Praktyczny_kurs_elektroniki_cz02.pdf

Na warsztacie

PRAKTYCZNY

KURS

ELEKTRONIKI

cz. 2

Oto druga część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zaingurowaliśmy w numerze lutowym MT i bę-

dziemy kontynuować przez kilkanaście miesięcy. Zainteresowanie tym kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydowali-

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

(na razie jest to część 1) będą 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 będzie 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!

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 irmowym 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 proit 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 (specyikacja rodzajowa):

Diody prostownicze

4 szt.

2. Układyscalone

4szt.

3. Tranzystory

8szt.

Fotorezystor

1 szt.

5. Przekaźnik

1szt.

6. Kondensatory

22szt.

Mikrofon

1 szt.

8. DiodyLED

11szt.

Przewód

1 m

10. Mikroswitch

2 szt.

11.Piezoz generatorem

1szt.

12. Rezystory

64 szt.

13.Srebrzanka

1odcinek

14.Zatrzaskdobaterii9V

1szt.

15.Płytkastykowaprototypowa

840pólstykowych

1szt.

Jesttospecyikacjaostateczna,nieznacznie

skorygowanaw stosunkudowydania

opublikowanegoprzedmiesiącem.

CenazestawuEdW09–47złbrutto

(www.sklep.avt.pl)

Uwaga Szkoły

TylkodlaszkółprenumerującychMłodego

TechnikaprzygotowanoPakiety Szkolne

zawierające10zestawówEdW09(PSE EdW09)

w promocyjnejcenie280złbrutto,

t.j.z rabatem40%.

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.

80 m.technik - www.mt.com.pl

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

Projekt2

Praktyczne układy alarmowe

Na powyższej fotograii pokazane są dwie wersje układu alarmowego. Schemat ideowy obu wersji

alarmu pokazany jest niżej na rysunku A . W spoczynku punkty X, Y są zwarte cienkim drutem, który

tworzy tzw. linię dozorową. Przerwanie linii dozorowej przez włamywacza powoduje zaświecenie czer-

wonej lampki LED1 i włączenie brzęczyka piezo Y1.

Linia dozorowa może być zrealizowana na wiele sposobów: może to być cieniuteńki jak włos drucik

miedziany, wydzielony z grubszego przewodu (linki). Mogą to być łatwe do rozerwania połączone odcin-

ki (izolowanych) przewodów. Może to też być dowolny styk (np. dwie blaszki lub fabryczny wyłącznik),

który w spoczynku jest zwarty, a jego rozwarcie spowoduje alarm.

Wersja prosta z powodzeniem znajdzie szereg interesujących zastosowań, na przykład jako prosty

alarm do garażu, a latem do ochrony namiotu czy roweru na kempingu .

Natomiast wersja wzbogacona to kompletny ministystem alarmowy, przydatny na przykład do ochrony

piwnicy lub w domu, gdzie będzie sygnalizować, że ktoś niepowołany (np. młodsze rodzeństwo) choćby

na chwilę otworzył drzwi do pokoju lub szuladę w biurku. Oprócz wywołania alarmu na określony czas,

urządzenie zapamięta fakt „włamania” i poinformuje właściciela światłem lampki. Do zasilania można

wykorzystać baterie lub akumulatorki o napięciu 6...12 V.

Realizując taki alarm pomyśl nie tylko o sensownym sposobie realizacji linii dozorowej, ale też o tym,

jak taki alarm obsługiwać (włączać i wyłączać) w niekłopotliwy sposób, na przykład za pomocą ukrytego

wyłącznika. Gdyby jeden lub drugi alarm miał być wykorzystywany w praktyce, układ elektroniczny

oraz linię dozorową trzeba zabezpieczyć przed wilgocią.

wersja prosta

wersja wzbogacona

LED2

1N4148

10k

BC558

1M Ω

czerwona

47k Ω

2,2k

R11

4,7k

linia

dozorowa

REL1

4,7k Ω

10nF

1M Ω

100nF

22k

10k

2 x

BC558

R10

10k

LED1

2 x BC548B

1uF

BC558

1 µ F

47k

wyjście pomocnicze

548

BC548

REL1

BC548

R12

100k

linia dozorowa ze stykami rozwiernymi

100nF

10nF

S 2

R9 10k

wyjście pomocnicze

Na warsztacie

Opis układu dla

„zaawansowanych”

W obu układach z rysunku A przez rezystor R1

stale płynie prąd o bardzo małej wartości. W sta-

nie czuwania punkty X i Y są zwarte i prąd płynie

między nimi „najkrótszą drogą”, przez linię do-

zorową, bezpośrednio do masy, „omijając” tran-

zystor T1. Rezystor R1 ma dużą wartość, dlatego

pobór prądu podczas czuwania jest znikomy

(około 10 MA=0,00001 A) i nawet zwykła

9-woltowa bateryjka starczy na co najmniej rok.

Gdy linia dozorowa zostanie przerwana, czyli

gdy punkty X, Y zostaną rozwarte, to prąd rezy-

stora R1 popłynie przez obwód bazy tranzystora

T1 i tranzystor ten zostanie otwarty.

W wersji prostej otwarte zostaną tranzystory

T1 i T2, co włączy brzęczyk Y1 – wtedy pobór

pradu wyniesie 3–8 mA. Opcjonalnie można także

dodać, narysowane kolorem szarym, kontrolkę

LED1 oraz przekaźnik REL1 z diodą D1, którego styki (wyjście pomocnicze) mogą wysterować dodatkowy

sygnalizator, np. lampę czy syrenę.

W wersji wzbogaconej w spoczynku wszystkie tranzystory są zatkane. Po naruszeniu linii dozorowej,

najpierw zostanie otwarty tranzystor T1. Napięcie na jego kolektorze obniży się i przez chwilę popłynie

prąd przez kondensator C2 i obwód bazy tranzystora T2. Ten krótki impuls otworzy tranzystory T4

i T5, co włączy brzęczyk Y1 oraz opcjonalnie przekaźnik REL1. Jednocześnie kondensator C3 zacznie

się pomału ładować przez rezystor R5 i obwód bazy T3. Tranzystor T3 zostanie otwarty i podtrzyma

przewodzenie T4, także po zakończeniu krótkiego impulsu z tranzystora T2. W miarę ładowania C3,

prąd płynący przez bazę T3 będzie coraz mniejszy. Gdy prąd ten zmniejszy się poniżej pewnej war-

tości, nastąpi wyłączenie wszystkich tranzystorów T3-T5, brzęczyka Y1 i przekaźnika. Dzięki temu,

niezależnie od czasu przerwania linii dozorowej (na stałe, czy tylko na chwilkę), brzęczyk Y1 da syg-

nał dźwiękowy o czasie wyznaczonym przez R5 i C3. Natomiast czerwona dioda LED2, informująca iż

nastąpiła próba włamania, zaświeci się na stałe. Otwarcie choć na chwilę tranzystora T5 spowoduje

też przepływ prądu przez R8 i obwód bazy tranzystora T6. A to włączy też tranzystor T7. Między tran-

zystorami T6, T7 występuje bardzo silne dodatnie sprzężenie zwrotne i w efekcie obwód ten „zatrzaś-

nie się” – zachowa się jak tyrystor. Przerwanie choć na chwilę linii dozorowej spowoduje więc trwałe

włączenie tranzystorów T6, T7, co trwale zaświeci kontrolkę LED2. Skasowanie wskaźnika alarmu

i powrót do pierwotnego stanu nastąpi po wyłączeniu i ponownym włączeniu zasilania.

Elementy R12, C6 okazały się potrzebne, by alarm nie został uruchomiony przy włączaniu zasilania.

Z rezystorem R4=R5=1 MV czas alarmu wynosi około 5 sekund. Czas ten możesz wydłużyć, usuwając

I =I +I

I =β * I

emiter

kolektor

I B

baza

kolektor

emiter

I =β * I

I =I +I

tranzystor npn

tranzystor pnp

Wykładz ćwiczeniami2

Poznajemy elementy i układy elektroniczne

R4 i zwiększając wartość R5 do 2,2 MV, 4,7 MV lub nawet 10 MV. Możesz też zwiększyć pojemność C3 do

2 MF, dołączając równolegle drugi kondensator 1 MF, który masz w zestawie EdW09.

Uwaga! Wersja z przekaźnikiem REL1 powinna być zasilana napięciem 12 V, np. z akumulatora lub

zasilacza stabilizowanego.

Poniższe informacje i wskazówki są znakomitą okazją, by dobrze poznać i „poczuć” działanie tranzy-

storów – elementów, które są podstawą dzisiejszej elektroniki. Ale samo przeczytanie,

to zdecydowanie za mało. Dlatego nie żałuj czasu i skrupulatnie zrealizuj wszystkie przedstawione

ćwiczenia .

Tranzystory . Na schematach tranzystory są oznaczane literą T (za granicą często literą Q). Istnieje

kilka głównych rodzajów tranzystorów. Historycznie najwcześniejsze są tak zwane tranzystory bipo-

larne , typu npn oraz typu pnp , których elektrody (końcówki) to: emiter (E), baza (B) oraz kolektor (C).

Fotograia 1 pokazuje popularne tranzystory małej mocy, wykorzystywane w naszym kursie. Strzałka

82 m.technik - www.mt.com.pl

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

w symbolu tranzystora oznacza emiter (E) i poka-

zuje kierunek przepływu prądu. Rysunek 2 przed-

stawia rozpływ prądu w tranzystorach npn i pnp.

Zasada pracy tranzystora bipolarnego jest...

beznadziejnie prosta. W warunkach „normalnej”

(tzw. liniowej) pracy:

1. prąd kolektora jest B-krotnie większy od prą-

du bazy, gdzie B to współczynnik wzmocnienia

prądowego, wynoszący kilkadziesiąt do kilkuset,

zależnie od egzemplarza tranzystora,

2. napięcie między bazą a emiterem wynosi

0,6...0,8 V.

Zbadajmy tę pierwszą zależność. Zestaw układ

według dowolnego ze schematów z ilustracji 3

– jak widać, tranzystory npn i pnp są w pewnym

sensie odwrotne, a także dopełniające, czyli kom-

plementarne. UWAGA! Błędne dołączenie nóżek

oraz zastosowanie tranzystora niewłaściwego

typu uniemożliwi pracę urządzenia . Rezystory

R1, R2 nie dopuszczą do przepływu nadmierne-

go prądu, który doprowadziłby do uszkodzenia.

Wkładaj kolejno w miejsce Rx rezystory 10 MV

(brązowy, czarny, niebieski , złoty), 1 MV (brą-

zowy, czarny, zielony , złoty), 100 kV (brązowy,

czarny, żółty , złoty), 10 kV (brązowy, czarny, po-

marańczowy , złoty) i 1 kV (brązowy, czarny, czer-

wony , złoty). Zwracaj uwagę na jasność obu diod

– tranzystor niewątpliwie wzmacnia prąd. Warto

też analogicznie zbadać układ z rysunku 4 .

Zanim zbadamy zależności napięciowe w tran-

zystorze, najpierw zbudujmy monitor napięcia

według rysunku 5a – czym wyższe napięcie

w punkcie X, tym większa jest jasność diody

LED1 (wprawdzie nasze oko ma logarytmiczną charakterystykę czułości, niemniej jasność diody świad-

czy o wielkości napięcia). Mając monitor, jak na fotograii 5b , zbadajmy różne dzielniki napięcia .

Tu warto dodać, że zazwyczaj mierzymy napięcia w różnych punktach układu względem masy (którą

zwykle jest ujemny biegun zasilania), co ilustruje rysunek 6a . Monitor z rysunku 5 pozwala mierzyć

napięcie w danym punkcie względem masy . Ale czasem mierzymy też (np. za pomocą woltomierza) na-

pięcie na danym elemencie – przykłady na rysunku 6b . Zgodnie z prawem Ohma, prąd I przepływając

przez rezystancję R wywołuje na niej spadek napięcia: U=I*R . Czym większa rezystancja R, tym większe

napięcie U. Znajduje to odzwierciedlenie w pracy dzielników napięcia .

Na rysunku 5 masz kilka dzielników napięcia. Dołączaj punkt X kolejno do punktów A, B, C, D, E – napię-

cie jest coraz wyższe. Napięcie w punktach F1 i F2 jest równe połowie napięcia zasilania (napięcia baterii):

napięcie zostaje podzielone na połowy, bo pary rezystorów są jednakowe, niezależnie od ich wartości – różna

jest tylko wartość prądów I 2 , I 3 .

Natomiast napięcie w punkcie G będzie zależeć od oświetlenia. Spróbuj najpierw dobrać wartość rezy-

stora R9, żeby w spoczynku napięcie w punkcie G (zależne od oświetlenia i czułości fotorezystora) było

zbliżone do napięcia w punktach F1, F2. Później zmieniaj oświetlenie fotorezystora – czym silniej jest

oświetlony, tym mniejsza jest jego rezystancja, a to powoduje zmniejszenie napięcia w punkcie G – otrzy-

maliśmy dzielnik napięcia o zmiennym współczynniku podziału.

Nie żałuj czasu – spróbuj „poczuć” zależności w dzielniku, wkładając w miejsce R Y rezystory o różnej

wartości, w tym także rezystor o wartości zero, czyli zworę z drutu, jak też rezystor o nieskończenie

wielkiej wartości, czyli usuwając R Y (możesz też zmieniać wartość R X , ale na nie mniej niż 1 kV z uwagi

na wartość prądu dzielnika).

Suma napięć na elementach dzielnika zawsze jest równa napięciu zasilania (co bardziej precyzyjnie

określa tzw. napięciowe prawo Kirchhoffa ), a napięcia na poszczególnych rezystorach są proporcjo-

nalne do ich rezystancji (co z kolei wynika z prawa Ohma ). Czym większa wartość R Y w stosunku do

R X , tym większe będzie napięcie w punkcie H. Zależność napięcia z dzielnika od stosunku wartości

rezystorów R X , R Y pokazana jest na rysunku 7 . Jeśli posiadasz woltomierz (multimetr), możesz zmierzyć

1k Ω

LED2

nie-

bieska

R X

BC548B

LED1

niebieska

wersja z tranzystorem npn

BC558B

LED1

nie-

bieska

LED2

nie-

bieska

R X

1k Ω

wersja z tranzystorem pnp

1k Ω

R X

LED2

nie-

bieska

LED3

biała

1k Ω

BC548B

LED1

niebieska

BC548B

Na warsztacie

R15

100k

I 3

2,2k

I 2

LED1

niebieska

47k

dobrać

R X

10k Ω

R10

R14

2,2k

22k

2 x

BC558

R12

2,2k

R11

1M Ω

patrz

tekst

1N4148

47k

2,2k

R13

R Y

R15

1M Ω

1000 µ F

4,7k

napięcia, a potem sprawdzić tę zależność dla

różnych posiadanych rezystorów (uwzględniając

ich tolerancję, czyli fakt, że nie mają wartości

idealnie równej nominalnej).

A teraz sprawdź jeszcze, jakie są napięcia prze-

wodzenia różnych diod. W układzie z rysunku 5

dołącz punkt X do punktu F1, usuń R6 i w jego

miejsce kolejno wstawiaj diody: najpierw krzemo-

wą diodę 1N4148, potem diody LED wszystkich

kolorów. Napięcie przewodzenia zwykłych diod

krzemowych (np. 1N4148) wynosi 0,6...0,8 V,

a w diodach świecących jest zależne od długoś-

ci wytwarzanego promieniowania i wynosi od

1,6...2 V dla niektórych diod czerwonych, do

3...3,5 V w diodach LED niebieskich i białych.

Możesz zmieniać wartość R5 – przekonasz się, że

napięcie przewodzenia diody niewiele zależy od

płynącego przez nią prądu.

Dołącz jeszcze punkt X do punktu J. Naciśnij

przycisk S1. Kondensator zacznie się ładować

i napięcie na nim będzie rosnąć. Gdy zwolnisz

S1 i naciśniesz S2, kondensator będzie się szybko

rozładowywał przez rezystor R11 (przy zwolnieniu

obu przycisków będzie się powoli rozładowywał

przez R12 i R13). Przebiegi, czyli zmiany napięcia

w czasie będą takie, jak na rysunku 22 z poprzed-

niego wykładu. A teraz zbadajmy dokładniej...

Właściwości tranzystora . W układzie z ry-

sunku 8 i fotograii 9 , diody LED poinformują

o wartościach i prądów, i napięć. Jeśli masz do

dyspozycji dwa woltomierze – dołącz je. Włączony na stałe rezystor R1 o bardzo dużej wartości (10 MV)

daje znikomo mały prąd bazy T1, poniżej 1 mikroampera. Niemniej dioda LED2

zauważalnie świeci, ponieważ wzmocnienie prądowe (B) tranzystora wynosi

200...400 razy. Jasno świeci także dioda LED3 – napięcie U CE jest duże.

Zwiększaj teraz prąd bazy, dołączając równolegle do R1 rezystor R X o wartości

najpierw 1 MV, potem 100 kV, 10 kV i 1 kV. Uważnie obserwuj, co się dzieje

z jasnością wszystkich diod. Po dołączeniu rezystora R X =1 MV, prąd kolektora (I C )

znacznie wzrośnie, co pokaże LED2, a napięcie na kolektorze (U CE ) znacząco się

obniży – co pokaże LED3. Dołączenie R X =100 kV jeszcze zwiększy prąd kolektora,

natomiast napięcie (U CE ) się zmniejszy praktycznie do zera. Dołączane rezystory

R X =10 kV i mniejsze będą wyraźnie zwiększać prąd bazy, ale nie będą zwiększać

prądu kolektora ani zmniejszać bliskiego zeru napięcia na kolektorze.

LED2

I 2

I 1

LED1

masa

R X

R Y

+R Y

U Y =

U ZAS

R X

84 m.technik - www.mt.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: