35
Szkoła Konstruktorów
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Lipiec 2002
Rozwiązanie zadania 73
W EdW 3/2002 zamieszczony był schemat
wykrywacza burzy – patrz rysunek A. Układ
ma dwa tory: akustyczny z mikrofonem
(membraną piezo) oraz drugi z czujnikiem
deszczu. Generalna idea jest jak najbardziej
sensowna, choć dyskusyjna jest skuteczność
wykrywania burzy. Oprócz uwag, co do sku−
teczności, nadesłaliście wiele krytycznych
opinii i tak naprawdę nie tylko na czujniku
deszczu nie zostawiliście suchej nitki. Rze−
czywiście, na schemacie błędów jest wiele,
ale młodziutkiemu Autorowi można to wyba−
czyć (zresztą część usterek najwyraźniej po−
jawiła się wskutek niedopatrzenia przy ryso−
waniu schematu). Niemniej Autor schematu
powinien bardzo starannie przeanalizować
podane dalej uwagi, a wtedy jego następne
schematy i układy będą mieć większą szansę
na praktyczne wykorzystanie.
Najpierw ustalmy, jak miał działać orygi−
nalny układ. Zacznijmy od końca, od styków
przekaźnika. Wykorzystane są styki bierne,
więc w spoczynku tranzystor T4 i przekaźnik
powinny działać. Jednoczesne pojawienie się
stanów wysokich na wejściu pierwszej bram−
ki NAND winno włączyć strukturę tyrystoro−
wą z tranzystorami T2, T3 i zablokować T4,
by przekaźnik puścił i włączył sygnalizator.
Do zadziałania potrzebne są stany wysokie
na wejściach pierwszej bramki. Jeden z sy−
gnałów to wzmocniony sygnał z membrany
piezo, drugi to sygnał z czujnika deszczu. Ta−
ka koncepcja jest racjonalna.
Przypatrzmy się teraz szczegółom. Mem−
brana piezo P1 może pełnić rolę mikrofonu.
Nie jest jednak prawdą, jak sądziło kilku ucze−
stników, że rezystor R1 jest zbędny. Zbędny
jest tylko kondensator C1. Membrana piezo
jest w sumie odmianą kondensatora. Prąd sta−
ły przez nią nie płynie, więc koniecznie trzeba
pozostawić rezystor R1 polaryzujący wejście
wzmacniacza operacyjnego, nawet jeśli prądy
polaryzujące współpracującego wzmacniacza
operacyjnego są znikome, rzędu nanoampe−
rów czy jeszcze mniej. Ponieważ membrana
piezo pracująca w roli mikrofonu ma duży
opór wewnętrzny dla prądu zmiennego, war−
tość rezystora polaryzującego R1 powinna być
jak największa. Wartość 1M
Ω
byłaby jak naj−
bardziej na miejscu. Byłaby...
Słuszne
za−
strzeżenia wzbu−
dził typ wzmac−
niacza operacyj−
nego. Na pewno
kostka TL082 nie
może pracować
przy
napięciu
wejściowym bliskim ujemnego napięcia zasi−
lania. Należy zastosować kostkę TLC271
(można TLC272, ale po co) albo LM358.
Prąd polaryzacji kostki LM358 (typ.
0,045
µ
A, max 0,5
µ
A) wypływa z wejścia, co
spowoduje niewielki spadek napięcia na R1.
Przykład pokazany jest na rysunku B (gdzie
założyłem, że napięcie niezrównoważenia
jest równe zeru). Takie przesunięcie napięcia
spoczynkowego nie tylko
nie przeszkadza, ale jest
nawet korzystne. Gorzej,
gdyby wzmocnienie było
większe – wtedy trzeba
dodać kondensator według
rysunku C. Jak zauważy−
liście, wzmocnienie U1B
jest za małe i nie będzie
w
stanie
przełączyć
„schmitta”. Rzeczywiście, wzmocnienie może
być za małe, bo wynosi tylko 4,3x (niecałe
13dB), a sygnał mikrofonu będzie niewielki,
zwłaszcza w przypadku odległych grzmotów.
Wejścia drugie−
go, niewykorzysta−
nego wzmacniacza
operacyjnego warto
gdzieś podłączyć.
W przypadku ukła−
dów
logicznych
CMOS jest to wręcz
obowiązkiem. W przypadku wzmacniaczy
operacyjnych, zwłaszcza z tranzystorami bi−
polarnymi na wejściu, nie jest to konieczne.
Zresztą przy dołączeniu do masy albo plusa
zasilania mogą dać znać o sobie dziwne zja−
wiska, zazwyczaj niegroźne. Niemniej, ogól−
nie biorąc, przemyślane dołączanie niewyko−
rzystanych wejść jest dobrym zwyczajem.
Większość uczestników odnotowała brak
rezystora między drenem T1 a plusem zasila−
nia. Rezystor taki nie byłby potrzebny tylko
w przypadku bipolarnej bramki TTL, gdzie
w stanie niskim prąd wypływa z wejścia. Tu
trzeba go koniecznie dodać. Jeśli pojawienie
się kropel deszczu na czujniku ma dać na dre−
nie tranzystora stan wysoki, trzeba też dodać
kolejny rezystor między plus zasilania a bram−
kę T1. Natomiast szeregowy rezystor R4 jest
zupełnie niepotrzebny – patrz rysunek D.
Tranzystory T2, T3
tworzą układ zastęp−
czy tyrystora, ale jak
zauważyli
niemal
wszyscy, nie jest on
zasilony od strony plu−
sa − brakuje rezystora
między bazą T4 a plu−
sem zasilania. Pomię−
dzy wyjściem drugiej bramki a bazą T3 nale−
żałoby dodać rezystor; w przeciwnym wy−
padku wyjście bramki w stanie wysokim bę−
dzie pracować w stanie zwarcia przez złącze
B−E tranzystora T3. Nawet gdy ten rezystor
(o wartości kilku kiloomów) zostanie doda−
ny, twierdzenie, że rezystor R5 jest zbędny, jest
dyskusyjne – patrz rysunek E. Zastępczy „ty−
rystor” z dwóch tranzystorów mających wiel−
kie wzmocnienie chętnie włącza się już przy
włączaniu zasi−
lania i dlatego
warto pozosta−
wić R5, R6
o
stosunkowo
małych warto−
ściach
i
C2
o znacznej warto−
ści są potrzebne.
Nie jest prawdą,
jak stwierdziło kilka
osób, że dioda D1
nigdy nie zaświeci,
bo do jej zadziałania
potrzeba około 2V,
a napięcie na bazie
tranzystora T4 bę−
dzie wynosić około 0,6V. Podobnie ryzykow−
ne jest stanowcze stwierdzenie, iż R7 trzeba
usunąć. Owszem, przy braku jakiegokolwiek
rezystora zamykającego obwód do plusa zasi−
lania, dioda LED D1 nigdy nie zaświeci, ale
gdyby taki rezystor był, dioda D1 może świe−
cić właśnie dzięki obecności rezystora R7.
Ponieważ na zastępczym tyrystorze, gdy
przewodzi, spadek napięcia wynosi około
0,6...0,7V, takie napięcie podane na bazę T4
zagwarantuje zwolnienie przekaźnika. Jak
pokazuje na przykładzie rysunek F, mamy tu
źródło prądowe, pozwalające zasilić układ
napięciem znacznie większym od nominalne−
go napięcia przekaźnika. Pomysł nie jest więc
błędny, choć przyznam, że częściej zastoso−
walibyśmy układ z rysunku G, ewentualnie
dodając jedną zwykłą diodę w obwodzie emi−
tera tranzystora.
+
2
3
1
U1A
TL082
+
C1 100n
P1
R1
2,2
M
5
6
4
8
U1B
TL082
R2
1k
R2
1k
R4
+V
T1
R3 3,3k
U2
4093
R5
1k
R5
1k
T2
T3
R6 1k
C2
220n
D1
R7
D2
T4
Wy
+V
RL1
7
Czujnik
A
C
C
C
C
o
o
o
o
tt
tt
u
u
u
u
n
n
n
n
ii
ii
e
e
e
e
g
g
g
g
rr
rr
a
a
a
a
?
?
?
?
− S
Szzkkoołłaa K
Koonnssttrruukkttoorróów
w kkllaassaa IIII
+50mV
+50mV
+215mV
+
+
50 A
50 A
50 A
50 A
1k
1k
1M
3,3k
LM
358
165mV
I
B
=0,05 A
I
B
=0,05 A
B
+
+
+
1M
10...100k
1k
10
10
LM
358
C
100k
50k
...1M
T1
+
D
4,7k
+
1...4,7k
C2
220nF
C2
220nF
T3
R6
1k
1k
T2
E
500
+2,2V
+1,5V
12V
U
=24V
ZAS
24mA
F
