plik

Pozdrawiamy:  Leszka  Kołodzieja  z  Cieszyna,  Michała  Nowakowskiego  z
Wrocławia,  Andrzeja  Adamczyka  z  Ostrowca  Św.,  Dawida  Lichosyta  z
Gorenic, Leszka Seledca z Olsztyna, Juliusza Karolaka z Warszawy, Pio−
tra Cieślińskiego z Krakowa, Remigiusza Idzikowskiego, Jacka Rubasa,
Wojciecha Tabisia z Myszkowic, Helenę Michalską ze Szczecina, Bogusła−
wa  Salewicza,  Grzegorza  Kasprowicza  z  Elizówki,  Marka  Waśkowiaka,
Przemka Andryśkiewicza, Rafała Gieżyńskiego, Sławomira Waneckiego,
Krzysztofa Walczaka, Adama Wosia z Opola, Andrzeja i Katarzynę Ko−
rzenieckich  z  Legionowa,  Daniela  Czachorowskiego,  Damiana  Gutow−
skiego,  Helenę  Kupisz,  Dawida  Trafnego  z  Połczyna  Zdroju,  Elżbietę
Karczyńską, Michała Zabokrzyckiego i Waldemara Mućko.

Uwagi do rubryki Errare humanum est z EdW 06/2002 przysłali ostatnio: Paweł
Lasko z Nowego Sącza, Marcin Rekowski z Brusów, Andrzej Czernecki z
Tarnowa, Anna Przybysz ze Szczecina i Bartłomiej Adamiuk z Białegostoku.

Nagrody otrzymują: Andrzej Czernecki i Bartłomiej Adamiuk.

Witam serdecznie Redakcję!
Piszę, by podzielić się z Wami pewnymi przemyśleniami odnośnie zakoń−

czonego już konkursu na najlepszą pracę dyplomową 2001/2002.

Teraz, z perspektywy czasu, okazuje się, że pomysł był jak najbardziej traf−

ny! Nie ze względu na wartościowe nagrody, lecz na upublicznienie problemu,
który do tej pory krył się gdzieś w ciemnych pracowniach szkolnych, piwni−
cach i salach komisyjnych. Prawdopodobnie większość ludzi dziś nie wie o
czymś takim jak konkursy „Młody Technik”, czy „Turniej Młodych Mistrzów
Techniki” organizowane przez ośrodki NOT−u i politechniczne. Zapewne wie−
lu ciekawi, jakie teraz wykonuje się prace. Niestety, nigdzie o niczym takim nie
słychać a listy laureatów czy uczestników krążą w obiegu zamkniętym i jedy−
ne co zostaje wydane na światło dzienne, to dyplomy, gratulacje i... brak zain−
teresowania.

Konkurs zorganizowany przez EdW i firmę Tespol otworzył, moim zda−

niem, to zamknięte okno. Cała Polska dowiedziała się o pierwszych trzech
miejscach, a niedoceniane Opole (przynajmniej w moich oczach), Bydgoszcz
i Sanok zyskały dzięki „wydaniu” zwycięskich drużyn. Niebawem Czytelnicy
poznają kolejne projekty godne uwagi i nazwiska osób je wykonujących.

W takim układzie firmy poszukujące „dobrego” materiału mają z czego

wybierać!

Co da wykwintna kolacja w budynku rządowym, jeśli nie można wprost wy−

korzystać swoich umiejętności? W tym miejscu chcę podziękować w imieniu
wszystkich uczestników za rozpoczęcie promocji młodych talentów z nadzieją
na przyszłe i bardziej odważne działania.

Firmy zaś pragnę zachęcić do organizowania wykładów i seminariów tak−

że dla społeczności niemającej przedrostków (mgr, inż. etc).

Będąc obecny, swoją skromną osobą, przy okazji odbioru głównej nagro−

dy wraz z kolegami z klasy, którzy zajęli pierwsze miejsce w konkursie, i ich
promotorem zauważyłem wielkie zadowolenie rysujące się na twarzy pana
Stanisława Zająca − Prezesa Zarządu firmy Tespol. Widać było, że temu Panu

naprawdę zależy i nie chodzi o reklamę! Atmosfera była iście rodzinna. Z na−
szego punktu widzenia było to bardzo budujące i niezwykle motywujące − na−
reszcie ktoś docenia to, co robią młodzi, zaprasza na rozmowę, raczy ciepłym
słowem, oferuje w pewnym zakresie pomoc...

Generalnie rzecz ujmując, zdjęcie zamieszczone w EdW 07/2002 oddaje

całkowicie istotę sprawy: zadowolona mina pana Zająca (z prawej) zdaje się
mówić − nareszcie coś się ruszyło − idzie nowe!, postawa redaktora Orłowskie−
go zdaje się wyrażać aprobatę takich działań (firmy Tespol) i zapewnia cią−
głość promowania młodych talentów, trzyosobowy skład od lewej staje się jed−
nak najlepszym przesłaniem: da się! przy pomocy ludzi chętnych i otwartych,
ale DA SIĘ! próbujcie − WARTO!

W tym miejscu pragnę pogratulować wszystkim biorącym udział w konkur−

sie, gdyż to chęć zaprezentowania się i odwaga skłania do promowania same−
go siebie.

Ze swojej strony (już jestem po obronie) zachęcam przyszłych Dyploman−

tów, aby już dziś zastanowili się nad tematem własnej pracy i oby była ona
zgodna z zapotrzebowaniem „jutra” i aby była maksymalnie AUTORSKA.

Pozdrawiam i życzę wszystkim sukcesów, Redakcji chęci i motywacji do

różnych tego typu działań, zainteresowanym firmom chęci współpracy i pro−
mocji polskiej siły technicznej (i nie tylko).

Grzegorz Kaczmarek, Opole

P.S. − Nie sądziłem, że o mojej obecności we Wrocławiu warto wspominać. Je−
stem pod WIELKIM wrażeniem − dziękuję! :−)

Za ciekawe podsumowanie konkursu Grzegorz otrzymuje od nas nagrodę

książkową.

Sprostowanie dotyczące „Wielkiego konkursu na najlepszą pracę dyplo−
mową 2001/2002”.

Chochlik drukarski dorzucił jedną literkę (C) do nazwiska zdobywcy 3

miejsca. Tak więc, autorem „Wyświetlacza widmowego” jest Łukasz Hrapek
z Sanoka. Promotorem wspomnianej pracy był mgr inż. Marek Chimiak, au−
tor książki „Realizer − graficzna metoda programowania mikroprocesorów”.

Warto wspomnieć, że wyróżniona praca zajęła 1. miejsce w szkolnym

TMMT (Turnieju Młodych Mistrzów Techniki), 1. miejsce w wojewódzkim
TMMT i otrzymała wyróżnienie w centralnym TMMT.

Jeszcze raz gratulujemy zdobycia nagród i życzymy dalszych sukcesów.

Wysyłam Wam link do strony z kompilatorem PASCAL−a dla mikrokontro−

lerów ‘51 oraz AVR. To chyba dość interesujący program − dużo osób ma kon−
takt z PASCAL−em choćby i na zajęciach informatyki w szkole i posiada nieja−
ką wiedzę na temat programowania w tym języku.

http://users.iafrica.com/r/ra/rainier/index.htm

Z poważaniem

Marek Kraft

Otwarci jesteśmy na wszelkie sugestie i bardzo cenimy uwagi takie, jak nade−
słane w kolejnym liście:

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

Wrzesień 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.

Bartłomiej Adamiuk . . . . . . . . . . . . . Białystok

Dorota Bąkowska . . . . . . . . . . . . . . Warszawa

Robert Bidas

Mirosław Bogdanowicz

Mariusz Chilmon . . . . . . . . . . . . . . . Augustów

Jarosław Chudoba . . . . . . . . . . Gorzów Wlkp.

Andrzej Czernecki. . . . . . . . . . . . . . . . Tarnów

Bartosz Czerwiec . . . . . . . . . . . . . . . . Mogilno

Andrzej Dąbrowski . . . . . . . . . . . . . . . . Opole

Marian Detko . . . . . . . . . . . . . . . . . Piwniczna

Maciej Dolata . . . . . . . . . . . . . . . . . . Krosinko

Marek Drabik . . . . . . . . . . . . . . . . . Sulejówek

Dariusz Drelicharz . . . . . . . . . . . . . . Przemyśl

Damian Gabrysiak . . . . . . . . . . . . . . . . . Stasin

Robert Gawron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rabka

Zbigniew Gibek . . . . . . . . . . . . Świętochłowice

Leokadia Golec . . . . . . . . . . . . . . . . . Kożuchy

Grzegorz Kaczmarek . . . . . . . . . . . . . . . Opole

Bogdan Kiciak . . . . . . . . . . . . . . . . . . Świdnica

Michał Koziak . . . . . . . . . . . . . . . . . Sosnowiec

Cezary Kusmierski . . . . . . . . . . . . . . Poniatów

Sylwester Małecki. . . . . . . . . . . . . . . . . Radom

Marcin Mederak . . . . . Dąbrówka Tuchowska

Grzegorz Pietrzyk . . . . . . . . . . . . . . Warszawa

Zenon Pochopin . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gorlice

Jakub Siwiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tarnów

Maciej Skrodzewicz . . . . . . . . . . . . . . Szczecin

Henryk Sobański. . . . . . . . . . . . . . Tarnobrzeg

Anna Stefańska . . . . . . . . . . . . . . . . . Chorzów

Tomasz Stępień . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lublin

Andrzej Szymkowiak . . . . . . . . . . . . . . Zalesie

Grzegorz Świt . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jarosław

Marcin Wiązania . . . . . . . . . . . . . Busko Zdrój

Dariusz Wojdaczek . . . . . . . . . . . . . . Miechów

Piotr Wójtowicz . . . . . . Wólka Bodzechowska

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

Wrzesień 2002

(...) Kolejna przeróbka CD−ROM−u (ostatnie widziane przeze mnie CD−ki

nie miały guzika CD−play, rew, etc. Artykuły Pana Piotra Góreckiego jednak
nadal nie mają konkurentów (szczególnie dla tych, co traktują elektronikę ja−
ko hobby), artykuły dotyczące nie−cyfrówki należą na razie jeszcze do rzadko−
ści wśród czytelników (należy też wspomnieć o Panu A. Janeczku – no, ale to
myślę poza konkurencją!). Oby więcej uczących tych niby prostych rzeczy, bo
kody źródłowe, noty najnowszych „scalaków” są dostępne w Sieci nawet w za−
sięgu modemowców (ech, tragedia!), natomiast treści wartościowe − nie, a
przynajmniej nie w takim stopniu.

Szkoła konstruktorów − poruszane wiele razy tematy. No dobrze, w wyko−

naniu Bascoma jeszcze lepiej, ale może coś innego − jest tyle mikroproceso−
rów, warto dać chociaż wzmianki. Bo jak dla mnie, to najważniejsze − jak
wystartować, a potem to już jakoś pójdzie! No cóż, EP jednak wciąż za trud−
na (myślę, że gdyby poruszać podobne tematy na łamach ich pisma, mieliby
(Czytelnicy) podobne zastrzeżenia jak ja. Trochę o nowościach. Fajnie, że
poruszacie nowe tematy (ostatnio: tranzystory molekularne, ogniwa paliwo−
we), no ale nie w ramach jednego linku do strony WWW!!!! (no dobra dwóch
linków). Mimo wszystko artykuły z czasopism pozostały nadal niedoścignio−
ne. Co bym chciał? − pewnie za dużo − opis programowania (i programato−
rów) innych mikroprocesorów!!!!!− opis innych programatorów niż Bascom,

dla modemowców linki do programatorów i ich niewielkie opisy − może kurs
Protela jest nazbyt przesadzony, dobrze jest dochodzić „kliknij, zobacz, co
się stanie”, ewentualnie krótkie porady typu Tips&Tricks, ale też bez prze−
sady  jak  to  ma  miejsce  w  Windowsie  (nie  jestem  zwolennikiem  Linuxa,  a
wręcz  przeciwnie).  Błagam,  nie  zachęcajcie  do  MS  ©  Visual  Basic.  To  ma
krótkie nogi, sam wpadłem w ten kanał, na początku świetnie, da się wszyst−
ko, ale potem... ocx’y, dotakowe biblioteki etc. W końcu aplikacja typu Hel−
lo World ma 1−4 MB, a przecież nie o to chodzi, aby elektronik myślał nad
szybszym dyskiem, a programista to bezcześcił swoim niechlujstwem i leni−
stwem. Lepszym rozwiązaniem jest delphi (darmowa wersja Delphi PE 6.0
www.borland.com, i darmowa Free pascal www.FreePascal.org) − wszystko
dla  Windows,  choć  widzę,  że  wielu  jest  Unixowców,  jak  i  Linuxowców.
Ci jednak dotrą bez problemu, same wersje systemów zawierają podstawowe
„graty”,  nie  trzeba  włączać  Internetu  ani  kupować  dodatkowych
cd−ków).(...) Najważniejsze, że pozostajecie z czytelnikami tj. rubryki „krzyn−
ka” porad, Szkoła konstruktorów, Co nie działa − to według mnie dość ważne
działy,  wiem  że  cały  czas  spełniacie  rolę  tych  co  uczą,  ale  nie  ma
gazet pośrednich (jest mała różnica między EP a EdW), no ale ktoś musi do−
stać! Zresztą po co pisać o dobrych stronach, te widzi każdy!? Pozdrowienia.

Bartosz Reichel reichel@rudy.mif.pg.gda.pl

EdW 9/2002 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

Wrzesień 2002

Czy do stroboskopu potrzebna jest specjalna żarówka?

Czytelnik nie podał, czy chodzi o stroboskop do dyskoteki, czy do re−
gulacji silnika samochodu. Z zasady działania stroboskopu wynika,
że potrzebny jest silny, krótki błysk światła. Żarówki niezbyt się do
tego nadają, głównie z uwagi na znaczną bezwładność cieplną żarni−
ka. Szczególnie widać to przy wyłączaniu żarówek samochodowych
– nie gasną natychmiast, tylko płynnie.

W stroboskopach z reguły stosuje się lampy błyskowe z palnikiem

ksenonowym. Czas trwania błysku jest tu rzędu jednej milisekundy.
Palnik zasilany jest wysokim napięciem, rzędu 300...500V, a do za−
płonu potrzebny jest króciutki impuls znacznie wyższego napięcia
(kilowolty).

Właśnie ze względu na wysokie napięcia, samodzielna budowa

stroboskopów przez niedoświadczonych, młodych elektroników mo−
że być wręcz śmiertelnie niebezpieczna. Dlatego w EdW temat ten
jest poruszany rzadko (10/96, 11/97, 6/99). Swego czasu przedstawio−
ne były projekty prostej latarki−stroboskopu z diodą LED, która mo−
że posłużyć do regulacji silnika samochodu. W takich zastosowa−
niach może pracować ultrajasna dioda LED, która jest wystarczająco
szybka.

Co to za element: avalanche breakdown diode? Z opisu
wynika, że chodzi o diodę Zenera. Dlaczego w szereg z ta−
ką diodą jest włączona zwykła dioda krzemowa?

Istotnie, element avalanche breakdown diode (dioda z przebiciem la−
winowym) zwykle nazywany jest diodą Zenera. Chodzi na pewno
o prosty stabilizator napięcia, potocznie zwany diodą Zenera. Wątpli−
wości Czytelnika wiążą się z pewną nieścisłością, która istnieje od lat.
Nazwiskiem odkrywcy (Zenera) nazwano „zjawisko tunelowego prze−
nikania elektronów z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa,
pod wpływem silnego pola elektrycznego” w odpowiednio zbudowa−
nych i domieszkowanych złączach P−N. Zjawisko Zenera występuje
przy napięciach poniżej 5V. Tym samym, na miano diod Zenera zasłu−
gują jedynie elementy stabilizujące o napięciu przebicia do 5V.

„Diody Zenera” o napięciu powyżej 6V nie zasługują na tę nazwę,

ponieważ dominuje tam wspomniane zjawisko lawinowego przebicia
(avalanche  beakdown).  Diody  takie  zachowują  się  tak  samo,  jak
„prawdziwe diody Zenera” – zaczynają przewodzić prąd, gdy napię−
cie wsteczne przekroczy wartość progową. Jedyną różnicą jest znak
i wartość  współczynnika  cieplnego  napięcia  przebicia.  Dla  diod
o napięciu do 5V, gdzie dominuje zjawisko Zenera, współczynnik ter−
miczny  napięcia  przebicia  jest  ujemny.  Dla  diod,  gdzie  dominuje

przebicie lawinowe (napięcie powyżej 6V) współczynnik ten
jest dodatni. Czym wyższe napięcie stabilizacji, tym większy
dodatni współczynnik cieplny. Aby zwiększyć stabilność ciep−
lną, diody stabilizujące o napięciu większym niż 6V można
łączyć w szereg ze zwykłymi diodami krzemowymi, jak po−
kazuje rysunek obok. Czytelnik natrafił na taki właśnie przy−
padek. Dodatkowa dioda krzemowa nie jest konieczna – została do−
dana tylko dla polepszenia stabilności cieplnej napięcia stabilizacji.
W praktyce, aby uzyskać bliski zeru współczynnik cieplny, należało−
by dobrać egzemplarz diody Zenera (ściślej – diody z przebiciem la−
winowym) i liczbę szeregowo włączonych diod krzemowych.

W diodach o napięciu 5...6V mogą wystąpić oba wspomniane zja−

wiska i współczynnik termiczny napięcia stabilizacji jest niewielki –
najmniejsze  zmiany  napięcia  stabilizacji  pod  wpływem  temperatury
zwykle  wykazują  diody  o napięciu  5,6V.  Czasem  większe  napięcie
uzyskuje się, łącząc w szereg kilka takich diod. Tu także nie można
podać  ścisłych  recept,  bo  oprócz  rozrzutu  wartości  współczynnika
cieplnego  takich  diod  (zwykle  ±3mV/K),  ich  właściwości,  w tym
współczynnik cieplny, zależą także od prądu pracy.

Od wielu lat znane i produkowane są też bardzo stabilne termicz−

nie diodowe stabilizatory typu 1N821−1N829 o napięciu nominalnym
6,2V, nazywane też temperaturowo skompensowanymi diodami Ze−
nera (temperature−compensated zener). Dzięki przemyślanej kon−
strukcji uzyskuje się znikomo mały współczynnik cieplny, wynoszą−
cy

dla

najbardziej

precyzyjnej

wersji

(1N829)

tylko

5ppm/K (0,0005%/

C). Dla najmniej precyzyjnej wersji (1N821)

współczynnik ten wynosi 100ppm/K (0,01%/oC), co też jest warto−
ścią bardzo dobrą. W przypadku diod 1N821...829, aby uzyskać taką
stabilność, prąd pracy musi wynosić dokładnie 7,5mA±0,01mA.

Pragnę wykorzystać PC−ta jako oscyloskop. Znalazłem na
Waszej stronie informacje na ten temat. Chodzi o artykuł
z EdW 3/1999. Proszę o informację, czy można kupić ten
numer Waszego pisma lub o nazwę programu.

W każdym numerze EdW na stronach, gdzie są informacje na temat
prenumeraty krajowej i zagranicznej, można też znaleźć aktualną in−
formację o dostępnych numerach archiwalnych. Przykładowo w nu−
merach 6 i 7/2002 informacja ta zawarta jest na stronie 73. Wynika
z niej, że numer 3/99 jest dostępny i można go zamówić albo korzy−
stając z blankietu polecenia przelewu/wpłaty gotówkowej (dokonując
przedpłaty, unika się kosztów przesyłki). Szczegóły można uzgodnić
e−mailem lub telefonicznie z Działem Prenumeraty.

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.

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

Wrzesień 2002

Jednym z badaczy wysokich napięć był mało
znany  Nikola  Tesla,  człowiek  ekscentryczny,
lecz o ogromnej wiedzy. Między innymi stwo−
rzył  i opatentował  urządzenie  znane  pod  kil−
koma  nazwami:  cewka  Tesli,  transformator
Tesli,  transformator  rezonansowy.  Transfor−
mator  Tesli  składa  się  z dwóch  obwodów:
wtórnego  i pierwotnego.  Obwód  pierwotny
składa  się ze  źródła wysokiego napięcia (po−
winien to być transformator sieciowy podwyż−
szający  napięcie,  pracujący  przy  częstotliwo−
ści sieci 50Hz, napięcie pierwotne 220V, moc
około  300−500W,  napięcie  wtórne  5−10kV;
mając taki transformator, możemy zrobić „te−
slę” dającą ciągłe wyładowania do powietrza
długości  20−30cm),  kondensatora,  uzwojenia
pierwotnego oraz iskrownika. Obwód wtórny
natomiast  składa  się  z uzwojenia  wtórnego
oraz kondensatora. Ten wtórny kondensator to
pojemność między toroidem a ziemią (jest to
tzw. rezonator otwarty). Urządzenie to pozwa−
la wytwarzać zmienne wysokie napięcia rzędu
megawoltów (milionów woltów).

Zastosowań tak ogromnych napięć może

być bardzo dużo. Na przykład Tesla zamierzał

wykorzystać  swój  wynalazek  do  rozbijania
skorupy ziemskiej. Innym zastosowaniem był
projekt  bezprzewodowego  przesyłu  energii;
temat ten jest do dziś okryty tajemnicą. Tesla
stworzył  plany  sieci  nadajników  okalających
Ziemię.  System  ten  miał  zapewnić  globalną
transmisję  energii  elektrycznej  bez  użycia
przewodów.  Gotowy  był  również  jeden  eg−
zemplarz nadajnika. Tesla jednak zaczął bory−
kać się z problemami finansowymi, w końcu
zła sytuacja zmusiła go do rozbiórki nadajni−
ka.  Obecnie  transformatory  Tesli  stosuje  się
do  sprawdzania  wytrzymałości  karoserii  sa−
mochodów,  samolotów,  badań  laboratoryj−
nych, jonizacji gazów, a przede wszystkim do
widowiskowych pokazów.

Ostrzeżenia

Transformator Tesli jest urządzeniem bardzo
efektownym,  ale  także  bardzo  niebezpiecz−
nym ze względu na występujące w nim wy−
jątkowo  wysokie  napięcia.  Teoretycznie
otrzymywane  wyładowanie  elektryczne  ma
bardzo  dużą  częstotliwość,  więc  co  za  tym
idzie, powinno być niegroźne (chodzi o tzw.
efekt naskórkowy). Niestety, tak nie jest. Ma−
łe transformatory są wprawdzie w miarę bez−
pieczne, ale duże „tesle” potrafią nieźle kop−
nąć lub poparzyć (albo jedno i drugie). Wie−
my to z doświadczenia, więc nie radzimy ich
dotykać. Należy uważać także na sam trans−
formator zasilający, gdyż jest on w stanie za−
bić o wiele szybciej niż napięcie sieci energe−
tycznej.  Ponieważ  w cewce  Tesli  płyną  bar−
dzo  duże  prądy  (zmienne),  cewka  jest  więc
źródłem  bardzo  silnego  pola  elektromagne−
tycznego,  które  wytwarzane  jest  w jej  pier−
wotnym obwodzie rezonansowym. Tak wiel−
kie  pole  elektromagnetyczne  z łatwością  ni−

szczy  obecne  w pobliżu  urządzenia  elektro−
niczne  −  nie  jest  to  żart  −  naprawa  wieży
Hi−Fi sporo kosztuje – wiemy, bo stała za bli−
sko  urządzenia.  Jeśli  zastosujecie  się  do  na−
szych rad, wszystko będzie OK. Wspomnieć
należy  także  o świetle  UV,  które  w dużych
ilościach  wytwarzane  jest  przez  iskrownik,
jest ono szkodliwe dla wzroku, dlatego nigdy
nie należy patrzeć bezpośrednio w iskrownik.

Z wysokimi napięciami i dużymi często−

tliwościami wiążą się dwa bardzo ważne zja−
wiska, a mianowicie: efekt naskórkowy i kra−
wędziowy.
−  Efekt  naskórkowy spowodowany  prądami
w.cz. nie pozwala elektronom wnikać w głąb
przewodnika, a co za tym idzie, prąd płynie
po powierzchni przewodnika, a czasem tylko
„ślizga” się po niej.
− Efekt krawędziowy polega na gromadzeniu
się  ładunku  na  wszelkich  ostrych  krawę−
dziach,  powoduje  to  przeskakiwanie  iskier
(ulot  elektryczny),  które  są  niepożądane
w obwodach wysokonapięciowych.

W cewkach Tesli można też spotkać inne

zjawisko,  niebezpieczne  dla  transformatora
zasilającego i kondensatora, jest to efekt tzw.
nadsprzężenia,  objawia  się  on  w tych  cew−
kach  Tesli,  których  cewka  obwodu  pierwot−
nego  ma  małą  średnicę  i liczy  2...4  zwoje.
Wtedy  to  cały  strumień  „pompowany”  jest
w dolną część cewki obwodu  wtórnego, po−
wodując  przeskoki  iskier  między  zwojami,
jak  również  przebicia  na  drodze  obwody
wtórne−pierwotne. Jeśli strumień magnetycz−
ny  „nie  widzi”  wyższej  części  uzwojenia
wtórnego  (części  rezonansowej),  to całe  na−
pięcie indukuje się w jego dolnej części.

Fotografia 1 przedstawia najważniejsze

elementy transformatora (cewki) Tesli.

###

Ze względu na obecność skrajnie

wysokich napięć, osoby niepełnoletnie
i niedoświadczone mogą wykonać
układ wyłącznie pod opieką wykwalifi−
kowanych opiekunów.

Wykonawca buduje urządzenie na

własne ryzyko i ponosi pełną odpowie−
dzialność  za  efekty  jego  działania,
w tym  zakłócenia  elektromagnetyczne
oraz  możliwość  porażenia,  zatrucia
i uszkodzenia wzroku osób trzecich.

ęę

śś

ćć

1 − Toroid
2 − Uzwojenie wtórne części rezonansowej
3 − Zwój zabezpieczający
4 − Kondensator
5 − Iskrownik
6 − Uzwojenie pierwotne części rezonansowej
7 − Transformator zasilający

Budowę transformatora Tesli pokazuje

w uproszczeniu rysunek 1. Jest to rysunek
poglądowy, pomocny przy omawianiu dzia−
łania urządzenia.

Bardziej pełny schemat, często spotykany

w literaturze, pokazany jest na rysunku 2.
Tr1 − Źródło zasilania (transformator siecio−
wy, o napięciu wyjściowym np.10kV),
Is2 − Iskrownik zabezpieczający chroni trans−
formator przed zbyt wysokim napięciem (in−
formacji  o nim  należy  szukać  w Internecie,
ponieważ  uznaliśmy  go  za  mało  ważny
i w większości przypadków niepotrzebny, tak
samo jak dławiki),
Dławiki  −  Zapobiegają  przedostawaniu  się

zakłóceń w.cz. do sieci
energetycznej,
C − Kondensator,
Is1 − Iskrownik główny,
Tr2 − Transformator re−
zonansowy (część rezo−
nansowa cewki Tesli),
Toroid − Patrz niżej.

Zasada
działania

Kondensator C jest na
przemian

ładowany

dodatnią  i ujemną  po−
łówką sinusoidy prądu
wypływającego z tran−
sformatora  zasilające−
go. Kondensator ładuje
się  do  napięcia  przebi−
cia  iskrownika  Is1,
wtedy  to  plazma  po−
wstała  pomiędzy  elek−
trodami iskrownika po−
łączy  dotąd  odciętą
cewkę pierwotną części
rezonansowej  z kon−
densatorem,  tworząc
równoległy  obwód  re−
zonansowy,  a zarazem
przekazując

energię

zgromadzoną  w kon−
densatorze  do  uzwoje−
nia,  mamy  więc  typo−
wy przykład rezonansu
równoległego,  gdzie
przepływ  prądu  możli−
wy  jest  dzięki  powsta−
niu łuku elektrycznego.

Obwód pierwotny

jest w rzeczywistości
obwodem rezonanso−

wym równoległym, pobudzanym do drgań
gasnących o częstotliwości równej częstotli−
wości rezonansowej obwodu LC w takt prze−
skoków iskry w iskrowniku. Częstotliwość
obwodu rezonansowego zależy od indukcyj−
ności uzwojenia pierwotnego części rezonan−
sowej oraz od pojemności kondensatora. Wy−
licza się ją ze szkolnego wzoru:

Gdzie: f =

f − częstotliwość pracy cewki (częstotliwość
łuku) [Hz]

L − indukcyjność uzwojenia pierwotnego czę−
ści rezonansowej (ślimaka) [H]
C − pojemność kondensatora w obwodzie
pierwotnym [F]

Obwód rezonansowy, w skład którego

wchodzą cewka pierwotna transformatora re−
zonansowego  i kondensator,  jest  pobudzany
do  drgań.  Częstotliwość  pobudzania  (często−
tliwość  przeskoków  iskry  na  iskrowniku)
w zasadzie  jest  równa  podwojonej  częstotli−
wości sieci (100 razy na sekundę), ale też za−
leży od czasu, po jakim kondensator naładuje
się do napięcia, które umożliwi przebicie po−
wietrza  pomiędzy  elektrodami  iskrownika.
Czas  ten  z kolei  zależy  od  napięcia  i prądu
transformatora zasilającego, pojemności kon−
densatora, no i oczywiście od odległości elek−
trod  iskrownika.  W ten  sposób  częstotliwość
przeskoków  iskry  może  być  większa  od
100Hz.  Energia  wytworzona  w obwodzie
pierwotnym  przekazywana  jest  przez  pole
elektromagnetyczne dalej, do obwodu wtórne−
go transformatora rezonansowego. Jednak aby
obwód  wtórny  wytworzył  wysokie  napięcie,
wymagana  jest  zgodność  jego  częstotliwości
rezonansowej  z częstotliwością  rezonansową
obwodu  pierwotnego.  Wtedy  to  obydwa  ob−
wody reprezentują sobą tylko opór rzeczywi−
sty − jeżeli ten warunek jest spełniony, pomię−
dzy okładzinami kondensatora obwodu wtór−
nego występuje bardzo wysokie napięcie.

Pracy transformatora Tesli towarzyszą sil−

ne  efekty  akustyczne  −  huk  wywołany  prze−
skokami iskry na iskrowniku. Widzimy rów−
nież piękne fioletowe wyładowania wędrują−
ce wokół toroidu, w tle można także usłyszeć
łuk  elektryczny.  Nie  należy  zapominać,  że
„tesla”  jest  wydajnym  źródłem  bardzo  ak−
tywnego gazu – ozonu, to zresztą daje się sil−
nie  odczuć.  A ozon  w większych  dawkach
jest szkodliwy dla zdrowia.

Transformator zasilający

Jest  to  zwykły  transformator pracujący
przy  napięciu  220V,  50Hz,  konwertuje  on
napięcie  na  wartość  kilkadziesiąt  razy
większą, np. 10000V
Musi  to  być  transformator  o mocy  od
100W do 5000W, w zależności od oczekiwa−
nego  efektu  i napięciu  wyjściowym  od  5kV
wzwyż. Jeżeli ktoś robi małą „teslę”, to pole−
camy  transformator  o mocy  ok.  200−300W.

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

Wrzesień 2002

Projekty AVT

Fot. 1

Rys. 1

Rys. 2

schemat transformatora Tesli

Kupno  gotowego  transformatora  raczej  nie
wchodzi w rachubę (choć można użyć trans−
formatora  od  zasilania  neonów  lub  kilku
transformatorów od mikrofalówek – obydwa
rozwiązania są dosyć drogie). Pozostaje więc
samemu  postarać  się  o niezbędne  elementy
i zacząć  najbardziej  pracochłonną  robotę,
czyli nawinięcie transformatora. Ma to swoje
zalety  i wady.  Po  samodzielnym  nawinięciu
mniej  więcej  wiemy,  czego  można  się
spodziewać,  a ewentualnie  kupione  za  cięż−
kie pieniądze trafo może się „spalić” w naj−
mniej pożądanym momencie. Podstawowym
problemem, jak już wspomnieliśmy, jest zna−
lezienie rdzenia. Z praktyki wiemy, że na du−
że „tesle” najlepsze są rdzenie transformato−
rów od spawarek. Na małe „tesle” polecamy
rdzenie od transformatora z Rubina – to taki
radziecki telewizor ;−)

Kolejną kwestią jest drut nawojowy na

uzwojenie wysokonapięciowe. Nabycie takie−
go (zwykłego) drutu nawojowego nie stanowi
dużego problemu − można go dostać w więk−
szości sklepów elektrycznych lub w hurtow−
nach  elektrycznych.  Jedynym  problemem
związanym  z drutem  jest  jego  cena:  ok.  25−
30zł za kilogram, a do nawinięcia trafa o mo−
cy  2000W i napięciu  wyjściowym  10000V
potrzeba jakieś 5kg (do transformatora o mo−
cy 400W potrzeba go około1,5kg). Na pocie−
szenie  dodamy,  że  to  największy  koszt  przy
budowie  „tesli”.  Ostatnią  czynnością  przed
nawijaniem  jest  zakup  folii  ogrodniczej  na
przekładki transformatora. Folia taka o grubo−
ści 0,25 mm jest dostępna w każdym sklepie
ogrodniczym. Nie jest to najlepsze rozwiąza−
nie, ponieważ powinniśmy użyć do tego celu
porządnych  przekładek  preszpanowych  lub
jeszcze  lepiej  teflonowych,  lecz  przy  braku
tych  materiałów  można  wykonać  przekładki
z folii polietylenowej, (UWAGA! Temperatu−
ra topnienia to ok. 80

C, więc jeżeli macie do−

stęp do bardziej wytrzymałych materiałów, to
wykorzystajcie  je).  Na  każdą  nawiniętą  war−
stwę  uzwojenia  należy  nawinąć  warstwę  pa−
pieru, a następnie kilka warstw folii polietyle−
nowej  i znowu  warstwę  papieru,  zapobiegnie
to  przecinaniu  folii  polietylenowej  przez
uzwojenia.  Dobrze  jest  zabezpieczać  każdą
warstwę drutu parafiną. Nie używajcie lakieru
– w razie spalenia będzie można naprawić tra−
fo.  Przy  nawijaniu  uzwojenia  należy  zwracać
uwagę na trzy podstawowe rzeczy. Po pierw−
sze, emaliowa izolacja drutu nie może być za−
drapana, bo może się to zakończyć przebiciem
i spaleniem całej naszej pracy. Po drugie, zwo−
je muszą być nawijane bardzo starannie, blisko
siebie (chyba że nawijamy drutem

<0,2mm)

i nie  mogą  na  siebie  nachodzić.  Co  tu  dużo
mówić, musi to być zrobione jak w dobrej fir−
mie  produkującej  transformatory.  Po  trzecie,
należy zostawić ok. 10mm wolnego miejsca po
każdej  stronie  karkasu  czyli  na  początku  i na
końcu  każdej  warstwy.  Zapobiega  to  później−
szym przebiciom między warstwami. Dobrze

jest też pomyśleć o wyprowadzeniach. Osobi−
ście  polecamy  przylutowanie  do  początku
i do końca uzwojenia  kilku cm linki miedzia−
nej w izolacji, która jest bardziej odporna na
wyginanie  niż  drut.  Zarówno  średnicę  drutu
na uzwojenie pierwotne, jak i wtórne, oblicza
się  stosownie  do  mocy  transformatora  (co
wiąże  się  z wielkością  rdzenia).  Dla  począt−
kujących  maniaków  wysokonapięciowych
przedstawiamy  kilka  pomocnych  wzorów  od−
noszących  się  do  powszechnie  używanych
transformatorów sieciowych – patrz rysunek 3.

Wzór na przekrój środkowej kolumny

rdzenia:
S = a*b gdzie a i b w [cm]

Wzór na moc, jaką można uzyskać z rdzenia:

P= 0,69S

(jeśli zdecydowaliście się na

rdzeń od Rubina, to ma on moc ok. 200W)
P − moc [W]
S − przekrój rdzenia w cm

Wzór na liczbę zwojów przypadających

na 1V dla tego transformatora:
Z = 45 / S

Wzór na liczbę zwojów uzwojenia pier−

wotnego i wtórnego:
Z1 = U1 * 0,9 * (45/S)
Z2 = U2 * 1,1 * (45/S)
Z1 – liczba zwojów uzwojenia pierwotnego
Z2 – liczba zwojów uzwojenia wtórnego
U1 – 220 V
U2 − 10000V (jest to najlepsze napięcie do
małych transformatorów Tesli)

Wzór na średnicę drutu w mm:

D = 0,8 * I
I – natężenie prądu w A

Jeżeli na transformatorze jest już uzwoje−

nie  pierwotne  przystosowane  do  pracy  przy
napięciu 220V, to można je wykorzystać (zo−
stawić tak jak jest). Należy jednak uważać na
transformatory (Rubin), gdzie uzwojenia na−
wijane są aluminiowym drutem – nie jest to
optymalne  rozwiązanie  dla  „tesli”.  Przy  sa−
modzielnym nawijaniu uzwojenia pierwotne−
go powinno się ściśle przestrzegać obliczonej
liczby  zwojów,  natomiast  uzwojenie  wtórne
radzimy  nawijać  na  napięcie  10000V±30%.
Prąd  uzwojenia  wtórnego  i wynikającą  stąd

grubość drutu trzeba natomiast wyliczyć
z mocy rdzenia

I =

gdzie:
I − prąd w amperach
P − moc rdzenia w watach
U − wtórne napięcie transformatora w woltach

Drut nawojowy na uzwojenie wtórne

transformatora zasilającego może mieć śre−
dnicę od 0,1mm do 1mm. Zawsze drut może
być grubszy, byleby zmieścił się na karkasie.

Gdy dostępny jest tylko goły rdzeń, kar−

kas  należy  wykonać  we  własnym  zakresie.
Pomocą  będzie
rysunek 4.
x –  grubość  mate−
riału, z jakiego wy−
konujemy karkas

Rdzeń składa−

my  w sposób  ty−
powy  dla  rdzeni
z kształtek  EI:  na
przemian  z oby−
dwu  stron  wkła−
damy  kształtki  E,
po  wbiciu  wszy−
stkich  blach,  w
szczeliny  wkła−
damy „literki” I.

Lepszym rdze−

niem  na  transfor−
mator  zasilający
jest  wspomniany
wcześniej  rdzeń
od  telewizora  Ru−
bin, ponieważ po−
siada  on  osobne  karkasy  dla  uzwojenia  pier−
wotnego  i wtórnego,  co  zmniejsza  ryzyko
przebicia.  Warto  minimalizować  wszystkie
szczeliny  pomiędzy  blachami  –  w fabrycz−
nych rdzeniach nie ma z tym problemu. Jeżeli
kogoś  interesują  konkrety,  oto  dane  naszych
transformatorów zasilających:

Mała „tesla”: rdzeń od telewizora Rubin,

moc podobno 200W, napięcie pierwotne
220V~, napięcie wtórne 5−6kV~, prąd ok.
30mA .

Średnia „tesla”: rdzeń robiony we wła−

snym zakresie (nie polecamy takich sposo−
bów początkującym, jest z tym dużo kłopo−
tów), moc 500W, napięcie pierwotne 220V~,
napięcie wtórne 7kV~, prąd ok. 60mA.

Kondensator

Jest to kondensator foliowy, którego budo−
wę przedstawiamy poniżej.
Kondensator powinien mieć taką pojemność,
aby  nastąpiło  dopasowanie  jego  impedancji
i impedancji  uzwojenia  wtórnego  transfor−
matora  zasilającego.  Maniacy  mogą  ją
zwiększać  nawet  o jakieś  40%.  Trzeba  tu
nadmienić,  że  zwiększenie  pojemności  kon−
densatora  ponad  obliczoną  stworzy  niedopa−
sowanie − krótko mówiąc, kondensator będzie

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

Wrzesień 2002

Projekty AVT

Rys. 3

Rys. 4

pobierał  więcej  prądu,  transformator  będzie
bardziej obciążony, jednakże przy pracy do−
rywczej  nie  ma  to  dużego  znaczenia.  Może
się  zdarzyć,  że  kondensator  będzie  za  duży,
transformator  będzie  go  ładował  powoli,
przeskoki  na  iskrowniku  będą  pojawiać  się
stosunkowo  rzadko  i w gruncie  rzeczy  „te−
sla” nie będzie działać zbyt dobrze.

C =

− Napięcie na wyjściu transformatora za−

silającego w woltach
I

− Prąd, na jaki przewidziane jest uzwoje−

nie wtórne transformatora zasilającego
w amperach
C − Pojemność kondensatora w faradach
f − Częstotliwość sieci energetycznej w Pol−
sce 50Hz

Przykładowo: mamy transformator zasila−

jący o następujących parametrach uzwojenia
wtórnego: 7kV/60mA, po podstawieniu do
wzoru otrzymujemy pojemność kondensato−
ra w przybliżeniu równą 27nF.

Jeżeli wiemy, jaki konkretnie kondensator

jest nam potrzebny i mamy odpowiednie ma−
teriały,  to  po  obliczeniu  jego  parametrów
(długość  okładzin,  grubość  izolatora  itp.),
najlepiej  za  pomocą  takich  programów  jak
Capsolve,  możemy  przystąpić  do  budowy.
Program  do  obliczania  kondensatorów
Capsolve  można  ściągnąć  na  przykład  spod
adresu: www.myzlab.qs.pl/download.html
(strona też jest bardzo porządna).

Opiszemy teraz, jak zrobić kondensator

rolkowy,  gdyż  wykonanie  go  zajmie  mniej
czasu i będzie łatwiejsze niż wykonanie kon−
densatora  warstwowego  (opisu  budowy  kon−
densatora warstwowego radzimy szukać w In−
ternecie). Aby zrobić własny kondensator rol−
kowy, potrzebne będą: folia aluminiowa (jed−
na rolka kuchennej folii aluminiowej wystar−
czy), folia polietylenowa o dowolnej grubości
(najlepiej 0,25mm). Ponieważ folia aluminio−
wa ma szerokość ok. 30cm, więc pasy folii po−
lietylenowej  powinny  być  szersze  po  każdej
stronie o minimum 2cm, tak więc folia polie−
tylenowa powinna mieć szerokość 34cm. Te−
raz sprawdzimy, jaką grubość łączną powinna
mieć  każda  z przekładek  kondensatora  −  po−
nieważ przyjmuje się 1,5mm foli polietyleno−
wej na każde 10kV napięcia zmiennego, więc
mając  przykładowo  transformator  o napięciu
10kV, potrzebujemy dwóch przekładek o gru−
bości  1,5mm  każda.  Załóżmy,  że  mamy  do
dyspozycji  folię  polietylenową  o grubości
0,25mm,  tak  więc  potrzeba  będzie  ułożyć  na
sobie  1,5/0,25=6  warstw  folii  polietylenowej
(to jest jedna przekładka). Dane, które mamy
(całkowita grubość przekładki, szerokość folii
aluminiowej),  wpisujemy  do  programy  Ca−
psolve, dodatkowo przyjmujemy pewną przy−
padkową  długość  folii  aluminiowej  (np.1m),
po  tych  operacjach  otrzymujemy  pojemność
takiego  kondensatora.  Jeżeli  jego  pojemność

nie zgadza się z pojemnością nam potrzebną,
to  tak  korygujemy  wpisywaną  do  programu
długość  folii  aluminiowej,  aby  trafić  na  wła−
ściwą  pojemność.  Program  pyta  także  o dłu−
gość  folii  polietylenowej,  która  powinna  być
o 20−30cm dłuższa niż folia aluminiowa. Ma−
jąc  dokładne  dane  potrzebne  do  wykonania
kondensatora,  wycinamy  pasy  folii  polietyle−
nowej, na płaskim podłożu układamy połowę
z nich  (tyle,  ile  trzeba  na  jedną  przekładkę),
przykrywamy  pasem  folii  aluminiowej,  na−
stępnie lutujemy wyprowadzenia kondensato−
ra,  po  ich  przylutowaniu  taśmę  aluminiową
przykrywamy  następną  przekładką  złożoną
z pozostałych taśm folii polietylenowej, na to
kładziemy drugi pas foli aluminiowej i znowu
lutujemy wyprowadzenia, lecz po przeciwnej
stronie. Tak przygotowaną „kanapkę” nawija−
my na rurę PCV o średnicy np. 20mm. Musi−
my zwracać uwagę na to, aby pasy folii się nie
przemieszczały (dosyć trudne). Po nawinięciu
cały kondensator owijamy taśmą klejącą, a na−
stępnie  tasiemkami  zaciskowymi  do  przewo−
dów  elektrycznych.  Na  koniec  łączymy  wy−
prowadzenia  i pozostaje  nam  tylko  umieścić
nasz  kondensator  w jakiejś  obudowie.  Tak
kończy się budowa podstawowej wersji kon−
densatora. Jeżeli ktoś chce, aby jego konden−
sator  pracował  dłużej  jak  kilka  miesięcy,  to
powinien  zalać  go  olejem  (najlepiej  transfor−
matorowm).  Jest  to  dosyć  skomplikowana
procedura, jeżeli ktoś miał do czynienia z ole−
jem  transformatorowym,  to  powinien  wie−
dzieć,  dlaczego.  Nieobeznanych  pragniemy
poinformować,  że  taki  olej  włazi  w każdą
szczelinę, potrafi także wydostawać się z na−
czynia, wychodząc do góry po jego ściankach.
Nam,  pomimo  prób,  nie  udało  się  zalać  du−
żych  kondensatorów  „tesli”  olejem  („ucie−
kał”), dlatego też nasze kondensatory czasem
ulegają przebiciu. Na pocieszenie dwa mniej−
sze  kondensatory  zalane  olejem  ani  razu  nie
uległy spaleniu. I tu dobra rada, należy pamię−
tać,  że  mało  która  guma  potrafi  uszczelnić
olej, dlatego nie radzimy stosować uszczelek.

Rysunek 5 pokazuje sposób układania

warstw folii polietylenowej i aluminiowej
w kondensatorze rolkowym.

Rysunek 6 przedstawia sposób zwijania

kondensatora rolkowego.

Istnieje też inny sposób wykonania kon−

densatora.  Może  to  być  tzw.  kondensator
warstwowy. Jego budowa opiera się na wyci−
naniu i warstwowym składaniu kawałków fo−
lii aluminiowej na przemian z folią polietyle−
nową.  Dokładne  poskładanie  takiego  kon−
densatora  jest  trudniejsze  i zajmuje  więcej
czasu, ponadto z każdej warstwy folii alumi−
niowej  trzeba  zrobić  wyprowadzenia.  Kon−
densator  ten  ma  jednak  olbrzymią  zaletę,
a mianowicie  po  jakimś  niekontrolowanym
przebiciu i spaleniu w jakimś miejscu można
bez  większych  problemów  go  rozłożyć
i w razie  potrzeby  wymienić  spaloną  war−
stwę. W kondensatorze rolkowym jest to nie−

możliwe. Osobiście spaliliśmy dwa konden−
satory rolkowe przez brak doświadczenia.
Mimo to nie polecamy budowy kondensatora
warstwowego (strasznie dużo roboty).

Uzwojenie pierwotne
części rezonansowej

(patrz fotografia 1, odnośnik nr 6)
Na wykonanie kilku zwojów uzwojenia pier−
wotnego (12 zwojów zupełnie wystarczy, za−
pobiegliwi mogą dać jeszcze pięć) potrzebne
będzie kilka metrów grubego przewodu. Mo−
że to być zwykły drut do instalacji elektrycz−
nych ze zdjętą izolacją o średnicy od 4 do 10
mm. Grubszego nie polecamy ze względu na
niemałe problemy z wyginaniem. Istnieje też
możliwość zastąpienia drutu miedzianą rurką
hydrauliczną – rozwiązanie lepsze, ale i bar−
dziej kosztowne. Uzwojenie to można wyko−
nać na trzy sposoby, pionowe (rysunek 7a),
które tak naprawdę nadaje się tylko do „Te−
sli” małych mocy, poniżej100W, lub do „Te−
sli  półprzewodnikowych”,  stożkowe  (rysu−
nek  7b),  zalecane  przy  małych  i średnich,
oraz płaskie (rysunek 7c), zalecane przy du−
żych  „teslach”.  Przekroje  poprzeczne  uzwo−
jeń używanych w transformatorach Tesli ma−
łej, średniej i dużej mocy pokazane są na rysun−
ku  7. Uzwojenia  pionowego  nie  polecamy.
Uzwojenie  stożkowe  powinno  mieć  kąt  na−
chylenia uzwojenia do podstawy około 30

Przetestowaliśmy wszystkie typy uzwo−

jeń i możemy śmiało powiedzieć, że płaskie
uzwojenie  jest  zdecydowanie  najlepsze  do
dużych  „tesli”.  Uzwojenie  stożkowe  nie
nadaje się do dużych transformatorów Tesli
ze  względu  na  wyładowania  na  drodze

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

Wrzesień 2002

Projekty AVT

Rys. 5

Rys. 6

f U

uzwojenie  wtórne−pierwotne  części  rezonan−
sowej  (po  prostu  czasem  nasz  piorun  uderza
w ślimaka);  nadaje  się  natomiast  do  „tesli”
średnich  i małych,  o mocach  do  1000W.
Uzwojenie to wytwarza lepiej skierowane po−
le elektromagnetyczne, w konsekwencji czego
uzwojenie  wtórne  jest  pobudzane  bardziej
równomiernie. W obwodzie pierwotnym cew−
ki  Tesli  mamy  do  czynienia  z wysokoprądo−
wymi oscylacjami o częstotliwościach  radio−
wych  i wartościach  rzędu  setek  amperów.
Wielka  częstotliwość  wywołuje  dodatkowo
efekt naskórkowy, który powoduje, że elektro−
ny poruszają się tylko w zewnętrznych war−
stwach przewodnika, nie wnikając głębiej.

Następnym ważnym aspektem uzwojenia

pierwotnego  jest  rozmiar.  Odstęp  między−
zwojowy  powinien  wynosić  ok.  1−2cm
(w małych „teslach” odstęp ten powinien wy−
nosić  1cm),  odległość  pierwszego  zwoju  od
uzwojenia wtórnego – około 3...7cm (w ma−
łych „teslach” odległość ta powinna wynosić
od  2  do  3cm).  Izolatory  dystansowe  można
wykonać  z drewna  (sklejka).  Zapobiegliwi
mogą je zrobić z bakelitu lub z pleksy (nale−
ży  pamiętać,  że  plastik  topi  się  w niskich
temperaturach,  co  może  mieć  znaczenie
w „teslach” dużych mocy, powyżej 1000W).
Rowki  można  wyciąć  piłką  do  metalu  lub
szlifierką  (za  wyjątkiem  plastiku)  po  uprze−
dnim  wytrasowaniu  i nawierceniu  otworów.
Trzeba także pod uwagę wziąć to, że uzwoje−
nie  pierwotne  jest  „ślimakiem”,  tak  więc
rowki  dwóch  sąsiednich  izolatorów  dystan−
sowych muszą być względem siebie przesu−
nięte. Izolatorów dystansowych powinno być
od 6 do 8, przy ich mniejszej liczbie trudno
jest  równo  kłaść  uzwojenie.  Jeżeli  ktoś
chciałby  zrobić  izolatory  dystansowe  do
uzwojenia stożkowego, to kąt nachylenia do
podstawy wynosi 30

Uzwojenie wtórne części
rezonansowej

(patrz fotografia 1, odnośnik nr 2)
Jest to cewka z rdzeniem powietrznym na−
winięta na plastikowej rurze. W zależności
od  wysokości  rury  potrzeba  około  0,2−1kg
(dla małych „tesli” 0,5kg z pewnością wystar−
czy)  drutu  miedzianego  w emalii  o  średnicy
od  0,25  do  1mm  (jeżeli  robisz  małą  „teslę”,

nawiń  drutem  0,35−0,45mm).  Uzwojenie
wtórne  powinno  mieć  średnicę  4...5  razy
mniejszą  od  wysokości.  Dopuszczalne  jest
stosowanie  stosunku  nawet  6:1.  Powyżej  tej
wartości pole elektromagnetyczne wytworzo−
ne  przez  uzwojenie  pierwotne  nie  będzie
w stanie  objąć  zasięgiem  całego  uzwojenia
wtórnego, co w efekcie spowoduje, że ostat−
nie kilkadziesiąt  lub nawet kilkaset zwojów
nie  będzie  absorbowało  pola  elektromagne−
tycznego. Jak to zwykle bywa, można nawi−
nąć mniej, można więcej. Ogólnie nie nawija
się mniej niż 400 i nie więcej niż 1500 zwo−
jów.  Należy  jeszcze  wspomnieć,  że  jest  to
cewka  jednowarstwowa i nawijanie  na  niej
dwóch warstw jest niedopuszczalne. Jej gór−
ny koniec przymocowujemy do toroidu, dol−
ny zaś do uziemienia.

Na koniec najlepiej jest wszystko polakiero−

wać, co zapobiega rozwijaniu się zwojów (ra−
dzimy tego nie lekceważyć, mieliśmy już dwa
przypadki rozwinięcia się drutu, przy niewiel−
kich zmianach temperatur). Zapobiegliwi mogą
próbować  rurę  zalewać  czymś  od  środka,  ale
nie  ma  to  sensu,  nie  mieliśmy  żadnej  awarii
uzwojenia wtórnego, jedynym godnym polece−
nia  usprawnieniem  jest  zatkanie  uzwojenia
dwoma  kółkami  wyciętymi  np.  ze  sklejki  na
wcisk.  W górnym  kółku  można  wywiercić
otwór na śrubę, do której będzie przymocowy−
wany  toroid.  I je−
szcze  jedna  uwaga:
nie  radzimy  wypro−
wadzać  uzwojenia
środkiem rury, może
się coś przebić.

Toroid
(kula)

(patrz fotografia 1,
odnośnik nr 1)

Koniec uzwojenia

wtórnego  podłączo−
ny jest do metalowe−
go  (przewodzącego)
toroidu (może to być
kula).  Generalnie,
czym  toroid  jest
gładszy, tym dłuższe
są

iskry

(efekt

krawędziowy).  Nie
oznacza to wcale, że
toroid z ostrymi kra−
wędziami  jest  zły,
po  prostu  z takiego
toroidu będzie wyla−
tywało  więcej  krót−
szych

iskierek.

Gładki  toroid    moż−
na  na  przykład  wy−
konać  z dwóch  du−
żych

metalowych

misek  sałatkowych
po  odcięciu  lub  ze−
szlifowaniu  krawę−

dzi bocznej (kołnierza). Dobrym rozwiąza−
niem byłaby kula, ale zdobycie metalowej
kuli (pustej w środku) jest dosyć trudne (ku−
le od dużych łożysk odpadają, są za ciężkie!).

Wielu konstruktorów, w tym także my, ro−

bi toroid z aluminiowej elastycznej rury wen−
tylacyjnej  –  rurę  taką  można  łatwo  wyginać
i formować. Stosuje się ją do przewodów ko−
minowych (wygląda jak harmonijka), powin−
na ona mieć średnicę 10 lub 11cm. W naszym
przypadku  jest  to  właśnie  taka  rura.  Toroid
ten  spisuje  się  świetnie  i wbrew  pozorom
otrzymujemy z niego pioruny, a nie iskry (po−
mimo  „harmonijkowego”  kształtu).  Po  ufor−
mowaniu okręgu rurę taką zwyczajnie lutuje−
my,  najlepiej  lutownicą  transformatorową
z użyciem dużej ilości cyny i kalafonii (to na−
prawdę da się zrobić, jak ktoś nie wierzy, za−
wsze może skleić). Średnica toroidu powinna
być 2 do 3 razy większa od średnicy rury, na
której nawinięte jest uzwojenie wtórne części
rezonansowej.  Takie  toroidy  są  najczęściej
stosowane ze względu na łatwość konstrukcji.
Tak więc nie ma sensu bawić się (chyba że się
komuś nudzi) w oklejanie go taśmą aluminio−
wą, czy szpachlowanie i szlifowanie itp.

Łukasz Bajda

Radosław Szymczycha

Ciąg dalszy w kolejnym numerze 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

Wrzesień 2002

Projekty AVT

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

Wrzesień 2002

Do czego to służy ?

Organizer to notatnik z zegarkiem i kalenda−
rzem. Pozwala zapisać do sześciu informacji
po  32  znaki.  Do  każdej  informacji  można
przypisać datę (bez roku) i godzinę z minuta−
mi. W stanie czuwania pokazuje godzinę, da−
tę  i dzień  tygodnia.  Można  także  zaprogra−
mować  informację,  która  będzie  codziennie
uruchamiała  alarm.  Urządzenie  posiada  też
minutnik, który informuje o minięciu zapro−
gramowanego  czasu  w zakresie  1−99  minut
z maksymalnym błędem ±1 minuta. Posiada
inny sygnał dźwiękowy.

Jak to działa?

Schemat ideowy pokazany jest na rysunku
1. Elektroniczny notatnik zbudowany jest na
mikrokontrolerze Atmela 89C51, który steru−
je wyświetlaczem LCD 2*16 znaków, odczy−
tuje i zapisuje pamięć EEPROM z interfej−
sem I

C 24C04 oraz sprawdza stan klawiatu−

ry. Pracuje z popularnym kwarcem 11059200
Hz.  W pamięci  zapisywane  są  nasze  wiado−
mości  tekstowe  (6*32  bajty),  data  i godzina
ich  pojawienia  się  (6*4  bajty),  bajty  wielo−
krotnego  uruchomienia  (6*1  bajt)  oraz  bajt
minutnika. Znaki (litery) wiadomości zapisy−

wane  są  do  pamięci  w trakcie  ich  pisania,
podobnie jak czas. Czas rzeczywisty, aktual−
na data oraz dzień tygodnia są przechowywa−
ne w pamięci RAM procesora i po włączeniu
zasilania są przypadkowe. Zmienne te nie są
modyfikowane przy resecie procesora. Jedy−
nie  sekundy  są  zerowane,  co  umożliwia  do−
kładne ustawienie czasu (przez reset w odpo−
wiednim momencie). Usuwanie znaku odpo−
wiada wpisaniu do pamięci wartości 32 (kod
spacji).  Sprawdzanie  informacji,  czy  wiado−

−

Rys. 1

mość jest zajęta, czy pusta, polega na spraw−
dzeniu, czy wszystkie jej znaki to 32, czy też
nie.  Dzień  tygodnia  nie  jest  obliczany  na
podstawie  daty  i trzeba  go  ustawić  ręcznie.
Kalendarz  uwzględnia  lata  przestępne.  Wy−
szedłem  z założenia,  że  rok  przestępny  jest
podzielny bez reszty przez 4 (biorę pod uwa−
gę dwie ostatnie cyfry). W mikrokontrolerze
odblokowane są dwa przerwania od licznika
T1 liczenia czasu i T0 odczyt stanu klawiatu−
ry,  przy  czym  większy  priorytet  ma  T1.
W procedurze obsługi przerwania od T0 jest
zawarta  procedura  odczytu  pamięci.  Odczyt
jednego  bajtu  z pamięci  zajmuje  około  1,5
ms  (sprawdziłem  w BASCOM−ie).  W pro−
gramie zawartym w mikrokontrolerze odczyt
pamięci  (dokładnie  4  bajty  daty  i godziny)
następuje  co  minutę  przez  sześć  kolejnych
przerwań.  Najpierw  odczytywany  jest  bajt
miesiąca, potem dnia, godziny i minuty (jed−
nej wiadomości). Jeśli któryś nie zgadza się
z aktualnym  czasem,  dalsze  odczytywanie
jest pomijane. Krytyczny moment następuje,
gdy ma się pojawić alarm o wiadomości, tzn.
wszystkie cztery bajty zgadzają się z czasem
rzeczywistym  i datą.  Wtedy  odczyt  zajmuje
4*1,5, czyli 6 ms.

Obsługa

Dwa przyciski YES i NO odpowiadają klawi−
szom  w komputerze  Enter  i Esc.  Przycisk
CLR  służy  do  usuwania  pojedynczych  zna−
ków wiadomości lub do kasowania całej. Aby
to  się  stało,  należy  przytrzymać  go  przez
prawie 3 sekundy do momentu aż wiadomość
zniknie  z wyświetlacza.  Strzałki  służą  do
przemieszczania kursora podczas edycji wia−
domości  oraz  do  wyboru  wiadomości.  Po
włączeniu zasilania na wyświetlaczu pojawią
się  przypadkowo  ustawione  minuty  (najczę−
ściej zera), godzina i data, dzień tygodnia nie
będzie wyświetlany. Wybieramy YES, poka−
zuje  się  napis  Wiadomosc  1, a pod  spodem
Zajeta lub Pusta. Wciskając strzałkę w lewo,
mamy  możliwość  ustawienia  czasu  i daty
(Ustaw zegar) oraz zaprogramowania minut−

nika.  Urządzenie  prosi  nas  o podanie  roku,
miesiąca,  dnia,  godziny,  minuty  oraz  wybra−
nie dnia tygodnia. Jeśli nie chcemy podawać
jakiejś wartości, to wciskamy YES i przecho−
dzimy  dalej.  Dzień  tygodnia  wybieramy
strzałkami.  W każdej  chwili  może−
my  się  wycofać  przyciskiem  NO.
Przy  wpisywaniu  wiadomości  po−
sługujemy się przyciskami od 1 do
7  dla  liter.  Jeśli  będziemy  wciskać
jeden  przycisk  w czasie  krótszym
niż  2  sekundy,  będą  się  pojawiać
kolejno  4  litery  przypisane  danej
liczbie.  Dokładnie  widać  to  na  ry−
sunku  we  wkładce (klawiatura).
Jeżeli  już  wybierzemy  literę  i od−
czekamy 2s, to kursor przesunie się
na następną pozycję. Wciśnięcie in−
nego klawisza przed upływem tego
czasu  powoduje  automatyczne
przesunięcie  się  kursora.  Rozmiar
wiadomości ograniczony jest do 32
znaków, czyli tyle ile, można zoba−
czyć jednocześnie na wyświetlaczu
bez przewijania tekstu. Gdy wiado−
mość  jest  już  gotowa,  wybieramy
YES  i odpowiadamy  na  pytanie,
czy  alarm  ma  być  codziennie,  czy
też  nie.  Wprowadzamy  kolejno
miesiąc,  dzień  i godzinę  z minuta−
mi,  informację  kiedy  ma  się  poja−
wić alarm i czy ma być jednorazo−
wy. Przy wielokrotnym uruchomie−
niu  nie  podajemy  miesiąca  i dnia.
Dane te należy podawać zawsze dwucyfrowo
np. dla miesiąca stycznia będzie to 01. Oczy−
wiście  można  też  wprowadzić  czas  wywoła−
nia  informacji  bez  wpisywania  jej  treści,
alarm  również  zostanie  uruchomiony.  Przy
kasowaniu  informacji  do  komórki  pamięci,
gdzie przechowywany jest miesiąc (informa−
cji), zapisywane jest zero. Powoduje to pomi−
janie sprawdzania daty tej informacji w pro−
cedurze  przerwania.  Jeżeli  „wybije  godzina“
którejś  wiadomości,  to  na  wyświetlaczu
pojawi  się  napis  JEST  WIADOMOSC
i numer  tej  wiadomości.  Jednocześnie  bu−
zer informuje nas o tym fakcie dźwiękiem.
Taki  stan  będzie  trwał  do  momentu  naci−
śnięcia  dowolnego  klawisza.  Tu  dosyć
istotna  uwaga:  należy  zawsze  pamiętać
o tym,  żeby  pozostawiać  organizer  w sta−
nie,  gdy  jest  widoczna  aktualna  data,  go−
dzina i dzień tygodnia. Tylko wtedy może
być wywołany alarm, chociaż programowy
znacznik alarmu ustawiany jest niezależnie
od  wszystkiego  (przerwanie).  Urządzenie
jest  odporne  na  niepoprawne  wprowadza−
nie liczb, informuje nas o tym dźwiękiem.

Montaż i uruchomienie

Urządzenie  jest  proste  w konstrukcji.
Można  je  zmontować  na  płytkach  druko−
wanych  pokazanych  na  rysunkach  2  i 3.
Prawidłowo zmontowany Organizer działa

przy pierwszym uruchomieniu. Należy zasi−
lać

napięciem

stabilizowanym

5V/100mA, mogą to być baterie alkaliczne
(np. 4x1,5V i dioda Zenera 1V połączona
w szereg zaporowo).

5V zasilania nie jest wartością krytyczną,

ale  zmiany  o 100mV powodują  widoczne
zmiany  kontrastu  wyświetlacza.  Układ  po−
biera  8mA prądu  w stanie  spoczynku  i ok.
15mA w stanie alarmu.

Program można ściągnąć ze strony inter−

netowej www.edw.com.pl z działu FTP.

Cezary Kuśmierski

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

Wrzesień 2002

Rys. 2 i 3 Schematy montażowe

Wykaz elementów

Rezystory:

R11−R

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

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

Ω

Kondensatory:

C11,,C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222ppFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11µµFF

Inne:

Buuzzeerr zz ggeenneerraattoorreem

X11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..kkw

waarrcc 1111M

Hzz

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT8899C

C5511

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT2244C

C0044

LLC

D 22**1166

1166 pprrzzyycciisskkóów

w rreesseett

Listy od Piotra

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

Wrzesień 2002

W tym odcinku zajmiemy się filtrami

środkowoprzepustowymi o dużej do−

broci. Także i ten odcinek zawiera go−

towe, proste recepty. Zaprezentowany

przykład pokazuje zadziwiające możli−

wości proponowanego filtru. Aby

w pełni i z sukcesem skorzystać z za−

mieszczonych informacji, konieczne

jest przyswojenie sobie wiadomości

wstępnych, podanych w EdW, począw−

szy od numeru 9/2001.

Filtr pasmowy
o dużej dobroci

Filtr  z rysunku  43  (w poprzednim  numerze
EdW)  umożliwia  uzyskanie  dobroci  co  naj−
wyżej  10.  Dobroć  równa  10  to  wprawdzie
duże  osiągnięcie,  ale  czasem  potrzebny  jest
filtr o jeszcze węższym paśmie. Jeśli dobroć
ma  wynosić  10...50,  możesz  wykorzystać
filtr z dwoma wzmacniaczami operacyjnymi
z rysunku 46. Na pewno widzisz podobień−
stwo  do  poprzednio  omawianego  pojedyn−
czego  filtru.  Drugi  wzmacniacz  operacyjny
zwiększa  możliwości  układu,  na  przykład
pozwala  uzyskać  dużą  dobroć.  Także
i w tym  układzie  możliwe  są  bardzo  różne
kombinacje  wartości  elementów.  Ja  przed−
stawię  Ci  bardzo  interesującą  wersję  tego
układu.  Jest  ona  przydatna  w praktyce  ze
względu  na  niecodzienny  sposób  doboru
wartości elementów.

Schemat ideowy proponowanego filtru

pokazany jest na rysunku 47. W roli R6 sto−
sujemy dwa jednakowe rezystory. W tej we−

rsji wzmocnienie drugiego stopnia wzmacnia−
cza odwracającego jest równe 2. Dzięki temu
prawie wszystkie zastosowane rezystory ma−
ją  jednakową  wartość.  Oczywiście  powinny
to być powszechnie stosowane, metalizowane
rezystory  o tolerancji  1%.  Potencjometry
montażowe  powinny  mieć  dobrą  stabilność.
Nie  nadają  się  tu  popularne  węglowe  PR−ki.
Trzeba  zastosować  potencjometry  cermeto−
we, najlepiej tak zwane helitrimy.

Procedura projektowania jest następująca:

Mamy dane:
− częstotliwość środkową fg,
− dobroć Q.

Wzmocnienie może być i będzie więk−

sze od jedności, jednak tym razem wzmoc−
nienie zależy od dobroci − obliczymy, jakie
będzie.

Najpierw, znając częstotliwość środkową,

jak zwykle dobierzesz (jednakowe) pojemno−
ści C1, C2, korzystając ze wzoru:
C[nF] = 10000[nFHz] / f [Hz]

Jak zawsze, zdecydujesz się na najbliższą

wartość z szeregu E6. Oba kondensatory bę−

dą jednakowe: C=C1=C2.

Obliczasz reaktancję wybrane−

go kondensatora przy częstotli−
wości granicznej:
Xc[k

Ω

] = 160000 / fg[Hz]*C1[nF]

W tym bardziej złożonym fil−

trze do obliczeń nie wykorzysta−
my docelowej wartości Q − za−
miast niej potrzebny będzie para−

metr pomocniczy − pierwiastek kwadratowy
z dobroci.
Oznaczmy go P
P = Q
Teraz już z łatwością obliczysz wartości re−
zystorów z prostych wzorów:
R = Xc * P
PR2 = R / (2P−1)
R3 = Rs+PR1 = R / (Q − 2)

Zwróć uwagę, że w dwóch ostatnich wzo−

rach nie wykorzystywaliśmy
wartości Xc, tylko obliczoną
z wcześniejszego wzoru
wartość R − tak jest łatwiej.

Jak wskazuje schemat

(rysunek 47), w

roli

PR2  można  zastosować
potencjometr  montażowy.
W praktyce  jego  wartość
nominalna  powinna  być
30...50%  większa  od  rezy−
stancji obliczonej ze wzoru

−  wtedy  suwak  będzie  ustawiony  w 1/2...3/4
drogi. Można też śmiało zastosować rezystor
stały  o wartości  wyliczonej  ze  wzoru  (i tole−
rancji 1...5%). Wiedz, że zmiana wartości PR2
wpływa  na  dobroć  −  obowiązuje  tu  ciekawa
zależność  −  czym  większa  rezystancja  PR2,
tym mniejsza dobroć. Jeśli natomiast rezystan−
cja  PR2  jest  bliska  zeru,  dobroć  jest  bardzo
duża.  Nie  przesadź  jednak  ze  zmniejszaniem
rezystancji PR2 i nie zrób z filtru generatora.

Wartość R3 decyduje o częstotliwości środ−

kowej filtru. Zastosowanie potencjometru mon−
tażowego  PR1  pozwoli  dokładnie  ustawić  po−
trzebną  częstotliwość  środkową  i skorygować
odchyłki  wynikające  z tolerancji  kondensato−
rów. W tym obwodzie nie radzę stosować rezy−
stora stałego o wartości wyliczonej ze wzoru −
przy  dużej  dobroci  i nieuniknionym  rozrzucie
pojemności powinieneś koniecznie dostroić filtr
do potrzebnej częstotliwości. W większości wy−
padków  po  obliczeniu  ze  wzoru  wypadkowej
rezystancji  R3  możesz  zastosować  Rs  i PR1
o mniej więcej jednakowych wartościach:
Rs = (0,6...0,7)*R3
PR1 = (0,6...0,7)*R3

część 10

Rys. 46

Rys. 47

Listy od Piotra

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

Wrzesień 2002

Wtedy potencjometr po regulacji będzie

ustawiony mniej więcej w połowie drogi
suwaka.

Co ciekawe, zmiana dobroci przez zmianę

wartości PR2 praktycznie nie wpływa na czę−
stotliwość środkową. Podobnie korekcja czę−
stotliwości za pomocą PR1 praktycznie nie
wpływa na dobroć. To są bardzo dobre cechy
tego filtru.

Przypominam, że tym razem we wzorach

nie  wykorzystywaliśmy  wzmocnienia  G.
Aby  uprościć  układ,  zastosowaliśmy  jedna−
kowe rezystory R, a wtedy wzmocnienie za−
leży od dobroci. Wynosi ono:
G= 2*P=2*  Q

W praktyce okazuje się, iż wzmocnienie

nie jest duże; przykładowo dla dobroci Q=50
wynosi tylko 14,15x (23dB), a dla dobroci
Q=10 jedynie 6,32x (16dB).

Podczas symulacji komputerowej okazało

się, że przy częstotliwościach do 1kHz z po−
pularnymi  wzmacniaczami  (np.  TL082)
można  byłoby  uzyskać  w takim  filtrze  za−
wrotną wartość dobroci rzędu 1000, czyli pas−
mo przenoszenia około 1Hz, a nawet mniej.
Teoretycznie, stosując filtr z rysunku 46 (lub 47)
można uzyskać niesamowicie wąskie pasmo.
Przykład  masz  na rysunku  48.  Rysunek
48c pokazuje  w dużym  powiększeniu,  że
przy  częstotliwości  środkowej  1kHz  pasmo
przenoszenia ma szerokość tylko 1,6Hz, czy−
li dobroć wynosi aż 625.

Rewelacja? W praktyce filtrów aktywnych

RC o tak wąskim pasmie się nie stosuje. Sen−
sowną górną granicą wydaje się dobroć rów−
na 100, a nawet 50. Warto pamiętać, że czym
większa dobroć, tym dłużej „dzwoni“ filtr po
zaniku sygnału użytecznego na wejściu. Po−
ważnym  ograniczeniem  jest  też  groźba,  że
przy  zmianach  parametrów  elementów  pod
wpływem temperatury filtr stanie się genera−
torem. Nie zapominaj, że temperatura wpły−
wa  na  wartość  pojemności  i rezystancji,

a więc  właściwości  filtru,  w tym  skłonność
do samowzbudzenia oraz częstotliwość środ−
kowa,  będą  zmieniać  się  z temperaturą.
Współczynnik cieplny kondensatorów polie−
strowych wynosi ponad 100ppm/K, rezystorów
1−procentowych  jest  rzędu  50...100ppm/K,
a zwykłych rezystorów 5−procentowych mo−
że  sięgać  1000ppm/K lub  nawet  więcej.
W skrajnie niekorzystnym przypadku, nawet
z rezystorami 1−procentowymi, częstotliwość
może się „rozjechać“ pod wpływem tempera−
tury  o prawie  1%,  czyli  wyjść  daleko  poza
założone granice. O 5−procentowych rezysto−
rach  węglowych  nie  warto
nawet wspominać...

Kiedyś dawno przepro−

wadzałem stosowne próby
z filtrem zawierającym kon−
densatory MKSE020 i dobre
rezystory

metalizowane.

Okazało się, że przy zmia−
nach temperatury o 25

zmiana  częstotliwości  środ−
kowej była rzędu 0,5%. Ta−
kie  przesunięcie  przekreśla
sens  budowy  filtru  o dobroci  powyżej  100,
bo  pasmo  „ucieknie“  pod  wpływem  zmian
temperatury poza żądany zakres.

Przykład

Chcemy  w pewnym  urządzeniu  kontrolno−
sterującym  wykorzystać  filtr  reagujący  na
sygnały  o częstotliwości  5kHz±100Hz.  Pa−
smo  przepustowe  będzie  mieć  szerokość

200Hz, czyli dobroć wyniesie
25. Zastosujemy układ według
rysunku 47.

Najpierw dobieramy jedna−

kowe pojemności C1, C2, ko−
rzystając ze wzoru:
C[nF] = 10000[nFHz] / 5000[Hz]
Przyjmujemy
C=C1=C2=2,2nF

Obliczamy reaktancję wy−

branego kondensatora przy częstotliwości
granicznej:
Xc[k

Ω

] = 160000 / 5000[Hz]*2,2[nF]

Xc=14,55k

Ω

Obliczamy parametr pomocniczy − pier−

wiastek kwadratowy z dobroci.
P = 25 = 5

Następnie wartości rezystancji z poda−

nych wzorów:
R = 14,55*5=72,75k

Ω

PR2 = 72,75/ (2*5−1)
PR2 = 72,75/9=8,08k

Ω

R3 = Rs+PR1 = 72,75/(25 − 2)
R3 = 72,75/23=3,16k

Ω

Zgodnie z wcześniejszymi wskazówkami

zastosujemy następujące elementy:
R = 73,2k

Ω

PR2=10k

Ω

helitrim

Rs= 2,26k

Ω

PR1= 2,2k

Ω

helitrim

C1, C2 = 2,2nF MKT

Wzmocnienie filtru wyniesie

G= 2*5 =10
czyli 20dB. Układ i charakterystyki z obliczo−
nymi wartościami elementów (R3=3,16k

Ω

PR2=8,08k

Ω

) pokazane są na rysunku 49.

Jak widać, uzyskana częstotliwość środkowa,
równa 4,937kHz wymaga skorygowania
przez niewielką zmianę PR1 (teoretycznie do
3,07k

Ω

), natomiast 3−decybelowe pasmo

przenoszenia wynoszące więcej niż 195Hz
spełnia postawione warunki.

Jak już niejednokrotnie wspominałem,

przy  projektowaniu  filtrów  o dużej  dobroci
trzeba uwzględnić skłonność do „dzwonienia”
oraz kwestię stabilności cieplnej i długoczaso−
wej. W niektórych przypadkach okaże się, że
zamiast jednego ogniwa filtru o dużej dobroci
trzeba zastosować połączone w szereg dwa al−
bo trzy ogniwa o znacznie mniejszej dobroci,
o przesuniętych  częstotliwościach  środko−
wych. Przykład pokazany jest na rysunku 50,
gdzie  niebieska  linia  pokazuje  wypadkową
charakterystykę dwóch filtrów o rozsuniętych
częstotliwościach  środkowych  i znacznej  do−
broci.  Dla  porównania  czerwoną  linią  zazna−
czono charakterystykę filtru z rysunku 49.

Ciąg dalszy na stronie 35.

Rys. 48

Rys. 49

Rys. 50

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

Wrzesień 2002

Komparator.
Przerzutnik Schmitta

Klasyczne  komparatory,  czyli  elementy  po−
równujące,  zbudowane  są  podobnie  jak
wzmacniacze  operacyjne,  ale  zwykle  mają
wyjście typu otwarty kolektor (OC) oraz do−
datkową  końcówkę  masy.  W niektórych
układach  nie  dadzą  się  zastąpić  przez
wzmacniacze operacyjne. Na przykład obec−
ność  końcówki  masy  oraz  wyjścia  z otwar−
tym kolektorem umożliwia elastyczną współ−
pracę  z układami  cyfrowymi.  Komparator
może być zasilany wyższymi napięciami, np.
±15V, a wyjście OC i dodatkowa końcówka
masy będą sterować układy cyfrowe zasilane
napięciem  +5V,  jak  pokazuje  rysunek  49,
przedstawiający  przykład  zastosowania  po−
pularnego od lat komparatora LM311.

W wielu przypadkach w roli komparatorów

mogą  pracować  najzwyklejsze  wzmacniacze
operacyjne. Trzeba jednak pamiętać, że nie są
one  optymalizowane  do  takiej  pracy.  Należy
więc zwrócić uwagę na ich szybkość. Przykła−
dowo  szybkość  narastania  napięcia  wyjścio−
wego  wielu  wzmacniaczy  operacyjnych  jest
mniejsza niż 0,5V/

s, co w skrajnych przypad−

kach  może  spowodować  kłopoty  przy  współ−
pracy  z szybkimi  układami  logicznymi.  Przy
zasilaniu  niskim  napięciem  +5V trzeba  też

uwzględnić  wyjściowe  napięcia  nasy−
cenia  w stanie  „niskim”,  które  może
uniemożliwić  współpracę  z układami
o napięciu progowym TTL.

Komparator jest w istocie prze−

twornikiem  analogowo−cyfrowym,
tyle że prostym, jednobitowym. Daje
informację,  czy  wielkość  wejściowa
jest dodatnia czy ujemna – patrz rysu−
nek 50, albo większa czy mniejsza od
zadanego napięcia odniesienia. Oczy−
wiście  wejścia  sygnału  odniesienia
można zamienić z wejściem sygnało−
wym – reakcja na wyjściu będzie od−
wrotna, jak pokazuje rysunek 51. Na−
pięcie  odniesienia  U

ref

może być za−

równo dodatnie, jak i ujemne. Działa−
nie komparatora jest oczywiste, nale−
ży  jednak  zwrócić  uwagę  na  istotne
szczegóły. Przede wszystkim wzmac−
niacz  operacyjny  pracujący  w roli
komparatora powinien mieć odpowie−
dni  zakres  dopuszczalnych  napięć
wejściowych  i różnicowych  napięć
wejściowych,

dostosowany

spodziewanych napięć sygnałów i na−
pięcia  odniesienia.  Nie  wszystkie
wzmacniacze  mogą  pracować  w peł−
nym  zakresie  napięć  wejściowych,
między  dodatnim  a ujemnym  napię−
ciem zasilania. W niektórych przy na−
pięciach na wejściach bliskich dodat−
niemu  albo  ujemnemu  napięciu  zasi−
lania pojawiają się niespodzianki. In−
ne  mają  bardzo  ograniczony  zakres
napięć  wejściowych,  a napięcie  mię−
dzy wejściami (różnicowe) nie może przekro−
czyć  kilku  woltów.  Przykładowo  popularny
wzmacniacz NE5532 ma między oba wejścia
włączone  przeciwsobnie−równolegle  dwie
diody,  co  ogranicza  zakres  napięcia  różnico−
wego do ±0,6V. Właśnie ze względu na moż−
liwość  wystąpienia  różnych  niespodzianek,

na rysunkach 50 i 51 pojawił się szeregowy
rezystor R1 (1...22k

Ω

), ograniczający ewen−

tualny prąd. Rezystor ten nie jest konieczny,
gdy  nie  grozi  pojawienie  się  dużego  prądu
wejściowego,  a ponadto  rezystor  ten  nic  nie
pomoże  we  wzmacniaczach,  które  wykazują
zjawisko  inwersji.  Zamiast  liczyć  na  pomoc

śś

Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Rys. 49

Rys. 50

Rys. 51

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

Wrzesień 2002

tego  rezystora,  należy  dobrać  wzmacniacz
o odpowiednich właściwościach, ewentualnie
zastosować  rzadko  stosowany  sposób  z ry−
sunku  52,  gdzie  napięcie  odniesienia  musi
mieć  odwrotną  biegunowość,  niż  potrzebne
napięcie  progowe  (można  i warto  też  dodać
diodę Zenera, jak na rysunku 50b).

Ze względu na nieuniknione

szumy i zakłócenia, często stosu−
jemy obwód histerezy, uzyskując
przerzutnik  Schmitta.  Podstawo−
wy układ i charakterystyka poka−
zane są na rysunku 53. Praktycz−
ne przykłady komparatorów z hi−
sterezą, w tym detektorów przej−
ścia  przez  zero,  pokazane  są  na
rysunku  54.  Szerokość  pętli  hi−

sterezy  można  regulo−
wać,  zmieniając  stosu−
nek R1/R2. Zasada jest
dość  prosta:  rezystory
R2, R1 tworzą dzielnik
napięcia  wyjściowego
–  patrz  rysunek  54a.
Szerokość okna histere−
zy  jest  taka,  jak  ampli−
tuda  skoku  napięcia
w punkcie  połączenia
R1  i R2.  Czyli  o wielko−
ści histerezy decydują nie
tylko R1 i R2, ale też na−
pięcie  zasilania  (dokła−
dniej − wartość skoku na−
pięcia  na  wyjściu,  który
jest mniejszy od całkowi−
tego  napięcia  zasilania
o ok.  2...3V –  wyjściowe
napięcia nasycenia).

Szerokość pętli histere−

zy  nie  powinna  być  zbyt
mała, bo nie spełni swojej
roli.  Szerokość  histerezy
zazwyczaj ustala się więk−
szą,  niż  spodziewana  ma−

ksymalna amplituda szumów, ale nie mniej
niż 5...10mV. Jeśli sygnał wejściowy ma du−
żą amplitudę, histereza może wynosić nawet
kilka woltów.

W układzie z rysunku 54c stosunek

R1A/R1B wyznacza dodatkowo napięcie
progowe. W układzie z rysunku 54d napię−
cie progowe wyznaczają R3 i R4. Obwody
R

w układach z rysunków 54e i f wstęp−

nie filtrują zakłócenia o większych często−
tliwościach.

Czasem dodatkowo rozbudowuje się ob−

wód histerezy według rysunku 55. Dodatko−
wy obwód R3C1 tuż po przerzucie zwiększa
głębokość histerezy (R1/R3) na czas wyzna−
czony przez C1. Działanie jest nieco podob−
ne do pracy uniwibratora, co zapewnia dodat−
kowe czyszczenie ze „śmieci”.

Jeśli chcemy sprawdzić, czy sygnał wejścio−

wy (napięcie stałe) mieści się w wyznaczonych
granicach, stosujemy tak zwany dyskryminator
okienkowy.  Szczególnie  łatwo  realizuje  się
dyskryminator okienkowy za pomocą klasycz−
nych  komparatorów  z wyjściem  typu  otwarty
kolektor.  Stosując  wzmacniacze  operacyjne,
trzeba dodać diody i rezystor tworzące bramkę
logiczną – patrz rysunek 56. W dyskrymina−
torze  okienkowym  też  można  i warto  wpro−
wadzić  niewielką  histerezę,  na  przykład  we−
dług rysunku 57. Dodałem na schemacie ob−
wody sterowania dwukolorową diodą LED.

Zaprezentowane układy można modyfiko−

wać według potrzeb, pamiętając, że zawsze
obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego obej−
muje wejście nieodwracające, a nie wejście od−
wracające, jak w klasycznym wzmacniaczu.

Piotr Górecki

Rys. 54

Rys. 55

Rys. 56

Rys. 57

Rys. 52

Rys. 53

Uwe

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

Wrzesień 2002

Podzespoły

Silniki VR

Silniki  o  zmiennej  reluktancji  mają  zwykle
trzy  uzwojenia  –  porównaj  rysunek  16  w
EdW 8/2002  (czasem  uzwojeń  jest  więcej).
W poprzednim  odcinku  przedstawiona  była
zasada ich działania. Wynika z niej, że nale−
ży  kolejno  zasilać  poszczególne  uzwojenia.
Zmiana  kierunku  wirowania  następuje  po
zmianie kolejności zasilania uzwojeń. Zasila−
nie kolejno uzwojeń w sekwencji A, B, C, A,
B, C, A, ... spowoduje obracanie się wirnika
w  jednym  kierunku.  Zasilanie  w  sekwencji
A, C, B, A, C, B,... spowoduje obroty w kie−
runku  przeciwnym.  Można  to  zrobić,  na
przykład  zamieniając  miejscami  końcówki
dwóch  uzwojeń.  Rysunek  30 pokazuje  se−
kwencję  sterującą  i  stopień  wykonawczy  z
tranzystorami bipolarnymi.

Ponieważ silniki takie nie są już stosowa−

ne, nie będziemy się nimi bliżej zajmować.

Silniki PM i HB

Pomimo odmiennej zasady działania, silniki
PM (z magnesem stałym) i HB (hybrydo−
we) mogą być i są sterowane w identyczny
sposób. Ogólne zasady sterowania pełnokro−
kowego i półkrokowego zostały przedstawio−
ne w pierwszej części cyklu (EdW 7/2002 str.
22). Warto jednak wgłębić się w zagadnienie,
by w pełni zrozumieć dalsze szczegóły.

Silniki
bipolarne
i unipolarne

Choć  w  rzeczywisto−
ści  silniki  PM  i  HB
mają  po  kilka  biegu−
nów,  w  sumie  zawie−
rają  tylko  dwa  uzwo−
jenia,  podzielone  na
sekcje.  Dlatego  upro−
szczony model z dwo−
ma uzwojeniami z ry−
sunku 31a (wg rysun−
ku  21)  jest  doskona−
łym  punktem  wyjścia
do dalszej analizy. Ry−

sunki  21,  23,  26  pokazują,  że  w  silnikach
trzeba wytworzyć wirujące pole magnetycz−
ne.  Można  to  zrobić,  zmieniając  kierunek
prądu w uzwojeniach. Rysunek 31b pokazu−
je  sposób  sterowania  z  wykorzystaniem
dwóch  mostków  tranzystorowych.  Nazywa−
ne są one często mostkami H (H bridge, full
bridge) z uwagi na podobieństwo do litery H.
W mostkach  można  też  zastosować  różne
tranzystory (MOSFET N, MOSFET P, NPN,
PNP, „darlingtony”), ale najczęściej są to al−
bo  tranzystory  bipolarne  NPN,  albo  MO−
SFET N.  Choć  taki  sposób  sterowania  po−
zwala w pełni wykorzystać silnik, jego reali−
zacja  nie  jest  najłatwiejsza.  Trzeba  oddziel−
nie wysterować każdy z ośmiu tranzystorów.

Aby radyklanie uprościć sterownik, wy−

starczy zastosować uzwojenie z odczepem w
środku. Taki prosty sposób pozwala radykal−
nie uprościć sterownik – patrz rysunek 32.
Prądy płyną niejako w tym samym kierunku,
dlatego silniki z dzielonym uzwojeniem na−
zywane są silnikami unipolarnymi. W silni−
ku według rysunku 31 prądy uzwojeń w ko−
lejnych fazach cyklu płyną w obu kierunkach,

Rys. 31

część 3 − sterowanie

Rys. 30

dlatego takie silniki nazywane są silnikami
bipolarnymi. Rysunek 33 pokazuje spo−
sób wytworzenia zmian pola w obu typach
silników.

Niewątpliwą zaletą silników unipolarnych

jest łatwość sterowania – wystarczy cztery
MOSFET−y i prosty generator sekwencji ste−
rującej – porównaj rysunek 12 i 14 w EdW
7/2002.

Silnik bipolarny wymaga bardziej skom−

plikowanego  sterownika.  Ma  jednak  istotną
zaletę.  Jak  pokazuje  rysunek  32,  połówki
uzwojenia pracują na przemian, więc jedna z
nich jest zawsze niewykorzystana, co zmniej−
sza  maksymalne  osiągi.  W silniku  bipolar−
nym pracuje całe uzwojenie i możliwości sil−
nika można w pełni wykorzystać. Sterowanie
bipolarne daje lepsze wyniki, zwłaszcza przy
małych i średnich prędkościach obrotowych;
moment obrotowy jest wtedy większy o oko−

ło 30...40%. Jak pokazuje rysunek 34, każdy
silnik unipolarny może pracować jako bipo−
larny – trzeba tylko zwiększyć napięcie zasi−
lania. Jeszcze więcej możliwości daje silnik z
czterema niezależnymi uzwojeniami. Może
pracować jako unipolarny, a także jako bipo−
larny przy szeregowym i równoległym połą−
czeniu uzwojeń według rysunku 35.

Przy połączeniu równoległym według ry−

sunku 35d silnik będzie prawidłowo praco−

wał  przy  napięciu  zasi−
lania  niższym,  niż  przy
połączeniu  szeregowym
i  będzie  miał  lepsze
osiągi przy dużych pręd−
kościach.  Przy  połącze−
niu  szeregowym  mo−
ment  obrotowy  jest
większy  przy  małych
prędkościach.

Początkującym moż−

na poradzić, żeby na po−
czątku wykorzystali ste−

rowanie unipolarne z czterema tranzystorami,
a w razie potrzeby zawsze mogą wykorzystać
sterowanie bipolarne.

Kroki i półkroki

W poprzednim akapicie pojawiło się stwier−
dzenie, że silnik unipolarny ma słabsze osią−
gi,  bo  zawsze  jedno  z  uzwojeń  każdej  pary
jest niewykorzystane. Do tego dochodzi po−
krewne  zagadnienie  związane  ze  sposobem
sterowania. Rysunek 33 pokazuje, że w każ−
dym takcie cyklu zasilane jest tylko jedno z
dwóch  uzwojeń  silnika  bipolarnego.  Drugie
zawsze jest nieczynne. Jeszcze gorzej jest w
silniku unipolarnym, gdzie, jak pokazuje ten
sam  rysunek,  w  każdej  chwili  wykorzysty−
wane  jest  tylko  25%  wszystkich  uzwojeń.
Oczywiście  oznacza  to,  że  silnik  nie  jest  w
pełni  wykorzystany.  Taki  sposób  sterowania
nosi nazwę sterowania falowego (wave dri−
ve) i jest to jednocześnie tak zwane sterowa−
nie pełnokrokowe.

Wbrew pierwszemu wrażeniu, istnieje bar−

dzo  dobry  sposób  na  wykorzystanie  wszyst−
kich uzwojeń silnika bipolarnego. Pokazuje to
rysunek  36  (porównaj  go  z  rysunkiem  33).
Teraz  w  każdej  fazie  cyklu  zasilane  są  dwa
uzwojenia. Nie dzieje się przy tym nic złego –
bieguny  wirnika  ustawiają  się  nie  naprzeciw
biegunów stojana, tylko w połowie drogi mię−
dzy nimi.

W silniku unipolarnym można tak samo

zasilać dwa z czterech uzwojeń, co polepsza
moc i moment silnika – zobacz rysunek 37.

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

Wrzesień 2002

Rys. 32

Rys. 34

Rys. 33

Rys. 35

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

Wrzesień 2002

Wielu  z  nas  ma  komputery.  Wiadomo,  że
długie  przesiadywanie  przed  ekranem  nie
jest zdrowe. Szkodliwość dla wzroku zależy
w dużym stopniu od częstotliwości odświe−
żania ekranu. Choć tego migania nie zauwa−
żamy, męczy ono wzrok. Czym większa czę−
stotliwość  odświeżania  (odchylania  piono−
wego),  tym  lepiej,  bo  obraz  mniej  miga.  W
standardowym telewizorze w ciągu sekundy
na ekranie pojawia się 50 (pół)obrazów. Mo−
nitory  komputerów  są  pod  tym  względem
lepsze, częstotliwość odchylania można tam
zmieniać  w  zakresie  od  60Hz  do  ponad
100Hz.  Dla  własnego  dobra  powinniśmy
ustawić  możliwie  dużą  częstotliwość  od−
świeżania.  Maksymalna  częstotliwość  od−
chylania pionowego zależy zarówno od kar−
ty  graficznej,  jak  i  monitora;  związana  jest
także  z  wybraną  rozdzielczością  ekranu.

Wszystko  byłoby  dobrze,  gdybyśmy  mieli
pełną kontrolę nad ustawieniami karty. Nie−
stety,  często  w  odpowiednim  okienku  wła−
ściwości  ekranu  i  karty  można  zobaczyć
obrazek, jak na rysunku 1. Określenie szyb−
kość optymalna nic nie mówi − chcielibyśmy
wiedzieć,  jaka  naprawdę  jest  częstotliwość
odświeżania.

I oto mamy temat kolejnego zadania

Szkoły:

Zaprojektować układ
miernika częstotliwości
odświeżania ekranu.

Możliwości jest wiele.

Zastanówcie  się,  jak  w
ogóle uzyskiwać informację
o  częstotliwości  pionowej.
Jeśli  przeprowadzicie  do−
świadczenia, koniecznie napi−

szcie o nich. Drugim problemem bę−
dzie zobrazowanie wyniku. Możli−

wości jest wiele; dokładność i rozdzielczość 5Hz
jest absolutnie wystarczająca, więc można zasto−
sować wyświetlacz w postaci linijki diod. Urzą−
dzenie musi być możliwie proste i tanie. Gdyby
ktoś chciał wykonać model, powinien wziąć pod
uwagę łatwość obsługi. Oczywiście najlepszy
model ma szansę na publikację w dziale E−2000.

Czekam też na propozycje kolejnych za−

dań. Pomysłodawcy wykorzystanych zadań
otrzymują nagrody rzeczowe.

Temat zadania 75 brzmiał: Zaprojektować
układ wyłączający telewizor po zakończeniu
programu lub (i) budzący domownika, który
zasnął przez odbiornikiem.

Jak pisałem w maju, wiele współczesnych tele−

wizorów ma takie obwody wbudowane fabrycznie.
Cieszę się, że podobnie jak Autor zadania, uznali−
ście jednak zadanie za godne uwagi. Oto fragment
listu: Pomysł tego zadania już na samym początku
bardzo mi się spodobał, gdyż jest to typowy, wzięty z
życia problem. Właśnie rozwiązywanie takich zadań
najbardziej rozwija i sprawia najwięcej radości. Po−

dawanie gotowych schematów w jakimś stopniu też,
ale własna inwencja, własne pomysły są jednak naj−
bardziej cenne. Przy okazji projektowania urządze−
nia niejako przy okazji dowiemy się wielu rzeczy,
które staną się pomocne przy projektowaniu kolej−
nych. Opisy gotowych układów są potrzebne, ale na
początek − trzeba przecież poznać ten „język elek−
troniki”. W dalszej karierze elektronika−konstrukto−
ra gotowe projekty mają zasadniczo dwie funkcje:
pierwsza, mająca poszerzać nasze elektroniczne ho−
ryzonty; druga, gdy chcemy szybko, bez wnikania w
szczegóły wykonać jakiś układ. (...)

Otrzymałem wiele propozycji teoretycz−

nych i siedem modeli, co jak na tak specyficz−
ne zadanie, całkowicie mnie satysfakcjonuje.

Rozwiązania teoretyczne

Rozwiązania teoretyczne można podzielić na
trzy  główne  grupy.  Wszystkie  zawierają
układ  czasowy.  Po  upływie  wyznaczonego
czasu układ albo wyłącza zasilanie odbiorni−
ka (za pomocą przekaźnika), albo włącza sy−
gnalizator akustyczny (brzęczyk piezo). Aby
układ pełnił przewidzianą funkcję, układ cza−
sowy  musi  zacząć  liczyć  czas  po  zakończe−
niu programu. W czasie nadawania programu
układ  czasowy  jest  zerowany  przez  obwody
wykorzystujące:
− sygnał audio
− przycisk lub sygnał z pilota
− sygnał wideo

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 79

Rozwiązanie zadania nr 75

Rys. 1

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

Wrzesień 2002

Wśród rozwiązań pierwszej

grupy  kilka  to  proste  układy
sprawdzające obecność dźwięku
z głośnika  albo  sygnału  audio
w złączu  SCART (eurozłącze).
Na  przykład  Jakub  Świegot ze
Środy  Wlkp.  zaproponował
układ z mikrofonem, wzmacnia−
czem  operacyjnym,  obwodem
opóźniającym  oraz  z wyłączni−
kiem  i z sygnalizatorem  aku−
stycznym.  Schemat  można  zna−
leźć  na  naszej  stronie  interneto−
wej  jako  Swiegot.gif.  Natomiast
Andrzej Szymczak, też ze Śro−
dy  Wlkp.,  przysłał  schemat  wy−
korzystujący  podwójny  wzmac−
niacz  operacyjny,  a źródłem  sygnału  audio
jest  złącze  SCART.  Robert  Jaworowski
z Augustowa również chce sprawdzać sygnał
audio,  a do  rozróżnienia,  czy  jest  to  sygnał
użyteczny, czy szum, chce wykorzystać prze−
twornik F/U (częstotliwość/napięcie). Pomysł
jest oryginalny, ale zadanie wcale nie jest ła−
twe, bo przetworniki F/U nie są przystosowa−
ne do pracy z tak złożonymi sygnałami.

Dawid Lichosyt z Gorenic chce iść inną

drogą – silnie wzmocniony sygnał z mikrofo−
nu kierowany jest do dekodera tonu LM567
(Lichosyt.gif). Pojawienie się planszy testo−
wej i ciągłego tonu już po kilku sekundach
spowoduje reakcję przekaźnika.

Piotr Bechcicki z Sochaczewa chce

sprawdzać sygnał audio z eurozłącza i jedno−
cześnie  jasność  ekranu  za  pomocą  fotorezy−
stora  (Bechcicki.gif).  Chce  zastosować  dwa
filtry  lub  tylko  filtr  dolnoprzepustowy,  by
sprawdzać  zawartość  niskich  składowych  w
sygnale  audio  i  by  uniezależnić  się  od  tonu
kontrolnego 1kHz. Fotoelement powinien być
tak  umieszczony,  by  „widzieć”  najjaśniejszy
pasek.  Brak  normalnego  dźwięku  i  pojawie−
nie  się  planszy  testowej  spowodują  w  ciągu
około  20  minut  wyłączenie  przekaźnika.  Jak
zrozumiałem z opisu, po wyłączeniu dodatko−
wy  odbiornik  sygnału  pilota  (TFMS,  SFH)
pozwoli ponownie włączyć przekaźnik.

W podanych rozwiązaniach sprawdzana

ma być obecność sygnału audio. Dwóch Ko−
legów słusznie chce nieco rozbudować układ
i wykrywać nie tyle obecność sygnału, co je−
go  obwiednię.  Sposób  jest  o  tyle  dobry,  że
zarówno  cisza,  jak  i  ton  ciągły  oznaczają
brak zmian poziomu sygnału. Rysunek 2 po−
kazuje  schemat  nadesłany  przez  Mariusza
Chilmona z  Augustowa.  Wzmacniacz  U1B
ma wykrywać brak sygnału audio, czyli wy−
łączenie  odbiornika.  U1C  wzmacnia  sygnał
obwiedni (niskie składowe), a U1D jest kom−
paratorem.  Po  pewnym  czasie  (R9,C6  oraz
R10,C7), po wykryciu zakończenia nadawa−
nia  programu  zostaje  uruchomiony  licznik
U3. Brzęczyk B1 odzywa się 8 razy, po czym
zaświeca się dioda D6, sygnalizując nieuda−
ną próbę obudzenia telemaniaka. D5 służy do

sygnalizacji sytuacji
„przedalarmowej”.

Dwie wersje wy−

łącznika/sygnalizato−
ra  proponuje  Cezary
Kuśmierski z Ponia−
towa.  W jednej  czuj−
nikiem końca progra−
mu  jest  detektor  ob−
wiedni,  pokazany  na
rysunku  3.  Napięcie
na  C1  zmienia  się
szybko,  natomiast  na
C2  –  kilkakrotnie
wolniej.  Cezary  pi−
sze, że miał kłopoty z
szumami, dlatego dodał dzielnik R5, R6.

Druga wersja wykorzystuje sygnał dowol−

nego pilota. Czujnik i układ czasowy pokaza−
ne są na rysunku 4. Odebranie jakiegokol−
wiek rozkazu pilota zeruje licznik U1. Po
upływie wyznaczonego czasu (ok. 40 minut)
zostanie włączony przekaźnik, ale wcześniej
odezwie się ostrzegawczy brzęczyk.

Podobną ideę przedstawił Arkadiusz

Kocowicz z Czarnego Lasu. Tak opisuje
swój układ: ma on po prostu wyłączyć
odbiornik po określonym czasie od ostatnie−
go odebranego sygnału z pilota. W praktyce

nie ma możliwości, aby przez godzinę nie ko−
rzystać z pilota. Zawsze się zdarzy, że będzie−
my  musieli  podgłośnić/ściszyć  albo  w  prze−
rwie na reklamę przełączyć na inny program.
Pomimo  długiego  (w  założeniu  godzinnego)
czasu  reakcji  jest  to  dość  skuteczny  sposób
detekcji przejścia obiektu w stan  fizjologicz−
ny zwany potocznie snem.

Bardzo wysoko oceniłem trzy ostatnie pra−

ce, ale tylko dwóch wcześniej wymienionych
Kolegów otrzyma upominki – Arek na nade−
słanym schemacie, pokazanym na rysunku 5,

Rys. 4

Rys. 2

Rys. 3

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

Wrzesień 2002

błędnie  narysował  obwody  czasowe,  dlatego
otrzymuje  jedynie  trzy  punkty.  Godna  pod−
kreślania jest natomiast prostota układu – ta−
kie  rozwiązanie  całkowicie  wystarczy,  zwła−
szcza jeśli kondensatory będą tantalowe. Zda−
niem Arka układ może też pełnić funkcję czu−
waka dla kierowcy, chroniącego przed zaśnię−
ciem – w tej wersji potrzebny byłby przycisk.

Układy czasowe z przyciskiem zapropo−

nowali między innymi Jarosław Tarnawa
z Godziszki i Jakub Jagiełło z Gorzowa
Wlkp. Co jakiś czas trzeba nacisnąć przycisk,
w

przeciwnym wypadku po sygnale

akustycznym  telewizor  zostanie  wyłączony
(Tarnawa.gif). W drugim przypadku przycisk
powinien  być  naciśnięty  po  coraz  głośniej−
szym  dźwiękowym  sygnale  przypominają−
cym (Jagiello.gif).

Niewiele osób wspomniało o możliwości

sprawdzania  sygnału  wideo  albo  obrazu  na
ekranie.  Jednym  z  tych  nielicznych  jest
Krzysztof  Gedroyć ze  Stanisławowa.  Oto
fragment listu: Po przemyśleniach doszedłem
do  wniosku,  że  w  roli  detektora  można  by
zastosować  fotorezystor  umieszczony  w  nie−
wielkiej  odległości  od  ekranu  telewizora.
Fotorezystor taki (...) dawałby na wyjściu na−
pięcie  proporcjonalne  do  jasności  całego
ekranu.  Układ  elektroniczny  musiałby  więc
wykrywać zmiany tego napięcia. Gdy zmiany
występują,  jakiś  licznik  jest  kasowany.  Gdy
przez jakiś czas napięcie na wyjściu czujnika
nie  ulega  zmianie,  wówczas  jest  to  znak,  że
albo program się skończył i stacja już nic nie
nadaje,  albo  nadawany  jest  sygnał  testowy.
Czyli  jest  to  stan,  gdy  telewizor  ma  zostać
wyłączony,  bądź  ma  się  odezwać  sygnał  bu−
dzący śpiącego domownika. Układ powinien
wykrywać  tylko  szybkie  (rzecz  względna)
zmiany napięcia, aby na przykład fakt, że za
oknem  robi  się  ciemno,  nie  miał  wpływu  na
działanie  układu.  Nie  będzie  też  problemu
z innymi domownikami. Tak to bywa, że wszy−
scy domownicy idą spać, a tylko jedna osoba
ogląda do późna w nocy telewizję.

Gdyby akurat jeden z domowników szedł

na przykład coś przekąsić do kuchni, zapalił−
by  światło.  Układ  prawdopodobnie  w tym
momencie  nie  pracowałby  zgodnie  z założe−
niami, ale nie stanowi to żadnego problemu.
Gdy  program  byłby  nadawany,  zapalenie
światła nie wpływa negatywnie na działanie

układu.  Gdyby  natomiast  program  się  skoń−
czył i chwilę później ktoś zapalił gdzieś w po−
bliżu światło, układ odebrałby to jako dalszy
ciąg programu, przez co wyłączenie telewizo−
ra  opóźniłoby  się  o kilka  minut.  Nie  jest  to
jednak minusem takiego rozwiązania. Sygnał
akustyczny i tak obudzi śpiącego „telewizjan−
ta”,  jedynie  z niewielkim  opóźnieniem,  nie−
grającym żadnej roli w tym przypadku.

Zmierzyłem, o ile zmienia się napięcie na

wyjściu  dzielnika  napięcia  złożonego  z foto−
rezystora i rezystora 20k. Taki detektor usta−
wiłem  (położyłem  na  biurku)  wycelowany
w monitor komputera w odległości ok. 25cm.
Różnica  napięcia  w zależności  od  jasności
ekranu  (prawie  cały  biały  i prawie  czarny)
wynosi aż 0,1V. Z wykrywaniem takich zmian
napięcia nie powinno być problemów. Także

szybkość, z jaką
zmienia  się  na−
pięcie  na  wyj−
ściu,  mimo  że
nie  jest  natych−
miastowa,  jest
wystarczająca
do  poprawnej
detekcji  –
s p r a w d z i −
łem  to  na
oscylosko−
pie.  W każ−

dym razie układ detekcji musi być obojęt−
ny  na  składową  stałą  (w praktyce  włą−
czony  szeregowo  kondensator),  a powi−
nien wykrywać zmiany napięcia i na wyj−
ściu  dawać  logiczną  jedynkę  potrzebną
do zresetowania licznika.

(...) Przydałby się prosty obwód rese−

tu, który zerowałby licznik, np. 4060 za−
wsze po włączeniu zasilania (przerwa
w dostawie prądu).

Oprócz tych trzech grup rozwiązań

pojawiły  się  też  inne,  np.  wykrywanie
ruchów  –  przy  założeniu,  że  po  zaśnię−
ciu  „telemaniak”  przestaje  się  ruszać,
detekcja  chra−
pania – przy za−
łożeniu,  że  za−
raz po zaśnięciu
zaczyna  chra−
pać,  oraz  kon−
trola  pulsu  –
przy  założeniu,
że  po  zaśnięciu
puls się zmniej−
sza.  Jan  Stani−
sławski z Sano−
ka  podał  je−
szcze  inną  ideę
–  sprawdzanie
kodu

danego

programu, wy−
korzystywane−
go w systemie
S H O W V I E W.

Pomysł jest interesujący, ale niezmiernie
trudny w realizacji.

Rozwiązania praktyczne

Siedem rozwiązań praktycznych reprezentuje
wszystkie omówione wcześniej główne gru−
py. Bartosz Czerwiec z Mogilna wykonał
model pokazany na fotografii 1.
Ma on wykrywać zmiany treści obrazu za po−
mocą dwóch fotoelementów „patrzących” na
ekran. Choć układ (Czerwiec.gif) należałoby
poważnie zmodyfikować, pomysł jest intere−
sujący. Sygnał wideo chcą też sprawdzać
dwaj inni Koledzy. Piotr Wójtowicz z Wólki
Bodzechowskiej wykonał ładny model poka−
zany na fotografii 2. Napisał: (...)

Od razu postanowiłem, że urządzenie w

celu wykrycia końca programu będzie spraw−
dzało sygnał VIDEO, pobierany ze złącza
Scart. Przemawiała za tym wyraźna różnica
pomiędzy zwykłym sygnałem TV a jego bra−
kiem, łatwa do wykrycia przez nieskompliko−
wany układ elektroniczny.

Zastanawiałem się również nad zbudowa−

niem „inteligentnego” wyłącznika TV, który
rozpoznawałby koniec filmu, czy też innego

Fot. 1 Układ Bartosza Czerwca

Rys. 6

Rys. 5

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

Wrzesień 2002

programu. (...) Postanowiłem bliżej się przyj−
rzeć temu sygnałowi. Ponieważ nie posiadam
oscyloskopu, w tym celu wykorzystałem pro−
gram  do  edycji  muzyki  –  Cool  Edit.  Zareje−
strowałem sygnał VIDEO w okresie kilkuna−
stu  minut  i  zaznaczyłem  moment,  kiedy  wy−
stępuje  czarny  obraz  oraz  brak  sygnału  TV.
Zestawienie  trzech  sygnałów  VIDEO  (brak
sygnału,  czarny  obraz  i normalny  sygnał)
przedstawia  zrzut  z ekranu  pokazany  na  ry−
sunku  6.  Impulsy  luminancji  w przypadku
normalnego  sygnału  (trzeci  przebieg)  mają

wyraźnie większą wartość od tych z przebie−
gu środkowego (czarny obraz).

Jednak po serii prób okazało się, że po−

ziom impulsów w chwili wystąpienia czarne−
go obrazu jest różny na poszczególnych sta−
cjach i przy każdym przełączeniu trzeba zmie−
niać próg włączenia alarmu w urządzeniu.

Piotr wykonał ostatecznie układ o sche−

macie pokazanym na rysunku 7. Oto frag−
menty opisu:

Zadaniem urządzenia jest wyłączenie

odbiornika lub zasygnalizowanie końca pro−

gramu w chwili, gdy rzeczywiście nastą−
pił  koniec  jego  nadawania  przez  daną
stację  TV.  Do  stwierdzenia  tego  faktu
przez  układ  wykorzystałem  to,  że  przy
braku  sygnału  TV automatycznie  nastę−
puje  zanik  sygnału  VIDEO  na  wyjściu
odbiornika. (...) Gdy nastąpi brak sygna−
łu  VIDEO,  to    na  kondensatorze  C3
znacznie zmaleje napięcie w konsekwen−
cji wyjście bramki U2A przejdzie w stan
wysoki.  Spowoduje  to,  w  zależności  od
położenia przełącznika S1, włączenie sy−
gnalizacji  akustycznej  bądź  rozłączenie
styków przekaźnika REL1. Gdy przełącz−
nik  S1  jest  rozwarty,  na  wejściu  (n.1)

bramki U2B, za sprawą rezystora podciąga−
jącego  R6,  panuje  potencjał  dodatni.  W
chwili  zaniku  sygnału  VIDEO  na  drugim
wejściu  bramki  U2B  (n.2)  powstaje  impuls
dodatni o czasie trwania wyznaczonym war−
tościami C4 i R8, który w układzie modelo−
wym  wynosi  ok.  4s.  Podczas  trwania  tego
impulsu  wyjście  bramki  U2B  przechodzi  w
stan niski, załączając poprzez tranzystor T2
przekaźnik REL1. Jego styki rozwierają się i
następuje  przerwanie  dopływu  energii  do
odbiornika  telewizyjnego.  Po  chwili  wyzna−
czonej C4R8 przekaźnik puszcza i jego styki
zwierają się, doprowadzając zasilanie do te−
lewizora.  Taki  sposób  wyłączania  OTV po−
siada  tę  zaletę,  że  nie  trzeba  restartować
układu  przy  ponownym  uruchamianiu  tele−
wizora  i  można  go  normalnie  włączyć,  nie
czyniąc  żadnych  dodatkowych  manipulacji,
ale nadaje się tylko do odbiorników wyposa−
żonych w pilota. (...)

Choć układ nie zareaguje na planszę te−

stową, wysoko oceniam pracę Piotra przede
wszystkim ze względu na przeprowadzone
eksperymenty.

Podobne eksperymenty przeprowadził

Michał Koziak z Sosnowca. Napisał: (...)

Mierząc  napięcie  na  wyjściu  wizji
(wyprowadzenie  19  złącza  EURO),
zauważyłem, że napięcie jest tam ta−
kie samo, gdy telewizor jest w stanie
standby i gdy nie odbiera programu.
Gdy pojawia się obraz, napięcie spa−
da. Zaprojektowałem prosty detektor
stanu odbiornika. (...) przeprowadzi−
łem  jeszcze  szereg  prób  z wyjściem
wizji,  lecz  ostatecznie  nie  wykorzy−
stałem  go  w swoim  układzie.  (...)
Próbowałem  także  wykorzystać  cie−
kawą  kostkę  NE614  (zainspirował
mnie  projekt  wykrywacza  kłamstwa
z EdW 1/2002). Użyłem obwodu RS−
SI,  jednak  nie  zdecydowałem  się  na
wykorzystanie tej kostki w projekcie.
(...)  Miałem  też  w planie  wykonanie
drugiego  układu,  reagującego  na
brak sygnałów pilota. (...)

Michał wykonał model pokazany

na  fotografii  3 według  schematu  z
rysunku  8,  gdzie,  jak  widać,  wyko−
rzystuje sygnał audio. Bardzo się cie−
szę  z  postępu,  jaki  widzę  w  kolej−
nych pracach Michała i innych mło−
dych Kolegów. Tak trzymać!

Sygnał audio wykorzystał też Ja−

rosław  Chudoba z Gorzowa  Wlkp.
w swoim modelu, pokazanym na fo−
tografii 4. Idea jest zaskakująca: pra−
cą  układu  steruje...  czerwona  kon−
trolka  telewizora,  która  gaśnie,  gdy
telewizor  pracuje  i świeci  w stanie
standby.  Schemat  ideowy  pokazany
jest  na  rysunku  9.  Zgaśnięcie  czer−
wonej kontrolki zezwala na pracę ge−
neratora  U1A.  Sygnał  akustyczny

Fot. 2 Model Piotra Wójtowicza

Rys. 7

Rys. 8

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

Wrzesień 2002

Po długim namyśle zdecydowałem się

skierować do publikacji właśnie ten prosty i
tani projekt Dariusza, choć szczerze mówiąc,
miałem ochotę go jeszcze trochę odchudzić.
Po  wprowadzeniu  dwóch  drobnych  zmian
(zmiana obwodów związanych z przyciskiem
umieszczonym  w obwodzie  wejścia  zegaro−
wego i dodanie stabilizatora 78L05, by moż−
na  skorzystać  z zasilacza  antenowego  12V)
układ trafi do Pracowni Konstrukcyjnej i je−
śli  uzyska  pozytywną  opinię,  do  działu  E−
2000 lub do Forum Czytelników. Omawiany
wcześniej  układ  Marcina  Wiązani  z mikro−
procesorem  ma  bogatsze  funkcje,  ale  jest
droższy  i  póki  co  duża  grupa  Czytelników
unika wszelkich układów wymagających ja−
kiegokolwiek  programowania.  Zaintereso−
wani  zechcą  zwrócić  się  bezpośrednio  do
Marcina  z  prośbą  o  udostępnienie  bardziej
szczegółowych  informacji  (mwiazani@po−
czta.fm albo mwiazani@kki.net.pl).

Podsumowanie

Pomimo  specyficznego  i szczerze  mówiąc,
dyskusyjnego  tematu  zadania,  jestem  bardzo
zadowolony z Waszych prac i zaprezentowa−
nych  pomysłów.  Tylko  jedna  osoba  chciała

zaingerować we wnętrze
odbiornika,  wszyscy  po−
zostali  zaproponowali
mniej czy bardziej prak−
tyczne przystawki. Przy−
znam,  że  temat  nie  był
łatwy  choćby  ze  wzglę−
du  na  różnorodność
odbiorników  telewizyj−
nych  i

różne stany

odbiornika po zakończe−
niu programu (plansza
testowa, pusty ekran, ton
ciągły, transmisja jakiejś
stacji radiowej, itd). Nie
jest

łatwo

wykonać

układ  automatycznego
wyłącznika,  nadającego
się do każdego odbiorni−
ka.  Nie  ma  też  jednego

prostego sposobu detekcji końca programu.
Zainteresowani tematem przeanalizują przed−
stawione pomysły i wybiorą koncepcję odpo−
wiednią do posiadanego telewizora.

Jednym z poważniejszych problemów jest

kwestia  zasilania.  Dziwię  się,  że  nikt  nie
wspomniał o możliwości skorzystania z zasi−
lacza  wtyczkowego,  zasilającego  wzmac−
niacz antenowy – zwykle jest to zasilacz sta−
bilizowany  12V 100mA.  Z powodzeniem
można „podkraść” z niego trochę prądu. Tym
bardziej,  że  występuje  on  w wielu  mieszka−
niach  i niezmiernie  łatwo  zeń  skorzystać  –
wystarczy  wyprowadzić  dwa  kabelki  z
wtyczki antenowej.

Urządzenie nie powinno nawet w naj−

mniejszym stopniu utrudniać normalnego ko−
rzystania z odbiornika. Jeśli byłaby to przy−
stawka wyłączająca zasilanie, trzeba zagwa−
rantować,  że  po  zaniku  i  powrocie  napięcia
sieci  przekaźnik  zostanie  załączony.  Także
po automatycznym wyłączeniu na noc, włą−
czenie  rankiem  odbiornika  nie  powinno  być
utrudnione.

Dlatego rozwiązania, gdzie trzeba dokła−

dnie ustawić czujnik, żeby „patrzył na
ekran”, mogą się okazać zawodne. Mnie oso−

biście najbardziej przekonuje właśnie aku−
styczny  przypominacz−budzik  reagujący
na sygnały pilota, natomiast jestem zdecy−
dowanie  przeciwny  wszelkim  rozwiąza−
niom wymagającym świadomej ingerencji
użytkownika.  Jeszcze  raz  przytoczę  jakże
trafne spostrzeżenie Dariusza Drelicharza.
Weźcie  je  sobie  do  serca:  Projektując
układ takiego „budzika”, pod uwagę bra−
łem  przede  wszystkim  prostotę  i  łatwość
obsługi.  Różne  „usprawnienia”  i  przy−
stawki szybko kończą swój żywot w szufla−
dzie, ponieważ ich obsługa jest skompliko−
wana i męcząca.

Zgodnie z zapowiedzią, część puli na−

gród przeznaczyłem dla osób, które nade−
słały najciekawsze, nadające się do realiza−
cji pomysły i idee, a nie modele. Upominki

Rys. 11

Fot. 7 Prototyp Dariusza Drelicharza

Marcin Wiązania Busko Zdrój  . . . . . . . . . . . . . . . .91
Mariusz Chilmon Augustów  . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Dariusz Drelicharz Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . .48
Marcin Malich Wodzisław Śl.   . . . . . . . . . . . . . . . .39
Krzysztof Kraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św.   . . . . . . . . . . . . .37
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp.   . . . . . . . . . . . .35
Michał Stach Kamionka Mała  . . . . . . . . . . . . . . . .35
Roman Biadalski Zielona Góra  . . . . . . . . . . . . . . .33
Dariusz Knull Zabrze  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Piotr Romysz Koszalin  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Jarosław Tarnawa Godziszka  . . . . . . . . . . . . . . . .27
Piotr  Wójtowicz Wólka Bodzechowska  . . . . . . . .27
Rafał Stępień Rudy  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Filip Rus Zawiercie  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Szymon Janek Lublin  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Piotr Dereszowski Chrzanów  . . . . . . . . . . . . . . . .21
Mariusz Ciołek Kownaciska  . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jakub Kallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Jacek Konieczny Poznań  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Michał Pasiecznik Zawiszów  . . . . . . . . . . . . . . . .18
Radosław Koppel Gliwice  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Łukasz Cyga Chełmek  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Andrzej Sadowski Skarżysko−Kam.   . . . . . . . . . . .16
Radosław Ciosk Trzebnica  . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Maciej Jurzak Rabka  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Michał Koziak Sosnowiec  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Ryszard Milewicz Wrocław  . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Emil Ulanowski Skierniewice  . . . . . . . . . . . . . . . .15
Artur Filip Legionowo  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Aleksander Drab Zdziechowice . . . . . . . . . . . . . . .13
Robert Jaworowski Augustów  . . . . . . . . . . . . . . .13
Jakub Jagiełło Gorzów Wlkp.  . . . . . . . . . . . . . . . .12
Dawid Lichosyt Gorenice  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Arkadiusz Zieliński Częstochowa  . . . . . . . . . . . . .12
Wojciech Macek Nowy Sącz  . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Sebastian Mankiewicz Poznań  . . . . . . . . . . . . . . .11
Paweł Szwed Grodziec Śl.   . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Marcin Dyoniziak Brwinów  . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Bartek Stróżyński Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Piotr Bechcicki Sochaczew  . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Maciej Ciechowski Gdynia  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Mariusz Ciszewski Polanica Zdr.   . . . . . . . . . . . . . .9
Filip Karbowski Warszawa  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Witold Krzak Żywiec  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Piotr Kuśmierczuk Gościno  . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Zbigniew  Meus Dąbrowa Szlach.   . . . . . . . . . . . . .9
Kamil Urbanowicz Ełk   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Michał Waśkiewicz Białystok   . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Piotr Wilk Suchedniów   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Punktacja Szkoły Konstruktorów

Rozwiązanie zadania 75

W EdW 5/2002 zamieszczony był fragment
rozwiązania jednego z wcześniejszych zadań
Szkoły. Cztery przerzutniki RS tworzą odpo−
wiednik zespołu zależnych izostatów. Według
pomysłodawcy, naciśnięcie kolejnego przyci−
sku powoduje skasowanie włączonego wcześ−
niej. Układ pokazany jest na rysunku A.

Niemal wszystkie nadesłane odpowiedzi,

prócz jednej, zawierały prawidłowe rozwiązania.
Oczywiście podstawowym błędem jest zwar−
cie wszystkich przełączników. Jeden z uczest−
ników narysował to w postaci jak na rysunku B.
Rysunek B jasno pokazuje podstawowy błąd,
przez który układ na pewno nie będzie dzia−
łał według oczekiwań pomysłodawcy. Więk−
szość uczestników stwierdziła też, że zupeł−
nie niepotrzebne są tranzystory i ich oporniki
emiterowe. Słusznie!

Jeden z uczestników zasygnalizował moż−

liwość,  że  pomysłodawca  miał  zamiar  sko−
rzystać  z  rozwiązania,  gdzie  tranzystor  jest
typu PNP, tylko źle oznaczył tranzystory. Je−
den  taki  blok  pokazany  jest  na  rysunku  C,
ale  nadal  byłby  to  układ  z gruntu  błędny  ze
względu  na  niewielkie  zmiany  napięcia  na
bazie tranzystora. Dodanie rezystora według

rysunku D likwidu−
je  kluczową  wadę
takiego  bloku,  ale
nie  rozwiązuje  pro−
blemu  połączenia.
Zastanówcie  się  sa−
modzielnie,

czy

można  i czy  warto
zajmować  się  taką
wersją  z tranzysto−
rem PNP.

Tu dla ści−

słości

muszę

wspomnieć,  że
kilku  uczestni−
ków  przesadzi−
ło  i zapropono−
wało

uzupeł−

nienie  układu
z tranzystorami
NPN o rezysto−
ry  umieszczone
w obwodzie bazy, a jeden chciał nawet dodać
rezystory  „ograniczające  prąd”  w obwodzie
kolektora.  Oczywiście  dodatkowe  rezystory
w układzie z rysunku A nie są potrzebne. Nie
są  potrzebne  obwody  odkłócające  styki  –  tu
też kilka osób chciało niepotrzebnie kompli−
kować  układ  –  w przypadku  przerzutników
RS obwody takie są absolutnie zbędne.

Nie są też konieczne wymyślne sposoby

rozdzielania sygnałów z rozbudowaną siecią
bramek  i tranzystorów.  Zdecydowana  więk−
szość  uczestników  słusznie  zaproponowała
sposób z diodami według rysunku E. Naci−
śnięcie przycisku podaje stan wysoki na wej−
ście  ustawiające  „swojego”  przerzutnika
i jednocześnie  na  wejścia  zerujące  wszyst−
kich  pozostałych  przerzutników.  Kilka  osób
rozważało  możliwość  wykorzystania  prze−
rzutnika  monostabilnego,  uniwibratora,  wy−
twarzającego  króciutki  impuls  zerujący
wszystkie przerzutniki po naciśnięciu dowol−
nego  przycisku.  Dany  przycisk  naciśnięty
byłby dłużej, więc ostatecznie powodowało−
by  to  ustawienie  jednego  przerzutnika.
W przypadku  czterech  sekcji  układ  według
rysunku F byłby jednak bardziej skompliko−
wany  od  wersji  diodowej  z rysunku  E.  We−
rsja z uniwibratorem ma natomiast rację bytu
przy większej liczbie przerzutników.

Nagrody otrzymują:

Maciej Szostek Gdańsk−Jasień
Paweł Duda Szalejów
Maciej Skrodzewicz Szczecin

otrzymają  Cezary  Kuśmierski i  Mariusz
Chilmon. O krok był Arkadiusz Kocowicz –
jego prosty sposób bardzo mi się spodobał, za−
chęcam do dalszych działań, a przede wszyst−
kim  do  eksperymentów.  Najwyżej  oceniłem
projekt  Dariusza  Drelicharza,  który  też  na
razie otrzyma upominek, a po publikacji – ho−
norarium autorskie. Nagrody otrzymują: Mar−
cin Wiązania, Piotr Wójtowicz i Michał Ko−
ziak. Upominki dostaną także Bartosz Czer−
wiec i Jarosław Chudoba. Wszyscy wymie−
nieni z nazwiska otrzymują punkty (1...7).

Tytułem remanentów chciałbym też

wspomnieć o pracy i modelu z zadania 74
Radosława Cioska z Trzebnicy. Model
pokazany na fotografii 8 został wysłany
za późno (15 czerwca), by wziąć udział w
rozwiązaniu poprzedniego zadania.

Serdecznie zapraszam do udziału w

rozwiązywaniu kolejnych zadań i do nad−
syłania prac w terminie.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

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

Wrzesień 2002

− S

Szzkkoołłaa K

Koonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

Fot. 8 Model Radosława Cioska

(zadanie 74)

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

Wrzesień 2002

Ośla łączka

Wstęp

W październikowym numerze EdW zacznie się kolejny bardzo waż−
ny cykl w historii naszego czasopisma. Na życzenie ogromnej liczby
Czytelników przedstawiona będzie kolejna wyprawa na oślą łączkę,
tym razem poświęcona programowaniu mikroprocesorów – ściślej
mikrokontrolerów jednoukładowych.

Jeśli uważasz, że jakiekolwiek programowanie jest dla Ciebie za

trudne, to przeczytaj przynajmniej niniejszy wstęp. Jeśli za miesiąc
zdecydujesz się przeczytać pierwszy odcinek tej wyprawy, masz zna−
komitą okazję zmarnować parę godzin i utwierdzić się w swoim do−
tychczasowym przekonaniu, że to nie dla Ciebie. Ale niestety, grozi
Ci coś znacznie gorszego: może się okazać, że się totalnie mylisz.

Ostrzegam! To może być groźne! Istnieje duże ryzyko, że zarazisz

się paskudnym bakcylem, którym już zainfekowało się wielu star−
szych i młodszych Czytelników naszego czasopisma, i to bez nadziei
na wyleczenie.

Zdecyduj więc sam, czy chcesz czytać dalsze akapity tego wstępu,

a potem kolejne odcinki cyklu.

Ostrzegałem!

Bariery

Wbrew  pozorom,  podstaw  programowania  można  nauczyć  się  do−
słownie w ciągu jednego dnia. Barierą wcale nie jest stopień trudno−
ści zagadnienia. O wiele więcej przeszkadza bariera psychologiczna.
Może  i Ty  myślisz,  że  programowanie  to  zadanie  dla  wtajemniczo−
nych  i żeby  je  opanować,  trzeba  być  wyjątkowo  zdolnym  i mieć
ogromną wiedzę. A przecież Ty jesteś tylko zwykłym człowiekiem...

A może już kiedyś próbowałeś i nic z tego nie wyszło...
Rzeczywiście, najwiekszym utrudnieniem jest kwestia: od czego

zacząć. Programowanie bowiem nie jest wcale trudne, ale jest to za−
gadnienie bardzo obszerne. Nowe, nieznane pojęcia, wiele języków
programowania, jakieś tajemnicze skróty i szyfry, dziwne nazwy
i specyficzny sposób budowania programów od lat skutecznie odstra−
szają wielu chętnych.

Tu zdradzę Ci pewną tajemnicę, której zresztą wcale sam nie od−

kryłem. Oświecił mnie dawno temu znany podróżnik i poliglota, Zyg−
munt Broniarek, który w książce, o ile dobrze pamiętam, Jak zostać
poliglotą przeanalizował pewne interesujące zjawisko.

Gdy nie znamy jakieś obcego języka, a usłyszymy osobę, która go

używa, wydaje nam się, iż ten ktoś doskonale sobie radzi, że znako−
micie opanował język. Często przy okazji czujemy się gorsi, bo my
tego języka ani w ząb...

Latem 1981 roku sam czegoś takiego doświadczyłem, gdy po kil−

ku latach szkolnej nauki niemieckiego, przebywając w Wiedniu,

pomagałem Austriakom w przygotowaniach do pewnego kongresu.
Zostałem zagadnięty przez pewną delegatkę z Polski, która zapytała
mnie, gdzie tak dobrze nauczyłem się... polskiego.

Nie muszę chyba dodawać, że nie znając niemieckiego, wzięła

mnie za rodowitego Austriaka.

Tak. Bardzo często rzeczywistość jest zupełnie inna od naszych

wyobrażeń.  Ktoś  bardzo  kiepsko  sobie  radzi  z obcym  językiem,  le−
dwo  porozumiewa  się  co  najwyżej  w zakresie  najprostszych  spraw
życia codziennego, a jego gramatyka jako żywo przypomina słynne
„Kali kochać Bwana Kubwa”. Ale my nie znając języka ni w ząb, nie
możemy  tego  odkryć  i zweryfikować  swego  zachwytu  dla  jego
„umiejętności”.

Teraz przykład z przeciwnego bieguna. Gdy na ulicy jakiś obco−

krajowiec pyta o drogę i tylko jemu się wydaje, że mówi po polsku,
zapewne skwapliwie staramy się go zrozumieć i mu pomóc. Cieszy−
my się, że przynajmniej próbuje on mówić w obcym dla siebie, w na−
szym języku. Nie zwracamy uwagi na szczegóły, na gramatykę i cie−
szymy się, jeśli udało się osiągnąć główny cel – wymienić informacje
i rozwiązać jego problem.

Sobie stawiamy poprzeczkę bardzo wysoko, a elementarne umie−

jętności innych uważamy za wielkie osiągnięcie...

Czy Ty aby nie przyłapujesz się czasem na takim myśleniu?
Dokładnie takie same zjawisko dotyczy sztuki programowania.

Sami kładziemy sobie pod nogi kłody nie do przeskoczenia. Nie wia−
domo dlaczego wydaje nam się, że programista musi wiedzieć wszy−
stko o programowaniu. A wobec tego my, szare żuczki, nie mamy tu
żadnych szans...

A może przeszkodą jest inna przyczyna, w Twoim przekonaniu jak

najbardziej uzasadniona. Czy słyszałeś o różnych językach progra−
mowania, jak na przykład język maszynowy, asembler, Java, BASIC,
Visual Basic, Pascal, język C, C+, Visual C++, Delphi, JavaScript,
Perl, itd. Porażony taką mnogością myślisz sobie: gdzie mi do tego
wszystkiego... Co gorsza, próbowałeś − przejrzałeś kilka książek i ab−
solutnie nic z nich nie zrozumiałeś.

I to może być kolejna niepotrzebna bariera, którą sam sobie sta−

wiasz w głębi duszy.

Różnice między językami polskim, chińskim, węgierskim, hindi,

arabskim są rzeczywiście bardzo duże. Znajomość jednego tylko tro−
chę pomaga w poznaniu drugiego. I tego rodzaju wyobrażenie niepo−
trzebnie sobie utrwalamy, myśląc o językach programowania.

I tu mam dla Ciebie znakomitą wiadomość: z językami programo−

wania  jest  zupełnie  inaczej,  niż  z językami  używanymi  przez  ludzi.
Różnice  między  językami  programowania  należałoby  raczej  porów−
nać  do  dialektów.  Dialekt  mazurski,  śląski,  góralski  czy  kresowy

śś

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

Wrzesień 2002

Ośla łączka

mają  specyficzne  cechy,  akcent,  charakterystyczne  wyrażenia,  nie−
które  zwroty  niezrozumiałe  dla  postronnych,  niemniej  wszystkie  są
odmianami języka polskiego. I właśnie tak trzeba podchodzić do języ−
ków programowania. Poznanie choćby jednego z nich daje dobre wy−
obrażenie o programowaniu w innych. Podstawowe zasady są takie sa−
me, różne są tylko sposoby zapisu i możliwości. A wykorzystywane
dziś  powszechnie  tak  zwane  programowanie  obiektowe  okazuje  się
dodatkowym  ułatwieniem,  bo  zadziwiająco  wiele  składników  i cech
jest w różnych językach wręcz identycznych, o czym ku swemu wiel−
kiemu zdziwieniu zapewne za jakiś czas się przekonasz. Zapytasz wte−
dy, dlaczego tak proste sprawy opisuje się za pomocą tak odstraszają−
cych słów i pojęć? Być może nie będziesz mógł wyjść z podziwu, kto
i dlaczego wprowadził tak dziwną, odstraszającą terminologię.

Przypuszczam, że także i u Ciebie bariera psychologiczna odgry−

wa znaczną rolę. Jednocześnie jestem przekonany, że w ramach ni−
niejszego cyklu uwolnisz się od takich kompleksów. Dosłownie po−
prowadzę Cię za rękę. Nie obiecuję, że po kursie staniesz się zawo−
dowym programistą, ale na pewno stworzysz wiele programów, które
dadzą Ci niepomiernie dużo satysfakcji.

Jak zacząć?

Zapewniam  Cię,  że  naprawdę  nie  trzeba  mieć  ogromnej  wiedzy,  by
programować.  Ale  też  nie  warto  od  razu  porywać  się  z motyką  na
słońce  i  realizować  trudne  zadania  –  programowanie  wymaga  prze−
stawienia się na nieco inny sposób myślenia, wnioskowania, analizy.
Warto zacząć od zadań łatwych, których wykonanie też sprawi nie−
wyobrażalnie wiele radości. I nie wszystko musi być od razu doszli−
fowane i zapięte na ostatni guzik. Sami programiści przyznają, że lep−
szy jest mało elegancki program, który działa, niż program napisany
z zachowaniem reguł sztuki programistycznej, który nie chce działać.

Zapewne narażę się tu sporej części klanu programistów, bo za−

chęcam Cię na początek do powierzchownego zapoznania się z pro−
gramowaniem, bez zrozumienia wielu istotnych spraw. Jestem jednak
przekonany, że takie początki Ci nie zaszkodzą i nie zdążysz nabrać
złych nawyków. Ośmielony kolejnymi sukcesami będziesz pogłębiać
swą wiedzę i umiejętności, a jeśli zechcesz, szybko staniesz się pro−
gramistą z prawdziwego zdarzenia.

Z doświadczenia wiem, że nauka „na sucho” nie byłaby dobrym

pomysłem. Aby wszystko poszło gładko, musisz mieć dostęp do
komputera PC.

Zakładam przy tym, że znasz podstawy posługiwania się kompu−

terem PC. Jeśli nie, szybko zapoznaj się z obsługą komputera; to na−
prawdę jest proste. Oczywiście przy realizacji ćwiczeń opisywanych
w kolejnych odcinkach zawsze możesz poprosić kogoś o pomoc. Je−
śli czegoś nie zrozumiesz, najpierw zapytaj znajomych, a jeśli nie
uzyskasz odpowiedzi, napisz do mnie.

Nie ma rady – programowania nie nauczysz się „na piechotę”. Je−

śli  nie  posiadasz  komputera  w domu,  zorganizuj  sobie  dostęp  do
choćby nawet podstarzałego PC−ta czy to w szkole, czy w pracy, czy
u kolegi. Co bardzo ważne, naprawdę nie musi to być nowoczesny,
kosztowny komputer, a wszystkie pomoce potrzebne w trakcie kursu
są  dosłownie  w zasięgu  ręki,  zarówno  programy,  jak  i niezbędny
sprzęt.  Do  ćwiczeń  będziemy  wykorzystywać  płytkę  testową,  która
stanie  się  podstawą  całego  cyklu  fantastycznych  ćwiczeń.  Na  foto−
grafii tytułowej masz dwie takie płytki z różnymi wyświetlaczami.
Na  początek,  dla  zachęty  pokażę  Ci,  jak  to  wygląda  po  nabraniu
wprawy.  Program,  którego  listing  jest  zamieszczony  na  rysunku  1,
zamienia płytkę testową w miernik refleksu, pokazujący czas reakcji
na sygnał świetlny lub dźwiękowy z dokładnością 0,01s.

Tylko nie mów mi, że Ty nic z tego nie rozumiesz.
Wiem! Na razie nie musisz nic rozumieć. Czy naprawdę zupełnie

nie wierzysz we własne siły?

Napisanie takiego programu rzeczywiście wymaga pewnej wie−

dzy, wprawy i czasu. Będziemy się tego uczyć stopniowo. Z czasem

nauczysz  się  pisać  takie  i dużo  dłuższe  programy.  Genialną  zaletą
proponowanego  rozwiązania  jest  możliwość  błyskawicznego
wprowadzania  zmian  i poprawek.  Tą  ogromną  zaletą  jest  brak
jakiegokolwiek  programatora  –  by  zaprogramować  mikroprocesor,
wystarczy pięciożyłowy przewód, dołączony z jednej strony do portu
drukarkowego komputera, z drugiej do płytki testowej. Program dla
mikroprocesora pisze się na komputerze PC, z dużą pomocą pakietu
BASCOM. Samo zaprogramowanie procesora w płytce testowej trwa
około sekundy. Potem, bez odłączania wspomnianego kabla, można
sprawdzić  w praktyce  działanie  programu.  Jeśli  cokolwiek  nie  gra,
trzeba wprowadzić poprawki w komputerze i w ciągu następnych kil−
ku sekund załadować do mikroprocesora poprawiony program.

Opracowałem też prościutki moduł, który pozwoli Ci zrealizować

mnóstwo własnych pomysłów – moduł pokazany jest na fotografii 1.
A do zaprogramowania samego mikroprocesora nie jest potrzebny ża−

Rys. 1

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

Wrzesień 2002

Ośla łączka

den skomplikowany pro−
gramator.

Wystarczy

sześciożyłowy  kabelek
z podstawką  na  końcu,
dołączony  do  portu  dru−
karkowego  komputera
PC.  Co  ważne,  zasilanie
pobierane jest też z kom−
putera PC. Taki prościut−
ki  programator  zoba−
czysz na fotografii 2.

Pokazuję Ci,

jak może wyglą−
dać Twoja przy−
szłość

mam

nadzieję,  narobi−
łem  Ci  smaku  na
taki  sposób  pracy.
Jeśli  się  nie  prze−
straszysz,  już  nie−
długo  samodziel−
nie będziesz reali−
zować  takie  i jeszcze  trudniejsze  programy.  Potrzebną  wiedzę  stop−
niowo zdobędziesz w trakcie kursu.

Analizując potrzeby i możliwości, doszedłem jednak do wniosku,

że nie możemy zacząć od mikroprocesora i jego programowania. To
mógłby być skok w przepaść. Najpierw, w pierwszej części kursu musisz
choć troszkę opanować znany i popularny od wielu lat język programo−
wania – BASIC. Właśnie za jego pomocą najłatwiej będzie Ci poznać
podstawowe

pojęcia,

charakterystyczne dla
wszystkich

języków

programowania. Co bar−
dzo  ważne,  BASCOM,
którego  będziemy  uży−
wać do programowania,
jest  dialektem  języka
BASIC,  ukierunkowa−
nym  na  programowanie
tak  zwanych  proceso−
rów  jednoukładowych.
Na  rysunkach  2  i 3
znajdziesz  dwa  zrzuty
ekranowe z ćwiczeń.

Dopiero po opano−

waniu  podstaw  języka
BASIC,  przekażę  Ci
w ogólnym  zarysie
podstawowe  informa−
cje  o budowie  mikro−
procesorów,  które  bę−
dziesz  programować.
Dlatego  druga  część
cyklu  poświęcona  bę−
dzie omówieniu budo−
wy

procesorów,

a przynajmniej  naj−
ważniejszych  wiado−
mości  o budowie  na−
szego głównego boha−
tera – patrz rysunek 4.
I dopiero  na  tej  bazie,

z wystarczającą  pewnością
siebie,  w trzeciej  części
kursu zabierzesz się za pro−
gramowanie mikroproceso−
rów z wykorzystaniem pro−
gramu  BASCOM,  ściślej
BASCOM  AVR.  Zacznie−
my  od  najprostszych  pro−
gramów  –  przykład  masz

na  rysunku  5.
A gdy  z czasem
opanujesz  progra−
mowanie  proceso−
rów  w

stopniu,

który uznasz za
wystarczający, mo−
żesz rozszerzyć za−
kres zaintereso−

wań i zająć się programowaniem komputerów PC za pomocą progra−
mu Visual Basic albo lepiej DELPHI. Ale to zupełnie inna historia.

A teraz mam do Ciebie serdeczną prośbę! Zastanów się, kto

z Twoich znajomych mógłby okazać zainteresowanie tematem pro−
gramowania mikroprocesorów. Podsuń takim osobom ten artykuł.
Daj im szansę, by zaczęli kurs od następnego numeru EdW.

Piotr Górecki

Rys. 4

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 5

Fot. 2

Fot. 1

Ośla łączka

125

Biblioteczka Praktyka

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

Wrzesień 2002

Na rysunku 1 pokazany jest układ wy−
prowadzeń  bramek  CMOS  z  wejściami
Schmitta,  w  tym  kostek  40106,  4584  i
74HC14  o  identycznym  układzie  wy−
prowadzeń.  Podstawowe  parametry
układów CMOS podane były w Biblio−
teczce  Praktyka  na  poprzedniej  wypra−
wie – patrz EdW 12/2001.

Skracanie, wydłużanie
i opóźnianie impulsów

Na  poprzednich  wyprawach  zdobyliśmy
sporo wiedzy na temat różnych układów
impulsowych.  Uporządkujmy  tę  wiedzę
w  ramach  ćwiczenia,  wykorzystując
bramki  „ze  szmitem”.  Właśnie  bramki  z
wejściem  Schmitta  doskonale  nadają  się
do różnorodnej „obróbki” impulsów.

Na pewno potrafisz skrócić impuls –

możesz  wykorzystać  obwód  różniczku−
jący,  poznany  na  wyprawie  2  (EdW
12/2000  i  1/2001).  Przykłady  masz  na

rysunku  2.  Łatwo  też
opóźnić  długi  impuls  za
pomocą  obwodu  całkują−
cego  według  rysunku  3.
Zauważ,  że  tu  czas  pier−
wotnego  impulsu  musi
być  większy  niż  czas
opóźnienia,  w  przeciw−

nym wypadku im−
puls  ten  „zginie”.
Gdybyśmy  chcieli
usunąć  tę  wadę,
musielibyśmy  za−
stosować  szereg
układów  opóźniających  o  krót−
szych  czasach  opóźnienia  we−
dług rysunku 4.

Możesz różnie opóźniać każde

ze  zboczy  w  obwodach  pokaza−
nych na rysunku 5. Aby wydłu−
żyć  impuls,  możemy  wykorzy−
stać jeden z układów według ry−
sunku  5a,  b.  Zwykle  lepiej  jest

jednak zastosować układ według rysun−

ku  6,  gdzie  można  wy−
korzystać  „zwykłe  elek−
trolity”.  Aby  w  stanie
spoczynku  pozostawały
pod napięciem, można je
włączyć  według  rysun−
ków 6b, 6d. W praktyce,
projektując  tego  typu
układy,  trzeba  zwrócić
uwagę,  jak  zachowają
się one tuż po włączeniu
zasilania  –  czy  konden−
satory muszą się nałado−
wać,  czy  nie,  i  czy  spo−
woduje  to  jakieś  niepo−
żądane zjawiska w ukła−
dzie  właśnie  podczas
włączania zasilania.

W układach według

rysunku 6 impuls wyj−
ściowy zawsze będzie

dłuższy niż wejściowy – całkowity czas
będzie  sumą  czasu  impulsu  wejściowe−
go  i  czasu  wyznaczonego  przez  obwód
RC.  Jeśli  natomiast  impuls  wyjściowy
ma  mieć  stałą  wartość,  niezależną  od
impulsu wejściowego, można wykorzy−
stać klasyczne uniwibratory według ry−
sunku  7,  które  są  wyzwalane  zboczem
(rosnącym  w  układzie  z  bramkami
4001, opadającym − z bramkami 4011).

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

Rys. 5

Informacje dotyczące zestawu EdW−A06 do „Oślej łączki” znajdują się na stronie z Ofertą AVT.

Rys. 6

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

126

Ośla łączka

Ze względu na silne dodatnie sprzężenie
zwrotne  można  tu  wykorzystać  zwykłe
bramki  NAND  lub  NOR.  Ponieważ  w
spoczynku kondensator pozostaje tu bez
napięcia,  więc  raczej  nie  powinien  to
być „zwykły elektrolit”. Warto zwrócić
uwagę,  że  kolejne  impulsy  (zbocza)
przychodzące w czasie trwania impulsu
wyjściowego  nie  wywołują  reakcji
układu. Inaczej mówiąc, nie przedłużają
czasu trwania impulsu.

Dedykowane układy scalone 4047,

4538, zależnie od układu połączeń, po−
zwalają zrealizować zarówno takie uni−
wibratory bez możliwości przedłużania,
jak i uniwibratory mające możliwość
przedłużania (z tzw. funkcją retrigger).

4047

Uniwersalny,  precyzyjny  układ  czaso−
wy  4047,  który  poznałeś  w  ćwiczeniu
10, znakomicie nadaje się do wytwarza−
nia  impulsów  o  czasach  od  pojedyn−
czych  mikrosekund  do  kilku  sekund.
Obwody  współpracujące  z  elementami
RC  zbudowane  są  podobnie,  jak  kla−
syczny  generator  dwubramkowy,  jed−
nak dzięki specyficznym rozwiązaniom
nie jest potrzebny rezystor ograniczają−
cy prąd (RS), stosowany w klasycznym
rozwiązaniu.  Z  kostką  4047  mogą
współpracować tylko kondensatory nie−
biegunowe  –  nie  można  wykorzystać
„elektrolitów”  ani  zwykłych,  ani  tanta−
lowych.  Aby  uzyskać  dobrą  stabilność
temperaturową,  koniecznie  należy  sto−
sować kondensatory i rezystory o wyso−
kich  parametrach.  W praktyce  wystar−
czą  popularne  kondensatory  foliowe
MKT i  metalizowane  rezystory,  najle−
piej  o  1−procentowej  tolerancji.  Rezy−
story o takiej tolerancji na pewno są me−
talizowane (a nie węglowe) i mają mały

współczynnik  cieplny.  Uzyskasz  wtedy
stałość  częstotliwości  przy  niezbyt  du−
żych  zmianach  temperatury  i  napięcia
zasilania lepszą niż ±2%.

Kostka 4047 może pełnić rolę genera−

tora (przerzutnika astabilnego) albo uni−
wibratora (przerzutnika astabilnego).
Ma wiele wejść, które umożliwiają róż−
ne sposoby działania i wyzwalania.
Ważną cechą układu 4047 jest obecność
dzielnika wyjściowego i aż trzech wyjść.

Połączenia przy pracy w roli uniwi−

bratora pokazane są na rysunku 8. Nie
wykorzystujemy wtedy wyjścia OSC,
czyli nóżki 13, gdzie pojawiają się dwa
impulsy. Zawsze pobieramy sygnał z
wyjść Q i Q\, czyli nóżek 10, 11. Czas
trwania impulsu na tych wyjściach wy−
nosi: T = 2,48 RC

Podstawowe przykłady wykorzysta−

nia kostki 4047 w roli generatora poka−
zane są na rysunku 9. Można wtedy
wykorzystać wyjście oscylatora (OSC)
– nóżkę 13, gdzie generowany przebieg
ma okres: T = 2,2 RC

Na wyjściach Q i Q\ (n. 10, 11) dzię−

ki podzieleniu częstotliwości przez dwa
uzyskuje  się  przebieg  prostokątny  o
okresie:  T =  4,4  RC  przy  czym  współ−
czynnik  wypełnienia  wynosi  idealnie
50% (wypełnienie na wyjściu OSC mo−
że nieco różnić się od 50%). Dla ścisło−

ści należy dodać, że pierwszy impuls
pojawiający się na wyjściach OSC i Q,
Q\ jest trochę dłuższy od pozostałych,
co nie ma zwykle praktycznego znacze−
nia.

4538

Na rysunku 10 znajdziesz rozkład wy−
prowadzeń  i  podstawowe  układy  pracy
kostki 4538, zawierającej dwa jednako−
we  uniwibratory.  W nawiasach  podana
jest  numeracja  wyprowadzeń  drugiego
uniwibratora.  Nóżki  1  i  15  związane  z
obwodem  (szybkiego)  rozładowywania
kondensatora  mają  być  dołączone  do
masy  (nóżki  8).  Warto  wiedzieć,  że  w
spoczynku  kondensator  C  jest  w  pełni
naładowany.  Po  wyzwoleniu  jest  szyb−
ko  rozładowywany,  a  następnie  ładuje
się

powoli

przez

rezystor

(4,7k

Ω

...1M

Ω

). Oznacza to, że w ukła−

dzie można śmiało stosować kondensa−
tory stałe (1nF...1

F), a także elektroli−

tyczne.  W przypadku  zwykłych,  czyli
aluminiowych  „elektrolitów”  trzeba  li−
czyć  się  z  możliwością  znacznych
zmian pojemności z czasem (efekt prze−
formowania i starzenia).

Wejście A pozwala wyzwalać uniwi−

brator zboczem dodatnim, przy czym na
wejściu B musi być przy tym stan wyso−
ki.  Dzięki  obwodowi  Schmitta  układ
zostanie  poprawnie  wyzwolony  nawet
gdy  przebieg  na  wejściu  A rośnie  bar−
dzo pomału. Uniwibrator można też wy−
zwolić zboczem ujemnym na wejściu B,
gdy na wejściu A panuje stan niski.

Czas impulsu wyjściowego wynosi

około T = RC.

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

Wrzesień 2002

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 9

Ośla łączka

127

Impuls wyjściowy można skrócić.

Przerzutnik zostaje doprowadzony do
stanu spoczynkowego przez podanie
stanu niskiego na wejście zerujące RST
(nózki 3, 13). Podczas normalnej pracy
wejścia RST są dołączone do plusa za−
silania.

W układzie z rysunku 10 kolejne im−

pulsy wyzwalające przedłużają czas im−
pulsu wyjściowego. Odpowiednie połą−
czenie jednego wyjścia z wejściem daje
uniwibrator bez możliwości przedłuża−
nia impulsu – połączenia i przebiegi po−
kazane są na rysunku 11.

Zalecany zakres czasów impulsu wy−

nosi od 10us do 10s (1M

Ω

, 10

F). Gdy

potrzebny  jest  długi  impuls  o  ściśle
określonym  czasie  trwania,  należy  wy−
korzystać  kondensatory  tantalowe  albo
zastosować  uniwibrator  z  kostką  4541.
Jeśli  pojemność  kondensatora  C  prze−
kracza  10

F, warto zastosować diodę

chroniącą  układ
w czasie wyłącza−
nia  napięcia  zasi−
lania,  gdy  C  jest
naładowany.  Spo−
sób

włączenia

diody  pokazany
jest  na  rysunku
12.  Przy  zaleca−
nych

pojemno−

ściach w zakresie
1nF...10

F dioda

taka nie jest po−
trzebna.

Oprócz kostki 4538 produkowane są

też  kostki  4528,  4089  pełniące  taką  sa−
mą funkcję i mające identyczny rozkład
wyprowadzeń.  Różnią  się  one  budową
wewnętrzną  i  zakresem  czasów  impul−
su.  Choć  często  mogą  być  stosowane
wymiennie,  najczęściej  wykorzystuje−
my właśnie układ 4538.

4541

Układ scalony 4541 może pełnić funk−
cję generatora albo uniwibratora, wy−
twarzającego pojedyncze impulsy.

Uproszczony schemat wewnętrzny

i przykładowe przebiegi pokazane są na
rysunku 13. Bramki wejściowe związa−
ne  z  nóżkami  1,  2,  3  tworzą  klasyczny
generator  dwubramkowy,  który  jest
źródłem sygnału dla następnych stopni.
Współpracuje z nimi kondensator stały,
nie elektrolityczny. Kostka zawiera pro−
gramowany  dzielnik,  przez  co  łatwo
można uzyskać impulsy o długich i bar−
dzo długich czasach, w praktyce od 1 se−
kundy do kilkudziesięciu godzin.

Układ może zliczać impulsy z zewnę−

trznego generatora – należy je podać na
nóżkę 3, a nóżki 1 i 2 pozostawić nie−
podłączone.

Jeśli wejście AR − Auto Reset (nóż−

ka 5) jest zwarte do masy, po włączeniu
zasilania układ na pewno zostanie wyze−
rowany  i  rozpocznie  prawidłowy  cykl
pracy,  o  ile  napięcie  zasilania  nie  jest
mniejsze niż 7,5V (należy się jednak li−
czyć  ze  zwiększonym  poborem  prądu).
Dla napięć zasilania 3...7,5V układ auto−
zerowania może nie działać poprawnie.
W ogromnej  większości  przypadków
wejście AR jest dołączone do plusa za−
silania i wtedy układ pracuje w pełnym
zakresie napięć zasilania (3...18V), a po−
bór prądu jest minimalny.

Wejście SEL (nóżka 9) określa stan

wyjścia Q w czasie zerowania i po wyze−
rowaniu. W trybie uniwibratora pozwala
uzyskać impulsy wyjściowe dodatnie
lub ujemne, a w trybie sterowanego ge−
neratora określa stan spoczynkowy wyj−
ścia w czasie zerowania. Wejścia A, B
(nóżki 12, 13) określają stopień podziału
wewnętrznego licznika. Wejście MODE
(nóżka 10) wyznacza tryb pracy: genera−
tor/uniwibrator.

Choć układ wygląda na skomplikowa−

ny, zasada pracy jest prosta: podanie sta−
nu wysokiego na wejście MR zatrzymuje
oscylator i zeruje liczniki. Na wyjściu po−
jawia  się  stan  taki,  jak  na  wejściu  SEL.
Pojawienie się stanu niskiego na wejściu
MR rozpoczyna pracę. W trybie generato−
ra (MODE=H) na wyjściu Q pojawia się
przebieg  prostokątny  o częstotliwości
określonej  przez  elementy  RC  oscylatora
i współczynnik podziału licznika, jak poka−
zuje  rysunek  13b.  W trybie  uniwibratora

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

Wrzesień 2002

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

Rys. 10

Rys. 11

Rys. 12

128

Ośla łączka

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

Wrzesień 2002

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

RAKTYKA

BIBLIOTECZKA

(MODE=L) na wyjściu pojawia się poje−
dynczy impuls. Jego czas trwania, inaczej
niż w poprzednio omawianych uniwibra−
torach, jest sumą czasu trwania impulsu
zerującego i czasu potrzebnego na zlicze−
nie wyznaczonej liczby impulsów oscyla−
tora, jak pokazuje rysunek 13c.

Okres jednego przebiegu oscylatora

jest wyznaczony głównie przez wartość
R

i C (dołączonych do nóżek 1, 2)

i wynosi około T = 2,3 R

Współczynnik podziału dzielnika

wyznaczają stany na wejściach A, B
(nóżki 12, 13):

W trybie generatora

okres przebiegu wyj−
ściowego jest równy
iloczynowi

okresu

oscylatora  i podanego
współczynnika.  Uwa−
ga, czas trwania impulsu w trybie uni−
wibratora  jest  równy  połowie  okresu
przebiegu  wyjściowego  w trybie  gene−
ratora.  Praktyczne  sposoby  wykorzy−
stania  tego  układu  4541  zostały  przed−
stawione w ćwiczeniu 11.

4046

W rodzinie  CMOS
4000  znajdziesz  nad
wyraz  interesującą  kostkę,  zawierającą
generator – układ 4046.

W zasadzie jest to tak zwana pętla fa−

zowa – dość skomplikowany układ sto−
sowany kiedyś w obwodach syntezy
częstotliwości. Blokowy schemat ukła−
du 4046 pokazany jest na rysunku 14a.

Na razie możemy zachowywać się

jak profani. Nie bacząc na szczytne
przeznaczenie układu 4046, będziemy
wykorzystywać tylko jego część – gene−
rator przestrajany napięciem, oznaczany
VCO od angielskiego określenia Volta−
ge Controlled Oscillator.

Jak wskazuje rysunek 14b, stan wy−

soki podany na wejście INH (inhibit −

wstrzymanie) pozwala zatrzymać genera−
tor VCO. Stan niski umożliwia pracę. Na−
pięcie  na  wejściu  sterującym  VCO  IN
(nóżka  9)  wyznacza  aktualną  częstotli−
wość. Czym wyższe napięcie, tym wyższa
częstotliwość.  Napięcie  sterujące  może
zmieniać się od zera (masa) do pełnego na−
pięcia  zasilania.  Gdy  brak  R2  (nóżka  12
niepodłączona),  częstotliwość  można
zmieniać od zera do tak obliczonej często−
tliwości  maksymalnej.  Maksymalną  czę−
stotliwość  generatora  wyznaczają  wtedy
kondensator  C  i  rezystor  R1.  Częstotli−
wość ta wynosi około f

= 1 / (R1*C).

Rezystor R2 pozwala zmniejszyć za−

kres zmian częstotliwości – wyznacza
częstotliwość minimalną wynoszącą
około fmin = 1 / (R2*C)

Obecność R2 ma też wpływ na czę−

stotliwość maksymalną. Częstotliwość
maksymalna z rezystorem R2 wynosi
fmax = fmin + f

Podane wzory są orientacyjne – ze

względu na specyfikę układu obliczone
wartości częstotliwości mogą się znacz−
nie różnić od rzeczywistych.

W układzie należy zastosować kon−

densator stały. Zalecany zakres wartości
elementów to C – 100pF...1uF, R1,R2 –
10k

Ω

...1M

Ω

Pozostałe obwody kostki 4046,

w tym  dioda  Zenera,  nie  są  zwykle
wykorzystywane.  Nie  musisz  rozu−
mieć  ich  działania.  Aby  jednak  nie
zwiększać  poboru  prądu,  koniecznie
musimy dołączyć nieużywane wejścia
3 i 14 do masy albo do plusa zasilania.
Nieużywane  wyjścia  trzeba  pozosta−
wić niepodłączone (nóżki 1, 2, 10, 13
i 15).

W razie potrzeby można wykorzy−

stać jeden z zawartych w kostce detek−
torów fazy, który w istocie jest tak zwa−
ną bramką EX−OR. Wejściami są nóżki
3, 14, wyjściem − nóżka 2. Wykorzysta−
liśmy  to  w  ćwiczeniu  13,  gdzie  dzięki
dołączeniu  nóżki  14  do  plusa  zasilania
bramka  EX−OR  pełni  rolę  negatora
(nóżki 3 − 2).

Piotr Górecki

Rys. 13

A B podział

0 0 8192

0 1 1024
1 0

256

1 1 65536

Rys. 14

Przy pierwszym kontakcie z narzędziami do
projektowania  płytek  zawartymi  w Protelu,
możesz  poczuć  się  wręcz  zagubiony.  Jeśli
nigdy  nie  projektowałeś  płytek,  mnóstwo
możliwości  i niezrozumiałych  właściwości
jest w stanie skutecznie Cię przerazić i znie−
chęcić do dalszego zajmowania się tematem.
Także  osobom  przyzwyczajonym  do  prost−
szych  programów  (Autotrax,  Trax  Maker)
domyślne  ustawienia  ręcznego  trasowania
ścieżek i sygnalizacja błędów Protela wydają
się co najmniej dziwne i zniechęcają. Niejed−
nokrotnie spotkałem się z opinią, że ten cały
Protel  jest  niby  dobry,  ale  ja  wolę  po  stare−
mu, w Autotraxie.

Wcale się nie dziwię takim reakcjom. Pro−

tel  „ustawiony”  jest  pod  skomplikowane  pro−
jekty i wielowarstwowe płytki – to bardzo po−
tężne  narzędzie,  przeznaczone  do  realizacji
skomplikowanych celów, w którym kolosalną
rolę odgrywa daleko posunięta automatyzacja.
Końcowym efektem pracy projektanta są licz−
ne pliki z danymi. Jedne przeznaczone są dla
wytwórców  płytek  (do  wykonania  klisz,  do
wiercenia otworów), inne dla działu zaopatrze−
nia  (wykazy  elementów),  jeszcze  inne  będą
sterować  automatami  montującymi  elementy
oraz testującymi płytki i gotowe moduły.

Tymczasem Autotrax czy Trax Maker czę−

sto wykorzystywane są do projektowania pły−
tek  „na  piechotę”,  bez  netlisty,  wprost  ze
schematu ideowego na kartce. Projektant sam
musi wszystkiego dopilnować, w szczególno−
ści  zapewnić  zgodność  ze  schematem  ideo−
wym.  Efektem  pracy  jest  dokonany  na  dru−
karce  wydruk  ścieżek  oraz  wydruk  warstwy
opisu. Płytka wykonywana jest potem w wa−
runkach amatorskich albo prostymi metodami
chemicznymi,  albo  nawet  metodą  ręcznego
malowania ścieżek i punktów. Tylko w przy−
padku układów najprostszych taki sposób ma
jako taką rację bytu. Jeśli chcesz projektować
płytki w ten sposób, „na piechotę”, raz na za−

wsze zapomnij o Protelu – skorzystaj z Easy−
traxa, Autotraxa czy Trax Makera. Próba wy−
korzystania Protela do opisanej dłubaniny na−
prawdę nie ma sensu, a właściwości i mnóst−
wo opcji Protela tylko utrudnią taką zabawę.
Jeśli jednak chcesz nauczyć się projektowania
płytek w sposób zgodny z ogólnie przyjętymi
regułami,  Protel  znakomicie  ułatwi  Ci  zada−
nie.  To  wszystko,  co  Cię  na  początku  prze−
straszy,  zdziwi  i zirytuje,  przy  bliższym  po−
znaniu okaże się znakomitą pomocą w reali−
zacji celu. Kluczem do problemu jest wiedza
–  musisz  dobrze  zrozumieć,  dlaczego  Protel
reaguje tak, a nie inaczej: dlaczego chce pro−
wadzić  ścieżki  w dziwny  sposób,  dlaczego
nie  pozwala  poprowadzić  ich  w pewnych
miejscach  i dlaczego  podświetla  niektóre
miejsca  jaskrawymi  kolorami,  sygnalizując
błąd. To nie są zachcianki Protela, tylko jego
troska o poprawność projektu. Protel na pew−
no  nie  jest  złośliwy  –  reaguje,  bo  został  tak
ustawiony. Cały problem początkujących po−
lega na tym, że nie rozumieją kluczowych za−
sad,  możliwości  i znaczenia  poszczególnych
ustawień.  Tymczasem  wspominane  ustawie−
nia  można  zmienić,  a nawet  powyłączać.
Szczerze  mówiąc,  można  wyłączyć  zaawan−
sowane opcje Protela, by zachowywał się nie−
mal jak stary Autotrax. Wierz mi – nie ma to
sensu. Jak najbardziej warto zrozumieć i wy−
korzystać  możliwości  Protela.  Jeśli  dobrze
zrozumiesz  poszczególne  opcje  programu,
docenisz  je  i naprawdę  będą  one  znakomitą
pomocą w pracy. Nastaw się więc pozytywnie
do Protela,  nawet  jeśli  Ty  lub  ktoś  ze  znajo−
mych  ma  negatywne  wrażenia  z pierwszego
kontaktu  z jego  narzędziami  do  projektowa−
nia  płytek.  Szczegółami  zajmiemy  się
później,  a na  razie  muszę  omówić  drugi  po−
ważny problem – problem bibliotek.

W przypadku bibliotek „schematowych”

sprawa jest prostsza, a problem sprowadza
się do estetyki oraz możliwości symulacji.

Z „płytkowymi”  elementami  bibliotecznymi
rzecz  jest  znacznie  poważniejsza.  Jak  być
może  wiesz,  standardowe  elementy  biblio−
teczne  przeznaczone  są  do  projektowania
płytek co najmniej dwustronnych.

Może tu zapytasz, jak wygląda płytka wię−

cej  niż  dwustronna,  na  przykład  czterostron−
na. Masz rację, sformułowanie płytka jedno−
stronna i płytka dwustronna są nieprecyzyjne,
ale za to często używane. Na rysunkach 1 i 2
są  pokazane  w uproszczeniu  płytka  jedno−
stronna (tylko  Bottom  Layer)  i dwustronna
(Bottom  i Top  Layer).  Prawdziwie  jedno−
stronna jest z definicji np. wstęga Moebiusa.
Tak  naprawdę,  każda  klasyczna  płytka  jest
dwustronna  (strona  elementów  i strona  luto−
wania) – płytki różnią się tylko liczbą warstw
miedzi (copper  layers).  Zasadniczo  powinni−
śmy mówić o płytkach n−warstwowych, a nie
n−stronnych,  ale  to  nieistotny  szczegół  –  ja
nadal będę używał określeń nie do końca pre−
cyzyjnych, za to powszechnie używanych.

Czy widziałeś z bliska płytkę wielowar−

stwową?  Prawdopodobnie  widziałeś,  tylko
nie  zwróciłeś  uwagi  –  na  przykład  płytki
wielowarstwowe  są  powszechnie  wykorzy−
stywane  w komputerach  jako  płyty  główne
(Motherboard). Rysunek 3 pokazuje przekrój

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

Wrzesień 2002

Rys. 1

Rys. 2

Spotkanie 6

Do  tej  pory  zajmowaliśmy  się  schematami  ideo−
wymi,  bibliotekami  „schematowymi”  oraz  po−
bieżnie kwestią symulacji. Najwyższa pora zająć
się projektowaniem płytek drukowanych. Zanim
jednak przejdziemy do szczegółów technicznych,
muszę  Ci  dokładnie  wytłumaczyć,  dlaczego  ko−

niecznie  trzeba  stworzyć  nowe  biblioteki  albo
zmodyfikować  oryginalne.  Mógłbym  „pójść  na
skróty” i zaprezentować Ci szybko procedury au−
tomatycznego  projektowania  z wykorzystaniem
domyślnych ustawień Protela. Uzyskałbyś szybko
eleganckie projekty płytek, ale... wpuściłbym Cię

na  potężną  minę.  Na  pewno  nie  wykonałbyś  ta−
kich  płytek  w warunkach  domowych,  a montaż
na płytkach wykonanych w zakładzie usługowym
przysporzyłby  Ci  wiele  kłopotów.  Dlatego  nie
zlekceważ  podanego  materiału,  dokładnie  się
z nim zapoznaj i zrealizuj podane zalecenia.

płytki ośmiowarstwowej, w której oprócz stan−
dardowych warstw Top i Bottom, mamy cztery
warstwy wewnętrzne i dwie płaszczyzny zasi−
lania  (Power  Plane).  Protel,  niesamowicie  po−
tężne  narzędzie,  pozwala  projektować  nawet
płytki  48−warstwowe  (aż  tak  rozbudowanych
płytek w praktyce się nie spotyka). W Protelu
masz  do  dyspozycji  32  warstwy  sygnałowe:
Top Layer, Bottom Layer i 30 warstw wewnę−
trznych (Mid Layers), a do tego 16 wewnętrz−
nych płaszczyzn zasilania (tzw. Power Planes).

W elementach ze standardowych bibliotek

Protela typowy okrągły punkt lutowniczy ma
średnicę  62  milsów,  czyli  mniej  niż  1,6mm.
Tak  małe  punkty  lutownicze  umożliwiają
przeprowadzenie ścieżki o szerokości 12...13
milsów  między  nóżkami  układu  scalonego,
gwarantując  odstępy  izolacyjne  o szerokości
co  najmniej  12  milsów.  Wygląda  to  bardzo
zachęcająco, jak pokazuje rysunek 4.

Mam nadzieję, że już widzisz problem.

Bubloteki?

Jeśli mamy płytkę co najmniej dwuwarstwo−
wą z metalizowanymi otworami (według ry−
sunku 2), możemy pozwolić sobie na niewiel−
kie  punkty  lutownicze.  Taki  „dwustronny”
punkt  lutowniczy  z metalizowanym  otworem
zachowuje się jak nit i jest doskonale związany
z płytką.  W przypadku  płytki  najprostszej,
z jedną  warstwą  miedzi  (rysunek  1),  mały
punkt lutowniczy nie trzyma się dobrze i może
zostać łatwo uszkodzony (odklejony, odpalony)
podczas  lutowania.  Być  może  już  miałeś  do
czynienia z odklejającymi się punktami lutow−
niczymi.  Oprócz  powierzchni  punktu,  duże
znaczenie  mają  tu:  rodzaj  podłoża  (epoksyd,
papier) i siła adhezji miedzi i podłoża, która jest
różna dla płytek poszczególnych producentów.

Sprawa odklejania punktów lutowniczych pod−
czas lutowania to naprawdę poważny problem
w przypadku płytek „jednostronnych”. Pracow−
nicy Działu Serwisowego AVT mogliby Ci dłu−
go opowiadać na temat nieumiejętnego lutowa−
nia  i odpalania  punktów  lutowniczych  przez
początkujących, zwłaszcza tych, którzy wyko−
rzystują lutownice transformatorowe. Problem
dotyczy jednak nie tylko początkujących – ma−
łe punkty na płytce jednostronnej naprawdę ła−
two mogą ulec odklejeniu i uszkodzeniu czy to
podczas montażu, czy później przy wstrząsach
urządzenia.  Dlatego  projektując  płytki  „jed−
nostronne”, obowiązkowo  trzeba  stosować
elementy biblioteczne o większych punktach
lutowniczych.  Różnicę  już  na  pierwszy  rzut
oka widać na rysunku 5. Standardowe elemen−
ty z bibliotek Protela mają okrągłe punkty o śre−
dnicy  62  milsów  (1,575mm)  i otwory  35mil
(0,9mm), natomiast te „tłuściejsze” mają punk−
ty  o średnicach  80mil  (2,03mm)  i 85mil
(2,16mm) oraz otwór 32mil (0,8mm). Różnica
w powierzchni miedzi jest ogromna: dla „stan−
dardowego”  punktu  62/35mil  powierzchnia
punktu po odliczeniu otworu wynosi 1,33mm

dla 80/32mil – 3,61mm

, dla 85/32 – 4,14mm

Porównaj  te  liczby  –  komentarz  jest  chyba
zbędny.  Znam  paru  elektroników,  którzy  „za−
chłysnęli”  się  możliwościami  Protela,  ale  nie
dopilnowali problemu wielkości punktów i gru−
bości  ścieżek  na  płytkach  jednostronnych  –
przysporzyli sobie i innym dużo kłopotów.

Jeśli zamierzasz projektować płytki jedno−

stronne,  musisz  postarać  się  o elementy  bi−
blioteczne  z odpowiednio  „tłustymi”  punkta−
mi. Albo przerobisz oryginalne biblioteki, albo
stworzysz  nowe  od  podstaw,  albo  wreszcie
ktoś Ci takowe udostępni. I tu masz pierwsze
bardzo ważne zadanie: stworzenie albo dosto−
sowanie  bibliotek  do  potrzeb  druku  jedno−
stronnego.  Nie  jest  to  zbyt  dobra  wiadomość
z kilku względów. Nie chodzi tylko o przerób−
kę  –  można  jednorazowo  przerobić  biblioteki
albo lepiej stworzyć jedną, nową, przeznaczo−
ną  dla  płytek  jednostronnych.  Ale  jest  tu  je−
szcze jeden problem, którego nie możemy po−
minąć.  Jak  pokazują  poprzednie  rysunki,  po−
między  sąsiednimi  wyprowadzeniami  „stan−
dardowego”  układu  scalonego  można  śmiało
poprowadzić  ścieżkę.  Nie  da  się  tego  zrobić

w przypadku okrągłych punktów o średnicy 80
czy 85 milsów. To jest poważny problem przy
automatycznym projektowaniu druku: stosując
takie „tłuste” punkty, utrudnisz albo nawet
uniemożliwisz automatyczne zaprojektowanie
druku na takich jednostronnych płytkach.

Zwiększenie średnicy pól lutowniczych

typowych  elementów  dyskretnych  (rezysto−
rów, kondensatorów, diod i tranzystorów) nie
sprawi kłopotów. W przypadku układów sca−
lonych  trzeba  wziąć  pod  uwagę  dodatkowe
ograniczenia.  W typowych  przypadkach  za−
lecam,  żebyś  stosował  punkty  typu  zaokrą−
glony prostokąt – Rounded Rectangle o sze−
rokości  80mil  i długości  100mil.  Ich  po−
wierzchnia jest duża i wierz mi, z takimi du−
żymi punktami nie ma kłopotów podczas lu−
towania,  nie  odklejają  się.  Gorzej  jest  pod−
czas  automatycznego  projektowania:  jeśli
wykorzystasz biblioteki z układami scalony−
mi  punktami  rounded  rectangle 80x100mil,
automat nie poprowadzi żadnej ścieżki mię−
dzy ich nóżkami. A taki zabieg w przypadku
płytek  jednostronnych  często  jest  wręcz  ko−
nieczny.  Przy  ręcznym  trasowaniu  ścieżek
można ręcznie zmienić dwa sąsiednie punkty
z 80x100  na  63x125  i poprowadzić  między
nimi ścieżkę 12 lub 13mil, jak pokazuje ry−
sunek  6.  W przypadku  projektowania  auto−
matycznego  wypadałoby  zastosować  układy
scalone ze wszystkimi punktami 63x125.

Zasygnalizowałem Ci poważny problem

związany z płytkami jednostronnymi. Jeśli pla−
nujesz takowe projektować, koniecznie musisz
stworzyć oddzielną bibliotekę. I to jest zadanie
na  najbliższy  miesiąc.  Przejrzyj  najpierw
wszystkie oryginalne biblioteki Protela (...\De−
signExplorer99SE\Library\PCB...).  Stwórz
oddzielną  bibliotekę  najczęściej  używanych
elementów z „tłustymi” punktami lutowniczy−
mi. Zasady są tu analogiczne, jak w przypadku
bibliotek  „schematowych”:  możesz  kopiować
biblioteki, elementy między bibliotekami i do−
wolnie  je  modyfikować.  Wbrew  pozorom,
tych najpopularniejszych elementów wcale nie
jest dużo. Na naszej stronie internetowej znaj−
dziesz  przykład  takiej  biblioteki,  przekon−
wertowanej  z Autotraxa.  W swojej  możesz
śmiało zastosować jeszcze większe punkty.

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

Wrzesień 2002

Rys. 6

Rys. 5

Rys. 3

Rys. 4

Do czego to służy?

Przedstawiony w artykule układ może pełnić
funkcję sygnalizatora lub czujnika zbliżenia
w urządzeniach alarmowych, systemach au−
tomatycznego sterowania, itp.

W niektórych przypadkach może on za−

stąpić fabryczne pasywne czujki podczerwie−
ni oraz tory podczerwieni aktywnej.

Jak to działa?

Zasada działania jest podobna do pracy rada−
ru  albo  sonaru:  urządzenie  wysyła  impulsy
promieniowania  podczerwonego,  gdy  dosta−
tecznie  blisko  znajdzie  się  jakiś  obiekt;  fala
odbija się od niego i odbiornik ją wychwytu−
je. Układ posiada więc tę zaletę, że nie trze−
ba  stosować  nadajnika  i odbiornika  umie−
szczonych  naprzeciw  siebie,  co  zwykle  wy−
maga  przeciągania  dodatkowych  kabli;  po−
siada  zwartą  i jednolitą  budowę.  Schemat
ideowy  przedstawiony  jest  na  rysunku  1.

Generator zbudowany na bramce U2B i ele−
mentach C1R5 wytwarza przebieg prostokąt−
ny  o częstotliwości  ok.  2Hz.  Przy  każdym
narastającym  zboczu  na  czas  wyznaczony
wartościami  elementów  C2R1  załącza  się
drugi generator na bramce U2A.

Na jego wyjściu (nóżka 3 U2) otrzymuje−

my  przebieg  o częstotliwości  36kHz.  Z taką
częstotliwością  jest  kluczowana,  przez  czas
1ms i przerwą 0,5s, dioda nadawcza D1. Sca−
lony  odbiornik  podczerwieni  TFMS5360
(U1) reaguje tylko na promieniowanie o czę−
stotliwości nośnej f=36kHz, a więc jest mało
prawdopodobne, że pracę układu coś zakłóci,
chyba że w jego pobliżu znajdują się pracują−
ce właśnie na tej częstotliwości piloty. Układ
TFMS5360  charakteryzuje  się  bardzo  dużą
czułością, nawet na falę odbitą. Aby dostoso−
wać  czułość,  a tym  samym  próg  zadziałania
układu, należy zmienić natężenie promienio−
wania  diody  D1.  Najprościej  tego  dokonać
zwiększając  lub  zmniejszając  prąd  płynący

przez nią za pomocą potencjometru PR2. Na
wyjściu kostki U1 zastosowany został tranzy−
stor NPN w układzie ze wspólnym emiterem
i rezystorem podciągającym do plusa zasila−
nia o wartości 100k

Ω

. Podczas spoczynku

występuje na tym wyjściu stan wysoki, nato−
miast w stanie aktywnym jest tam potencjał
masy. Między wyjście a plus włączony został
kondensator C4.

Ciąg dalszy na stronie 59.

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

Wrzesień 2002

Rys. 1 Schemat ideowy

Komplet podzespołów z płytką

jest dostępny w sieci handlo−

wej AVT jako kit szkolny

AVT−2641

Wykaz elementów

Rezystory

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

Ω

R22,,R

R44,,R

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,77kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1155kk

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600kk

Ω

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

Ω

Kondensatory

C11,,C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..882200ppFF
C

C44,,C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//1166V

Półprzewodniki

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTFFM

S 55336600 ((TTS

P 11773366))

S22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44009933

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

C555588

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa IIR

REED

D nnaaddaaw

wcczzaa

Inne

bbuuzzzzeerr 66V

V ddoo ddrruukkuu

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

Wrzesień 2002

Do czego to służy?

Po opublikowaniu w EdW 7/2002 opisu wy−
konania  odbiornika  CB  na  bazie  kitu
AVT−2347 dział handlowy AVT został zasy−
pany  lawiną  zamówień  na  układ  scalony
MC1248. Wymieniony układ scalony Moto−
roli  jest  generatorem,  który  −  po  dołączeniu
obwodu rezonansowego LC i kilku dodatko−
wych  kondensatorów  −  daje  na  wyjściu  sy−
gnał  sinusoidalny  o maksymalnej  częstotli−
wości dochodzącej do 1GHz.

Niestety, układ ten jest trudny do nabycia

i dość drogi. Z nieco gorszym rezultatem, ale
za to na tanich, popularnych tranzystorach
BC, można zbudować generator przestrajany,
który będzie także w stanie współpracować
z kitem AVT−2347.

W zasadzie nie trzeba wymyślać nic no−

wego, a cofnąć się do wcześniejszych publi−
kacji na łamach EP. Układem, który aż prosi
się  o zaadaptowanie  go  do  ww.  odbiornika
jest  kit  AVT−228  (generator  przestrajany
VF0,  opisywany  w EP9/95).  Choć  ostatnio
skończyły  się  zapasy  magazynowe  płytek
drukowanych do tego kitu, to można liczyć,
że  przy  większym  zainteresowaniu  pojawią
się ponownie w sieci handlowej AVT.

Choć zakres częstotliwości generatora

AVT−228 wynosił od 5,0 do 5,5MHz, to po
zmianie częstotliwości rezonansowej LC mo−
że pracować w zakresie CB.

Jak to działa?

Schemat ideowy zmodyfikowanej wersji ge−
neratora przedstawiono na rysunku 1.

Zasadniczym elementem układu jest ge−

nerator na tranzystorze T1 pracujący w ukła−
dzie  Seilera.  Przy  wyższych  częstotliwo−
ściach, tzn. w zakresie VHF czy UHF, wska−
zane  jest  zastosowanie  lepszych  tranzysto−
rów w.cz., np. BF199, i zmniejszenie warto−
ści obwodu LC. Kondensatory C6 C7 tworzą
dzielnik  pojemnościowy,  zamykając  pętlę
dodatniego sprzężenia zwrotnego, niezbędną

do wytworzenia drgań. Obwód rezonansowy,
mający  zasadniczy  wpływ  na  częstotliwość
wyjściową, tworzy cewka L1 oraz kondensa−
tor  C4.  Częstotliwość  wyjściowa  jest  więk−
sza,  niż  to  wynika  z pierwotnie  zastosowa−
nych  elementów  LC,  ponieważ  została
zmniejszona wartość indukcyjności cewki L1
oraz  pojemności  kondensatora  C4.  Pomimo
że jako indukcyjność L1 wykorzystano popu−
larną cewkę obwodu częstotliwości różnico−
wej  o oznaczeniu  440,  która  posiada  induk−
cyjność 3,7

H, to po zamianie rdzenia ferry−

towego na aluminiowy wraz ze zmniejszony−
mi zewnętrznymi kondensatorami ma rezo−
nans na częstotliwości około 27MHz. Podob−
ny efekt uzyskuje się po zamianie filtru 440
na filtr o oznaczeniu 514 (indukcyjność
0,7

H; filtr ten jest użyty w modelu prezen−

towanym na fotografii).

Częstotliwość pierwotnego generatora była

regulowana za pośrednictwem kondensatora
C1 o wartości 45pF, składającego się z trzech

sekcji  równolegle  połączonych  ze  sobą  kon−
densatorów po 15pF. Taki kondensator z prze−
kładnią zębatą 1:1,5 produkcji Eltra (stosowa−
ny  w głowicach  w.cz.  w radioodbiornikach)
jest już nieosiągalny na rynku (czasem można
spotkać  pojedyncze  egzemplarze  na  różnych
giełdach  czy  wyprzedażach).  Z tego  też
względu rezygnujemy z tego elementu stroje−
nia, a pozostawiamy strojenie elektroniczne.

Dioda pojemnościowa D1 (wraz z szere−

gowym kondensatorem separującym C2)
tworząca obwód dokładnego dostrojenia, tak
zwany precyzer czy RIT, jest teraz jedynym
elementem strojenia.

Zakres przestrajania generatora za pomocą

potencjometru R14 (w dwóch skrajnych pozy−
cjach) jest wystarczający do pokrycia całego
zakresu CB, nawet z zapasem. Ważne jest pre−
cyzyjne ustawienie napięcia na diodzie za po−
mocą dobrej jakości potencjometru.

Sygnał z wyjścia generatora, poprzez kon−

densator sprzęgający C8, jest skierowany na
separator w postaci wtórnika emiterowego

Rys. 1 Schemat ideowy

−

zrealizowanego  na  tranzystorze  T2.  Bezpo−
średnio  po  tym  wtórniku  następują  dwa  do−
datkowe  stopnie.  Jeden,  identyczny  jak  wy−
żej  separator  z tranzystorem  T4,  to  układ
przystosowany do sterowania cyfrowej skali
częstotliwości,  zaś  drugi,  wnoszący  jeszcze
niewielkie  wzmocnienie,  podaje  sygnał  na
wejścia układów TCA440, czyli na mieszacz
odbiornika.

Zadaniem układu scalonego US1 jest

stabilizacja  napięcia  zasilania  generatora
oraz  zasilania  diody  pojemnościowej.  Pa−
rametry te mają duże znaczenie w uzyska−
niu stabilnej częstotliwości. Stabilizacja ta−
ka  jest  niezbędna,  nawet  jeśli  główne  na−
pięcie  zasilania  będzie  również  stabilizo−
wane. Na stabilność częstotliwości ma tak−
że wpływ jakość zastosowanych kondensa−
torów  C1...C8  (głównie  C4),  stabilność
cewki L1, a także − nie mniej ważna − sta−
bilność  mechaniczna.  Płytka  z generato−
rem, a szczególnie cewka L1, nie mogą być
narażone na drgania, wstrząsy i wpływ po−
la  magnetycznego  transformatora  siecio−
wego czy głośnika.

Montaż i uruchomienie

Układ generatora można zmontować na płyt−
ce drukowanej o wymiarach 40x50mm
przedstawionej na wkładce. Na rysunku 2
pokazano rozmieszczenie elementów.

Po zmontowaniu układu należy sprawdzić

na  jego  wyjściu  częstotliwość,  amplitudę
oraz  kształt  sygnału.  Przydatny  jest  tutaj
oscyloskop  lub  choćby  sonda  w.cz.  oraz,
obowiązkowo, miernik częstotliwości.

Regulacja generatora polega na takim do−

braniu  elementów  LC,  aby  w dwóch  skraj−
nych  położeniach  potencjometru  uzyskać
wymaganą  częstotliwość.  Częstotliwość  ta
w przypadku  odbiornika  kitu  AVT−2347  po−
winna być niższa lub wyższa od częstotliwo−
ści  odbieranej  o wartość  częstotliwości  po−
średniej, czyli 455kHz.

Warto dodać, że układ można dostosować

nie tylko do dopuszczonego do eksploatacji
w Polsce pasma 26,960−27,405MHz, lecz do
całego zakresu CB z zapasem, czyli 26−
28MHz.

Jeżeli nie uda nam się za pierwszym ra−

zem  zestroić  układu  po  usunięciu  rdzenia
z cewki  L1,  to  należy  wyciągnąć  właściwy
wniosek,  co  robić  dalej.  Komuś,  kto  nigdy
nie miał do czynienia z obwodami w.cz., mo−
że taka regulacja sprawić nieco kłopotu, dla−
tego poniżej podajemy kilka najważniejszych
wskazówek,  które  będą  pomocne  w urucha−
mianiu nie tylko tego obwodu.

Podwyższenie częstotliwości generatora

można osiągnąć na kilka sposobów, poprzez:
− wykręcenie rdzenia ferrytowego z korpusu
uzwojenia  L1  lub  skrócenia  pręcika  ferryto−
wego w oprawce,
−  wkręcenie  rdzenia  z materiału  diamagne−
tycznego, np. z mosiądzu lub aluminium (do−
pasować średnicę i skok gwintu),
− zmniejszenie liczby zwojów cewki L1; jeżeli
cewkę L1 uzyskaliśmy poprzez własnoręczne
przewinięcie innego obwodu 7x7, to po zdję−
ciu starej cewki należy nawinąć nową, o dobra−
nej liczbie zwojów (8−12 zwojów DNE 0,2),
−  zmniejszenie  pojemności  kondensatorów
C6 i C7,
−  podwyższenie  napięcia  zasilającego  diodę
pojemnościową D1.

Obniżenie częstotliwości nastąpi przy ope−

racjach przeciwnych do wyżej wymienionych
(zwiększenie pojemności, liczby zwojów...).

W generatorze modelowym w końcowej

fazie  montażu  autor  wymienił  oryginalne
stosowane  w kicie  kondensatory  ceramicz−
ne  180pF  na  monolityczne  100pF  koloru
czarnego  i z literką  „J“,  co  zdecydowanie
poprawiło  stabilność  częstotliwości  (rów−
nież w miejsce kondensatora C2 lepszy oka−
zał się kondensator monolityczny 100pF).

Po zmierzeniu zakresu zmian częstotli−

wości wyjściowej okazało się, że uległa ona
zwiększeniu (po korekcji rdzeniem jej za−
kres wyniósł 25,9−28,3MHz).

Oczywiście, gdyby ktoś chciał uzyskać

węższy  zakres,  to  bez  problemu  może  to
osiągnąć,  dobierając  wartość  kondensatora
C2  lub  ograniczając  zakres  zmian  napięcia
na diodzie D1.

Niezależnie od tego, ważną sprawą jest

zapewnienie precyzji w ustawieniu napięcia
na  diodzie  pojemnościowej.  W zasadzie
można  użyć  dowolnego  potencjometru
o pewnym styku ślizgacza suwaka, ale wy−
posażonego  w przekładnię  mechaniczną.
Sama oś potencjometru nie zapewnia precy−
zyjnego  ustawienia  dowolnej  częstotliwo−
ści, czyli dostrojenia się do korespondenta.
Z tego  względu  potrzebna  jest  dodatkowa
przekładnia,  zębata  czy  planetarna,  o prze−
łożeniu  co  najmniej  1:10.  Najlepsza  jest
przekładnia planetarna, stosowana w wielu
urządzeniach

profesjonalnych,

np.

w odbiorniku demobilowym typu R311
(często są ogłoszenia w Rynku i Giełdzie, za−
równo w EdW, jak i ŚR).

Najprościej jednak do precyzyjnego prze−

strajania generatora użyć potencjometru wie−

loobrotowego. Popularne potencjometry
dziesięciozwojowe o rezystancji 4,7...10k

Ω

mogą  stanowić  dostateczną  precyzję  stroje−
nia  odbiornika.  Można  również  zastosować
dwa  potencjometry  połączone  jeden  za  dru−
gim,  z których  pierwszy  od  strony  zasilania
będzie głównym elementem strojenia, zaś ten
drugi  (o dziesięciokrotnie  niższej  wartości,
np.  1k

Ω

), włączony od strony masy, będzie

precyzerem.

Sygnał z generatora powinien być prowa−

dzony do mieszacza za pośrednictwem prze−
wodu ekranowanego, a płytka w miarę moż−
liwości również powinna być ekranowana.

Oczywiście jeżeli ktoś nie będzie korzy−

stał z

programowanej skali cyfrowej

w odbiorniku, zadowalając się np. prostą ska−
lą mechaniczną, to może zrezygnować
z wtórnika z tranzystorem T4.

Podczas montażu filtru 514 należy przed

jego wlutowaniem usunąć zbędne uzwojenie
wtórne.

Andrzej Janeczek

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

Wrzesień 2002

Rys. 2 Schemat montażowy

Płytka drukowana jest dostępna

w sieci handlowej AVT jako

kit szkolny AVT−2648A

Wykaz elementów

Rezystory:

R11,, R

R22,, R

R44,, R

R55,, R

R77,, R

R88,, R

R1111,, R

R1122 1100kk

Ω

((44,,77......2222kk

Ω

))

R33,, R

R66,, R

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

Ω

((668800−11,,55kk

Ω

))

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

Ω

((333300−668800

Ω

))

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

((1100−222200

Ω

))

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 1100kk

Ω

//A

A ((44,,77......110000kk

Ω

))

nnaajjlleeppiieejj w

wiieelloooobbrroottoow

wyy ppootteennccjjoom

meettrr

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477kk

Ω

((1100−110000kk

Ω

))

Kondensatory:

C22,, C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100ppFF ((44,,77......4477ppFF))

C33,, C

C99,, C

C1144,, C

C1155,, C

C1166 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF ((1100−4477nnFF))

C55,, C

C66,, C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..118800ppFF ((4477......222200ppFF))

C1100,, C

C1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000ppFF ((1100−447700ppFF))

C1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF ((1100......222200nnFF))

C1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF ((110000ppFF......1100nnFF))

Inne:

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880088

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

C554477 iittpp..

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

B110055

LL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..551144 ((ffiillttrr 77xx77))

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

Wrzesień 2002

Do czego to służy?

Wszelkiego rodzaju zasilacze laboratoryjne
zawsze się cieszyły i cieszą wielką popular−
nością. Przecież jak by nie było, jest to pod−
stawowe urządzenie, w jakie powinien być
wyposażony każdy elektronik.

Proponowany układ jest prostym zasila−

czem  napięć  symetrycznych  o czterech  na−
pięciach wyjściowych odpowiednio wybiera−
nych  przełącznikiem.  Napięcia  wyjściowe
ustalone  zostały  na  wartości:  ±6V,  ±9V,
±12V oraz  ±15V.  Takie  wartości  napięć  po−
winny być odpowiednie do wszystkich budo−
wanych  układów  zasilanych  napięciem  sy−
metrycznym.  Wydajność  prądowa  przedsta−
wionego zasilacza wynosi ok. 1A.

Jak to działa?

Schemat  ideowy  układu  znajduje  się  na  ry−
sunku  1.  Jak  widać  napięcia  wyjściowe
z transformatora są w mostku B1, z wyjścia
którego  dodatnie  połówki  podawane  są  na
układ U1 a ujemne na U2. Układ U1 jest sta−
bilizatorem  napięcia  dodatniego,  natomiast
U2  napięcia  ujemnego.  Oba  stabilizatory
umożliwiają regulację napięcia wyjściowego
za  pomocą  dwóch  rezystorów,  z których  je−
den jest stały a drugi zmienny załączany od−
powiednio przez układ U3. Regulacja napię−
cia wyjściowego następuje poprzez odpowie−
dnie  załączanie  rezystorów  R3−R10  wraz
z P1−P4  do  masy,  podczas  gdy  drugie  rezy−
story R1, R2 są ustalone na stałe. Układ U3
zawiera  w sobie  dwa  proste  multipleksery
o czterech  wyjściach,  na  których  tylko  jed−
nym  może  panować  w danej  chwili  stan  ni−
ski. Stan niski na danym wyjściu zależny jest
od wartości stanów na wejściach A,B. Wybo−
ru napięć można dokonać za pośrednictwem

jednosekcyjnego przełącznika S1, którego
wyjścia odpowiednio sterują za pośrednic−
twem diod D1−D4 wejścia A, B multiplekse−
rów. Przełącznik, oprócz sterowania wejścia−
mi multipleksera, także załącza diody sygna−
lizacyjne D14−D17. Warto zauważyć, że dio−
dy D1−D4 wraz z R12, R13 tworzą prosty de−
koder 1 z 4 na kod dwójkowy. Elementy D5−
D8, D10−D13, T1−T4 zabezpieczają ustawie−
nia napięć stabilizatorów od wpływu innych
ustawień wyregulowanych napięć. To znaczy

wspomniane elementy niwelują wpływ regu−
lacji  potencjometrem  P1A (lub  innym)  na
ustawione  napięcie  potencjometrem  np.  po−
tencjometrem  P4A.  Wspomniane  elementy
odcinają stany wysokie na wyjściach od sta−
bilizatorów,  a reagują  tylko  na  napięcia  bli−
skie masy. Bez tych elementów wyregulowa−
nie potencjometrem któregoś napięcia dałoby
zmianę  pozostałych  ustawionych  napięć.

Rys. 1 Schemat ideowy

Rezystory R15−R18 odpowiednio polaryzują
tranzystory podczas stanu niskiego na
którymś z wyjść układu U3A.

Zastosowanie multipleksera umożliwiło

wykorzystanie prostego jednosekcyjnego
przełącznika, którego zakup będzie możliwy
w każdym sklepie elektronicznym.

Układ U3 oraz diody sygnalizacyjne

D14−D17 są zasilane z dodatkowego stabili−
zatora  U4,  którego  napięcie  wyjściowe  wy−
nosi  12V.  Kondensatory  C1−C4,  C13,  C14
filtrują  napięcia  wejściowe  stabilizatorów,
natomiast kondensatory C5−C10 ich napięcia
wyjściowe.

Dioda D9 sygnalizuje włączenie zasila−

cza,  natomiast  kondensatory  C11,  C12  po−
prawiają dynamikę pracy stabilizatorów U1,
U2.  Rezystory  R11,  R14  ograniczają  prąd
płynący  przez  diody  LED  do  bezpiecznej
wartości.

Montaż i uruchomienie

Układ zasilacza można zmontować na płytce
przedstawionej na rysunku 2. Montaż należy
rozpocząć od zworek przechodząc dalej do
elementów najmniejszych kończąc na włoże−
niu układu scalonego do podstawki.

Zasilacz po poprawnym zmontowaniu

oraz połączeniu z transformatorem od razu
powinien poprawnie pracować.

Zasilacz wymaga regulacji napięć wyj−

ściowych, którą należy przeprowadzić
w czterech krokach (dla czterech zakresów).
W pierwszym położeniu przełącznika powin−
na być zapalona dioda D14, która sygnalizu−
je napięcie wyjściowe ±6V. Dołączając wol−

tomierz  najpierw  do  dodatniego  względem
masy  wyjścia  należy  ustawić  potencjome−
trem  P1A napięcie  wyjściowe  6V.  Po  usta−
wieniu na wyjściu poprawnego napięcia do−
datniego,  woltomierz  należy  dołączyć  do
ujemnego wyjścia zasilacza względem masy,
tak samo jak w przypadku poprzedniej regu−
lacji  należy  doprowadzić  potencjometrem
P1B do wskazań miernika wynoszących −6V.
Powyższą  regulację  należy  przeprowadzić
dla pozostałych trzech zakresów napięć wyj−
ściowych odpowiednio na 9, 12 oraz 15V. Po
całkowitej  regulacji  zasilacza  należy  spraw−
dzić  poprawność  napięć  wyjściowych  na
wszystkich jego zakresach.

Zasilacz należy umieścić w odpowiedniej

obudowie, na zewnątrz której trzeba wypro−
wadzić potrzebne elementy.

Na rysunku we wkładce przedstawiona

została przykładowa płyta czołowa, którą na−
leży przykleić na przód obudowy zasilacza,
tak jak w urządzeniu modelowym. Przełącz−
nik S2 można umieścić z przodu lub z tyłu
obudowy według własnego uznania.

Jeżeli istniałaby potrzeba zmiany napięć

wyjściowych na inne należy we własnym za−
kresie dobrać wartości rezystorów R3−R10.

Marcin Wiązania

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

Wrzesień 2002

Wykaz elementów

Rezystory:

R11,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..551100

Ω

R33,,R

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,,22kk

Ω

R44,,R

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

R55,,R

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33,,99kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88,,22kk

Ω

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kk

Ω

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600

Ω

R1122,,R

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477kk

Ω

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33,,33kk

Ω

R1155−R

R1188 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..55,,66kk

Ω

P11A

A−P

P44A

A,,P

P11B

B−P

P44B

B .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

Kondensatory:

C11,,C

C22,,C

C1133((**)),,C

C1144((**)) .. .. .. ..11000000

µµ

FF//2255V

C33,,C

C44,,C

C77,,C

C88,,C

C1100 .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C55,,C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700

µµ

FF//2255V

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

µµ

FF//2255V

C1111,,C

C1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

FF//2255V

Półprzewodniki:

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

M331177TT ((TTO

O222200))

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

M333377TT ((TTO

O222200))

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44555566

U44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7788LL1122

TT11−TT44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C555588

D11−D

D88,,D

D1100−D

D1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

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

D 55m

m zziieelloonnaa

D1144−D

D1177 .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D 55m

m cczzeerrw

woonnaa

B11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..M

Moosstteekk 11A

A lluubb 11,,55A

* Inne:

S11 P

Prrzzeełłąącczznniikk 44 ppoozzyyccyyjjnnyy lluubb w

wiięękksszzyy

S22 .. .. .. .. .. .. ..P

Prrzzeełłąącczznniikk O

N//O

OFFFF ((222200V

V))

FF11 .. .. ..B

Beezzppiieecczznniikk 550000m

A oorraazz ggnniiaazzddoo

pprrzzyykkrręęccaannee ddoo oobbuuddoow

wyy

TTS

S11 .. .. .. .. .. .. .. ..ttrraannssffoorrm

maattoorr TTS

S4400//004433

Obbuuddoow

waa

Elementy nie wchodzą w skład kitu.

Komplet podzespołów z płytką drukowaną jest dostępny

w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−2624

Rys. 2 Schemat montażowy

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

Wrzesień 2002

Do czego to służy?

W czasach  notorycznych  podwyżek  cen  lu−
dzie częściej zwracają uwagę na ilość wyda−
wanych  pieniędzy.  Próbują  zaoszczędzić  na
czym  się  da.  Niestety,  nie  można  tego  robić
w nieskończoność, gdyż istnieje limit wydat−
ków, poniżej których komfort życia traci rację
bytu  i zaczyna  się  wegetacja.  Od  dbałości
o zapewnienie takiego komfortu jest najogól−
niej mówiąc państwo, ale także i my. Obowią−
zuje  stara  zasada  −  jak  dbasz,  tak  masz.  Jed−
nym ze sposobów oszczędzania jest racjonal−
ne korzystanie z energii np. elektrycznej. Spo−
sobów  zmniejszania  jej  zużycia  jest  wiele.
Można  np.  wymieniać  odbiorniki  energii  na
bardziej energooszczędne lub/i włączać je tyl−
ko  w razie  potrzeby.  W tym  ostatnim  przy−
padku  proces  ten  można  zautomatyzować,
korzystając  z wyłącznika  czasowego.  Układ
tego typu jest bardzo przydatny w wielu bu−
dynkach i pozwala w skali roku znacznie ob−
niżyć  rachunki  za  prąd.
Niniejszy  artykuł  przed−
stawia  przykładowe  roz−
wiązanie takiego urządze−
nia.

Jak to działa?

Schemat  wyłącznika  cza−
sowego przedstawia rysu−
nek  1.  Pod  względem
elektronicznym  układ  zo−
stał  bardzo  uproszczony.
Nie  zawiera  żadnych  ele−
mentów  regulacyjnych.
Miało to na celu obniżenie
kosztów wykonania i uła−
twienie montażu także po−
czątkującym hobbystom.

Zasilacz stanowią ele−

menty

TR1,D1,C1,C2.

Stabilizator napięcia jest
całkowicie zbędny.

Dwusekcyjna dioda LED D2 sygnalizu−

jąca stan pracy wyłącznika czasowego świeci:
− na zielono, gdy układ odmierza upływ cza−
su (styki przekaźnika są wówczas zwarte),
− na czerwono, gdy przechodzi w stan czuwa−
nia (przekaźnik wyłącza się i odłącza odbior−
nik energii).

Głównym elementem wyłącznika czaso−

wego jest układ scalony CMOS 4541, ozna−
czony na schemacie jako U1. Zainteresowa−
nych  tym  układem  odsyłam  do  EdW 10/97
(s.35−36)  −  opisano  tam  szerzej  jego  możli−
wości  i właściwości.  W przedstawionym
układzie połączeń kostka ta pracuje jak gene−
rator pojedynczego impulsu monostabilnego
o przebiegu  prostokątnym.  Impuls  ten  jest
generowany  w momencie  włączenia  zasila−
nia.  Czas  jego  trwania  ustalają  zewnętrzne
elementy  obwodu  czasowego  R1,C3  i po−
mocniczy rezystor R2.

Jak wspomniano, wyłącznik czasowy za−

czyna pracować (tj. odmierzać czas) z chwi−
lą  podania  mu  zasilania.  Od  tego  momentu
zostaje włączona też cewka zwierająca styki
przełączne przekaźnika. Tym samym włączo−
ne zostaje zasilanie żarówki/żarówek oświe−
tlającej(−ych) klatkę schodową budynku mie−
szkalnego  czy  gospodarczego.  Po  upływie
określonego  czasu  (z elementami  R1,C3,R2
o wartościach  −  jak  w wykazie  elementów  −
około  5,5  minuty)  wyłącznik  czasowy  odłą−
cza zasilanie odbiorników prądu i przechodzi
w stan czuwania. Ponowne jego wyzwolenie
nastąpi  po  chwilowym  zwarciu  zewnętrzne−
go przycisku S1.

Elementy C4,R3 pełnią funkcję „antysa−

botażową”. Uniemożliwiają ciągłą pracę
wyłącznika, gdy ktoś (czytaj: żartowniś) za−
blokuje przycisk S1 w pozycji włączonej.
Można to zrobić w prosty sposób − wtykając

Rys. 1 Schemat ideowy

łł

śś

np. zapałkę pomiędzy klawisz, a obudowę
przycisku S1.

Rezystor R4 umożliwia pracę U1 dzięki

podawaniu potencjału masy zasilania na wej−
ście kasujące Master Reset (nóżka 6). Bez je−
go obecności kostka byłaby zablokowana.

Zastosowany przekaźnik typu R15 ma

znaczną obciążalność styków. Maksymalnie:
3*10=30A (tj. około 6,6kW=110 żarówek po
60W każda). Pozwala to zastosować prezen−
towany wyłącznik czasowy nawet w wyso−
kich budynkach, które „siłą rzeczy” wyposa−
żone są w jedną lub nawet kilka żarówek
oświetlających korytarz na każdym z pięter.

Gdy czas trwania włączenia przekaźnika

okaże się za krótki/długi, to można go zmie−
nić dobierając wartość rezystora R1. Szacun−
kowo można przyjąć, że wydłużenie/skróce−
nie czasu opóźnienia o jedną minutę odpo−
wiada zmianie oporności o 1k

Ω

. Szeregowo

z R1 można wlutować potencjometr lub prze−
łącznik  (i osadzić  w obudowie  )  wraz  z do−
datkowymi  rezystorami  o dobranych  warto−
ściach.  Pozwoli  to  łatwiej  zmieniać  czasy
opóźnień.

Montaż i uruchomienie

Układ nie należy do skomplikowanych kon−
strukcyjnie,  w związku  z tym  nie  powinien
przysporzyć  większych  kłopotów  podczas
montażu. Wszystkie elementy wewnątrz ob−
szaru  zaznaczonego  linią  przerywaną  na
schemacie  znalazły  swe  miejsce  na  płytce
drukowanej pokazanej na rysunku 2. Wyją−
tek stanowi dioda LED2, którą należy wluto−
wać w płytkę za pośrednictwem trzech izolo−
wanych  przewodów  o długości  około
10...20cm  każdy.  Montaż  pozostałych  ele−
mentów przeprowadzamy w następującej ko−
lejności:  rezystory,  tranzystory,  dioda  D1,
układ  scalony  U1,  kondensatory,  D2  (na
przewodach), TR1.

Na końcu w płytkę lutujemy przekaźnik

za  pośrednictwem  około  centymetrowych
odcinków przewodów sieciowych o średnicy
ok.  2mm.  W zależności  od  posiadanej  jego
wersji może być lub nie konieczne usunięcie
jego  fabrycznej  obudowy  i odlutowanie  jej
dolnej  części.  Autor  nie  musiał  tego  robić,
gdyż  nabył  „leżącą”  odmianę  bez  własnej
obudowy,  przykręconą  jedynie  do  kawałka
blachy montażowej.

Po wlutowaniu przekaźnika w płytkę

punkty oznaczone jako „KEY1”,

„KEY2”,  „IN1”,  „IN2”,  „OUT”)  należy
wlutować 5 izolowanych odcinków przewo−
dów  sieciowych  (średnica  skrętki  miedzia−
nej  2−2,5mm),  o długości  mniej  więcej
20cm każdy.

Przewody wychodzące z

„KEY1”,

„KEY2”  powinny  zostać  przyłączone  do
przycisku  S1.  Przycisk  ten  może,  a nawet
musi  być  zwielokrotniony  −  każdy  następny
powinien być przyłączony równolegle do po−
przedniego.  Analogicznie  podłączyć  trzeba

żarówki  −  te  jednak  pomiędzy  końcówki
przewodów „IN2” a „OUT”. Przewody przy−
łączone  do  punktów  „IN1”,  „IN2”  łączymy
z zasilaniem. Podłączenia do przycisków, ża−
rówek  i sieci  należy  przeprowadzić  w bez−
pieczny sposób. Powinno się więc w tym ce−
lu  skorzystać  z kostek  elektrotechnicznych
i puszek pod/natynkowych.

Wyłącznik i wszelkie wychodzące z nie−

go  przewody  powinny  być  zabezpieczone
przed  wandalami  i dostępem  osób  niepo−
wołanych. Wyrwanie  ze  ściany  jednego
z przycisków S1 i dotknięcie jego wyprowa−
dzeń nie spowoduje porażenia prądem, gdyż
w jego obwodzie jest obecne niskie napięcie.

„Uzbrojoną” w elementy płytkę drukowa−

ną należy zamknąć w stosownej obudowie.
Autor wybrał do tego obudowę Z−18.

Po osadzeniu płytki w obudowie, wypro−

wadzeniu  przewodów  przyłączeniowych
i zakończeniu  ich  kostkami  elektrotechnicz−
nymi  możemy  przetestować  prawidłowość
działania wyłącznika czasowego. W tym ce−
lu  do  kostki  elektrotechnicznej  podłączonej
do punktów „IN1”, „IN2” przykręcamy dwa
izolowane  przewody  sieciowe  (lub  jeden
podwójny)  zakończone  wtyczką  sieciową.
Punkty  „IN2”,  „OUT”  łączymy  w ten  sam
sposób z fabryczną oprawką żarówkową (do

której  wkręcamy  oczywiście  żarówkę,  np.
60W).  Przewody  połączone  w punkty
„KEY1”,  „KEY2”  na  czas  testowania  mogą
zostać niepodłączone.

Zakładając, że obudowa jest już skręcona,

podłączamy zasilanie do układu. Jak tylko to
nastąpi,  żarówka  powinna  zaświecić  się,
a dioda LED zaświeci na zielono. Po upływie
ponad  pięciu  minut  żarówka  musi  zgasnąć
a LED zaświecić na czerwono. Ponowne cza−
sowe  włączenie  żarówki  winno  nastąpić  po
chwilowym  zwarciu  przewodów  wychodzą−
cych z punktów „KEY1”, „KEY2”. Dłuższe,
a nawet  ciągłe  ich  zwarcie  nie  wpływa  na
czas świecenia żarówki.

Jest sprawą oczywistą, że prezentowany

wyłącznik czasowy może być użyty do stero−
wania innymi odbiornikami energii elek−
trycznej, a nie tylko żarówkami.

Ze względu na obecność pełnego napię−

cia sieci na niektórych elementach układu
jego przyłączanie i testowanie mogą prze−
prowadzać jedynie wykwalifikowane oso−
by dorosłe.

Dariusz Knull

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

Wrzesień 2002

Rys. 2 Schemat montażowy

Wykaz elementów

Rezystory

**R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..55,,66kk

Ω

R22,,R

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6688kk

Ω

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700kk

Ω

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

Ω

Kondensatory

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700µµFF//2255V

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..668800nnFF M

KTT

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

Półprzewodniki

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44000011......77

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D ddw

wuukkoolloorroow

waa

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C330088 lluubb ppooddoobbnnyy P

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

C554466 lluubb ppooddoobbnnyy N

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44554411

Pozostałe

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S44//1177 ((77V

V//00,,33A

A))

REELL11......R

R1155 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..66V

V 33xx1100A

A ((pprrzzeełłąącczznnee))

Obbuuddoow

waa ZZ−1188

Koossttkkii eelleekkttrrootteecchhnniicczznnee

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

Wrzesień 2002

Układ umożliwia pomiar wartości prą−

du w sytuacji, gdy pomiędzy obwo−

dem, z którego jest zasilany układ po−

miarowy, a obwodem, w którym jest

dokonywany pomiar prądu, występuje

napięcie o znacznej wartości. Sytua−

cja taka zdarza się w bardzo wielu za−

stosowaniach, jako przykład może

chociażby służyć zasilacz laboratoryj−

ny. Obwody pomiarowe są często zasi−

lane pojedynczym napięciem +5V, na−

tomiast pobór prądu przez zewnętrzne

układy jest mierzony w obwodach,

w których może występować kilka−

dziesiąt woltów, przy czym w obwo−

dach tych może występować zarówno

dodatnie, jak i ujemne napięcie wzglę−

dem masy układu pomiarowego. Pre−

zentowany układ umożliwia dokona−

nie precyzyjnego pomiaru w takich sy−

tuacjach, a dzięki dużej wartości tłu−

mienia sygnału wspólnego, układ ten

jest odporny na zakłócenia. Umożli−

wia to niezawodny pomiar również

w przypadku znaczngo oddalenia od

miejsca pomiaru. Szerokie pasmo pra−

cy układu daje możliwość pomiaru

prądu zmiennego dostarczanego do

obciążenia (np. głośnika).

Innym zastosowaniem prezentowa−

nego układu może być precyzyjna son−

da umożliwiająca obserwację prądu

pobieranego przez obciążenie. Zasto−

sowanie

odpowidniego

rezystora

pozwala na dostosowanie układu do

wymagań i potrzeb danej aplikacji.

Przyrząd ten charakteryzuje się nie−

wielkimi wymiarami, szerokim zakre−

sem napięć zasilających oraz niskim

poborem mocy. Te, jak i pozostałe pa−

rametry, umożliwiają bezproblemowe

wbudowanie do istniejących, jak rów−

nież nowo budowanych urządzeń.

Opis układu

W prezentowanym układzie do pomaru warto−
ści prądu pobieranego przez obciążenie wyko−
rzystana została jedna z najpopularniejszych
metod, a mianowicie kontrola spadku napięcia

na rezystorze włączonym szeregowo  ze źródłem
zasilania.  Rozwiązanie  to  jest  powszechnie
wykorzystywane dzięki niewielkiej komplika−
cji układu współpracującego. Jak wiadomo,
na  rezystorze  −  czujniku  prądu,  zgodnie
z prawem  Ohma,  występuje  spadek  napię−
cia równy U=I

∆∆

R. Ponieważ wartość R jest

stała, niezależnie od przyłożonego napięcia,
tak więc spadek napięcia na tym rezystorze
jest wprost proporcjonalny do przepływają−
cego przezeń prądu. W przypadku, gdy mię−
dzy układem dokonującym pomiaru a rezy−
storem  −  czujnikiem  prądu  występuje  nie−
wielkie napięcie lub gdy układ pomiarowy
„pływa”  na  potencjale  obciążenia,  pomiar
ten  jest  sprawą  trywialną.  Prawdziwy  pro−
blem pojawia się wtedy, gdy musimy zmie−
rzyć  spadek  napięcia  w

obwodzie,

w którym  występuje  napięcie  o wartości
znacznie  wykraczającej  poza  napięcie  zasila−
nia obwodu pomiarowego. W tym przypadku
z pomocą  przychodzi  wykorzystanie  wzmac−
niacza  różnicowego  o dużej  dopuszczalnej
wartości napięcia wspólnego. Wzmacniacz ta−
ki można wykonać z wykorzystaniem wzmac−
niacza operacyjnego. W tym przypadku zacho−
dzi jednak konieczność precyzyjnego dobrania
czterech  rezystorów.  Dokładność  ich  dopaso−
wania jest szczególnie istotna w sytuacji, gdy
napięcie  w obwodzie,  w którym  mierzymy
wartość prądu, może się zmieniać w szerokich
granicach  (np.  w zasilaczu  laboratoryjnym,
gdzie  zakres  napięcia  wyjściowego  często
osiąga lub przekracza 30V). W takim przypad−
ku, przy niedokładnym dopasowaniu wartości
rezystorów,  zmiana  napięcia  wyjściowego
układu  będzie  powodowała  również  zmianę
wartości  wskazywanego  prądu.  W przedsta−
wionym na rysunku 1 układzie problem dopa−
sowania  rezystorów  rozwiązano  poprzez  za−
stosowanie  precyzyjnego  wzmacniacza  różni−
cowego  typu  AD629  firmy  Analog  Devices,
który  jest  zdolny  do  pracy  przy  napięciu
wspólnym (tzn. pojawiającym się jednocześnie
na  obu  jego  wejściach),  osiągającym  ±270V.
Układ  ten  jest  również  w stanie  przetrwać
przepięcia napięcia różnicowego, jak i wspól−
nego o wartości ±500V. Zakres napięć zasila−
nia tego układu wynosi od ±2,5V do ±18V. Na

rysunku 2 przedstawiono dopuszczalny za−
kres napięcia wspólnego w funkcji napięcia
zasilania.

Zastosowanie we wzmacniaczu wewnętrz−

nych rezystorów pozwoliło na osiągnięcie du−
żego współczynnika tłumienia sygnału wspól−
nego (CMRR − Common Mode Rejection
Ratio) osiągającego, zależnie od wersji, 77
lub 86 dB (są to wartości minimalne).

Na rysunku 3 przedstawiona jest zależ−

ność (typowa) tego współczynnika od często−
tliwości. Jako rezystor pełniący funkcję czuj−
nika prądu zastosowany został element prze−
znaczony specjalnie do precyzyjnych pomia−
rów  prądu,  wyposażony  w wyprowadzenia
w konfiguracji Kelvina. Rezystor ten posiada
cztery  wyprowadzenia,  przez  dwa  z nich
przepływa  prąd,  wartość  którego  chcemy

Rys.1 Schemat ideowy

Rys.2 Dopuszczalne wspólne napięcie

wejściowe (CMRR) w funkcji na−

pięcia zasilania.

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

Wrzesień 2002

zmierzyć,  natomiast  pozostałe  dwa  służą  do
pomiaru spadku napięcia  na  tym  rezystorze.
Wyprowadzenia te są wewnętrznie dołączone
w taki sposób, aby weliminować spadek na−
pięcia  na  rezystancji  wyprowadzeń,  przez
które przepływa prąd o dużej wartości. Jum−
per  SJ1  umożliwia  pracę  układu  zarówno
przy  pojedynczym,  jak  również  bipolarnym
napięciu  zasilania.  Przy  pracy  z bipolarnym
napięciem  zasiania,  powinien  zostać  on
zwarty do masy (zamiast tego można wypro−

wadzenia  ref  dołączyć  do  masy  w punkcie
dołączenia do miernika), natomiast przy  po−
jedynczym  napięciu  zasilania  powinien  po−
zostać rozwarty, a do wyprowadzeń ref nale−
ży dostarczyć napięcie o dobranej wartości.

Przy pracy z pojedynczym napięciem za−

silania należy również dołączyć wyprowa−
dzenie −V

do masy oraz nie montować kon−

densatorów C3, C4. Pozostałe elementy to
kondensatory odsprzęgające zasilanie.

Montaż i uruchomienie

Prezentowany  układ  można  zmontować  na
płytce  uniwersalnej.  Montaż  należy  rozpo−
cząć  od  zwarcia  kroplą  cyny  jumpera  SJ1,
wlutowując  następnie  dwa  kondensatory
SMD,  umieszczone  pod  układem  IC1,  na−
stępnie  wlutować  kondensatory  elektroli−
tyczne  (zalecałbym  tantalowe,  mające
znacznie lepsze parametry), ewentualną pod−
stawkę  pod  IC1  (lepiej  układ  ten  wlutować
bezpośrednio  w płytkę,  jeżeli  jednak  ko−
niecznie ktoś chce zastosować podstawkę, to
powinna  to  być  podstawka  precyzyjna,  po−
nieważ układ przetwarza sygnały o niewiel−
kiej  amplitudzie).  Następnie  należy  wluto−

wać rezystor R1 tak, aby zapewnić dobre
warunki odprowadzania ciepła, oraz odsunąć
go w miarę możliwości od pozostałych ele−
mentów, zwłaszcza kondensatorów elektroli−
tycznych. Teraz należy wlutować układ IC1.

Po dokładnym sprawdzeniu poprawności

montażu  można  do  układu  dołączyć  zasila−
nie,  natomiast  do  wyjścia,  pomiędzy  koń−
cówki  ref  i output,  woltomierz  lub  oscylo−
skop.  Układ  ten  nie  wymaga  uruchamiania
ani regulacji.

Piotr Czarkowski

Wykaz elementów

Rezystory

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,0055

Ω

//11W

W//44P

PIIN

R22,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

Kondensatory

C11,,C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//1166V

C22,,C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

Półprzewodniki

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

D662299A

Rys.3 Współczynnik tłumienia sygna−

łu wspólnego w funkcji często−

tliwości.

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

Wrzesień 2002

Niniejszy artykuł jest kontynuacją materiału z
poprzedniego numeru EdW i dotyczy jednego
typu  akumulatorów.  W znanych  od  stu  pięć−
dziesięciu  lat  akumulatorach  kwasowo−oło−
wiowych elektrolitem  zawsze  jest  roztwór
kwasu  siarkowego,  a płyty  zbudowane  są
z ołowiu. Napięcie nominalne ogniwa wyno−
si 2V. Starszego typu akumulatory samocho−
dowe wymagały okresowej obsługi, konkret−
nie dolewania wody i kontroli gęstości elek−
trolitu. Większość nowszych ani nie wymaga
takich zabiegów, ani ich nie umożliwia – są to
tak zwane akumulatory bezobsługowe. Stoso−
wane  są  powszechnie  w samochodach.
Oprócz nich bardzo popularne są obecnie tak
zwane  akumulatory  żelowe  o napięciach
6V i 12V o pojemnościach  1...100Ah,  za−
mknięte  w szczelnych  obudowach,  nie  wy−
dzielające  żadnych  szkodliwych  wyziewów,
mogące dzięki temu pracować nawet w mie−
szkaniu  (np.  w centralkach  alarmowych).
W tych kwasowych akumulatorach elektrolit
nie  wycieknie,  bo  albo  przez  dodatek  odpo−
wiedniej substancji ma postać galarety – żelu
(stąd  nazwa),  albo  też  zastosowane  są  inne
sposoby,  skutecznie  eliminujące  ryzyko  wy−
cieku  elektrolitu.  Warto  podkreślić,  że  aku−
mulatory żelowe nie są oddzielnym rodzajem
akumulatorów – to najprawdziwsze akumula−
tory  kwasowo−ołowiowe  o specyficznej  bu−
dowie, uniemożliwiającej wylanie elektrolitu.

Gdy akumulator pracuje w samochodzie,

sprawa  jest  oczywista.  Nominalne  napięcie
w instalacji  samochodu  wynosi  14,4V.
O właściwe  napięcie  i prąd  ładowania  dba
w samochodzie regulator napięcia, który ste−
ruje  pracą  alternatora.  Więcej  uwagi  trzeba
poświęcić  ładowaniu  tylko  wtedy,  gdy  taki
akumulator pracuje poza samochodem. Daw−
niej stosowano prymitywne sposoby ładowa−
nia, a dość skutecznym wskaźnikiem nałado−
wania  było  tzw.  gazowanie  elektrolitu  (roz−
kład  wody  na  tlen  i wodór  w procesie  elek−
trolizy). Dobrym wskaźnikiem stanu nałado−
wania  był  także  pomiar  gęstości  elektrolitu
za pomocą aerometru. W nowoczesnych bez−
obsługowych akumulatorach z ciekłym elek−
trolitem dolewanie wody nie jest wymagane,
a w wielu  przypadkach  wręcz  niemożliwe,
niemniej  też  nie  należy  dopuścić  do  inten−

sywnego gazowania. Nie wolno też dopu−
szczać do przeładowania akumulatorów żelo−
wych, bo może się to skończyć ich definityw−
nym uszkodzeniem.

Z kolei całkowite rozładowanie do zera

też jest bardzo szkodliwe i zazwyczaj wiąże
się z nieodwracalną utratą pojemności. Aku−
mulatory kwasowe nie powinny być rozłado−
wywane poniżej 1,35V/na ogniwo (zaleca się
rozładowanie tylko do 1,7...1,8V/ogniwo).
Gdy coś takiego się zdarzy, trzeba jak naj−
szybciej naładować akumulator.

Akumulator powinien być przechowy−

wany w możliwie niskiej temperaturze.
Mniejsze jest wtedy samorozładowanie
i znacznie dłuższa żywotność. Jest to niebaga−
telna sprawa: o ile w temperaturze pokojowej
spodziewany czas pracy akumulatora żelowe−
go (utrata 50% pojemności) wynosi około pię−
ciu lat, to przy temperaturze otoczenia +35

przypuszczalna trwałość zmniejszy się trzy−
krotnie, a przy temperaturze +60

C – kilkuna−

stokrotnie! Rysunek 1 pokazuje, jak akumula−
tor  traci  ładunek  wskutek  samorozładowania
w różnych temperaturach. Z drugiej strony ni−
skie temperatury zmniejszają pojemność. Ry−
sunek 2 pokazuje tę zależność przy różnych
prądach  rozładowania.  Wskazuje  wyraźnie,
że pojemność zależy od prądu rozładowania.
Nominalna pojemność określana jest w tem−
peraturze  pokojowej  przy  stosunkowo  ma−
łym  prądzie  rozładowania  (C/20)  –  patrz
punkt A na charakterystyce. Przy temperatu−
rze  0

C i dużym prądzie rozładowania rów−

nym 1C ten sam w pełni naładowany akumu−
lator będzie miał tylko około 35% pojemno−
ści znamionowej – wskazuje to punkt B.

„Domowe”
sposoby
ładowania

Dawniej do ładowania akumu−
latorów kwasowych często wy−
korzystywano

najróżniejsze

prostowniki  własnej  konstruk−
cji.  Rysunek  3 pokazuje  kilka
przykładów.  Trzeba  uprzyto−
mnić sobie, że różnego typu sa−
moróbki mają nieprzewidywal−
ne parametry i nie sposób okre−

ślić,  ile  energii  dostarczono  do  akumulatora.
Prąd  ładowania  wyznaczony  jest  tu  przez
wiele  czynników,  w tym  napięcie  sieci  oraz
właściwości  transformatora  i akumulatora.
Prostowniki  takie  mogą  łatwo  doprowadzić
do przeładowania.

W przypadku akumulatorów starego typu

zdawały one jako tako egzamin, bo sygnałem
do zakończenia ładowania było intensywne
gazowanie. W nowych typach nie powinno
się dopuszczać do gazowania, dlatego opisa−
ne właśnie prostowniki domowej roboty mo−
gą poważnie zmniejszyć pojemność i skrócić
czas służby akumulatora.

Akumulatory kwasowo−ołowiowe

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

ęę

śś

ćć

Ponieważ ogromna większość nowocze−

snych  akumulatorów  ma  szczelne  obudowy,
więc  stare,  sprawdzone  i skuteczne  metody
kontroli  stanu  i naładowania  akumulatora
przez pomiar gęstości elektrolitu są dziś cał−
kowicie bezużyteczne. Pozostaje jeden jedy−
ny  sposób  –  pomiar  napięcia  na  zaciskach.
Na  szczęście  w akumulatorach  kwasowych,
w przeciwieństwie  do  zasadowych,  napięcie
ma  ścisły  i przewidywalny  związek  ze  sta−
nem naładowania, co pozwala w prosty spo−
sób kontrolować proces ładowania.

Zasilacze buforowe

Akumulatory  kwasowe,  zwłaszcza  żelowe
o pojemności  do  kilkudziesięciu  amperogo−
dzin,  bardzo  często  pracują  w tak  zwanym
trybie buforowym (standby), jako baterie re−
zerwowe. Oznacza to, że cały czas podłączo−
ne są do źródła napięcia, do zasilacza.

Rysunek 4 pokazuje prosty układ pracy

buforowej – zasilacz stabilizowany z ograni−
czeniem  i akumulator  są  połączone  ze  sobą
równolegle. Dodatkowa dioda na wyjściu za−
silacza  uniemożliwa  „cofanie  się”  prądu
z akumulatora  do  zasilacza,  gdy  zabraknie
napięcia sieci. Ogranicznik prądu w zasilaczu
trzeba  tak  ustawić,  by  maksymalny  prąd  ła−
dowania nie przekroczył 0,3C.

U w a g a !

Wbuforowym
trybie  pracy
należy  ustawić
na  akumulato−
rze  12−wolto−
wym  napięcie
1 3 , 5 . . . 1 3 , 8 V
(na

6−wolto−

wym  6,8...6,9V).  Odpowiada  to  2,25...2,3V
na  ogniwo.  Akumulator  kwasowy  cały  czas
pozostaje pod takim bezpiecznym napięciem,
jest naładowany i stale gotowy do pracy. Je−
śli napięcie to byłoby nieco wyższe, nic tra−
gicznego  się  nie  stanie,  jednak  żywotność
akumulatora będzie mniejsza. Z kolei napię−
cie niższe od podanego też nie grozi awarią,
ale przy niższym napięciu akumulator nie zo−
stanie w pełni naładowany.

Podanego zakresu 13,5...13,8V nie należy

traktować  jako  nieprzekraczalnych  granic
bezpiecznej  pracy.  Jest  to  zakres  optymal−
nych warunków i korzystnej zależności trwa−
łość/pojemność. W trybie buforowym należy
więc w miarę możliwości pracować przy ta−
kim  napięciu,  wiedząc,  że  zmiana  napięcia
o 0,2V w jedną czy drugą stronę nie jest żad−
na tragedią.

Wcześniej wspomniane było, że podobnie

mogą  pracować  akumulatory  zasadowe  –
tamte  jednak  mogą  w takim  napięciowym
trybie przeformować się i nie zgromadzą peł−
nego  ładunku.  Natomiast  akumulatory  kwa−
sowe doskonale sprawdzają się w trybie bu−
forowym  przy  napięciu  2,25...2,3V/ogniwo

i można mieć pewność, że stale są gotowe do
pracy i że dysponują pełną pojemnością.

Teoretycznie w trybie buforowym akumu−

lator  kwasowy  mógłby  też  pracować  nie
z ustalonym  napięciem,  tylko  z ustalonym
prądem  konserwującym,  jak  na  rysunku  5
(porównaj  rysunek  4  w EdW 8/2002).  Nie−
liczne źródła podają rozmaite wartości prądu
konserwującego:  0,005C  (C/200)...0,01C
(C/100), a nawet 0,02C (C/50). Należy wziąć
pod  uwagę,  że  przy  znacznym  prądzie  kon−
serwującym  napięcie  na  akumulatorze  na
pewno wzrośnie powyżej zalecanych granic,
co  z kolei  według  niektórych  źródeł  może
niekorzystnie  wpłynąć  na  trwałość.  Dlatego
akumulatory kwasowe powinny zawsze pra−
cować  w układach  przy  stałym  napięciu.
O ile  dla  akumulatorów  zasadowych  lepiej
jest  stosować  sposób  z ustalonym  prądem
konserwującym  o wartości  około  0,01C,

o tyle dla akumulatorów kwasowych zdecy−

dowanie  lepiej  jest  stosować  sposób  ze
stałym napięciem
2,25...2,3V/ogni−
wo  według  ry−
sunku 5. Akumu−
latory  kwasowe
i zasadowe  mają
w tym  wzglę−
dzie  odwrotne
właściwości.

Praca cykliczna

Praca  cykliczna  to  taka,  kiedy  akumulator
jest  naładowany,  a następnie  rozładowany,
ponownie naładowany i tak dalej. Całkowite
rozładowanie nie oznacza, że napięcie na za−
ciskach  spadnie  do  zera,  tylko  do  napięcia
1,5...1,8V na ogniwo, co dla akumulatora 12−
−woltowego daje 9...10,8V. Rozładowanie do
zera  jest  zdecydowanie  szkodliwe  i najczę−
ściej  wiąże  się  ze  znaczną,  nieodwracalną
utratą  pojemności.  Bardzo  duży  wpływ  na
żywotność  akumulatora  ma  też  głębokość
wyładowania. Rysunek 6 pokazuje utratę po−
jemności  w funkcji  liczby  cykli  ładowa−
nie/rozładowanie  przy  różnych  głęboko−
ściach  rozładowania.  Interpretacja  wykresu
może  być  niejednoznaczna,  ale  warto  zapa−
miętać  ważny  wniosek  praktyczny:  w miarę
możliwości  korzystniej  jest  zastosować
akumulator o pojemności większej niż wy−
magane  minimum  i nie  rozładowywać  go
do końca (zaleca się wyładowanie do napię−
cia  1,9...2,0V/ogniwo),  bo  wtedy  znacznie
wzrośnie trwałość. Różnica ceny mniejszego
i większego  akumulatora  nie  jest  znacząca,
a trwałość, jak pokazuje rysunek 6, wzrośnie
dużo, nawet kilkakrotnie.

W materiałach firmowych proponuje się

kilka metod ładowania, a do tego szereg wy−
kresów, co często przestrasza praktyków,
którzy nie chcą wgłębiać się w szczegóły. Na
szczęście akumulatory kwasowe nie wyma−
gają ścisłych procedur ładowania. Można na−

wet powiedzieć, że są dość tolerancyjne, na−
wet w przypadku błędów. Należy tylko prze−
strzegać podstawowych zasad:
− napięcie końcowe ładowania nie powinno
przekraczać 15V,
− maksymalny prąd ładowania nie powi−
nien być większy niż 0,3C.

Minimalnego prądu ładowania się nie

określa. Przy znikomych prądach nowy
sprawny akumulator powoli się naładuje, ale
w starym, zużytym ten sam prąd nie pokryje
nawet strat samowyładowania.

W praktyce można wykorzystać prostą me−

todę ładowania prądem o niezmiennej wartości
(0,1...0,3C) przez czas potrzebny na władowa−
nie 120% pojemności znamionowej (1,2C).

Przykładowo akumulator o pojemności

10Ah można ładować:
prądem 1A przez 12 godzin,
prądem 1,2A przez 10 godzin,
prądem 2A przez 6 godzin,
prądem 3A przez 4 godziny,
prądem 4A przez 3 godziny.

Metoda wydaje się prosta i łatwa, ale

w praktyce bywa bardzo rzadko stosowana,
bo wymaga układu zapewniającego prąd
o niezmiennej wartości (źródło prądowe) oraz
wyłącznika czasowego. Nie uwzględnia także
zmian pojemności pod wpływem starzenia.

Przy prądach rzędu kilku amperów proste

źródło prądowe, na przykład według rysunku
7, wymagałoby zastosowania potężnych tran−
zystorów  mocy  T2  i radiatorów  do  nich.  Na
szczęście  dzięki  charakterystycznym  właści−
wościom  akumulatorów  kwasowych  układy
ładowarek można znacznie uprościć. Zostanie
to omówione w następnej części artykułu.

Jerzy Częstochowski

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

Wrzesień 2002

Rys. 4

Rys. 6

Rys. 7

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

Wrzesień 2002

Przetwornica

Chciałbym  zaprezentować  własną  konstrukcję  przetwornicy
dwukrotnie  podwyższającej  napięcie.  Przetwornica  ta  ma  do−
starczać dwukrotnie więcej prądu do obciążenia dzięki zasto−
sowaniu  dwóch  oddzielnych  powielaczy  napięcia,  sterowa−
nych przez ten sam generator. Ponieważ każdy powielacz jest
wysterowany  w tej  samej  jednostce  czasu  sygnałem  o prze−
ciwnej  fazie,  zapewnione  jest  ciągłe  ładowanie  kondensatora
na  wyjściu  przetwornicy  oraz  zmniejszenie  zakłóceń  (kon−
strukcja  oraz  warunki  pracy  przedstawionego  tu  powielacza
4−diodowego  upodabnia  go  trochę  do  prostowniczego  mostka
Graetza).

Aby przetwornica dobrze działała, generator musi dostarczać sy−

gnał o wypełnieniu jak najbliższym 50% (należy dobrać jednakowe

oporności R5 i R7 oraz pojemności
C4 i C5). Można uniknąć kłopotów,
stosując  układ  z rysunku  2,  gdzie
pokazany  jest  zmodyfikowany  ge−
nerator  przebiegów  prostokątnych.
Potencjometr  1k

Ω

służy do regula−

cji wypełnienia przebiegów na obu
wyjściach. Zamiast diod mogą być
zastosowane rezystory.

Jeśli ta przetwornica będzie zasi−

lana z akumulatora o dużej pojemności, tranzystory kluczujące muszą
być wyposażone w radiatory.

Nadesłał Adam Sieńko, Suwałki

Zasilacz

Na  rysunku  jest  pokazany  schemat
uniwersalnego  zasilacza  wysokiego
napięcia,  który  daje  napięcie  300V,
600V,  900V,  zależnie  od  ustawienia
przełączników.

Karol Sosnowski z Krakowa

czyli co by było, gdyby...

W tej  rubryce  prezentujemy  schematy
nadesłane  przez  Czytelników.  Są  to  za−
równo  własne  (genialne)  rozwiązania
układowe, jak i ciekawsze schematy z li−
teratury, godne Waszym zdaniem publicz−
nej  prezentacji  bądź  przypomnienia.  Są
to tylko schematy ideowe, niekoniecznie
sprawdzone  w praktyce,  stąd  podtytuł

„co by było, gdyby...”. Redakcja EdW nie
gwarantuje, że schematy są bezbłędne
i należy je traktować przede wszystkim ja−
ko źródło inspiracji przy tworzeniu włas−
nych układów.
Przysyłajcie do tej rubryki przede wszyst−
kim schematy, które powstały jedynie na
papierze,

natomiast

układy,

które

zrealizowaliście  w praktyce,  nadsyłajcie
wraz z modelami do Forum Czytelników
i do  działu  E−2000.  Nadsyłając  godne
zainteresowania  schematy  z literatury,
podawajcie źródło. Osoby, które nadeślą
najciekawsze schematy oprócz satysfak−
cji z ujrzenia swego nazwiska na łamach
EdW, otrzymają drobne upominki.

Wykaz elemen

tów:

R1, R2, R10, R11 . . . . . .560

Ω

R3, R6, R9 . . . . . . . . . . . .6k

Ω

R4, R8 . . . . . . . . . . . . . . .1k

Ω

R5, R7 . . . . . . . . . . . . . .15k

Ω

C1, C7, C9 . . . . .1000

F/50V

C2 . . . . . . . . . . . . . .47

F/25V

C3, C6 . . . . .1nF (ceramiczne)

C4, C5 . . . . .22nF (styrofleks)

C8 . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF

D1...D4 . . . . . . . . . . . .BA159

T1, T9 . . . . . . . . . . . .BD244C

T2, T10 . . . . . . . . . . .BD243C

T3, T5...T7 . . . . . . . . .BC237

T4, T8 . . . . . . . . . . . . .BC307

R1, R2, R10, R11 . . .mogą mieć

oporność

Ω

przy zasilaniu wyższym

niż 6V

napięciem.

Laminat . . . . . . .70x65mm

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

Wrzesień 2002

W kwietniowym numerze EdW ogłoszony
został konkurs, związany z głównym projek−
tem – generatorem wysokich napięć. Zadanie
polegało na wykonaniu fotografii wyłado−
wań „własnej produkcji”.

Spośród nadesłanych prac Komisja Kon−

kursowa wybrała dziesięć najlepszych. Nie−
stety, zaprezentowanie na łamach EdW
wszystkich nadesłanych prac i fotografii jest
niemożliwe. Wszystkie interesujące materia−
ły można znaleźć na naszej stronie interneto−
wej (www.edw.com.pl).

Najwyżej ocenioną pracę nadesłał 17−let−

ni  Jan  Stanisławski z  Sanoka.  Choć  inni,
starsi  uczestnicy  zaprezentowali  przykłady
bardziej  widowiskowych  wyładowań,  duży
wpływ na decyzję Komisji miały wiek Auto−
ra i staranność wykonania pracy. Oto obszer−
ne fragmenty opisu:

(...) elektroniką interesuję się już od 7 lat.

Mieszkam  w  Sanoku,  gdzie  jest  tylko  jeden
sklep elektroniczny, który ostatnio nie bardzo
się stara o klientów, no ale cóż. (...) Gdy tyl−
ko dostałem mój pierwszy numer prenumera−
ty, a był to numer kwietniowy, od razu zako−
chałem  się  od  pierwszego  wejrzenia  w
okładkowym  projekcie.  Nie  interesowało
mnie już nic więcej, chciałem tylko jak naj−
szybciej zacząć czytać. Gdy już skończyłem,
przeczytałem  jeszcze,  i  jeszcze  jeden  raz,  a
wtedy zorientowałem się, że przecież u mnie
na szafie leży stara, niby przebita, samocho−
dowa  cewka  zapłonowa.  Gdy  tylko  ją  zdją−
łem,  przyjrzałem  się,  co  tam  jest  napisane.
Szybko  się  okazało,  że  to  właśnie  jest  typ
BE200B ZELMOT.

Natychmiast więc pobiegłem do wspo−

mnianego wyżej sklepu i na szczęście dosta−
łem  wszystkie  potrzebne  elementy  do  budo−
wy  bardzo  prostego  urządzenia.  Złożony  w
pająku  układ  generatora  na  układzie
CD4011 zaczął od razu działać. (...) żarów−
kę  wykręconą  z  żyrandola,  po  owinięciu
drucikiem z transformatora, przykleiłem na
szczycie  cewki,  łącząc  jej  cokół  z  wyjściem
cewki,  a  drucik  z  drugim  biegunem.  Nade−
szła  chwila  włączenia  układu,  który  za
pierwszym  razem  zaczął  działać.  Niestety
działał  tylko  przez  30  sekund.  Okazało  się
bowiem,  że  po  tym  czasie  padł  tranzystor
kluczujący IRF840. (...) kupiłem tego same−
go  dnia  chyba  jeszcze  trzy  egzemplarze,
które niestety się poddały. Ale nie dałem za
wygraną,  postanowiłem  kupić  mocniejszą
sztukę BUZ90A, która chodziłaby do dzisiaj,
gdyby nie mój błąd. (...)

Pierwszy układ został wykonany zgodnie

ze schematem z EdW 4/2002 (rys. 3 na stro−
nie 14). (...)

Gdy tylko zbudo−

wałem generator, od
razu oczywiście pod
czujnym i zacieka−
wionym okiem ro−
dziców

zacząłem

przeprowadzać licz−
ne  doświadczenia.
Powiem szczerze, że
był  to  pierwszy
układ,  którego  nie
miałem wcale ocho−
ty  modernizować,
ponieważ tak cieka−
wy  był  efekt  końco−
wy.  Na  początku
układ  wyposażyłem
w  zwykłą  żarówkę
100W  o  średnicy
bańki  60mm.  Próbowałem  z  różnymi  sposo−
bami  owijania  wokół  niej  zwykłego,  nawet
emaliowanego drucika odzyskanego z uzwo−
jenia  pierwotnego  starego  transformatora.
Potem nadszedł czas na próby z większym eg−
zemplarzem  200W  o  średnicy  bańki  80mm.
Na specjalną uwagę zasługuje natomiast ża−
rówka produkcji byłego ZSRR, którą podob−
no trudno jest już dostać, ale często można ją
zobaczyć np. w kościele. Jest to żarówka wy−
pełniona  bliżej  nie  znanym  mi  gazem,  we−
wnątrz  której  znajdują  się  dwie  równoległe
do  siebie  blaszki.  Pod  wpływem  nawet  nie−

wielkiego  napięcia  na  wyjściu  cewki,  jakie
uzyskiwałem  przy  napięciu  ustawionym  na
zasilaczu  ok.  1,25V,  było  widać  reakcję  ża−
rówki. A po podkręceniu nieco napięcia efekt
był wspaniały. Gaz  w żarówce zaczął jedno−
licie świecić całą swoją objętością.

To wszystko trzeba zobaczyć na własne

oczy!

Okazało się też, że wcale nie trzeba owi−

jać w przedziwny sposób drucika na żarów−
ce, który potem w końcu w jakimś stopniu za−
słania jej wnętrze. Najlepszym sposobem by−
łoby wytworzenie na powierzchni żarówki

Rozwiązanie konkursu

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

Wrzesień 2002

Konkurs

przezroczystej  i  przewodzącej  powierzchni.
Jak się okazało, najprościej jest to zrobić roz−
pylając  na  nią  odrobinę  zwykłej  wody.  Ja
akurat  używałem  preparatu  do  czyszczenia
monitora, bo akurat miałem go pod ręką. Nie
jest  on  oczywiście  palny.  Uzyskiwane  wów−
czas efekty były o sto razy lepsze od poprze−
dnich, a jedynym problemem było to, że nale−
żało  uzupełniać  co  chwilę  warstewkę  wody,
która szybko parowała pod wpływem ciepła.
Aby  więc  uzyskać  taki  efekt,  wystarczyło
przykleić  małą  obrączkę  z  drutu  na  szczycie
żarówki i spryskać ją wodą. Wówczas uzyska−
ny  efekt  był  naprawdę  oryginalny.  Na  zdję−
ciach i filmikach na załączonej płycie przed−
stawiłem  efekty  uzyskane  przy  zastosowaniu
trzech żarówek. Jedna (200W) została wypo−
sażona w małą obrączkę o średnicy 150mm z
drutu  emaliowanego,  przyklejoną  centralnie
na szczycie, druga taka sama żarówka zosta−
ła owinięta jednokrotnie takim samym druci−
kiem  na  obwodzie,  na  wysokości  żarnika,  a
trzecią  nietypową  żarówkę  owinąłem  jedno−
krotnie  przez  obwód  i  drucik  przeprowadzi−
łem  dwukrotnie  przez  jej  szczyt.  Efekty,  jak
już wspomniałem, były dużo lepsze po zwilże−
niu  bańki  wodą,  przez  co  wyładowania  roz−
kładały  się  bardziej  równomiernie,  a  także
hałas  pracującego  generatora  był  mniejszy.
Efekt  uzyskany  już  od  pierwszego  włączenia
układu był wprost znakomity, pomysły na wy−
korzystanie  wysokiego  napięcia  aż  same  mi
się  w  głowie  prześcigały  i  zapewniam,  że  to
absolutnie nie jest koniec moich doświadczeń
z  wysokimi  napięciami.  Żałuję,  że  nie  mam
więcej  czasu  na  przeprowadzenie  większej
ilości  doświadczeń  do  kon−
kursu.  Próbowałem  zdobyć
jak  największą  żarówkę,  lecz
te były z reguły mleczne, a ta−
kie  nie  zapewniają  najlep−
szych efektów. Niemniej prze−
prowadzone  próby  dowiodły,
że  nieznacznie  widoczne  są
zwłaszcza  w  ciemności  wiją−
ce  się  tuż  przy  powierzchni
iskry.  Przeprowadziłem  też
próbę  z  wielką  żarówką  HE−
LIOS,  która  chyba  „daje”
więcej  ciepła  niż  światła,  a
pokryta  jest  wewnątrz  lu−
strem srebrnym. Efekt też nie
był  najlepszy,  gdyż  iskry
przeskakiwały  od  żarnika  do
lustra przy spodzie, gdzie od−
ległość między nimi była naj−
mniejsza.  Jednak  przykleja−
jąc  drucik  na  jej  szczycie  i
spryskując  wodą  jej  po−
wierzchnie,  udało  się  mi  za−
obserwować  wijące  się  po
powierzchni  szkła  fioletowe
iskry.  Próbowałem  też  przy−
gotować  coś  spotykanego  w
filmach  z  gatunku  Franken−

steina. Efekt polegał na przemieszczaniu się
iskry w górę pomiędzy dwoma przewodnika−
mi  odchylonymi  od  pionu  tak,  że  im  wyżej,
tym  większa  odległość  między  nimi.  Działo
się tak, ponieważ solidna iskra powodowała
miejscowe  ogrzanie  powietrza  wokół  niej,
które  naturalnie  unosząc  się  powodowało
unoszenie iskry. Niestety zastosowany cienki
drucik  szybko  przepalił  się,  a  nie  mogłem
znaleźć innych prostych przewodników, które
zapewniałyby „prostą” drogę.

Muszę wspomnieć, że prąd ja−

ko  leniwy,  szukając  sobie  drogi  o
najmniejszym  oporze,  „polubił”
mnie  kilka  razy.  Nic  się  jednak
oczywiście  nie  stało,  a  najwięk−
szym  przeżyciem  było  dotknięcie
bańki  żarówki,  gdy  tworzyły  się
widowiskowe wijące iskry.

Wnioski. Muszę przyznać, że

kwietniowy numer wywarł na mnie
największy jak dotąd wpływ swoim
okładkowym  projektem.  Także  je−
mu zawdzięczam po części końco−
wą ocenę z fizyki, na którą raz za−
brałem  cewkę  (gdy  akurat  mieli−
śmy elektrostatykę), a efekt był nie−
samowity,  nawet  sama  profesorka
przyznała, że ją to zaciekawiło. Nie
wspomnę  jednak  o  pomyśle,  na
który wpadł mój kolega, aby z cew−
ki  zrobić  krzesło  elektryczne
dla...żaby.  Tak,  dla  żaby,  gdyż  w
szkole  na  biologii  mieliśmy  prze−
prowadzić  sekcję  tego  biednego
stworzenia.  Wszyscy  wymyślali

wtedy różne przedziwne metody. Na szczęście
obeszło się bez tego i użyliśmy eteru. Dopiero
teraz zrozumiałem, co tak kiedyś pasjonowało
Pana  Teslę,  którego  imieniem  nazwany  jest
transformator, budowany przez wielu zapaleń−
ców na całym świecie. Oczywiście prawdziwy
transformator Tesli jest dużo bardziej niebez−
pieczny,  ale  zarazem  bardziej  widowiskowy.
Widać  zatem,  że  wszystko,  co  niebezpieczne,
potrafi być bardzo piękne zarazem (...).

Jan Stanisławski − Sanok

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

Wrzesień 2002

Konkurs

16−letni Piotr Tatoń z Kęt w układzie

z generatorem 555 i cewką od Poloneza uzy−
skał widowiskowe efekty. Fotografia 2 po−
kazuje łuk o długości 16mm uzyskany w po−
wietrzu między dwoma gwoździami.

Andrzej Sadowski−Skwarczewski ze

Skarżyska−Kamiennej  uzupełnił  cewkę  za−
płonową  prostownikiem  i  kondensatorem,  i
na  tej  bazie  zbudował  niewielki  transforma−
tor Tesli. Fotografia 3 pokazuje jeden z uzy−
skanych efektów.

Spora część uczestników przysłała opisy

i fotografie efektów uzyskiwanych przy wy−
korzystaniu  transformatora  Tesli  –  urządze−
nia bardziej skomplikowanego i dającego du−
żo  wyższe  napięcia.  Fotografia  4 pokazuje
„Układ  do  Prezentacji  Wyładowań  Elek−
trycznych”, który wykonali jako pracę dyplo−
mową  Artur Pintera oraz  Zbigniew  Skiba
w Technikum  Elektronicznym  w  Bydgo−
szczy.  Opiekunem  był  mgr  inż.  Zbigniew
Smutek.

Krystian Kozicki z Rzeszowa, który za−

interesował się wysokimi napięciami w roku
1999, opisał swoje wcześniejsze doświadcze−
nia. Na fotografii 5 można zobaczyć świecą−
cy palnik ksenonowy od lampy błyskowej.

Patryk Kowalski z Bydgoszczy opisał

krótko  swój  transformator  Tesli  i  ekspery−
menty z lampą plazmową z EP. Fotografia 6
pokazuje  jeden  z  efektów,  jaki  daje  jego
transformator Tesli. Opis transformatora Te−
sli  przysłali  też  Marcin  Dutka,  Grzegorz
Król  i Grzegorz  Słowik z  okolic  Nowego
Sącza. Fotografia 7 pokazuje model w całej
okazałości. 17−letni Paweł Szwed z Grodźca
Śl. przeprowadził eksperymenty z lampą pla−
zmową opisaną w EP (AVT−876). Grzegorz
Niemirowski z  Ryk  nadesłał  dwa  filmy
(AVI) – efekty pokazane są na fotografii 8.

Obszerną pracę z dziesiątkami zdjęć przy−

słali  też  dwaj  19−latkowie:  Łukasz  Bajda
i Radosław  Szymczycha ze  Stalowej  Woli.
Oto  fragment  listu:  Nasza  przygoda  zaczęła

się  od  zbudowa−
nia  lampy  pla−
zmowej.  (...)  Jak
można  się  było
spodziewać,  nie
poprzestaliśmy
na budowie lam−
py  plazmowej.
Kolejnym  kro−
kiem  w kierunku
wysokich  napięć
była

budowa

transformatora
Tesli.  Zaczyna−
jąc jego budowę,
mieliśmy  masę
obaw,  czy  to
w ogóle  będzie
działać,  ponie−
waż  nigdy  wcze−
śniej  nie  wi−
dzieliśmy  goto−
wego  urządze−
nia. Na szczęście
krok  po  kroku
prace  posuwały
się  naprzód,  aż
nadszedł  długo
oczekiwany  mo−
ment

urucho−

mienia.  Pierw−
sze  próby  nas
ro z c z a ro w a ł y,
ale  z upływem  czasu  dochodziliśmy  do  per−
fekcji w strojeniu  Tesli i jak widać, było war−
to.  W przyszłości  planujemy  jeszcze  budowę
generatora van de Graffa i rzecz jasna rozbu−
dowę naszych Tesli.

Praca Łukasza i Radosława jest projektem

okładkowym w tym numerze EdW.

Zapowiedziane nagrody otrzymują Jan

Stanisławski, Piotr Tatoń i Andrzej
Sadowski−Skwarczewski.

Dywagacje, czy wybrać nagłośnienie aktywne
czy  pasywne,  niezależnie  czy  profesjonalne,
czy  do  domu,  nie  jest  dyskusją  o wyższości
świąt  Bożego  Narodzenia  nad  Wielkanocny−
mi. Zaczniemy od parametrów wzmacniacza.

Jednym z tych parametrów, po których po−

znajemy  dobry  wyrób,  jest  wysokość  współ−
czynnika tłumienia. Jest to liczba określająca,
ile razy rezystancja wyjściowa danego wzmac−
niacza jest mniejsza od nominalnej impedancji
obciążenia. Dobre wzmacniacze charakteryzu−
ją się wartością tego współczynnika grubo po−
wyżej 100. Aby uzmysłowić wpływ tego para−
metru,  proponuję  przeprowadzenie  następują−
cego prostego doświadczenia: jeśli macie dwie
kolumny, w jednej z nich odłączcie przewody
od głośnika basowego. Na drugą kolumnę po−
przez wzmacniacz podajcie sygnał o częstotli−
wości 40−50Hz, kolumny ustawcie blisko, tuż
obok siebie. Pokazuje to w uproszczeniu rysu−
nek 1. Na pewno zaobserwujecie, że w obu ko−
lumnach membrany będą drgać z prawie taką
samą  amplitudą.  Teraz  zewrzyjcie  wyprowa−
dzenia niepodłączonego głośnika, po czym po−
wtórzcie  doświadczenie,  jak  pokazuje
rysunek  2.  Zapewne  zauważycie,  że  bierny
(zwarty  obecnie)  głośnik  teraz  drga  z niepo−
równanie mniejszą amplitudą.

Tak jak zwarte zaciski, tak na głośnik

działa  wzmacniacz,  a właściwie  jego  rezy−
stancja wyjściowa, minimalizując między in−
nymi  wadę  głośnika  wynikającą  z jego  czę−
stotliwości  rezonansowej.  Ilustruje  to  rysu−
nek 3. Wzmacniacz tłumi różne niepotrzebne

drgania,  zapobiegając  powstawaniu  artefak−
tów.  Czym  mniejsza  impedancja  wyjściowa
wzmacniacza,  tym  lepiej;  tym  większy  ma
współczynnik tłumienia (damping factor).

Wpływ zwrotnicy

Teraz zajmijmy się zwrotnicami, na początek
dolnoprzepustową, która niezależnie, czy za−
wiera filtry o stromościach 6, 12, czy
18dB/oktawę, wymaga włączenia szeregowo

z głośnikiem  indukcyjności  o wartości  od
5mH  do  20mH  –  patrz  rysunek  4.  W przy−
padku  cewek  powietrznych  (bez  rdzenia),
wymaga to od 300 do ok. 900 zwojów drutu,
który posiada przecież swoją rezystancję. Ta−
ka cewka, w zależności od średnicy użytego

drutu, może mieć rezystancję od 0,5

Ω

, i jest włączona szeregowo do rezystan−

cji wyjściowej wzmacniacza. W takim
przypadku na tłumienie głośnika decydują−
cy wpływ ma szkodliwa rezystancja zwrot−
nicy, a nie znacznie mniejsza oporność wyj−
ściowa wzmacniacza.

Jeżeli zwrotnica określa tłumienie głośnika

na poziomie od 2 do 16, to nie ma znaczenia,
czy wzmacniacz ma współczynnik tłumienia
wynoszący tylko 50, czy aż kilka tysięcy!

Tak to wygląda, gdy patrzymy na wzmac−

niacz od strony głośnika.

Inaczej to wygląda od strony wzmacniacza,

gdyż  układ  zwrotnica  +  głośnik  potrafi  zmie−
niać swoją impedancję w zależności od często−
tliwości  i jakości  zwrotnicy.  Różnice  mogą
wynieść od 50% do 200% (lub więcej) impe−
dancji  znamionowej.  Oporność  obciążenia

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

dodatek

miesięcznika

a g a z y n

l e k t r o n i k i

ż y t k o w e j

To warto wiedzieć

Wrzesień 2002

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

O tym się mówi

nie jest stała – zmienia się z częstotliwością –
ilustruje to rysunek 5. Zmienia się wiec także
tłumienie głośnika. A w tym przypadku współ−
czynnik tłumienia ma znaczenie, minimali−
zując zmiany amplitudy sygnału wyjściowe−
go w zależności od parametrów obciążenia.

Należy także pamiętać, że w czasie pracy

zmienia  się  położenie  cewki  w szczelinie
magnesu,  co  ma  wpływ  na  indukcyjność
własną  głośnika,  a straty  mocy  podnoszą
temperaturę  cewki,  co  nie  pozostaje  bez
wpływu  na  rezystancję  własną  głośnika.  Te
zmieniające się w trakcie pracy głośnika pa−
rametry  mają  stosunkowo  niewielki  wpływ
na  pracę  ze  zwrotnicą  6dB/oct,  natomiast
przy filtrach 12, i 18dB/oct, gdzie występują
pojemności,  wpływ  tych  parametrów  wnosi
trudne do wyeliminowania dodatkowe czyn−
niki  pogarszające  emitowany  przez  ten  gło−
śnik dźwięk. Jak więc widać, do wad same−
go przetwornika, jakim jest głośnik, dodaje−
my wady zwrotnicy.

Tyle w uproszczeniu o zakresie basów, te−

raz zajmę się najważniejszym z punktu fizjo−
logii zakresem emitowanego przez zestaw
głośnikowy zakresu częstotliwości − środ−
kiem pasma.

Przyjmuje się, że zakres słyszalności

ludzkiego  ucha  zawiera  się  od  ok.  20Hz  do
około 20000Hz. Jednak nie w całym tym za−
kresie jednakowo czule słuch ludzki odbiera
te  dźwięki,  preferując  zakres  od  ok.  200Hz
do ok. 3500Hz, jest to tzw. zakres najwyższej
percepcji,  gdzie  nasz  słuch  jest  szczególnie
wyczulony, wyłapując nawet minimalne nie−
prawidłowości.

Zwrotnice górno−

przepustowe w zakre−
sie 200−400Hz wyma−
gają

kondensatorów

dużej pojemności

i odpowiednio  wyso−
kiej jakości – patrz ry−
sunek 6a. Takie podze−
społy używane są tylko
przez  bardzo  drogich
producentów, spoza za−
sięgu  możliwości  fi−
nansowych  zdecydo−
wanej  większości  po−
tencjalnych  nabywców
w naszym kraju. Ta zdecydowana większość
Polaków skazana jest na kondensatory tzw.
elektrolityczne  bipolarne  (rysunek  6b)  lub
mniej,  albo  bardziej  rozbudowane  układy
z użyciem kondensatorów elektrolitycznych
spolaryzowanych (rysunek 6c).

Najmniejsze zniekształcenia wprowadza−

ją zwrotnice o nachyleniu 6 dB/oct, lecz przy
niskich  częstotliwościach  podziału  grozi  to
sytuacją,  że  pewny  zakres  częstotliwości
w pobliżu częstotliwości podziału jest emito−
wany przez dwa głośniki. Ponieważ zwrotni−
ce wprowadzają przesunięcie fazy, następuje
zjawisko  dodawania  się  lub  odejmowania
pewnych  częstotliwości.  Ponadto  istnieje
możliwość uszkodzenia mechanicznego gło−
śnika średniotonowego, gdyż jego konstruk−
cja  mechaniczna  (z reguły)  nie  przewiduje
amplitud  wychyleń  membrany  ponad  2mm,
oraz  to,  że  ten  głośnik  przeważnie  ma  moc
RMS na poziomie do 50% głośnika basowe−
go, co z kolei przy pojawieniu się na nim peł−
nej mocy wzmacniacza grozi jego spaleniem.
Część  tych  niekorzystnych  zjawisk  da  się
ograniczyć  przy  zastosowaniu  ostrzejszego
filtru,  12  lub  18dB/oct  (nie  dotyczy  ryzyka
spalenia  zbyt  dużą  mocą),  lecz  wpadamy
w pułapkę bardzo trudnych do przewidzenia
i wyeliminowania zjawisk związa−
nych  z wzajemnym  oddziaływa−
niem na siebie zmiennych parame−
trów  głośnika  (indukcyjność  wła−
sna cewki, rezystancja, impedancja
w zależności  od  częstotliwości)
i

elementów konstrukcyjnych

zwrotnicy oraz wzrostu zniekształ−
ceń, które te zwrotnice wprowadzą.

Bywa, że głośnik średniotono−

wy,  chyba  za  karę,  obciążony  jest
wadami aż dwóch zwrotnic, bo do−
datkowo  górnozaporową,  służącą
do  podziału  pasma  z głośnikiem
wysokotonowym – patrz rysunek 7. W efek−
cie, w zestawie pasywnym, „dzięki” zwrotni−
com, najważniejszy głośnik w kolumnie jest
najbardziej popsuty.

Ponieważ producenci, ustalając potrzebną

moc RMS głośnika wysokotonowego, stosu−
ją współczynnik 60 − 30 − 10, gdzie zakłada
się  pobór  mocy  w proporcjach  60%  −  bas,
30%  −  środek,  10%  głośnik  wysokotonowy,
posiada  z reguły  moc  RMS,  na  poziomie
10%  mocy  znamionowej  kolumny.  Aby
zwiększyć  bezpieczeństwo,  musi  być  wtedy
zastosowana  zwrotnica  18dB/oct,  lub  mini−
mum  12dB/oct,  czyli  zwrotnice  wnoszące

najwięcej niespodzianek.

Należy także pamiętać, że filtry nie są

„siekierką”  odcinającą  określoną  częstotli−
wość,  a nawet  przy  stromości  12dB/oct  na−
chylenie  zboczy  jest  stosunkowo  łagodne.
Tymczasem  przesterowany sygnał  wycho−
dzący ze wzmacniacza nawet na częstotliwo−
ści  1000Hz  może  mieć  nachylenie  zbocza
(sygnał  prostokątny)  odpowiadające  często−
tliwości kilku kiloherców. W takim przypad−
ku na głośniku wysokotonowym pojawią się
impulsy o bardzo dużej amplitudzie (szpilki)
z częstotliwością  1000Hz,  niszcząc  mecha−
nicznie membrankę lub zrywając cewkę.

Aby wyeliminować opisane wyżej sytua−

cje, należy przenieść filtry, określające zakres
emitowanych  przez  głośniki  częstotliwości,
przed  wzmacniacze  mocy,  poddając  tym
samym zbawiennemu oddziaływaniu na gło−
śniki małej oporności wyjściowej wzmacnia−
cza, co pozwoli uzyskać dużą wartość współ−
czynnika  tłumienia.  Ilustruje  to  rysunek  8.

Filtry elektroniczne bez problemu pozwalają
na uzyskiwanie nachyleń zbocza na poziomie
24 i więcej dB/oct, przy nierównościach cha−
rakterystyki w pobliżu punktu odcinania na
poziomie nie większym niż 0,5dB, pozwala−
jąc równocześnie na niewielkie korekcje po−
prawiające liniowość emitowanego zakresu
częstotliwości.

Wadą tego rozwiązania jest konieczność

stosowania  kilku  wzmacniaczy  mocy,  lecz
jest  to  zmartwienie  konstruktorów  i produ−
centów.  Są  już  oferowane  urządzenia,  gdzie
w jednej obudowie jest elektronika i głośniki
według rysunku 9. Wbrew pozorom kolum−
ny  aktywne  nie  muszą  być  droższe  od  tych
pasywnych  w tej  samej  klasie  jakościowej
i mocy,  można  nawet  uzyskać  dużo  lepsze
efekty  za  mniejsze  pieniądze,  gdyż  do  kon−
strukcji kolumny aktywnej można użyć nieco
gorszych głośników i mniej wyrafinowanych
wzmacniaczy mocy. Zyskujemy też w takiej
konstrukcji  dużo  większe  bezpieczeństwo
pracy głośników, ponieważ nie ma najmniej−
szych  problemów  konstrukcyjnych,  aby
wzmacniacze  wyposażyć  w kompresory
dynamiki zabezpieczające poszczególne gło−
śniki  przed  zbyt  dużą  mocą,  wprowadzając

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

Wrzesień 2002

Rys. 5

Rys. 6

Rys. 7

Rys. 8

kilka razy mniejsze zniekształcenia niż najle−
piej  skonstruowana  zwrotnica  pasywna.  Po−
nadto konstruktor może zastosować głośniki
bez  względu  na  ich  impedancję  lub  spraw−
ność,  stosując  dodatkowo  elektroakustyczne
sprzężenie zwrotne.

Jest jeszcze jeden plus takiego rozwiąza−

nia. W układzie pasywnym bez zniekształceń
można  wykorzystać  do  25%  mocy  znamio−
nowej  najlepszego  nawet  wzmacniacza.
Układ aktywny o tej samej mocy sumacyjnej
(suma mocy wszystkich kanałów) jest w sta−
nie  wydobyć  z tych  samych  głośników  ma−
ksymalną  moc  akustyczną  o 50  do  100%
większą, z dużo większym bezpieczeństwem.
Dzieje  się  to  dzięki  możliwości  lepszego,
w zależności od przetwarzanego pasma, wy−
korzystania  poszczególnych  wzmacniaczy,

gdyż nie ma konieczności „rezerwowania”
mocy dla odtworzenia dynamiki.

Wspomniałem poprzednio, że przy kon−

strukcji układu aktywnego nie ma konieczno−
ści stosowania wyrafinowanych wzmacnia−
czy. Powodem tego jest niewystępowanie
impedancji obciążenia niższej od znamiono−
wej, co ma niestety miejsce w kolumnach pa−
sywnych. Dlaczego? Wyjaśnienie poniżej.

Wspomniałem poprzednio, że może się

zdarzyć zmniejszenie impedancji wejściowej
układu głośnik−zwrotnica nawet do połowy
impedancji znamionowej (rysunek 5), a ma−
my przecież w tym zakresie częstotliwości
z reguły dwie zwrotnice, górno− i dolnozapo−
rową, połączone równolegle z punktu widze−
nia wzmacniacza (rysunek 7).

Ponadto laboratoryjny pomiar impedancji

w funkcji  częstotliwości  jest  pomiarem  nijak
mającym się do rzeczywistej impedancji, gdyż
jest  pomiarem  syntetycznym,  gdzie  w danej
chwili  przez  głośniki  odtwarzana  jest  jedna
częstotliwość podawana z generatora. Sygnał
elektryczny zasilający kolumnę w czasie eks−
ploatacji  przypomina  bardziej  szum  różowy,
a śmiałbym twierdzić, że nawet biały.

Wyobraźmy sobie taką sytuację.
Lubimy słuchać naszej ulubionej muzyki

nieco  głośniej.  Potężny  bas  zmusił  do  pracy
głośnik  basowy,  wokalistka  obdarzona  niesa−
mowitym sopranem dała popis swoich możli−
wości,  uruchamiając  głośnik  średniotonowy,
natomiast perkusista próbował połamać w tym
momencie  pałki  na  talerzach,  co  zmusiło  do
ciężkiej pracy głośnik wysokotonowy. W du−
żym uproszczeniu, z punktu widzenia wzmac−
niacza podłączone zostały trzy głośniki, każdy
o impedancji 8

Ω

, co daje wypadkową ok. 3

Ω

Jeżeli do tego dołożymy wymagania wy−

wołane  wadami  zwrotnic,  to  wzmacniacz
musi być w stanie obsłużyć kolumnę pasyw−
ną  chwilowo  mocą  wielokrotnie  większą  od
deklarowanej  w katalogu.  Zdecydowana
większość wzmacniaczy oferowanych na na−
szym  rynku  nie  jest  w stanie  podołać  takim
wymaganiom,  bo  albo  zadziała  automatyka
przeciwprzeciążeniowa,  albo  kondensatory
posiadają  zbyt  małą  pojemność,  albo  unie−
możliwia to zbyt oszczędna konstrukcja, lub
wszystkie te czynniki występują razem.

Te, które mają podany w opisie swoich

parametrów maksymalny chwilowy prąd lub
moc, lub minimalną impedancję odbiornika,
jaką jest w stanie zasilić dany wyrób, są poza
zasięgiem możliwości finansowych. Nato−
miast tańsze, polskie wyroby nie są w stanie
wybić się w chaosie reklamowym pseudo−
ocen na łamach pism pseudoaudiofilskich,
gdyż większość z nich jest w gruncie rzeczy
jedną wielką tubą reklamową.

Mam nadzieję, że zaprezentowany tekst

zwrócił uwagę na istotny problem i wykazał
różnice, jednoznacznie wskazujące przewagę
rozwiązania kolumny aktywnej nad klasycz−
ną kolumną pasywną.

Krzysztof Jasiński

Od Redakcji. O ile Czytelnicy będą zain−

teresowani tematem, Autor artykułu może za−
prezentować projekt aktywnej zwrotnicy i ca−
łego systemu nagłośnieniowego, uwzględnia−
jącego opisane czynniki. Prosimy o opinie
w tej sprawie w ramach miniankiety lub w li−
stach zwykłych i elektronicznych.

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

Wrzesień 2002

Rys. 9

Document Outline