plik

Ośla łączka

121

W wielu  przypadkach  potrzebny  jest
przebieg  o  dokładnie  określonej  często−
tliwości. Jeśli dopuszczalne są odchyłki
częstotliwości  do  ±2%,  śmiało  można
wykorzystać generator z układem 4047.

Fotografia 10 pokazuje model zawie−

rający  dwa  podobne  generatory,  zbudo−
wane  według  rysunku  22.  Fragmenty
podstawek  umożliwiają  łatwą  wymianę
wszystkich  elementów  R,  C  (4,7k

Ω

...10M

Ω

, 100pF...1uF), co pozwala

uzyskać

potrzebne

właściwości.

Dzięki odpowiedniemu
połączeniu,  w  roli  R1,
R3  można  stosować
szeregowe  połączenie
dwóch rezystorów albo
rezystora i potencjome−
tru  montażowego,  co
pozwala  dokładnie  do−
brać  potrzebne  czasy.
Generator  U1  pracuje
stale. Układ U2 pracuje
tylko wtedy, jeśli na je−
go  nóżce  5  jest  stan
wysoki.  Zwora  zw po−
zwala włączyć go na stałe, natomiast ele−
menty R2, C2 na krótki czas, w takt im−
pulsów  generatora  U1.  Celowo  naryso−
wałem  schematy  na  dwa  sposoby,  żeby
łatwiej Ci było zrealizować te układy.

Często wykorzystuję prezentowany

model  do  różnych  eksperymentów,
zwłaszcza  do  zdalnego  sterowania  pod−
czerwienią,  gdzie  potrzebny  jest  sygnał
nośny o częstotliwości 36kHz (U2), mo−

dulowany  wolniejszym  przebiegiem  z
drugiego  generatora  (U1).  Ty  również
zbuduj sobie taki uniwersalny moduł ge−
neratorów  −  z  pewnością  przyda  Ci  się
do różnych eksperymentów.

Schemat schematowi
nierówny

Od początku niniejszego kursu korzystasz ze schema−
tów ideowych, czy jak mówią inni – schematów elek−
trycznych. Schemat pokazuje sposób połączenia ele−
mentów.  Normy  poszczególnych  państw  określają
wygląd  symboli  podstawowych  elementów  elektro−
nicznych. Nie ma natomiast ścisłych przepisów, doty−
czących  rysowania  schematów.  Są  tylko  ogólnie
przyjęte zasady i wytyczne. Warto je poznać i prze−
strzegać, bo naprawdę ułatwiają analizę układu. Przy−
kład znajdziesz na rysunkach E i F.

Są to różnie narysowane dwa schematy tego sa−

mego układu Migacza dużej mocy z czujnikiem świa−

tła z ćwiczenia 9 wyprawy 2 (EdW 1/2001 str. 85).
Połączenia są identyczne.

Który schemat uznasz za lepszy?
To oczywiste! Ten z rysunku E. Tu dodatnia szy−

na zasilania narysowana jest na górze, ujemna na
dole. Można powiedzieć, że na schemacie, zgodnie z
intuicją, prądy płyną „z góry do dołu”. Pokazuje to
też z grubsza, jakie będą napięcia stałe w poszcze−
gólnych częściach układu.

Po drugie, sygnał użyteczny niejako przepływa z

lewej strony do prawej, podobnie jak wzrok przebiega
czytany tekst, co także jest zgodne z intuicją. Kierunek
przepływu sygnału wiąże przyczynę ze skutkiem. W
omawianym układzie przyczyną jest stan fotoelemen−
tu – działanie zależy od stanu oświetlenia czujnika.

Skutkiem jest zachowanie żarówki.

Te dwie zdrowe zasady zilustrowałem na ry−

sunku G.

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

Sierpień 2002

Ćwiczenie 10

Układ 4047. Precyzyjne generatory

Rys. 22

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

TECHNIKALIA

122

Ośla łączka

Na  rysunku  23a znajdziesz  schemat
uniwersalnego  generatora  z  kostką
4541.  Dobierając  wartości  R1,  C1  oraz
stopień  podziału  dzielnika  można  uzy−
skać  przebieg  prostokątny  o  znikomo
małej  częstotliwości,  czyli  impulsy  o
bardzo  długich  czasach.  Oscylator  pra−
cuje z częstotliwością około:
fosc = 0,43 / (R1*C1), czyli okres prze−
biegu oscylatora wynosi mniej więcej
T = 2,3 * R1*C1

Zwory Z1, Z2 pozwalają ustawić sto−

pień podziału dzielnika czasu według
poniższej tabeli, gdzie 0 oznacza brak
połączenia, a 1 oznacza zwarcie zwory:

Przy maksymalnym stopniu podziału

(65536) i wartości elementów R1=1M

Ω

C1=1

F, częstotliwość sygnału wyniesie

około 6 mikroherca, czyli okres około
150000 sekund, co daje prawie 42 go−
dzin. Przez 21 godzin na wyjściu będzie
stan niski, potem przez 21 godzin – stan
wysoki, potem znów przez 21 godzin ni−
ski, itd.

Nieco inny układ według rysun−

ku 23b jest uniwibratorem, czyli wytwa−
rza pojedyncze impulsy. Zawsze wytwa−
rza impuls po włączeniu zasilania. Cykl
pracy można też zapoczątkować podając
na wejście A narastające zbocze sygnału
logicznego. Impuls można dowolnie
przedłużać, podając na wejście A kolej−
ne impulsy wyzwalające. Właściwości
układu ilustruje rysunek 23c.

Czas impulsu T zależy od wartości

R1, C1 oraz od stopnia podziału dzielni−
ka, jak podaje kolejna tabela.

Dla ułatwienia obliczeń, wartość rezy−

stora R1 można podać w megaomach, a
pojemności C1 w mikrofaradach. Ze

względu  na  rozrzut  parametrów
układu 4541 i tolerancję elemen−
tów  RC  podane  czasy  należy
traktować  jako  orientacyjne.
Można  je  ustawić  dokładniej,
stosując potencjometr w miejsce
rezystora  R1.  Przy  zmianach
temperatury  i  napięcia  zasilania
w  zakresie  ±10%,  zmiany  czę−
stotliwości  nie  powinny  być
większe niż 2%.

Na fotografii 11 pokazany jest uni−

wersalny  moduł  zbudowany  na  kawa−
łeczku  płytki  uniwersalnej  według  ry−
sunku 24. Dzięki dodatkowym zworom
przy nóżkach 5, 9, 10 może on pracować
zarówno  jako  generator,  jak  i  uniwibra−
tor  i  pozwala  wykorzystać  wszystkie
możliwości  układu  scalonego  4541.
Wyjście może bezpośrednio wysterować
bramkę  MOSFET−a  mocy  albo  przeka−
źnik za pomocą dodatkowego tranzysto−
ra.  Ponieważ  nóżki  4  i  11  nie  są  podłą−
czone  wewnątrz  układu  scalonego,  mo−
głem zrealizować układ połączeń nóżek
3 i 5 w sposób nietypowy, zapewniający
dobre upakowanie elementów.

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

Sierpień 2002

Rys. 23

Rys. 24

Przypuszczam, że zechcesz niekiedy wy−
korzystać pożyteczną kostkę CMOS 4538,
która zawiera dwa uniwibratory. Na bazie
układu 4538 według rysunku 25 możesz
zbudować najprawdziwszą centralkę alar−
mową, na przykład do domku letniskowe−
go, własnego pokoju czy nawet domu.

Ma ona dwie linie dozorowe oznaczo−

ne L1 i L2. Nie przestrasz się tylko okre−

ślenia „linia dozorowa” – w prostych sy−
stemach może to być po prostu pętla cie−
niutkiego drutu rozciągniętego nisko nad
podłogą (ziemią). Włamywacz nie wie−
dząc nic o druciku, nie zauważy go, prze−
rwie nogą i spowoduje alarm. W praw−
dziwych systemach alarmowych zamiast
takich jednorazowych czujników „druci−
kowych” w obwodzie linii dozorowej

włączane są typowe czujniki, np. magnes
i kontaktron  montowane  na  drzwiach  –
otwarcie  drzwi  oddala  magnes  od  kon−
taktronu,  rozwiera  styki  i wywołuje
alarm (takie czujniki dostępne są w ofer−
cie  AVT).  W obwodzie  pętli  dozorowej
może  też  pracować  inny  popularny  ele−
ment  –  czujka  podczerwieni  pasywnej.
Gdy  „zobaczy”  ona  poruszający  się

Z1 Z2 Czas impulsu (około)

0 0

9420*R1*C1

0 1

1180*R1*C1

1 0

294*R1*C1

1 1

75400*R1*C1

Z1 Z2 podział (fosc/fout)

0 0

8192

0 1

1024

1 0

256

1 1

65536

Ćwiczenie 11

Uniwersalny układ (długo)czasowy

Ćwiczenie 12

Kostka 4538. Centralka alarmowa

Ośla łączka

123

Zapoznaj się z wyjątkowo interesującym
układem  scalonym  4046,  a  właściwie  z
jego częścią. Proponuję, żebyś najpierw
zestawił  układ  testowy  z  potencjome−
trem według rysunku 26. Nóżki 12 nie
podłączaj – pozostaw ją „wiszącą w po−
wietrzu”.  Zmieniając  położenie  poten−
cjometru zmieniasz napięcie na nóżce 9.
Jest to wejście generatora przestrajanego
napięciem  –  VCO  Voltage  Controlled
Oscillator)). Zmiana tego napięcia powo−
duje zmianę częstotliwości generatora od
zera  do  wartości  maksymalnej,  wyzna−
czonej  przez  R1,  C1.  Na  fotografii  13
możesz zobaczyć model z układem sca−

lonym 4046 wyprodukowanym ponad
dwadzieścia lat temu przez krajowego
producenta (CEMI).

Pobaw się pokazanym bardzo poży−

tecznym generatorem przestrajanym i wy−
próbuj  jego  działanie  z fotorezystorem
(lub  fototranzystorem).  Możesz  śmiało
zmieniać  wartość  C1  (kondensator  stały
1nF...1

F) i R1 (10k

Ω

...1M

Ω

). Dodaj re−

zystor R2 między nóżkę 12 a masę. Niech
na początek ma on wartość 100k

Ω

. Teraz

nawet przy zmianie napięcia na wejściu
VCOin w zakresie od zera do napięcia za−
silania zmiany częstotliwości będą mniej−
sze. Sprawdź, jak zmienia się zakres prze−

strajania, gdy rezystor R2 ma wartość
w zakresie 10k

Ω

...1M

Ω

− wyciągnij

wnioski, zapamiętaj. Jestem przekonany,

obiekt, rozwiera styki swego przekaźnika
i włącza alarm. Jednak taka czujka ko−
sztuje kilkadziesiąt do ponad stu złotych.

Najczęściej linia dozorowa pracuje z

tak  zwanymi  czujnikami  NC  (normally
closed  –  normalnie  zwarte).  Przerwanie
linii  choć  na  chwilę  powoduje  reakcję
centralki. Linia L1 powoduje natychmia−
stową  reakcję  –  włącza  tranzystor  T1  i

syrenę alarmową na czas wyznaczony
przez elementy R8, C4.

Linia L2 jest linią zwłoczną – po jej

przerwaniu syrena zostaje włączona z
opóźnieniem wyznaczonym przez ele−
menty R6, C3.

Przełącznik S1 włącza i wyłącza alarm.

Po zwarciu styku S1 system alarmowy zo−
staje włączony nie od razu, tylko po czasie
określonym przez R5, C1. Takie działanie
pozwala  na  umieszczenie  wyłącznika  S1
w  obrębie  strefy  chronionej.  Jeśli  chcesz
zbudować  prosty  system  ochrony  pokoju
czy  domku  letniskowego,  zamontuj  ma−
gnes na drzwiach wejściowych, a kontak−
tron na futrynie. Kontaktron podłącz jako
linię L2. W linii natychmiastowej L1 mo−
żesz  połączyć  w  szereg  kilka  kontaktro−
nów umieszczonych w oknach (nawet gdy

złodziej wybije szybę, nie będzie wchodził
przez wybitą dziurę, tylko otworzy okno).
Po  zwarciu  wyłącznika  S1,  czyli  po  włą−
czeniu centralki w stan czuwania, będziesz
miał  około  dziesięciu  sekund  czasu  na
wyjście. W tym czasie centralka nie zarea−
guje na naruszenie którejkolwiek linii. Po−
tem, w stanie czuwania otwarcie którego−
kolwiek  okna  natychmiast  wywoła  alarm
na  czas  wyznaczony  przez  R8,  C4.  Ty
wchodząc  do  strefy  chronionej  możesz
bezkarnie  naruszyć  czujnik  kontaktrono−
wy  w  drzwiach  wejściowych  i  będziesz
miał około dziesięciu sekund na wyłącze−
nie  alarmu.  Ewentualny  złodziej  również
będzie miał tylko tyle czasu na znalezienie
wyłącznika, ale fakt naruszenia linii L2 nie
jest w naszej centralce niczym sygnalizo−
wany,  więc  zapewne  nie  będzie  nawet

próbował. Jeśli to nie nastąpi, po
tych dziesięciu sekundach zosta−
nie włączony alarm.

Na fotografii 12 widzisz mo−

del  centralki  zmontowany  na
płytce  stykowej.  Ten  próbny
model  nie  zawiera  tranzystora
wykonawczego  MOSFET –
stan  wyjścia  pokazuje  dioda
LED.  W dziale  E−2000  w jed−
nym  z następnych  numerów
EdW znajdziesz szerszy opis ta−
kiej centralki i dalsze wskazów−
ki dotyczące jej wykorzystania.

Oczywiście, zwłaszcza w przypadku skompliko−

wanych układów, nie zawsze jest możliwe dokładne
zrealizowanie podanych zaleceń. Spośród prost−
szych układów dotyczy to głównie zasilaczy i obwo−
dów zasilania, które często z konieczności rysowane
są z prawej strony schematu. Należy jednak zawsze
do tego dążyć. Znakomicie pomaga to w zrozumie−
niu działania układu, w poszukiwaniu usterek i przy
ewentualnych naprawach. Natomiast pokrętny sche−

mat z rysunku F zaciemnia obraz sprawy i utrudnia
analizę. Naprawdę trudno dociec, jak ma działać ta−
ki układ.

Podane przykłady nie są tylko czczą ciekawostką.

Prace nadsyłane do redakcji naszego czasopisma w
związku z licznymi konkursami niedwuznacznie
wskazują, że wielu Czytelników, i to nie tylko począt−
kujących, nie potrafi przejrzyście narysować schema−
tu. Co ważne sprzyja to popełnianiu błędów, utrudnia

życie im samym, nie mówiąc o osobach, które muszą
analizować takie zawikłane schematy.

Przypominam jeszcze raz, że na schematach ideo−

wych  z  reguły  nie  zaznacza  się  końcówek  zasilania
układów cyfrowych. One istnieją i zawsze muszą być
podłączone,  ale  nie  widać  tego  na  schemacie  ideo−
wym.  Początkujący  często  popełniają  błędy,  gdy
próbują  zrealizować  taki  schemat,  bo  pomijają  nie
zaznaczone na schemacie końcówki zasilające.

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

Sierpień 2002

TECHNIKALIA

Rys. 25

Rys. 26

Ćwiczenie 13

Układ 4046. „Przeraźliwa”

syrena alarmowa

124

Ośla łączka

0że już polubiłeś kostkę 4046, a zwła−
szcza zawarty w niej generator przestra−
jany napięciem!

A teraz kolejna rewelacja! Znów nie−

samowicie głośna. Zbuduj układ według
rysunku 27, zawierający tylko dziesięć
elementów.

Inwertery U1D, U1C z kostki 4049

pracują  w układzie  klasycznego  dwu−
bramkowego generatora o częstotliwości
około 2Hz. „Połamany” przebieg z punk−
tu A (porównaj EdW 10/2001 str. 48, ry−
sunek  12a,  13a)  jest  doprowadzony  do
nóżki  9  −  wejścia  sterującego  generato−
rem VCO kostki 4046 i powoduje płynne
zmiany częstotliwości. Właśnie te płynne
zmiany  częstotliwości  dają  dodatkowy,
piorunujący  efekt  akustyczny.  W urzą−
dzeniu  dodatkowo  wykorzystujemy
bramkę  XOR,  zawartą  w kostce  4046,
przewidzianą  do  pracy  jako  tak  zwany
detektor  fazy  –  u nas  dzięki  dołączeniu
jednego z wejść (nóżki 14) do plusa zasi−
lania  pracuje  ona  jako  zwykły  inwerter.
Natomiast po dwa połączone równolegle
inwertery  U1A,  U1B

oraz U1E,

U1F z kostki 4049 wysterowują mem−
branę piezo PCA−100
w układzie mostkowym.
Celowo zastosowałem tu
zamiast układu 4069 ko−
stkę 4049 o zwiększonej
wydajności

prądowej

wyjść, bo w bardzo pro−
sty  sposób  zapewnia  to
dużą  głośność  dźwięku.
Potencjometr  PR1  po−
zwala  dostroić  się  do
częstotliwości  rezonan−
sowej  membrany  i uzy−
skać  wręcz  piorunujący

efekt akustyczny. Fotografia 14 pokazu−
je gotowy model zmontowany na płytce
stykowej według rysunku 27. Taka syre−
na  doskonale  nadaje  się  do  współpracy
z centralką  alarmową  z ćwiczenia  12.
Napięcie  zasilania  może  wynosić
6...18V,  czym  więcej  tym  lepiej  (gło−
śniej). Model przy napięciu 12V pobiera
około 180mA prądu. W jednym z następ−
nych  numerów  EdW syrena  będzie  opi−
sana jako projekt E−2000.

Gorąco zachęcam Cię do wypróbo−

wania tego układu. Warto zmieniać war−
tości  elementów,  by  uzyskać  specyficz−
ny i jak najbardziej przeraźliwy dźwięk.
Możliwości  masz  dużo.  Przede  wszyst−
kim  możesz  zmieniać  częstotliwość  ge−
neratora modulującego. Ja stwierdziłem,

że przy pojemności C1 wynoszą−
cej 47nF, 100nF, 220nF, 470nF i
1

F, za każdym razem wrażenie

jest zupełnie inne. Przekonaj się o
tym osobiście.

Rezystor R3 wyznacza wartość

częstotliwości  minimalnej.  Ko−
niecznie  posłuchaj,  jak  brzmi  sy−
rena  przy  wartościach  R3  rów−
nych 220k

Ω

, 470k

Ω

i 1M. Trzeba

też sprawdzić, jak wpłynie zmiana
pojemności C2 z 10nF na 4,7nF.

Aby się przekonać, jaki jest najszerszy

zakres przestrajania zastosuj C1=1uF (a
jeśli masz, to 2x1uF równolegle) i usuń
R3. Wtedy częstotliwość będzie się poma−
łu, w specyficzny sposób zmieniać od ze−
ra do częstotliwości maksymalnej, wyzna−
czonej przez C2, PR1. Ponieważ membra−

na piezo najlepiej przenosi częstotliwości
około 3,5kHz, a słabo radzi sobie z często−
tliwościami małymi, warto odpowiednio
wyregulować PR1 i dobrać R3, by ogra−
niczyć zakres zmian do zakresu, na przy−
kład 1kHz...4,5kHz. Aby sprawdzić, jak
jest  częstotliwość  maksymalna,  odłącz
nóżkę  9  kostki  U2  od  nóżki  9  U1  i  do−
łącz  ją  do  plusa  zasilania.  Analogicznie
częstotliwość  minimalną  uzyskasz  łą−
cząc nóżkę 9 U2 do masy.

Jeszcze większe możliwości układ po−

każe przy współpracy z głośnikiem tubo−
wym. Do współpracy z głośnikiem trzeba
zmodyfikować  układ  według  rysun−
ku 28a. Zalecany zakres napięć zasilania
wynosi 12...18V. Ponieważ głośnik prze−
nosi szersze pasmo częstotliwości, można
i warto poszerzyć zakres przestrajania ge−
neratora VCO usuwając R3. Tranzystory
zapewnią potrzebną wydajność prądową.
T1,  T2  oraz  T3,  T4  od  biedy  mogą  być
popularnymi BC548/558, ale lepiej było−
by  zastosować  trochę  mocniejsze
BC337/BC327.  T5...T8  muszą  być  tran−
zystorami  mocy,  np.  BD243/BD244  lub
BD281/282 – porównaj zestawienie tran−
zystorów w EdW 2/2001 str. 87. Zamiast
ośmiu pojedynczych tranzystorów można
wykorzystać  cztery  „darlingtony”  mocy

(np. BD649/ 650) według ry−
sunku 28b.

Uwaga! Ze względu na

obecność  przebiegu  prosto−
kątnego,  syrena  może  uszko−
dzić  głośniki  wysokotonowe
w  kolumnach  od  domowego
zestawu  audio.  W żadnym
wypadku  nie  dołączaj  do  ge−
neratora swoich kolumn!

Głośniki tubowe są stoso−

wane  w  niektórych  syrenach
alarmowych.  Jeśli  nie  masz
głośnika  tubowego,  wykorzy−

staj  samochodowy  głośnik  4−omowy  o
mocy  co  najmniej  20W lub  jakikolwiek
8−omowy  o  mocy  co  najmniej  5W.  Gło−
śnik  tubowy  da  jednak  dużo  głośniejszy
dźwięk.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW.

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

Sierpień 2002

Rys. 27

Rys. 28