Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_5.pdf

Na warsztacie

PRAKTYCZNY

KURS

ELEKTRONIKI

cz. 5

Oto piąta część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zainaugurowaliśmy 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!

iśmy w nume

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 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:

prenumerata@avt.pl dwa zdania:

„Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny

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

Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 31. maja

2013 roku, to zestaw EdW09 wyślemy Ci w połowie

czerwca wraz z lipcowym 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

Projekt 5

Wielobarwny wskaźnik/

termometr

ZVNDĨQLN

generator

100 :

10k

1 P F

4 x BC548

4 x BC558

220k

R10

100k

LED

RGB

4,7k

22k

1N4148

R11

100k

R6 100 :

LED3

ELDáD

R5 47 :

LED1

1N4148

100 :

zielone

47k

R12

470k

100 P F

LED2

Na warsztacie

Opis układu dla

„zaawansowanych”

Ws kaźnik wielokolorowy z diodą LED RGB .

Schematy wskaźnika z generatorem i termome-

tru świetlnego pokazane są na rysunkach A i B .

W obu występuje niemal identyczny blok

wskaźnika świetlnego. Na rysunku A jest on

wyróżniony żółtą podkładką. Trzykolorowa

dioda LED RGB pracuje przy stałym prądzie

około 6mA, pochodzącym ze źródła prądowego

na tranzystorach T1, T2. Prąd ten płynie przez

jedną lub dwie struktury LED, zależnie od stanu

tranzystorów T4, T5. Gdy oba te tranzystory są

zatkane, cały prąd źródła prądowego T1 płynie

przez zieloną strukturę diody trzykolorowej,

a dalej przez dwie zielone diody LED1, LED2.

Gdy zacznie przewodzić jeden z tranzystorów T4

albo T5, to część prądu tranzystora T1 popłynie

albo przez strukturę niebieską, albo czerwoną.

Dzięki obecności pomocniczej diody LED1 prze-

pływ prądu przez T4 albo przez T5 spowoduje

„podkradanie” prądu płynącego przez strukturę

zieloną. W skrajnym przypadku otwarty tranzy-

stor T4 albo T5 przejmie cały prąd źródła prądowego T1, a zielona struktura całkiem zgaśnie.

Ważną rolę w układzie pełni dioda LED2, która jest źródłem napięcia odniesienia, o wartości nieco ponad

2 V. Na bazie T5 występuje napięcie o około 0,7 V wyższe, a na emiterze T5 napięcie jest praktycznie takie

same, jak na diodzie LED2. Układ jest też wyposażony w bufor wejściowy – wtórnik z tranzystorem T3 i rezy-

storem R3.

Gdy na wejściu, w punkcie oznaczonym A, napięcie jest równe zeru, czyli potencjałowi masy, to wtedy

na emiterze T3 napięcie wynosi około +0,7V. Tymczasem na emiterze T5 napięcie wynosi około +2 V. Na

rezystorach R5+R6 występuje napięcie 1V lub więcej, a to oznacza, że cały prąd źródła prądowego T1 płynie

przez strukturę czerwoną, tranzystor T5, rezystory R5, R6 do emitera T3 i dalej do masy. Natomiast przez

LED1 i LED2 żaden prąd wtedy nie płynie. Nie płynie też prąd przez „niewłaściwie” spolaryzowany tranzy-

stor T4.

Gdy napięcie w punkcie A rośnie, rośnie też napięcie na emiterze T3. Napięcie na emiterze T5 praktycznie

się nie zmienia, więc wzrost napięcia w punkcie A powoduje zmniejszenie spadku napięcia na R5+R6, a to

oznacza, że przez tranzystor T5 i czerwoną strukturę płynie coraz mniejszy prąd, a rośnie prąd, płynący przez

strukturę zieloną i diody LED1 i LED2.

Gdy napięcie na emiterze T3 zrówna się z napięciem na emiterze T5, wtedy przez R5+R6 przestanie pły-

nąc prąd. Zwróć uwagę, że dzięki diodzie D2, napięcie na emiterze T4 podczas normalnej pracy tego tranzy-

stora będzie takie same, jak napięcie na emiterze T3. Gdy więc napięcie na emiterze T3 i emiterze T4 będzie

takie same, jak napięcie na LED2, to prąd nie będzie też płynął przez tranzystor T4 i rezystor R4 - cały prąd

źródła prądowego T1 będzie płynął przez strukturę zieloną.

Przy dalszym zwiększaniu napięcia na emiterze T3 nie będzie przewodził „niewłaściwie” spolaryzowany

T5, ale za to stopniowo będzie się otwierał T4. Na rezystorze R4 będzie występować coraz wyższe napięcie

i prąd T4 i struktury niebieskiej będzie coraz większy. Przy odpowiednio wysokim napięciu wejściowym,

tranzystor T4 przejmie cały prąd źródła prądowego T1 i będzie świecić tylko struktura niebieska. LED1 świe-

cić nie będzie, ale LED2 – tak, ponieważ prąd będzie płynął przez strukturę niebieską, T4, R4 i dalej przez

LED2 do masy.

Ws kaźnik w termometrze z rysunku B jest nieco zmody ﬁ kowany i uproszczony, żeby rozszerzyć zakres

świecenia zielonej diody w optymalnym zakresie temperatur.

Generator „piły” z rysunku A zbudowany jest na tranzystorach T6, T7, T8. Podstawą jest obwód R7, C1.

Załóżmy, że wszystkie tranzystory są zatkane. Wtedy kondensator C1 ładuje się prądem płynącym przez R7.

Napięcie na kondensatorze stopniowo rośnie. Gdy wzrośnie do około 3 V powyżej potencjału masy, prąd

zacznie też płynąć przez diodę LED3 i dalej przez obwód baza-emiter tranzystora T7. Tranzystor T7 się otwo-

rzy, prąd płynący przez R11 otworzy też tranzystor T8 i napięcie na jego kolektorze od wartosci równej zeru

zwiększy się do wartości napięcia zasilania. Taki skok napięcia spowoduje ładowanie kondensatora C2, a prąd

ładowania będzie płynął z dodatniej szyny zasilania, przez T8, C2, rezystor R10 i obwód bazy T7. Oznacza

]PRG\ILNRZDQ\ZVNDĨQLN

termometr

+U ZAS

GREUDü

ok. 75k

100 :

10k

4,7k

T 1

LED

RGB

10 0 k

4,7k

100k

LED1

R10

10k

zielona

47 :

3 x BC548

4 x BC558

22k

R11

2,2k

m.technik

m.technik - www.mt.com.pl

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

to, że tranzystory T7, T8 tworzą odmianę poznanego wcześniej przerzutnika monostabilnego: nawet króciutki

impuls prądu płynącego przez diodę LED3 spowoduje przewodzenie obu tranzystorów T7, T8 przez czas,

wyznaczony głównie przez stałą czasową R10. C2. Dodatkowo przez cały czas przewodzenia T8, prąd płynie

też przez R9 i otwiera T6. Otwarty na dość długi czas (R10*C2) tranzystor T6 całkowicie rozładuje kondensa-

tor C1. Gdy prąd ładowania C2 zmniejszy się, zostaną zatkane wszystkie trzy tranzystory T6, T7, T8. Napięcie

na kolektorze T8 spadnie,, naładowany C2 zostanie „ściągnięty w dół”, co spowoduje niewielki błysk białej

diody. Co ważne, zatkanie tych tranzystorów umożliwi ładowanie C1 i w ten sposób rozpocznie się kolejny

cykl pracy.

Kondensator C1 jest powoli ładowany przez R7 i szybko rozładowywany przez T6, więc występuje na nim

przebieg o kształcie zbliżonym do zębów piły. Prawdziwą „piłę” otrzymalibyśmy, gdyby zamiast R7 zastoso-

wane było źródło prądowe, ale na to nie starczyło nam tranzystorów z zestawu EdW09.

Zmianę kolorów w moim modelu można zobaczyć na ﬁ lmiku, umieszczonym w Elportalu pod adresem:

www.elportal.pl/pke

Dla lepszego efektu, warto zastosować jakiś rozpraszacz światła z przezroczystej diody LED RGB. W przy-

padku pokazanym na ﬁ lmiku jest to cieniutka torebka foliowa kilkakrotnie złożona dla uzyskania kilkunastu

warstw.

Termometr z rysunku B ma bardzo podobny wskaźnik z trzykolorową diodą LED RGB, a w punkcie A wy-

stępuje napięcie zależne od temperatury. Czujnikiem temperatury jest wyróżniony niebieską podkładką tran-

zystor T7. Dzielnik złożony z rezystorów R9 oraz R10+R11 powoduje, że na kolektorze T7 występuje napię-

cie około 6V , które jest prawie 10 razy większe od jego napięcia U BE . Napięcie U BE , czyli napięcia na bazie

zmniejsza się o około 2 mV na stopień, a na kolektorze T7 zmiany napięcia są prawie dziesięciokrotnie więk-

sze. Zmiany te podawane są na emiter tranzystora T6, a na bazę tego tranzystora podawane jest niezmienne

napięcie z dzielnika R5, R6. Jest to nieczęsto wykorzystywany sposób, gdy na bazie napięcie jest niezmienne,

a sygnał podawany jest na emiter. W każdym razie zmiany temperatury czujnika T7 powodują zmiany napię-

cia U BE tranzystora T6, a to zmienia prąd płynący przez tranzystor T6. Prąd kolektora T6 zmniejsza się wraz ze

wzrostem temperatury, a prąd ten płynie przez rezystor R7 i wywołuje na nim spadek napięcia. Czym wyższa

temperatura czujnika, tym niższe jest napięcie w punkcie A, co powoduje zmiany koloru świecenia diody

LED. W niskich temperaturach świeci struktura niebieska (zimno), wzrost temperatury powoduje zmianę

koloru świecenia przez jasnoniebieski, zielony (temperatura optymalna), a dalej żółty i czerwony (za gorąco).

Żeby układ tak działał, należy starannie dobrać wartość wyróżnionej różową podkładką rezystancji R5.

Zadanie to wymaga cierpliwości, ponieważ wartość rezystancji należy dobrać precyzyjnie, żeby „w spoczyn-

ku” w temperaturze pokojowej świeciła struktura niebieska, ale żeby już lekkie podgrzanie czujnika T7 powo-

dowało zmianę koloru świecenia. Jak pokazuje fotogra ﬁ a wstępna, w moim modelu przy zasilaniu napięciem

dokładnie 9,0 V, rezystancję R5 musiałem złożyć z szeregowo połączonych rezystorów 47 k V , 22 k V , 4,7 k V

i 1 k V (Ty możesz łączyć rezystory szeregowo lub równolegle). Na pewno w Twoim modelu będzie inaczej,

zarówno z uwagi na tolerancję elementów, jak i aktualną wartość napięcia zasilającego z baterii.

Przy prawidłowym dobraniu wartości R5, chwycenie w palce obudowy czujnika T7 spowoduje zmianę

koloru lampki wskaźnika od niebieskiego przez zielony do czerwonego. Kolor świecenia zmienisz też, nagrze-

wając układ suszarką do włosów z odległości kilkudziesięciu centymetrów.

UWAGA! Suszarka nie może być zbyt blisko, z uwagi na możliwość stopienia płytki stykowej!

Działanie mojego termometru można zobaczyć na ﬁ lmiku, umieszczonym w Elportalu pod adresem: www.

elportal.pl/pke

Taki termometr daje bardzo widowiskowy efekt świetlny, więc naprawdę warto go wykonać i zademonstro-

wać bliskim. Niestety, ten niewątpliwie bardzo atrakcyjny układ okaże się mało przydatny w praktyce, choćby

z powodu dużej zależności wskazań od wartości napięcia zasilającego. Choćby dlatego, do tego ćwiczenia

warto kupić świeżą baterię alkaliczną 9 V 6F22, albo zestaw sześciu alkalicznych ogniw R6 (AA), które mają

wielokrotnie większą pojemność, a jeszcze lepiej byłoby wykorzystać zasilacz stabilizowany 9 V.

Wykład z ćwiczeniami 5

Poznajemy elementy i układy elektroniczne

W tym wykładzie po pierwsze zbadamy bardzo ważne zagadnienie – wpływ temperatury na elemen-

ty elektroniczne . Zwykle traktujemy je jako zjawisko niepożądane, ale czasem wykorzystujemy do jak

najbardziej praktycznych celów. Po drugie poznasz parę różnicową – bardzo ważną „cegiełkę”, która jest

podstawą budowy mnóstwa pożytecznych układów.

Na warsztacie

+U ZAS

Wpływ temperatury na napięcie przewodzenia .

Zbuduj układ według rysunku 1a . Mamy tu pozna-

ne w poprzednim wykładzie lustro (zwierciadło)

prądowe. Rezystor R1 wyznacza prąd diody LED2,

który płynie też przez tranzystor T2. Na bazie T2

ustali się takie napięcie U BE , przy którym prąd ko-

lektora T2 będzie praktycznie równy prądowi diody

LED2. To napięcie podane jest też na bazę T1 i przez

T1 płynie prąd o takiej samej wartości, jak przez T2.

Jeżeli oba tranzystory są jednakowe i mają obojęt-

nie jaką, ale jednakową temperaturę, wtedy i prądy

kolektorów T1, T2 są jednakowe. Diody LED1 i LED2

powinny świecić jednakowym

światłem, bardzo słabym z uwagi

na ogromną wartość R1 (1 M V ,

ale możesz zastosować mniejszą

wartość). Koniecznie wykorzy-

staj diody LED z przezroczystą

soczewką, na przykład niebie-

skie, bo w nich łatwiej można

zaobserwować nawet małe zmia-

ny jasności.

Podgrzej tranzystor T2, na

przykład ściskając palcami jego

plastikową obudowę przez kil-

kanaście sekund. Dioda LED2

nie zmieni jasności, natomiast

LED1 zauważalnie zmniejszy

swą jasność. Zmiany jasności są

płynne i są niewielkie, jednak

znaczące. Uwaga! Po nagrzaniu

trzeba poczekać nawet kilka

minut na ostygnięcie i powrót do

sytuacji początkowej (można też

wymienić T2 na inny „zimny”

egzemplarz) .

Mógłbyś też silniej podgrze-

wać tranzystor T2 np. za pomocą suszarki do włosów, ale nie proponuję tego, bo nadmierne grzanie

mogłoby spowodować stopienie i nieodwracalne uszkodzenie płytki stykowej. Ja dodatkowo podgrzałem

tranzystor T2 delikatnie dotykając jego obudowy gorącą lutownicą – dioda LED1 zgasła całkowicie.

Zmiany takie nieco łatwiej zaobserwować w układzie według rysunku 1b . Zamiast tranzystora T2

wstawiliśmy diodę D1, ponieważ tranzystor, którego baza zwarta jest z kolektorem też zachowuje się jak

dioda. Zmniejszyliśmy też wartość R1. Fotogra ﬁ a 2 pokazuje modele z rysunku 1, celowo zrealizowane

„luźno”, żeby ułatwić opisane eksperymenty. Otóż gdy ściśniesz palcami wyprowadzenie (K) katody

diody D1, w miejscu wskazanym na fotogra ﬁ i zieloną strzałką, zaobserwujesz niewielkie, ale zauważalne

zmniejszenie jasności diody LED1.

W praktyce często mamy inną sytuację: gdy przy stałym napięciu U BE będziemy nagrzewać tranzystor

T1, to zwiększy się w nim prąd kolektora – gdy w układzie z rysunku 1a podgrzałem tranzystor T1 doty-

kając na chwilę jego obudowy gorącą lutownicą – po chwili dioda LED zaświeciła jasnym blaskiem ( uwa-

ga – przy nadmiernym grzaniu występuje ryzyko przeciążenia ).

Zapamiętaj, że napięcie U BE krzemowego tranzystora, a także napięcie przewodzenia krzemowej

diody (U F ), zmniejsza się o około 2...2,5 miliwoltów na każdy stopień Celsjusza . Czyli współczynnik

cieplny wynosi –2 … –2,5 mV/°C. Podobnie jest z diodami LED, tylko ten współczynnik cieplny jest nieco

większy (zwykle od –3 mV/°C do –5,2 mV/°C).

Zmiany w układach z rysunku 1 są niewielkie, bo palcami podgrzewamy element tylko o kilka stopni.

W rzeczywistych sytuacjach wpływ temperatury będzie większy. Na przykład w naszych mieszkaniach

temperatura może zmieniać się w granicach +15...+30°C. A gdyby urządzenie miało na przykład pra-

cować w samochodzie, spodziewane zmiany temperatury to około –20...+60°C. Ponadto, np. przy pracy

tranzystora z dużymi prądami, wewnętrzna struktura w związku z mocą strat, może się nagrzać nawet

LED2

LED1

47k :

1M :

548

1N414 8

2 x BC548

m.technik

m.technik - www.mt.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: