Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_3.pdf

Na warsztacie

PRAKTYCZNY

KURS

ELEKTRONIKI

cz. 3

Oto trzecia część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zaingurowaliśmy w numerze lutowym MT

i będziemy kontynuować przez kilkanaście miesięcy. Zainteresowanie tym kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydo-

waliśmy się umożliwić czytelnikom dołączenie do kursu w dowolnym momencie. Po prostu, wszystkie poprzednie

części są dla wszystkich dostępne w formacie PDF na stronie www.mt.com.pl. Można z nich korzystać w komputerze

lub wydrukować sobie. Publikacja każdej kolejnej części jest zawsze poprzedzona jedną stroną wstępnych informacji

(jest to właśnie ta strona), żeby nowi czytelnicy mogli zapoznać się z zasadami KURSU i dołączyć do kursantów.

ZAPRASZAMY!

śmy w numerze l

Jeśli nie masz bladego pojęcia o elektronice, ale chętnie

byś poznał jej podstawy, to nadarza Ci się jedyna, niepowta-

rzalna okazja. We współpracy z bratnią redakcją miesięcz-

nika Elektronika dla Wszystkich rozpoczęliśmy w Młodym

Techniku cykl kilkunastu fascynujących lekcji dla zupełnie

początkujących. Jest to Praktyczny Kurs Elektroniki (PKE)

z akcentem na Praktyczny , gdyż każda Lekcja składa się

z projektu i wykładu z ćwiczeniami , przy czym projekt

to konkretny układ elektroniczny samodzielnie monto-

wany i uruchamiany przez „kursanta”. Pewnie myślisz

sobie – pięknie, ale jak ja mam montować układy nie mając

lutownicy ani żadnych części elektronicznych. Otóż jest

rozwiązanie. Lutownicy nie będziesz w ogóle używać, gdyż

wszystkie układy będą montowane na płytce stykowej , do

której wkłada się „nóżki” elementów na wcisk.

I rzecz najważniejsza! Wydawnictwo AVT przygo-

towało zestaw EdW 09 , zawierający płytkę stykową

i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania

kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw

EdW 09 będzie można kupić w sklepie internetowym

www.sklep.avt.pl lub w sklepie ﬁ rmowym AVT

(Warszawa, ul. Leszczynowa 11) – cena brutto 47 zł.

Ale Ty nie musisz kupować! Dostaniesz ten zastaw

za darmo , jeśli jesteś prenumeratorem MT lub wykupisz

wkrótce prenumeratę. Wystarczy wysłać na adres prenu-

merata@avt.pl dwa zdania:

„Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny

zestaw EdW09. Mój numer prenumeraty: ......................”

Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 28. lutego

2013 r., to zestaw EdW09 wyślemy Ci w pierwszej deka-

dzie marca wraz z kwietniowym numerem MT.

Uwaga uczniowie!

Szkoły prenumerujące MT otrzymają Pakiety Szkolne

PS EdW09 , zawierające po 10 zestawów EdW09 (każdy

zestaw EdW09 zawiera komplet elementów z płytką sty-

kową) skalkulowane na zasadach non pro ﬁ t w promocyj-

nej cenie 280 zł brutto za jeden pakiet PS EdW09 (tj. z ra-

batem 40% – 28 zł brutto za pojedynczy zestaw EdW09,

którego cena handlowa wynosi 47 zł). Upewnij się, czy

Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszystkie szkoły

ponadpodstawowe i wiele podstawowych otrzymują

MT w prenumeracie sponsorowanej przez Ministerstwo

Nauki i Szkolnictwa Wyższego) i przekaż nauczycielom

informację o Praktycznym Kursie Elektroniki z promo-

cyjnymi dostawami Pakietów Szkolnych PS EdW09 do

ćwiczeń praktycznych.

Zestaw EdW09 zawiera następujące

elementy (specy ﬁ kacja rodzajowa):

Diody prostownicze

4 szt.

2. Układy scalone

4 szt.

3. Tranzystory

8 szt.

4. Fotorezystor

1 szt.

5. Przekaźnik

1 szt.

6. Kondensatory

22 szt.

7. Mikrofon

1 szt.

Diody LED

11 szt.

9. Przewód

1 m

10. Mikroswitch

2 szt.

11. Piezo z generatorem

1 szt.

12. Rezystory

64 szt.

13. Srebrzanka

1 odcinek

14. Zatrzask do baterii 9V

1 szt.

15. Płytka stykowa prototypowa

840 pól stykowych 1 szt.

Jest to specy ﬁ kacja ostateczna, nieznacznie

skorygowana w stosunku do wydania

opublikowanego przed miesiącem.

Cena zestawu EdW09 – 47 zł brutto

(www.sklep.avt.pl)

Uwaga Szkoły

Tylko dla szkół prenumerujących Młodego

Technika przygotowano Pakiety Szkolne

zawierające 10 zestawów EdW09 (PSE EdW09)

w promocyjnej cenie 280 zł brutto,

t.j. z rabatem 40%.

Autorem zaplanowanego na ponad rok Praktycznego

Kursu Elektroniki jest Piotr Górecki , redaktor naczelny

kultowego w świecie hobbystów elektroników miesięcz-

nika Elektronika dla Wszystkich i autor legendarnych cy-

kli artykułów i książek uczących elektroniki od podstaw.

m.technik

m.technik - www.mt.com.pl

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

LED4

trójkolorowa

LED5

czerwona

LED6

ĪyáWD

LED2

niebieska

LED1

ELDáD

LED3

zielona

2xBC558

1 0nF

100n F

1 00nF

10n F

100nF

2xBC548

2 x BC548

R10

Na warsztacie

Opis układu dla „zaawansowanych”

Schemat ideowy układu pokazany jest na rysunku A . Jak widać, jest to zestaw czterech podobnych

bloków, zrealizowanych na tranzystorach npn oraz pnp. Są to cztery niezależne generatory – klasyczne

multiwibratory, zwane też przerzutnikami astabilnymi. Dwa tranzystory każdego generatora otwierają się

i zamykają na przemian, a to powoduje migotanie diod, włączonych w ich kolektorach. Czasy włączenia

i wyłączenia każdego z tranzystorów są wyznaczone przez stałe czasowe RC elementów, dołączonych do

ich baz. Warto zwrócić uwagę, że w niektórych generatorach wartości elementów RC, wyznaczające czasy

trwania obu stanów, celowo nie są jednakowe. Dzięki temu można uzyskać przebiegi o współczynniku

wypełnienia różnym od 50%, czyli zróżnicować czas zaświecania i wygaszania poszczególnych diod LED.

Ściślej biorąc, stała czasowa obwodu RC, dołączonego do bazy danego tranzystora, wyznacza czas wyłą-

czenia danego tranzystora i wygaszenia danej diody, natomiast o czasie jego włączenia decyduje stała cza-

sowa obwodu RC, dołączonego do drugiego, współpracującego tranzystora. Czas wyłączenia danej diody

można zmieniać, mody ﬁ kując wartość rezystora i kondensatora, dołączonego do bazy sterującego ją tran-

zystora. Rezystory i kondensatory można łączyć szeregowo i równolegle, by uzyskać pośrednie wartości.

W modelu diody LED nieprzypadkowo ustawiono w rzędzie, a anody wszystkich są dołączone do plusa

zasilania. Aby to uzyskać, nietypowo włączono diody LED w emiterach tranzystorów pnp T1 – T4. Dzięki

temu diody o poszczególnych kolorach można dołączać do generatorów dowolnie. W modelu zastosowa-

no też trójkolorową diodę LED. Zamiast niej można oczywiście włączyć dowolne trzy pojedyncze diody.

Każdy Czytelnik może inaczej rozmieścić i dołączyć diody o dowolnych kolorach, by uzyskać odmienny,

niepowtarzalny efekt.

Warto wypróbować działanie urządzenia z kondensatorem C9 o dużej pojemności 1000 uF, jak i bez

niego. Z kondensatorem generatory będą mieć mniejszą skłonność do wzajemnej synchronizacji, a bez

tego kondensatora (zależnie od tolerancji użytych elementów) może wystąpić synchronizacja generatorów,

która zresztą może być potraktowana albo jako zaleta, albo jako wada.

Podane dalej wiadomości pozwolą zmody ﬁ kować lub zupełnie inaczej zrealizować tęczową wstęgę.

Możliwości są wręcz nieskończone i każdy może stworzyć niepowtarzalny wzór świetlny. Można też

dobrać jasność świecenia poszczególnych diod LED i związany z tym pobór prądu, zmieniając wartości

rezystorów w kolektorach wszystkich tranzystorów. W modelu prądy diod są zbliżone, ponieważ równole-

gle połączono po dwa rezystory 4,7 k V , uzyskując 2,35 k V , oraz łącząc w szereg 2×1 k V , by uzyskać 2 k V .

Kto chce, może zmieniać wartość tych rezystorów kolektorowych w zakresie 1 k V ...10 k V , np. by wyrów-

nać jasność świecenia diod o różnych kolorach. Model może być zasilany z baterii 9V. Choćby tylko ze

względów ekonomicznych warto byłoby jednak do zasilania wykorzystać 6 (4...8) jednorazowych ogniw

lub akumulatorków wielkości R6 (AA), które mają zdecydowanie większą pojemność. Pozwoli to na pracę

przy większych prądach diod LED, przez co efekt będzie widoczny z daleka.

Wykład z ćwiczeniami 3

Poznajemy elementy i układy elektroniczne

W tym wykładzie poznamy kilka bardzo ważnych, popularnych, często wykorzystywanych obwodów

i układów. Zapoznaj się z nimi, starannie wykonując wszystkie zaproponowane ćwiczenia!

Tranzystor jako przełącznik . W poprzednim wykładzie zapoznaliśmy się z tranzystorami bipolarnymi.

Przekonaliśmy się, że tranzystor jest wzmacniaczem. W wielu zastosowaniach tranzystory pracują w za-

kresie liniowym, czyli wzmacniają napięcia i prądy. Częściej jednak tranzystor pracuje w tak zwanych

układach logicznych, gdzie pełni rolę przełącznika (klucza). Wtedy wykorzystujemy tylko stan zatkania

i nasycenia, a zakres liniowy nas praktycznie nie interesuje. Na rysunku 1a pokazany jest tak pracujący

tranzystor. Gdy przełącznik S1 ustawimy w położeniu H, czyli podamy na punkt X tak zwany stan wy-

soki (napięcie zasilania), wtedy przez R1 popłynie prąd i tranzystor zostanie nasycony, a w punkcie Y

napięcie będzie równe zeru (potencjałowi masy), co nazywany stanem niskim. I odwrotnie: podanie na

wejście stanu niskiego L (potencjał masy) zatka tranzystor, spadek napięcia na rezystorze R2 będzie rów-

ny zeru, więc w punkcie Y napięcie będzie równe napięciu zasilania, czyli będzie to stan wysoki – H. Tak

pracujący tranzystor okazuje się przełącznikiem odwracającym – inwerterem , co w uproszczeniu może-

my przedstawić na rysunku 1b . W praktyce inwertery realizuje się inaczej, uzyskując lepsze parametry,

niemniej także układ z rysunku 1a jest użyteczny. Taką ideę wykorzystaliśmy też w poprzednim odcinku,

w tytułowym układzie alarmowym – tam tranzystor T1 pracował jako tego rodzaju przełącznik „odwra-

cający”. Teraz zbadajmy kilkustopniowy układ, pokazany na ilustracji 2 , ale na razie bez kondensatorów

m.technik

m.technik - www.mt.com.pl

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

C1, C2, C3. W spoczynku jasno

świeci dioda LED2, ponieważ

T1 jest nasycony, a napięcie

w punkcie C jest bliskie zeru.

Dlatego T2 jest zablokowany

(stan odcięcia) i prąd przezeń

nie płynie. Niewielki prąd

płynie przez R3, R7 do bazy T3

+U ZAS

stan

wysoki

10k

stan

niski

npn

LED1

LED2

LED3

LED4

R9 10k

R11

10k

R8 10k

R10 10k

2,2k

100k

BC548

C1 100 P F

C3 100 P F

C2 100 P F

i T3 jest otwarty (nasycony) – świeci LED4.

Gdy naciśniesz S1, napięcie w punkcie A stanie się

równe zeru, co zatka T1. Prąd kolektora T1 przestaje

płynąć, zgaśnie LED2, a napięcie na kolektorze T1

(punkt C) wzrośnie, co powoduje włączenie i nasy-

cenie T2 i zaświecenie LED3. Otwarty (nasycony) T2

spowoduje zatkanie T3 i zgaśnięcie LED4.

Prądy baz, płynące przez R1, R2, R3 powodowałyby

niewielkie świecenie LED1, LED2, LED3. Aby diody te

nie świeciły, równolegle z nimi włączyliśmy rezystory

R8, R9, R10, R11 o takiej wartości, żeby prądy

baz wywoływały na nich spadek napięcia

mniejszy, niż napięcie przewodzenia diod

LED (poniżej 1,5 V). Mogą to być rezystory

22 k V lub 10k V . Wtedy stan diod LED poka-

zuje, jaki jest prąd kolektora danego tranzysto-

ra. Proponuję, żebyś sprawdził też działanie

bez rezystorów R8-R11.

W każdym razie potwierdziliśmy, że układ

z rysunku 1a istotnie jest przełącznikiem od-

wracającym, inwerterem, inaczej negatorem:

Gdy napięcie w punkcie A rośnie, to tak samo

rośnie też napięcie w punkcie E. Tak samo,

gdy rośnie napięcie w punkcie C, rośnie też

w punkcie G. Możemy powiedzieć, że kierun-

ki zmian napięcia w punktach A i E oraz C i G

są zgodne. Natomiast kierunki zmian napięcia

w punktach A, C oraz E, G są przeciwne,

odwrotne.

A teraz spowolnijmy działanie każdego

stopnia, dołączając kondensatory C1, C2, C3.

Przy każdej zmianie stanu, kondensatory będą

się ładować lub rozładowywać (według zielonej krzywej z rysunku 22 z pierwszego wykładu), co powo-

duje opóźnione zmiany napięcia na bazie tranzystora. W układzie bez kondensatorów też występują takie

opóźnienia, ale zwykle są one mniejsze niż 1 milionowa sekundy i zwykle możemy je zaniedbać.

Weźmy teraz dwa inwertery według rysunku 3 . Łącząc wejście pierwszego z wyjściem drugiego, jak

+U ZAS

GRGDWQLHVSU]ĊĪHQLH]ZURWQH

+U ZAS

A B

XMHPQHVSU]ĊĪHQLH]ZURWQH

+U ZAS

XMHPQHVSU]ĊĪHQLH]ZURWQH

Na warsztacie

pokazuje zielono wyróżniona linia, wprowadzamy

w układzie bardzo silne dodatnie sprzężenie zwrotne .

Mamy sprzężenie zwrotne , bowiem zwracamy sygnał

z wyjścia na wejście, a dodatnie jest ono dlatego, że

zmiany napięć w punktach X, Z są zgodne. Gdybyśmy

podobne połączenie wykonali w układzie z rysunku 4a

lub 4b , byłoby to silne ujemne sprzężenie zwrotne ,

ponieważ kierunki zmian napięć w punktach A, B oraz

w punktach A, D są odwrotne, przeciwne. Do ujemne-

go sprzężenia zwrotnego jeszcze wrócimy.

Na razie praktycznie zbadajmy układ według ilustra-

cji 5 . Mamy tu dwa stopnie (dwa inwertery), dodaliśmy

dwa przyciski, a łącząc R1 z kolektorem T2 wprowa-

dziliśmy bardzo silne dodatnie sprzężenie zwrotne. Na

przemian naciskaj S1 i S2 – przekonaj się, że zbudowałeś

właśnie elementarną komórkę pamięci, układ o dwóch

stanach stabilnych. Zazwyczaj taki układ ma schemat na-

rysowany inaczej – w podręcznikach przedstawiany jest jak

na rysunku 6 i jest powszechnie znany jako przerzutnik

bistabilny , lub przerzutnik RS , (RS – Reset - wyzeruj, Set

– ustaw).

Analogicznie dwa stany stabilne ma połączenie dwóch

tranzystorów komplementarnych (dopełniających), czy-

li npn i pnp. Tranzystor pnp też możemy traktować jak

przełącznik z rysunku 1, co pokazuje rysunek 7a . Możemy

wykorzystać komplementarne przełączniki - inwertery, na

przykład według rysunku 7b - porów-

naj rysunki 3, 5, 6. Podobieństwo jest

bardzo duże, zmiany napięć i prądów

są zgodne, czyli też występuje bardzo

silne dodatnie sprzężenie zwrotne .

Schemat można narysować inaczej – jak

na rysunku 7c . Możemy także uprościć

układ do postaci z rysunku 7d - tutaj

prąd kolektora jednego tranzystora staje

się prądem bazy drugiego. Taki układ

też ma dwa stany stabilne, występuje

jednak istotna różnica w działaniu – to

nie jest przerzutnik bistabilny o dwóch

równorzędnych stanach. Tu w jednym

ze stanów stabilnych oba tranzystory są

zablokowane, nie przewodzą. Gdy choć

na chwilę otworzymy jeden z tranzysto-

rów, oba zaczną przewodzić – zostaną

nasycone i pozostaną w takim stanie,

dopóki będzie płynął prąd.

Taki układ można jeszcze bardziej

uprościć, do postaci z rysunku 8a . I taką

właśnie strukturę zastępczą ma element

elektroniczny, znany jako tyrystor – jego symbol gra ﬁ czny

jest pokazany na rysunku 8b . Tyrystor bywał nazywany

sterowaną diodą , dlatego elektrody nazywają się anoda A ,

katoda K oraz bramka G (gate) . Tyrystory są produkowane

jako pojedyncze elementy – fotogra ﬁ a 9 pokazuje przykłady

tyrystorów i triaków (triaki to tak zwane „tyrystory dwukie-

runkowe”). Tyrystorami i triakami nie będziemy się zajmo-

wać w ramach PKE. Zapamiętaj tylko, że tyrystor jest trochę

podobny do tranzystora npn, bo do włączenia potrzebny jest

prąd elektrody sterującej (bramki - G) i napięcie na bramce

LED1

LED2

R5 10k

R6 10k

2,2k

BC548

100k

R3 100k

BC548

10k

LED2

LED1

2,2k

100k

+U ZAS

pnp

10k

+U ZAS

T 2

+U ZAS

tyrystor

R G

m.technik

m.technik - www.mt.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: