatora  o napięciu  zmiennym
24V uzyskuje  się  tu  napięcie  zasilające  po−
nad  60V.  Większe  napięcie  powoduje  szyb−
szy wzrost prądu. IRF840 ma rezystancję R

D−

Son

do 0,85 i może pracować przy ciągłym

prądzie drenu 8A przy temperaturze obudo−
wy +25

C i 5,1A przy temperaturze obudowy

+100

C. Maksymalny prąd impulsowy może

wprawdzie wynosić 32A, jednak nie można

Wykaz elementów układu
z rysunku 3:

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333nnFF M

KTT

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//2255V

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22220000

µµ

FF//2255V

V ((11000000......44770000

µµ

FF))

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIR

RFF884400,, B

UZZ9900,, B

UZZ9911

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..C

S 44001111 lluubb 44000011

LL .. .. .. .. .. .. ..ssaam

moocchhooddoow

waa cceew

wkkaa zzaappłłoonnoow

waa,, nnpp..

BEE220000B

B ZZEELLM

OTT

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Rys. 6

Rys. 7

Rys. 8

przekroczyć dopuszczalnej temperatury struk−
tury równej +150

C. Prąd teoretycznie mógł−

by wzrosnąć do wartości ponad 10A w impul−
sie, co w pewnych wypadkach byłoby ryzy−
kowne dla tranzystora kluczującego.

Aby zmniejszyć ryzyko przegrzania tran−

zystora przy napięciu zasilania dużo wy−
ższym niż 12V można zmniejszyć czas prze−
wodzenia tranzystora.

Ponieważ w ten sposób uda się szybciej

zgromadzić w cewce potrzebną porcję energii,
można zwiększyć częstotliwość impulsów, co

dodatkowo wzmocni siłę wyładowania. Umoż−
liwi to wytworzenie ciągłego łuku. Oczywiście
trzeba się liczyć, że praca przy napięciach i prą−
dach dużo wyższych, niż w typowych warun−
kach „samochodowych”, może spowodować
uszkodzenie tranzystora kluczującego.

Aby przy dużym napięciu zasilania

zmniejszyć takie ryzyko, obok skrócenia cza−
su impulsu, warto też dodać w szereg z cewką
rezystor(y) o odpowiedniej mocy, ogranicza−
jący prąd według rysunku 9. Można przypo−
mnieć, iż taka dodatkowa rezystancja...

zmniejszy

stałą

czasową obwodu
ładowania (t=L/R),
ale nie to jest waż−
ne. Istotne jest, że

wartość Rx wyzna−
cza

maksymalny

prąd,  a tym  samym
maksymalną  ener−
gię.  W

praktyce

wartość  Rx  będzie
rzędu  pojedynczych
omów,  a obciążal−
ność – kilka watów.

Mając na wzglę−

dzie  podane  infor−
macje,  dociekliwi
i pomysłowi  Czy−
telnicy  zapewne  osiągną  efekty  jeszcze  bar−
dziej widowiskowe, niż opisane w artykule.

Piotr Górecki

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Ponieważ wielu Czytelników zechce
przeprowadzić podobne doświadczenia
w szkole lub w domu, ogłaszamy kon−
kurs. Zadaniem konkursowym jest:

wykonanie fotografii

wyładowań „własnej produkcji”

Do fotografii powinny być dołączo−

ne: schemat ideowy wykorzystanego
układu z podaniem sposobu zasilania,

ewentualny dodatkowy rysunek pokazu−
jący warunki eksperymentu oraz kilka
zdań zwięzłego opisu eksperymentu
i uzyskanych wyników.

Uwaga! Ze względu na ryzyko pora−

żenia,  obowiązkowo  należy  też  podać
swój  wiek  (rok  urodzenia).  Osoby  nie−
pełnoletnie  muszą  dodatkowo  nadesłać
pisemne  oświadczenie  rodziców  lub
nauczyciela, którzy poświadczą, że eks−
perymenty z wytwarzaniem wysokich

napięć były wykonywane pod ich
osobistym nadzorem.

Prace należy nadsyłać w terminie

do 30 czerwca 2002 roku. Na kopercie
należy  dopisać  PIORUN.  Nagrodami
będą  atrakcyjne  podzespoły  elektro−
niczne.  Dodatkowo  najbardziej  intere−
sujące eksperymenty mogą być opisane
w Forum  Czytelników,  a Autorzy
otrzymają honoraria.

Konkurs

Rys. 9

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Układ scalony AD817
i tranzystory HEXFET

Wzmacniacz operacyjny AD817 firmy Ana−
log  Devices  jest  układem  szybkim,  pobiera−
jącym  niewiele  prądu  i może  pracować
w szerokim  zakresie  napięć  zasilających.
Podstawowe parametry podane są w tabeli 1,
natomiast rysunek 4 pokazuje układ wypro−
wadzeń  i sposób  korekcji  napięcia  niezrów−
noważenia.

Kilka charakterystyk kostki AD817 moż−

na  znaleźć  na  rysunkach  5...9.  Stosując  ten
bardzo szybki układ trzeba pamiętać o prawi−
dłowym  prowadzeniu  obwodu  masy  i o sta−
rannym  odsprzęganiu  zasilania.  Producent

2625

śś

µµ

część 2

Rys. 4

Rys. 5

Rys. 6

Rys. 9

Rys. 7

Rys. 8

Tabela 1

Napięcie zasilania:  . . . . . . . . . .+5V...+36V, ±2,5...±18V
Maksymalne napięcie zasilania:  . . . . . . . . . .36V (±18V)
Pobór prądu: . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 7mA max 7,5mA
Wejściowe napięcie niezrównoważenia:  . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 0,5mV max 2mV

Wejściowy prąd polaryzujący: . . .typ. 3,3

A, max 6,6

Dopuszczalne różnicowe napięcie wejściowe:  . . . . .±6V
Wzmocnienie z otwartą pętlą:  . . . . .typ. 6000 przy ±15V
Gęstość napięcia szumów:  . . . . . . . . . . . . . .15nV/  Hz
Gęstość prądu szumów:  . . . . . . . . . . . . . . .1,5pA/ Hz
Zawartość harmonicznych przy 1kHz:  . . . . . . . .0,008%
przy 20kHz: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,016%
przy 1MHz:  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,07%
Pasmo przenoszenia:  . . . . . . . . . . . .70MHz przy ±15V

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20MHz przy +5V

Szybkość zmian na wyjściu: . . . . . .350V/

s przy ±15V

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200V/

s przy +5V

Zakres napięć wejściowych przy ±15V: . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .typ. −13,4...+14,3V, min. −12...+13V

Rezystancja wejściowa: . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 300k

Ω

Pojemność wejściowa: . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 1,5pF
Zakres napięć wyjściowych przy ±15V RL=1k

Ω

: . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. ±13,7V

Rezystancja wyjściowa z otwartą pętlą: . . . . . . .typ 8

Ω

Maksymalny prąd wyjściowy: . . . . . . . . . . . .min. 50mA
Prąd zwarciowy: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 90mA

zaleca umieszczanie w bezpośredniej bliskości
układu kondensatorów ceramicznych 100nF.

W układzie pracują MOSFET−y z kana−

łem  N i P,  odpowiednio  IRF540  oraz
IRF9540.  Na  rysunku  10 pokazany  jest
układ  wyprowadzeń,  w tabelach  2  i 3 ich
podstawowe parametry, natomiast rysunek 11
pokazuje prąd maksymalny w zależności od
temperatury obudowy.

Oryginalne karty katalogowe można ścią−

gnąć ze stron producentów lub ze strony EdW:
www.edw.com.pl/ z działu FTP.

Montaż i uruchomienie

Wzmacniacz można zmontować na jedno−
stronnej płytce drukowanej, pokazanej na ry−
sunku 12. Pomocą będą też fotografie mode−
lu – model pokazany na fotografiach różni

się nieco od płytki z rysunku 12 ze względu
na zmiany wprowadzone podczas testów.

Montaż wzmacniacza nie jest trudny.

Warto  zacząć  od  zaznaczonych  na  płytce
zwór  i kolejno  montować  elementy  coraz
większe.  Ze  względu  na  przepływ  dużych
prądów  w obwodzie  masy  i kondensatorów
C1...C4, koniecznie trzeba wzmocnić obwód
masy,  lutując  do  obszaru  masy
gruby drut. Na płytce na obszarze
masy  pozostawiono  w tym  celu
pola  nie  pokryte  soldermaską.
Bez  takiego  wzmocnienia  obwo−
du  masy,  w jednym  z kanałów
mógłby  się  w czasie  pracy  poja−
wić brum sieci.

W wersji podstawowej, o nie−

wielkiej mocy, nie trzeba monto−
wać diod D2, D4, a diody D1, D3
mogą  być  diodami  1−amperowy−
mi np. 1N4001. Radiatory tranzy−
storów  mocy  mogą  mieć  postać
niewielkich  kawałków  aluminio−
wej blachy, jak widać na fotogra−
fiach modelu.

Tranzystory T2, T2A koniecz−

nie muszą być umieszczone na
radiatorze i mieć dobry kontakt
termiczny z tranzystorami mocy.
Konieczne jest użycie pasty prze−
wodzącej ciepło.

Z pewnych względów nieco

bardziej będą grzać się tranzysto−
ry T7, T7A, więc można czujniki
T2, T2A związać z nimi. W mo−
delu zostały umocowane na radia−
torze z tranzystorami T6, T6A.

Uwaga! Na radiatorach wy−

stępują napięcia: na jednym do−
datnie, na drugim ujemne niesta−
bilizowane napięcie zasilania
(około ±17V). Ma to istotne zna−
czenie, jeśli moduł umieszczony
byłby w metalowej obudowie.

Przed pierwszym włączeniem

warto  starannie  sprawdzić  po−
prawność  montażu  i skręcić  po−
tencjometry montażowe w prawo
(zgodnie  z ruchem  wskazówek
zegara) do oporu.

Do pierwszych prób trzeba wykorzystać

transformator zasilający o niedużej mocy (do
20W) lub wspomniany zasilacz Tatarek
AC/AC 12V/1,5A. Napięcie zmienne należy
dołączyć do punktów R, S.

Po włączeniu zasilania należy najpierw

sprawdzić,  czy  na  wyjściach  stabilizatorów
U1, U2 występuje napięcie 24V±1V, a na za−
silaniu  wzmacniaczy  operacyjnych  18V±1V.
Napięcie  na  wyjściach,  czyli  w punktach  B,
BA powinno  wynosić  0V±100mV.  Napięcie
na  wyjściach  wzmacniaczy  operacyjnych  też
powinno  być  bliskie  zeru.  Następnie  należy
dołączyć woltomierz napięcia stałego na naj−
niższym zakresie (200mV) do rezystora R16.
Przy  skręceniu  PR−ków  w prawo  do  oporu
prąd  spoczynkowy  powinien  wynosić  zero
i takie  powinno  być  wskazanie  woltomierza.
Aby  ustawić  potrzebny  prąd  spoczynkowy,
należy powoli pokręcać potencjometrem w le−
wo (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara)

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Tabela 2 IRF540

Napięcie przebicia U

(BR)DS

: . . . . . . . . . . . . . . .min. 100V

Maksymalny prąd ciągły (Tc=25

C): . . . . . . . . . . . .33A

Maksymalny prąd ciągły (Tc=100

C): . . . . . . . . . . .23A

Rezystancja w stanie otwarcia R

DSon

: . . . . .max 0,052

Ω

Maksymalny prąd impulsowy:  . . . . . . . . . . . . . . . .110A
Maksymalna moc strat:  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140W
Rezystancja termiczna Rthjc:  . . . . . . . . . . .max 1,1K/W
Napięcie progowe U

GS(th)

: . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2...4V

Dopuszczalne napięcie U

: . . . . . . . . . . . . . . . . .±20V

Maksymalna temperatura złącza: . . . . . . . . . . . .+175

Pojemność wejściowa C

iss

: . . . . . . . . . . . . . . . .1400pF

Czas narastania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 39ns
Czas opóźnienia włączania: . . . . . . . . . . . . . .typ. 8,2ns
Czas opadania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 33ns
Czas opóźnienia włączania: . . . . . . . . . . . . . .typ. 44ns

Tabela 2 IRF9540

Napięcie przebicia U

(BR)DS

: . . . . . . . . . . . .min. 100V

Maksymalny prąd ciągły (Tc=25

C): . . . . . . . . .19A

Maksymalny prąd ciągły (Tc=100

C): . . . . . . . . .13A

Rezystancja w stanie otwarcia R

DSon

: . . . .max 0,2

Ω

Maksymalny prąd impulsowy: . . . . . . . . . . . . . .72A
Maksymalna moc strat: . . . . . . . . . . . . . . . . .150W
Rezystancja termiczna Rthjc: . . . . . . . . . .max 1K/W
Napięcie progowe U

GS(th)

: . . . . . . . . . . . . . . . .2...4V

Dopuszczalne napięcie U

: . . . . . . . . . . . . . .±20V

Maksymalna temperatura złącza: . . . . . . . . .+175

Pojemność wejściowa C

iss

: . . . . . . . . . . . . .1400pF

Czas narastania:  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 73ns
Czas opóźnienia włączania:  . . . . . . . . . . .typ. 16ns
Czas opadania: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .typ. 57ns
Czas opóźnienia włączania:  . . . . . . . . . . .typ. 34ns

Rys. 11

Rys. 10

Rys. 12 Schemat montażowy

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

i jednocześnie kontrolować napięcie na rezy−
storze R16 – jeden miliwolt napięcia na rezy−
storze 0,1

Ω

to prąd 10mA. Później taką samą

procedurę  należy  przeprowadzić  w drugim
kanale mierząc napięcie na R16A a regulując
PR1A.  Wartość  prądu  spoczynkowego
można  ustawić  w

szerokim zakresie

20mA...300mA. Czym większy prąd spo−
czynkowy, tym tryb pracy jest bardziej zbli−
żony do klasy A, ale i większe są straty mo−
cy. W modelu w obu kanałach ustawiono
dość duże prądy spoczynkowe równe 70mA
(7mV na rezystorach R16, R16A).

Po ustawieniu prądów spoczynkowych

należy jeszcze raz skontrolować napięcie sta−
łe na wyjściu. Typowo powinno wynosić −
33mV±40mV, co wynika z przepływu prądu
wejściowego wzmacniacza operacyjnego
przez rezystor R6, R6A).

Możliwości zmian

W wersji podstawowej na głośniku pojawi się
niewielkie napięcie stałe rzędu 30mV, wyni−
kające z przepływu prądu polaryzacji wejścia
wzmacniacza operacyjnego przez rezystor
R6. Aby zmniejszyć to napięcie do zera, moż−
na dodać dodatkowy rezystor Rx według ry−
sunku 13. Wartość Rx należy dobrać indywi−
dualnie, bo zależeć ona będzie od prądu wej−
ściowego danego egzemplarza wzmacniacza.

Nabywcy zestawu AVT−2625 otrzymają

komplecie wzmacniacze operacyjne

AD817. Jeśli ktoś opisany wzmacniacz chciał−
by wykonać we własnym zakresie, może za−
miast tych kostek użyć innych, choćby wspo−
mnianych bardzo popularnych TL071 czy
TL081, licząc się ze znacznym zmniejszeniem

szybkości wzmacniacza. Oczywiście nadal
będzie on przenosił pełne pasmo częstotliwo−
ści akustycznych, jednak parametry dyna−
miczne, istotne przy odtwarzaniu przebiegów
impulsowych okażą się „standardowe”.

Warto przeprowadzić samodzielne próby

z innymi wzmacniaczami operacyjnymi, po−
dając  na  wejście  sygnał  prostokątny
o ostrych zboczach i amplitudzie 0,4...1Vpp
(np.  z generatora  z układami  cyfrowymi,
przez dzielnik). W razie potrzeby należy wte−
dy  we  własnym  zakresie  dobrać  elementy

R17, C17, by uzyskać prawidłowe przeno−
szenie impulsów. Być może trzeba też będzie
zwiększyć wartość kondensatorów przyśpie−
szających C15, C16 do 2,2nF.

Interesujące będzie dodanie na wejściu in−

wertera fazy i sprawdzenie możliwości
wzmacniacza pracującego w układzie most−
kowym. Uzyskana moc rzędu kilkudziesięciu
watów okaże się wystarczająca do wielu po−
ważniejszych zastosowań.

Piotr Górecki

Wykaz elementów

Rezystory

R11,,R

R22,,R

R99,,R

R99A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600

Ω

R33,,R

R44,,R

R88,,R

R88A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R55,,R

R55A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

((110000......447700

Ω

))

R66,,R

R66A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R77,,R

R77A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

Ω

R1100,,R

R1100A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600

Ω

R1111,,R

R1111A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

R1122,,R

R1122A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

Ω

R1133,,R

R1133A

A,,R

R1144,,R

R1144A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6622

Ω

R1155,,R

R1155A

A,,R

R1166,,R

R1166A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,11

Ω

((00,,11…

…00,,2222

Ω

))

R1177,,R

R1177A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222

Ω

55W

R11,,P

R11A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ppootteennccjjoom

meettrr 11kk

Ω

Kondensatory

C11−C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44770000µµFF//2255V

C55−C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF//4400V

C99,,C

C99A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11uuFF ssttaałłyy

C1100,,C

C1100A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222µµFF//1166V

C1111,,C

C1111A

A,,C

C1122,,C

C1122A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C1133,,C

C1133A

A,,C

C1144,,C

C1144A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//2255V

C1155,,C

C1155A

A,,C

C1166,,C

C1166A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF

C1177,,C

C1177A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33ppFF

Półprzewodniki

D11−D

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N55440011

D55−D

D88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44000011

D99,, D

D1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ZZeenneerraa 66V

V22

TT11,,TT11A

A,,TT55,,TT55A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555577

TT22,,TT22A

A,,TT33,,TT33A

A,,TT44,,TT44A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554477

TT66,,TT66A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIR

RFF554400

TT77,,TT77A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIR

RFF99554400

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M331177

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M333377

U33,,U

U33A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

D881177

Inne

** TTR

AFFO

ZZaassiillaacczz A

C1122V

V 11,,55A

Uwaga! Zasilacz nie wchodzi w skład kitu i nleży go zamówić
oddzielnie.
**

Elementy oznaczone gwiazdką nie wchodzą w skład kitu.

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−2625

Rys. 13

Często  się  zdarza,  że  potrzebne  jest  wydajne
źródło światła o dużej mocy w miejscu, gdzie
brakuje zasilania sieciowego. Na rynku moż−
na  kupić  latarki  wyposażone  zazwyczaj
w świetlówki  o mocy  6W.  Oświetlenie  nimi
średniego namiotu, czy przyczepy kempingo−
wej nie jest wcale sprawą łatwą. Proponuję,
wykonanie przetwornicy, która pozwoli nam
wykorzystać popularne i łatwo dostępne świe−
tlówki kompaktowe.

Lampa  fluorescencyjna  popularnie  zwana
świetlówką  jest  źródłem  światła  o znacznie
większej  sprawności  niż  żarówka.  Skutecz−
ność świecenia świetlówki waha się w grani−
cach  55−70  lm/W,  natomiast  żarówki  6−30
lm/W. Trwałość świetlówki dochodzi do ok. 6
tysięcy godzin, a żarówki ok. tysiąca (np. ilość
światła  wytwarzana  przez  23W świetlówkę
kompaktową odpowiada 150W żarówce). Jed−
nak,  aby  osiągnąć  tak  dużą  żywotność  świe−
tlówki należy wyposażyć ją w układ zapłono−
wy o specjalnie dobranych parametrach. Pra−
widłowy zapłon zapewnia klasyczny układ za−
silania i włączania świetlówki (rys.1).

W układzie tym po załączeniu zasilania

przez wszystkie elementy (dławik, starter oraz
oba żarniki świetlówki) zaczyna płynąć prąd.
Żarniki  (katody)  rozgrzewając  się  podnoszą
temperaturę  gazu  wypełniającego  rurę  świe−
tlówki. Dzięki temu obniża się napięcie zapło−
nu  z 500V do
100...150V.  Jed−
nocześnie  prze−
pływający  prąd
rozgrzewa  bime−
taliczny stycznik
startera, który po
osiągnięciu pew−
nej  temperatury
przerywa  swój
obwód.  W tym

momencie  w dławiku  indukuje  się  napięcie,
które bez trudu zapala świetlówkę. W czasie
normalnej pracy na świetlówce utrzymuje się
stałe  napięcie  ograniczone  przez  dławik  do
wartości  rzędu  50...80V.  Parametry  dławika
oraz  startera  są  specjalnie  dobrane  do  mocy
lampy.  W popularnych  latarkach−świetlów−
kach  stosowany  jest  inny  sposób  zapalania
lampy jarzeniowej. Napięcie zapłonu zimnej
świetlówki wynosi ok. 500V. Przyłożenie na−
pięcia wyższego do jej elektrod powoduje za−
płon. Jest to tzw. zimny zapłon, który bardzo
niekorzystnie  wpływa  na  żywotność  lampy.
Praktycznie  już  po  kilkudziesięciu  włącze−
niach  na  końcach  świetlówki  pojawiają  się
ciemne pasy świadczące o jej zużyciu. Do te−
go typu zapłonu należałoby zastosować spe−
cjalne świetlówki, które są jednak trudno do−
stępne  i drogie.  Schemat  przetwornicy  tego
typu przedstawia rysunek 2.

Skonstruowanie przetwornicy, która za−

pewniałaby  prawidłowe  zasilanie  i zapłon
świetlówki  działającej  w szerokim  zakresie
napięć zasilających oraz o dużej sprawności
jest  zadaniem  bardzo  skomplikowanym
i trudnym  do  realizacji  przez  konstruktora
amatora.  Rozwiązanie  problemu  stanowią
dostępne  od  kilku  lat  w kraju  świetlówki
zwane kompaktowymi lub energooszczędny−
mi.  Podstawową  zaletą  takiej  lampy  jest
umieszczenie  wewnątrz  jej  obudowy  całego
układu potrzebnego do prawidłowego działa−
nia.  Dzięki  temu  oraz  dzięki  miniaturyzacji
i zastosowaniu standardowego cokołu żarów−
ki, można je stosować wymiennie ze zwykły−
mi żarówkami.

Świetlówki kompaktowe można podzielić

na dwie kategorie. Pierwszą, starszą, jest ta−
ka, w której zastosowano klasyczny układ za−
płonu i startu, tylko zminiaturyzowany. Dru−
ga grupa, która nas interesuje to taka, gdzie
zastosowano elektroniczną przetwornicę.

Przetwornica  tego  typu  pracuje  z częstotli−
wością kilkudziesięciu kHz oraz zasilana jest
z wyprostowanego  napięcia  sieci,  czyli  ok.
310V (prostownik,  zwykle  mostek  Graetza
znajduje się wewnątrz obudowy lampy). Za−
sadę działania przedstawia rysunek 3.

Lampa normalnie zasilana jest napięciem

zmiennym  220V 50Hz,  ale  równie  dobrze
można  ja  zasilać  napięciem  stałym
310V (wartość  skuteczna  zmiennego  napię−
cia sieci 220V).W tym wypadku wewnętrzny
prostownik nie gra roli.

Opis układu

Schemat  elektryczny  układu  przedstawiono
na rysunku 4. Przetwornica zaprojektowana
została w układzie typu PUSH−PULL z wy−
korzystaniem  tranzystorów  MOSFET oraz
scalonego,  uniwersalnego  sterownika  SG
3524 firmy Texas Instruments. Układ scalony
SG3524  zawiera  wszystkie  potrzebne  ele−
menty sterowania i kontroli niezbędne do po−
prawnej pracy przetwornicy. Opis wyprowa−
dzeń pokazuje rysunek 5.

Schemat bloko−

wy  układu  przed−
stawia rysunek 6.
Jak  widać  we−
wnątrz układu znaj−
dują  się:  oscyla−
tor, źródło napięcia

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

###

śś

Rys. 1 Klasyczny

układ zasilania

i włączania

świetlówki

Rys. 2

Rys. 3

odniesienia 5V, komparator, wzmacniacz błę−
du, obwód zabezpieczenia prądowego, elektro−
niczny włącznik oraz układ formujący przebie−
gi wyjściowe.

Wewnętrzny oscylator generuje przebieg

piłokształtny  o częstotliwości  zależnej  od
wartości elementów RTCT (w tym wypadku
50kHz). Przebieg piłokształtny porównywa−
ny jest w komparatorze z napięciem wzmac−
niacza  błędu,  w wyniku  czego  powstaje
przebieg prostokątny o stałej częstotliwości,
ale zmiennym wypełnieniu. Następnie prze−
bieg ten skierowany jest na wejścia obydwu
bramek  NOR,  które  sterują  wewnętrznymi
kluczami  tranzystorowymi.  Aby  jednak
układ działał prawidłowo klucze muszą być

włączone  na  zmia−
nę. Zadanie to reali−
zuje  przerzutnik  ty−
pu T (dzielnik przez
2)  sterowany  prze−
biegiem  prostokąt−
nym  z oddzielnego
wyjścia  oscylatora.
Wzmacniacz  błędu

porównuje  napięcie  założone  z rzeczywi−
stym.  Podobnie  działa  ogranicznik  prądu.
Obydwa te elementy wraz z elektronicznym
włącznikiem  sterują  komparator.  Wszystkie
elementy prócz bramek NOR zasilane są sta−
łym napięciem 5V z wewnętrznego stabiliza−
tora.

Opis wyprowadzeń
układu SG 3524

Nóżka 1 − wejście nieodwracające wzmacnia−
cza błędu, wejście odwracające jest dostępne
na wyprowadzeniu 2 (zakres napięć wejścio−
wych: od 1,8V do 3,4V, optymalnie 2,6V).
Nóżka 3 − wyjście oscylatora (w tym wypad−
ku niewykorzystana).

Nóżka  4 −  wejście  odwracające,  a nóżka  5
nieodwracające  ogranicznika  prądu,  (aby
uruchomić  ograniczenie  prądowe  należy
przyłożyć  na  nóżkę  4  napięcie  większe
o 200mV niż na nóżkę 5).
Nóżka 6 − wejście oscylatora, do której nale−
ży podłączyć rezystor (od 1,8k

Ω

do 100k

Ω

Nóżka 7 − wejście oscylatora, do której nale−
ży podłączyć kondensator (od 1nF do 100nF).
Nóżka 8 − masa.
Nóżka  9 −  może  służyć  do  regulacji  wypeł−
nienia  przebiegu  wyjściowego.  Zwarta  do
masy  wyłącza  przetwornicę.  Podłączenie  do
niej  kondensatora  o wartości  kilku  mikrofa−
radów umożliwia miękki start przetwornicy.
Nóżka 10 − wejście włącznika elektroniczne−

go.  Podłączenie  do  masy  lub
pozostawienie  wolnej  urucha−
mia przetwornicę. Podłączenie
do zasilania − wyłącza ją.
Nóżki 11 i 14 − emitery wewnę−
trznych  tranzystorów  mocy,
a nóżki 12 i 13 to ich kolektory.
Nóżka  15 −  zasilanie  (max.
40V).
Nóżka 16 − wyjście wewnętrz−
nego stabilizatora napięcia 5V.

Po włączeniu, zasilania

układ scalony zaczyna genero−
wać  przebieg  prostokątny  na
wyprowadzeniach  11  i 14
o maksymalnym  wypełnieniu
ok. 50%. Tranzystory wyjścio−
we  znajdujące  się  wewnątrz
układu  SG3524  odpowiadają
za  szybkie  wprowadzenie
tranzystorów  mocy  MOSFET
T6,  T7  w stan  nasycenia.  Za

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Rys. 4 Schemat

Rys. 5

Rys. 6

Nap.wej.

(zasilania)

Nap. wyj.

10,0V

234V

10,5V

247V

11,0V

260V

11,5V

271V

12,0V

284V

12,5V

296V

13,0V

306V

13,5V

310V

14,0V

310V

równie szybkie wyłączenie ich odpowiadają
tranzystory T3, T4.

Tranzystory mocy, których działanie moż−

na porównać do kluczy zwierają na przemian
cewki uzwojenia pierwotnego L1, L2 do ma−
sy. Przepływ prądu w uzwojeniu pierwotnym
powoduje  gromadzenie  się  energii  magne−
tycznej  w rdzeniu  przez  czas  włączenia  klu−
cza. Podczas włączenia kluczy energia zosta−
je przekazana na wyjście transformatora. Na−
pięcie zmienne powstałe w ten sposób zostaje
wyprostowane  przy  pomocy  mostka  Graetza
opartego  na  czterech  wysokonapięciowych
diodach BA 159. Kondensator C8 ma za za−
danie  wygładzenie  tętnień  napięcia  wyjścio−
wego. Prosty dzielnik rezystorowy R15, R16,
R17  stanowi  część  ujemnego  sprzężenia
zwrotnego ogranicznika napięcia wyjściowe−
go. Dzielnik o podziale ok. 1:100 ma za zada−
nie  dopasowanie  wysokiego  napięcia  wyj−
ściowego  do  poziomu,  jakie  toleruje  sterow−
nik (1,8V...3,4V). W tym wypadku ok. 3V.

Bardzo ważne podwójne zadanie spełnia

bezpiecznik BZ1 o wartości 3A. Sam zabez−
piecza przetwornice przed zwarciem (rów−
nież na wyjściu). Natomiast wraz z diodą D1
zabezpiecza przed odwrotnym podłączeniem
zasilania. Dlatego też należy go bezwzglę−
dnie użyć. Dioda D7 sygnalizuje prawidłowe
zasilanie i stan bezpiecznika.

Elementy R1, R2, R3, R4, T1, T2 tworzą

przerzutnik Schmitta, który poprzez tranzy−
stor T5 wyłącza przetwornicę, jeżeli napięcie
zasilania spadnie poniżej 10V. Histereza jest
tak dobrana, aby ponowne włączenie prze−
twornicy nastąpiło przy ok. 11,5V. Dioda D4
swoim świeceniem sygnalizuje rozładowanie
akumulatora.

Transformator

Do  budowy  transformatora  użyłem  rdzenia
typu ETD 34 produkcji POLFER o stałej AL
= 2400 bez szczeliny, wy−
konany  z materiału  ferro−
magnetycznego  mocy  F−
807.  Najpierw,  na  karka−
sie należy nawinąć uzwo−
jenie wtórne (220 zwojów
drutu w emalii o średnicy
0,25mm). Zwój koło zwo−
ju, każda warstwa przeło−
żona  np.  taśmą  styrofle−
ksową.  Uzwojenie  pier−
wotne  nawija  się  jedno−
cześnie  dwoma  odcinka−
mi  drutu  w emalii  o śre−
dnicy  1mm.  Ponieważ
karkas  ma  szerokość  we−
wnętrzną  21mm,  to  210
zwojów  powinno  utwo−
rzyć jedną warstwę. Koń−
ce wszystkich uzwojeń łą−
czymy  z punktami  lutow−
niczymi  karkasu  według
rysunku  7.  Szczególną

uwagę należy zwrócić na uzwojenie pierwot−
ne. Koniec pierwszego uzwojenia (L1) musi
być połączony z początkiem drugiego (L2).

W celu minimalizacji zakłóceń transfor−

mator można zaekranować używając do tego
cienkiej blachy miedzianej o grubości 0,1mm
(rys.  8).  Nachodzący  na  siebie  ekran  lutuje
się.  Ekrany  należy  połączyć  razem  do  masy
poprzez  jedno  z wyprowadzeń  karkasu.  Po
całkowitym  uruchomieniu  przetwornicy
transformator można zanurzyć na parę minut
w lakierze bezbarwnym.

Montaż i uruchomienie

Płytkę  drukowaną  wraz  z rozmieszczeniem
elementów przedstawia rysunek 9. Układ na−
leży  zmontować  według  typowych  zasad.  Na
początek proponuję nie montować transforma−
tora, co ułatwi uruchomienie i wykrycie ewen−
tualnych  błędów.  Do  uruchomienia  najlepiej
jest zastosować zasilacz o regulowanym napię−
ciu (10−14V) i prądzie. Można również zasto−
sować akumulator 12V np. samochodowy, ale

wówczas niezbędny jest bezpiecznik (100mA
do uruchomienia). Ponieważ układ SG3524
pobiera ok. 10mA, zabezpieczenie prądowe
zasilacza można ustawić na 100mA, co w zu−
pełności wystarczy do jego sprawdzenia.

Po użyciu elementów sprawnych i właści−

wej wartości układ powinien działać od razu.
Sterownik  uruchamia  się  zwierając  wypro−
wadzenia  złącza  ARK2  (dioda  D7  powinna
się zapalić). Na nóżce 3 powinien pojawić się
wówczas  przebieg  o częstotliwości  ok.
50kHz.  Po  podłączeniu  oscyloskopu  do
bramki  któregoś  z tranzystorów  MOSFET
(T6 lub T7) na ekranie powinien pojawić się
regularny  przebieg  prostokątny  o wypełnie−
niu ok. 50%, amplitudzie zbliżonej do napię−
cia zasilania i częstotliwości dwa razy mniej−
szej niż częstotliwość pracy oscylatora, czyli
ok.  25kHz.  Napięcie  na  nóżce  16  SG3524
powinno  wynosić  5V.  Napięcie  na  nóżce  2
powinno dać się regulować przy pomocy re−
zystora nastawnego R6 w granicach od 0 do
5V.  Po  obniżeniu  napięcia  zasilania  poniżej
10V dioda  D4  powinna  się  zaświecić,  a na
nóżce 9 powinno pojawić się napięcie ok. 0V.

Teraz można zamontować już transforma−

tor.  Ponieważ  transformator  jest  symetrycz−
ny, trzeba pamiętać o właściwym jego wluto−
waniu. Na początku przetwornicę należy uru−
chomić bez obciążenia. Po włączeniu należy
zmierzyć napięcie wyjściowe korzystając ze
złącza  ARK3.  Jeżeli  różni  się  od  310V to
trzeba  je  wyregulować  rezystorem  nastaw−
nym  R6.  Po  tym  zabiegu  można  podłączyć
świetlówkę.  Jeżeli  się  zaświeci  to  możemy
uznać,  ze  przetwornica  działa  prawidłowo.
Dobrze jest jeszcze ocenić pobór prądu przez
przetwornicę w czasie pracy. Przy obciążeniu
przetwornicy świetlówką o mocy 23W i zasi−
laniu 12V pobór prądu nie przekraczał 1,9A.

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 9

Uwagi dodatkowe

W celu  zmniejszenia  spadków  napięć
(zwiększenie  sprawności)  ścieżki  prądowe
(na  schemacie  wytłuszczone)  można  pogru−
bić  cyną  lub  przylutować  do  nich  odpowie−
dnio uformowane  odcinki miedzianego dru−
tu  o średnicy  ok.  0,8mm  (bardzo  dobrze
nadaje się do tego srebrzanka).

Przedstawiona przetwornica przy zasila−

niu 12V i obciążeniu świetlówką 23W osią−
gnęła sprawność ok. 90% (od 86 do 94%
w zależności od napięcia zasilania).

Pętla sprzężenia zwrotnego nie stabilizuje

napięcia wyjściowego w całym zakresie napię−
cia zasilania. Właściwie służy ona tylko do tego,
aby na wyjściu przetwornicy nigdy nie pojawi−
ło się napięcie wyższe niż 310V. Po obciążeniu
przetwornicy świetlówką o mocy 23W napięcie
wyjściowe przestawało być stabilizowane poni−
żej 13V (patrz tabela 1) co oznacza, że poniżej
tego napięcia przetwornica pracowała z maksy−
malnym współczynnikiem wypełnienia. Nie jest
to wbrew pozorom wada. To właśnie przy pracy
z maksymalnym wypełnieniem przebiegu steru−
jącego (50%) przetwornica uzyskuje największą
sprawność.  Niestabilne  napięcie  na  wyjściu
przetwornicy praktycznie nie wpływa na inten−
sywność  świecenia  świetlówki  (automatyka
świetlówki  radzi  sobie  z tym  doskonale).  Nie−
znaczne  pogorszenie  świecenia  można
zauważyć przy minimalnym napięciu zasilania
10V.  Praca  z maksymalnym  współczynnikiem
wypełnienia  zmniejsza  również  zakłócenia

emitowane przez przetwornicę. Ma to szczegól−
ne znaczenie, jeżeli chcemy posłuchać np. radia
w jej pobliżu.

Dzięki dużej sprawności przetwornicy

zbędne okazało się chłodzenie tranzystorów
przy pomocy radiatora. Po godzinie pracy
z 23W świetlówką i zasilaniu 12V temperatu−
ra tranzystorów nie przekraczała 32

C, a przy

zasilaniu 14V − 40

C. Mimo to, płytka umoż−

liwia zastosowanie radiatora.

Przetwornica została praktycznie spraw−

dzona przy mocy obciążenia ok. 40W (dwie
świetlówki 23W i 15W). Nie stwierdzono po−
gorszenia warunków pracy (tranzystory
nadal nie wymagały specjalnego chłodzenia).

Zmieniając parametry transformatora

można budować przetwornice na inne napię−
cia do ok. 100W mocy.

Przetwornica może być również wykorzy−

stana jako automatycznie załączane zasilanie
awaryjne schemat przedstawia rysunek 10.

Przy zasilaniu sieciowym przez przeka−

źnik płynie prąd. Wówczas jego styki przełą−
czone są w taki sposób, że świetlówka zasila−
na jest tylko z sieci. Po zaniku napięcia sie−
ciowego przekaźnik przestaje być zasilany,
a jego styki samodzielnie przełączają się łą−
cząc świetlówkę z przetwornicą.

Obudowa

Płytka przetwornicy ma wymiary umożliwia−
jące  zamontowanie  jej  nad  akumulatorem
12V 12Ah  firmy  YUASA lub  podobnym.
Szkic  obudowy  przedstawia  rysunek  11.
Urządzenie  w wersji  turystycznej  powinno
być wyposażone w wyłącznik umożliwiający
fizyczne odłączenie akumulatora od przetwor−
nicy. Wyłącznik ten powinien być umieszczo−
ny w taki sposób, aby nie można go było prze−
łączyć  przypadkowo  np.  w czasie  transportu.
Podczas eksploatacji najlepiej posługiwać się
włącznikiem elektronicznym (złącze ARK).

W obudowie należy również zamontować

gniazdo do podłączenia świetlówki oraz gniaz−
do do ładowania akumulatora. Akumulator
można ładować ze stabilizowanego zasilacza
sieciowego typu „wtyczkowego” o wydajności
1...1,2A i napięciu 13.8V z ograniczeniem prą−
dowym w postaci 2..3 rezystorów o mocy 5W.

W razie utrudnionego dostępu do zasilania

sieciowego, akumulator można ładować w sa−
mochodzie korzystając z gniazda zapalniczki.
Można użyć także dostępnych w kraju ogniw
baterii słonecznych. To ostatnie rozwiązanie
jest chyba najlepsze, ponieważ uzależnia tyl−
ko od słonecznej pogody, której od ok. 10 lat
w Polsce wiosną i latem nie brakuje.

Olaf Janik

UWAGA! W tym urządzeniu o znacznej

mocy występują wysokie napięcia. Dlatego
należy zachować szczególną ostrożność przy
uruchamianiu i w czasie eksploatacji opisa−
nej przetwornicy.

Projekty AVT

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1111kk

Ω

R22,,R

R1122,,R

R1144,,R

R1177,,R

R1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1188kk

Ω

R55,,R

R88,,R

R99,,R

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R m

miinniiaattuurroow

wyy

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3366kk

Ω

R1100,,R

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

Ω

R1155,,R

R1166 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700kk

Ω

Kondensatory
C

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22220000µµFF
C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF
C

C33,,C

C44,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF
C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF
C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//440000V

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

Półprzewodniki
D

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa 55A

D22,,D

D33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D cczzeerrw

woonnaa

D55−D

D88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

A115599

D77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D zziieelloonnaa

TT11,,TT55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555588

TT22−TT44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555588C

TT66,,TT77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

K445555−6600 lluubb IIR

RFF554400N

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..S

G33552244 lluubb 22552244

Pozostałe
A

K11−A

K33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

BZZ11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..bbeezzppiieecczznniikk 33A

Gnniiaazzddoo bbeezzppiieecczznniikkoow

wee ddoo ddrruukkuu

TTrraannssffoorrm

maattoorr::

EETTD

D3344 –

– uuzzw

w.. ppiieerrw

woottnnee 22xx1100 zzw

woojjóów

w D

NEE 11,,2255

ALL22440000 –

– uuzzw

w.. w

wttóórrnnee 222200 zzw

woojjóów

w D

NEE 00,,2255

Kaarrkkaass

Rys. 10 Schemat „AZR“

Rys. 11

Napięcie zasilania

8...40V

Wydajność prądowa

50 mA

Wew. stab. nap.

100mA

Wydajność prądowa

SG2524

Wew. tranzyst. mocy

SG3524

Zakres temp. pracy

0...+70°C

Tab. 1

Płytka drukowana dostępna jest w sieci

handlowej AVT jako kit szkolny AVT−

Podzespoły

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

Kwiecień 2002

Wzmacniacz różnicowy

O ile  układ  z rysunku  9  nie  jest  popularny,
o tyle  bardzo  często  wykorzystuje  się  jego
uproszczoną  wersję  z dwoma  wejściami  –
wzmacniacz różnicowy. Układ można śmiało
nazwać wzmacniaczem odejmującym, ale ta−
ka nazwa nie jest używana. Warto uściślić, że
chodzi  tu  o wzmacniacz  różnicowy,  nie  róż−
niczkujący.  Różnicowy,  to  znaczy  dający  na
wyjściu sygnał odpowiadający różnicy napięć
wejściowych.  Wzmacniacz  taki  przenosi  na
wyjście różnicę napięć, a tłumi sygnał wspól−
ny, podawany jednocześnie na oba wejścia.

Wzmacniacze różnicowe są wykorzysty−

wane bardzo często. Ich zadaniem jest od−
dzielenie (różnicowego) sygnału użyteczne−
go od (wspólnego) sygnału zakłócającego, na
przykład przydźwięku sieci. Najprostsze roz−
wiązanie wzmacniacza różnicowego pokaza−
ne jest na rysunku 10.

Wartości rezystorów R1, R3 oraz R2, R4 po−
winny być parami równe, wręcz idealnie jed−
nakowe (generalnie chodzi o równość sto−
sunku R2/R1 i R4/R3, ale w praktyce zazwy−
czaj R1=R3 i R2=R4). Wzmocnienie sygna−
łu różnicowego wynosi:
G = Uwy / (U2−U1) = R2/R1 = R4/R3

Teoretycznie, przy identycznych parach

rezystorów układ idealnie tłumi sygnał
wspólny (pomijając CMRR samego wzmac−
niacza operacyjnego). We wzmacniaczach
różnicowych z zasady stosujemy dobrej jako−
ści rezystory o tolerancji 1%, często dodatko−

wo selekcjonowane za pomocą miernika, by
uzyskać lepsze tłumienie sygnału wspólnego.
W praktyce  dobrze  jest  dodatkowo  zastoso−
wać  potencjometr  montażowy  (helitrim)
o niewielkiej  wartości  –  przykład  pokazany
jest  na  rysunku  11a.  Jeśli  natomiast  trzeba
regulować  wzmocnienie,  można  wykorzy−
stać wersję z rysunku 11b.

Rysunki 12a, 12b ilustrują działanie

wzmacniacza różnicowego. Przy przesyłaniu

sygnału symetrycznego przez długą linię,
mogą pojawić się zakłócenia. Ponieważ za−
zwyczaj zakłócenia te będą jednakowe w obu
żyłach, zostaną stłumione przez wzmacniacz
różnicowy jako sygnał wspólny.

Podstawowy układ według rysunków

10...12 w niektórych przypadkach nie zapew−
nia wystarczających parametrów, na przykład
ze względu na niewielką rezystancję wejścio−
wą, i to różną dla obu wejść − rezystancja wej−
ściowa  wejścia  A wynosi  R1,  a wejścia
B (R3+R4).  W najprostszych  przypadkach,
gdy wzmocnienie jest równe 1, np. z rysunku
12b stosuje  się    cztery  jednakowe  rezystory,
by wyrównać rezystancje obu wejść.

Ciąg dalszy na stronie 32.

śś

Rys. 11

Rys. 12a

Rys. 12b

Rys. 10

Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Elektor w EdW

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

Kwiecień 2002

Aby porządnie przetestować stopień wyjścio−
wy, niezbędny jest zmienny rezystor odpo−
wiedniej mocy. Zamiast nieporęcznych wiel−
kich potencjometrów drutowych lub sieci re−
zystorów mocy z przełącznikiem, można wy−
korzystać rozwiązanie elektroniczne.

Parametry techniczne
Napięcie wejściowe

0...+100V

Prąd wpływający

0...20A

Rezystancja obciążenia

Ω

...>100k

Ω

Maksymalna moc strat

100W

Błąd liniowości

<0,5%

Opisany tu układ ma dwa rodzaje pracy.

Może pracować jako zmienny rezystor obcią−
żenia  albo  jako  regulowane  źródło  prądu
wpływającego. Przy napięciach 0...100V prąd
może  wynosić  0...+20A.  W roli  zmiennego
rezystora,  oporność  można  regulować  w za−
kresie szerszym niż 1...100k

Ω

Uwaga! Układ jest przewidziany do pracy

przy  napięciu  stałym.  Dodanie  prostownika
mostkowego umożliwi pracę przy napięciach
zmiennych  niskiej  częstotliwości.  Przy  sta−
rannym  wykonaniu  i regulacji  można  uzy−
skać błąd liniowości mniejszy niż 0,5%.

Źródło prądowe
i rezystor obciążenia

Rozpatrzmy  najpierw  działanie  układu  jako
źródła  prądu  wpływającego  (przełącznik  S2
w pozycji CC – constant current). Na począ−
tek  pomińmy  działanie  części  urządzenia
z trzema  wzmacniaczami  operacyjnymi
IC1B...IC1C i współpracującymi z nimi ele−
mentami.

Obwód mocy tworzą MOSFET mocy T1

i rezystor R2. Równolegle do nich jest dołą−
czony kondensator elektrolityczny C4, który

Editorial items appearing on pages 26−27 are the copyright property of © Segment B. V. Beek, The Netherlands, 1998, which reserves all rights.

Aktywne obciążenie
Źródło prądowe
z ograniczeniem mocy

Elektor w EdW

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

Kwiecień 2002

filtruje  napięcie  podawane  na  obwód  T1R2
i usuwa  ewentualne  zakłócenia  impulsowe.
MOSFET T1  jest  sterowany  przez  wzmac−
niacz  operacyjny  IC1A.  Jego  zadaniem  jest
utrzymać  na  wejściu  odwracającym,  a tym
samym na rezystorze R2 napięcie takie same,
jak  na  wejściu  nieodwracającym.  A to  jest
z kolei równoznaczne z utrzymaniem na R2
napięcia  z suwaka  10−obrotowego  potencjo−
metru regulacyjnego P1. Tym samym otrzy−
mujemy,  co  chcieliśmy:  prąd  płynący  przez
R2  jest  wprost  proporcjonalny  do  napięcia
z suwaka  P1.  Warunkiem  uzyskania  prądu
o niezmiennej wartości jest stabilne napięcie
na potencjometrze P1. Stabilność gwarantuje
2,5−woltowe  źródło  napięcia  odniesienia
z układem  scalonym  D7.  Dzięki  obecności
rezystora R3, przy otwartym przełączniku S1
daje  to  na  potencjometrze  napięcie  równe
0,779V.  Odpowiada  to  prądowi  około  40A,
więc w praktyce wykorzystane będzie co naj−
wyżej pięć pierwszych obrotów wieloobroto−
wego potencjometru P1. Gdy układ ma pra−
cować  przy  dużym  napięciu  i dużej  mocy,
warto zredukować napięcie na P1 i R2, a tym
samym  maksymalny  prąd  pracy.  To  zadanie
spełnia obwód P2, R12. Przełącznik S1 włą−
czy  go  równolegle  do  P1,  i przy  odpowie−
dnim  ustawieniu  P2  redukuje  napięcie  do
wartości 0,1V. Wtedy zakres regulacji prądu
wynosi 0...5A.

Jeżeli przełącznik S2 jest w pozycji CR

(constant  resistance),  zmienia  się  rola  P1.
Napięcie  na  nim  nie  pochodzi  już  ze  źródła
napięcia odniesienia D7, tylko z wejścia. Ca−
ła  reszta  działa,  jak  opisano  wcześniej,  jed−
nak teraz prąd jest proporcjonalny do napię−
cia wejściowego, a więc układ jest... rezysto−
rem o wartości wyznaczonej przez położenie
suwaka  P1.  Przy  wartości  R4  równej
475k

Ω

można uzyskać rezystancję w zakre−

sie od kilkuset kiloomów do mniej niż 1.

Ogranicznik mocy

Aby układ nie uległ przegrzaniu, na trzech
pozostałych wzmacniaczach operacyjnych
kostki LM348 został zbudowany układ ogra−
nicznika mocy, który nie zawiera kosztowne−
go analogowego układu mnożącego.

Rezystory R10, R11 tworzą dzielnik na−

pięcia wejściowego, który pracuje liniowo do
momentu,  gdy  przy  większych  napięciach
zacznie  przewodzić  dioda  D2.  To  nie  nastę−
puje gwałtownie – charakterystyka diody za−
pewnia  łagodne  przejście.  Ze  wzrostem  na−
pięcia  wejściowego  napięcie  na  diodzie  D2
wzrasta coraz wolniej. IC1C pełni rolę bufo−
ra, a IC1D odwraca kierunek zmian i wzmac−
nia je dziesięciokrotnie. Punkt pracy wzmac−
niacza IC1D jest przesunięty w stronę napięć
dodatnich przez diodę D3 i można go dokła−
dnie ustawić za pomocą potencjometru mon−
tażowego P3.

Komparator IC1B porównuje na koniec

napięcie wyjściowe z inwertera IC1D z na−

pięciem z rezystora R2. Przy osiągnięciu do−
puszczalnej granicy mocy, wzmacniacz
IC1B wyłącza tranzystor T1 przez diodę D4
i jednocześnie wyłącza zieloną kontrolkę D5
i włącza czerwoną D6.

Na marginesie: opisane rozwiązanie za−

pewnia  zgrubną  regulację  ograniczenia
przy  mocy  strat  tranzystora  około  100W.
Właściwości zależą silnie od rozrzutu para−
metrów diod D2, D3 i od temperatury, nie−
mniej układ wystarczająco dobrze pełni ro−
lę  ogranicznika  przy  za  dużych  prądach
i napięciu,  przykładowo  z akumulatora
samochodowego 12V.

Cały układ jest zasilany z własnego, kla−

sycznego zasilacza sieciowego, zbudowanego
z transformatorem  TR1  (15...18V/>50mA),
mostkiem prostowniczym B1 i stabilizatorem
IC2.  C2  filtruje  wyprostowane  napięcie,  C3
odsprzęga  wyjście  i zapobiega  oscylacjom.
Ponieważ  wzmacniacze  operacyjne  pracują
blisko  „dolnego”  napięcia  wejściowego,  ko−
niecznością  jest  zapewnienie  im  ujemnego
napięcia zasilania, o ile nie chce się sięgać po
wzmacniacze  typu  Rail−to−rail.  Aby  to  za−
pewnić wprowadzono diodę D1, która powo−
duje,  że  ujemne  napięcie  zasilające  wzmac−
niacze  leży  około  5V poniżej  „dolnego”  na−
pięcia wejściowego.

Montaż i regulacja

Ponieważ do projektu nie przewidziano płyt−
ki, warto dodać kilka słów objaśnienia. Choć
układ nie wygląda na skomplikowany i moż−
na go zmontować na płytce uniwersalnej, nie
można  go  zmontować  w małej  plastikowej
obudowie. MOSFET w pewnych warunkach
traci  ponad  85W mocy  w postaci  ciepła  i tę
moc trzeba skutecznie rozproszyć do otocze−
nia.  Jak  wskazuje  karta  katalogowa  tranzy−
stora,  zastosowany  radiator  powinien  mieć
rezystancję  termiczną  nie  mniejszą  niż
0,9K/W.  Można  wykorzystać  do  chłodzenia
komputerowy  radiator  dla  mikroprocesora
z wentylatorem. Układ jest przewidziany dla
hobbystów  i do  krótkich  prób  laboratoryj−
nych,  w żadnym  wypadku  do  pracy  ciągłej,
na przykład w testach 24−godzinnych.

Kto chce zastosować dodatkową ochronę

termiczną tranzystora, może wykorzystać
przekaźnik termiczny (zwierający przy
+105

C). Przekaźnik (czujnik) należy przy−

kleić dwustronną taśmą klejącą do tranzysto−
ra, a jego styk powinien po zadziałaniu zwie−
rać nóżkę 3 IC1A do „dolnej” szyny napięcia
wejściowego.

Kto chciałby, stosując wentylator, praco−

wać z jeszcze większymi mocami lub w try−
bie  ciągłym,  może  zastosować  kilka  MO−
SFET−ów  połączonych  równolegle,  np.
BUZ344. Układ będzie pracował bardzo do−
brze z 150...200−watowym darlingtonem mo−
cy, na przykład MJ11016 w obudowie TO−3,
ale  nie  w połączeniu  równoległym  i tylko
przy napięciach wejściowych powyżej 1V.

Także R2 ma swój udział w wydzielaniu

ciepła. Dlatego należy w tej roli zastosować
albo 15−watowy rezystor wlutowany kilka
milimetrów nad płytką, albo 10−watowy re−
zystor w metalowej obudowie, przeznaczony
do współpracy z radiatorem.

Tranzystor, rezystor R2 i kondensator C3

należy umieść blisko siebie na krawędzi płyt−
ki drukowanej, a przewody dołączyć z pomo−
cą wysokoprądowych złącz (AMP). Elemen−
ty T1 i R2 nie powinny być bardzo blisko sie−
bie ze względu na wydzielanie ciepła. Połą−
czenia między tymi elementami należy
wzmocnić grubym drutem.

Elektronika sterująca powinna być umie−

szczona jak najbliżej tranzystora, zwłaszcza
połączenie z wyjścia IC1A do bramki T1 po−
winno być jak najkrótsze.

Niezbędne elementy regulacyjne i gnia−

zda  wejściowe  należy  umieścić  na  płycie
czołowej obudowy i dołączyć przewodami –
prowadzenie ścieżek nie jest tu zalecane. Dla
obwodów  wejściowych,  gdzie  będą  płynąć
prądy  do  20A należy  przewidzieć  odpowie−
dnie  zaciski,  złącza  i przewody.  Pozostałe
połączenia  niskoprądowe  można  wykonać
klasycznie, za pomocą cienkiego drutu. Zasi−
lacz  można  umieścić  skromnie  w narożniku
obudowy. Napięcie sieci można doprowadzić
przez  standardowe  gniazdo  sieciowe,  wypo−
sażone  w bezpiecznik  i wyłącznik  zasilania,
dzięki  czemu  oszczędzi  się  wyłącznika  na
płycie czołowej. Na pewno nie zaszkodzi ta−
kie oddzielenie „cienkiego” okablowania od
obwodów  sieci  i od  obwodów  prądowych
wejścia.

Po kolejnym sprawdzeniu poprawności

montażu, wbudowaniu w obudowę i zamoco−
waniu  radiatora  (oddzielonego  galwanicznie
od tranzystora, można włączyć napięcie sie−
ci. Jeśli nie pojawią się kłęby dymu i nic nie
wybuchnie,  należy  sprawdzić  napięcia  zasi−
lające i napięcie odniesienia na D9. Dopiero
wtedy (po wyłączeniu zasilania) należy wło−
żyć do podstawki kostkę LM348 i po ponow−
nym  włączeniu  zasilania  przeprowadzić  re−
gulację.

Na zaciski wejściowe należy podać napię−

cie 10V. Napięcie na nóżkach 12 i 13 należy
wyrównać  za  pomocą  P3.  Napięcie  na  wyj−
ściu  IC1D powinno  być  większe  niż  0,95V,
a ograniczenie  prądu  powinno  następować
przy 10 amperach. Aby tak było, należy z po−
mocą  P4  ustawić  na  nóżce  5  IC1B napięcie
równe 200mV. To będzie odpowiadać prądo−
wi 10A przy napięciu 10A, czyli mocy 100W.
Przy okazji wyjdzie na jaw, że właściwe usta−
wienie P3 i P4 przypomina trochę grę zręcz−
nościową  i wymaga  cierpliwości.  Regulacja
P2 została opisana wcześniej.

I to byłoby wszystko. Pozostanie tylko

przykręcić pokrywę obudowy i przyrząd go−
towy do pracy odstawić na półkę.

Peter Hirschbrich

Podstawy

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

Kwiecień 2002

Układy elektroniczne, a zwłaszcza mikrosko−
pijnej wielkości struktury układów scalonych
łatwo mogą zostać uszkodzone przez duże na−
pięcia i prądy, występujące podczas rozłado−
wania  ładunków  elektrostatycznych  (ESD  −
electrostatic  discharge).  Ładunki  statyczne
powstają wskutek tak zwanego efektu trybo−
elektrycznego. Przykładowo, chodząc po dy−
wanie lub wykładzinie ze sztucznego włókna,
czy nawet posługując się najzwyklejszymi to−
rebkami  z polietylenu  możemy  naładować
swoje ciało czy dotykane przedmioty do wy−
sokiego  napięcia  rzędu  kilkuset  woltów  lub
nawet  kilkunastu  tysięcy  woltów.  Z punktu
widzenia  elektryczności  chodzi  tu  o nałado−
wanie  pojemności  i zgromadzenie  w niej
energii. Choć wchodzące tu w grę pojemności
są stosunkowo małe, ze względu na duże na−
pięcie,  zmagazynowana  ilość  energii  jest
znaczna.  Energia  ta  może  bardzo  łatwo  do−
prowadzić  do  nienaprawialnego  uszkodzenia
struktury  półprzewodnika.  Potężny  impuls
prądu  rozładowania  może  po  prostu  stopić
połączenie, natomiast wysokie napięcie może
nieodwracalnie przebić złącze lub dielektryk.

Większości elektroników problem ładun−

ków statycznych kojarzy się z uszkodzeniami
układów  CMOS i małych tranzystorów MO−
SFET.  Problem  dotyczy  także  całych  modu−
łów,  na  przykład  kart  i pamięci    komputero−
wych. Mniej brana pod uwagę jest możliwość
stopniowej degradacji parametrów, prowadzą−
ca w końcu do uszkodzenia, dotycząca wszel−
kich  delikatnych  układów  analogowych,
w tym  także  bipolarnych.  Nieprzypadkowo
producenci  układów  analogowych,  na  przy−
kład wzmacniaczy operacyjnych, umieszczają
na opakowaniach i w specyfikacjach stosowne
ostrzeżenia  oraz  zalecenia  przechowywania
i montażu, dotyczące układów bipolarnych.

Konstruktorzy współczesnych układów

scalonych  włożyli  wiele  trudu,  by  zmniej−
szyć ich podatność na uszkodzenie. Na przy−
kład we wszystkich układach CMOS na wej−
ściach są umieszczone obwody zabezpiecza−
jące.  Jednak  umieszczenie  skutecznych  ob−
wodów  ochronnych  na  wejściach  układów

analogowych, na przykład ultraprecyzyjnych
wzmacniaczy  operacyjnych  mijałoby  się
z celem, ponieważ każdy taki obwód pogar−
sza  w jakiś  sposób  właściwości  układu.  Ale
nawet układy scalone z zabezpieczeniami nie
są całkowicie bezpieczne. W wyjątkowo nie−
sprzyjających  warunkach  rozładowanie  ła−
dunków statycznych może uszkodzić niemal
każdy układ scalony, który przecież zawiera
delikatne struktury mikroskopijnej wielkości.

Choć dla wielu elektroników temat wyda−

je  się  bardzo  tajemniczy,  ogólna  zasada  jest
oczywista: naładowana do wysokiego napię−
cia pojemność rozładowuje się po zaistnieniu
sprzyjających  okoliczności  przez  końcówkę
układu scalonego. Prąd zawsze płynie w za−
mkniętym  obwodzie.  Ilustruje  to  w upro−
szczeniu rysunek 1.

W praktyce jest wiele

różnych

możliwości

i trudno byłoby je wszyst−
kie

wymienić. Jedną

z częściej występujących
sytuacji  jest  rozładowa−
nie  pojemności  ciała
ludzkiego przez końców−
kę  układu  scalonego.  Generalnie  nie  chodzi
o sam moment dotknięcia do końcówki, tylko
o powstanie sytuacji umożliwiającej przepływ
prądu w zamkniętym obwodzie przez strukturę
i przez ewentualne obwody zabezpieczające.

Na przykład po dotknięciu palcami przez

osobę „naładowaną” (względem ziemi) kilku
wyprowadzeń  układu  scalonego  zwykle  nie
dzieje  się  jeszcze  nic  strasznego.  Maleńka
pojemność  tych  końcówek  i całego  układu
scalonego  szybko  ładuje  się  do  napięcia,  do
którego naładowana jest osoba. Problem po−
jawia  się  w chwilę  później,  przy  wkładaniu
kostki  do  podstawki.  Przypuśćmy,  że  naj−
pierw kontakt z podstawką mają  końcówki,
które  nie  są  dotknięte  palcami.  I właśnie
w tym krótkim ułamku sekundy może popły−
nąć duży prąd rozładowania pojemności cia−
ła  przez  palce,  dotknięte  końcówki  i dalej
przez  wewnętrzne  struktury  układu,  do  in−
nych końcówek, do podstawki i do masy.

Oczywiście w praktyce zazwyczaj sytua−

cja  nie  jest  aż  tak  jasna,  obwód  „masy”  nie
jest jednoznacznie określony (zwykle chodzi
o uziemienie),  niemniej  prąd  zawsze  płynie
w zamkniętym obwodzie, być może przez ja−
kieś dodatkowe pojemności. Generalnie moż−
na tu mówić najpierw o ładowaniu pojemno−
ści, a potem o jej rozładowaniu przez element.
Prąd  przepływa  pomiędzy  końcówkami  ele−
mentu  półprzewodnikowego  przez  strukturę.
Ten  sam  prąd  rozładowania  płynie  też  przez
inne obwody, np. rezystancję ciała itp. Na do−
kładniejszym  schemacie  zastępczym  należa−
łoby  więc  uwzględnić  występujące  dodatko−
we  rezystancje  i indukcyjności.  Ilustruje  to
rysunek 2 − w pozycji A przełącznika S po−
jemność  C  jest  ładowana  do  wysokiego  na−
pięcia.  Potem,  po  przełączeniu  S do  pozycji
B, pojemność rozładowuje się przez rezystan−
cję  R,  indukcyjność  L i przez  strukturę  pół−
przewodnikową narażanego elementu.

Aby w powtarzalny sposób określić od−

porność  układów  na  uszkodzenia,  wprowa−
dzono standardowe sposoby i warunki pomia−
ru właśnie według rysunku 2. Już w późnych
latach  60.  na  potrzeby  armii  amerykańskiej
wprowadzono tzw. Human Body Model, czy−
li  model  ludzkiego  ciała.  Kondensator  o po−
jemności 100pF jest ładowany do wysokiego
napięcia (zwykle 400V ... 2kV) i potem rozła−
dowywany  przez  rezystor  i badany  element.
Schemat HBM z wartościami według amery−
kańskiej  normy  (MIL−STD−883)  pokazany
jest  na  rysunku  3a,  a kształt  wyjściowego
impulsu prądowego na rysunku 3b. W zależ−
ności  od  napięcia,  przy  którym  badany  ele−
ment nie ulega uszkodzeniu, określa się klasy

czyli

łł

Rys. 1

Rys. 2

i oznaczenia, ewentualnie podaje się napięcie
próby,  w zakresie  kilkuset  woltów  do  kilku
kilowoltów.  Tylko  zupełnie  niezorientowani,
natrafiwszy  w katalogu  na  wzmiankę  typu:
ESD − 2kV sądzą, że element wytrzyma bez
uszkodzenia dowolny impuls o napięciu 2kV.
Tymczasem dotyczy to zwykle sytuacji z ry−
sunku  3a,  gdzie  prąd  jest  relatywnie  mały.
Trzeba  wiedzieć,  że  model  HBM  odwzoro−
wuje przeciętne, inaczej średnie warunki spo−
tykane  w praktyce.  Dość  duża  rezystancja
ograniczająca prąd, brak indukcyjności, stwa−
rzają  stosunkowo  łagodne  warunki  testu,  co
słabo  odzwierciedla  sytuacje  skrajne  wystę−
pujące  w rzeczywistych  warunkach.  Aby
sprawdzać  odporność  dla  takich  skrajnych
przypadków  wprowadzono  w 1976  nowy
model,  nazwany  MM  (machine  model).  Ma
on związek z sytuacjami występującymi pod−
czas automatycznych testów układów scalo−
nych  za  pomocą  maszyn−automatów,  ale
odzwierciedla też skrajne przypadki związa−
ne z dotknięciem przez człowieka. W mode−
lu  MM  rezystancję  ograniczającą  prąd
zmniejszono  do  zera,  a za  to  wprowadzono
indukcyjność,  przez  co  impuls  prądowy  ma
charakter  tłumionych  oscylacji  sinusoidal−
nych.  Schemat  MM  i kształt  impulsu  testo−
wego są pokazane na rysunku 4. Jak widać,
testy z pomocą modelu MM stawiają badane−
mu elementowi dużo wyższe wymagania, niż
przy modelu HBM.

W pewnym uproszczeniu można powie−

dzieć, że modele HBM i MM dotyczą spraw−
dzania  odporności  układu  scalonego  na
uszkodzenie na drodze między końcówkami
wejściowymi,  a masą.  Niewiele  mają  nato−
miast wspólnego z samym dotknięciem przez
człowieka do końcówek. Tymczasem nie tyl−
ko  amatorzy  intuicyjnie  czują,  że  już  samo
dotknięcie  końcówek,  bez  żadnego  połącze−
nia  z masą,  niesie  pewne  zagrożenie.  W ta−
kim  intuicyjnym  podejściu  jest  sporo  praw−
dy.  W tym  wypadku  jednak  nie  chodzi
o przepływ  prądu  przez struktury  scalone,
tylko  przepływ  prądu  związany  z ładowa−
niem się pojemności struktury scalonej. Cho−
dzi  o pojemność  struktury  względem  masy
(ziemi), która nie jest stała i wynosi zwykle
1...20pF. Rysunek  5 ilustruje  ładowanie  tej
pojemności,  oznaczonej  Cs.  W chwili  do−
tknięcia  dowolnej  końcówki  przez  „nałado−

wanego”  człowieka,  w krótkim  ułamku  se−
kundy  popłynie  prąd  i zostanie  naładowana
maleńka  pojemność  Cs  (zamiast  źródła  na−
pięcia HV można byłoby też narysować po−
jemność  ciała  ludzkiego,  która  jest  znacznie
większa niż pojemność elementu Cs).

Uwzględniając takie zagrożenie, związa−

ne z ładowaniem pojemności elementu
względem ziemi, opracowano kolejny model,
zwany CDM (charged device model). Rysu−
nek 6 ilustruje sposób przeprowadzania po−
miarów i uzyskiwany impuls prądu.

Należy mieć świadomość, że omówione

modele i prowadzone przy ich pomocy ściśle
określone normami testy stosowane są głów−
nie względem elementów o specjalnym prze−
znaczeniu  (wojskowe,  lotnicze,  kosmiczne,
ewentualnie  medyczne).  Elementom  po−
wszechnego  użytku  poświęca  się  znacznie
mniej uwagi. Często w podstawowych kata−
logach  nie  ma  żadnej  informacji  dotyczącej
ESD,  ewentualnie  występuje  tylko  krótka
wzmianka lub zalecenie ostrożności.

Warto jeszcze zwrócić uwagę, jakie para−

metry mają impulsy testowe oraz te występu−
jące  w realnych  warunkach.  I właśnie  takie
króciutkie impulsy potrafią w ułamku sekun−
dy zniszczyć kosztowny układ scalony. Przy−
kładowo  w metodzie  HBM  ze  względu  na
dużą  wartość  rezystancji  impuls  prądu  jest
stosunkowo niewielki, zwykle nie przekracza
1A, a czas trwania jest rzędu dziesiątych czę−
ści  mikrosekundy.  Przy  modelu  MM  nawet
przy napięciu 400V szczytowy prąd przekra−
cza 5A, czas narastania pierwszego impulsu
prądowego  wynosi  typowo  14ns,  a gasnące
drgania mają częstotliwość 10...15MHz. Przy
metodzie CDM (400V) impuls prądu ma na−
wet ponad 2 ampery, a jego czas trwania wy−
nosi tylko około 2 nanosekund.

Ponieważ

uszkodzeń

wynikających

z ESD  nie  można  naprawić  ani  skompenso−
wać, jedynym ratunkiem jest ZAPOBIEGA−
NIE.  Praktyka  pokazuje,  że  uszkodzenia
związane  z ESD  nie  są  częste,  co  po  części
wynika  z zastosowania  obwodów  ochron−
nych,  a po  części  z przypadkowo  sprzyjają−
cych warunków przechowywania i montażu.
Ośmiela to amatorów do zupełnego lekcewa−
żenia niebezpieczeństwa. O ile zdarzające się
sporadycznie  przypadki  uszkodzenia  ukła−
dów logicznych CMOS (raz na kilkadziesiąt
kostek)  można  pominąć  choćby  ze  względu
na cenę traconych układów, o tyle nie należy
lekceważyć  szkodliwego  wpływu  ESD  na
precyzyjne układy analogowe. Kolejne rozła−
dowania  nie  uszkodzą  układu  całkowicie,
tylko  na  przykład  zwiększą  prądy  upływu
czy obniżą precyzję poniżej granicy podanej
w katalogu.  Powinni  o tym  pamiętać  zwła−
szcza  konstruktorzy,  bowiem  o takie  trudne
do uchwycenia przypadki najłatwiej właśnie
podczas  eksperymentów  i budowania  proto−
typów.

Aby radykalnie zmniejszyć prawdopodo−

bieństwo uszkodzenia podczas pracy warto:
− uziemić grot lutownicy,
− pracować na metalowym, uziemionym bla−

cie stołu

− przechowywać delikatne układy w antysta−

tycznych szynach, torebkach lub wetknięte
w czarną gąbkę

− nie nosić ubrań z tworzyw sztucznych (np.

z polaru)

Przy pracy z najdelikatniejszymi i ko−

sztownymi układami analogowymi i cyfro−
wymi warto też uziemić nie tylko lutownicę,
masy i obudowy przyrządów pomiarowych,
ale i własne ciało oraz zwiększyć wilgotność
powietrza, np. z rozpylając w pomieszczeniu
trochę wody.

Piotr Górecki

Podstawy

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

Kwiecień 2002

Rys. 3

Rys. 6

Rys. 4

Rys. 5

Konkurs

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

Kwiecień 2002

W EdW 9/2001 na stronie 32 ogłoszony został konkurs na urządzenie, wykorzystu−
jące  ruchome  diody  LED  do  tworzenia  napisów,  wzorów  i deseni.  Bezpośrednią
przyczyną  były  listy  i e−maile  nadsyłane  do  Redakcji  po  opublikowaniu  w EdW
7/2001  krótkiego  artykułu,  przedruku  z Elektora,  gdzie  przedstawiono  koncepcję
ruchomego wyświetlacza z siedmioma diodami LED.

Zadanie konkursowe było trudne, niemniej ponad dwadzieścia osób nadesłało

swoje prace. Oprócz prac teoretycznych, do Redakcji napłynęło 7 modeli i fotogra−
fie ósmego.

Bardzo interesujący, największy i najstaranniej wykonany model wykonał Grze−

gorz Bywalec z Oświęcimia. Model ten pokazany jest na fotografii 1. W załączo−
nym  liście  można  przeczytać  między  innymi:  Urządzenie  można  zastosować  jako
ciekawą ozdobę wystawy sklepowej, choć jedna z osób poproszona o krótką recenzję
stwierdziła  że  jest  to:  'Wizualizator  zawartości  pamięci  EPROM  typu  2716  lub
2732'.  (...)  Uzyskanie  ruchu  np.  wahadłowego,  aczkolwiek  możliwe,  'pachniało'
skomplikowaną  mechaniką  i/lub  dodatkową  komplikacją  układu  sterującego.  Jeśli
decydujemy się na to, że nasz wyświetlacz będzie wirował należało by się zastano−
wić, czy wyświetlacz ma tworzyć płaszczyznę prostopadłą do osi silnika czy też po−
winien być umieszczony równolegle do osi silnika zakreślając w przestrzeni boczną
powierzchnię walca. Zdecydowałem się na to drugie rozwiązanie. (...) Do krawędzi
głównej płytki przytwierdzona została mniejsza płytka na której umieszczonych jest
osiem  diod  oraz  dwa  transoptory  szczelinowe.  Tak  umieszczone  diody  zakreślają
w przestrzeni  okręgi  tworzące  powierzchnię  walca.  Teraz  sterując  diodami  można
uzyskać na wyświetlaczu przeróżne esy−floresy. Moim zamierzeniem było docelowo
wyświetlać napis, przesuwający się po powierzchni walca. (...) Aby zapewnić akcep−
towalną jakość tworzonego wzoru trzeba stosować prędkość obrotową minimum 500
obrotów  na  minutę  co  odpowiada  'częstotliwości  odświeżania' około  8Hz.  Wbrew
pozorom, tak mała prędkość obrotowa zapewnia już całkiem dobre warunki do wy−
świetlania napisu. Apeluję do ewentualnych naśladowców, aby ich konstrukcje były
wytrzymałe, solidne i przemyślane. Mimo małej prędkości obrotowej przy konstruk−
cji takiego układu natrafimy na rzadko spotykany w układach elektronicznych pro−
blem – nasz układ musimy chociaż zgrubnie wyważyć (chyba że przemieszczanie się
urządzenia w trakcie pracy uznamy za atrakcyjne urozmaicenie). Ja w tym celu na
krawędzi płytki głównej umieściłem szereg otworów w których mocowane będą śru−
by M4. Proces wyważania najłatwiej przeprowadzić po zamontowaniu elektroniki na
osi  silnika  i takim  ułożeniu  urządzenia,  aby  oś  obrotu  była  usytuowana  poziomo.
Umieszczając masy wyważające (po ludzku – śruby i nakrętki) należy się kierować
rozkładem układów na powierzchni płytki – śruby powinny równoważyć masę ukła−
dów, a nie po prostu je przeważać. Wyważenie można skontrolować wprawiając płyt−
kę w ruch. (...) Sugeruję, aby silnik zamocować w taki sposób, by wirująca płytka
znajdowała się jak w osi obrotu – zapewni to najmniejsze możliwe momenty sił. Kon−
struując urządzenie należy zwrócić uwagę na położenie transoptorów, gdyż musimy
jakoś  zamocować tarczę pozycyjną oraz coś, co wyznaczy punkt początkowy. Na tar−
czy kodowej jeden z segmentów jest szerszy niż pozostałe. (...) Wurządzeniu nie moż−
na uzyskiwać dużych jasności poprzez forsowanie diod LED dużymi prądami. Nale−
ży zauważyć że diody w krańcowych przypadkach mogą pracować non−stop. Wyma−
ga to bezwzględnego ograniczenia prądu pracy do zakresu nominalnego (wynoszą−
cego  typowo  20mA,  choć  zdarzają  się  wyjątki).  Uzyskanie  dużej  jasności  możliwe
jest w zasadzie tylko poprzez zastosowanie wysokosprawnych diod. Wprototypie za−
stosowałem  czerwone  diody  zaopatrzone  w soczewkę  dyfuzyjną  o wydajności  700
mcd (...) Docelowy układ powinien być wyposażony w coś na kształt ISP – proces
programowania powinien być możliwy do przeprowadzenia w czasie pracy urządze−
nia bez konieczności rozbierania go i reprogramowania układu. Dodatkowo można
by pomyśleć o modyfikacji struktury wyświetlacza – stosując kilka kolumn diod roz−
mieszczonych w różnej odległości od osi obrotu można by uzyskać prymitywny wy−
świetlacz  trójwymiarowy.  Innym  możliwym  rozwiązaniem  jest  wykorzystanie,  jako
elementów wyświetlających,  laserów i rzutowanie ich światła na jakąś powierzch−
nię za pośrednictwem wirującego lusterka. (...)

Podczas transportu przezroczysta tarcza z folii została pogięta i trzeba było nie−

co podnieść wyświetlacz z transoptorami wymieniając podkładki dystansowe. Nie
sprawiło to jednak wielkiego kłopotu dzięki bardzo starannemu wykonaniu mode−
lu. Autor wykorzystał pamięć EPROM i klasyczne układy scalone CMOS.

Inni uczestnicy również zaproponowali bardzo interesujące rozwiązania.
Radosław Koppel z Gliwic wykonał na procesorze Atmel AVR „Magiczną różdż−

kę”, pokazaną na fotografii 2. Projekt został skierowany do publikacji.

Andrzej Sadowski−Skwarczewski ze Skarżyska−Kamiennej wykonał mikro−

procesorowy zegar z ośmioma diodami LED, a do synchronizacji wykorzystał fo−
totranzystor. Niestety, model dotarł kompletnie uszkodzony mechanicznie, co poka−
zuje fotografia 3.

Dwa interesujące modele nadesłał niezawodny Marcin Wiązania. Świetlna

pałka, pokazana na fotografii 4, zawiera sześć dwukolorowych diod. Istotnym
mankamentem modelu okazało się to, że podczas machania pałką trzeba cały czas
przyciskać jeden z przycisków. Przy małej prędkości ruchu obraz jest wąski, a szyb−
ki i energiczny ruch doprowadził szybko do uszkodzenia delikatnego microswitcha
z długą ośką.

Mikroprocesorowy zegar, pokazany na fotografii 5 ma dwa tryby pracy: analo−

gowy – jak klasyczny zegar wskazówkowy z sekundnikiem oraz cyfrowy. Co cie−
kawe, ten ruchomy zegar z odbiornikiem IRED jest ustawiany zdalnie za pomocą
dowolnego pilota RC−5. Jest to bardzo dobry pomysł, ponieważ nieruchomy zegar
nie pokazuje czasu i trudno byłoby go ustawić „na ślepo”. Model po dołączeniu za−
silania nie działał. Przyczyną okazał się brak połączenia między chromowaną ośką
silnika, a płytką z mikroprocesorem. Po usunięciu kleju i poprawieniu usterki zegar
zaczął pracować, jednak jego działanie nadal było niepewne, najprawdopodobniej
ze względu na przerwy w obwodzie między obudową silnika, a wirnikiem i jego
osią oraz brak skutecznej synchronizacji.

Oba zaprezentowane modele są bardzo interesujące, niemniej wymagają dopra−

cowania.

Widmowy wyświetlacz

Obrotowy wyświetlacz z mikroprocesorem wykonał również Wojciech Jóźków

z Ciepielowic. Model pokazany jest na fotografii 6. W liście napisał między inny−
mi: Budowę wyświetlacza widmowego rozpocząłem już w sierpniu, ponieważ pomysł
zaprezentowany w lipcu bardzo mnie zainteresował. Napięcie próbowałem przeka−
zać do każdej diody z osobna, tzn. mikroprocesor był umieszczony na podstawie, a na
części obrotowej było 5 diod. Niedługo później uznałem, że rozwijanie tego projektu
nie ma sensu, ze względu na trudności w wykonaniu aż 6 ślizgaczy i niestabilność
wirnika. (...) Dopiero około 15 października udało mi się zabrać do dalszej pracy.
Tym razem, mądrzejszy o poprzednie doświadczenia, uznałem, że procesor powinien
znajdować się na wirniku, razem z diodami LED. Zmniejszyło to liczbę ślizgaczy do
2. Okazało się, że przekazanie napięcia wcale nie jest aż tak trudne. Zrobiłem płyt−
kę z koncentrycznie ułożonymi dwoma okręgami – zewnętrzny to masa, a wewnętrz−
ny +5V. Ślizgacz bliżej osi obrotu jest zrobiony z kawałka sprężynki, a drugi ślizgacz
pochodzi z demontażu pozytywki z kartki urodzinowej. Znacznie większym proble−
mem było wyważenie wirnika (niestety nie udało mi się to zbyt dobrze). Na wirniku
umieściłem tylko 5 diod, ze względu na deformację liter w ruchu obrotowym. (...) Sil−
nik wykręciłem ze starego napędu CD, ale nie ten który obraca płytę, lecz ten odpo−
wiedzialny za wysuwanie szufladki. Kontaktron i magnes zapewniły synchronizację.
Teraz wystarczyło napisać jakiś sensowny program i wyświetlacz gotowy! Pierwszy
program jaki napisałem wyświetlał nieruchomą linię. Program ewoluował, aż do
osiągnięcia ruchomego napisu.

Mikroprocesorową świetlną pałkę, pokazaną na fotografii 7 nadesłał Łukasz

Nowak z Krosinka. Model dotarł do Redakcji dość wcześnie, i nie sposób dociec,
czy Autor chciał przedstawić ją jako projekt, czy jest to praca konkursowa. Osta−
tecznie zakwalifikowano ją do konkursu.

Łukasz Miłobędzki z Siedlec nadesłał zdjęcia wykonanego modelu, niestety

niezbyt dobrej jakości – patrz fotografie 8 i 9. W liście napisał: (...) Zawsze chcia−
łem zrobić wyświetlacz napisów, ale nigdy nie przypuszczałem, że użyję do tego tyl−
ko 8 diod. (...) udało mi się zbudować tylko część mechaniczną z doprowadzeniem
zasilania do diod. Aby przetestować urządzenie bez projektowania elektroniki diody
podłączyłem poprzez tranzystory do portu LPT komputera. Pierwszym programem
sterującym  był  Wasz  sterownik  girlandy.  Jednak  szybko  okazało  się,  że  minimalny
czas – jedna milisekunda – jest zbyt długi. Napisałem program w Pascalu, który za−
mieszczam w liście. (...) Wliście zamieściłem też inny program do generowania zna−
ków, który korzysta z pliku zawierającego definicję liter i innych znaków. Program
ten umożliwia dorysowanie kolejnych nietypowych znaków symboli. (...) Do osi  sil−
nika przymocowałem plastikową rurkę, na której umieściłem dziewięć metalowych
pierścionków o długości 5mm. Przerwa między nimi wynosi ok. 2mm, gdzie wywier−
ciłem  otwory  na  przewody  doprowadzające  napięcie  zasilania  z pierścionków  do
diod. Przewody wykonałem z cienkiego drutu nawojowego – dzięki temu zmieści−
ły  się  wewnątrz  rurki.  Natomiast  sprężynki  wyjęte  z dyskietek  komputerowych
doprowadzają sygnał do pierścionków. Druga rurka z diodami tworzy z osią silnika
literę T. Napis jest generowany po pełnym obwodzie koła. Wmoim urządzeniu nie
ma  żadnej  synchronizacji.  Zamiast  niej  zrobiłem  synchronizację  programową  −
generowany napis jest zawsze tej samej długości, czyli czas wyświetlania jest zawsze
taki sam. Obroty silnika są tak dobrane, aby napis przesuwał się w lewo.  Przy takim
rozwiązaniu jest ważne, aby silnik trzymał stabilne obroty. (...)

Ciekawymi przemyśleniami podzielił się

Sławomir Sitek ze Zduńskiej Woli. Na wirują−
cym pręcie chciałby umieścić nie tylko szereg
diod LED. Jak pokazuje rysunek obok, na jed−
nej  połowie  pręta umieszczone  byłyby  diody
LED, na drugiej fotoelementy. Pozwoliłoby to
stworzyć tarczę dla strzelnicy świetlnej (lasero−
wej). Wirujące diody LED tworzyłyby okrągłą
tarczę,  fotoelementy  wykrywałyby  „trafienie”
wiązką lasera. Według pomysłodawcy program
sterujący  od  razu  mógłby  pokazywać  miejsce
trafienia,  przestrzelinę,  czy  to  przez  wygasze−
nie tarczy w tym miejscu, czy zaświecenie drugiej struktury dwukolorowej diody
LED.  Pomysł  jest  bardzo  ciekawy,  a gdyby  go  ktoś  z powodzeniem  zrealizował,
śmiało może liczyć na publikację projektu w EdW.

Kilka osób chciałoby wykorzystać wentylatorek komputerowy z czujnikiem

obrotów. Sygnał z czujnika dobrze nadawałby się do synchronizacji urządzenia,
a szanse na realizację takiej koncepcji zależą od masy zamocowanej na wirniku i od
mocy silniczka. Umieszczenie na delikatnym wentylatorku płytki z elektroniką mo−
że się nie udać, natomiast interesująca jest propozycja Tomasza Gajdy z Wrząsa−
wy. Oto fragment listu: Chciałbym przedstawić propozycję wyświetlacza opartego
na diodzie laserowej sterowanej przez mikroprocesor. Efektem miała być godzina
nakreślana przez wiązkę lasera na ścianie w pokoju, budynku mieszkalnym. Urzą−
dzenie składałoby się z trzech części: silniczka, lasera, elektroniki sterującej. Jako
silniczek najlepiej zastosować wentylator z synchronizacją obrotów. Na obwodzie
wirującej części należy umieścić dziewięć malutkich zwierciadełek, przy czym każ−
de następne musi być nachylone do osi obrotu o ten sam niewielki kąt! Wwyniku
takiego zabiegu, kiedy skierujemy wiązkę laserową na wirujące zwierciadła (nieko−
niecznie z dużą prędkością ) otrzymamy dziewięć linii nakreślanych na ścianie
w równej odległości od siebie. Dalej to tuż niewielki krok od zbudowania zegara
z „widmowym wyświetlaczem”.

Pomysł jest godny uwagi,

choć cienkie linie lasera dadzą
„chudy”  obraz.  Największą
trudnością  może  się  okazać
przyklejenie  dziewięciu  luster
do  zewnętrznego  pierścienia
wirnika  wentylatora  bo  każde
lustro musi być pochylone pod
innym kątem do osi silnika.

Podsumowanie

Choć wszystkie nadesłane mo−
dele  są  godne  uwagi,  wszyst−
kie  wykazują  pewne  wady.
Najbliższy nagrody był zdecy−
dowanie  Grzegorz  Bywalec
z Oświęcimia,  który  nadesłał
starannie  wykonany  wizuali−
zator

zawartości

pamięci

EPROM. Redakcyjna komisja
oceniająca nadesłane prace by−
ła jednak zgodna w opinii, że
bardzo cenna główna nagroda,
jaką jest zestaw uruchomienio−
wy mikroprocesorów PIC (Mi−
crochip Development Systems), nie zostanie przyznana.

Nagrody i upominki ufundowane przez AVT otrzymają: Grzegorz Bywalec,

Radosław Koppel, Andrzej Sadowski−Skwarczewski, Marcin Wiązania, Woj−
ciech Jóźków, Łukasz Nowak, Łukasz Miłobędzki, Sławomir Sitek i Tomasz
Gajda.

Choć zaprezentowane prace nie pozbawione były błędów, niemniej wyniki kon−

kursu okazały się interesujące, a nadchodzące listy świadczą o niesłabnącym zain−
teresowaniu tematem, Redakcja EdW wkrótce powróci do tego zagadnienia. Już te−
raz informujemy, że możemy wesprzeć osoby, które zrealizują kolejne układy tego
typu: możemy nieodpłatnie wykonać płytki drukowane na podstawie plików z pro−
gramów Autotrax, TraxMaker (CircuitMaker) lub Protel.

Planujemy też ogłoszenie kolejnego konkursu.
Na naszej stronie internetowej można znaleźć oryginalne opisy prac większości

wymienionych Autorów.

(red)

Konkurs

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

Kwiecień 2002

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

Kwiecień 2002

Temat zadania, zaproponowany przez Danie−
la Loretza z Warszawy, zrodził się z jak naj−
bardziej  praktycznej  potrzeby.  Chodzi
o układ automatycznego włączania mikrofo−
nu.  W pewnego  rodzaju  systemach  nagło−
śnieniowych  udziela  się  głosu  osobom  sie−
dzącym na audytorium. Zamiast podawać im
do  ręki  klasyczny  mikrofon  z kablem  albo
mikrofon bezprzewodowy, wyznaczona oso−
ba obsługuje specjalnie zbudowany mikrofon
(z przewodem).  Ten  specjalny  mikrofon  to
rodzaj tyczki o długości ponad 1,2m, wyko−
nywany  z surowych  kijków  narciarskich.
Osoba  wypowiadająca  się  nie  bierze  mikro−
fonu  do  ręki  −  obsługujący  zbliża  po  prostu
przetwornik do jej ust na odległość kilku, co
najwyżej kilkunastu centymetrów. Przetwor−
nikiem  jest  maleńki  mikrofon  elektretowy,
umieszczony na cienkim końcu tyczki, nato−
miast z drugiej strony, w rączce, umieszczo−
ny jest układ elektroniczny. Ta rączka jest du−
żo  grubsza  od  kijka  −  wykonana  jest  z rurki
aluminiowej  o średnicy  wewnętrznej  31mm
i długości około 200mm, jest więc dużo miej−
sca na ewentualną elektronikę.

W systemie nagłośnieniowym pracuje kil−

ka  takich  mikrofonów  i co  ważne,  są  one
podłączone  do  jednego  wejścia,  w pewnym
sensie  równolegle.  Każdy  z mikrofonów  ma
wewnętrzny  wzmacniacz.  Układy  elektro−

niczne mikrofonów (lokalne wzmacniacze)
zasilane są przez trzyżyłowy kabel z systemu
nagłośnieniowego (przez przerobione wejścia
liniowe). Jedna z żył kabla zapewnia napięcie
zasilające 9...12VDC, druga to przewód sy−
gnałowy, trzecia to masa (ekran kabla).

Aby uniknąć hałasu i zakłóceń, a przy tym

zapewnić sprawną obsługę tych kilku mikrofo−
nów podłączonych do jednego wejścia, zasto−
sowano w nich zwykłe przyciski. Osoba obsłu−
gująca naciskała przycisk, czym dołączała da−
ny mikrofon do wejścia. Taki system przez la−
ta zdawał egzamin, ale w praktyce okazało się,
iż najsłabszym punktem są przyciski − w tej ro−
li wykorzystywane były popularne, małe przy−
ciski, niezbyt trafnie nazywane „microswitch”.

Oczywiście najprostszym rozwiązaniem

byłoby  zastosowanie  lepszej  jakości  przyci−
sku, ale nie w tym rzecz. Jeśli już taki mikro−
fon ma być modernizowany, niech włącza się
automatycznie, bez naciskania na guzik. Ogól−
na idea jest prosta: mikrofon powinien zostać
włączony  po  przechyleniu  tyczki  z pozycji
pionowej,  w jakiej  jest  w stanie  spoczynku,
do  pozycji  w przybliżeniu  poziomej,  w ja−
kiej znajdzie się w czasie wypowiedzi.

I tu doszliśmy do tematu zadania:

Zaprojektować układ automatycznego

wyłącznika reagującego na przechylenie
o kąt około 90

Najbardziej interesowałyby mnie, a tym

bardziej pomysłodawcę zadania, rozwiązania

przeznaczone właśnie do opisanego pokrótce
mikrofonu. Pamiętajcie, że w rączce jest du−
żo miejsca − jest to rura o średnicy wewnętrz−
nej 31mm i długości aż 200mm.

Celowo nie podaję żadnych schematów

istniejącego wzmacniacza z przyciskiem, że−
by nie sugerować sposobu rozwiązania.

Czy przycisk należy po prostu zastąpić

elementem lub układem, uaktywniającym się
po zmianie położenia? A może zastąpić styk
przycisku kluczem CMOS, np. z kostki 4066?

Najważniejszym problemem do rozwią−

zania jest oczywiście nie kwestia styku, tyl−
ko rodzaj czujnika, reagującego na zmianę
położenia.

Czy trzeba stosować opisywany w EdW

czujnik  rodziny  ADXL?  A może  wystarczy
jakiś  prosty  układ  mechaniczny?  Czy  warto
zastanawiać  się  nad  czujnikiem  mechanicz−
no−optycznym, np. z transoptorem szczelino−
wym? A może poszukać w literaturze i kata−
logach  handlowych  gotowych  elementów,
np. wyłączników rtęciowych?

Choć temat może się wydać nieco dziwny,

spróbujcie się z nim zmierzyć, bo jest jak naj−
bardziej praktyczny. Mam nadzieję, że nade−
ślecie  interesujące  propozycje.  Ze  względu
na  specyfikę  zadania  tym  razem  część  puli
nagród  z góry  przeznaczam  dla  osób,  które
nadeślą  najciekawsze  pomysły  i idee,  nie
zrealizowane  w praktyce.  Przypominam
również,  że  autor  opublikowanej  propozycji
zadania otrzymuje nagrodę.

Temat zadania 70 brzmiał: Zaprojektować
układ uciszający szczekającego psa.

Jak napisałem w numerze grudniowym,

wahałem  się,  czy  w ogóle  wykorzystać  tę
propozycję  zadania.  Później  zastanawiałem
się,  czy  choć  jeden  Czytelnik  nadeśle  jakie−
kolwiek  rozwiązanie.  Z tym  większą  saty−

sfakcją zawiadamiam, że choć prac było zde−
cydowanie mniej niż zwykle, otrzymałem
cztery modele.

I już na początku informuję, że zdecydo−

wana większość uczestników była przeciwna

Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis działania.

Model i schematy montażowe nie są wymagane, ale przysłanie działającego modelu lub jego

fotografii zwiększa szansę na nagrodę.

Ponieważ rozwiązania nadsyłają Czytelnicy o różnym stopniu zaawansowania, mile widziane

jest podanie swego wieku.

Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powinny być umieszczone na oddzielnych

kartkach, również opatrzonych nazwiskiem i pełnym adresem. Prace należy nadsyłać w terminie

45 dni od ukazania się numeru EdW (w przypadku prenumeratorów – od otrzymania pisma pocztą).

łł

Zadanie nr 74

Rozwiązanie zadania nr 70

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

Kwiecień 2002

zarówno stosowaniu takich metod tresury,
a nawet i wszelkim eksperymentom w tym
zakresie.

Rozumiem taką postawę i w dużej części

ją podzielam. Należy jednak wziąć pod uwa−
gę, że prawie każdy pies poddany jest takiej
czy innej formie tresury, przy czym nagroda
i kara mają tam kluczowe znaczenie. Stoso−
wanie  kary,  na  przykład  w postaci  nieprzy−
jemnych  dźwięków,  nie  jest  chyba  bardziej
drastyczne  od  „klasycznych”  metod  tresury,
gdzie  kara  jest  nieodłącznym  składnikiem
procesu szkolenia. Nie chcę jednak wchodzić
w szczegóły, bo celem zadania było jak zwy−
kle  doskonalenie  warsztatu  elektronika−kon−
struktora. Ja obawiałem się tylko, że nadejdą
rozwiązania  proponujące  metody  naprawdę
drastyczne, na przykład potraktowanie stwo−
rzenia  silnymi  impulsami  elektrycznymi.
Mogłem  się  tego  spodziewać  choćby  ze
względu  na  fakt,  że  ten  sposób  stosowany
jest  powszechnie  w elektrycznych  pastu−
chach. Na szczęście Czytelnicy EdW pokaza−
li  klasę,  okazali  się  miłośnikami  zwierząt
i żaden nie nadesłał ani informacji o próbach
z impulsami elektrycznymi, ani nawet teore−
tycznych propozycji tego typu!

Wszystkie rozwiązania mają dyscyplino−

wać psa dźwiękiem, ściślej ultradźwiękami.

Rozwiązania teoretyczne

Nadesłane rozwiązania można od razu
podzielić na trzy grupy.
1. Generatory (ultra)dźwięków sterowane
ręcznie.
2. Generatory sterowane odgłosem szczekania.
3. Generatory z rozbudowanym sterowaniem.

Do pierwszej grupy należy podwójny ge−

nerator  z bramkami  4093,  zaproponowany
przez Marcina Dyoniziaka z Brwinowa. Da−
je dźwięk przerywany w rytmie wyznaczanym
przez pierwszy generator. Drugi generator wy−
twarza  przebieg  o częstotliwości  ponadaku−
stycznej, który jest zamieniany na ultradźwię−
ki przez głośnik wysokotonowy. Rozwiązanie
jest poprawne, jednak trzeba pamiętać, iż sta−
bilność  generatora  z jedną  bramką  4093  jest
słaba.  W tym  przypadku  niewielkie  zmiany
częstotliwości  wynikające  ze  zmian  napięcia
zasilania nie powinny przeszkadzać. Jeśli by−
łoby inaczej, trzeba wykorzystać lepszy gene−
rator,  na przykład klasyczny układ z dwiema
zwykłymi  bramkami.  Zastosowanie  głośnika
wysokotonowego  jest  interesującym  pomy−
słem, jednak powinien to być głośnik z prze−
twornikiem  piezoelektrycznym.  Zwykłe  gło−
śniki elektromagnetyczne mogą pobierać zbyt
duży prąd, jak na tego typu urządzenie, które
z konieczności zasilane będzie z baterii. Czę−
stotliwość nie może być zbyt duża, bo głośni−
ki  wysokotonowe  mają  zakres  częstotliwości
pracy do 25kHz, co najwyżej do 30kHz.

Piotr Podczarski z Redecza Wielkiego

przysłał schemat jeszcze prostszego układu
z pojedynczym generatorem z bramkami

4093  sterującym  „przetwornikiem  ultra−
dźwiękowym”.  Marcin  Kartowicz  z Bole−
chowa  proponuje  klasyczny  dwubramkowy
generator z inwerterami 4049, gdzie po dwa
połączone inwertery sterują „przetwornikiem
ultradźwiękowym”.  Bardzo  podobny  sche−
mat nadesłał 14−letni Mateusz Boryń z Gar−
bowa  (Boryn.gif).  Z kolei  Piotr Bechcicki
z Sochaczewa wykorzystał kostkę 555, która
za  pośrednictwem  tranzystora  napędza  gło−
śnik dynamiczny GD 4

Ω

2W. Jak napisał, nie

zauważył  choćby  najmniejszej  reakcji  które−
gokolwiek  ze  swoich  psów.  Nic  dziwnego,
zwykły  głośniczek  praktycznie  nie  przenosi
częstotliwości powyżej 10kHz.

Doceniam wysiłki Piotra, który natknął

się na najtrudniejszą przeszkodę − dobór od−
powiedniego przetwornika.

Najwięcej propozycji dotyczyło przyrzą−

dów drugiej grupy. Ogólna zasada działania,
zilustrowana  na  rysunku  1,  jest  tu  prosta.
Szczekanie  psa,  odebrane  przez  mikrofon,
spowoduje włączenie na pewien czas genera−
tora. Schemat tego typu urządzenia z kostka−
mi TL072, CMOS 4047 przystał na przykład
młodziutki  Dawid  Lichosyt z Gorenic  (Li−
chosyt1.gif, Lichosyt2.gif). Jarosław Tarna−
wa  z Godziszki  też  chce  wykorzystać
podwójny  wzmacniacz  operacyjny  i genera−
tor  ultradźwięków  z kostką  4093  (Tarna−
wa.gif). Robert  Jaworowski  z Augustowa
także widzi sens wykorzystania podwójnego
wzmacniacza

operacyjnego

(LM358)

i dwóch generatorów z kostką 4093. Podob−
ny schemat z kostkami TL081, CMOS 4093
proponuje Maciej Marynowski z Baborowa.
Jego  schemat  pokazany  jest  na  rysunku  2.
15−letni  Mariusz  Chilmon  z Augustowa
proponuje wykorzystanie Inteligentnej lamp−
ki  nocnej  dla  dzieci  z EdW 10/01  i dodanie
do niej prostego generatora z bramką kostki
4093.  Słusznie  zauważył,  że  można  też
wykorzystać głośne, krótkie dźwięki słyszal−
ne  dla  człowieka.  Nie  zapomniał  o diodzie
kontrolnej,

informującej

o pracy generatora ultra−
dźwięków.

14−letni Piotr Omastka

z Mysłowic  oprócz  mikro−
fonu i wzmacniacza, reagu−
jącego  na  głośne  dźwięki,
przewidział  w swoim  urzą−
dzeniu...  tor podczerwieni.

Może się to wydać co najmniej dziwne,

jednak Piotr na podstawie praktyki stwierdza,
że jego pies najczęściej szczeka w tym samym
miejscu mieszkania. Bariera spełniałaby wiec
rolę prewencyjną, dyscyplinując psa, gdy tyl−
ko szykuje się do szczekania lub wycia. A oto
fragment  listu:  Urządzenie  uciszające  psa
można też zrealizować w inny sposób. Można
zaszyć  w obroży  psa.  Wymaga  to  konstrukcji
w technice SMD. Układ taki wykrywałby baa−
ardzooo głośne dźwięki i uruchamiał genera−
tor ultradźwięków. (...) Psa można uciszać, da−
jąc mu smakołyki typu „Chapi” czy coś inne−
go.  Takie  urządzenie  z dozownikiem  „kulek”
jest nieco trudniejsze do zbudowania (mecha−
nika) i nie zawsze skuteczne, bo pies może za−
cząć  szczekać  jeszcze  głośniej  (mój  przypa−
dek). Oczywiście nie polecam rozwiązań sady−
stycznych  typu  generatory  wysokiego  napię−
cia,  ponieważ  można  tym  psa  rozwścieczyć.
Polecam za to uciszacze mówiące ciepłym gło−
sem  pana.  Dodatkowym  atutem  takiego  uci−
szacza jest możliwość zmylenia włamywacza.
Pies  zamknięty  w mieszkaniu  podczas  naszej
nieobecności może zacząć szczekać, kiedy wy−
czuje obcego u progu. Uciszacz zacznie mówić
głosem  człowieka  i odstraszy  włamywacza.
Dobrym według mnie pomysłem jest sygnali−
zator ucieczki psa. (...)

Choć w schematach (Omastka.zip) Piotr

nie uniknął usterek, otrzyma upominek. Na−
tomiast nadesłany program asystent.exe nale−
żałoby jeszcze dopracować.

Dwaj uczestnicy, Marcin Malich z Wo−

dzisławia  Śl.  i Paweł  Szwed z Grodźca
zwrócili uwagę na bardzo istotną sprawę. Też
chcą  zastosować  mikrofon  do  wykrywania
szczekania  psa  i też  chcą  go  dyscyplinować
ultradźwiękami.  Według  nich  generator  nie
powinien  jednak  włączać  się  od  razu,  po
pierwszym szczeknięciu. Oto fragment pracy
Marcina,  którą  w całości  można  znaleźć  na
stronie internetowej (ze względu na problem
ochrony danych osobowych usunąłem z .pdf−a

Rys. 1

Rys. 2

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

Kwiecień 2002

adres Autora): W układzie konieczna jest regu−
lacja włączenia układu wykonawczego, w na−
szym  przypadku  generatora  ultradźwięków,
w zależności  od  natężenia  i ilości  szczeknięć
psa. Regulacja ta nie musi być dokładna, po−
nieważ  ludzie  nie  będą  reagować  na  ultra−
dźwięki, gdyż nie są w stanie ich usłyszeć. Po−
trzebny jest również obwód opóźnionego włą−
czenia generatora, aby zbytnio nie rozładować
baterii i nie wykończyć naszego zwierzaka.

Już za samo to stwierdzenie obu wnikli−

wym Kolegom należy się upominek. Rzeczy−
wiście, w większości przypadków wcale nie
chodzi  o całkowitą  eliminację  wrodzonych
psich odruchów, tylko o uciszenie psa, który
zbyt  głośno  i zbyt  długo  szczeka  lub  wyje.
Na rysunku 3 pokazany jest schemat propo−
nowany przez Marcina, natomiast rysunek 4
pokazuje oryginalny schemat Pawła. W ukła−
dzie  Pawła  z pewnym  opóźnieniem  genero−
wane  są  najpierw  słabsze  „paczki”  ultra−
dźwięków, a gdy to nie pomoże, sygnały sta−
ją się dłuższe i silniejsze. Warto przeanalizo−
wać samodzielnie podane schematy, bo choć
należałoby je radykalnie uprościć, podstawo−
wa idea jest jak najbardziej prawidłowa.

Kilka osób wspomniało o możliwości wy−

korzystania „gadających kostek” serii ISD do
dyscyplinowania psa głosem jego właścicie−
la. Pomysł interesujący, jednak wymagałby
porządnego głośnika i wzmacniacza, a co za
tym idzie, dużej baterii.

Rozwiązania praktyczne

Na fotografii 1 można zobaczyć model 15−let−
niego Piotra Romysza z Koszalina. Oryginal−
ny  schemat  jest  pokazany  na  rysunku  5.  Tu
także urządzenie nie reaguje na każde szczek−
nięcie. Oto fragment listu: Układy uciszające
psy trzeba używać z rozwagą, ponieważ mogą
one źle wpłynąć na zachowanie psa. Powinny
one włączać się jak najrzadziej, żeby pies nie
był  bez  przerwy  dręczony  ultradźwiękami.
Dlatego trzeba było zaprojektować układ tak,
aby reagował tylko na małą grupę dźwięków.
Tak właśnie starałem się wykonać mój układ.
(...)  Elementy  R6  i C2  tworzą  bardzo  prosty
filtr,  który  przepuszcza  częstotliwości  poniżej
6kHz. Próbowałem w to miejsce wstawić filtr
na  wzmacniaczu  operacyjnym,  ale  niestety
moje  próby  się  nie  powiodły  (filtry  robiły
wszystko,  żeby  nie  działać  tak jak  chciałem),
dlatego pozostał tak prosty filtr. Jest to pierw−
sze ograniczenie grupy dźwięków odbieranych
przez  układ.  Następnym  jest
układ,  który  nie  przepuszcza
dźwięków dłuższych (...)

Pełny opis interesującego,

choć trochę za bardzo rozbu−
dowanego układu można
znaleźć na naszej stronie in−
ternetowej jako Romysz.zip.

Mirosław Kost z Gola−

sowic wykonał ładny model,
pokazany na fotografii 2

(Kost.gif).  W układzie  pracują  LM358,
CMOS  4093  i 555.  Dodatkowy  tranzystor
blokuje wejście wzmacniacza w czasie pracy
generatora  i zapobiega  „zatrzaśnięciu”.
Z braku przetwornika ultradźwiękowego wy−
korzystał  zwykłą  membranę  piezo,  a przy
okazji wpadł na pomysł, który może stać się
podstawą kolejnego zadania w naszej Szkole.

Fotografia 3 i rysunek 6 pokazują układ

stałego  uczestnika  Szkoły,  Marcina  Wiązani.
Przetwornikiem jest nadajnik ultradźwiękowy
o częstotliwości rezonansowej 40kHz. Płytkę
można  rozciąć  na  dwie  części:  generator
z ręcznym sterowaniem oraz czujnik mikrofo−
nowy.  Układ  można  uprościć,  stosując  tylko

Rys. 5

Rys. 3

Rys. 4

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

Kwiecień 2002

dwie kostki: wzmacniacz operacyjny i inwer−
tery 4049 i nieco zmodyfikować działanie
(dodać opóźnienie). Po takiej miniaturyzacji
bardziej będzie się nadawał do zawieszenia
na szyi psa.

Fotografia 4 pokazuje model Dariusza

Knulla z Zabrza,  którego  poprzedni  list
na  ten  temat  przekonał  mnie  do  niniejszego
zadania. Prościutki układ Dariusza po spraw−
dzeniu w Pracowni Konstrukcyjnej AVT tra−
fi do działu E−2000 lub do Forum. A ja zacy−
tuję  tu  tylko  fragmenty  listu  wyjaśniające
przy okazji, dlaczego ten tak aktywny wcze−
śniej  uczestnik Szkoły  ostatnio  prezentuje
niewiele swoich konstrukcji:

(...) W literaturze były opisywane urządze−

nia  pełniące  rolę  psich  „treserów”,  Najczę−
ściej ich działanie polegało na generowaniu
nieprzyjemnego dźwięku po odebraniu głosu
ujadającego  psa.  Dźwięk  taki  pojawiał  się
z pewnym opóźnieniem, np. dopiero po kilku
szczeknięciach.  Uważam,  że  w przypadku
nerwowego  psa  jest  to  zbyt  łagodna  forma
uspokajania. Posiadacze psów (ja też do nich
należę) wiedzą, że nerwowy zwierzak daje się
uspokoić  dopiero  po  kilku,  kilkunastu
próbach  uciszenia.  Dlatego  sądzę,  że  „tre−
ser”  powinien  generować  dźwięk  natych−
miast  po  usłyszeniu  szczekania  psa.  Ten

ostatni i tak się nie uspokoi od razu, tylko po
pewnym czasie. Model, który nadsyłam, wy−
konałem  w październiku  ubiegłego  roku  na
swoje potrzeby (ściślej dla mojego psa). (...)
Praktyka  dowiodła,  że  czułość  urządzenia
jest  niewielka  −  treser  reaguje  jedynie  na
szczekanie  psa.  (...)  W archiwalnym  Elekto−
rze  Elektroniku  spotkałem  opis  „tresera”,
gdzie  jedna  blaszka  piezo  pracowała  w roli
nadajnika i odbiornika.(...)

P.S. Dziękuję za dotychczasowe upominki

i publikację  moich  artykułów  na  łamach
EdW. Tych ostatnich nie będzie już chyba tak
dużo  jak  w ubiegłym  roku,  bo  od  pewnego
czasu  mam  „czasożerną”  pracę  (składanie
i testowanie  komputerów),  ale  na  EdW  za−
wsze znajdę wolną chwilę.

Ja ze swej strony zapraszam Dariusza i in−

nych Kolegów do nadsyłania kolejnych ukła−
dów, zarówno do Szkoły, jak i bezpośrednio
do publikacji w EdW.

Uwagi końcowe

Bardzo się cieszę, że znaleźli się Czytelnicy,
którzy podjęli się trudnego zadania zaprojek−
towania „uciszacza” psa. Wszyscy napotkali
poważny problem, jakim okazał się wybór
przetwornika.

Cóż to bowiem jest ten „przetwornik

ultradźwiękowy”,  proponowany  przez  nie−
których  uczestników?    Powinien  on  mieć
szeroki  zakres  częstotliwości  pracy,  bo  ci
uczestnicy  chcą  dostrajać  częstotliwość  „do
psa”,  by  ultradźwięki  wywoływały  jak  naj−
większą reakcję zwierzęcia.

W zasięgu hobbystów nie ma jednego uni−

wersalnego  przetwornika  elektroakustyczne−
go,  który  przenosiłby  cały  zakres  częstotli−
wości od, powiedzmy 20kHz do 100kHz. Jak
wspomniałem, głośniki wysokotonowe mogą
pracować  do,  co  najwyżej,  30kHz.  Typowe
przetworniki  piezoelektryczne,  stosowane
w sygnalizatorach  i alarmach  mają  bardzo
nierówną  charakterystykę  i naprawdę  sku−
teczne są tylko przy swojej częstotliwości re−
zonansowej,  wynoszącej  kilka  kiloherców.
Zasada  ta  dotyczy  także  fabrycznych  prze−
tworników ultradźwiękowych do czujek zbli−
żeniowych.  Przeznaczone  są  do  pracy  przy
ściśle  określonej  częstotliwości,  np.  40kHz.
Przy  innych  częstotliwościach  będą  one
wprawdzie  działać,  ale  natężenie  wytwarza−
nego (ultra)dźwięku będzie niewielkie.

Ze względu na niewielką lub nieznaną

skuteczność,  wątpliwą  przydatność  będą
mieć  proste  układy,  które  miałyby  dyscypli−
nować  zwierzę  z odległości  kilku  metrów.
Aby  pies  zareagował,  bodziec  akustyczny
musi być silny i nieprzyjemny. Już tu widać,
że  słaba  skuteczność  przetworników  wymu−
sza konieczność umieszczenia generatora bli−
sko uszu psa. Oznacza to, że „dyscyplinator”
powinien być umieszczony na szyi psa.

Nie mogę pominąć milczeniem istotnej wa−

dy  niektórych  rozwiązań.  Chodzi  o dodatnie
sprzężenie  zwrotne  na  drodze  przetwornik  −
mikrofon. Część uczestników założyła, że mi−
krofon  nie  odbierze  ultradźwięków.  Tymcza−
sem planują pracować z częstotliwościami rzę−
du  20...30kHz.  Mikrofon  elektretowy  umie−
szczony  kilka  centymetrów  od  źródła  silnych
dźwięków  o częstotliwościach  nieco  więk−
szych niż akustyczne da sygnał, który w zależ−
ności  od  konstrukcji  układu  elektronicznego
może  podtrzymać  działanie  generatora.  Taki

Fot. 1 Model Piotra Romysza

Fot. 2 Układ Mirosława Kosta

Fot. 3 Model Marcina Wiązani

Rys. 6

Fot. 4 Model Dariusza Knulla

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

Kwiecień 2002

niedopracowany układ, gdy zadziała, nie wyłą−
czy się sam i będzie pracował aż do ręcznego
wyłączenia zasilania lub wyczerpania baterii.
W praktyce mogłoby to oznaczać, że pies bę−
dzie stale dręczony, a właściciel nie będzie
o tym wiedział; zdziwi się tylko faktem szyb−
kiego wyczerpania baterii. Można temu w pro−
sty sposób zaradzić odfiltrowując takie często−
tliwości w torze mikrofonu i wzmacniacza.

Osobom, które wspomniały, tym proble−

mie lub przewidziały środki do jego elimina−
cji przydzieliłem oczywiście dodatkowe
punkty. Oczywiście miało to też wpływ na
rozdział nagród i upominków.

I znów wraca sprawa poczty. Znajduję

czasem  wzmianki,  że  czyjaś  praca  z wcze−
śniejszego zadania nie została sklasyfikowa−
na. Różne mogą być tego przyczyny. Czasem
przesyłka  trafia  do  mnie  z opóźnieniem,
i wtedy dopisuję uczestnikowi należne punk−
ty, w miarę możliwości wspominając o pracy
w następnym miesiącu. Nie przydzielam na−
tomiast punktów za prace opóźnione o... kil−
ka  miesięcy,  wykonane  już  po  opublikowa−
niu rozwiązania. Wyjątkowo dobre rozwiąza−
nia nadesłane po tak długim czasie mają na−
tomiast  szansę  trafić  do  E−2000  lub  do  Fo−
rum.  Oto  świeżutki  przykład.  Bartek  Czer−
wiec z Mogilna nadesłał w terminie rozwią−
zanie zadania 69, ale na paczce było napisa−
ne Zadanie 70, więc nie rozpakowana paczka
spokojnie leżała przez kolejny miesiąc. W ta−
kim  przypadku  przydzieliłem  punkty,  a mo−
del Bartka można zobaczyć na fotografii 5.

W innych przypadkach, gdy na kopercie

jest podana tylko skrytka pocztowa AVT, tak

nieprecyzyjnie zaadresowane koperty trafiają
czasem do innych działów AVT, a nawet zda−
rzało się, że do redakcji innych czasopism.
Trudno bowiem wymagać, by panie, segregu−
jące w sekretariacie AVT pocztę szczegółowo
znały treść wszystkich dziewięciu czasopism,
wydawanych przez Wydawnictwo.

Dlatego kolejny raz proszę, żebyście za−

wsze  podawali  na  kopercie  nie  tylko  prawi−
dłowy  adres,  ale  i tytuł  czasopisma  i dział,
gdzie  przesyłka  ma  trafić.  Nie  przysyłajcie
paczek  na  adres  skrytki  pocztowej.  Przypo−
minam prawidłowy adres:
AVT − EdW
Szkoła konstruktorów zadanie XX
ul. Burleska 9
01−939 Warszawa

Wszyscy uczestnicy, wymienieni z nazwi−

ska otrzymują punkty (1...7). Aktualna punk−
tacja podana jest w tabeli. Upominki i nagro−
dy otrzymują: Piotr Omastka, Paweł Szwed,
Marcin Malich, Dariusz Knull, Piotr Ro−
mysz, Mirosław Kost i Marcin Wiązania.

Zachęcam serdecznie do udziału w bieżą−

cym i następnych zadaniach.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Fot. 5 Układ Bartka Czerwca (zadanie 69)

Marcin Wiązania Gacki  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
Mariusz Chilmon Augustów  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Krzysztof Kraska Przemyśl  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Dariusz Drelicharz Przemyśl  . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Marcin Malich Wodzisław Śl.  . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św.  . . . . . . . . . . . . . . .30
Dariusz Knull Zabrze  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Piotr Romysz Koszalin  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Piotr  Wójtowicz Wólka Bodzechowska  . . . . . . . . . . .27
Roman Biadalski Zielona Góra  . . . . . . . . . . . . . . . .26
Rafał Stępień Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp.  . . . . . . . . . . . . . .25
Mariusz Ciołek Kownaciska  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jakub Kallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Filip Rus Zawiercie  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jacek Konieczny Poznań  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Michał Pasiecznik Zawiszów  . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Radosław Koppel Gliwice  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Łukasz Cyga Chełmek  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Radosław Ciosk Trzebnica  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Piotr Dereszowski Chrzanów . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Szymon Janek Lublin  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Maciej Jurzak Rabka  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Ryszard Milewicz Wrocław  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Emil Ulanowski Skierniewice  . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Artur Filip Legionowo  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Aleksander Drab Zdziechowice  . . . . . . . . . . . . . . . .13
Arkadiusz Zieliński Częstochowa . . . . . . . . . . . . . . .12
Wojciech Macek Nowy Sącz  . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Sebastian Mankiewicz Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Maciej Ciechowski Gdynia  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Mariusz Ciszewski Polanica Zdrój  . . . . . . . . . . . . . . .9
Filip Karbowski Warszawa  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Witold Krzak Żywiec  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Piotr Kuśmierczuk Gościno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Dawid Lichosyt Gorenice  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Michał Waśkiewicz Białystok  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Piotr Wilk Suchedniów  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Punktacja Szkoły Konstruktorów

− S

Szzkkoołłaa KKoonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

Rozwiązanie zadania 70

W EdW 12/2001 zamieszczony był schemat
układu sygnalizacyjnego. Można go zoba−
czyć na rysunku A. Prawie wszyscy stwier−
dzili, że układ jest zbyt rozbudowany i nale−
ży go uprościć. Wniosek ten jest jak najbar−
dziej słuszny, niemniej bardzo pouczające
będzie przeanalizowanie błędów i usterek za−
proponowanego rozwiązania.

Dociekliwi uczestnicy zauważyli, że tran−

zystor PNP jest błędnie oznaczony jako
BC548, a nie BC558. Ta drobna pomyłka nie
jest godna większego zainteresowania. Nie
jest natomiast ani pomyłką, ani błędem, zasto−
sowanie w obwodzie zasilania kondensatorów
odsprzęgających 10nF i 10

F, zamiast często

stosowanych 100nF i 100

Zgodnym chórem stwierdziliście, iż układ

scalony CMOS 4093 powinien być na sta−
łe dołączony do biegunów zasilania. Rze−

czywiście, nie ma żadnego powodu, by włą−
czać zasilanie za pomocą tranzystora i to na
dodatek od strony masy. Przecież kostki
CMOS w spoczynku nie pobierają prądu.

Słusznie zauważyliście, iż kondensator

C1 po naładowaniu przez R4 nie będzie się
mógł rozładować, więc jest to układ „jedno−
razowego użytku”.

Nie jest poprawne uproszczenie schematu

do postaci z rysunku B. To też jest układ „jed−
norazowego użytku”. Kondensator C1 naładu−

je się przez rezystor R3 (10M

Ω

) i nie

będzie  się  mógł  rozładować  po  roz−
warciu styków kontaktronu. Wpraw−
dzie  złącze  emiter−baza  zachowuje
się jak dioda Zenera, ale jej napięcie
przebicia  wynosi  około  6V,  więc
przy zasilaniu napięciem 9V w naj−
lepszym  przypadku  kondensator
rozładowałby się przez R3, owo złą−
cze  i rezystory  R2,  R1  co  najwyżej

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

Kwiecień 2002

do napięcia około 6V. Zostanie to potrakto−
wane jako stan wysoki, zwłaszcza w przy−
padku kostki 4093 z histerezą na wejściach.

I kolejna sprawa. Tylko kilka osób

zwróciło  uwagę  na  kwestię  zakłóceń  impul−
sowych.  Gratuluję  wszystkim,  którzy  wzięli
pod uwagę ten problem! Rzeczywiście moż−
na się spodziewać, że czujnik kontaktronowy
będzie oddalony od reszty układu i dołączo−
ny  doń  za  pomocą  przewodów.  W przewo−
dach  tych  będą  się  indukować  zakłócenia.
Mogą one mieć znaczną wartość z uwagi na
dużą wartość rezystora R1, wynoszącą 1M

Ω

Usterkę tę można usunąć na dwa sposoby: al−
bo zmniejszając wartość R1, na przykład do
10k

Ω

, albo dodać równolegle do R1 konden−

sator o pojemności 100... 220nF.

Kilku uczestników zwróciło uwagę na je−

szcze jedną kwestię. Słusznie zastanawiali się,
czy przypadkiem górny tranzystor PNP nie bę−
dzie stale otwarty...

Próbowali dociec, czy prąd będzie płynął

przez  obwody  ochronne,  umieszczone  na
wejściu  każdej  bramki  CMOS  w sytuacji,
gdy  nóżka  7  nie  jest  dołączona  do  masy.
Choć przedstawione wywody nie są do koń−
ca prawidłowe, za wnikliwość słusznie nale−
ży się pochwała. Pod uwagę należy wziąć bo−
wiem  nie  tyle  obwody  wejść,  tylko  wyjść
bramek CMOS. Tam też występują dodatko−
we  elementy,  właściwie  struktury,  które  na
schemacie ideowym są reprezentowane przez
diody włączone równolegle do wyjściowych
tranzystorów  MOS.  Ilustruje  to  rysunek  C,
gdzie  kolorem  czerwonym  zaznaczona  jest
przewidywana droga przepływu prądu, który
otworzy  na  stałe  tranzystor  PNP i tym  bar−
dziej uniemożliwi działanie układu.

A teraz propozycje zmian. Ani z rysunku,

ani  z treści  zadania  nie  wynika,  jak  szybko
ma  się  rozładować  C1  po  rozwarciu  styku
kontaktronu.  Czy  szybciej,  niż  wynosił  czas
ładowania, czy nie ma to żadnego znaczenia?
W zależności od sytuacji układ można upro−
ścić do postaci, pokazanej na rysunku D, al−
bo na rysunku E.

Nie będzie prawdopodobnie konieczne

zmniejszanie wartości R3, R4, a co za tym
idzie także C1. Oporność 10M

Ω

w praktyce

okazuje  się  dopuszczalna,  o ile  montaż  jest
zwarty,  a układ  nie  pracuje
w obszarze wyjątkowo silnych
zakłóceń.  Ja  osobiście  zmniej−
szyłbym rezystancję „ładującą”
do  4,7M

Ω

i zastosował kon−

densator stały 1

F. Jeśli ktoś

chciałby  zmniejszyć  R4  i dla
zachowania potrzebnego czasu
zastosować w roli C1 „elektro−
lit”  o odpowiedniej  wartości,
powinien  uwzględnić  problem
formowania.

„Elektrolit”

w spoczynku powinien być pod

napięciem. Układ należałoby więc
zmodyfikować według rysunku F.
Gratulacje dla tych, którzy nie za−
pomnieli o tym szczególe.

Nagrody za najbardziej trafne

odpowiedzi otrzymują tym razem:
Marcin Dyoniziak z Brwinowa,
Radosław Siechniewicz z Zakrętu
i Kamil Uszyński z Kobylan.

Zadanie 74

Na rysunku G pokazany jest frag−
ment schematu sterownika pompy

z zadania 65. Podczas normalnej pracy prze−
rzutnik U1B (4013) jest sterowany przez sy−
gnały logiczne przychodzące z innego modu−
łu przez punkty oznaczone ON, OFF. Przyci−
ski S1, S2 umożliwiają sterowanie ręczne.
Kondensator C1 zapewnia zerowanie po włą−
czeniu zasilania, dzięki czemu przekaźnik nie
zostanie przypadkowo włączony.

Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Wyjaśnienia mogą i powinny być jak naj−

krótsze, co znacznie ułatwi mi analizę nade−
słanych odpowiedzi. Z góry dziękuję za takie
krótkie  odpowiedzi!  Kartki  opatrzcie  dopi−
skiem  NieGra74  i nadeślijcie  w terminie  45
dni  od  ukazania  się  tego  numeru  EdW.  Na−
grodami będą drobne kity AVT.

Piotr Górecki

W poprzednim numerze przeszliśmy wspólnie
drogę od schematu na kartce do projektu płyt−
ki. Teraz zajmiemy się wątkiem bardzo waż−
nym, który wcześniej zupełnie pominęliśmy.

I już na początku mam dla Ciebie sporą nie−

spodziankę. Popatrz na rysunek 1. To odręcz−
ny  schemat  niecodziennego  generatora  „sinu−
sa”. Najzwyklejsze bramki NAND kostki 4011
tworzą  generator  przebiegu  prostokątnego
o częstotliwości 1kHz. Jak wiadomo, przebieg
prostokątny  jest  złożeniem  wielu  przebiegów
sinusoidalnych  o częstotliwościach  równych
całkowitym  wielokrotnościom  częstotliwości
podstawowej. Skuteczny filtr dolnoprzepusto−
wy  o częstotliwości  granicznej  ok.  1kHz
z dwoma wzmacniaczami operacyjnymi odfil−
trowuje  te  wyższe  harmoniczne  i na  wyjściu
drugiego filtru, oznaczonego F2, otrzymujemy
czyściutki przebieg sinusoidalny.

Schemat ten narysowałem w Protelu i wy−

gląda on jak na rysunku 2.

Podoba Ci się taki sposób narysowania?
Mam nadzieję, że tak, i bardzo mnie to

cieszy!

To co widzisz, przypomina w znacznym

stopniu schematy zamieszczane w EdW.

Schemat  ma  własny  styl.  Co  najważniejsze,
jest zwarty i „mięsisty”, a nie rozwlekły i bla−
dy. Oczywiście stworzyłem własne elementy
biblioteczne.  Dla  porównania  na  rysunku  3
możesz zobaczyć powyżej fragment schema−
tu  rysowany  za  pomocą  oryginalnych  ele−
mentów  dostarczanych  z Protelem.  Różnica
w „upakowaniu” schematu jest duża. Wiem,
że  nie  jestem  odosobniony  w swych  upodo−
baniach  –  większość  elektroników  nie  lubi
rozwlekłych schematów.

Czy jednak zachcianki i upodobania są wy−

starczającym powodem, żeby podejmować się
trudu przerabiania wszystkich bibliotek?

Jestem przekonany, że warto stworzyć

własne biblioteki tylko ze względów estetycz−
nych. Tym bardziej, że jest to w sumie bardzo
łatwe, a co najważniejsze, nie trzeba wszyst−
kiego  robić  na  raz.  Na  początek  wystarczą
podstawowe elementy. Potem, z czasem, przy
rysowaniu kolejnych schematów można stop−
niowo dodawać następne. Jak się przekonasz,
po  nabraniu  wprawy  stworzenie  niezbyt
skomplikowanego  elementu  bibliotecznego
zajmie tylko jedną do dwóch minut. Mam też
inną propozycję: możemy potrzebne bibliote−

ki stworzyć wspólnie, wymieniając się wzaje−
mnie za pośrednictwem Internetu.

Jeśli wygląd rysunku 2 to za mało, żeby

przekonać Cię do tworzenia własnych biblio−
tek,  mam  w zanadrzu  znacznie  mocniejszy
argument.  Mianowicie  schemat  ten  można
bezpośrednio wykorzystać do symulacji. Pa−
kiet Protel zawiera potężny symulator „mie−
szany”,  to  znaczy  pozwalający  symulować
zarówno  układy  analogowe,  jak  i cyfrowe
z wykorzystaniem  jednej  z wersji  słynnego
programu SPICE. Zobacz, co on potrafi!

Mając w oknie roboczym otwarty sche−

mat  z rysunku  2  wykonałem  polecenie
S –  R (Simulate,  Run).  Zostały  stworzone
dwa  nowe  dokumenty:  GenSin.sdf oraz
GenSin.sim. Po kliknięciu w głównym oknie
zakładki  GenSin.sdf ukazał  się  obraz  jak  na
rysunku 4, pokazujący przebiegi w poszcze−
gólnych punktach układu. Zauważ, że nazwy
przy przebiegach odpowiadają wyróżnionym
punktom schematu (G1, F1, F2). Co prawda
maleńkie  przebiegi  niosą  niewiele  informa−
cji, niemniej rzecz zapowiada się ciekawie.

Wszystkie trzy przebiegi możemy umie−

ścić na jednym dużym wykresie, jak pokazuje

Kurs Protela

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

Kwiecień 2002

Spotkanie 2

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

rysunek 5. Jasno widać, że układ pełni wspo−
mnianą rolę, bo przebiegi na wyjściach filtru
są sinusoidalne.

Jeszcze lepiej świadczy o tym zawartość

widmowa (spektralna) poszczególnych prze−
biegów. Włączyłem tu i odpowiednio ustawi−
łem kursory, dzięki czemu możemy zmierzyć
interesujące nas wielkości. Rysunek 6 poka−
zuje skład widmowy przebiegu prostokątne−
go w punkcie G1. Odstęp składowej podsta−
wowej  (1kHz)  od  trzeciej  harmonicznej
(3kHz) wynoszący niecałe dziesięć decybeli
wskazuje,  że  całkowita  zawartość  harmo−
nicznych  sięga  kilkudziesięciu  procent.

Znacznie  lepiej  jest  z sygnałem  na  wyjściu
pierwszego  filtru,  w punkcie  F1.  Natomiast
przebieg na wyjściu drugiego filtru, w punk−
cie  F2  ma  parametry  wręcz  rewelacyjne.
Udowadnia to rysunek 7. Kursor A pokazu−
je, że poziom składowej podstawowej wyno−
si  +7,7dB,  natomiast  trzeciej  harmonicznej
–55,5dB.  Okazuje  się,  że  wszystkie  harmo−
niczne leżą więcej niż 60dB poniżej poziomu
częstotliwości podstawowej, co wskazuje, że
zawartość  harmonicznych  jest  rzędu  0,1%
lub mniej!

Plik tekstowy GenSin0.sim pokazuje po−

ziomy poszczególnych harmonicznych,
a także całkowitą ich zawartość w procen−
tach. Rysunek 8 świadczy, że nasz generator

powinien  mieć  całkowitą  za−
wartość harmonicznych (zawar−
tość  zniekształceń  nielinio−
wych), rzędu 0,08%. Osiem set−
nych  procenta  harmonicznych
to rezultat wręcz wyśmienity!

Podoba Ci się taka zabawa?
Czy teraz już przekonałem

Cię, jak ważne są porządne ele−
menty biblioteczne?

Domyślasz się, że aby prze−

prowadzić tego typu symulację,
niezbędne są specjalnie przygo−
towane  biblioteki.  Na  poprze−
dnim  spotkaniu  rysowaliśmy
schemat  korzystając  z elemen−

tów zawartych w bibliotece Mi−
scellaneous Devices.lib. Nieste−
ty, nie pozwolą one na przepro−
wadzenie symulacji. Są w pew−
nym sensie zbyt „ubogie”.

Elementy biblioteczne Prote−

la  mają  lub  przynajmniej  mogą
mieć  wiele  ukrytych  parame−
trów,  na  pozór  niepotrzebnych,
w rzeczywistości  niezmiernie
przydatnych.

przykład

„schematowy” element biblio−
teczny może zawierać od razu
informację o obudowie (dla tran−

zystorów np.: TO−92, TO−220,

TO−3,  dla  układów  scalonych  np.:  DIP−14,
DIP−16), co przyda się podczas automatycz−
nego  umieszczana  elementów  na  płytce.
Każdy  element  biblioteczny  zawiera  też  in−
formacje  o właściwościach  poszczególnych
końcówek, co pozwala uniknąć najgrubszych
błędów  na  etapie  rysowania schematu.  Każ−
dy  element  biblioteczny  może  też  zawierać
informacje  o parametrach  i innych  cechach,
niezbędnych podczas ewentualnej symulacji.

I właśnie skądinąd dobre elementy z bi−

blioteki Miscellaneous Devices.lib nie zawie−
rają  informacji  potrzebnych  dla  symulatora.
Aby  przeprowadzić  symulację,  należałoby
wykorzystywać specjalnie przygotowane ele−
menty  z biblioteki  schematowej  Sim.ddb
(C:\Program Files\Design Explorer 99 SE\Li−
brary\Sch\Sim.dbb).  Jeśli  chcesz,  otwórz  tę
bibliotekę i sprawdź jej zawartość. Elementy
z wyglądu są niemal identyczne, jak w biblio−
tece  Miscellaneous  Devices.lib,  czyli  jak  na
mój gust zbyt rozwlekłe i nieładne.

Generalny wniosek jest prosty: jeśli

chcesz  przeprowadzać  symulacje,  musisz  al−
bo skorzystać z biblioteki Sim.dbb, albo stwo−
rzyć  elementy  biblioteczne  o odpowiadają−
cym Ci wyglądzie, zawierające wszystkie in−
formacje, niezbędne do symulacji. Serdecznie
Cię  namawiam  do  stworzenia  własnych  bi−
bliotek  i to  nie  tylko  ze  względów  estetycz−
nych.  Tworząc  biblioteki  „wgryziesz  się”
w Protela dużo głębiej, niż korzystając z „go−
towców”.  Poznasz  nie  tylko  Protela,  ale
i ogólne  zasady,  wykorzystywane  w innych
elektronicznych pakietach projektowych.

Omawiany schemat i inne pliki wykorzy−

stane podczas niniejszego spotkania możesz
ściągnąć z naszej strony internetowej:
(www.edw.com.pl/ z działu FTP.

Otwórz w Protelu plik GenSin.ddb, a potem

z folderu Documents schemat GenSin.sch. Zo−
baczysz schemat jak na rysunku 2. W plikach
GenSin0.sdf i GenSin0.sim znajdziesz efekty
symulacji, pokazane na rysunkach 4...8. Celo−
wo zmieniłem nazwy plików, dodając zero na
końcu, by pliki te nie zostały skasowane, gdy
w przyszłości spróbujesz generować własne ze

schematu

GenSin.sch.

Oczywiście, żeby uzyskać

na ekranie przebiegi poka−
zane  na  rysunkach  4...7
musiałem  co  nieco  „po−
majstrować”.  Tego  „maj−
strowania” jest sporo i zaj−
miemy  się  tym  później.
Teraz  tylko  chciałem  Ci
pokazać  efekt  finalny,
który  mam  nadzieję  wy−
warł  na  Tobie  odpowie−
dnie  wrażenie  i przekonał
do  stworzenia  własnych
bibliotek.

Piotr Górecki

Kurs Protela

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

Kwiecień 2002

Fot. 6

Fot. 7

Fot. 8

Rys. 5

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

Kwiecień 2002

Do czego to służy?

W EdW 3/2002 zaprezentowany był uniwer−
salny  moduł  do  realizacji  filtrów  Sallen−
Keya. W niniejszym artykule przedstawiony
jest  moduł,  umożliwiający  realizację  filtrów
z wielokrotnym  sprzężeniem  zwrotnym
(MFB − Multiple FeedBack). Opisywany mo−
duł, oprócz filtrów  dolno− i górnoprzepusto−
wych o dużej stromości zboczy pozwala zre−
alizować  także  filtry  pasmowe.  Moduł  za−
wiera dwa stopnie drugiego rzędu, a więc po−
zwala  na  realizację  filtru  czwartego  rzędu,
czyli  o stromości  zbocza  wynoszącej  aż
80dB/dekadę (24dB/oktawę).

W tym artykule podane są wyjątkowo

proste recepty, dzięki czemu nawet początku−
jący  nie  będą  mieć  żadnych  problemów
z wykonaniem  filtru  o potrzebnej  częstotli−
wości granicznej. Wartości rezystorów poda−
ne są na rysunkach, a pojemność kondensato−
rów dla potrzebnej częstotliwości granicznej
odczytuje  się  z tabeli  albo  oblicza  z bardzo
prostego wzoru.

Obszerniejsze wskazówki dotyczące pro−

jektowania podstawowych filtrów prezento−
wane są w kolejnych Listach od Piotra, po−
cząwszy od EdW 9/2001.

Jak to działa?

Podstawowy schemat modułu pokazany jest
na rysunku 1. Kondensatory C11...C14 i re−
zystory R11, R12 tworzą obwód zasilania,
dzięki któremu moduł może być zasilany za−
równo napięciem symetrycznym ±4V...±18V,
jak i pojedynczym 8...25V. W każdym przy−
padku masą sygnałową jest obwód połączony
z punktem O.

Dwa wzmacniacze operacyjne z kostki

U1 pracują w dwóch stopniach filtru. Ponie−
waż  moduł  pozwala  na  realizację  zarówno
filtru  dolnoprzepustowego,  górnoprzepusto−
wego  jak  i (wąsko)pasmowego,  elementy

bierne filtru opisano na schemacie literą
Z (oznaczającą impedancję). Montowane tu
będą rezystory i kondensatory o wartościach
podanych w tabeli i na rysunkach 2, 3 i 4.

Uwaga! W przypadku filtru dolnoprzepu−

stowego pasmo obejmuje także częstotliwość
0Hz, czyli napięcia stałe. W wersji z poje−
dynczym zasilaniem masą modułu jest punkt
O, a nie punkt N. W razie potrzeby, aby od−
ciąć składową stałą i częstotliwości poniżej

Rys. 1 Schemat ideowy modułu

Rys. 2 Filtr dolnoprzepustowy

łł

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

Kwiecień 2002

1Hz trzeba dodać na wejściu dodatkowy ob−
wód RC, zaznaczony na rysunku 2 kolorem
zielonym.

Aby maksymalnie uprościć projektowanie

przyjęto prostą zasadę, że częstotliwość gra−
niczna filtru będzie ustalona przez dobór po−
jemności  kondensatorów,  natomiast  rezysto−
ry będą mieć ustaloną wartość, podaną na ry−
sunkach  i w wykazie  elementów.  Podobnie
jak  poprzednio,  w proponowanym  układzie
do realizacji filtrów na zakres częstotliwości

akustycznych wykorzystywane będą konden−
satory

pojemnościach

zakresu

330pF...1

F. Układy zostały tak obliczone,

że kluczowe pojemności (C5 w filtrze dolno−
przepustowym,  C1,  C3,  C4  w filtrze  górno−
przepustowym i C3, C4 w pasmowym) mają
mieć wartości podane w tabelach. Kondensa−
tor C2 w filtrze dolnoprzepustowym ma mieć
wartość dziesięciokrotnie większą, niż poda−
na  w tabeli.  Jeśli  ktoś  chciałby  uzyskać  po−
średnie  wartości  częstotliwości,  pomiędzy
podanymi w tabeli, może połączyć dwa kon−

densatory równolegle, ale nie warto przy tym
dążyć do dużej precyzji, ponieważ po pierw−
sze nie jest to wcale potrzebne (odchyłka o kilka
procent nie ma znaczenia w realnych układach),
a ponadto przy 5−procentowych rezystorach i 5− lub
10−procentowych kondensatorach uzyskanie ideal−
nej precyzji jest wręcz niemożliwe.

Także i tu w filtrach dolno− i górnoprzepu−

stowych  można  zastosować  albo  wartości
zaznaczone  kolorem  niebieskim  albo  czer−
wonym. Jak pokazuje tabela 1, wartości za−
znaczone kolorem niebieskim można śmiało
wykorzystać dla całego zakresu akustyczne−
go. Takie „niebieskie” wartości należy stoso−
wać,  jeśli  filtr  ma  mieć  częstotliwość  gra−
niczną większą niż 2kHz. Jeśli jednak często−
tliwość graniczna ma być mniejsza niż 2kHz,
warto zastosować wartości zaznaczone na ry−
sunku, w wykazie i w tabeli 2 kolorem czer−
wonym.  Wtedy  rezystory  mają  większe  no−
minały  i oporność  wejściowa  filtru  jest  je−
szcze większa.

Oporność wejściowa (impedancja) wersji

„czerwonej”  jest  bardzo  duża,  co  najmniej
rzędu  dziesiątek  kiloomów  i nie  trzeba  się
martwić,  że  filtr  obciąży  poprzedni  stopień.

Rys. 3 Filtr górnoprzepustowy

Rys. 4 Filtry

pasmowe

f[Hz]

100

150

210

300

450

670

1,5k

2,1k

3,0k

4,5k

6,7k

10k

15k

21k

30k

C[nF]

680

470

330

220

150

100

6,8

4,7

3,3

2,2

1,5

0,68

0,47

0,33

wartości nie zalecane – raczej zastosuj wartości „czerwone”

wartości zalecane

f[Hz]

1,5

2,1

4,5

6,7

100

150

210

300

450

670

1000

1500

2100

3000

C[nF]

680

470

330

220

150

100

6,8

4,7

3,3

2,2

1,5

0,68

0,47

0,33

Tabela 1

W przypadku  wersji  „niebieskiej”  impedan−
cja wejściowa filtru dolnoprzepustowego nie
jest  zbyt  duża  (rzędu  pojedynczych  kilo−
omów)  i poprzedni  stopień  musi  mieć  nie−
wielką oporność wyjściową. W razie wątpli−
wości,  na  wejściu  filtru  w wersji  „niebie−
skiej” można zastosować wtórnik na wzmac−
niaczu  operacyjnym  lub  tranzystor  w ukła−
dzie wspólnego kolektora.

Z filtrami pasmowymi jest inaczej. Tu

oporność  wejściowa  jest  praktycznie  równa
rezystancji  R1A i  wynosi  kilkadziesiąt  kilo−
omów.  Nie  ma  więc  potrzeby  (choć  jest  to
możliwe)  wykorzystywać  wartości  „czer−
wonych”. Dlatego na rysunku 4 podano tylko
wartości „niebieskie”, dotyczące tabeli 1. Na
rysunku  4 podano  trzy  przykłady  różnego
wzmocnienia  i  dobroci  wypadkowej,  które
okażą się przydatne w praktyce. Nie sposób

Tabela 3

Tabela 2

Cn=10nF A B C D E F

R1A,R1B

15,9k

Ω

31,8k

Ω

63,6k

Ω

95,4k

Ω

127,2k

Ω

159k

Ω

R2A,R2B

15,9k

Ω

4,54k

Ω

2,05k

Ω

1,34k

Ω

1,00k

Ω

0,799k

Ω

R5A,R5B

31,8k

Ω

63,6k

Ω

127,2k

Ω

190,8k

Ω

254,4k

Ω

318k

Ω

dobroć

jednego stopnia

Q − dobroć

dwóch stopni

1,5

3,1

6,2

9,4

12,5

przewidzieć wszystkich potrzeb, a w filtrach
pasmowych  można  łatwo  zmieniać  wzmoc−
nienie i dobroć. Tabela 3 i rysunek 5 poka−
zują  wartości  rezystorów  i charakterystyki
filtrów  o częstotliwości  1kHz,  wzmocnieniu
1  (0dB)  i różnej  dobroci,  gdzie  wszystkie
kondensatory  miały  wartość  10nF.  Podane
wartości  elementów  można  wykorzystać
w praktyce, stosując rezystory 5−procentowe
o najbliższych nominałach i dobierając kon−
densatory według „niebieskiej” tabeli 1. Dal−
szych wskazówek należy szukać w jednym z
następnych  odcinków  Listów  od  Piotra,
gdzie zamieszczone  będą  wzory dotyczące
jednego stopnia. Omawiany tu moduł zawie−
ra  dwa  stopnie,  dlatego  wypadkowa  dobroć
całości jest większa.

O ile w filtrach dolno− i górnoprzepusto−

wych  drobne  odchyłki  wartości  elementów
o kilka  procent  nie  mają  znaczenia,  o tyle
w filtrach  pasmowych  może  zajść  potrzeba
dokładnego dostrojenia się do częstotliwości
pracy − jest to bardzo proste. Przede wszyst−
kim  warto  połączyć  dwa  kondensatory  rów−
nolegle, żeby ich sumaryczna pojemność by−
ła  możliwie  bliska  wyliczonej  z podanego
wzoru:

C = 10nF/f[kHz].
Nie trzeba dobierać pojemności z dokład−

nością  większą  niż  5%  −  nieuniknione  od−
chyłki związane z tolerancją kondensatorów
można skorygować zmieniając wartość rezy−
storów  R2A i R2B.  Do  prób  warto  zamiast
nich  włączyć  potencjometry,  a potem  po
zmierzeniu  i przetestowaniu  układu  wluto−
wać rezystory o potrzebnej wartości (dwa lub
trzy połączone w szereg).

Aby filtr miał dobre parametry, koniecz−

nie  należy  w nim  zastosować  kondensatory
foliowe. W żadnym wypadku nie należy wy−
korzystywać  kondensatorów  ceramicznych
ferroelektrycznych  (o pojemności  powyżej
1nF). Jedynie kondensatory o pojemnościach
330pF...1nF mogą być ceramiczne. General−
nie należy stosować rezystory metalizowane,
zwłaszcza w filtrach pasmowych o dużej do−
broci. W pozostałych przypadkach wystarczą
typowe rezystory o tolerancji 5% (z paskiem
złotym).

Montaż i uruchomienie

Filtr MFB z rysunków 2, 3, 4 można zmonto−
wać  na  płytce  drukowanej,  pokazanej  na
rysunku  6.  Montaż  nie  powinien  nikomu
sprawić kłopotów. Warto zacząć od wlutowa−
nia elementów najmniejszych, czyli od zazna−
czonych na płytce zwór. Przy zasilaniu napię−
ciem  symetrycznym  można  nie  montować
R11,  R12,  a „dolne  nóżki”  kondensatorów
C11, C13 trzeba wlutować do otworów ozna−
czonych Y. Przy zasilaniu napięciem pojedyn−
czym R11, R12 są niezbędne do wytworzenia
sztucznej  masy,  a „dolne  nóżki”  C11,  C13
trzeba wlutować do otworów oznaczonych X.

Aby uniknąć pomyłek, warto narysować

sobie ”prywatny” schemat montażowy, poka−
zujący rozmieszczenie rezystorów i konden−
satorów na podstawie jednego ze schematów
ideowych (rysunki 2...4). Na wkładce
w środku numeru można znaleźć odpowie−

dnie rysunki, które posłużą za matrycę do
stworzenia takiego „prywatnego” schematu.

Płytka została zaprojektowana w ten spo−

sób,  by  wszystkie  punkty  dla  zewnętrznych
połączeń  znajdowały  się  przy  jednej  krawę−
dzi.  Umożliwi  to  wlutowanie  modułu  filtru
w jakąkolwiek większą płytkę.

Przykłady

1. Potrzebny jest filtr dolnoprzepustowy
o częstotliwości granicznej 3,4kHz.

Korzystamy z rysunku 2 i z konieczności de−

cydujemy się na elementy „niebieskie”. Z tabe−
li  1  wynika,  że  najbliższa  „standardowa”  war−
tość częstotliwości wynosi 3kHz przy pojemno−
ści 3,3nF. Chcemy uzyskać możliwe dobrą do−
kładność,  więc  zastosujemy  pojemność  pośre−
dnią  między  3,3nF  a 2,2nF  przez  połączenie
równoległe pojemności 2,2nF i 680pF.

Ciąg dalszy na stronie 54.

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

R1111,, R

R1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

((1100kk

Ω

......222200kk

Ω

))

C1111,, C

C1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//2255V

Filtr dolnoprzepustowy

Dllaa cczzęęssttoottlliiw

woośśccii 1100H

Hzz .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ....22,,22kkH

Hzz

R11A

A,,R

R11B

B,,R

R33A

A,,R

R33B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2244kk

Ω

R44A

A,,R

R44B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..8822kk

Ω

C55A

A,,C

C55B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..w

weeddłłuugg ttaabbeellii 22

C22A

A,,C

C22B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100**C

C44

Dllaa cczzęęssttoottlliiw

woośśccii 11kkH

Hzz .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333kkH

Hzz

R11A

A,,R

R11B

B,,R

R33A

A,,R

R33B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,44kk

Ω

R44A

A,,R

R44B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

C44A

A,,C

C44B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..w

weeddłłuugg ttaabbeellii 11

C22A

A,,C

C22B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100**C

C44

Filtr górnoprzepustowy

Dllaa cczzęęssttoottlliiw

woośśccii 11H

Hzz.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kkH

Hzz

R22A

A,,R

R22B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7755kk

Ω

R55A

A,,R

R55B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..339900kk

Ω

C11A

A,,C

C33A

A,,C

C11B

B,,C

C33B

B,,C

C44A

A,,C

C44A

A .. .. .. .. .. .. ..w

weeddłłuugg ttaabbeellii 22

Dllaa cczzęęssttoottlliiw

woośśccii 11kkH

Hzz.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333kkH

Hzz

R22A

A,,R

R22B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77,,55kk

Ω

R55A

A,,R

R55B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3399kk

Ω

C11A

A,,C

C33A

A,,C

C11B

B,,C

C33B

B,,C

C44A

A,,C

C44A

Filtr środkowoprzepustowy

aa)) w

wzzm

mooccnniieenniiee G

G==11xx ((00ddB

B)) ddoobbrrooćć Q

Q==66

ff==1100H

Hzz......3333kkH

Hzz

R11==6622kk

Ω

R22==22kk

Ω

R44==113300kk

Ω

C33==C

C44==1100nnFF//ff[[kkH

Hzz]] lluubb w

weeddłłuugg ttaabbeellii 11

bb)) w

wzzm

mooccnniieenniiee G

G==44xx ((1122ddB

B)) ddoobbrrooćć Q

Q==55

ff==1100H

Hzz......3333kkH

Hzz

R11==2244kk

Ω

R22==33kk

Ω

R44==110000kk

Ω

C33==C

C44==1100nnFF//ff[[kkH

Hzz]] lluubb w

weeddłłuugg ttaabbeellii 11

cc)) w

wzzm

mooccnniieenniiee G

G==44xx ((1122ddB

B)) ddoobbrrooćć Q

Q==1166

ff==1100H

Hzz......3333kkH

Hzz

R11==8822kk

Ω

R22==775500

Ω

R44==333300kk

Ω

C33==C

C44==1100nnFF//ff[[kkH

Hzz]] lluubb w

weeddłłuugg ttaabbeellii 11

waaggaa!! ZZee w

wzzggllęędduu nnaa w

wiieellee m

moożżlliiw

woośśccii zzeessttaaw

VTT−22662288 ddoossttęęppnnyy jjeesstt ttyyllkkoo w

w w

weerrssjjii A

A ((ssaam

maa ppłłyyttkkaa))..

Płytka drukowana dostępna jest w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−2628/A

Rys. 5

Rys. 6 Schemat

montażowy

Rys. 7

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

Kwiecień 2002

Jak wskazuje tytuł projektu, opisywany przy−
rząd  służy  do  pomiarów  głośności  dźwięku.
Często przy nagłaśnianiu pomieszczeń trzeba
kontrolować  głośność  dźwięku.  Dotyczy  to
szczególnie  przekazu  słownego,  bowiem
przy (głośnej) muzyce sprawa zwykle wyglą−
da  inaczej  −  tu,  co  najwyżej,  trzeba  spraw−
dzić,  czy  natężenie  dźwięku  nie  przekracza
przyjętych norm.

Wydawałoby się, że problem rozwiązuje

fabryczny  miernik  poziomu  dźwięku  (Sound
Level Meter), przyrząd w sumie dość popular−
ny i często używany. Niestety, typowe mierni−
ki tego typu praktycznie nie nadają się do kon−
troli  średniej  głośności  sygnału  mowy.  Przy−
czyn jest kilka. Jedną z nich jest charakter sy−
gnału  mowy,  a zwłaszcza  cechy  poszczegól−
nych  mówców.  Niektórzy  mówcy  utrzymują
mniej  więcej  jednakowy  poziom  głośności.
Inni są „dynamiczni” − w ich wystąpieniach są
fragmenty głośne oraz ciche. Taka modulacja
siły  głosu  może  pełnić  funkcję  artystyczną
i zwiększać ekspresję przekazu, jednak często
przysparza  kłopotów  reżyserowi  dźwięku.
W niektórych  przypadkach  operator  miksera
wręcz  zmuszony  jest  ściszać  fragmenty  naj−
głośniejsze,  by  nie  ogłuszyć  słuchaczy,  gdy
mówca nie tylko zwiększa siłę głosu, ale do−
datkowo (zazwyczaj nieświadomie) przybliża
się  do  mikrofonu.  Doświadczeni  operatorzy
zamiast  ręcznej  ingerencji  stosują  odpowie−
dnio ustawione kompresor i limiter.

Tak czy inaczej, nie jest łatwo określić

i utrzymać średnią głośność na poziomie
optymalnym dla słuchaczy.

Zawodzą tu wspominanie mierniki fa−

bryczne. Pół biedy, gdy są to mierniki wska−
zówkowe albo cyfrowe z bargrafem − wtedy
można „na oko” z grubsza ocenić średni po−
ziom i średnią głośność dźwięku. Popularne
obecnie mierniki ze wskaźnikiem cyfrowym
okazują się całkowicie bezużyteczne do po−
miaru średniej głośności przekazu mówione−
go. Owszem, nadają się dobrze do pomiarów
szumów i hałasów oraz maksymalnego po−
ziomu muzyki, ale nie do sygnału mowy.

Tymczasem dość często trzeba mierzyć

i monitorować głośność na sali, gdzie przeka−
zywany jest program słowny. Potrzeba taka
zachodzi zwłaszcza podczas długiego, co naj−

mniej godzinnego programu. Ucho ludzkie ma
wprawdzie znaczne możliwości adaptacyjne,
jednak zarówno głośność zbyt duża, jak i zbyt
mała po dłuższym czasie okazuje się męcząca
dla słuchaczy, czego efektem jest trudność
skupienia uwagi na przekazywanym materia−
le, a nawet uczucie znacznego dyskomfortu.

Aby wyeliminować takie błędy trzeba na

bieżąco kontrolować głośność przekazu.
Właśnie głośność, a nie natężenia dźwięku.

Osoby niezorientowane nie rozróżniają

tych  dwóch  pojęć.  Najprościej  biorąc,  natę−
żenie  dźwięku  ściśle  związane  jest  z ciśnie−
niem  akustycznym,  wytwarzanym  przez
źródło dźwięku. Jest to parametr obiektywny,
który  można  stosunkowo  łatwo  zmierzyć.
Natomiast głośność dźwięku jest parametrem
subiektywnym. Chodzi o wrażenie głośności
odczuwane  przez  człowieka.  Natężenie
dźwięku  i głośność  to  nie  to  samo.  Dźwięk
o jakimś natężeniu i częstotliwości 2kHz za−
zwyczaj  odbierany  jest  jako  głośniejszy  od
dźwięku  o takim  samym  natężeniu  i często−
tliwości  40Hz  czy  12kHz.  W grę  wchodzi
specyficzna  charakterystyka  słuchu  ludzkie−
go.  W literaturze  można  znaleźć  tak  zwane
krzywe  psofometryczne,  pokazujące  zależ−
ność  czułości  przeciętnego  ucha  ludzkiego
od  częstotliwości  i od  natężenia  dźwięku.
Szczegółowe omawianie tych specyficznych
zależności nie mieści się w ramach niniejsze−
go  artykułu.  Sporo  dodatkowych  informacji
można  znaleźć  w artykułach  Bomba  aku−
styczna  czyli  o nagłaśnianiu  pomieszczeń
EdW 12/2000, 1/2001 oraz Procesory dyna−
miki dźwięku EdW 7−8/1998.

Wniosek z głębszych rozważań, potwier−

dzony  obserwacjami  jest  następujący:  aby
zmierzyć  przyrządem  subiektywnie  odczu−
waną  głośność,  nie  wystarczy  zastosować
mikrofon i zmierzyć wytwarzany przezeń sy−
gnał elektryczny. Koniecznie trzeba uwzglę−
dnić  charakterystyki  psofometryczne  stosu−
jąc odpowiednie filtry oraz mierzyć wartość
skuteczną sygnału. Pomiar wartości szczyto−
wej  lub  średniej  nie  jest  właściwy,  bo  może
wiązać się z dużymi błędami.

Opisywany przyrząd przeznaczony jest do

ciągłego monitorowania głośności na audyto−
rium. Uwzględnia charakterystyki psofome−

tryczne ucha, mierzy wartość skuteczną, a po−
nadto pobiera bardzo mało prądu, dzięki cze−
mu mała bateria starczy na wiele godzin pra−
cy. Przełączana charakterystyka dynamiczna
pozwala mierzyć nie tylko chwilową gło−
śność, ale co bardzo ważne w praktyce − gło−
śność uśrednioną w dłuższym odcinku czasu.

Opis układu

Schemat ideowy sonometru pokazany jest na
rysunku 1.

Układ zasilany jest pojedynczym napię−

ciem z baterii 9V, ale dla zapewnienia prawi−
dłowej pracy układów wzmacniacz U2B z ele−
mentami R13, R16, C11 realizuje obwód
sztucznej masy.

Sygnał z mikrofonu elektretowego jest

wzmacniany przez kostkę U1B. Potencjometr
PR1 pozwala uzyskać potrzebną czułość i do−
stosować się do parametrów użytego egzem−
plarza mikrofonu. Elementy C3...C5, R5...R8,
R14  tworzą  filtr,  który  realizuje  charaktery−
stykę  bardzo  zbliżoną  do  psofometrycznej
krzywej  odpowiadającej  standardowej  cha−
rakterystyce  A.  Filtr  ten  zapewnia  charakte−
rystykę  odpowiadającą  właściwościom  ucha
ludzkiego przy natężeniu dźwięku ok. 70dB,
czyli głośności przeciętnej rozmowy.

Sygnał z filtru podawany jest na prze−

twornik wartości skutecznej (True RMS). Sy−
gnał  zmienny  przetwarzany  jest  na  napięcie
stałe,  którego  wartość  odpowiada  wartości
skutecznej mierzonego przebiegu. Wykorzy−
stano  tu  stosunkowo  tani  przetwornik  True
RMS typu AD736 firmy Analog Devices.

−

łł

śś

Na wyjściu przetwornika występuje prze−

bieg tętniący, którego wartość odpowiada
chwilowej głośności. W praktyce okazuje się,
że chwilowa czy szczytowa wartość głośności
nie jest tak istotna w obiektach nagłaśnia−
nych. Znacznie ważniejsza jest głośność śre−
dnia, zmierzona w dłuższym odcinku czasu.

W opisywanym przyrządzie przewidziano

trzy charakterystyki dynamiczne, wybierane za
pomocą przełącznika trzypozycyjnego S2.
W pozycji środkowej stała czasowa uśredniania
jest najmniejsza i wynosi około 1s. W pozycji
oznaczonej A stała czasowa wynosi 5s. W po−
zycji B stała czasowa jest największa i wynosi
około 20s. Rezystory R17 i R18 gwarantują po−
prawną pracę po przełączeniu przełącznika S2.

Uśredniony sygnał − napięcie stałe − jest

wzmacniany przez kostkę U2A i doprowa−
dzony przez rezystor R12 do miernika wska−
zówkowego. Wartość R12 zależeć będzie od
czułości użytego wskaźnika. Dioda D2 prze−
widziana jest do ochrony miernika wskazów−
kowego przed zbyt dużym napięciem.

W układzie przewidziano dodatkowy ob−

wód  do  sprawdzania  napięcia  baterii  zasilają−
cej. Obwód taki jest wręcz konieczny − w prze−
ciwnym  wypadku,  przy  nadmiernym  spadku
napięcia baterii, przyrząd mógłby jeszcze pra−
cować, ale wskazanie byłoby ewidentnie błęd−
ne.  Obwód  pomiaru  napięcia  baterii  zrealizo−
wany jest z elementami R11, D1 w jednej z po−
zycji przełącznika trzypozycyjnego S1.

Montaż i uruchomienie

Pierwszy układ modelowy, pokazany na foto−
grafii wstępnej został zmontowany z wykorzy−
staniem kawałka płytki uniwersalnej i umie−
szczony w eleganckiej obudowie firmy Bopla.
Drugi model (w obudowie Z36) powstał na
płytce drukowanej, pokazanej na rysunku 2.

Montaż jest klasyczny, nie powinien spra−

wić trudności. Przyrząd zmontowany ze spraw−
nych elementów będzie od razu pracował, trze−
ba jednak wyregulować potencjometr PR1 oraz
dobrać indywidualnie wartości rezystorów
R11, R12. Nie sposób przewidzieć ich dokład−

nej wartości, bo zależeć ona będzie od parame−
trów użytego miernika wskazówkowego.

Przyrząd trzeba wyposażyć w samodzielnie

wykonaną skalę lub wykorzystać istniejącą.
W modelowych przyrządach pokazanych na fo−
tografiach wykorzystano wskaźniki wysterowa−
nia magnetofonu, wyskalowane w decybelach.

Wartość R12 nie jest krytyczna. Trzeba ją

dobrać tak, by przy napięciu stałym na wyj−
ściu U2A (n. 1) wynoszącym około 1V wzglę−
dem sztucznej masy, wskazówka pokazywała
0dB. Później ostateczną czułość przyrządu
trzeba wyregulować za pomocą PR1.

W mierniku celowo wykorzystano tylko je−

den zakres pomiarowy. Kto chce, może śmiało
zmieniać  wartość  wzmocnienia  całego  toru,
a wtedy uzyska przyrząd wielozakresowy. Prak−
tyczne doświadczenia pokazują jednak, że przy−
rząd, który przeznaczony jest do ciągłej kontro−
li głośności w ustalonych warunkach nie tylko
może, ale wręcz powinien mieć tylko jeden za−
kres.  Wartość  0dB  powinna  odpowiadać  opty−
malnej  głośności.  Co  ciekawe,  do  kalibracji
wcale nie jest potrzebny fabryczny miernik na−
tężenia dźwięku czy inny przyrząd pomiarowy.
Szczerze  mówiąc,  taki  przyrząd  może  nawet
przeszkadzać − użytkownicy wiedzą, że wskaza−
nia  silnie  zależą  od  ustawień  (charakterystyki,
A, C, SLOW, FAST) i, zwłaszcza w przypadku
pomiaru programu słownego za pomocą mierni−
ków  cyfrowych,  interpretacja  wskazań  jest  co
najmniej utrudniona. Ostateczna kalibracja opi−
sywanego miernika głośności powinna być wy−

konana „na piechotę” w rzeczywistych warun−
kach, a poziom 0dB należy wybrać po dłuższym
czasie słuchania programu, najlepiej na podsta−
wie opinii kilku osób (co rzeczywiście będzie
odpowiadać wrażeniu średniej głośności).

W modelach nie przewidziano dodatko−

wej skali do testowania baterii. Wartość R11
dobrano tak, żeby przy sprawnej baterii
wskazanie było większe niż 0dB − wartości
poniżej 0dB w pozycji TEST S1 wskazują na
konieczność wymiany baterii.

Wymiana baterii będzie następować bar−

dzo rzadko. Przyrząd pobiera w czasie pracy
około 1,3mA prądu, więc alkaliczna bateria
o pojemności ok. 400mAh wystarczy na wie−
le godzin nieprzerwanej pracy.

Piotr Górecki

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R22,,R

R77,,R

R1100,,R

R1133,,R

R1166 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R33,,R

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..115500kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..112200kk

Ω

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..**
R

R1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..** (( w

w m

mooddeelluu 1100kk

Ω

))

R1144,,R

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R1177,,R

R1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

((ooppccjjaa))

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100......2222kk

Ω

hheelliittrriim

Kondensatory
C

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF
C

C22,,C

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//1166V

C33−C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

C66,,C

C1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall

C1100A

A .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall ((ooppccjjaa))

C1100B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222

µµ

FF//1166V

V ttaannttaall ((ooppccjjaa))

Półprzewodniki
D

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ZZeenneerraa 33V

V33

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

U11,,U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTLL006622

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

D773366

Pozostałe
M

M11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miikkrrooffoonn eelleekkttrreettoow

wyy

S11,,S

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeełłąącczznniikk ttrrzzyyppoozzyyccyyjjnnyy

K11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miieerrnniikk w

wsskkaazzóów

wkkoow

wyy

Włłąącczznniikk zzaassiillaanniiaa

Rys. 1

Rys. 2

Płytka drukowana dostępna jest w sieci

handlowej AVT jako kit szkolny

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

Kwiecień 2002

Do czego to służy?

Pagery to małe odbiorniki radiowe służące
do przekazywania wiadomości głosowych
lub numerycznych (alfanumerycznych).

Ponieważ transmisja odbywa się z reguły

w jedną  stronę  (bez  zwrotnej  komunikacji
właściciela  pagera  z nadawcą  wiadomości),
dlatego  system  ten  −  wobec  dynamicznego
rozwoju  telefonii  komórkowej  GSM  −  nieco
stracił na popularności. Nadal jednak w eks−
ploatacji  pagery  wciąż  są  tańsze  od  telefo−
nów komórkowych, a ich wielkimi zaletami
są: dyskretny odbiór i możliwość jednoczes−
nego powiadamiania wielu odbiorców.

Z tego też względu w ostatnim czasie co−

raz częściej jest wykorzystywany lokalny sy−
stem przywoławczy o zasięgu ograniczonym
np. do terenu zakładu czy kilku budynków.

Dzięki wykorzystaniu takich pagerów

można  np.  wezwać  lekarza  czy  pielęgniarkę
w szpitalu,  jak  również  wezwać  czy  powia−
domić  innego  pracownika  wyposażonego
w taki  właśnie  odbiorniczek.  Oczywiście
bardziej  skomplikowane  pagery,  umożliwia−
jące przesłanie wiadomości tekstowych, mo−
gą  być  wykorzystane  w szerszym  zakresie
niż  te  wydające  tylko  dźwięki  akustyczne.
Ponadto  dzięki  zastosowaniu  komputera,  łą−
cza modemowego i specjalnego oprogramo−
wania istnieje możliwość stworzenia indywi−
dualnego stanowiska operatorskiego.

Innym sposobem wykorzystania pagera

może być monitorowanie alarmu, czyli auto−
matyczne powiadamiania drogą radiową
o zaistniałym zagrożeniu osób odpowiedzial−
nych za ochronę konkretnego obiektu.

Od strony technicznej pager to miniaturo−

wy  odbiornik  FM  z wewnętrzną  anteną  ma−
gnetyczną,  wykonany  techniką  SMD.  Układ
fabryczny składa się z części analogowej (ra−
diowej z podwójną przemianą częstotliwości)
oraz  cyfrowej  (z dekoderem,  pamięcią  oraz
wyświetlaczem alfanumerycznym LCD).

Co prawda opisywany poniżej ekspery−

mentalny  pager  analogowy  ma  ograniczone
możliwości  w stosunku  do  układów  cyfro−
wych, opartych o dość skomplikowane proto−
koły,  ale  w wielu  przypadkach  może  spełnić
swoją rolę poprzez powiadomienie sygnałem
dźwiękowym na odległość do około 200m.

Jak to działa?

Schemat blokowy lokalnego systemu przywo−
ławczego, proponowanego do samodzielnego
wykonania, jest pokazany na rysunku 1.

Widać tutaj, że w tytule jest pewna niekon−

sekwencja: pager to układ odbiorczy, znajdu−
jący się po prawej stronie schematu. Jednak
aby układ był przydatny, musi mieć źródło sy−
gnału, czyli nadajnik emitujący sygnał radio−
wy. Urządzenie pracuje na ogólnodostępnym
pasmie częstotliwości radiowych 433,92MHz.

Zasada działania tego systemu jest bardzo

prosta. W momencie załączenia napięcia zasi−
lania nadajnika następuje wysyłanie przez jego
antenę zmodulowanej fali nośnej, która po do−
tarciu do układu odbiornika zostaje zamienio−
na na napięcie w.cz., a następnie, po wzmoc−
nieniu, przetworzona na sygnał dźwiękowy.

Tak lapidarnie opisane urządzenie można

zrealizować w oparciu o dostępne moduły
wykorzystywane w różnego rodzaju syste−
mach alarmowych, stosowanych do automa−
tycznego otwierania drzwi i bram, czy innych
urządzeń kontroli dostępu.

Można tutaj wykorzystać dostępne hybry−

dowe układy nadajników LC i odbiorników
superreakcyjnych. Jednak należy zdawać sobie
sprawę, że odbiorniki takie charakteryzują się
małą selektywnością, a więc niekorzystnym,

bardzo szerokim pasmem odbioru i dużą po−
datnością na zakłócenia. Z praktyki wiadomo,
że urządzenia budowane na bazie układów su−
perreakcyjnych, choć mają mały pobór mocy
i są tanie, mają ograniczone zastosowanie. Mo−
gą one samoczynnie się uruchamiać, a często
odmawiać posłuszeństwa, wobec czego nie są
używane do zastosowań profesjonalnych.

Z drugiej strony, popularne odbiorniki su−

perheterodynowe osiągają stabilne wzmoc−
nienie i dobrą czułość oraz selektywność, ale
kosztem rozbudowy układowej.

Na szczęście są już dostępne w kraju hy−

brydowe  układy  scalone  amerykańskiej  fir−
my  RFM,  spełniające  rolę  odbiorników
i nadajników radiowych, znacznie upraszcza−
jące  konstrukcję  i charakteryzujące  się  bar−
dzo dobrymi parametrami.

W układzie nadajnika zastosowano układ

HX1000, zaś w odbiorniku RX1000 (obydwa
układy firmy RFM dostępne w warszawskiej
firmie Gamma).

Ponieważ układy te są przystosowane do

transmisji sygnałów cyfrowych i pracujących
na zupełnie odmiennych zasadach, niż opisy−
wane wcześniej w EdW, warto poświęcić im
nieco miejsca.

Nadajnik HX1000
Układ jest montowany na ceramicznej po−

wierzchni o niewielkich wymiarach w obu−

dowie SMD. Zaprojektowano go
tak, by spełniał wymagania dla
emisji sygnału o małej zawartości
harmonicznych i był łatwy do za−
stosowania.

Rys. 1

Rys. 2

HX1000

RX1000

Schemat blokowy struktury nadajnika

HX1000 przedstawiono na rysunku 2.

Generator jest wykonany na wzmacniaczu

operacyjnym  z filtrem  SAW umieszczonym
w pętli sprzężenia zwrotnego. Drugi taki sam
filtr  SAW służy  do  tłumienia  sygnałów  har−
monicznych  na  wyjściu.  Warto  wiedzieć,  że
zastosowanie  filtru  z przesunięciem  fazy
o 180

zapewnia 3dB szerokości pasma i eli−

minuje dodatkowe elementy pętli dodatniego
sprzężenia zwrotnego generatora.

Układ nadajnika ma wewnętrzną impedan−

cję wejściową i wyjściową o wartości 50

Ω

przez co nie wymaga dopasowania dołączanych
elementów i znacznie upraszcza konstrukcję.

Poniżej przytaczamy parametry układu

HX1000 deklarowane przez wytwórcę:
− typ obudowy: SM−4;
− nominalna częstotliwość pracy: 433,92MHz;
− moc wyjściowa: 0dBm;
− impedancja wyjścia: 50

Ω

;

− poziom harmonicznych: −45...50dB;
− impedancja wejścia: 18k

Ω

;

− napięcie zasilania: 3V (±0,3V);
− prąd spoczynkowy: <1mA;
− maksymalny pobór prądu przy nadawa−

niu: 10mA;

− maksymalna szybkość nadawania: 19,2kb/s;
− wymiary: 10,7x9, 0x2,8mm.

Na rys. 2b przedstawiono uproszczony

schemat blokowy struktury wewnętrznej
odbiornika RX1000. Jest ona oparta o sekwen−
cyjne wzmacniacze RFM, a ich zasadniczą no−
wością jest architektura odbiornika ASH, rów−
nież całkowicie oparta na technologii SAW.

Sygnał wejściowy z anteny jest najpierw

selekcjonowany  w wąskopasmowym  filtrze
SAW, a następnie wzmacniany w pierwszym
wzmacniaczu w.cz. Ten pierwszy wzmacniacz
jest połączony z generatorem, a jego wyjście
jest doprowadzone do wejścia linii opóźniają−
cej SAW. Kolejny wzmacniacz w.cz. jest rów−
nież podłączony do generatora, ale w przeciw
fazie, oraz do wyjścia linii opóźniającej. W re−
zultacie, kiedy pojawia się sygnał z linii dłu−
giej,  pierwszy  wzmacniacz  jest  wyłączony,
a drugi  włączony.  Wypadkowe  wzmocnienie
układu jest podobne, jak w odbiorniku super−
heterodynowym,  a układ  charakteryzuje  się
doskonałą  stabilnością.  Faktem  jest,  że  oby−
dwa  wzmacniacze  nie  pracują  jednocześnie
w tym samym czasie i dlatego wprowadzenie
ujemnego sprzężenia zwrotnego między nimi
mogłoby  czynić  obwód  niestabilnym.  Z tego
też względu, aby uniknąć takiego przypadku,
zastosowano  linię  opóźniającą  0,5

s, która

charakteryzuje się szerokością pasma około
1,5MHz przy stratach około 7dB.

Wyjście drugiego wzmacniacza jest połą−

czone przez detektor AM z filtrem o pasmie
2...150kHz. Z kolei wyjście filtru jest połą−
czone przez zewnętrzne pojemności do kom−
paratora o stałym progu komparacji.

Na podkreślenie zasługuje fakt, że filtro−

wanie sygnału w tym odbiorniku odbywa się

w wąskopasmowym filtrze SAW oraz w linii
opóźniającej  SAW.  Każdy  z wąskopasmo−
wych  filtrów  zapewnia  selektywność  około
50dB, a normalnie dwa filtry tej samej często−
tliwości  miałyby  tłumienie  dużo  mniejsze
w połączeniu kaskadowym, niż 100dB i były−
by one bardzo czułe na przesłuchy wynikające
z ich  rozmieszczenia  w układzie.  Przesłuch
wprowadzany  przez  linię  opóźniającą  jest
efektywnie  ograniczony  przez  przełączanie
wzmacniaczy.  Przenikanie  sygnału  pomiędzy
wejściem  antenowym  a różnicowym  wej−
ściem  wzmacniacza  jest  skutecznie  elimino−
wane  przez  wąskopasmowy  filtr  SAW.
W efekcie  powyższych  zabiegów  powstał
odbiornik  o czułości  podobnej,  jaką  mają
odbiorniki  superheterodynowe  ze  100dB  tłu−
mieniem sygnałów niepożądanych.

Reasumując, odbiornik o architekturze

ASH  ma  więcej  zalet,  niż  jego  superhetero−
dynowy  odpowiednik.  Wszystkie  niezbędne
funkcje są zawarte w pojedynczym układzie
scalonym.  Układy  SAW umożliwiają  umie−
szczenie

kompletnego

odbiornika w niezwykle ma−
łej obudowie. Nie wymagają
regulacji

częstotliwości,

brak generatora w.cz.

w odbiorniku  eliminuje  pro−
blem  pasożytniczego  pro−
mieniowania i zmniejsza po−
bór  prądu.  Kolejną  redukcję
poboru  mocy  uzyskuje  się  przez  zastosowa−
nie kluczowanych wzmacniaczy w.cz., które,
pracując  na  przemian,  ograniczają  o połowę
pobór mocy.

RX1000 jest kompatybilny z układami

CMOS, a kompletna aplikacja wymaga uzu−
pełnienia układu tylko o trzy zewnętrzne
kondensatory.

Poniżej parametry układu RX1000 dekla−

rowane przez wytwórcę:
− typ obudowy: SM−10;
− nominalna częstotliwość pracy: 433,92MHz;
− czułość: −100dBm;
− impedancja wejścia: 50

Ω

;

− napięcie zasilania: 3V (2,7...3,5V);
− maksymalny pobór prądu podczas pracy:

1,25mA;

− maksymalna szybkość pracy: 2,4kb/s;
− wymiary: 13,72x9,40x2,54mm.

Schemat elektryczny urządzenia jest po−

kazany na rysunku 3.

W układzie nadajnika (rys. 3a), oprócz

opisanego układu HX1000, zastosowano ge−
nerator  m.cz.  jako  multiwibrator  na  dwóch
tranzystorach BC547. Wytwarza on falę pro−
stokątną, w której długość trwania impulsów
(wysokość tonu akustycznego) można zmie−
niać  poprzez  korekcję  wartości  elementów
RC.  Z wartościami  elementów,  jak  na  sche−
macie, modulator generuje sygnał o częstotli−
wości około 400kHz, jednak nie jest to war−
tość krytyczna. Układ działał poprawnie tak−
że z mniejszymi wartościami kondensatorów,

np. przy 2,2nF, gdzie częstotliwość była
podwyższona do wartości około 1,5kHz.

Do wyjścia odbiornika układu RX1000

(rys.  3b)  podłączono  prosty  wzmacniacz  OE
na  tranzystorze  BC547.  Wzmocniony  sygnał
m.cz.  o częstotliwości  identycznej,  jak
wysłany w nadajniku, jest prostowany w ukła−
dzie podwajacza napięcia, a następnie podany
na  tranzystor  kluczujący.  Konsekwencją  spo−
laryzowania  bazy  jest  uruchomienie  buzzera
generującego sygnał dźwiękowy.

Obydwa układy są zasilane napięciem

3V (2xR6).

Montaż i uruchomienie

Układ  prototypowy  został  zmontowany  na
płytkach laminowanych miedzią o wymiarach
55x25mm. Układy scalone zostały przyklejone
wyprowadzeniami do góry, a do nich następnie
przylutowano  niezbędne  elementy  według
schematu.  Wyprowadzenia  elementów  ukła−
dów tranzystorowych zostały przylutowane do
wysepek lutowniczych uzyskanych przez wy−
skrobanie warstwy miedzi na płytkach.

W miejsce anteny można podłączyć odci−

nek drutu o długości około 17cm. Godząc się
na nieco mniejszy zasięg działania można
skrócić długość anteny przez zwinięcie drutu

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11,, R

R44,, R

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R22,, R

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200kk

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

Kondensatory
C

C11,, C

C22,, C

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

C33,, C

C44,, C

C77,, C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

FF//1166V

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11

µµ

FF//1166V

Półprzewodniki
D

D11,, D

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

TT11,, TT22,, TT33,, TT44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554477

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..H

X11000000

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..R

X11000000

Buuzzzzeerr

Rys. 3a

Rys. 3b

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

Kwiecień 2002

Do czego to służy?

Urządzenie  pełni  funkcję  dodatkowego,
optycznego  sygnalizatora  dzwonka  telefo−
nicznego.  Może  on  być  przydatny  wszędzie
tam, gdzie tradycyjny sygnał akustyczny jest
nieskuteczny,  bądź  niewskazany.  Takim
miejscem może być np. duża hala przemysło−
wa,  gdzie  hałas  zagłusza  dźwięk  dzwonka,
czy  chociażby  pokój,  w którym  gra  głośna
muzyka. Jako sygnalizatora  można  użyć  ża−
rówki na napięcie 220 VAC.

Jak to działa?

Działanie układu polega na monitorowaniu na−
pięcia  panującego  na  linii  telefonicznej.  Jak
wiadomo,  napięcie  to  zmienia  się  i wynosi
w przybliżeniu 60VDC, gdy słuchawka leży na
widełkach i 10VDC podczas prowadzenia roz−
mowy. Gdy przychodzi sygnał dzwonka na na−
pięcie  60VDC  nakładane  jest  dodatkowo  na−
pięcie przemienne o amplitudzie 90VAC i czę−
stotliwości  25Hz.  Zadanie  układu  polega  na
zapaleniu  żarówki  sygnalizacyjnej  w czasie
występowania  tego  sygnału,  czyli  w czasie
dzwonienia  telefonu.  Schemat  ideowy  przed−
stawiony  został  na  rysunku  1.  Kondensator
C1 nie dopuszcza do poboru prądu przez układ
w czasie spoczynku (czego wymagają przepisy
telekomunikacyjne), a w trakcie występowania
sygnału  dzwonienia  swoją  reaktancją  ograni−
cza  prąd  diody  LED  optotriaka  TO1.  Prąd
zmienny zostaje wyprostowany w mostku Gra−
etz’a  zbudowanym  z diod  D1..D4.  Ponieważ
na mostku odkłada się napięcie o wartości oko−
ło  1,4V układ  nie  zwiera  sygnałów  akustycz−

nych, które są rzędu setek miliwoltów. Napię−
cie tętniące jest wygładzane na kondensatorze
C2 i podawane na diodę LED zawartą w opto−
triaku  TO1.  Optotriak  zapewnia  niezbędną
w tym  przypadku  izolację  galwaniczną  mię−
dzy  obwodem  linii  telefonicznej  a obwodem
sieci.  Dioda  Zenera  D5  nie  dopuszcza  do
nadmiernego wzrostu napięcia na kondensato−
rze  C2  i utrzymuje  je  na  granicy  20V.
Optotriak  steruje  triakiem  TR1,  który
umożliwia  zastosowanie  nawet  100−wa−
towej żarówki (220V) w roli lampki sy−
gnalizacyjnej. Posiada on w swojej struk−
turze  obwód  wyzwalający  triak  w mo−
mencie przejścia napięcia sieci przez ze−
ro. Dzięki  temu obwodowi zostają wye−
liminowane  zakłócenia  radiowe  powsta−
jące podczas zapłonu triaka w momencie
występowania  na  nim  dużego  napięcia.
Ponieważ  w roli  elementu  sterującego
został wykorzystany triak, odbiornik mu−
si mieć charakter rezystancyjny, tzn. nie
może nim być urządzenie posiadające na
wejściu transformator lub elektromagnes.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce pokazanej
na  rysunku  2.  Zmontowany  ze  sprawnych
elementów  od  razu  powinien  działać.  Jego
funkcjonowanie można sprawdzić dołączając
do  zacisków  wejściowych  źródło  napięcia

przemiennego o wartości rzędu 24V, np.
z uzwojenia wtórnego transformatora.

Przy

sprawdzaniu  układu  będącego  pod  napię−
ciem  sieci  należy  pamiętać  o ostrożności.
Ponieważ  układ  jest  cały  czas  pod  napię−
ciem  należy  go  umieścić  w obudowie.

Płytka jest zwymiarowana pod obudowę
Z−23. Jako lampkę najlepiej zastosować bar−
wioną żarówkę, będzie ona bardziej zauwa−
żalna.

Piotr Wójtowicz

Uwaga! Układ ten nie posiada homologacji
Ministra Łączności i Komunikacji. Podłącze−
nia go do publicznej sieci telekomunikacyjnej
dokonujemy na własną odpowiedzialność!

Rys. 1 Schemat ideowy

Rys. 2 Schemat montażowy

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,,55kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

Ω

Kondensatory
C

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22

µµ

FF //110000V

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//2255V

Półprzewodniki
TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

BTT113366//660000

OTT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..M

C33004400

D11−D

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

D55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ZZeenneerraa C

C2200V

Inne
A

A11−A

A33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

Obbuuddoow

waa ZZ−2233

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny

w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−

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

Kwiecień 2002

Do czego to służy?

Na pewno bardzo wielu ludzi denerwuje po−
trzeba  włączania  i wyłączania  oświetlenia.
Można  zostawiać  światło  włączone,  ale  to
z kolei  powoduje  podwyższenie  opłat  za
energię elektryczną. Z tych to powodów po−
stanowiłem skonstruować automatyczny ste−
rownik oświetlenia. Układ taki można wyko−
nać także na bazie czujnika ruchu. Rozwiąza−
nie  to  ma  jedną  istotną  wadę,  a mianowicie
cena  takiego  czujnika  waha  się  w granicach
80  zł.  Zaprojektowany  przeze  mnie  układ
oparty  jest  na  idei  liczenia  ludzi  wchodzą−
cych i wychodzących. Gdy układ zliczy cho−
ciaż jedną osobę, zapala się światło. Oprócz
tego sterownik stwierdza czy jest dzień, czy

noc,  i w zależności  od  tego  włącza  światło.
Trzecią  funkcją  układu  jest  funkcja  SEN,
która powoduje, że po wciśnięciu przycisku,
światło  samoczynnie  się  wyłącza  i oczekuje
na nowy dzień.

Jak to działa?

Na rysunku 1 widoczny jest schemat układu.
Głównymi  blokami  sterownika  są:  mikropro−
cesor AT89C2051, odbiorniki promieniowania
podczerwonego  (TFMS)  oraz  nadajnik  tego
promieniowania  wraz  z generatorem  36kHz.
Oprogramowanie  na  mikroprocesor  zostało
stworzone  w programie  BASCOM  8051
sefEP.  Do  nóżek  P3.2  i P3.3  mikroprocesora
zostały  dołączone  detektory  promieniowania.

Wywołują  one  przerwania  Int0  i Int1.  Koń−
cówka P3.1 poprzez tranzystor T1 steruje prze−
kaźnikiem.  Do  wyprowadzeń  P1.0  i P1.1  zo−
stał dołączony fotorezystor. Kontroluje on na−
tężenie  oświetlenia  w pomieszczeniu.  Próg
przełączania oświetlenia ustawia się rezystora−
mi R1−R3. Przycisk S1 służy do wywoływania
podprogramu  SEN.  Wyjście  P3.0  podłączone
jest do diody sygnalizacyjnej. Aby odbiorniki
US2  i US3  poprawnie  działały  diody  nadaw−
cze muszą pracować z częstotliwością 36kHz.
Zostało  to  osiągnięte  przez  generator  zbudo−
wany na układzie NE555. Generowany sygnał
przez tranzystor T2 steruje pracą diod D1 i D2.

Rys. 1

śś

Program

Pełny  listing  programu  został  umieszczony
w internecie  na  stronie  internetowej  EdW
w dziale FTP. Pierwsza część programu skła−
da  się  z poleceń  konfiguracyjnych.  Pewne
wątpliwości  może  budzić  pierwsza  linijka
programu. Przecież na schemacie nie ma żad−
nego panelu LCD! Jednak przy uruchamianiu
programu  panel  ten  bardzo  mi  się  przydał,
więc  zostawiłem  polecenia  sterujące  pracą
wyświetlacza.  W wersji  docelowej  panel
LCD  nie  będzie  montowany.  Na  listingu  1
została  przedsta−
wiona  pętla  głów−
na  programu.  Ko−
lejno układ przepi−
suje stan kompara−
tora  wewnętrzne−
go  do  zmiennej
ND oraz sprawdza
stan

przycisku

SEN.  Jeżeli  w po−
mieszczeniu  jest
ciemno  program
realizuje  podpro−
gram  Swiatlo.  Je−
żeli  zmienna  ND
przyjmuje  wartość
0  program  podąża
do  podprogramu  Gaszenie.  Kolejnym  kro−
kiem jest wyświetlenie na LCD stanu zmien−
nych L i ND. I tak w kółko Macieju...

Podstawowymi podprogramami są: „Wej−

scie” i „Wyjscie”. Treść jednego z tych podpro−
gramów  została  przedstawiona  na  listingu  2.
W zależności od tego, który detektor zostanie
zasłonięty  pierwszy,  to  albo  od  dotychczaso−
wej liczby osób odejmuje się jedną, albo doda−
je. Kolejnym podprogramem jest blok poleceń
SEN.  Przedstawione  są  one  na  listingu  3.
Pierwsze  polecenie  zakazuje  obsługę  prze−
rwań.  Oznacza  to,
że póki śpimy żad−
ne wejście czy wyj−
ście  nie  zakłóci
nam  snu,  czyli  nie
zapali

światła.

Działanie tego pod−
programu jest sy−
gnalizowane przez
dwudziestokrotne
mignięcie

diody

D3,  a następnie
światło gaśnie. Mi−
kroprocesor  wpada
w pętlę  warunko−
wą,  z której  może
wyjść, gdy ponow−
nie  słońce  oświetli
ziemię  (zakładam,
że nikt nie wpadnie
na  pomysł  wciska−
nia  przycisku  S1
w trakcie  dnia).
Gdy  za  oknem

znów  będzie  wid−
no  program  po−
nownie zezwala na
obsługę  przerwań
i wraca  do  pętli
głównej.  Podpro−
gram  „Swiatlo”  –
listing  4 −  jak  ła−
two  się  domyślić,
włącza  i wyłącza
oświetlenie  w po−
mieszczeniu.  Algorytm  jest  następujący:  Je−
żeli  ktoś  jest  w pokoju  to  zapal  światło,
w przeciwnym razie idź do podprogramu Ga−
szenie. Podprogram gaszący światło, analizu−
je czy przekaźnik jest włączony (zmienna S),
jeżeli tak to go wyłącza.

Montaż i uruchomienie

Układ najlepiej zmontować na płytce druko−
wanej  przedstawionej  na  rysunku 2.  Pasuje
ona  do  większości  puszek  elektroinstalacyj−
nych.  Pozostałe  płytki  (rysunki  3  i 4)  służą
do  zamontowania  odbiorników  promienio−
wania IR oraz przekaźnika. Diody nadawcze
proponuję połączyć w pająku a potem przy−
twierdzić  je  do  obudowy  za  pomocą  kleju
termoplastycznego.  Również  za  pomocą  te−
goż kleju należy zamontować element wyko−
nawczy do płytki głównej. Jako płytę czoło−
wą  zastosowałem  kawałek  laminatu  o wy−
miarach 7,5cm x 7,5cm z naklejoną nalepką

oraz z wywierconymi otworami na diodę D3
i przycisk SW1. Elementy te należy połączyć
z odpowiednimi punktami na płycie głównej
(opisy  na  schemacie  i płytkach  drukowa−
nych).  Resztę  układu  montujemy  klasycznie
stosując  pod  układy  scalone  podstawki
(szczególnie  pod  mikroprocesor).  Płytki
z nadajnikami  i odbiornikami  podczerwieni
zostały zwymiarowane do obudów Z−43.

Pierwszą czynnością, jaką należy wyko−

nać przy uruchamianiu układu jest ustawienie
częstotliwości generatora. W tym celu pomię−
dzy emiter tranzystora T2 a masę podłączamy
miernik  częstotliwości  i potencjometrem
montażowym  PR1  ustawiamy  częstotliwość
36kHz. W przypadku braku takiego przyrzą−
du  należy  nadajnik  i odbiornik  ustawić  na−
przeciwko siebie w odległości około 1m. Re−
gulując  suwak  potencjometru  PR1,  tak  do−
strajamy  generator,  aby  sterownik  reagował
na  zasłonięcia  obu  czujników.  Fotorezystor
umieszczamy w takim miejscu, aby nie pada−
ło na niego światło z pomieszczenia ani z uli−
cy. Ewentualnie należy dobrać wartość rezy−
storów  R1−R3.  Układ  powinien  być  zasilany
napięciem  stałym  niekoniecznie  stabilizowa−
nym. W sterowniku nie zdecydowałem się na
stosowanie  zasilacza  beztransformatorowego
ze względów bezpieczeństwa.

Michał Waśkiewicz

mwaskiew@go2.pl

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

Kwiecień 2002

Wykaz elementów

Rezystory
R

R11−R

R33,,R

R55–

–R

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..112200kk

Ω

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

Ω

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

FFR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddoow

woollnnyy

Kondensatory
C

C11,,C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//1166V

C22,,C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333ppFF

C44,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000ppFF
C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF//1166V

Półprzewodniki
U

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT8899C

C22005511

S22,,U

S33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTFFM

S55336600

S44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..N

NEE555555

S55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77880055

TT11,,TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

D11,,D

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIR

REED

D ((nnpp.. LLD

D227711))

D33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

Pozostałe
S

W11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..uussw

wiittcchh

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1111,,005599M

Hzz

K11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..R

M8822//55V

ppooddssttaaw

wkkii .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

DIIP

P88,, D

DIIP

P2200

Komplet podzespołów z płytką

jest dostępny w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−3014

''L

Liis

sttiin

g 1

Do
Nd = P3.6
If P3.4 = 0 Then
Gosub Sen
End If
If Nd = 1 Then
Gosub Swiatlo
End If
If Nd = 0 Then
Gosub Gaszenie
End If
Lcd „ L=” ; L ; „ Nd=” ;
Nd
Waitms 200
Cls
Loop

''L

Liis

sttiin

g 3

Sen:
Disable Interrupts
Lcd „ Sen “
For R = 1 To 20
Reset P3.0
Waitms 500
Set P3.0
Waitms 500
Next R
Gosub Gaszenie
Do
Loop Until P3.6 = 0
Enable Interrupts
Enable Int0
Enable Int1
Return

''L

Liis

sttiin

g 4

Swiatlo:
If L <> 0 Then

Set P3.1
Set S

Waitms 255
Else
Gosub Gaszenie
End If
Return

''L

Liis

sttiin

g 2

Wejscie:
L = L + 1
Reset P3.0
Wait 1
Set P3.0
Return

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

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

Kwiecień 2002

Zestaw  do  samodzielnego  montażu  K8031
pozwala zrealizować marzenia ogromnej rze−
szy  elektroników.  Kilkadziesiąt  elementów
zmontowanych  na  płytce  o wymiarach
14x13cm pozwala stworzyć w pełni funkcjo−
nalny  oscyloskop  cyfrowy  w formie  przy−
stawki do komputera. Oscyloskop ma pasmo
12MHz  (±3dB),  zakres  regulacji  czułości
wejścia to 10mV...3V/działkę. Częstotliwość
próbkowania  można  zmieniać  w zakresie
800Hz....32MHz,  co  daje  zakres  podstawy
czasu  0,1

s...100ms/działkę, przy czym je−

den rekord zawiera 4096 próbek. W przyrzą−
dzie  wykorzystano  8−bitowy  przetwornik
analogowo−cyfrowy  TDA8703,  więc  roz−
dzielczość  przebiegu  w pionie  wynosi  256
poziomów.

Ważną zaletą jest wykorzystanie kompu−

tera PC i jego monitora w roli wyświetlacza.
Współpraca z komputerem nie tylko radykal−
nie redukuje koszty, ale też pozwala zrealizo−
wać wiele interesujących funkcji, niedostęp−
nych w klasycznych przyrządach autono−
micznych. Umożliwia to dostarczony w ze−
stawie program komputerowy sterujący przy−
stawką oscyloskopu i przetwarzający uzyska−
ne wyniki. Dzięki temu programowi możliwe
jest zapamiętywanie i odtwarzanie zapamię−
tanych przebiegów, czyli praca w roli oscylo−
skopu z pamięcią. W trybie rejestratora moż−
liwe jest obserwowanie wolnych przebiegów
przy skali 20ms/dz...2000s/dz.

Przyrząd może też pełnić rolę analizatora

widma  w zakresie  0−400Hz...0−16MHz.
W trybie  AC  może  pełnić  rolę  miernika
prawdziwej wartości skutecznej (True RMS).
Cyfrowe  sterowanie  pozwala  zrealizować
dodatkowe  pożyteczne  funkcje,  jak  auto−se−
tup czy pomiary z pomocą kursorów. Możli−
wa  jest  ścisła  współpraca  z generatorem

K8016 (PCG10) i wtedy dodatkowo można
mierzyć charakterystyki Bodego (częstotli−
wość i fazę przebiegu).

Przyrząd PCS100 zasilany jest napięciem

stałym 9...10V, a pobór prądu nie przekracza
0,5A.

Układ oscyloskopu jest odizolowany gal−

wanicznie od komputera za pomocą transop−
torów, co w praktyce ma duże znaczenie,
zmniejszając ryzyko zakłóceń i umożliwiając
nietypowe pomiary.

Częścią zestawu K8031 jest estetyczna

obudowa oraz zabezpieczone folią płyty czo−
łowa i tylna. Użytkownik powinien tylko po−
starać się o sondę pomiarową lub ostatecznie
zwykły przewód pomiarowy.

Montaż

Montaż  tego  przyrządu,  pełniącego  dość
skomplikowane  funkcje,  nie  jest  trudny.  Na
pewno nie jest to jednak projekt przeznaczo−
ny dla zupełnie początkujących (Skill level −
5). Dobrą pomocą w montażu jest instrukcja,
przedstawiająca  krok  po  kroku  wszystkie
kolejne czynności, przy czym dla zmniejsze−
nia ryzyka pomyłki warto odznaczać w ma−
łych  krateczkach  kolejne  zmontowane  ele−
menty.  Najmniejsze  elementy  połączone  są

fabrycznie taśmą w kolejności, w jakiej ma−
ją być montowane. Jest to dodatkowym uła−
twieniem.

Zmontowana płytka chroniona jest przed

zakłóceniami  elektromagnetycznymi  przez
arkusz przewodzącej folii. Rysunki pokazują
sposób montażu folii i płytki, należy tylko za−
dbać, by błyszcząca, przewodząca strona folii
skierowana była do dołu, żeby nie spowodo−
wała zwarcia między elementami i ścieżkami
płytki.  Nacięty  fragment  ma  być  tak  umie−
szczony,  by  po  dokręceniu  śrub  dolna,  prze−
wodząca strona folii ekranującej miała dobry
kontakt  z masą  płytki  (w okolicy  trymerów
CV1, CV2). Część folii ekranującej, która bę−
dzie  osłaniać  płytkę  od  góry  powinna  mieć
brzegi oklejone zwykła taśmą klejącą, co wy−
eliminuje ryzyko jakichkolwiek zwarć z płyt−
ką drukowaną czy płytą czołową.

Końcowy montaż to umieszczenie płytki

w obudowie, wlutowanie stabilizatora, przy−
kręconego do aluminiowej płyty tylnej, skrę−
cenie całości (na razie bez pokrywy górnej)
i oderwanie folii ochronnej z płyt.

Gotowy przyrząd podłączany jest do po−

rtu  drukarkowego  PC−ta,  na  którym  wcze−
śniej zainstalowane zostało oprogramowanie
PC−Lab2000  z dostarczonej  płyty  CD.  Po
skonfigurowaniu adresu portu drukarkowego
i podaniu  typu  przyrządu  (K8031)  należy
zewrzeć  wejściowe  gniazdo  BNC  i po  klik−
nięciu  przycisku  Run przeprowadzić  prostą
kalibrację w trybie AC i wyłączeniu wyzwa−
lania (Trigger − OFF):

Gdy linia podstawy czasu ustawiona jest

na środku ekranu należy przełączać zakresy
1V/dz i 3V/dz i tak ustawić RV1, by zmiany
zakresu nie zmieniały położenia linii na
ekranie.

Ciąg dalszy na stronie 59.

−

łł

Najciekawsze kity

Belgijska firma Velleman jest światowym liderem w produkcji kitów elektronicznych

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

Kwiecień 2002

Silniki krokowe

Przejdźmy teraz do silników. Tego problemu
dotyczyła część listów.

Do urządzenia wycinającego w styropia−

nie wystarczą nieduże silniki. Trudno tu ope−
rować  parametrami  typu  prąd,  napięcie  czy
też moc. Ważny jest moment obrotowy silni−
ka. Przy wycinaniu styropianu nie jest istotna
maksymalna prędkość, bo proces ze swej na−
tury musi przebiegać dość powoli. Wystarczą
tu  silniki  o wymiarach:  średnica  ok.  60mm
i długość 60 − 90mm. jeden z takich silników
jest  pokazany  na  fotografii  1.  Wymiary
z grubsza mówią o dostępnym momencie sil−
nika, zatem − przy tego typu  (mało wymaga−
jącym)  urządzeniu  −  można  to  przyjąć  za
pierwsze, zgrubne kryterium doboru silnika.

Większy (mocniejszy) silnik zawsze jest

lepszy, ponieważ w naszym przypadku pozwa−
la użyć większej siły naciągu linek, a co za tym
idzie większej dokładności oraz większego za−
pasu przed zerwaniem synchronizacji. Ważne
jest, aby (w opisywanej przeze mnie wersji ste−
rownika) był to silnik unipolarny, a nie bipolar−

ny.  Ogólnie  mówiąc  −  w silniku  unipolarnym
prąd płynie w każdym uzwojeniu w jedną stro−
nę, w bipolarnym − raz w jedną, raz w przeciw−
ną. Silnik bipolarny wymaga zatem innego ste−
rownika.  Przy  wybieraniu  silników  ze  złomu
komputerowego najlepiej byłoby sprawdzić je
przy pomocy zasilacza (najlepiej z ogranicze−
niem prądu do ok. 0,5 − 1 A). Najpierw można
np. omomierzem wybrać 1, 2 lub 4 końcówki
będące początkami czterech uzwojeń tak, aby −
po ewentualnym połączeniu razem kilku koń−
cówek  wspólnych  −  mieć  jedną  końcówkę
wspólną i cztery końcówki uzwojeń. Łączymy
minus zasilacza do wspólnego punktu. Teraz,
podczas podłączania kolejno każdej końcówki
uzwojenia do plusa zasilacza, wał silnika po−
winien ustawiać się w jednej z czterech usta−
lonych pozycji. Raczej nie róbcie tego goły−
mi rękami; chyba, że ktoś potrzebuje elektro−
terapii. Można wtedy wybrać taką kolejność
cyklicznego podłączania plusa do tych czte−
rech końcówek, aby silnik wykonywał kolej−
ne kroki zawsze w tę samą stronę. Jeśli tych
kroków na cały obrót wałka będzie przypada−
ło 200, to silnik jest już nasz! Dobrze było−
by, aby następne silniki były takie same.

Reszta − to dobranie napięcia do zasilania

sterownika,  aby  wymusić  odpowiedni  prąd.
Silniki  mają  prawo  być  mocno  ciepłe  przy
długiej  pracy  a zwłaszcza  podczas  długiego
postoju.

Trochę o rzeźbiarstwie

Inny wątek listów z pytaniami − to sposób
frezowania i zadawania parametrów dla
„rzeźbionego” kawałka materiału.

Niektórzy wyobrażali sobie to tak, że

komputerowi wystarczy wpisać kilka liczb −
parametrów i frezarka wykona gotowe śmi−
gło. Każdy by tak chciał, ale jakże nudne by−
łoby to zajęcie...

Opiszę więc krótko jak to działało u mnie.
Wyfrezowanie powiedzmy litery z cien−

kiej płytki PCV jest już chyba dla wszystkich
jasne. Projekt z Corela eksportuję w formacie
ploterowym  na  dysk,  pod  nazwą  np.  LITE−
RA.PLT.  Teraz  wchodzę  w program  „FRE−
ZARKA” i otwieram w nim tenże plik. Kom−
puter przetwarza go na zbiór sekwencji prą−
dów w uzwojeniach silników i tak prowadzi
narzędzie, aby wyfrezowało oczekiwaną lite−
rę.  Potem  frez  podnosi  się  ponad  materiał
i wraca w położenie wyjściowe.

Po kilku takich eksperymentach zechcia−

łem jednak dodać trzeci wymiar. A ponieważ
nie miałem o tym pojęcia wymyśliłem sobie,
że gdybym frezował kawałek drewna war−
stwami, to mógłbym uzyskać dowolny kształt
w 3 wymiarach. No, prawie dowolny...

Trasy frezu w kolejnych warstwach po−

winny być takie jak... poziomice na mapie fi−
zycznej naszych Beskidów. Wyobraźmy so−
bie, że wpisujemy jakoś do komputera

Fot. 2 Frezy kuliste, trzpieniowe, ze stali HSS i z nakładkami widiowymi.

Fot. 1 Silnik krokowy o średnicy

60mm i długości 60mm.

ęę

śś

ćć

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

Kwiecień 2002

współrzędne kolejnych poziomic ze szkolnej
mapy  w atlasie.  Przed  pierwszymi  współ−
rzędnymi  każdej  poziomicy  dajemy  w pliku
informację  o jej  wysokości  nad  poziomem
morza (u nas jej odpowiednikiem będzie głę−
bokość na jaką frez ma być opuszczony).

Frez pokona trasę pierwszej poziomicy,

potem zagłębi się mocniej, wykona trasę dru−
giej poziomicy itd. aż do najniższej poziomi−
cy. Z grubsza powinniśmy otrzymać model
3DSkrzycznego, prawda?

Ale czy ktoś mówił, że życie jest sprawie−

dliwe? Zastanówmy się więc teraz, dlacze−
go jednak nie otrzymamy tego modelu.

Jeszcze raz − chcemy zrobić model góry,

więc szykujemy sobie kawałek materiału.
Niech to będzie stearyna, a nie od razu drew−
no, bo to dalsze problemy. Jaki duży ma być
ten kawałek?

Ano taki, jak ta nasza góra, czyli najprościej

prostopadłościan − taki, aby zmieścił się w nim
cały obiekt. Mocujemy tę bryłę zrobioną ze stu
świeczek  na  stole  maszyny  i...    Nie  możemy
uruchomić frezarki, bo skończy się to połama−
niem  frezu,  albo  i uszkodzeniem  konstrukcji
całej maszyny − najdalej przy trzeciej poziomi−
cy. Frez wjeżdża coraz głębiej w naszą bryłę,
za  każdym  razem  dochodząc  od  razu  do  po−
wierzchni „góry”, podczas gdy trzeba zebrać
najpierw  całą  masę  zbędnego  materiału,
który  tworzy  nasz  prostopadłościan.  O tym
jednak program nic jeszcze nie wie...

Widać z tego, że należy w pliku roboczym

umieścić  mnóstwo  informacji  o dodatkowych
przejściach frezu, które służą tylko do zbierania
niepotrzebnego materiału zanim będzie można
się dopiero dobrać do powierzchni naszego mo−
delu.  Poza  tym  trzeba  brać  pod  uwagę  kształt
i wielkość frezu i to we wszystkich wymiarach.
Ja  używałem  frezów  o kształcie  kulistym  −

patrz fotografia 2. Przy pewnych
rodzajach materiałów ważny jest
kierunek ruchu frezu a więc do−
datkowe problemy.

W przypadku śmigieł robi−

łem  to  podobną  metodą,  „po−
ziomice”  wyznaczałem  na  pa−
pierze  milimetrowym  (wtedy
chyba  jeszcze  nie  wiedziałem
co to jest Corel) i wpisywałem
do  pliku.  Po  kilku  próbach
i błędach  zaczęło  się  wyłaniać
prawidłowe śmigło. Ze zbiera−
niem  wstępnym  materiału  ra−
dziłem  sobie  podobnie,  akurat
w śmigle jest tego niewiele.

Druga strona frezowana była

podobnie  −  oczywiście  według
innego  pliku  i po  odwróceniu
materiału na stole frezarki. Klo−
cek drewna był celowo dłuższy
(fotografia  3),  aby  można  było
go  dobrze  zamocować  na  stole.
Łopatka na końcu jest cienka, więc bez dodat−
kowego zamocowania poddawałaby się narzę−
dziu i drgałaby podczas frezowania.

Oczywiście produkt wyjściowy z frezarki

(fotografia 4) przypominał śmigło tylko nie−
licznym,  jeśli  przypadkiem  mieli  wcześniej
do  czynienia  z lotnictwem.  Był  to  półpro−
dukt, szkielet, mający jednak bardzo „cenny”
zarys  przestrzenny  gotowego  śmigła.  Teraz
po ręcznym opiłowaniu niezebranych resztek
pomiędzy  bruzdami  −  wyłaniało  się  dopiero
prawdziwe  i piękne  śmigło.  Można  byłoby
znacznie zagęścić trasy frezowania i uzyskać
prawie gotowy wyrób. Ja miałem jednak nie−
co inny cel swojej zabawy.

Na fotografii 4 widać wyraźnie, że trasy

frezu są rozbieżne w stronę końcówki łopat−
ki. Jest to związane z coraz mniejszym kątem
natarcia łopaty wraz z przyrostem średnicy.

Powoduje to, że bru−
zdy po frezie są tym

głębsze, im dalej od środka. Zaprojektowa−
łem zatem dodatkowe trasy − od pewnej śre−
dnicy do końca łopatki − pomiędzy poprze−
dnimi trasami (czyli na pośredniej głębokości
frezu), aby zmniejszyć ilość drewna do ręcz−
nego spiłowania.

Tak więc z frezowaniem obiektów 3Dsą

spore problemy. Próbuje się je rozwiązywać
różnymi metodami, wykorzystującymi oczy−
wiście komputery. Są przecież na świecie ta−
kie maszyny, które robią „cuda”. Pamiętajmy,
że skonstruowali je ludzie, ulepieni z tej samej
gliny! Tyle, że robią to przez lata całe zespo−
ły inżynierów w dużych i bogatych firmach.

Z niecierpliwością będę czekał na dalsze

sygnały od Czytelników informujące o ich
sukcesach w tej „branży”.

Marek Klimczak

matik1@poczta.onet.pl

Forum Czytelników

Fot. 4 Śmigło o średnicy 280 mm

Fot. 3 Śmigło o średnicy 560 mm

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

Kwiecień 2002

Zasilacz  jest  tak  jak  multimetr,  podstawo−
wym elementem wyposażenia każdego war−
sztatu elektronicznego. Do czego służy, chy−
ba nie muszę wyjaśniać. Do tej pory w EdW
pojawiło  się  kilka  opisów  zasilaczy  siecio−
wych,  o mocy  od  kilku  do  ponad  100VA.
Prawie każdy elektronik ma swoją koncepcję
budowy  zasilacza.  Jednak  żaden  z posiada−
nych przeze mnie wcześniej zasilaczy (cztery
różne konstrukcje) nie zaspokajał moich wy−
magań w 100%. Postanowiłem wziąć sprawę
w swoje  ręce  i samemu  zaprojektować  taki
zasilacz,  który  spełniałby  moje  wymagania
w 99% (nie ma rzeczy idealnych!). Zaczerp−
nąłem  z każdego  z zasilaczy  ich  najlepsze
bloki  i połączyłem  w jedną  całość.  W ten
sposób narodził się (prawie) idealny zasilacz
warsztatowy.

Proponowany zasilacz nie ma zbyt wiel−

kiej  mocy  wyjściowej  (około  20VA),  lecz
dzięki temu ma niewielkie wymiary (obudo−
wa  KM−85),  a powinien  w zupełności  wy−
starczyć do wstępnego uruchamiania wzmac−
niaczy  audio  i stałego  zasilania  większości
konstrukcji.  Posiada  szereg  zabezpieczeń,
chroniących go samego, jak i zasilany z nie−
go układ przed uszkodzeniem. Dzięki zasto−
sowaniu podzespołów o bardzo dobrych pa−
rametrach  i solidnemu  przetestowaniu  (po−
nad 30 godzin pracy w skrajnych warunkach
do  momentu  napisania  tego  artykułu)  jest
urządzeniem godnym polecenia.

Oto jego podstawowe dane techniczne:

•

Zasilanie z sieci 220V AC.

•

W wersji podstawowej moc wyjściowa
20VA.

•

Ograniczenie prądowe od około 20mA do
nieco ponad 1A.

•

Płynna regulacja napięcia wyjściowego
od 1,5V do 20V, a dodatkowo siedem pro−
gramowalnych napięć.

•

Bezpośredni dostęp do jednego z wybra−
nych napięć.

•

Wentylator chłodzący radiator sterowany
elektronicznym termostatem (tzw. aktyw−
ny radiator).

•

Wbudowany miernik napięcia wyjściowe−
go i prądu pobieranego.

Opis układu

Schemat

blokowy

znajduje  się  na rysun−
ku  1,  a schemat  ideo−
wy  na  rysunku  2.  Jak
widać,

układ

jest

podzielony  na  sześć
bloków i będę je oma−
wiał  w takiej  kolejno−
ści,  w jakiej    płynie
przez nie prąd pobiera−
ny z wyjścia.

Prostownik składa

się  z mostka  prostow−
niczego  BR1,  dwóch
kondensatorów  C1  i C2, których  zadaniem
jest  wygładzanie  wyprostowanego  napięcia
i filtrowanie  go  oraz  z diody  świecącej  D1,
wraz  z rezystorem  R1,  sygnalizującej  obe−
cność napięcia na kondensatorze C1.

Stabilizator, wykonany na układzie sca−

lonym IC1 LM317T. Wraz z rezystorem R2
i kondensatorami C3 i C4 jest głównym blo−
kiem zasilacza. Jest on typową aplikacją tego
układu, z jedną drobną modyfikacją. Tranzy−
stor T1 może zewrzeć jego końcówkę ADJ
do masy, co spowoduje natychmiastowy spa−
dek napięcia na wyjściu do 1,25V, co jest wy−
korzystywane w układzie ogranicznika prą−
dowego.

Ogranicznik prądowy jest zbudowany

na  układzie  scalonym  IC5  LM358,  wspo−
mnianym  tranzystorze  T1,  rezystorach  R3−
R10  oraz  potencjometrze  P1.  Jego  działanie
jest następujące: prąd płynący przez rezystor
R3  spowoduje  odłożenie  się  napięcia,  które
po  wzmocnieniu  (o którym  decyduje  stosu−
nek  R7/R6)  przez  IC5B podawane  jest  na
IC5A pracującym  w układzie  komparatora,
porównując  je  z napięciem  z suwaka  poten−
cjometru P1. Gdy napięcie na wejściu nieod−
wracającym (końcówka 3) wzrośnie powyżej
napięcia na wejściu odwracającym (nóżka 2),
na wyjściu tego wzmacniacza pojawi się na−
pięcie bliskie dodatniej szynie zasilania. Spo−
woduje to całkowite otwarcie tranzystora T1,
który  zewrze  końcówkę  ADJ  do  masy.
W tym  momencie  chciałbym  wspomnieć

o pewnej wadzie, która została „odziedziczo−
na”  po  pierwowzorze  (kit  AVT−2131),  a zo−
stała  wykryta  dopiero  podczas  testów.  Mia−
nowicie,  zwarcie  nóżki  ADJ  układu  IC1  do
masy  spowoduje  pojawienie  się  napięcia
1,25V,  a nie  0V,  co  gwarantowałoby  pełne
ograniczenie prądowe! Jednak nie jest to po−
ważna wada, gdyż większość urządzeń elek−
tronicznych  jest  zasilana  napięciem  nie
mniejszym  niż  5V,  co  przy  przekroczeniu
ustawionego limitu prądu, spowoduje cztero−
krotne  obniżenie  się  napięcia  (5V/1,25V=4)
i prądu  (wynika  to  z prawa  Ohma),  a więc
szesnastokrotne  zmniejszenie  wydzielanej
mocy  na  obciążeniu.  Powinno  to  uchronić
przed uszkodzeniem  nawet bardziej delikat−
ne urządzenia.

Z układem ogranicznika związany jest

układ aktywnego radiatora. Wykonany jest
on w oparciu o układ scalony IC4

A723.

Pracuje  w dosyć  nietypowej  aplikacji,  gdyż
wzmacniacz operacyjny pełni rolę kompara−
tora, a źródło napięcia odniesienia jest wyko−
rzystywane  jako  napięcie  wzorcowe  dla
ogranicznika  prądu.  Komparator  porównuje
napięcie  z dzielnika  złożonego  z termistora
RT1  i rezystora  R13  z napięciem  z suwaka
potencjometru  PR1.  Rezystory  R11  i R12
ograniczają jego zakres regulacji. Gdy napię−
cie  na  końcówce  4  IC4  spadnie  poniżej  na−
pięcia na końcówce 5, to napięcie na wyjściu
wzrośnie do maksimum, powodując urucho−
mienie  wentylatora  F1.  Ten  zwiększy  rezy−
stancję  termistora,  więc  na  końcówce  4
wzrośnie napięcie, powodując wyłączenie się
wentylatora.  W tym  momencie  wszystko
zacznie się od początku. Obwód dodatniego
sprzężenia zwrotnego zapewnia histerezę, za
którą odpowiedzialny jest rezystor R14.

Układ sterujący jest elektronicznym

przełącznikiem napięcia wyjściowego. Głów−
nym jego elementem jest układ 74LS193 − re−
wersyjny  licznik  dwójkowy.  Podawanie  im−
pulsów  na  wejście  CU  zwiększa  zawartość
licznika,  a na  wejście  CD  −  zmniejsza.  Wej−
ścia  te  są  podłączone  do  wyjść  bramek
IC8B oraz IC8C, których jedynym zadaniem
jest filtrowanie impulsów z przycisków SW2

((

))

Rys. 1 Schemat

blokowy

montażowe,  złącza,  a kończąc  na  podstaw−
kach. Jako ostatnie należy wlutować elemen−
ty BR1 i C1. Jeżeli nie zależy nam na dużej
dokładności  napięć  programowalnych  to
w miejsce  rezystorów  R23−R29  należy  wlu−
tować  zwory.  Obliczenie  ich  wartości  pozo−
stawiam  czytelnikom.  Podobnie  jest  z rezy−
storem  R30,  który  ogranicza  zakres  P2  od
dołu,  a nie  został  wlutowany  w modelu.

Do układu IC2 należy przymocować kawałek
(kilka cm

) blaszki aluminiowej pełniącej ro−

lę  radiatora.  Złącza  CON6,  Z1,  Z2,  RT1,
punkty A i B to goldpiny. Potencjometry P1
i P2 należy dolutować na dłuższych przewo−
dach, gdyż będą montowane na płycie czoło−
wej.  Małą  płytkę  należy  wykorzystać  jako
matrycę do wywiercenia otworów pod osiem
diod,  trzy  przyciski  oraz  cztery  śruby  M3.
Montaż  jest  typowy.  Należy  tylko  zwrócić
uwagę, by diody LED były wlutowane rów−
no. Można to wykonać w prosty sposób. Wy−
starczy  na  początku  przylutować  po  jednej
nóżce  skrajnych  diod,  potem  włożyć  pozo−
stałe diody, odwrócić płytkę i położyć na pła−
skiej  powierzchni.  Następnie  wlutować  po
jednej nóżce pozostałych diod. Dopiero wte−
dy  można  wyrównać  cały  szereg  i przyluto−
wać  resztę  końcówek.  Punkty  Z2',  A',  B'
i CON7 należy za pomocą przewodów połą−
czyć  z odpowiednimi  punktami  na  płytce
głównej. Polecam zastosowanie wtyczek za−
ciskanych  na  przewody  pasujących  do  wty−
ków golpin. Podobnie należy postąpić z prze−
wodami termistora i wentylatora.

Rozmieszczenie podzespołów w obudowie

pokazuje  rysunek  4.  Ze
względu  na  ograniczoną
ilość miejsca  należy  sta−
rannie  dobrać  radiator.
Jest  on  zamontowany  na
wysokości  około  1,5cm
nad  spodem  obudowy,
gdyż  biegną  pod  nim
przewody  i ułatwia  chło−
dzenie  oraz  montaż  we−
ntylatora. Na tylnej ścian−
ce  obudowy  są  zamonto−
wane:  przełącznik  SW5,
gniazdo  pod  bezpiecznik
FUSE  i wentylator  F1.
Widok  przedniej  ścianki
przedstawia  rysunek  we
wkładce.  Znajdują  się  na
niej:  potencjometry  P1
i P2,  mała  płytka  druko−
wana, zaciski laboratoryj−
ne,  miernik  oraz  dwa
przełączniki, które umoż−
liwiają  wybór  mierzonej
wielkości.  Polecam  nastę−

pujący sposób wykonania i umieszczenia na−
klejki na przód obudowy:  po skserowaniu na
papier samoprzylepny należy ją zabezpieczyć
za pomocą lakieru PLASTIK70 lub podobne−
go i wyciąć otwór pod wyświetlacze. Na filtr
nakleić  odpowiednio  przycięty  kawałek  pa−
pieru samoprzylepnego (nie lakierowanego!),
nożem  z ostrym  czubkiem  delikatnie  wyciąć
otwory i przykręcić miernik i płytkę. Oczywi−
ście, wszystkie otwory powinny być wykona−
ne  wcześniej,  a te  pod  śruby  M3  powinny
umożliwić  ich  wpuszczenie.  Dopiero  teraz
można nakleić właściwą naklejkę i przykręcić
pozostałe  podzespoły.  Pozostaje  tylko  wyko−
nać w bocznych częściach pokrywy kilkadzie−
siąt otworów umożliwiających cyrkulację po−
wietrza.

Przed wstępnym testowaniem zasilacza

należy  dokładnie  sprawdzić  poprawność
montażu.  Gdy  ten  wypadnie  pozytywnie,
można przystąpić do właściwego testowania.
Jako minimum bezpieczeństwa należy zasto−
sować żarówkę 40W po stronie sieci. Po włą−
czeniu sprawdzamy czy świeci się dioda D1,
D9  oraz  czy  układy  scalone  nie  nagrzewają
się  (wyjątek  stanowi  IC2  przy  dołączonym
mierniku). Jeśli testy wypadną pozytywnie, to
przystępujemy  do  uruchomienia.  Jeśli  nie,
szukamy  błędów.  Uruchomienie  sprowadza
się do trzech czynności: wyregulowania  sied−
miu  napięć  programowalnych  przy  pomocy
woltomierza  dobrej  klasy  i wkrętaka  oraz  ta−
kiego dobrania wartości R9 i R10, by napięcie
na  wyjściu  było  stałe  nawet  przy  skręceniu
gałki regulacji prądu w lewo − do minimum.

Ciąg dalszy na stronie 68.

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

Kwiecień 2002

Forum Czytelników

Rys. 3a Schemat montażowy

Rys. 3b Schemat montażowy

Rys. 4 Rozmieszczenie podzespołów

w obudowie

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

Kwiecień 2002

Ciąg dalszy ze strony 64.

Pomóc może tutaj jedynie omomierz i kalku−
lator. Ustawienie progu zadziałania aktywne−
go radiatora powinno być wykonane tak, by

wentylator włączał się przy temperaturze me−
talowej wkładki IC1 rzędu 90°C.

Prawidłowo wykonany zasilacz powinien

dostarczać napięć od ok. 1,5V do ok.
20V przy wydajności prądowej ponad 1A.
Powinien on, podobnie jak układ modelowy,

pracować długo i niezawodnie przez wiele
godzin, nawet w krytycznych warunkach ob−
ciążenia − przy niskim napięcie wyjściowym
i pobieranym prądzie około 1A.

Adam Robaczewski

Wykaz elementów

Rezystory

R11,,R

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..662200

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,11

Ω

//55W

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R55,,R

R88,,R

R1122,,R

R1166 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R66,,R

R2222 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R77,,R

R1111,,R

R1155,,R

R2200,,R

R2211 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

R99** .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..775500

Ω

R1100** .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6688kk

Ω

++77,,55kk

Ω

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M

Ω

R1177 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R1188,,R

R1199 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600kk

Ω

R2233−R

R3300 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ppaattrrzz tteekksstt

RTT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTeerrm

miissttoorr N

NTTC

C 44,,77kk

Ω

//2200°°C

Kondensatory

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44770000

µµ

FF//4400V

C22,,C

C44,,C

C55,,C

C77,,C

C99,,C

C1111−C

C1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477

µµ

FF//4400V

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11000000

µµ

FF//2255V

C88,,C

C1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477

µµ

FF//1166V

Półprzewodniki

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D R

R 55m

D22−D

D99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D R

R 33m

TT11,,TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554477B

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M331177TT

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880055

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7788LL1122

IIC

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

µµ

A772233

IIC

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7744LLS

S119933

IIC

C66,,IIC

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7744LLS

S114455

IIC

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..C

D44009933

IIC

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M335588

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..M

Moosstteekk pprroossttoow

wnniicczzyy 33A

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..M

Moosstteekk pprroossttoow

wnniicczzyy 11,,55A

A//5500V

Pozostałe

N11−C

N44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

N55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K33

N66,,C

N77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLiissttw

waa G

Goollddppiinn 1100 zz w

wttyykkaam

mii

ZZ11,,ZZ22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..G

Goollddppiinn 22 zz w

wttyykkiieem

P11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

Pootteennccjjoom

meettrr 4477kk

Ω

//A

P22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

Pootteennccjjoom

meettrr 1100kk

Ω

//A

A ddzziieessiięęcciioooobbrroottoow

wyy

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

Pootteennccjjoom

meettrr m

moonnttaażżoow

wyy 110000kk

Ω

R22−P

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..H

Heelliittrriim

m 1100kk

Ω

W11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

Diippssw

wiittcchh 33

W22−S

W44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

µµ

ssw

wiittcchh

W55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..W

Włłąącczznniikk ssiieecciioow

wyy

FFU

SEE .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..bbeezzppiieecczznniikk sszzyybbkkii 00,,55A

Weennttyyllaattoorr 1122V

V oodd pprroocceessoorraa 448866

Pooddssttaaw

wkkii ppoodd uukkłłaaddyy ssccaalloonnee ((ppoozzaa IIC

C11))

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S4400//4477

TTR

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S66//6633

Forum Czytelników

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

Kwiecień 2002

Słowa błękitny, niebieski od stuleci są inten−
sywnie  eksploatowane  przez  poetów.  Także
w elektronice  określenie niebieski budzi
żywe reakcje. Konkretnie chodzi o elementy
świecące niebieskim światłem. O ile niebie−
skie diody LED są dziś codziennością, o tyle
historia  niebieskiego  lasera  półprzewodni−
kowego,  który  jest  specyficzną  odmianą
diody  LED,  jest  co  najmniej  godna  uwagi
i refleksji.

Prehistoria

Diody LED wynalezione na początku lat 60.
szybko znalazły miejsce w aparaturze elektro−
nicznej,  zastępując  żarówki−kontrolki.  Sied−
miosegmentowe  wyświetlacze  LED  do  dziś
są  bardzo  popularne  i nie  dały  się  pokonać
ekonomiczniejszym wyświetlaczom LCD.

Czerwone, zielone i żółte diody LED,

zbudowane na bazie związków Arsenu (As),
galu (Ga), fosforu (P), indu (In) i glinu (Al),

towarzyszą nam od lat. Oprócz diod świecą−
cych  światłem  widzialnym  wykorzystujemy
powszechnie  także  diody  świecące  w pod−
czerwieni. W odtwarzaczach płyt kompakto−
wych  pracują  podczerwone  lasery.  Półprze−
wodnikowe  lasery  czerwone  stosowane  są
w odtwarzaczach  DVD  oraz  w popularnych
wskaźnikach laserowych.

Inaczej jest z diodami świecącymi w ko−

lorze niebieskim. Wprawdzie pierwsze nie−
bieskie diody LED zbudowane w oparciu
o węglik krzemu (SiC) powstały dość dawno,
jednak przez lata nie miały one praktycznego
zastosowania ze względu na małą sprawność,
a tym samym zbyt małą jasność.

Tymczasem w dobie szybkiego postępu

technicznego niebieskie diody o parametrach
porównywalnych  z dobrymi  diodami  czer−
wonymi  i zielonymi  były  bardzo  pożądane.
Umożliwiłyby  powstanie  nie  tylko  diod
świecących białym światłem (które uzyskuje

się ze zmieszania światła w kolorach czerwo−
nym, zielonym i niebieskim), ale też nowych
kolorowych wyświetlaczy RGB na bazie
struktur LED.

Obecnie białe diody LED znajdują coraz

szersze zastosowanie, a pełnokolorowe wy−
świetlacze LED są obecne na ulicach w tabli−
cach reklamowych i najprawdziwszych kolo−
rowych ekranach wielkiego formatu.

Coraz częściej mówi się o wykorzystaniu

diod LED do oświetlenia w miejsce żarówek.
Duże osiągnięcia w tym zakresie mają Osram
(Siemens), Philips czy General Electric.

Ostatnie dwa, trzy lata upłynęły pod zna−

kiem gwałtownie rosnącej popularności nie−
bieskich diod LED (w tym diod białych). Nie
da się tego powiedzieć o niebieskich diodach
laserowych, o których mówi się bardzo gło−
śno od dziesięciu lat.

Z niebieskimi diodami laserowymi wiążą

się ogromne nadzieje. Jak zwykle chodzi

dodatek

miesięcznika

O tym się mówi

a g a z y n

l e k t r o n i k i

ż y t k o w e j

łł

O tym się mówi

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

Kwiecień 2002

o pieniądze i to o duże pieniądze. Niebieski
laser  półprzewodnikowy  umożliwia  kilka−
krotne  zwiększenie  pojemności  dysków
optycznych,  otwiera  nowe  perspektywy
i stwarza rynek wartości miliardów dolarów.

Popularne płyty CD o pojemności do

700MB  są  odczytywane  przez  lasery  pod−
czerwone  o długości  fali  światła  780nm
(0,78  mikrometra).  W odtwarzaczach  DVD
pracują  lasery  czerwone  o długości  fali
635...650nm, co pozwoliło zwiększyć pojem−
ność  płyty  do  4,7GB.    Ocenia  się,  że  laser
niebieski o długości fali 400...460nm pozwo−
li  zwiększyć  pojemność  jednej  strony  (war−
stwy)  płyty  nawet  do  15GB.  Przy  obecnych
sposobach kodowania pojemność 15GB wy−
starczy  do  zapisania  dwóch  godzin  filmu
o jakości HDTV, sześciu  godzin  przy  „stan−
dardowej”  jakości  telewizyjnej  i do  20  go−
dzin w trybie ekonomicznym. Najwięksi po−
tentaci (m.in. Sony, Pioneer, Matsushita) pra−
cują  nad  propozycjami  standardu  DVD  na−
stępnej generacji.

Pierwsze bardzo niedoskonałe niebieskie

lasery  półprzewodnikowe  powstały  na  po−
czątku  lat  90.  Upłynęło  dziesięciolecie.  Nie
sprawdziły się prognozy głoszące, iż niebie−
skie lasery będą komercyjnie wykorzystywa−
ne najpóźniej w roku 2000, a nawet dwa czy
trzy  lata  wcześniej.  Mamy  rok  2002  i nadal
niebieskie  lasery  nie  znalazły  zastosowania
w sprzęcie powszechnego użytku. Trudności
technologiczne  wcale  nie  są  najważniejszą
przeszkodą.

I tu zaczyna się historia tytułowej „błękit−

nej” afery i gorączkowego „niebieskiego”
wyścigu.

Błękitny wyścig

Niebieskie  diody  LED  z węglika  krzemu
(SiC) powstały dość wcześnie, ale miały nad
wyraz  mizerne  parametry,  wysoką  cenę
i praktycznie  nie  nadawały  się  do  żadnych
poważniejszych zastosowań. Z drugiej strony
wspaniałe perspektywy otwierające się przed
twórcami niebieskiego lasera i właścicielami
związanych z tym patentów wzmagały presję
wywieraną  na  badaczy  i konstruktorów.  Ba−
dania  prowadzono  w licznych  firmach  i na
uczelniach.  Wiadomo  było,  że  w grę  wcho−
dzą trzy główne materiały: znany i stosowa−
ny  wcześniej  węglik  krzemu  (SiC),  selenek
cynku (ZnSe) oraz azotek galu (GaN)

Choć diody LED oparte na węgliku krze−

mu znane były od lat, jednak związek ten nie
posłużył  jako  kluczowy  materiał  przy  kon−
strukcji niebieskiego lasera. Uwaga badaczy
skierowana  była  na  selenek  cynku  i inne
związki  z grup  II−VI  tablicy  Mendelejewa.
Azotek  galu  zapowiadał  się  znacznie  mniej
korzystnie. Wprawdzie już w 1969 w labora−
toriach RCA w Princenton wytworzono cien−
kie warstwy krystalicznego azotku galu, jed−
nak na następny, decydujący krok trzeba by−
ło czekać ponad 20 lat.

I oto w listopadzie roku 1993 nieznany ni−

komu Japończyk Shuji Nakamura, pracujący
w japońskiej  firmie  Nichia  Chemical  Indu−
stries Limited, zadziwił świat, zawiadamiając
o skonstruowaniu
wyjątkowo  jasno
świecącej  niebie−
skiej  diody  LED
(o światłości  1
kandeli),  a nie−
wiele  później  za−
wiadomił  o stwo−
rzeniu  niebiesko
świecącego lasera.

Cztery

lata

wcześniej założyciel i szef Nichia Corp., No−
buo Ogawa zaryzykował, zaufał młodemu
człowiekowi i wyłożył ponad 3 miliony dola−
rów na jego badania − sumę zaskakująco wy−
soką, w porównaniu z obrotami i zyskami
swej niezbyt dużej firmy.

Historia wynalazku Nakamury, pracujące−

go samotnie w nieznanej firmie, bez wsparcia
wielkich koncernów i uniwersytetów, jest jak
na obecne czasy, zadziwiająca. Wydawałoby
się,  że  w wyścigu  o ogromne  zyski,  jeden
człowiek  nie  posiadający  większego  do−
świadczenia  sromotnie  przegra  z gigantami
dysponującymi  niemal  nieograniczonymi
funduszami.  Zdziwienie,  a właściwie  kon−
sternacja, „ortodoksyjnego” środowiska były
tym większe, że Nichia była firmą produku−
jącą...  luminofor  do  świetlówek,  a Nakamu−
ra,  „pogromca  natury  i następca  Edisona”,
jak go później nazywano, był w kręgach na−
ukowych  zupełnie  nieznany.  W tym  czasie
nie  posiadał  nawet  godnego  uwagi  stopnia
naukowego  (w roku  1989  ukończył  uniwer−

sytet w japońskim mieście Tokushima, a ty−
tuł doktora uzyskał dopiero w 1994).

I oto w roku 1995 Nakamura ogłosił po−

wstanie  jasno  świecącej  białej  diody  LED,
zawierającej kolorowe struktury, w tym nie−
bieską, a także niebieskiego lasera pracujące−
go  impulsowo  przez  kilkadziesiąt  godzin.
Był to ogromny sukces. Nakamura o kilka lat
wyprzedził  konkurencję!  Wprawdzie  już
wcześniej  ogłaszano  stworzenie  niebieskich
diod  laserowych  (np.  firma  3M w roku
1991),  jednak  lasery  te  oparte  na  pierwiast−
kach z grup II−VI były wyjątkowo nietrwałe.

Nakamura poszedł inną drogą. Zbudował

niebieski laser i diody z azotku galu (GaN).
W jednym  z wywiadów  stwierdził,  że  jedy−
nym powodem, dla którego zajął się właśnie
azotkiem galu był brak konkurencji. Miał tu
przykre  doświadczenia,  bowiem  wcześniej,
w ciągu dziesięciu lat pracy opracował nowe
metody  produkcji  kryształów  GaP,  GaAs,
warstw  epitaksjalnych  GaAlAs  i diod  pod−
czerwonych GaAlAs. Przegrał jednak walkę
konkurencyjną z takimi gigantami jak Toshi−
ba,  Matsushita,  Stanley,  Rohm,  Sharp  i Sa−
nyo,  które  w tym  czasie  osiągnęły  podobne
rezultaty.

Po tym niepowodzeniu, w roku 1989, za

cel  postawił  sobie  stworzenie  niebieskiego
lasera  półprzewodnikowego.  Zadanie  było
wprawdzie  bardzo  trudne,  ale  Nakamura
miał za sobą dziesięć lat doświadczeń z ma−
teriałami  do  produkcji  diod  świecących.
Chcąc uniknąć nierównej walki konkurencyj−
nej poszedł własną drogą − postawił na mate−
riał, którym praktycznie nie interesowała się
konkurencja  −  na  azotek  galu  (GaN).  Prak−
tycznie  cała  ówczesna  konkurencja  (m.in.
3M,  Purdue,  North  Carolina  State  Universi−
ty) skoncentrowała bowiem uwagę na selen−
ku cynku (ZnSe).

Problemy techniczne

Podstawą  elementów  półprzewodnikowych,
w tym diod LED i laserów są kryształy. Ma−
leńką  krystaliczną  strukturę  czynną  lasera
trzeba  zbudować  na  jakimś  podłożu.  Podło−
żem tym też jest kryształ. Najlepiej jest, gdy
struktura czynna wykonana jest z tego same−
go materiału, co podłoże, jak to jest na przy−
kład  w klasycznych  elementach  krzemo−
wych, gdzie struktury wytwarzane są na po−
wierzchni płytki krzemowej. Nie zawsze jest
to możliwe. W czasie, gdy Nakamura ekspe−
rymentował  z azotkiem  galu  nie  było  odpo−
wiednich  płytek  z azotku  galu.  Trzeba  było
nanosić struktury czynne mikronowej grubo−
ści na „obce” podłoże.

I tu pojawia się istotny problem, dotyczą−

cy, najprościej biorąc, rozmiarów siatek kry−
stalicznych  azotku  galu  i podłoża.  Wielkość
modułu  siatki  krystalicznej  powinna  być
identyczna.  Jakakolwiek  różnica  powoduje
jednak defekty (dyslokacje) podczas procesu
epitaksjalnego  nakładania  warstw  GaN,
a w konsekwencji zmniejsza moc wyjściową
i skraca żywotność struktury lasera.

Pierwsze lasery z azotku galu powstały

na podłożu szafirowym (Al

), przy czym

grubość  czynnej  struktury  wynosiła  kilka
mikrometrów. Różnica rozmiarów (stałych)
siatki  krystalicznej  szafiru  i azotku  galu
wynosi  13,5%,  co  stwarza  duże  trudności
technologiczne.  Aby  przy  korzystaniu
z podłoża szafirowego, jedynego dostępne−
go w tamtym czasie, opanować wspomnia−
ne  problemy,  Nakamura  opracował  nową
metodę  nakładania  warstw  GaN,  zwaną

MOCVD (metallo−organic chemical vapor
deposition).

Próbowano też wytworzyć laser GaN na

węgliku  krzemu  i na  krzemie.  Dopiero
w październiku  roku  2001  amerykańska  fir−
ma  TDI  ogłosiła,  że  potrafi  wykonać  płytki
z czystego  GaN  (o średnicy  35mm),  które
stanowią  doskonałe  podłoże  dla  niebieskich
diod LED i laserów.

Dużo łatwiej jest ze wspominanymi „kon−

kurencyjnymi” materiałami grup II−VI, gdzie
przy wykorzystaniu jako podłoża arsenku ga−
lu  (GaAs),  różnica  wymiarów  siatek  krysta−
licznych jest bliska zeru. Stąd zainteresowa−
nie  selenkiem  cynku,  który  pozwalał  we
względnie  prosty  sposób  wytworzyć  niebie−
sko  świecące  struktury  laserowe.  Niestety,
ogromną wadą była szybka degradacja struk−
tur,  co  od  początku  wręcz  przekreślało
nadzieje  na  wytworzenie  laserów  ZnSe  do
zastosowań komercyjnych

Właśnie trwałość wszelkich niebieskich

laserów  była  kolejnym  ogromnym  wyzwa−
niem  dla  konstruktorów.  Jednym    z  najistot−
niejszych  problemów  były  trudności  z uzy−
skaniem dobrego kontaktu omowego wypro−
wadzeń,  co  wynika  z małej  koncentracji  no−
śników w warstwie o przewodnictwie p. Mię−
dzy innymi dlatego pierwsze lasery niebieskie
pracowały  przy  napięciu  zasilania  rzędu
20...40V,  a gęstość  prądu  wymagana  do  po−
wstania zjawiska laserowego była bardzo du−
ża (40...100A/mm

), co mimo małych wymia−

rów struktury wymuszało konieczność pracy
przy  dużych  prądach  roboczych,  rzędu  1A.
Tamczasem lasery te wytwarzały promienio−
wanie o mocy optycznej rzędu pojedynczych
miliwatów.  Oznaczało  to,  że  w czasie  pracy
w znikomo  małej  strukturze  lasera  wydziela
się kilkadziesiąt watów mocy strat w postaci
ciepła.  Właśnie  dlatego  pierwsze  niebieskie
lasery w ogóle nie mogły pracować w trybie
ciągłym, a jedynie mogły wytwarzać krótkie,
mikrosekundowe impulsy. Nawet przy takiej
przerywanej  pracy  impulsowej  zachodziły
szkodliwe  procesy  i następowała  bardzo
szybka  degradacja  struktury  czynnej  i w re−
zultacie trwałość była żałośnie mała.

Kolejne ulepszenia umożliwiły zbudowa−

nie  lasera  pracującego  ciągle,  ale  musiał  on
być intensywnie chłodzony w sposób wymu−
szony. Nadal ogromnym problemem była też
znikoma trwałość, wynosząca najpierw kilka,
potem  kilkadziesiąt  godzin.  Zbudowanie  ta−
kich  elementów  było  połowicznym  sukce−
sem,  ponieważ  uzyskana  moc,  nie  przekra−
czająca  5mW oraz  konieczność  intensywne−
go chłodzenia przekreślały możliwość wyko−
rzystania  w popularnym  sprzęcie.  W nagry−
warkach  i odtwarzaczach  płyt  następnej  ge−
neracji potrzebne są niebieskie lasery o mocy
20...40mW przeznaczone  do  pracy  ciągłej
i mające trwałość liczoną w tysiącach i dzie−
siątkach tysięcy godzin.

Przeszkody

I takie lasery już istnieją! Nie są jednak ani
popularne, ani tanie. Oto niektóre przyczyny:

W roku 1999 Nakamura zaczął pracować

w amerykańskiej firmie Cree Inc. jako dorad−
ca  w zakresie  „niebieskiej”  optoelektroniki.
Potem  dopomógł  znanej  japońskiej  firmie
ROHM  wypuścić  na  rynek  szereg  nowych
produktów.

W międzyczasie Nichia uzyskała kilkaset

patentów  związanych  z niebieskim  laserem
GaN,  dotyczących  różnych  etapów  produk−
cji.  Oskarżyła  ROHM  o naruszenie  patentu
na  niebieski  laser,  a Nakamurę  o zdradę  se−
kretów firmy.

Nakamura odwzajemnił się pozwem do

sądu o odpowiednie wynagrodzenie za swój
wynalazek (Nichia wyłożyła wprawdzie duże
sumy  na  badania,  ale  on  sam  oprócz  pensji,
podobno  nic  nie  zyskał;  mówi  się  o 200  (!)
dolarach  gratyfikacji).  Nichia  skierowała  do
sądu także inne pozwy, między innymi prze−
ciw  niemieckiej  firmie  OSRAM,  nie  doty−
czące  jednak  najważniejszych  patentów  na
niebieski laser GaN.

Na marginesie warto dodać, iż OSRAM

ogłasza  się  pierwszym  europejskim  twórcą
niebieskiego lasera do pracy ciagłej. Projekt
wspierany przez rząd, przy współpracy z kil−
koma uczelniami, w tym ze słynnym Fraun−
hofer  Institute,  zaowocował  najpierw  lase−
rem  impulsowym  (1999),  potem  do  pracy
ciągłej z wymuszonym chłodzeniem (styczeń
2001),  obecnie  laserem  do  pracy  ciągłej
(InGaN)  nie  wymagającym  dodatkowego
chłodzenia.  Trzeba  jednak  znacznie  zwięk−
szyć  trwałość  tak  opracowanego  elementu.

O tym się mówi

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

Kwiecień 2002

O tym się mówi

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

Kwiecień 2002

Niebieskie lasery GaN zaprezentowała także
wspomniana firma Cree.

Z kolei koncern Matsushita chciał pójść

zupełnie inną drogą. Ma nadzieję na tak zwa−
ny SHG−laser, gdzie SHG to second harmo−
nics  generation,  czyli  wytwarzanie  drugiej
harmonicznej. Niebieskie światło o długości
fali  około  400nm  otrzymuje  się  tu  przez
podwojenie  częstotliwości  promieniowania
podczerwonego o długości fali około 800nm.
Chodzi o podwojenie częstotliwości z, baga−
tela  375  teraherców,  do  700  teraherców,  co
wykonywane  jest  z wykorzystaniem  odpo−
wiedniego falowodu.

Sony i NEC zaprezentowały jesienią lase−

ry nadające się do celów komercyjnych,
o mocy 30mW i spodziewanej trwałości
15000 godzin.

Także polskie ośrodki naukowe mają zna−

czące  sukcesy  w dziedzinie  „niebieskiej
optoelektroniki”  −  Shuji  Nakamura  wykonał
jeden ze swych laserów na podłożu z polskie−
go kryształu GaN, a uzyskane parametry by−
ły  znacznie  lepsze  od  innych  wykonanych
wcześniej na innych podłożach.

W laboratoriach firm i na uczelniach trwa

gorączkowy wyścig, mający na celu obejście
istniejących patentów, ale jak na razie tak na−
prawdę  tylko  Nichia  dysponuje  laserem
nadającym się do komercyjnego wykorzysta−
nia. Kilkaset patentów, których właścicielem
jest  Nichia,  wysokie,  wręcz  zaporowe  ceny
laserów tej firmy oraz procesy sądowe są do−
datkową  poważna  barierą  w upowszechnie−
niu niebieskich laserów i płyt DVD następnej
generacji.  Znacząca  kwestią  jest  też  fakt,  że
Nichia  jest  nieustępliwym  monopolistą,  nie

udziela licencji, więc nie ma możliwości za−
kupu  równoważnych  laserów  z innego
źródła.  Brak  tego  second  source też  mocno
zniechęca  przyszłych  wytwórców  sprzętu.
Odpowiedni niebieski laser jest więc na ryn−
ku, ale nawet tacy znakomici producenci, jak
Sony i Philips, wstrzymują się z ich wykorzy−
staniem.  Przedstawiciel  Philipsa  otwarcie
stwierdził, że jego firma na razie nie zamierza
wprowadzać  na  rynek  produktów  wykorzy−
stujących niebieski laser półprzewodnikowy.

Dalszy postęp i upowszechnienie oma−

wianego głównego bohatera, niebieskiego la−
sera, zależy teraz od znalezienia odmiennych
rozwiązań, nie objętych istniejącymi patenta−
mi. Wielkie nadzieje obudziła informacja
wspomnianej już, niewielkiej firmy TDI z Da−
koty, która ma sposób na wytwarzanie płytek
podłożowych z GaN i szuka partnerów, którzy
umożliwią podjęcie masowej produkcji.

Należy się spodziewać, że najbliższe mie−

siące przyniosą doniesienia o kolejnych istot−
nych osiągnięciach łamiących dotychczaso−
wy monopol.

(red)

P.S. Już po napisaniu artykułu, w styczniu

2002, zaprezentowano niebieski laser całkowi−

cie  polskiej  produkcji,  powstały  w długofalo−
wym  programie  rządowym  „Rozwój  niebie−
skiej optoelektroniki”. Długość fali światła wy−
nosi 425nm. Laser ten został opracowany przez
30−osobowy  zespół  polskich  naukowców  pod
kierunkiem  prof.  Sylwestra  Porowskiego
z Centrum  Badań  Wysokociśnieniowych  Pol−
skiej  Akademii  Nauk.  Nieprzypadkowo  poja−
wia się nazwa Centrum Badań Wysokociśnie−
niowych, ponieważ laser zbudowano na bazie
monokryształów  azotku  galu  (GaN),  wytwa−
rzanych  w warunkach  bardzo  wysokich  ci−
śnień, porównywalnych z ciśnieniami stosowa−
nymi przy produkcji sztucznych diamentów.

Polscy naukowcy mają duże osiągnięcia

w dziedzinie niebieskiej optoelektroniki. Mają
też licznych konkurentów. Każdy miesiąc przy−
nosi nowe informacje w tej dziedzinie. Oprócz
bardzo  obiecujących  metod  wytwarzania  mo−
nokryształów  azotku  galu  i budowania  lasera
na tym „naturalnym” podłożu, wciąż podejmo−
wane są próby wykorzystania innego podłoża.
Oprócz  wykorzystywanego  od  dawna  szafiru,
ostatnio  coraz  więcej  mówi  się  o nakładaniu
warstw czynnych GaN na jeszcze inne podłoża,
na  przykład  na  zwykły  krzem.  Początek  dała
Motorola,  nakładając  na  krzem  arsenek  galu
(GaAs)  z wykorzystaniem  warstwy  pośredni−
czącej, pozwalającej w pewien sposób wyrów−
nać  różnice  rozmiarów  siatki  krystalicznej.
Ostatnio taki pomysł wykorzystano do nałoze−
nia azotku galu na krzem (www.nitronex.com).

Pomimo ogromnej konkurencji i licznych

wysiłków wielu badaczy, nadal nie przedsta−
wiono niebieskiego lasera o parametrach
i cenie odpowiednich dla sprzętu powszech−
nego użytku. Nadal czekamy na przełom.

Document Outline