Gdy pierwszy raz w życiu stajesz na nartach, nie odbywa
się  to na szczycie K asproweg o. S zuk asz jak ieg oś łag odne−
g o, m ało strom eg o stok u, jednym  słowem  − oślej łą czk i.

D opiero g dy na tak iej oślej łą czce nauczysz się  podstaw,
bę dziesz w stanie bezpiecznie zjechać  z K asproweg o.

N iniejszy cyk l jest odpowiednik iem  wypraw na tak ą

oślą  łą czk ę . P oszczeg ó lne wyprawy pozwalają  poznać  k o−
lejne  najważniejsze  zag adnienia  elek tronik i.  K urs  został
pom yślany,  by  przede  wszystk im   bawić ,  a przy  ok azji
uczyć .  Z abawa  poleg a  na  wyk onywaniu  ró żnych  ciek a−
wych i pożytecznych uk ładó w.

N iniejszy m ateriał jest pią tą  wyprawą  na oślą  łą czk ę .

N areszcie zajmiemy się układami cyfrowymi.

O k reślenie  „ technik a  cyfrowa“   m oże  budzić   obawy,

że chodzi o coś bardzo trudneg o. N iek tó rzy są  przek ona−
ni, że jeśli jest „ cyfrowa“ , to m a ścisły zwią zek  z m atem a−
tyk ą , i to m atem atyk ą  wyższą . W rzeczywistości ta dzie−
dzina elek tronik i ok azuje się  bardzo łatwa do opanowania.
W brew pozorom  ok azuje się  zdecydowanie łatwiejsza niż
technik a  analog owa,  k tó rą   zajm owaliśm y  się   na  poprze−
dnich  wyprawach.  T ak !  P rzek onasz  się   o tym   osobiście
podczas pierwszej „ cyfrowej“  wyprawy na elek troniczną
oślą  łą czk ę . 

W niniejszym  cyk lu wszelk ie interpretacje fizyczne są

m ocno  uproszczone  (o ile  w og ó le  są ),  a g łó wna  uwag a
jest sk ierowane na zag adnienia prak tyczne. U wydatnia to
charak terystyczna struk tura k ursu − k ażdy odcinek  zawie−
ra cztery blok i, wyró żnione k oloram i.

N ajważniejszy blok  to um ieszczone na białym  tle ć wi−

czen ia p raktyczn e. S am o przeczytanie tek stu nie dostar−

czy  C i  wszystk ich  najważniejszych  inform acji.  D opiero
prak tyczne wyk onanie i zbadanie zaproponowanych uk ła−
dó w pozwoli wycią g ną ć  wniosk i i w pełni zrozum ieć  opi−
sane  zag adnienia.  P om og ą   inform acje  zawarte  w czę −
ściach E L E M E N T arz i T ech n ikalia.

Z apewniam , że zaczynają c znajom ość  z technik ą  cy−

frową   od  tak   zwanych  uk ładó w  C M O S   nie  m usisz  m ieć
żadnej  wiedzy  m atem atycznej.  M usisz  jednak   wiedzieć ,
co to jest rezystor i k ondensator. M usisz też znać  zasady
oznaczania rezystoró w i k ondensatoró w oraz wiedzieć , co
to jest i jak  działa tranzystor, zaró wno zwyk ły, bipolarny,
jak  i polowy (M O S F E T ). Z ag adnienia te zostały wyczer−
pują co  om ó wione  podczas  dwó ch  pierwszych  „ analog o−
wych“  wypraw na oślą  łą czk ę . M ożna je znaleź ć  w archi−
walnych  num erach  E lek tronik i  dla  W szystk ich,  począ w−
szy od num eru 1 0 /2 0 0 0 .

D o  wyk onania  wszystk ich  uk ładó w  tej  „ cyfrowej“

wyprawy  wystarczą   schem aty  i fotog rafie  zam ieszczone
w artyk ule. D o ich zasilania najlepiej nadaje się  stabilizo−
wany  zasilacz  wtyczk owy  1 2 V 2 5 0 m A ,  a w wię k szości
ć wiczeń   m ożesz  wyk orzystać   baterię   9 V .  K om plet  ele−
m entó w  do  budowy  wszystk ich  ć wiczeń   tej  wyprawy
m ożna zam ó wić  jak o zestaw A 0 5 . E lem enty m ożesz luto−
wać ,  m ożesz  też  wyk orzystać   uniwersalną   płytk ę   styk o−
wą . Inform acje handlowe podane są  na stronie 8 0 ,8 1 .

Ż yczę  suk cesu tak że na tej wyprawie.

P iotr G ó recki

37

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

Ośla łączka

A 4

8 5

Wyprawa piąta − A5

S y r e n y  alar m o w e , M r y g ad e łko , 

G e n e r at o r  lab o r at o r y jn y , P e r p e t u u m  m o b ile ,

P r ze r zu t n ik R S , C zar o d zie js ki czu jn ik zb liż e n io w y ,

D e t e kt o r  w ilg o ci, U n iw e r s aln y  s y g n alizat o r  d r zw io w y ,

C y f r o w e  t ań czące  św iat e łka, P r ze łączn iki s e n s o r o w e

P r ąd  e le kt r y czn y  p r ze p ły w ający  p r ze z ciało  czło −
w ie ka n ie  je s t  o b o ję t n y  d la zd r o w ia. C zy m  w ię k−
s ze  n ap ię cie , t y m  w ię ks zy  p r ąd  i w ię ks zy  w p ły w
n a o r g an izm .
N ap ię cia  n ie   p r ze kr aczające   2 4 V

u zn aje   s ię   za

b e zw zg lę d n ie  b e zp ie czn e .
N ap ię cia r zę d u  6 0 V i w ię ce j u zn aw an e  s ą za n ie −
b e zp ie czn e . N ap ię cie  w

d o m o w y m  g n iazd ku  s ie −

ci e n e r g e t y czn e j w y n o s i 2 2 0 ...2 3 0 V − je s t  t o  w ię c
n ap ię cie  g r o ź n e  d la ż y cia!

P r ze p r o w ad zan ie   p r ó b   z u kład a−
m i  d o łączo n y m i  w p r o s t   d o   s ie ci
g r o zi śm ie r cią!

A b y  zap o b ie c n ie s zczę ściu , n ale ż y  zas ilać  b u d o −
w an e  u kład y  z b at e r ii alb o  z u ż y cie m  f ab r y czn e −
g o , at e s t o w an e g o  zas ilacza, kt ó r y  co  p r aw d a je s t
d o łączan y  d o  s ie ci, ale  zas t o s o w an e  r o zw iązan ia
zap e w n iają g alw an iczn ą izo lację  o d  s ie ci i p e łn e
b e zp ie cze ń s t w o .

potencjometry

kondensatory

układy scalone

tranzystory

diody

rezystory

membrana

piezo

PCA − 1 00

brzęczyk

piezo

z generatorem

diody L E D

przyciski

„ darlington“

mocy

38

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

Ośla łączka

A4

86

Czy  w życiu  codziennym  spotykasz  się

z bramkami logicznymi?

Tak! Często mamy do czynienia z urzą−

dzeniami, które działają jak najprawdziw−

sze bramki logiczne, na przykład lampka

oświetlenia kabiny samochodu sterowana

jest  elektromechaniczną  bramką  OR :

lampka  świeci,  gdy  przynajmniej  jedne

drzwi zostaną otwarte.

Z kolei drzwi wejściowe do mieszka−

nia, wyposażone w kilka zamków, przy−

pominają  działanie  bramki  AND:  aby

otworzyć drzwi, trzeba wcześniej otwo−

rzyć w szystk ie zamki.

Na  rysunku  1 znajdziesz  przykłady

realizacji bramek OR  i AND przy użyciu

zwykłych diod i rezystorów. Takie bram−

ki  czasem  wykorzystujemy  w praktyce.

Aby  zaświecić  lampkę  współpracującą

z bramką  OR   z rysunku  1a, wystarczy

podać  napięcie  na  przynajmniej  jedno

wejście.  W przypadku  bramki  AND

z rysunku  1b napięcie  trzeba  podać  na
w s zys tk ie

wejścia. 

Czy  wiesz,  skąd  wzięła  się  nazwa

bramka?  Nazwa bramka (ang. gate) koja−

rzy się z bramą, z wejściem, z drzwiami.

Stany logiczne

Urządzenia  cyfrowe  (logiczne)  zazwyczaj
traktuje  się  jako  „czarne  skrzynki“  mające
wejścia  i wyjścia.  Nie  jest  ważne,  co  jest
w środku –  istotne jest tylko, jakie jest dzia−
łanie układu. Może straszy Cię informacja,
że  urządzenia  te  realizują  funkcje  matema−
tyczne (logiczne).

Nie  bój  się!  W rzeczywistości  na  wej−

ścia  podawane  są  jakieś  napięcia  i jakieś
napięcia pojawiają się na wyjściach. Ś ciślej
biorąc, na tych wejściach i wyjściach wy−
stępują  tak  zwane  stany  logiczne,  inaczej
poziomy  logiczne.  Oto  pierwsza  dobra
i bardzo  ważna  wiadomość:  is tnieją   dw a
po ds taw o w e  s tany  lo g ic zne  −  s tan  nis k i
(o znac zany L –  o d ang iels k ieg o  lo w ) i s tan
w ys o k i  (o znac zany  H –   h ig h ).

Stan nis k i,

zw any  tak ż e  zerem  lo g ic znym  (0 )  to
w prak tyc e po  pro s tu  b rak  napię c ia. S tan
w ys o k i,  zw any też   jedynk ą   lo g ic zną   (1 )  to
o b ec no ś ć  napię c ia

.

Dalszych informacji na temat stanów lo−

gicznych szukaj w części TECH NIKAL IA.

Podstawowe bramki

B ramki  są   elementarnymi  ceg iełkami,
z których  moż na  b udować  dowolnie
skomplikowane  układy,  pełniące  różno−
rodne  zadania,  na  przykład  liczniki,  prze−
rzutniki,  rejestry  i inne,  o których  dowiesz
się na kolejnych wyprawach. A oto bardzo
dobra wiadomość: istnieje tylko kilka typów
bramek,  a ich  działanie  jest  beznadziejnie
proste. 

U w ag a!  P o dane dalej w yjaś nienia b a−

zu ją   na  info rmac jac h   zaw artyc h   w

po −

przednic h  o dc ink ac h  c yk lu  „ O ś la łą c zk a“
(w ypraw y A 1 ...A 2 ). J eś li nie znas z zaw ar−
teg o   tam  materiału ,  mu s is z  s ię   z nim  za−
po znać   i do w iedzieć   s ię   niec o   o rezys to −
rac h ,  k o ndens ato rac h ,  tranzys to rac h
i przek aź nik ac h .

R ysunek  1  pokazuje  symbole  graficzne

podstawowych  bramek,  znane  i stosowane
od lat. Od pewnego czasu zaleca się używa−
nie nowszych symboli z rysunku 2 ,  jednak
wciąż nie są one popularne.

Symbol graficzny nie mówi nic o budo−

wie wewnętrznej, a jedynie wskazuje, jakie

K omu potrzebny jest

och roniarz?

Obwody  wejściowe  (bramki)  tranzystorów  MO−
SFET,  zawartych  w układach  CMOS,  są  bardzo
delikatne i łatwo ulegałyby uszkodzeniom, gdyby
nie odpowiedni system zabezpieczeń.

Ź ródłem  zagrożenia  są  przede  wszystkim  tak

zwane ładunki statyczne. Na pewno i Ty od czasu
do czasu obserwujesz trzaski i iskierki przy zakła−
daniu  jakiegoś  ubrania  z włókna  sztucznego.  Za−
pewne i Ciebie ukłuła iskra po dotknięciu klamki
albo przy wysiadaniu z samochodu. Jeśli przeska−

kuje iskra, napięcie wynosi na pewno ponad kilo−
wolt (tysiąc woltów); zwykle wynosi kilka lub kil−
kanaście kilowoltów.

Jeśli iskra przeskakuje przy dotykaniu klamki,

coś podobnego może też wystąpić przy dotknięciu
nóżek  układu  scalonego.  Oczywiście  prowadzi  to
nieuchronnie do uszkodzenia delikatnej struktury.
Konstruktorzy włożyli dużo trudu i pomysłowości,
by  nie  dopuścić  do  uszkodzenia  w takich  sytua−
cjach. W części EL EMENTarz znajdziesz schemat
typowego zabezpieczenia, które chroni układ sca−
lony  w większości  sytuacji.  Powiedzmy  to  wyra−

źnie –  w większości sytuacji, ale nie zawsze. Dla−
tego producenci układów scalonych nadal zalecają,
by przechowywać delikatne układy scalone w spe−
cjalnych  szynach  z przewodzącego  prąd  plastiku,
oznaczonych napisem antistatic ewentualnie wbite
nóżkami w czarną, przewodzącą gąbkę –  patrz fo−
tog rafia A na stronie ob ok.

Nie zdziw się też, że niektórzy sprzedawcy za−

wijają takie układy w folię aluminiową.

Według  zaleceń  producentów,  stanowisko

montażowe układów CMOS powinno mieć meta−
lowy (lub inny przewodzący prąd) blat, wszystkie

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

  

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

  

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

  

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

  

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

  

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

  

E

L

E

M

E

N

T

a

rz

Uwaga!

Podczas  tej  wyprawy  będziemy  wy−
korzystywać  delikatne  układy  scalo−
ne  CMOS.  Ryzyko  ich   uszkodzenia
nie jest duże, ale nie jest wykluczone.

Dlatego na wszelki wypadek w ze−

stawie  elementów  do  tej  wyprawy

(A05)  przewidziano  podwójną  liczbę
układów scalonych .

W arto  od  razu  zajrzeć  do  części

T ECH NIK ALIA i zapoznać się z podsta−
wowymi  informacjami  o sposobach
zapobiegania  uszkodzeniom  delikat−
nych  podzespołów elektronicznych .

Ć wiczenie 1   

Podstawowe bramki

B ramka jako... bramka

Czy wiesz, że...

Numeracja nóżek układów 

scalonych jest znormalizowana. 

Dla powszechnie dostępnych układów

w tak zwanej obudowie DIL półokrągłe 

wycięcie, wgłębienie lub kropka znajduje się

w pobliżu nóżki 1, 

a nóżki trzeba liczyć przeciwnie do

ruchu wskazówek zegara, patrząc

od góry, czyli od strony napisu.

Zasadę tę ilustruje

fotografia.

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

Rys. 1

39

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

Ośla łączka

A4

87

Słusznie!

Drzwi mogą być otwarte albo zamknięte. 

Podobnie jest z bramką. W układach z

rysunku 1 za pomocą przycisku S1 mo−

żesz zaświecać i gasić lampkę w dowol−

nym rytmie pod warunkiem, że...

Czy rozumiesz, w czym rzecz?

B ramka  przepuści  sygnał  „zmienny“

z przełącznika S1 tylko wtedy, gdy na jej

drugim wejściu jest odpowiedni stan lo−

giczny.  W bramce  OR  (rysunek  1a)

i w bramce  NOR  stanem  „otwierają−

cym“ jest stan niski (styk S2 rozwarty).

B ramkę  AND  (rysunek  1b)  i bramkę

NAND  otwiera  stan  wysoki  (styk  S2

zwarty).

Działanie bramek jest w sumie bezna−

dziejnie  proste.  Nie  zlekceważ  jednak

proponowanego  teraz  ćwiczenia,  które−

go  celem  jest  poznanie  pewnych  waż−

nych  cech  bramek  logicznych  i innych

układów z rodziny CMOS 4 000. Zestaw

układ według rysunku 2 z wykorzysta−

niem  kostki  CMOS  4 011,  zawierającej

cztery  dwuwejściowe  bramki  NAND .

Nie  zapomnij  o podłączeniu  końcówek

zasilania  (nóżki  7   i 14 )  i wejść.  Trzy

wyjścia  pozostaw  niepodłączone.  Na

tym i niektórych następnych schematach

zaznaczyłem numery nóżek, co sugeruje

konkretne połączenia. Oczywiście wszy−

stkie bramki z jednej kostki są jednako−

we i wejścia każdej bramki też są jedna−

kowe, więc możesz modyfikować układ.

jest  działanie  elementu.  Działanie  bramek
(i innych,  tak  zwanych  kombinacyjnych
układów logicznych) opisane jest w podręcz−
nikach za pomocą tak zwanych tabel prawdy.
W ramach tego kursu podejdziemy do spra−
wy prościej, od strony intuicyjnej.

Jak  już  wiesz,  stan  niski  to  w praktyce

brak  napięcia  (napięcie  równe  zeru),  nato−
miast stan wysoki to obecność napięcia zasi−
lania. Chyba zgadza się z Twoją intuicją, że
w odniesieniu do wejść stan niski jest czymś
w rodzaju  stanu  spoczynkowego,  natomiast
stan  wysoki  jest  stanem  aktywnym.  Z wyj−
ściami bywa różnie – o tym przeczytasz da−
lej.  (Choć  określenie  „stan  spoczynkowy“
nie jest u ż ywane w pod rę cznikach, u łatwi Ci
intu icyjne zrozu m ienie d ziałania u kład ó w lo−
g icznych. N ie chcę  Ci b owiem  m ą cić w g ło−
wie  określeniam i  typu   log ika  d od atnia
i u jem na.

)

Funkcje  pięciu  omówionych  dalej  bra−

mek  musisz  dobrze  zrozumieć  i pamiętać
o każdej porze dnia i nocy – to naprawdę jest
niezbędne.  Hobbyści  w swej  praktyce  zde−
cydowanie najczęściej wykorzystują negato−
ry  (NOT)  oraz  dwuwejściowe  bramki  NA−
ND i NOR. B ramki OR, AND są wykorzy−
stywane nieporównanie rzadziej.

Układ scalony

B ramki logiczne można zrealizować w naj−
różniejszy sposób i jak się okazuje funkcje
logiczne oraz operacje matematyczne moż−
na  przeprowadzać  przy  użyciu  najróżniej−
szych  elementów.  Przed  wielu  laty  realizo−
wano  je  przy  pomocy  m.in.  układów 
mechanicznych, 

przekaźników, 

lamp 

elektronowych, tranzystorów, diod i rezysto−
rów,  itd...  jednak  dopiero  pojawienie  się

przyrządy  pomiarowe  oraz  lutownica  mają  być
uziemione.  Także  elektronik  powinien  być  uzie−
miony (!) za pomocą przewodzącej bransolety po−
łączonej z ziemią przez rezystor o wartości rzędu
1MΩ.

Amatorzy i nie tylko amatorzy nie zachowują

żadnych  środków  ostrożności  przy  kontakcie
z układami  CMOS.  Dlatego  nadal  zdarzają  się
uszkodzenia układów scalonych CMOS, ale trzeba
przyznać, iż są to przypadki bardzo rzadkie.

Cóż  mam  Ci  poradzić  w tym  względzie?

Z obowiązku  informuję  o zaleceniach  fabrycz−

nych. Z własnej praktyki zalecam rozsądną mia−
rę ostrożności − kawałek czarnej gąbki do prze−
chowywania układów CMOS i uziemienie grota
lutownicy  na  pewno  nie  zaszkodzi.  Warto  też
dotknąć do uziemienia (np. kranu) przed rozpo−
częciem  pracy,  by  rozładować  ewentualne  ła−
dunki.  Trzeba  też  unikać  ubrań  z tworzyw
sztucznych, bo się łatwo elektryzują – bawełna
okazuje się dobra i pod tym względem. Nie za−
szkodzi  też  w  pracowni  rozpylić  trochę  wody
w powietrzu,  utrudnia  to  tworzenie  wspomnia−
nych ładunków statycznych.

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

T
E
C
H
N
I

K
A
L
I

A

Rys. 2

Rys. 1

Rys. 2

Fot. 1

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

A

A

40

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

Ośla łączka

A4

88

Dlatego też na niektórych rysunkach ce−

lowo nie podałem numeracji nóżek.

Naciśnięcie przycisku, czyli podanie

na  nóżkę  3   w stanu  wysokiego  powo−

duje  pojawienie  się  stanu  niskiego  na

wyjściu 3  i zgaszenie diody D. Bramka

U1A działa jak inwerter.

Dołącz nóżkę 1 bramki

do  masy  (n.  7).  Czy

wiesz,  dlaczego

nie można teraz

zgasić  diody

D5? 

Jeśli

wiesz,  gratulu−

ję  −  rozumiesz

działanie  bramki

NAND.  Znów  dołącz

nóżkę 1 do nóżki 14.

Jeśli  usuniesz  zewnętrzne  obciążenie

w postaci  R2,  D5,  nie  zaświeci  także

kontrolka D2, co wskazuje, że nieobcią−
żony układ scalony podczas pracy albo
nie  pobiera  prądu  w ogó le,  albo  jego
pobó r jest znikomo mały

.

Jakie  stany  logiczne  panują  na  wyj−

ściach  bramek  U1B,  U1C?    Jeśli  ze−

wrzesz ze sobą te wyjścia (nóżki 4, 10),

wtedy zaświeci dioda D2, wskazując, że

układ  pobiera  spory  prąd.  Płynie  on

przez D2, nóżkę zasilającą 14, dalej we−

wnątrz  układu  scalonego  przez  bramkę

U1B, potem z nóżki 4 do nóżki 10 i da−

lej przez bramkę U1C do nóżki zasilają−

cej 7. Dioda D2 zaświeci jasno, gdy ze−

wrzesz nóżkę 4 do masy albo nóżkę 10

(11) do plusa zasilania.

Wyciągnij  ważny  wniosek:  zwarcie

wyjść CMOS może spowodować zupeł−

nie niepotrzebnie pobór znacznego prą−

du.  Dlatego  nie  należy  zwierać  wyjść

bramek ani za sobą, ani do masy, ani do

plusa zasilania.

Zauważ,  że  niezależnie  od  stanów

przycisku,  diody  LED  D3 ,  D4  umie−

szczone na wejściu bramki nie zaświecą

się nawet w głębokiej ciemności – to ar−

gument,  że  wejścia  bramek  podczas

normalnej  pracy  nie  po−

bierają  prądu

.  Po−

równanie rysunku

2  i fotografii  1

pokazuje,  że

w ćwiczeniu

tym 

możesz

w y k o r z y s t a ć

diody  LED  o do−

wolnych kolorach.

Zbadamy 

wydajność

wyjść bramek. Zestaw teraz układ z ry−
sunku  3 .  Pomocą  będzie  fotografia  2.

(Dodatnie  napięcie  zasilania  i dodatnią

końcówkę  zasilającą  układów  CMOS

często oznacza się VDD, napięcie i koń−

cówkę  ujemną  −  VSS).  Potencjometr

PR1  pozwala  zmieniać  napięcie  zasila−

jące  w szerokich  granicach.  Najpierw

ustaw napięcie zasilające na minimum −

wskaźnikiem  napięcia  jest  dioda  LED

D1.  Zwiększaj  napięcie  zasilania  i ob−

serwuj  jasność  świecenia  LED−ów  D2,

D3 , które w tym wypadku ze względów

dydaktycznych włączone są nietypowo,

bez rezystorów ograniczających. 

Uwaga!  Napięcie  zasilania  powinno

wynosić  co  najmniej  12V,  a w miarę

możliwości 18V (np. 2 baterie alkaliczne

9V).  Przy  napięciach  zasilania  powyżej

12V układ  scalony  będzie  się  wyraźnie

grzać.  Przy  napięciach  mniejszych  niż

12V grzanie może być niezauważalne.

przed  czterdziestu  laty  układó w  scalo−
nych

otworzyło drogę nie tylko do niesa−

mowitej miniaturyzacji, ale i do zadziwia−
jącego  zwiększenia  możliwości  układów
cyfrowych.

Jak już wiesz, układ scalony to miniatu−

rowy układ elektroniczny, którego elementy
są  wytworzone  na  wspólnym  krzemowym
podłożu.  Typowy  układ  scalony  zawiera
przede wszystkim tranzystory (bipolarne lub
unipolarne  MOSFET)  a także  rezystory
i ewentualnie  kondensatory  o małych  po−
jemnościach.

Istnieje  bardzo  wiele  typów  i rodzajów

układów  scalonych.  Generalnie  dzielą  się
one na analogowe i cyfrowe. Na wyprawie
czwartej wykorzystywaliśmy scalone stabi−
lizatory,  które  należą  do  układów  analogo−
wych, podobnie jak na przykład różnego ro−
dzaju  wzmacniacze.  Natomiast  ogromna
grupa  układów  cyfrowych  obejmuje  ele−
menty począwszy od najprostszych bramek,
a skończywszy na skomplikowanych proce−
sorach komputerowych.

Najprostsze  cyfrowe  układy  scalone

(bramki) zawierają kilka tranzystorów. Naj−
bardziej skomplikowane (procesory kompu−
terowe)  –  kilka  milionów  tranzystorów.
W przypadku układów scalonych, zwłaszcza
cyfrowych,  niewiele  interesuje  nas  budowa
wewnętrzna,  a bardziej  pełnione  funkcje.
F otografia poniżej pokazuje kilka układów
scalonych, analogowych i cyfrowych.

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

Stany, stany, stany...

W części pt. ELEMENTarz podałem, że mamy dwa
podstawowe stany logiczne: wysoki i niski (inaczej:
jedynka i zero). I to jest święta prawda. W podręcz−
nikach możesz spotkać opisy jeszcze innych stanów:
tzw. stanu trzeciego, oznaczanego Z, stanu nieokre−

ślonego oraz stanu zabronionego czy stanów zabro−
nionych. W książkach spotkasz się także z określe−
niami „logika ujemna“ i „logika dodatnia“. Podręcz−
niki  zwykle  zawierają  też  obszerny  materiał  teore−
tyczny dotyczący rachunku zdań, zbiorów, kwantyfi−
katorów, relacji, funkcji, itd. Na razie nie ma żadnej

potrzeby, byśmy się tym zajmowali. To są zagadnie−
nia potrzebne wąskiej grupie teoretyków i zawodo−
wych konstruktorów. Aby zostać dobrym elektroni−
kiem−hobbystą wystarczy zrozumieć podstawy, a to
naprawdę  jest  bardzo  łatwe.  Potem  jeśli  zechcesz,
zajmiesz się materiałem teoretycznym.

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Czy wiesz, że...

Obok oficjalnego określenia 

„układ scalony

”  używane są także inne,

równoważne − przede wszystkim

„kostka

” , ale także mniej eleganckie

„kość

”  i „scalak” .

Czy wiesz, że...

Wejścia układów CMOS nie mogą być niepodłączo−

ne, czy jak mówimy potocznie “wisieć w powietrzu” .

Wszystkie niewykorzystane wejścia układów CMOS powin−

ny być dołączone albo do masy, albo plusa zasilania.

Niewykorzystane wyjścia należy pozostawić niepodłą−

czone. Nie wolno ich łączyć z innymi wyjściami,

z masą, ani z dodatnią szyną zasilania.

Rys. 3

Fot. 1

45

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

Ośla łączka

A4

89

Jasność  świecenia  D2,  D3  wskazuje,

że z wyjścia bramki przy wyższych na−

pięciach zasilających można pobrać spo−

ry  prąd  i to  zarówno  wypływający,  jak

i wpływający.  Często  wykorzystujemy

to w praktyce.

Jeśli  chcesz,  możesz  zamiast  dowol−

nej diody D2 albo D3 włączyć miliampe−

romierz (który ma małą rezystancję we−

wnętrzną  i można  go  traktować  jako

zworę) i sprawdzić, jaki jest maksymalny
prąd zwarciowy

przy różnych napięciach

zasilania. Choć w rzeczywistych warun−

kach aż tak dużego prądu „nie wydusisz“

z wyjścia, a wydajność układów od róż−

nych  producentów  może  być  znacząco

różna, ćwiczenie to jest bardzo ważne, bo

da Ci wyobrażenie, jakie możliwości ma

wyjście  układu  CMOS  w zależności  od

napięcia  zasilania.  Zwróć  uwagę,  że

zwarciowy prąd wyjściowy silnie zależy

od napięcia zasilającego.

Diody D4, D5 nie będą świecić; czy

wiesz, dlaczego? 

W ramach tego ćwiczenia zbadamy dal−

sze  właściwości  bramki  i przekonamy

się o obecności wokół nas „elektronicz−

nych śmieci“.

Najpierw  zestaw  układ  według  ry−

sunku 4 a. Nie zapomnij o końcówkach

zasilania (n. 7 i 14). Gdy za pomocą ka−

wałka  drutu  na  chwilę  zewrzesz  punkt

A z punktem P (z plusem zasilania), kon−

densator C1 naładuje się i po usunięciu

zwarcia bardzo długo lub na stałe utrzy−

ma stan wysoki na wejściu A. Wskaźni−

kiem  będzie  dioda  LED.  Gdy  potem

choć na chwilę zewrzesz punkt A do ma−

sy,  kondensator  momentalnie  rozładuje

się i na wejściu A będzie się utrzymywał

stan niski. Ja od razu do ładowania i roz−

ładowywania  kondensatora  C1  wyko−

rzystałem dwa przyciski.

Napięcie  na  kondensatorze  się  nie

zmienia  (ani  się  on  ładuje,  ani  rozłado−

wuje),  bo  w obwodach  wejściowych

układów  CMOS  praktycznie  prąd  nie

płynie. Mówimy, że wejścia C M OS ma−
ją  ogromną  rezystancję  wejściow

ą.

Kondensator C1 pełni rolę elementu pa−

miętającego. Rolę tę może pełnić nawet

znikoma pojemność wejścia bramki, wy−

nosząca  około  5...10pF.  Jeśli  pozosta−

wisz wejście CMOS „wiszące w powie−

trzu“,  układ  może  reagować  bardzo

dziwnie,  zwykle  błędnie.

Nigdy  nie  pozostawiaj  nie−

podłączonych wejść CMOS.

Zmodyfikuj  teraz  układ

pracy  bramek  U1A,  U1B,

U1C,  U1D według  rysunku
4 b (reszta bez zmian). Pomo−

cą będzie fotografia 3. Rezy−

stor R2 włączony równolegle

do  naładowanego  kondensa−

tora C1 na pewno go rozładu−

je. Sprawdź działanie układu.

Elementy  R2C1  tworzą

obwód  opóźniający  zgasze−

nie  lampki  D1.  Natomiast

Przetwornik 

piezoelektryczny 

(membrana piezo)

Płytka z materiału piezo−
elektrycznego ma intere−
sujące  właściwości.  Do−
łączenie do niej napięcia
powoduje  (niewielkie)
odkształcenie  mecha−
niczne.  Zasilona  napię−
ciem  zmiennym  wydaje
dźwięk  −  zamienia  zmienne  przebiegi  elek−
tryczne na dźwięki. Membrana piezo jest więc
rodzajem głośnika, ale typowa membrana nie
może zastąpić głośnika w radiu czy telewizo−
rze, bo dobrze przetwarza tylko sygnały z wą−
skiego pasma częstotliwości. I to jest główna
wada.  Ważną  zaletą  jest  mały  pobór  mocy
i duża  głośność  (czyli  duża  sprawność  prze−
twarzania energii elektrycznej na akustyczną).

Jest  przetwornikiem  odwracalnym,  za−

mienia  też  dźwięki,  a ściślej  drgania  mem−
brany  na  sygnały  elektryczne.  W pewnych
warunkach może więc służyć jako mikrofon.

Membrana  piezo  jest  elementem  niebie−

gunowym.

Membrany piezo wyposażone w dodatko−

wą  tubę  umożliwiają  uzyskanie  dźwięku
o zaskakująco dużej głośności i są wykorzy−
stywane  w systemach  alarmowych,  zwła−
szcza samochodowych.

Rysunek  powyżej pokazuje  symbol

membrany  piezo,  spotykany  w literaturze.
Uwaga!  Takim  samym  symbolem  oznacza
się  także  brzęczyk  piezo,  czyli  membranę
z wbudowanym jednotranzystorowym gene−
ratorem.

Fotografia poniżej pokazuje kilka mem−

bran piezo. Niektóre umieszczone są w obu−
dowie i mają wygląd podobny do przetwor−
ników  piezo  z generatorem,  które  poznałeś
na wyprawie pierwszej A1. Ł atwo je odróż−
nić bez otwierania obudowy. Brzęczyk zasi−
lony  napięciem  stałym  o odpowiedniej  bie−
gunowości (najpierw 3V, potem ewentualnie
9V) wyda ciągły dźwięk, natomiast membra−
na  dołączona  do  napięcia  stałego  wyda  co
najwyżej jeden cichy stuk.

Brzęczyk  piezo  zawiera  membranę  oraz

prosty generator z jednym tranzystorem.

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

 

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

2

2

Ćwiczenie 2   

Czujnik zbliżeniowy

obwód R3C2 skraca impuls występujący

w punkcie  B.  Lampka  D2  zaświeca  się

na krótko w chwili, gdy D1 gaśnie. Czy

wiesz  dlaczego?  Czy  potrafisz  naryso−

wać  przebiegi  w poszczególnych  punk−

tach  układu?  Wykorzystaj  informacje

z wyprawy drugiej A2.

Pobaw się! Zmieniaj wartości elemen−

tów  R2,  R3,  C1,  C2  (100kΩ...22MΩ,

100nF...1µF). Kondensator C2 (punkt X )

dołącz do punktów A oraz C. Choć tego

rodzaju obwody wykorzystujemy bardzo

często, na razie z istotnych względów nie

będziemy się wgłębiać w ten temat. Zaj−

miemy  się  nim  na  następnej  „cyfrowej“

wyprawie.

A teraz zmodyfikuj układ według ry−

sunku 4c. Pomocą będzie fotografia 4a.
Tym  razem  układ  musi  być  zasilany
z zasilacza

.    Element  oznaczony  Y 1  to

membrana  piezo  (nie  brzęczyk  piezo

z generatorem).  W zastawie  elementów

do tego ćwiczenia (A05) znajdziesz ele−

ment  o symbolu  PCA−100.  Dla  zwięk−

szenia głośności membrana wyposażona

jest  w aluminiową  tubę,  a całość  umie−

szczona jest w plastikowej okrągłej obu−

dowie.  Zamiast  przetwornika  PCA−100

możesz włączyć jakąś słuchawkę (np. te−

lefoniczną) lub inną membranę, np. z ze−

garka z budzikiem, ostatecznie nawet ja−

kiś głośnik.

Czy  możesz  tak  ustawić  potencjometr

PR1, by dioda LED świeciła słabiej i miała

połowę  maksymalnej  jasności?  Spróbuj,

wcale nie jest to trudne. Tylko się nie spiesz

i pomaleńku pokręcaj PR1. Zwróć uwagę,

czy membrana nie wydaje dźwięków. A jak

zachowuje  się  dioda  LED?  Czy  teraz  już

wiesz, co to jest próg przełączania?

Jeśli  masz  taką  możliwość,  zmierz

prąd zasilania miliamperomierzem albo

za pomocą dodatkowej diody LED włą−

czonej w obwód dodatniej szyny zasila−

nia. Odłącz R1, D1, Y 1. Przekonasz się,

że bramka pobiera prąd. Przyczyna jest

prosta  –  gdy  napięcie  wejściowe  nie

jest „czystym“ stanem logicznym i wy−

nosi mniej więcej połowę napięcia zasi−

lania,  trochę  otwierają  się  oba  tranzy−

story  na  wejściu  bramki  i płynie  przez

nie  prąd.  Bramka  nie  pobiera  prądu,

gdy na wejściach są „czyste“ stany lo−

giczne.  Dalszych  wyjaśnień  szukaj

w ELEMENTarzu i Technikaliach. Do−

łącz R1, D1, Y 1.

Czy słyszysz, że w tym „środkowym“

punkcie,  gdy  dioda  D1  świeci  zmniej−

szoną  jasnością,  membrana  wydaje

dźwięk – lekki szum?

46

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

Ośla łączka

A4

90

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

4

4

a

a

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

3

3

Rys. 4

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

4

4

b

b

Obecność dźwięku wskazuje, że poja−

wiły się tam niewielkie przebiegi zmien−

ne. Skąd?

Zapamiętaj, że bramka jest w istocie

wzmacniaczem. Oczywiście w normal−

nych  warunkach  nie  chcemy,  żeby  pra−

cowała jako wzmacniacz, dlatego poda−

jemy na wejścia „czyste“ stany logiczne.

Teraz za pomocą potencjometru podali−

śmy  na  wejście  napięcie  „pośrednie“,

przy którym bramki pracują w tak zwa−

nym zakresie liniowym i wzmacniają sy−

gnały  zmienne  (a także  szumią  same

z siebie). Zbadajmy ten problem bliżej.

Nie  zmieniaj  położenia  PR1,  usuń

kondensator C1.

Pojawi się terkot. Dźwięk wydawany

przez membranę wskazuje, że w punkcie

A pojawił się przebieg zmienny o często−

tliwości 50Hz. Domyślasz się, że pocho−

dzi on z sieci energetycznej. Słusznie!

Do punktu A dołącz antenkę − kawa−

łek  jakiegokolwiek  drutu  o długości

10...15cm.

Dlaczego terkot się zwiększył?

Zbliż rękę do anteny. Terkot stanie się

trochę głośniejszy – „śmieci“ przechodzą

przez pojemność między ręką a antenką.

Efekt będzie zdecydowanie silniejszy, je−

śli dotkniesz palcem antenki. Teraz Ty je−

steś  anteną  (nie  dotykaj  obwodu  masy,

tylko anteny). Sprawdź, co zmieni dołą−

czenie membrany do punktu B, a nie C. 

Do eksperymentów z antenką (bez kon−

densatora C1) możesz wykorzystać znacz−

nie  prostszy  układ

według  rysunku  4c.

Mała 

fotografia

4b pokazuje  układ,

który 

testowałem

w ramach  przygoto−

wań tego ćwiczenia.

Sprawdź,  co  się

stanie, gdy jedną ręką

dotkniesz 

antenę

(punkt A), a jednocze−

śnie  drugą  ręką  masę

układu  (punkt  O).

Efekt będzie zdecydo−

wanie  mniejszy,  o ile

w ogóle wystąpi.

Usuń 

antenkę

i sprawdź, czy zbliże−

nie  ręki  zmieni  coś

w układzie.  Weź  ka−

wałek blachy lub folii

aluminiowej,  połącz

solidnie  kawałkiem

przewodu  z masą

układu.  Połóż  na  tak

wykonany 

ekran

kartkę papieru (izola−

cja), a na nią badany

układ.  Czy  czułość

się zmieniła?

Pobaw się! Wykorzystaj różne anteny

(dołączone do punktu A) i różne ekrany

(dołączone  do  masy  –  punktu  O).  Jeśli

możesz, umieść układ w metalowym pu−

dełku. A jak się zachowa układ, gdy ekran

nie będzie dołączony do masy, tylko bę−

dzie „wisiał w powietrzu“?

Zmieniaj  wartość  rezystora  R2

(1kΩ...10MΩ).  Dołącz  kondensator

C o niewielkiej  pojemności  1nF,  10nF.

Jak zmienia się czułość? 

Nie  będę  Ci  tłumaczył  wszystkich

szczegółów. Najogólniej biorąc, wszech−

obecne „śmieci“, wytwarzane między in−

nymi przez sieć energetyczną, powodują

indukowanie przebiegów zmiennych we

wszelkich przewodzących przedmiotach,

również w ciele człowieka. Wbrew pozo−

rom,  dominującym  składnikiem  tych

„śmieci“ nie są sygnały stacji radiowych

i telewizyjnych,  tylko  właśnie  przebieg

sieci energetycznej 50Hz, co potwierdza

terkot membrany Y1. 

Możesz  się  przekonać,  że  „śmieci“

dają  o sobie  znać  w tych  obwodach,

47

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

Ośla łączka

A4

91

Negator (inwerter)

Najprostszym i nad wyraz przydatnym ele−
mentem logicznym jest inwerter, zwany też
negatorem.  Oznaczany  jest  zwykle  NO T
(not  to  po  angielsku  nie).  Jego  symbol
i działanie pokazane jest na rysunku 4. 
Inwerter,  zgo−
dnie  z nazwą,
zmienia stan lo−
giczny  na  prze−
ciwny.  Inwerter
można też zrea−
lizować na wie−
le  różnych  spo−
sobów.  Prosty
układ  z jednym  tranzystorem,  pokazany  na
poniższym  rysunku  5 ,  też  pełni  funkcję  in−
wertera.  Inwerterem  jest  również  odpowie−
dnio włączony przekaźnik pokazany na tym−
że rysunku. Inwertery (i inne bramki), które
będziemy  wykorzystywać  w praktyce,  zbu−
dowane są jeszcze inaczej – są to układy sca−
lone,  zawierające  tranzystory  polowe  MO−
SFET. Budowę popularnego inwertera scalo−
nego pokazuje rysunek 5 c.

Bramka OR

Następnym  podstawowym  elementem  lo−
gicznym jest bramka OR (or to po angielsku
lub),  w niektórych  polskich  podręcznikach
zwana bramką LUB. Bramka OR ma przy−
najmniej dwa wejścia i jedno wyjście. Mo−
żesz sobie wyobrażać, że „stanem spoczyn−
kowym“  wyjścia  jest  stan  niski.  Do  poja−
wienia się na wyjściu stanu wysokiego wy−
starczy, by stan wysoki był na jednym wej−
ściu lub na drugim; ogólnie − przynajmniej
na  jednym  wejściu

.  Rysunek  6 ilustruje

działanie  dwuwejściowej  bramki  OR.
Bramki OR mogą być realizowane w różny
sposób  –  rysunek  7 pokazuje  dwie  dwu−
wejściowe bramki OR.

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

Rys. 4

Rys. 5

Rys. 6

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

5

5

które mają dużą rezystancję – to bardzo

ważny wniosek praktyczny. Zapewne je−

szcze  nie  raz  takie  „śmieci“  będą  przy−

czyną przykrych niespodzianek w budo−

wanych  przez  Ciebie  układach.  I to  nie

tylko  w układach  cyfrowych,  ale  głów−

nie w analogowych.

Uwaga! Przy zasilaniu z baterii część

opisanych efektów na pewno nie wystą−

pi. Możesz to sprawdzić.

Jeśli  chcesz,  możesz  wykonać  układ

według rysunku 4e i fotografii 5. Jest to

tak zwany czujnik pojemnościowy − sy−

gnalizator  dotykowy,

a nawet  zbliżeniowy.

Ostrzegam, że tego ro−

dzaju  proste  czujniki

zbliżeniowe  są  bardzo

kapryśne i nie są obe−

cnie  wykorzystywane

w praktyce.

Przekonaj  się,  że

dotknięcie  kilkucenty−

metrowej antenki spo−

woduje  zdecydowane

zaświecenie 

diody

LED, a membrana piezo Y1, dołączona

do punktu C, wyda dźwięk.

Zastosuj  dłuższą  antenkę  15...20cm.

Czy  układ  zareaguje  na  zbliżenie  ręki

(bez dotykania)?

Sprawdź  też  koniecznie,  jak  zmieni

się czułość układu, jeśli w roli Rx  zasto−

sujesz  rezystory  o opornościach  1MΩ,

2,2MΩ,  10MΩ,  22MΩ,  110MΩ (szere−

gowo  5  x 22MΩ).  Przy  jakich  warto−

ściach  Rx   układ  przestanie  być  czujni−

kiem zbliżeniowym, a przy jakich czujni−

kiem  dotykowym?  Model  z fotografii  5

badany w mojej domowej pracowni dzia−

łał dobrze z rezystorem Rx  o wartościach

2,2MΩ i więcej.  Gdy  Rx   miał  wartosć

1MΩ i mniej, czujnik nie reagował.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy 

w kolejnym numerze E dW .

Informacje 

dotyczące zestawu 

E dW −05  do „Oślej

łączki“ znajdują się

na stronie 8 0.

Bramka AND

Działanie  bramki  AND,  zwanej  w nie−
których  polskich  podręcznikach  bramką
I (angielskie and to po polsku i) również jest
niesamowicie proste. 

Możesz sobie wyobrazić, że także w bram−
ce AND „stanem spoczynkowym“ wyjścia
jest stan niski. Na wyjściu pojawia się stan
wysoki  tylko  wtedy,  gdy  stan  wysoki  jest
i na jednym wejściu, i na drugim. Ogólnie,
w wielowejściowych  bramkach  AND  stan
wysoki  musi  się  pojawić  na  wszystkich
wejściach

,  by  na  wyjściu  pojawił  się  stan

wysoki.

Rysunek  8 ilustruje  działanie  dwuwej−

ściowej bramki AND, a rysunek 9 pokazuje
przykłady realizacji takiej bramki.

Bramka NOR

Bramka  NOR  jest  złożeniem  bramek
NOT+ OR  (NIE+ LUB)  lub  inaczej:  jest  to
zanegowana bramka OR. 

Możesz sobie wyobrażać, że
działanie  jest  analogiczne
jak bramki OR, tylko dzięki
obecności  negatora  „stanem
spoczynkowym“  wyjścia
jest stan wysoki. A więc po−
jawienie  się  stanu  wysokie−
go  na  którymkolwiek  wej−
ściu  zmienia  stan  wyjścia
z wysokiego na niski. Na ry−

sunku  10 znajdziesz  ilustrację  działania
dwuwejściowej  bramki  NOR,  a na  następ−
nym 11 przykłady realizacji takich bramek.

Bramka NAND

Bramka NAND jest zło−
żeniem  bramek  NOT
i AND  (NIE+ I).  Można
powiedzieć,  że  jest  to
zanegowana 

bramka

AND.  Podobnie  jak
w bramce NOR „stanem
spoczynkowym“  wyj−
ścia  jest  stan  wysoki.
Aby  na  wyjściu  pojawił
się stan niski, na wszyst−

kich wejściach musi się pojawić stan wyso−
ki. Na 12, 13 znajdziesz dalsze informacje
o bramkach NAND.

48

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

Ośla łączka

A4

92

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Czy wiesz, że...

Na schematach ideowych z reguły

nie zaznacza się końcówek zasilania

układów cyfrowych. Trzeba o tym pa−

miętać, projektując płytkę drukowaną

lub montując układ według 

takiego schematu.

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 9

Rys. 10

Rys. 11

Rys. 12

Rys. 13

37

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

Ośla łączka

A 5

9 3

Zbuduj  układ  według  rysunku  5
z bram kam i  N O R   z układu  s c alo n ego
4 0 0 1  (n ie z ap o m n ij o ko ń c ó wkac h  z as i−
lan ia).  B ram ki  U 1 A ,  U 1 D

(o z n ac z o n e

A ,  D )  two rz ą   tak  z wan y   p rz e rz utnik
R S ,  dwie  p o z o s tałe  bram ki  s terują   dio −
dam i L E D . Zauważ , ż e bram ki B , C p eł−
n ią  fun kc ję  n egato ró w.

P rz erz utn ik  ten   jes t  elem en tem   p a−

m ię tają c y m   –   z ap am ię tuje  i p o kaz uje

ś wiec en iem   dio d  L E D ,  któ ry   z p rz y c i−
s kó w z o s tał o s tatn io  n ac iś n ię ty .

J eś li c h c es z , układ o takic h  właś c iwo −

ś c iac h   z budujes z   z bram kam i  N A N D
według  rysunku  6 .  T y m   raz em   s tan y
wy jś ć   z m ien iam y   z wierają c   wejś c ia
z m as ą . W

układz ie p o kaz an y m  n a fo to −

g ra fii 6 wo ln e bram ki p ełn ią  ro lę  n ega−
to ró w  i s ą   s tero wn ikam i  dwó c h   ko n tro −
lek L E D .

B r am ki X OR , X N OR

R ysune k  1 4   p o kaz uje  s y m bo le  i dz iałan ie
bram ek X O R  i X N O R  (E X O R  i E X N O R ). S ą
wy ko rz y s ty wan e s to s un ko wo  rz adko  i n ie bę −
dz iem y  s ię  n a raz ie n im i z ajm o wać . In fo rm u−
ję  ty lko  o ic h  is tn ien iu. 

Zas ady  ic h  dz iałan ia s ą  takie s am e, jak p o −

dan y c h  wc z eś n iej bram ek dwuwejś c io wy c h .

U kład y  r o d zin y  C M OS  4 0 0 0

W

ram ac h   O ś lej  łą c z ki  wy ko rz y s tujem y

układy   lo gic z n e  (c y fro we)  ro dz in y   C M O S
4 0 0 0 ,  p o n ieważ   m ają   bardz o   do bre  właś c i−
wo ś c i i o d p o n ad trz y dz ies tu lat z as łuż en ie
c ies z ą  s ię  wielką  p o p ularn o ś c ią  wś ró d p rak−
ty kó w.  O to   n ajważ n iejs z e  c ec h y   układó w
C M O S   4 0 0 0 ,  z któ ry c h   wię ks z o ś ć   m o ż n a
s p rawdz ić  w ć wic z en iac h :
1 .  M o gą   by ć   z as ilan e  n ap ię c iem   s tały m
w s z ero kim  z akres ie: 3 ...1 8 V .
2 . O gro m n ie c en n ą  z aletą  jes t fakt, ż e ukła −
d y C M O S  w sp o c z ynku nie  p o b ie ra ją  p rą −
d u  z e   ź ró d ła   z a sila nia .  P rą d  jes t  p o bieran y
ty lko  w kró tkic h  c h wilac h , gdy  n a wejś c iac h
i wy jś c iac h  z m ien iają  s ię  s tan y  lo gic z n e. 
3 .  W ejś c ia  m ają   o gro m n ą   rez y s tan c ję   wej−
ś c io wą . W

p rakty c e o z n ac z a to , ż e w e jś c ia

nie   p o b ie ra ją   p rą d u  −  s tero wan ie  o dby wa
s ię  n a dro dz e n ap ię c io wej.

D lacze g o  „ ce m o s ” ?

D z iałan ie tran z y s to ró w M O S F E T o m awialiś m y  p o dc z as
drugiej wy p rawy  (A 2 ). P o n ieważ  s ą  to  elem en ty  s kłado −
we  bram ek  i ws z y s tkic h   in n y c h   układó w  lo gic z n y c h
C M O S , warto  kró tko  p rz y p o m n ieć  ic h  dz iałan ie. P o m o −
c ą  bę dz ie rysune k A . P o łą c z en ie dwó c h  ko m p lem en tar−
n y c h   tran z y s to ró w  M O S F E T daje  n ajp ro s ts z y   elem en t 
lo gic z n y  –  in werter. T ak właś n ie z budo wan e s ą  in wertery
układu C M O S  4 0 6 9 . G dy  n a wejś c iu n ap ię c ie jes t ró wn e
z eru  (s tan   lo gic z n y   n is ki),  p rz ewo dz i  gó rn y   tran z y s to r
M O S F E T P i n a wy jś c iu jes t s tan  wy s o ki. D o ln y  tran z y s to r

(M O S F E T N )  jes t  z a−
tkan y .  G dy   n a  wejś c iu
jes t  s tan   wy s o ki,  c z y li
n ap ię c ie blis kie n ap ię −
c iu  z as ilan ia,  p rz ewo −
dz i  do ln y   tran z y s to r,
a gó rn y   jes t  z atkan y   −
n a  wy jś c iu  n ap ię c ie
jes t  ró wn e  z eru,  c z y li
utrz y m uje s ię  tam  s tan
n is ki.

Zwró ć   uwagę ,  ż e  w normalnych  warunkach  pracy,

g d y na we jś ciu wys tę pują  „ cz ys te ”  s tany log icz ne , z aws z e
je d e n z tranz ys toró w je s t z atkany, wię c s pocz ynkowy po−
b ó r  prą d u  je s t  ró wny  z e ru.  D o ty c z y   to   ws z y s tkic h   ukła−
dó w  C M O S .  J edy n ie  w c z as ie,  gdy   n ap ię c ie  n a  wejś c iu
m a  warto ś ć   z bliż o n ą   do   p o ło wy   n ap ię c ia  z as ilan ia  −
w p rakty c e  wtedy ,  gdy   n ap ię c ie  wejś c io we  s ię   z m ien ia,
p rz ez   kró tką   c h wilę   p rz ewo dz ą   o ba  tran z y s to ry   i układ
C M O S  p o biera p rą d z z as ilac z a. 

R ysune k  B p o kaz uje  budo wę   wewn ę trz n ą   dwuwej−

ś c io wej bram ki N A N D  z ko s tki 4 0 1 1  o raz  dwuwejś c io wej

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

T

E

C
H
N
I

K
A
L

I

A

Ć w icze n ie  3     

P r ze r zu t n ik R S

C zy  w ie s z, ż e ...

O kreś len ie C M O S  (Complementary

M O S

) in fo rm uje, iż  układ s c alo n y  jes t z budo −

wan y  z tran z y s to ró w ko m p lem en tarn y c h  (do p eł−

n iają c y c h ) M O S , c z y li z M O S F E T −ó w N

i M O S F E T −ó w P . B ip o larn y  układ s c alo n y

to  układ z awierają c y  z wy kłe, c z y li

bip o larn e tran z y s to ry .

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

6

6

A

Rys. 5

Informacje dotyczące zestawu EdW−A05 do „Oślej łączki“

znajdują sie na stronie 8 0.

38

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

Ośla łączka

A5

94

W ćwiczeniu 3 testowaliśmy przerzutnik
RS.  Możesz  w bardzo  prosty  sposób
zbudować    przełącznik  dotykowy  (sen−
sorowy)  z takim  przerzutnikiem.  Wy−
starczy  w układzie  z rysunku  5   zwięk−
szyć wartość R1, R2 do 10MΩ i usunąć
S1,  S2,  a układ  zasilany  z zasilacza  bę−
dzie reagował na dotykanie punktów A,
B.  Układ  jest  mało  praktyczny,  bo  pod
wpływem różnych zakłóceń może nastą−
pić  samoczynne  przełączenie.  Aby
zmniejszyć czułość na zakłócenia, moż−
na dodać na wejściach obwody filtrujące
RC  według  rysunku  7a.    Jeśli  jednak

zdecydowanie zwiększysz stałą czasową
RC,  np.  zwiększając  C1,  C2  do  100nF,
układ przestanie reagować na dotknięcie
czujników  –  obwody  RC  o dużej  stałej
czasowej  stłumią  przebieg  zmienny,  in−
dukowany w Twoim ciele.

Przekonaj  się,  że  układ  nie  będzie

działał  przy  zasilaniu  bateryjnym,
a także  przy  jednoczesnym  dotknięciu
czujników i obwodu masy. Jeśli jednak
dotkniesz  jednocześnie  do  czujnika
i do  dodatniej  szyny  zasilania,  układ
według rysunku 7 a na pewno zadziała,
nawet z dużymi pojemnościami. W tym

Uwaga!  Wejść  układów  CMOS  w żad−

nym  wypadku  nie  można  pozostawić  nie−
podłączonych,  czyli  jak  mówimy  „ zawie−
szonych  w powietrzu” .  Niewykorzystane
wejścia koniecznie trzeba połączyć  albo do
masy,  albo  do  plusa  zasilania,  albo  do  ja−
kiegoś wyjścia.
4.  Pomimo,  że  „ wewnętrzna”   bramka
w spoczynku  nie  pobiera  prądu,  z jej  wyj−
ścia można pobierać prąd. Wartość tego prą−
du jest rzędu kilku...kilkudziesięciu miliam−
perów i zależy od wartości napięcia zasila−
nia.  W praktyce  obwód  wyjściowy  bramki
CMOS  można  traktować  jako  przełącznik
z wbudowanym  rezystorem  według  rysun−
ku  poniż ej.  Czym  wyższe  napięcie  zasila−
nia, tym większy prąd można pobrać z wyj−
ścia  (czyli  wartość  „ rezystora”   maleje  ze
wzrostem napięcia zasilajacego).
5 .  Delikatne  wejścia  układów  CMOS  mają
wbudowane wewnętrzne obwody zabezpie−

czające.  Są  to  rezystory  i diody  włączone
zwykle  jak  na  rysunku  poniż ej.  Najczę−
ściej nie ma to żadnego znaczenia dla dzia−
łania  układów,  ale  w niektórych  przypad−
kach (np. generatory, układy czasowe) trze−
ba  pamiętać  o istnieniu  tych  obwodów
i uwzględniać ich wpływ.

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

bramki NOR z kostki 4001. Przeanalizuj te dwa rysunki,
by  wiedzieć,  jak  z grubsza  zbudowana  jest  bramka.
Z grubsza, bo wszystkie układy CMOS mają na wejściach
i wyjściach obwody zabezpieczające, a do tego pewne pa−
sożytnicze struktury. 

T T L , MOS, CMOS...

Jak już wiesz, bramki logiczne można zrealizować różnymi
sposobami. Realizowano je z użyciem przekaź ników, lamp
elektronowych,  diod  i tranzystorów.  Póź niej  pojawiły  się
układy scalone.

Pierwsze naprawdę popularne scalone układy cyfrowe

(logiczne) zawierały tranzystory bipolarne. Były to ukła−
dy tak zwanej rodziny TTL (Transistor Transistor Logic),

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

B

Ćwiczenie 4    

Przełącznik sensorowy

Takie  przerzutniki  RS

dość  często  wykorzystu−
jemy w praktyce.

Przeanalizuj 

samo−

dzielnie, 

ewentualnie

sprawdź   woltomierzem,
jak zmieniają się stany lo−
giczne  (napięcia)  na  wej−
ściach  i wyjściach  pod−
czas  i po  naciśnięciu
przycisku S1, a potem S2
w obu układach. Możesz
śmiało naciskać jednocze−
śnie  oba  przyciski,  nic
złego się nie stanie.

Rys. 6

Rys. 7

39

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

Ośla łączka

A5

95

przypadku  nie  wykorzystujemy  „śmie−
ci”  indukowanych  w ciele,  tylko  prze−
pływ  prądu  stałego  przez  rezystancję
skóry.  Wykorzystaliśmy  czujnik  rezy−
stancyjny.  Tym  razem  jeden  czujnik
zawiera dwie elektrody.

W praktyce  częściej  stosujemy  ukła−

dy  z czujnikiem  rezystancyjnym,  gdzie
jedna z elektrod czujnika jest dołączona
nie  do  plusa  zasilania  tylko  do  masy  –

przykład  pokazany  jest  na  rysunku  7b.
W czujniku rezystancyjnym obwody fil−
trujące R3C1, R4C2 mają dużą stałą cza−
sową  i skutecznie  eliminują  „śmieci”  −
przebiegi zmienne.

F otografia  7 pokazuje  model  z kon−

trolkami  LED,  wykorzystujący  układ
z poprzedniego  ćwiczenia.  Elektrodami
są kawałki drutu, zaznaczone na fotogra−
fii czerwonymi literami A, B.

Obwody te, o których istnieniu przekonu−

jemy się w ćwiczeniach 7 i 8, chronią przed
niszczącym  działaniem  tak  zwanych  ładun−
ków statycznych.

F otografia  poniżej  pokazuje  kilka  ukła−

dów scalonych rodziny CMOS 4000.

Najp op ularniejsze kostki

Jak  już  wiesz,  najczęściej  wykorzystywane
są  inwertery  oraz  dwuwejściowe  bramki
NAND i NOR. W rodzinie CMOS są to ko−
stki o oznaczeniach 4069, 4011 i 4001. 

Scalone  układy  cyfrowe,  których  bę−

dziesz  używać,  są  umieszczone  w tak  zwa−
nych obudowach DIL (Dual−in−line). Nie bę−
dziesz  mieć  trudności  z numeracją  nóżek  –
zasada  jest  bardzo  prosta.  K ażdy  układ  ma
wcięcie, punkt lub inny znaczek przy jednym
krótszym  boku.  Jak  patrzymy  na  układ  od
góry,  gdy  ten  znaczek  znajduje  się  z lewej
strony,  wtedy  dolna  nóżka  w pobliżu  tego
znaczka  ma  zawsze  numer  1,  a numeracja
wzrasta  w kierunku  przeciwnym  do  ruchu
wskazówek  zegara.  Ilustruje  to  fotografia
poniżej.

zasilane napięciem 5V – można je było poznać po pierw−
szych 

dwóch 

cyfrach 

oznaczenia 

(SN74XX,

UCY 74XX...).  Rysunek C,  znany  z niemal  wszystkich
podręczników,  pokazuje  schemat  wewnętrzny  bramki
NAND  z klasycznej  kostki  7400  standardowej  rodziny
TTL. Trochę później pojawiły się układy scalone z tranzy−
storami  unipolarnymi  MOS  (z tranzystorami  polowymi),
a potem  ukazały  się  tak  zwane  układy  CMOS  (Comple−
mentary MOS) zawierające, jak wskazuje nazwa, komple−
mentarne  tranzystory  MOS,  czyli  zarówno  tranzystory
MOSFET z kanałem N, jak i z kanałem P. Ogromną popu−
larność  zdobyły  i utrzymują  do  dziś  kostki  rodziny
CMOS4000  (oznaczenie  zaczyna  się  od  cyfry  4).  Pełnią
one takie same funkcje, jak układy rodziny TTL, ale mają
odmienny układ wyprowadzeń i różnią się pewnymi istot−
nymi  parametrami  (np.  zakresem  dopuszczalnych  napięć
zasilania). Co ciekawe, właśnie rodzina CMOS 4000 oka−

zała się tak atrakcyjna, że przetrwała bez większych zmian
trzydzieści lat aż do dziś.

Trzeba  jednak  lojalnie  przyznać,  że  rodzina  TTL

(74XX)  ze  „zwykłymi”  tranzystorami  rozwijała  się  i to
nieporównanie szybciej niż rodzina CMOS4000. Powsta−
wały  kolejne,  ulepszane  generacje:  74H XX,  74SXX,
74LXX, 74LSXX, 74FXX. Co ciekawe, z czasem pojawi−
ły  się  wersje  z tranzystorami  polowymi  CMOS,  w pełni
wymienne z układami 74XX: 74H CTXX, 74ACTXX, itd.
Obecnie  układów  podstawowej,  bipolarnej  rodziny  TTL
(kostek  o oznaczeniach  74,  a także  74H ,  74L,  74S)  nikt
już nie produkuje. Dzisiejsi następcy, pełniący identyczne
funkcje  i mający  rozkład  wyprowadzeń  identyczny  jak
stare bipolarne kostki 74XX, to też wersje CMOS: 74H C,
74H CT, 74AC, 74ACT. W technice cyfrowej królują obe−
cnie układy CMOS, natomiast układy bipolarne są w zde−
cydowanej mniejszości. Natomiast w technice analogowej

T
E
C

H

N

I
K

A

L
I
A

Ćwiczenie 5    

Sygnalizator uniwersalny

Detektor wilgoci

W ćwiczeniu  2  w układzie  z rysunku
4b stan  diody  LED  zależał  od  napięcia
stałego na wejściu.

Jeśli  zamiast  potencjometru  zastosu−

jemy rezystor i fototranzystor, termistor,
itp.,  otrzymamy  atrakcyjny  czujnik
światła, temperatury, itp.

Pamiętasz  chyba  jednak,  że  już  na

poprzednich  wyprawach  natknęliśmy
się  na  kłopoty,  gdy  zmiany  wielkości
mierzonej  były  bardzo  powolne.  Teraz
po próbach z ćwiczenia 2 wiesz, że jed−

nym  z większych  problemów  są  elek−
tromagnetyczne  „śmieci”,  przedostają−
ce  się  na  wejścia  układów  CMOS. 
Co  prawda  można  je  odfiltrować  za 
pomocą  obwodów  RC,  jednak  to  nie 
do końca załatwia sprawę. Nieprzypad−
kowo  już  na  wcześniejszych  wypra−
wach  w różnorodnych  sygnalizatorach
stosowaliśmy  obwody  zapewniające 
histerezę.  Wykorzystywaliśmy  prze−
rzutnik  Schmitta,  zbudowany  z dwóch
tranzystorów.

C

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

  E

L

E

M
E

N

T

a

rz

R

R

y

y

s

s

.

.

 

 

7

7

Jeśli  więc  chcesz  wykonać  podobny

sygnalizator  z bramkami,  nie  zapomnij
o histerezie.  Histerezę  zrealizujemy
w bardzo  prosty  sposób  za  pomocą
dwóch  rezystorów  i dwóch  negatorów  –
zestaw  któryś  układ  według  rysunku
8 a...8 c. Dodaj potencjometr PR1 i diodę
LED  według  rysunku  8 d.  W modelu
z fotografii 8 a znów wykorzystałem ne−
gatory z kostki 4069. Układ jest podobny,
jak  na  rysunku  4c.  Czy  teraz  uda  Ci  się
ustawić PR1, by dioda LED świeciła po−
łową  jasności?   W żadnym  wypadku!
Dzięki  obecności  rezystorów  Rx ,  R1
układ gwałtownie „przeskakuje” z jedne−
go stanu do drugiego – daje o sobie znać

40

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

Ośla łączka

A5

96

Symbole  i rozkład  wyprowadzeń  najpo−

pularniejszych  bramek  znajdziesz  na  sche−
matach. Spróbuj zapamiętać rozkład wypro−
wadzeń  inwerterów  i bramek  dwuwejścio−
wych,  żeby  za  każdym  razem  nie  zaglądać
do katalogu. Właśnie te kostki są zdecydo−
wanie  najpopularniejsze  i umożliwiają  bu−
dowę zadziwiająco wielu ciekawych i przy−
datnych w praktyce układów.

W rodzinie  CMOS  4000  znajdziesz

bramki trzy−, cztero− i ośmiowejściowe, nie
ma  natomiast  scalonych  bramek  pięcio−,
sześcio−  czy  siedmiowejściowych.  Układy
scalone o oznaczeniach 4081 i 4071 zawie−
rają  po  cztery  dwuwejściowe  bramki  AND
i OR. Układ wyprowadzeń wszystkich bra−
mek rodziny CMOS 4000 znajdziesz w czę−
ści  pt.  Biblioteczka  praktyka w EdW
11/2001.

U waga! W przypadku  rodziny  CMOS

4000  końcówki  zasilania  umieszczone  są
w narożnikach.  W omawianych  najpopular−
niejszych kostkach 14−nóżkowych są to koń−
cówki o numerach 7 (minus) oraz 14 (plus).
W układach 16−nóżkowych będą to końców−
ki  nr  8  i 16,  w 24−nóżkowych:  12  i 24. 

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

nadal 

stosowanych

jest wiele układów bi−
polarnych,  jak  choćby
poznane 

wcześniej

stabilizatory. Fotogra−
fia obok pokazuje kil−
ka  starszych  i now−
szych  kostek  rodziny
74x x .

Czy ch cesz b yć  

kustoszem muzeum?

Prawdopodobnie wpadną Ci w ręce układy starej, standar−
dowej  rodziny  TTL.  Produkowane  w Polsce  układy  bipo−
larnej  rodziny  TTL miały  oznaczenia  zaczynające  się  od
UCY74. Dziś są to układy zdecydowanie przestarzałe i nie
będziemy  się  nimi  zajmować.  Jeśli  wpadną  w Twe  ręce
układy serii UCY..., możesz je śmiało traktować jako muze−

alne  zabytki.  Podobnie  wszystkie  układy  za−

wierające  w oznaczeniu  74x x ,  74Hx x ,

74Sx x , 74Lx x .

Prądożercy?

Wszystkie 

cyfrowe 

układy

CMOS  podłączone  do  źródła  za−

silania  i pozostające  w spoczynku

praktycznie  nie  pobierają  prądu.

Prąd  jest  pobierany  tylko  wtedy,  gdy

w układzie „coś się dzieje”, a i to nie cały

czas, tylko podczas zmian stanów. Ilustrują to  rysunek D
i E. Rysunek D wskazuje, że prąd pobierany jest tylko wte−
dy, gdy napięcia na wejściach nie są „czystymi” stanami lo−
gicznymi.  Największy  prąd  (w sumie  wcale  nie  tak  duży,
mniejszy  niż  1mA)  jest  pobierany,  gdy  napięcie  na  wej−
ściu(−ach) jest równe połowie napięcia zasilania. Poza tym,
pobór prądu silnie zależy od napięcia zasilania.

Rysunek E pokazuje, że nawet prosty inwerter popra−

wia  stromość  zboczy  (co  wynika  z faktu,  że  jest  też
wzmacniaczem),  a co  ważniejsze,    prąd  jest  pobierany
w sposób impulsowy. Właśnie ze względu na takie impul−

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Czy wiesz, że...

Przed laty najpopularniejsze wówczas cy−

frowe układy scalone rodziny TTL zasilane były
napięciem 5V (4,5...5,5V). Ze względu na specy−

ficzną budowę bipolarnych układów TTL jako
poziom logiczny niski traktowane były napię−

cia w zakresie 0...0,8V, natomiast jako po−

ziom wysoki napięcia 1,4V...5V.

Rys. 8

R

R

y

y

s

s

.

.

 

 

8

8

D

45

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

Ośla łączka

A5

97

Wyjątek stanowią kostki 4049 i 4050 zawie−
rające negatory i bufory o większej wydaj−
ności prądowej. 

Pamiętaj,  iż  na  schematach  z reguły  nie

zaznacza  się  końcówek  zasilania  układów
cyfrowych, traktując to jako coś oczywiste−
go.  Choć  w spoczynku  układy  CMOS  nie
pobierają  prądu,  koń cówki  zasilające  za−
wsze muszą być podłączone do szyn zasila−
jących.

Oznaczenia układó w

Układy CMOS 4000 (i inne) wytwarzane są
przez wielu producentów. Choć pełnią iden−
tyczne  funkcje,  różnią  się  oznaczeniem.  Na
obudowie  układów  scalonych  zazwyczaj
znajdziesz znaczek – logo producenta. Dwie
pierwsze cyfry oznaczenia też wskazują pro−
ducenta (licencjodawcę). Nie są one dla Cie−
bie  istotne.  Układy  oznaczone  CD4011,
MM4011,  V4011,  GD4011,  TC4011,
HCF4011,  HEF4011,  MMC4011  to  ta  sama
kostka 4011 zawierająca cztery dwuwejścio−
we bramki NAND.

Uwaga! Możesz  napotkać  dwa  wyjątki.

Z nana  firma  Motorola  dodaje  na  poc zątku
oznac zenia c yfrę  1 , a literki oznac zenia to za−
wsze  MC.  Stąd  MC1 4 0 1 1   to  też  kostka  4 0 1 1 .
D ru g i wyjątek to wc iąż ob ec ne na rynku  kostki
CMOS produ kc ji nieistniejąc ej ju ż polskiej fir−
my CE MI. Oznac zone b yły literami MCY , a do
nu meru   oznac zenia  dodana  b yła  poc zątkowa
c yfra 7 . Stąd MCY 7 4 0 1 1  to też u kład 4 0 1 1 .

Litery  za  oznaczeniem,  na  przykład

41011BP, 4011B, 4011D, 4011BE, 4011BCP
nie mają dla Ciebie żadnego znaczenia – nio−
są  one  informacje  o szczegółach  istotnych
dla profesjonalnych konstruktorów.

sy prądu zasilania, w układach cy−
frowych  koniecznie  należy  stoso−
wać kondensatory filtrujące w ob−
wodzie  zasilania  –  producenci  za−
lecają  jeden  „elektrolit“   100µF
i dodatkowo  przynajmniej  jeden
ceramiczny  100nF  na  każde  pięć
układów scalonych. Zwróć uwagę,
że  zastosowałem  je  w większości
układów.  Ich  brak  w bardziej
skomplikowanych  układach  może
spowodować  różne  przykre  nie−
spodzianki.  Nie  zapominaj  więc
o kondensatorach  filtrujących  na−
pięcie zasilania.

W yścig z czasem

Cieszymy się, że bramki CMOS w spoczynku nie pobie−
rają prądu. To, że podczas pracy pobierają pewien prąd nie
jest wcale tragedią. Ogólnie biorąc, jedna bramka CMOS
pobiera bardzo mało prądu, nawet przy dużych częstotli−
wościach. Na przykład w generatorze większy wpływ na

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

T
E
C
H
N
I

K
A
L
I

A

Czy wiesz, że...

Układy cyfrowe pobierają prąd

w sposób impulsowy. Głównie dlatego ko−

nieczne jest stosowanie kondensatorów filtrują−

cych (inaczej odsprzęgających). W obwodzie za−

silania każdego urządzenia powinien być włą−

czony przynajmniej jeden kondensator elektro−

lityczny (10...100µ F) i przynajmniej po jed−

nym kondensatorze ceramicznym

100nF na każde pięć układów

scalonych.

Czy wiesz, że...

Układy rodziny CMOS 4000 mają odmienny rozkład

wyprowadzeń niż pełniące identyczne funkcje 

logiczne kostki wywodzące się z rodziny

TTL.

histereza. Sprawdź za pomocą woltomie−
rza, jak zmienia się wielkość pętli histere−
zy, gdy rezystor Rx ma wartości 10MΩ,
1MΩ,  10kΩ,  1kΩ i wyciągnij  wnioski.
Oczywiście  możesz  stosować  dowolne
rezystory z zakresu 1kΩ...10MΩ. Na fo−
tografii  8b zobaczysz  podobny  układ
z kostką  4011.  Pozwoli  on  zrealizować
uniwersalny  sygnalizator.  Możesz  wy−
korzystać układ z rysunku 9. Zazwyczaj
wystarczy  niewielka  histereza,  którą
osiągniemy  z rezystorem  R3  o wartości

100kΩ...1MΩ. Model z fotografii 9 po−
kazuje  sygnalizator  zmierzchowy.  Wy−
korzystałem  tu  fototranzystor  z poprze−
dnich ćwiczeń. Jeśli takowego nie masz,
możesz zastosować inny czujnik, np. ter−
mistor czy fototranzystor. Możesz wyko−
nać  prosty  czujnik  wilgoci,  np.  sygnali−
zator suchego kwiatka. Czujnikiem będą
dwa druty wbite w doniczkę. Musisz in−
dywidualnie  dobrać  wartość  rezystora
R1,  by  sygnalizator  odzywał  się,  gdy
kwiatek będzie wymagał podlania.

Rys. 9

R

R

y

y

s

s

.

.

 

 

9

9

E

Bramki i inwertery dobrze nadają się do

budowy generatorów. Zbuduj układ we−

dług  rysunku  10a  i  zasil  go  napięciem

3...3,5V. Dwa inwertery, rezystor i kon−

densator tworzą generator. Trzeci inwer−

ter  steruje  pracą  diody  LED.  Rezystory

ograniczające prąd diod LED nie są po−

trzebne, bo przy małych napięciach zasi−

lających wyjścia CMOS mają małą wy−

dajność  prądową.  Rytm  migania    obu

diod LED jest inny, bo wartości stałych

czasowych  RC  w obu  generatorach  są

różne.  Możesz  je  zresztą  zmieniać

w szerokich  granicach  (10kΩ...10MΩ,

100nF...1µF).

W roli elementu Y1 możesz włączyć

brzęczyk piezo z generatorem. Sprawdź

też co będzie, jeśli włączysz membranę

piezo PCA−100.

Nie  zapomnij  o końcówkach  zasila−

nia! Ż eby Cię przyzwyczajać do

przyjętych  zasad,  celowo  nie

oznaczyłem  numerów  nóżek

układu scalonego i nie zaznaczy−

łem  obwodów  zasilania  –  oczy−

wiście  zasilanie  podłączysz  do

nóżek 14 (plus) oraz 7 (minus −

masa).  Układ trzeba zasilać na−

pięciem  nie  większym  niż  5V,

np. z jednej baterii litowej (3V)

albo  z 2...3  „paluszków”  bądź

małych  ogniw  zegarkowych

(3...4,5V).  Fotografia  10 poka−

zuje model zbudowany na płytce

stykowej.  Jeśli  spodoba  Ci  się

taki układ i znajdziesz dla niego

jakieś  praktyczne  zastosowanie,

możesz wykorzystać drukowaną

płytkę  uniwersalną  lub  zmonto−

wać układ „w pająku”. 

Gdy  ktoś  zapyta,  co  to  jest,

odpowiesz, że to połączenie mrygadełka
z piszczykiem

.  Nie  musisz  zdradzać  do

czego  służy.  Przypuszczam,  że  znaj−

dziesz dla tego drobiazgu jakieś sensow−

ne zastosowanie. Zmieniaj wartości ele−

mentów 

w

szerokim 

zakresie

(10kΩ...22MΩ, 10nF...1µF).

W układzie  generatora  z rysunku

10a koniecznie trzeba stosować konden−

satory niebiegunowe, bo w trakcie pracy

biegunowość  napięcia  na  nich  zmienia

się.  Jeśli  jednak  częstotliwość  ma  być

bardzo mała, trudno będzie znaleźć kon−

densatory  stałe  o pojemności  powyżej

1µF. W ostateczności możesz wykorzy−

stać  „elektrolity”,  ale  ze  względu  na 

46

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

Ośla łączka

A5

98

Często  na  układzie  podana  jest  też  data

produkcji  w niecodziennej  postaci:  dwie
ostatnie cyfry roku i numer tygodnia w ro−
ku.  Na  przykład  9824  wskazuje,  iż  układ
wyprodukowany został w 24 tygodniu 1998
roku. Na obudowie spotyka się też czasem
inne litery i cyfry. Nie zawracaj sobie nimi
głowy.

pobór prądu ma wartość współpracujących
rezystorów  (przez  te  rezystory  płynie  prąd
ładowania  i rozładowania)  –  badaliśmy  to
w ćwiczeniu  6.  Oczywiście  wolelibyśmy,
żeby ten prąd był jak najmniejszy. Czy ma−
my na to wpływ?

Wiemy już, że prąd płynie tylko w krót−

kich  chwilach,  gdy  zmieniają  się  napięcia
na  wejściach.  Czym  częstsze  zmiany  sta−
nów  (większa  częstotliwość  zmian),  tym
więcej prądu pobierają układy CMOS. Czy−
li  możemy  zmniejszać  pobór  prądu,  jeśli
częstotliwość  zmian  będzie  mniejsza.  To
jedna sprawa. A teraz druga.

Czy  już  widzisz,  że  czym  szybciej

zmieniają  się  napięcia  na  wejściach,  tym
pobór  prądu  będzie  mniejszy?  Wpływ  ma
nie  tylko  częstotliwość  zmian,  ale  i szyb−
kość zmian

.

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

  

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Rys. 1 1

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

Czy wiesz, że...

Oznaczenia układów CMOS 4000

produkowane przez firmę Motorola nie za−

czynają się od cyfry 4, tylko 14. Układy Mo−

toroli poznasz po literach MC – np. MC14001

to kostka 4001.

Natomiast stare polskie układy miały

oznaczenia zaczynające się od

MCY74, na przykład

MCY74011.

Ćwiczenie 6 

Mrygadełko i piszczyk

Rys. 1 0

F

4069

warunki  pracy  trzeba  zastosować  dwa,

połączone w szereg, przeciwsobnie, we−

dług  rysunku  10b.  To  naprawdę  osta−

teczność – w praktyce nie stosuj takiego

rozwiązania  (w przyszłości  poznasz  in−

ne,  lepsze  układy  generatorów  do  wy−

twarzania  wolnozmiennych  przebie−

gów).  Tu  zrealizowaliśmy  je  tylko  ze

względów dydaktycznych.

Zbuduj  teraz  układ  testowy  według

rysunku 11. Nie zapomnij o nóżkach za−

silania (7, 14). Pomocą będzie fotogra−
fia 11. Według katalogów układy CMOS

4000  powinny  być  zasilane  napięciem

w zakresie 3...18V. Sprawdź za pomocą

woltomierza, przy jakim napięciu mini−

malnym  generator  jeszcze  pracuje.  Czy

częstotliwość zależy od napięcia zasila−

nia?  Wskaźnikiem  będzie  membrana

PCA−100 i dioda LED D3.

Odłącz  membranę  Y1  i diodę  LED

D3. Sprawdź pobór prądu samego gene−
ratora

przy  różnych  napięciach  zasila−

nia. Orientacyjnym wskaźnikiem będzie

dioda LED D1, ale w miarę możliwości

włącz w szereg z diodą miliamperomierz

(multimetr  cyfrowy  na  zakresie  2mA).

Zdziwisz się, jak mało prądu pobiera ge−

nerator przy napięciu w zakresie 3...5V. 

Sprawdź  czy  pobór  prądu  zależy  od

pojemności C1. W tym celu przy napię−

ciu  zasilania  9...12V zmieniaj  pojem−

ność kondensatora C1 (do kondensatora

C1 o pojemności 1nF dołączaj równole−

gle  kondensatory  10nF,  100nF,  1µF).

Czy jasność diody LED D1 zmienia się?

Co się zmienia?

A teraz  przy  pojemności  C1  równej

220nF  zmieniaj  R1  (2,2kΩ,  10kΩ,

100kΩ). Czy tym razem prąd się zmienia?

Uwaga!  Jeśli  nie  masz  cyfrowego

multimetru,  ćwiczenie  to  wykonaj  wie−

czorem – wystarczającym wskaźnikiem,

będzie D1.

I kolejna  istotna  sprawa.  Jeśli  masz

rezystory o wartościach mniejszych niż

2,2kΩ albo  potencjometr  10kΩ z po−

przednich wypraw, sprawdź przy jakiej

minimalnej  wartości  R1  układ  jeszcze

pracuje  i jak  to  wygląda  przy  różnych

wartościach napięcia zasilania. Bardzo

proszę, wykonaj te eksperymenty, żeby

w przyszłości  nie  popełniać  błędów.

Zapamiętaj  albo  lepiej  zapisz  bardzo

ważne  wnioski  uzyskane  w tym 

ćwiczeniu!

I znów  wyłącznie  dla  celów  dydak−

tycznych zmodyfikuj poprzedni układ

według  rysunku  12 a i fotografii  12 .

Zamiast jednego kondensatora stałego

C1 koniecznie zastosuj dwa połączone

przeciwsobnie „elektrolity” po 100µF,

a R1  ma  mieć  wartość  10kΩ.  Układ

powinien  być  zasilany  napięciem

9...12V. 

47

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

Ośla łączka

A5

99

Przeanalizuj  rysunek  F.  Masz  tu  jedną  z głównych

przyczyn,  dla  których  zależy  nam,  by  poziomy  logiczne
zmieniały się jak najszybciej. Jest i inny ważny powód −
skłonność do szkodliwych drgań, ale na razie nie będzie−
my się w to wgłębiać.

Wszę dobylskie śmieci

Oprócz  ładunków  statycznych  grożących  uszkodzeniem
wejść,  trzeba  też  uwzględnić  inne  „śmieci”,  które  poja−
wiają się wszędzie i mogą zakłócać pracę urządzeń elek−
tronicznych. Badaliśmy to w ćwiczeniu 2. Do wejść ukła−
dów CMOS często są podłączane różne elementy, nierzad−

ko za pomocą długich przewodów. Działają one jak ante−
na,  a odbierane  zakłócenia  mogą  spowodować  błędne
funkcjonowanie urządzenia. Co gorsza, te „śmieci” często
mają  charakter  impulsowy,  więc  błędne  reakcje  układu
mogą  się  pojawiać  sporadycznie  lub  okresowo  i bardzo
trudno będzie znaleźć przyczynę. Dlatego warto elimino−
wać  ewentualne  zakłócenia  już  na  etapie  projektowania
układu.  W miarę  możliwości  trzeba  stosować  krótkie
przewody,  ekranowane  kable  i zmniejszać  rezystancje.
Prostym sposobem pozbycia się „śmieci” jest zastosowa−
nie obwodu RC jak na rysunku 7 w ćwiczeniu 4, ale nie
zawsze można go wykorzystać.

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

Ćwiczenie 7    

Powielacz napięcia

Czy wiesz, że...

W układach CMOS zasilanych jakimś napię−

ciem Uzas, napięcia o wartości 0...0,3Uzas można

śmiało traktować jako „czysty” stan niski, a napięcia

w zakresie 0,7...1Uzas – jako „czysty” stan wysoki.

Napięć wejściowych w zakresie 0,3...0,7Uzas na−

leży w miarę możliwości unikać, jednak na

pewno nie spowodują one uszkodze−

nia układu.

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

1

1

0

0

R

R

y

y

s

s

.

.

 

 

1

1

1

1

Przyjrzyj się diodom świecącym D1,

D2...

Dlaczego te diody błyskają? Błyskają

i to  wyraźnie,  co  wskazuje,  że  płynie

przez  nie  prąd  ponad  1mA.  Przecież

w obwodach  wejściowych  bramek

CMOS prąd płynąć nie powinien!

Prąd płynie przez obwody ochronne,

umieszczone  na  wejściach  wszystkich

układów  CMOS  oraz  przez  diodę  D1,

gdy  napięcie  w punkcie  A jest  wyższe

(tak!)  od  dodatniego  napięcia  zasilania,

a przez diodę D2, gdy napięcie to spada

poniżej  (!)  masy.  Czy  dziwisz  się,  skąd

biorą się te „ekstremalne” napięcia? Na

wyprawie  A2  w ćwiczeniu  2  (EdW

12/2000 str. 40, 85, 86)  dokładnie bada−

liśmy  tę  sprawę.  Zbudowaliśmy  nawet

impulsowy  podwajacz  napięcia.  Teraz

w układzie generatora daje o sobie znać

to  samo  zjawisko.  W ELEMENTarzu

znajdziesz  garść  dalszych  wyjaśnień  na

temat obwodów ochronnych w układach

CMOS.

W układzie  generatora  na  wyjściu

bramki  U1B  (w punkcie  C)  występuje

przebieg prostokątny. Napięcie na prze−

mian  jest  równe  zeru  i napięciu  zasila−

nia.  W czasie  zmiany  stanu  w punkcie

C kondensator  C1  jest  naładowany.

Zmiana napięcia z jednej strony nałado−

wanego kondensatora (w punkcie C) po−

woduje  taką  samą  zmianę  napięcia

w punkcie  A.  I właśnie  wtedy  napięcie

obniża się poniżej potencjału masy albo

powyżej dodatniej szyny zasilania. W ta−

kiej  nietypowej  sytuacji  prąd  płynie

w obwodzie  wejściowym  bramki  przez

obwody ochronne wejść oraz przez pew−

ne pasożytnicze struktury tam zawarte.

Gdyby  ten  prąd  był  duży,  ponad

20mA, te pasożytnicze struktu−

ry  mogłyby  zadziałać  jak  tyry−

stor i... zewrzeć obie końcówki

zasilania.  Co  prawda  w nowo−

czesnych układach zdarzy się to

przy  prądzie  „wejściowym”

rzędu kilkudziesięciu czy nawet

ponad 100mA, jednak na wszel−

ki wypadek przy napięciach za−
silających powyż ej 5V z zasady
stosujemy  szeregowy  rezystor
ograniczający

ten  impuls  prą−

dowy  do  bezpiecznej  wartości.

Pokazuje to rysunek 12b. War−

tość tego rezystora nie jest kry−

tyczna 

i

może 

wynosić

1kΩ...100kΩ.  Ten rezystor po−

lepsza  też  stabilność  częstotli−

wości  generatora.  Często  ma  wartość

równą  R1  lub  dwukrotnie  większą  od

R1,  czasem  ma  „okrągłą”  wartość

10kΩ.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej o takim

generatorze,  przeanalizuj  rysunek  13

pokazujący  przebiegi  w obu  wersjach

generatora z rysunku 12. Zwróć uwagę,

że przebiegi w punktach B, C są niejako

odwrócone.

Jeśli  czegoś  tu  nie  rozumiesz,  nie

przejmuj się − nie musisz się w to wgłę−

biać. Możesz natomiast praktycznie wy−

korzystać  zjawisko  podbijania  napięcia

na  kondensatorze  poza  zakres  napięcia

zasilania.  Zbuduj  podwajacz  napięcia

według rysunku 14 − znów celowo nie

zaznaczyłem numerów nóżek. 

Na  fotografii  13 zobaczysz  model

zbudowany na płytce prototypowej. Przy

zasilaniu 12,1V napięcie wyjściowe bez

obciążenia  wynosiło  23,4V,  a po  dołą−

czeniu  rezystora  1kΩ spadło  do

18,6V (pobór prądu wyniósł 18,6mA).

P iotr G órecki

Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW.

48

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

Ośla łączka

A5

100

Rys. 12

Rys. 13

Rys. 14

R

R

y

y

s

s

.

.

 

 

1

1

2

2

R

R

y

y

s

s

.

.

 

 

1

1

3

3

Informacje dotyczące zestawu  

A05 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 80.

39

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

Ośla łączka

A 5

1 0 1

Rysunek 16a przedstawia schemat gene−
rato ra  przeb iegu   pro sto k ą tnego ,  k tó ry
o k aż e  się   b ardzo   cenny m  przy rzą dem
w T wo im  lab o rato riu m.  Z ak res  wy b iera
się  za po mo cą  jednej ze zwó r Z 1 ...Z 5  (al−
b o  po  pro stu  przez wy mianę  k o ndensato −
ra), a czas trwania impu lsu  i przerwy  re−
gu lu je  się   niezależ nie  za  po mo cą   po ten−
cjo metró w  P R 1 ,  P R 2 .  D la  u pro szczenia
przewidziałem  niety po wy   spo só b   zasila−
nia –  nie ma tu  b aterii ani zasilacza. G e−
nerato r zawsze b ę dzie stano wił ź ró dło  sy −
gnału  dla jak iego ś  innego  u k ładu , i z tego
u k ładu  mo ż e b y ć  zasilany  (5 ...1 8 V ) przez
pu nk ty  o znaczo ne P , O . 

C zę sto tliwo ś ć   mo ż na  tu   zmieniać

w b ardzo   szero k im  zak resie,  do łą czają c

o dpo wiednie  k o ndensato ry   za  po mo cą
zwo rek .  D wa  po tencjo metry   P R 1 ,  P R 2
po zwalają   u stawić   do k ładnie  po trzeb ną
czę sto tliwo ś ć  i u zy sk ać  po trzeb ny  wspó ł−
czy nnik   wy pełnienia  w szero k im  zak re−
sie.  O znacza  to ,  ż e  przeb ieg  mo ż e  mieć
k ształt  do datnich  lu b   u jemny ch  „ szpi−
lek ” .  J eś li  nie  ma  po trzeb y   niezależ nej
regu lacji  czasu   impu lsu   i przerwy ,  o b −
wó d  generato ra  mo ż na  u pro ś cić   wedłu g
r ysunku 16b (o b wo dy  wy jś cio we i zasi−
lanie b ez zmian).

Z asto so wałem tu  k o stk ę  4 0 4 9 , k tó ra ma

du ż o  wię k szą  wy dajno ść  wy jścia niż  inne
k o stk i C M O S  ro dziny  4 0 0 0 . Z wró ć  u wagę
na niety po wy  u k ład wy pro wadzeń , w ty m
k o ń có wek   zasilania  –   nieprzy padk o wo

Ć w icze n ie  9

L ab o r at o r y jn y  g e n e r at o r  p r ze b ie g u  p r o s t o kąt n e g o

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

1

1

5

5

A teraz  zaprezentuję  Ci  kolejną  niespo−
dziankę. Zbuduj układ dokładnie według
rysunku 15. 

U waga! Jak zaznaczyłem na schema−

cie, nie p o d łą c z aj jed nej ko ń c ó w ki z a−
silania (nó ż ki 14 ) układ u sc alo neg o  U 1
(nó ż kę  nr 7  d o łą c z  d o  m asy). Przykła−
dową realizację pokazuje fo to g rafia 14 .

B yłby to generator, gdyby był zasilany...

Dlaczego więc układ pracuje?
Przecież układ scalony nie jest zasilany!

Czyżby?   Sprawdź  woltomierzem  na−

pięcie na niepodłączonej nóżce 14.

Skąd się wzięło to napięcie? !

Tysiące początkujących natknęło się na
to  zagadkowe    zjawisko.  N iektórzy
pewnie do dziś nie wiedzą, jak to możli−
we,  by  napięcie  zasilające  pojawiło  się
znikąd.

Czyżby  było  to  tytułowe  perpetuum

mobile w wersji elektronicznej?

Aby  wyjaśnić  to  dziwne  zjawisko,

odłącz  wejścia  niewykorzystanych  bra−
mek  U 1D,  U 1E ,  U 1F   (nóżki  9,  11,  13 )
od dodatniej szyny zasilania i dołącz do
masy.

Sprawdź teraz napięcie na nóżce 14.
U kład  przestał  działać,  co  wskazuje,

że  był  zasilany  właśnie  przez  wejścia
bramki  U 1D.  To  nie  żadne  perpetuum
mobile − znów dały o sobie znać obwody
ochronne  umieszczone  na  wejściach,
opisane  w E L E ME N Tarzu.  N apięcie
przechodzi  przez  diodę  ochronną  na
wejściu  bramki  U 1D i staje  się  napię−
ciem  zasilającym  dla  całej
kostki.  Potwierdza  to  war−
tość  napięcia  na  niepodłą−
czonej  nóżce  14,  które
w układzie  z fotografii  14
wynosiło 11,1V przy napię−
ciu zasilania 12V.

Jeśli  dołączysz  rezystor  R3   nie  do

emitera  T1,  tylko  do  wyjścia  bramki
U 1C,  napięcie  na  nóżce  14  znacznie
spadnie – to z kolei wskazuje, że obwo−
dy  ochronne  zwierają  rezystory,  które
nie pozwalają na przepływ zbyt dużego
prądu.

U waga! Są nieliczne wyjątki – obwo−

dy  ochronne  wejść  w kostkach  4049
i 4050 są zbudowane inaczej i takie zja−
wiska  nie  wystąpią.  Możesz  to  spraw−
dzić  osobiście  –  w zestawie  elementów
A05  masz  też  kostkę  4049  (mającą
odmienny układ wyprowadzeń)

Ćwiczenie 8     

P erpetuum  m obile

Informacje dotyczące zestawu A05 do „Oślej łączki“

znajdują sie na stronie 8 0.

Rys. 15

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

1

1

4

4

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

1

1

4

4

40

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

Ośla łączka

A5

102

Ćwiczenie 10    

Praktyczna syrena alarmowa

Generator  z dwiema  bramkami  NAND
lub  NOR  może  być  łatwo  sterowany
przez  jedno  z wejść  pierwszej  bramki.
Ilustruje to rysunek 17a, 17b. W

stanie

spoczynku  generatory  takie  wcale  nie
pobierają prądu. Generatory zbudowane
z inwerterów też można sterować za po−
mocą  dodatkowych  diod,  jak  wskazuje
rysunek 17c, 17d, ale w spoczynku po−
bierają prąd wyznaczony przez sumę re−
zystancji  R1  i R2  i napięcie  zasilania.
Zwróć  uwagę,  że  we  wszystkich  przy−
padkach  w spoczynku  stan  na  wyjściu
jest taki sam, jak na wejściu.

Mając do dyspozycji kilka generatorów

według rysunku 17 , możesz puścić wodze
fantazji i uzależnić je wzajemnie na wiele
sposobów,  uzyskując  niepowtarzalne  se−
kwencje impulsów. Układ tego typu może
być zainstalowany w samochodzie udając,
iż jest to część zaawansowanego systemu
alarmowego. Nie muszę chyba przypomi−
nać, że wartości elementów możesz zmie−
niać w bardzo szerokim zakresie, uzysku−
jąc potrzebne częstotliwości.

A teraz  mam  dla  Ciebie  ogromną,

a raczej ogromnie głośną niespodziankę.
K oniecznie  zbuduj  syrenę  według  ry−
sunku 18 a. Dwie pierwsze bramki two−
rzą  generator  taktujący  o częstotliwości
kilku herców. Dzięki niemu uzyskuje się
przerywany,  jeszcze  bardziej  przeraźli−
wy dźwięk, a jednocześnie pobór prądu
spada o 50% . Steruje on pracą właściwe−

go  generatora  z bramkami  U1C,  U1D.
W zajemnie odwrócone przebiegi prosto−
kątne podawane są na stopień wyjściowy
z czterema  tranzystorami.  Elementem
wykonawczym (przetwornikiem) nie jest
tu znany od początku kursu brzęczyk pie−
zo z generatorem, tylko wykorzystywana
już  membrana  piezo  typu  PCA−100 
z tubą  i obudową.  Taka  membrana  ma

numery  nóżek  zaznaczy−
łem  na  czerwono.  Jeśli
chcesz  zrealizować  taki
generator  za pomocą  „ty−
powej”  kostki  406 9,  nie
ma problemu, pamiętaj tyl−
ko o innym rozkładzie wy−
prowadzeń i licz się z niż−
szą częstotliwością maksy−
malną. W

modelu pokaza−

nym na fotografii 15, zbu−
dowanym według rysunku
16 a, z rezystorami R2, R3
o wartości  47 0Ω,  poten−
cjometrami  100kΩ i kon−
densatorami  w zakresie
1nF...1µF  uzyskałem  za−
kres  częstotliwości  pracy
od  4H z...200kH z.  Układ
poprawnie  pracuje  z kon−
densatorem  100pF,  a na−
wet 6 8pF, pozwalając uzy−
skać  częstotliwość  ponad
2MH z.

Układ  możesz  zmon−

tować  „w pająku”  lub
z wykorzystaniem  małej
płytki  drukowanej,  poka−
zanej  na  rysunku  16c.
F otografia  16  pokazuje
generator zmontowany na
takiej  płytce,  wykonanej
samodzielnie  z  użyciem
folii TES200.

Rys. 16 a,b

Rys. 17

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

1

1

6

6

Rys. 16c

45

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

Ośla łączka

A5

103

największą  skuteczność  przy  częstotli−
wościach  w

granicach  3...3,5kHz.

W układzie przewidziałem potencjometr
PR1,  żeby  łatwo  było  „dostroić  się”  do
częstotliwości  (rezonansowej)  konkret−
nej membrany i uzyskać jak najgłośniej−
szy dźwięk. Na rysunku 18 nie zaznaczy−
łem numerów nóżek kostki U1 – bramki
możesz wykorzystać dowolnie. Wzorem
może być model z fotografii 17, zmon−
towany  na  płytce  stykowej.  Syrena  się
odezwie, gdy zewrzesz punkt A do ma−
sy. W modelu z fotografii 17 to zwarcie
realizuje  kawałek  drutu  w czerwonej
izolacji, widoczny w lewym dolnym ro−
gu. Bez tej zwory układ będzie milczał,
bo na kondensatorze C1 będzie panował
stan  wysoki  podawany  przez  R1,  R2
i generatory nie będą pracować. Możesz
śmiało wykorzystać taką syrenę w prak−
tyce.  Koniecznie  przekonaj  się,  ile  robi
hałasu  i jak  zadziwiająco  mało  prądu
przy tym pobiera. Możesz zasilać syrenę
napięciem  w zakresie  4,5...18V.  Obo−
wiązkowo  wypróbuj,  jak  zmienia  się
głośność po zwiększeniu napięcia zasila−
jącego do 18V (np. dwie baterie 9−wol−
towe).  Lojalnie  ostrzegam,  że  niechyb−
nie narazisz się przy tym na szykany ze
strony reszty rodziny.

Syrenę  uruchamia  się  przez  zwarcie

punktu  A do  masy.  Możesz  oczywiście
zewrzeć na stałe punkty A, O i włączać

syrenę przez podanie napię−
cia  zasilającego.  Model
z fotografii 17 w spoczynku
milczy  i pobiera  mniej  niż
1µA prądu.  To  zadziwiają−
ce,  że  ogłuszający  dźwięk
można  uzyskać  tak  małym
nakładem energii − przy na−
pięciu  zasilającym  równym
12V pobór  prądu  modelu
wynosił  11mA,  a dźwięk
w małej pracowni był wręcz nie
do wytrzymania.

Przy  odrobinie  staranności  uda  Ci  się

wbudować  układ  elektroniczny  do  wnę−
trza  obudowy  przetwornika  PCA−100.
Można wykorzystać montaż „w pająku”,
a całość  umocować  na  dnie  pokrywki

przetwornika  PCA−100,
wtapiając  w plastik  cien−
kie  druty  mocujące.  Nie
zaszkodzi usunąć R1, R1,
C1,  a obie  nóżki  pierw−
szej  bramki  zewrzeć  ze
sobą.  Syrena  będzie  wyć
po podaniu napięcia zasi−
lającego.  Co  ciekawe,
w takim  uproszczonym
układzie  śmiało  można
stosować  wymiennie  ko−
stki 40001 i 4011. 

Układ 

z

rysunku

18a możesz  też  zmonto−
wać na małej płytce dru−

kowanej,  pokazanej  na  rysunku  18b.
Fotografia 18 pokazuje układ zmontowa−
ny na podobnej, jeszcze mniejszej płytce,
która  bez  kłopotu  zmieści  się  w obudo−
wie  przetwornika  PCA−100,  podobnie
jak płytka z rysunku 18b. Płytka do mo−
delu  z fotografii  18  została  wykonana
w warunkach domowych. Jeśli potrafisz,
możesz też wykonać taką płytkę. Możesz
też  wykorzystać  sposób  zastępczy
i zmontować układ na kawałku kartonu,
wykonując  niezbędne  połączenia  cien−
kim  drutem.  Rysunek  płytki  znajdziesz
też na wkładce w środku numeru.

Możesz też wykonać wersję z dwoma

układami scalonymi według rysunku 19
(uwzględnij nietypowy układ wyprowa−
dzeń  układu  4049,  podany  na  rysunku
16).  Sterownik  syreny  jest  identyczny
jak na rysunku 18, tylko zamiast tranzy−
storów  T1...T4  stosujesz  inwertery
o zwiększonej mocy z kostki 4049.

Rys. 18
a)

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

1

1

7

7

b)

Fot. 18

Rys. 19

Tańczące  światełka  wykorzystywane
często i chętnie, w tym do jak najbardziej
poważnych  celów  reklamowych,  można
zrealizować  na  wiele  sposobów.  Rysu−
nek 2 0 pokazuje jeden z przykładów. Je−
śli chcesz, zrealizuj ten układ; moim ce−
lem było tu pokazanie nietypowego przy−
kładu  wykorzystania  „połamanego”
przebiegu  z generatora.  Jest  to  przebieg
D na rysunku 13.

Jeśli  masz  elementy  z poprzednich

wypraw,  wykorzystaj  diodę  dwukoloro−
wą, jak w modelu z fotografii 19. Celo−
wo  zastosowałem  jednakowe  wartości
elementów  RC.  Ze  względu  na  rozrzut
wartości,  częstotliwości  obu  generato−
rów będą się nieco różnić, co da ciekawy
efekt.  Dla  ciekawości  warto  zmienić
wartości  elementów  wyznaczających
częstotliwości generatorów.

Najróżniejsze  efekty  świetlne  można

zrealizować  w prosty  sposób  wykorzy−
stując  sterowane  generatory  według  ry−
sunku 17. Prosty przykład pokazany jest
na rysunku 2 1. W tym przypadku w jed−
nym  z generatorów  można  regulować
współczynnik  wypełnienia  za  pomocą
potencjometru,  w drugim  za  pomocą
dwóch rezystorów, a w trzecim za pomo−
cą  dodatkowej  diody  i rezystora.  War−
tość  rezystorów  R1...R6  trzeba  dobrać
w zależności  od  wartości  napięcia  zasi−
lania  oraz  liczby  diod  w łańcuchu,  by
uzyskać  potrzebną  jasność  diod,  przy
czym  prąd  diody  nie  powinien  przekra−
czać  20mA.  W jednym  łańcuchu  mogą
oczywiście pracować diody LED o róż−
nych kolorach. Przy większym  poborze
prądu warto zamiast baterii wykorzystać
zasilacz albo akumulator.

Układ  można  w

prosty  sposób 

dostosować  do  sterowania  np.  żarówek,

stosując  zamiast  małych  BC548  „dar−
lingtony”  mocy  (w zestawie  masz
BD649)  albo  MOSFET−y mocy,  np.
BUZ10 (BUZ11) w sposób opisany wy−
czerpująco na poprzednich wyprawach.

Informacje dotyczące zestawu 

A05 do  „Oslej łączki“ znajdują się  

na stronie 80.

46

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

Ośla łączka

A5

104

Rys. 21

Rys. 20

F

F

o

o

t

t

.

.

 

 

1

1

9

9

Ćwiczenie 11    

C yf rowe tań czące światełka

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

Ośla łączka

A5

105

Warto wykonać układ według rysunku
22 (nie zapomnij o końcówkach zasila−
nia).  Jeśli  posiadasz  zestawy  do  po−
przednich  ćwiczeń,  masz  też  kontak−
tron.  Umieść  kontaktron  na  futrynie,
a mały  magnes  na  drzwiach  tak,  by
kontaktron rozwierał styki po otwarciu,
a nawet uchyleniu drzwi. Zamiast kon−
taktronu  możesz  wykorzystać  jakiś  in−
ny łącznik, w ostateczności nawet wła−
snej  konstrukcji.  W modelu  pokaza−
nym  na  fotografii  20 zastosowałem
zwykły przycisk.

W stanie spoczynku (gdy drzwi są zam−

knięte)  styk  jest  zwarty  i sygnalizator
milczy.  Otwarcie  drzwi  wywoła  krótki
impuls  dźwiękowy,  sygnalizujący,  że
ktoś wchodzi. Czas tego impulsu wyzna−
czony jest przez R3, C2. Gdy drzwi po−
zostaną  otwarte  zbyt  długo,  po  upływie
czasu  wyznaczonego  przez  R4,  C3  sy−
gnalizator  włączy  brzęczyk  na  stałe.
Dźwięk  brzęczyka  piezo  (z generato−
rem)  będzie  wtedy  modulowany  prze−
biegiem  z dodatkowego  generatora
z elementami R6, R7, C4. Możesz śmia−
ło  zmieniać  wartości  kondensatora  C2
(22nF...1

µF), by regulować czas krótkie−

go sygnału, oraz C3 (2,2

µF...220µF), by

regulować czas opóźnienia.

Taki uniwersalny sygnalizator drzwio−

wy znajdzie praktyczne zastosowanie nie
tylko w sklepach i warsztatach, ale także
przy  drzwiach  wejściowych  w domach
prywatnych,  gdzie  będzie  sygnalizował,
że  ktoś  wszedł,  a także  ostrzegał  przed
ciągłym otwarciem drzwi, co jest ważne
zwłaszcza w okresie zimowym.

Ćwiczenie 12    

Uniwersalny sygnalizator drzwiowy
Opóźnienie i skracanie impulsów

Ćwiczenie 13    

Syrena alarmowa z głośnikiem

Celowo  najpierw,  w ćwiczeniu  11,  za−
proponowałem  Ci  budowę  syreny  alar−
mowej z membraną piezo. Syreny takie

mają  liczne  zalety,  głównie  mały  pobór
prądu.  Wcale  nie  znaczy  to,  że  syreny
z klasycznymi głośnikami są gorsze. Za−

równo  w samochodowych,  jak  i stacjo−
narnych instalacjach alarmowych często
stosowane  są  syreny  z głośnikami.

Rys. 22

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

 

 

2

2

2

2

0

0

0

0

Rys. 23

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

Ośla łączka

A5

106

Dopuszczalne parametry graniczne (dotyczy napięć i prą−

dów podawanych z zewnątrz, które nie spowodują uszko−

dzenia i błędnego działania układów):

Zakres napięć zasilania (VDD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . −0,5...18V
Zakres napięć wejściowych i wyjściowych –0,5V...(VDD+0,5V)
Zakres prądów wejściowych . . . . . . . . . . . . . . . . . −10...+10mA
Moc strat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500mW
Temperatura przechowywania . . . . . . . . . . . . . . . . −65...+150

o

C

Temperatura pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . −40...+85

o

C

Parametry robocze:

Gwarantowany zakres napięć zasilania . . . . . . . . . . . . 3...18V
Spoczynkowy prąd zasilania (+25

o

C, VDD=10V)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 0,001

µA max 1µA

Pobór prądu zależy liniowo od częstotliwości pracy. W stanie
spoczynku jest bliski zeru. Przy napięciu zasilania 10V i typo−
wym obciążeniu wyjścia pojemnością 50pF (pojemności mon−
tażowe  i wejściowe  następnych  bramek)  prąd  zasilania  przy
częstotliwości f wynosi w przybliżeniu:. . . . . I = 0,6

µA/kHz * f

Prąd wejściowy. . . . . . . . . . . . . . . . typ. 0,00001

µA, max 0,1µA

Napięcie progowe (przełączania) wejścia . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 0,5*VDD max (0,3*VDD...0,7*VDD)

Pojemność wejścia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . max 7,5pF
Czasy narastania i opadania zboczy na wyjściach:
VDD=5V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 100ns
VDD=10V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 50ns
VDD=15V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 40ns
Czas propagacji (opóźnienie wejście/wyjście):
VDD=5V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 125ns
VDD=10V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 50ns
VDD=15V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . typ. 40ns
Spoczynkowe napięcie wyjściowe (bez obciążenia):
stan L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . max 0,05V
stan H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . min (VDD−0,05V)
Wydajność prądowa i prąd zwarciowy wyjścia silnie zależą od
napięcia  zasilania.  Występuje  też  duży  rozrzut  wartości  mię−
dzy  egzemplarzami.  Orientacyjne  wartości  prądów  zwarcio−
wych wyjścia (+25

o

C) wynoszą:

Wyjście zwarte z szyną VSS − prąd wypływający: 
VDD=5V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2mA

Biblioteczka praktyka

Podstawowe parametry układów CMOS
rodziny 4000

Zawsze  są  to  tak  zwane  głośniki  tubo−
we, które wprawdzie dają dźwięk o nie−
zbyt dobrej jakości, ale za to przy tej sa−
mej mocy dają dźwięk dużo głośniejszy
niż zwykłe głośniki. Być może nie masz
pod  ręką  głośnika  tubowego.  Jeśli  jed−

nak  znajdziesz  gdzieś  jakikolwiek  gło−
śnik o większej mocy, możesz wypróbo−
wać układ z rysunku 23. Moc głośnika
nie powinna być mniejsza niż 10W, jeśli
ma on rezystancję 4

Ω oraz 5W, jeśli ma

on 8

Ω.

Uwaga!  Taka  syrena  pobiera

ponad 1A prądu i musi być zasi−
lana  ze  źródła  o odpowiedniej
wydajności, np. akumulatora. Na
pewno nie wystarczy mała bate−
ria czy zasilacz 12V/250mA.

Ja  dołączyłem  do  układu  po−

kazanego  na  fotografii  21 gło−
śnik  tubowy  i efekt  był  rewela−
cyjny.  Potencjometr  montażowy
100k

Ω powala  dobrać  najbar−

dziej  przeraźliwy  ton.  Jak  poka−
zuje  fotografia,  model  pracował
poprawnie  nawet  bez  kondensa−
torów  odsprzęgających  zasilanie
(co wcale nie jest zachętą do po−
mijania  tych  kondensatorów).
Oczywiście  taką  syrenę  możesz
zrealizować  nieco  inaczej,  wy−
korzystując  bramki  NAND  czy

NOR i stosując dwa, a nie trzy generato−
ry. Jeśli układ miałby znaleźć praktyczne
zastosowanie w jakimś systemie alarmo−
wym, wykorzystaj raczej układ z rysun−
ku 18 z głośnikiem w miejscu membra−
ny piezo z tym, że jako T1..T4 koniecz−
nie musisz zastosować darlingtony mocy
w obudowie TO−220 (np. BD649/BD650).
Efekt będzie piorunujący.

Na  wszelki  wypadek  ostrzegam:  nie

dołączaj  do  układów  z tego  ćwiczenia
kolumn  z domowego  zestawu  audio.
W niesprzyjających  warunkach  możesz
uszkodzić  głośniki  (wysokotonowy
i średniotonowy).

Piotr Górecki

Informacje dotyczące zestawu 
A05 do  „Oslej łączki“ znajdują się 
na stronie 80.

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

• 

BIBLIOTECZKA

PRAKTYKA

F

F

F

F

o

o

o

o

t

t

t

t

..

..

 

 

2

2

2

2

1

1

1

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

Ośla łączka

A5

107

VDD=10V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12mA
VDD=15V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27mA
Wyjście zwarte z szyną VDD − prąd wpływający:
VDD=5V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5mA
VDD=10V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20mA
VDD=15V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35mA

Uwaga!  Dla  negatorów  układu  4049  i buforów  układu  4050
wydajność prądowa wyjść i prądy zwarciowe są kilkakrotnie

BIBLIOTECZKAPRA

KTYKA• 

BIBLIOTECZKAPRA

KTYKA

• 
BIBLIOTECZKAPRA

KTYKA