doc30 szk06.qxd
download 
Reklamacja Transkrypt
30 szk06.qxd
30 szk06.qxd 5/16/05 05:22 Page 30 Szkoła Konstruktorów Szkoła Konstruktorów Rozwi¹zanie zadania powinno zawieraæ schemat elektryczny i zwiêz³y opis dzia³ania. Model i schematy monta¿owe nie s¹ wymagane, ale przys³anie dzia³aj¹cego modelu lub jego fotografii zwiêksza szansê na nagrodê. Praca powinna zawieraæ imiê, nazwisko, adres zamieszkania i adres e-mailowy Autora, a poniewa¿ rozwi¹zania nadsy³aj¹ Czytelnicy o ró¿nym stopniu zaawansowania, mile widziane jest podanie swego wieku. Prace nale¿y nadsy³aæ w terminie 45 dni od ukazania siê numeru EdW (w przypadku prenumeratorów od otrzymania pisma poczt¹). Ewentualne listy do redakcji, rozwi¹zania innych konkursów czy spostrze¿enia do erraty powinny byæ umieszczone w oddzielnych e-mailach (jeli s¹ przysy³ane e-mailem) lub na oddzielnych kartkach, równie¿ opatrzonych nazwiskiem i pe³nym adresem (gdy przesy³ane s¹ zwyk³¹ poczt¹). Zadanie nr 112 Niniejsze zadanie połączone jest z wcześniej− szym zadaniem 101, rozwiązanym w listopa− dzie 2004. Napisałem wtedy o dwóch naj− młodszych uczestnikach: 14− i 15−letnim, któ− rzy zaproponowali rozbudowę swoich zesta− wów AV, a ściślej wykorzystanie telewizorów do uzyskania niecodziennych efektów świetl− nych. Przestrzegałem wtedy przed niebez− piecznymi eksperymentami i przed „grzeba− niem” we wnętrzu telewizora. Odnośnie do wykorzystania telewizora do uzyskania orygi− nalnych efektów świetlnych napisałem wtedy: (…) w grę wchodzą tu rozmaite sposoby, w tym dość proste. Otóż w bezpiecznej prostej wersji można wykorzystać analogowe wejścia RGB, występujące w złączu EURO (SCART) telewizora. Jestem zdania, że ideą wykorzystania tele− wizora dobrze byłoby zająć się bliżej. Pomysł wykorzystania telewizora ze złączem EURO w roli wielokolorowej lampy „chodzi mi po głowie” od kilku lat. Do rozważenia są tu też pokrewne tematy. Również od lat drzemie w mych notatkach pomysł realizacji „symula− tora telewizora kolorowego” za pomocą trzech barwnych żarówek. Migające w zmien− nym rytmie trzy żarówki w kolorach RGB dawałyby złudzenie, że w pomieszczeniu pra− cuje telewizor. Taki „symulator telewizora” miał być częścią planowanego systemu rozbu− dowanego domowego symulatora obecności domowników. Sens budowy takiego symulato− ra jest dyskusyjny, jednak sama idea wykorzy− stania trzech żarówek w kolorach RGB wcale nie jest zła, o czym świadczy opisywany nie− dawno w EdW system Ambilight, zastosowany w najnowszych i najdroższych telewizorach 30 Philipsa. Jestem przekonany, że podobny sys− tem kolorowego podświetlania można zbudo− wać niewielkim nakładem kosztów jako przy− stawkę dołączoną do wejścia EURO, wyko− rzystującą istniejące tam sygnały RGB (trzeba jednak pamiętać, że w telewizorze jest to wej− ście RGB). Wyjście RGB na złączu SCART (EURO) występuje w magnetowidach, odtwarzaczach DVD i w dekoderach telewizji satelitarnej. W listopadzie napisałem, że dojrzewam do de− cyzji, żeby postawić tego typu zadanie w Szko− le i zachęciłem, żebyście pomyśleli o takich rozwiązaniach. I oto temat kolejnego zadania: Zaproponuj „okołotelewizyjny” lub „moni− torowy” efekt świetlny. Temat zadania jest dość szeroki. Może chodzić o wykorzystanie telewizora w roli kolorowego wyświetlacza. Można wykorzy− stać wejście RGB w postaci złącza SCART (EURO). Nieco trudniejsze będzie wykorzy− stanie wejścia antenowego – wtedy trzeba zastosować modulator w.cz., ale układ byłby bardziej uniwersalny. W roli sterownika moż− na wykorzystać mikroprocesor, choć może to być znacznie prostszy sterownik z układami scalonymi CMOS lub TTL. Oczywiście zamiast telewizora można wykorzystać monitor komputerowy. Dziś sta− re kolorowe monitory 14− czy 15−calowe można dostać za bezcen lub zupełnie za dar− mo. Trzeba tylko zdobyć wiedzę na temat sposobu sterowania monitora (sygnały RGB). W zakres zadania wchodzą też zupełnie inne rozwiązania. Wspomniany system Ambi− light Philipsa stosowany jest tylko w najdroż− szych modelach telewizorów tej firmy. Dodat− kowe kolorowe lampki (kolory RGB) pod− świetlają ścianę za telewizorem, dając barwne tło. Kolor świecenia może być dowolny. Może to być stały kolor, ale barwa i jasność podświetlenia mogą też zmieniać się stosownie do aktualnie dominującego koloru ekranu. W fabrycznym systemie możliwości są rozmaite. A czy nie można we względnie prosty sposób zrealizować podobnego systemu we własnym zakresie? Nie zachęcam do ingerencji we wnę− trze telewizora. Chodziłoby mi raczej o przy− stawkę włączoną między telewizor a magneto− wid (odtwarzacz DVD) czy dekoder satelitarny. Kluczowym elementem byłaby tu przejściów− ka: gniazdo−wtyk w gnieździe SCART telewi− zora, która służyłaby do „podkradania” sygnału RGB podawanego na telewizor. Należy tylko zadbać, żeby taka przystawka−podkradacz nie obciążała linii sygnałowej, co można uzyskać przez zastosowanie prostych wtórników tranzy− storowych na wejściu przystawki. W niektó− rych instalacjach sygnał do telewizora poda− wany jest inną drogą, a złącze SCART nie jest wykorzystane – czy można je zastosować do uzyskania dodatkowego efektu świetlnego? A może ktoś zechce po prostu wykonać uniwersalną lampkę−podświetlacz tła do oglą− dania telewizji? Zapewne byłyby to trzy żarówki w kolorach RGB, ewentualnie zesta− wy kilku(nastu) wysokosprawnych diod LED. Jestem pewien, że zaproponujecie jeszcze inne rozwiązania i idee. Pamiętajcie tylko, że mają to być „okołotelewizyjne” lub „monito− rowe” efekty świetlne. Czekam zarówno na ewentualne rozwiąza− nia praktyczne, jak również na wszelkie pomy− sły i propozycje teoretyczne. Z wielką przyjem− nością zaprezentowałbym w EdW sprawdzone projekty takich efektów. Interesujący efekt mógłby się stać nawet projektem okładkowym. Choć także i tym razem oczekuję rozwiązań praktycznych, jak zawsze szansę na nagrody Elektronika dla Wszystkich 30 szk06.qxd 5/16/05 05:22 Page 31 Szkoła Konstruktorów i upominki mają też Autorzy dobrych prac teoretycznych, którzy przedstawią interesują− ce pomysły i idee, a także osoby, które tylko przeprowadzą eksperymenty. Nadsyłając wła− sny model, zawsze dołączajcie własnoręcznie podpisane oświadczenie, że projekt został samodzielnie opracowany przez podpisanego i że nie był dotychczas nigdzie publikowany. Rozwiązanie zadania nr 108 y. ść ie W te. ób m ę− y− o− ny. w− wi− łu ko ie ać y− ó− a− est do ać ą− zy a− D. ze że o− a− y− m− ne kt m. ań dy h Temat zadania 108 brzmiał: Zaproponować sposób (elektronicznego) ulepszenia pracy domowej instalacji ogrzewania. Temat był aktualny i interesujący, ale też specyficzny i trudny, dlatego wyjątkowo zapowiadałem go dużo wcześniej niż zazwy− czaj. Obawiałem się, że nadejdzie bardzo mało rozwiązań. Z tym większą przyjemno− ścią informuję, że prac było wiele, w tym kilka listów od praktyków, którzy podzielili się swoim doświadczeniem. Nadeszły także dwa modele. Od razu chciałbym też pochwalić tych naj− młodszych uczestników, którzy nie propono− wali ryzykownych ingerencji w system grzewczy, a skupili się na nieinwazyjnych układach pomocniczych. Rozwiązania teoretyczne Piotr Smółka z Zakrzewa przysłał pomysł wykorzystania regulatora temperatury do ste− rowania pracą wentylatora. Także Jakub Sobański z Rudki zaproponował przystawkę sterującą wentylatorem podającym powietrze do pieca. Dodatkowy niezależny obwód wyłą− czałby wentylator po zbytnim rozpaleniu się pieca. Podobnie Marcin Nowak z Wełnianki oraz Łukasz Przetacki ze Szczecina chcą regulować szybkość spalania opału przez regulację ilości dopływającego powietrza. Zaproponowali uchylną klapkę sterowaną silnikiem. Pomysły regulacji temperatury za pomocą dozowania ilości powietrza przysłało też szereg innych osób, w tym Patryk Mar− cinkiewicz z Olsztyna, Konrad Miąskiewicz z Tatarowa i Mateusz Mirski z Pajęczna. Jaroslaw Tarnawa z Godziszki tym razem przysłał ogólne rozważania i propozy− cje dodania do zwykłego pieca układu pomia− ru temperatury wody c.o. W wersji rozszerzo− nej temperatura mierzona byłaby też w po− mieszczeniu i na zewnątrz domu, a dodatko− wy układ zależnie od warunków miałby stero− wać dopływem powietrza do pieca. Bartosz Wesołowski z Tarnowejłąki zapro− ponował budowę systemu informacyjno−alar− mowego przekazującego do mieszkania licz− ne informacje o stanie systemu grzewczego. Jaroslaw Łangowski z Bydgoszczy napi− sał: (…) Ja postanowiłem (jak zwykle) trochę Elektronika dla Wszystkich BARDZO PROSZĘ wszystkich uczestników, także osoby nadsyłające prace e−mailem (na adres [email protected]), żeby podawały nie tylko imię, ale też nazwisko, adres zamieszkania oraz wiek. Jest to mi pomocne przy opracowywaniu rozwiązań, ocenie prac oraz wysyłce upominków i nagród. zboczyć z kursu i zaprojektować 5−kanałowy termometr na PC. Czujniki temperatury można umieścić w różnych pomieszczeniach, na dworze, itp. (…) Układ sam jest prościutki i składa się tylko z kilku elementów. Schemat ten przedstawia chyba najprostszy konwerter RS232 −> 1Wire. Do złącz J1−5 podłączamy czujniki temperatury DS1820 lub podobne. Odczyty czujników na komputerze można sprawdzać przez np. HyperTerminal. Przewód łączący czujniki z PC może mieć kilka− kilka− naście metrów. W trzykońcówkowym czujniku temperatury łączymy styki 1 i 3 i podłączamy do masy, czyli pinu 1 w złączach, natomiast pin 2 w czujniku łączymy do pinu 2 w złączu. Schemat układu pokazany jest na rysunku 1. W takim rozwiązaniu należałoby dodatkowo napisać program dla komputera czy mikropro− cesora, który przetwarzałby uzyskane dane i decydował lub przypominał, kiedy trzeba włączyć ogrzewanie (cały piec, pompkę obie− gową, nadmuch powietrza). Rozwiązania praktyczne 16−letni Piotr Chmielewski ze Szczekarkowa napisał, że zrealizował układ analogowego termometru z miernikiem wskazówkowym włączonym w przekątną mostka pomiarowe− go, zasilanego napięciem z baterii 9V, dodat− kowo stabilizowanego diodą Zenera. Schemat jako Chmielewski.gif można znaleźć w Porta− lu, między innymi na stronie K02 Szkoła Konstruktorów. 16−letni Dawid Arendarski z Bogunic napisał: (…) ten prosty i tani układ znalazł zastosowanie nie tylko w moim domu. Czyta− jąc „EdW”, nigdy nie zwracałem uwagi na Z góry DZIĘKUJĘ! Jeśli na łamach czasopisma nie chcecie ujawniać swoich danych − napiszcie, a za− chowam dyskrecję, podając tylko imię i pierw− szą literę nazwiska, ewentualnie miejscowość zamieszkania. dział SZKOŁA KONSTRUKTORÓW. Bardziej interesowały mnie schematy niezłych i pro− stych „zabawek” elektronicznych. Na lekcji nauczyciel zwrócił nam uwagę na ten dział i zachęcił do jego przeczytania. Po chwili zauważyłem, że te prace są wykonane przez moich rówieśników, więc postanowiłem też coś wykombinować i odpowiedzieć na zada− nie 108, które było zapowiadane już wcze− śniej. Dawniej, gdy mój tata miał więcej czasu niż teraz, przesiadywaliśmy nawet całymi dniami w garażu. Tata jest elektromonterem, więc w garażu miał „magazyn” elektryczny. Siedząc w garażu, co chwilę podchodziłem do taty i pytałem go: co to jest? Na lekcjach w szkole i od taty nauczyłem się budowy, zastosowania i zasady działania wielu elementów elektrycznych i elektronicz− nych. Niektóre z nich zastosowałem właśnie w przedstawionym poniżej układzie (…). Zasada działania tego układu jest bardzo pro− sta. Termostat (TER) pod wpływem tempera− tury zwiera styki i załącza przekaźnik (PK), który z kolei uruchamia pompę i kontrolkę LED, która informuje użytkownika o pracy pompy. Użytkownik w zależności od potrzeb ustawia sobie potencjometrem termostatu temperaturę, w jakiej pompa ma zacząć pra− cować. Układ jest dodatkowo wyposażony w wyłącznik (W1), całkowicie odcinający dopływ prądu. Kontrolka składa się z 24 diod LED (D7..D30) koloru zielonego, z których ułożone są dwie strzałki krążące po okręgu. Jak już wspomniałem, układ ten w bardziej uproszczonej postaci (bez kontrolki) zamonto− wałem również u mojego dziadka, który popro− sił mnie o znalezienie jakiegoś rozwiązania, Rys. 1 31 30 szk06.qxd 5/16/05 05:22 Page 32 Szkoła Konstruktorów które dałoby „odpocząć” pompie. Pompa pracująca prawie całą dobę zużywa spore ilości energii elektrycznej, za którą potem niestety trzeba zapłacić. Kilka dni wcześniej zamontowałem takie urzą− dzenie w domu i wiedziałem już, co i jak zrobić. Wystar− czyło tylko skoczyć do gara− żu, znaleźć termostat i prze− kaźnik. Na drugi dzień pompa dziadka pracowała już na tym układzie. Polecałbym zamontowa− nie takiego układu użytkownikom, którzy w swoich domowych instalacjach ogrzewania mają pompę. Pozwala on na zmniej− szenie zużycia energii elektrycznej. Zmontowanie go trwa nie więcej niż 15 minut. Fotografia 1 Fot. 3a Sygnalizator Przemysława Korpasa Fot. 3b Fot. 1 Sterownik Dawida Arendarskiego Rys. 2 pokazuje ten prosty sterownik z interesującym wskaźnikiem, a sche− mat pokazany jest na rysunku 2. Na fotografii 2 pokazany jest model nadesłany przez Jakuba Borzdyńskiego z Glinika. Jest to sterownik silnika krokowego, mogą− cego sterować przesuwaniem klapy wlotu powietrza w piecu węglo− wym. Natomiast fotografia 3 przedstawia model „Pikadełka do pieca” Przemysława Korpasa ze Skierniewic. Oba projekty przekazuję do sprawdzenia i publikacji. Do publikacji w zbiorczym Forum Czytelników z wielką przyjemnością kieruję też cztery listy. Andrzej Fryźlewicz z Odrowąża Podhalańskiego, Stanisław Hołdak z Leoncina, Marek Piekielski z Kłobucka oraz Fot. 2 Model Jakuba Borzdyńskiego 32 Elektronika dla Wszystkich 30 szk06.qxd 5/16/05 05:24 Page 33 Szkoła Konstruktorów Wiesław Krzemiński z Pabianic nadesłali cenne informacje prak− tyczne, związane z wykorzystywanymi przez nich sposobami. Bardzo dziękuję za te materiały! a” cji ję o, az h Elektronika dla Wszystkich N O R T S E T A N J Y Z R J A ba ą− o− Z e− Przyznam się, że plon zadania 108 dał mi wyjątkowo dużo satys− fakcji. Bardzo dziękuję za udział i gratuluję wszystkim Kolegom wymienionym z nazwiska! Z nadesłanych prac wynika szereg budujących wniosków. Na przykład list Dawida Arendarskiego wskazuje, że nadal jest wiele osób, które mogłyby, a wręcz powin− ny brać udział w naszej Szkole Konstruktorów. Dlatego mam ser− deczną prośbę: zachęćcie swoich kolegów do udziału w naszej Szkole. Niech zamieszczone listy będą też zachętą dla niezdecy− dowanych i nieśmiałych – przysyłajcie swoje prace. Przecież niczym nie ryzykujecie, a udział w Szkole niewątpliwie może przynieść Wam wiele pożytku. Na koniec zostawiłem list młodego, 15−letniego Dariusza Iwanoczko z Brzegu Dolnego, który napisał o swoich zmaga− niach z elektronicznym pomiarem i regulacją temperatury. I od razu zaznaczam, że Autor listu mimo niepowodzeń otrzymuje nagrodę – nie za sukces, którego nie było, tylko za poszukiwania i eksperymenty. Doceniłem samodzielne, twórcze, choć chybione, poszukiwania. Przy okazji zwracam się do uczestników o zupeł− nie odmiennym podejściu – bardzo proszę, nie przysyłajcie mi schematów żywcem przerysowanych ze starych książek. Nie pró− bujcie mnie oszukać, bo nie mnie oszukujecie, tylko siebie... A oto obszerne fragmenty listu Dariusza: (…) czujniki temperatury, wręcz niezbędne do wykonania tego zadania, nie gościły w moim domu. Moje „zbiory” są wylutowanymi częściami ze starych, zepsutych odbiorników radiowych i telewizyjnych. A tam raczej nie stosuje się termistorów i innych elementów reagujących na zmiany temperatury. Zaczęło się kombinowanie, skąd „wytrzą− snąć” element elektryczny, który z powodzeniem reagowałby na zmiany temperatury. Nie mogłem nic wymyślić. Zasmucony niepo− wodzeniem swoje smutki „utopiłem” skupiając się na studiowaniu (świetnej) książki pt. „Elektronika w pytaniach i odpowiedziach” J. Chabłowskiego i W. Skulimowskiego, gdzie czytając o prądzie zerowym kolektora w układzie WE, znalazłem takie informacje: „Prąd Icb0 jest prądem płynącym w kierunku wstecznym w obwo− dzie kolektor−baza przy rozwartym emiterze, tzn. wówczas, gdy prąd emitera jest równy zeru (Ie=0); spotyka się niekiedy ozna− czenie tego prądu Ico, co oznacza prąd między kolektorem a bazą przy rozwartym emiterze. Prąd Icb0 nazywany jest również prądem zerowym lub spoczynkowym kolektora w układzie WB. Prąd Icb0 wzrasta bardzo szybko przy wzroście temperatury.” Całość jest bardzo ciekawa, ale mnie najbardziej zaciekawiło zdanie ostatnie. Ujrzałem w tym momencie światełko nadziei w ciemnym tunelu J. Czyż to właśnie tranzystor, element tak bardzo znany i dostępny, mógłby rozwiać moje smutki i rozwiązać zadanie 108? Jeszcze bardziej skupiłem się na czytaniu. I kiedy już miałem odkładać książkę na półkę, przeczytałem jeszcze bardzo istotną wiadomość: „Temperatura pracy tranzystora znacznie silniej wpływa na para− metry tranzystorów bipolarnych niż unipolarnych. Zmianie ulega− ją w różnym stopniu wszystkie parametry. Szczególnie wyraźny jest wzrost współczynnika β ze wzrostem temperatury oraz wzrost prądów zerowych; przykładowo prąd Icb0 dla tranzystorów krze− mowych podwaja się przy każdym wzroście temperatury o 6oC.” Już wszystko było jasne. Trzeba było tylko zaprojektować układ, zbadać prąd zerowy dowolnego tranzystora (w moim przypadku był to BC547), zrobić dokładne obliczenia i zbudować urządzenie, które automatycznie regulowałoby temperaturę, gdyż taki posta− wiłem sobie cel. Zacząłem od zaprojektowania układu, którego wyniki można zobaczyć na rysunku 3. Układ miał za zadanie zadziałać (według mnie) tak: tranzystor T1 jest źródłem prądu Icb0, który z kolei jest „nośnikiem” wiadomości o temperaturze otoczenia. Y Podsumowanie 33 30 szk06.qxd 5/16/05 05:24 Page 34 Szkoła Konstruktorów Ponieważ prąd ten jest bardzo mały, należy go wzmocnić, co wykonuje tranzystor T2 (nie spodziewałem się, że prąd ten będzie aż tak mały, dlatego zastosowany był tylko jeden BC547 o współczynniku β=110, ale o tym póź− niej). (…) Projekt ciekawy, lecz niestety nie− doskonały. Wykazało to doświadczenie, które przeprowadziłem po zaprojektowaniu układu. Miało ono wskazać, jaką wartość ma prąd zerowy przy temp. otoczenia 20oC (pokój) oraz 10oC (piwnica). Według książki „Elek− tronika w pytaniach i odpowiedziach” prąd ten powinien być co najmniej półtora razy większy. Wielkie było moje zdziwienie, gdy odkryłem, że prąd ten jest tak mały, że nawet nie odczytał go miernik z zakresem do 200mA !!! Doszedłem do wniosku, że takie małe prądy powinny być badane przy zakresie 200uA, a nawet 200nA!!! Niestety tak precy− zyjnego miernika nie mam, a i nie jestem prze− konany, czy istnieje na świecie. Stąd wzięła się moja porażka. Nie mogłem zbadać prądu Icb0, dlatego nie mogłem zaprojektować dokładnie Rys. 3 Rys. 4 34 mojego projektu oraz znaleźć odpowiedniego tranzystora wzmacniającego, z właściwym współczynnikiem β. Zapewne odpowiedni tranzystor ma ten współczynnik od 1000 do 10 000. Ale pewności nie mam (…) I tak kończy się „tegomiesięczna” przygoda z elektroniką (…) Trzeba wyciągać wnioski i uczyć się, uczyć się i jeszcze raz uczyć się. Oraz oczywi− ście czytać wspaniałe książki J. I jak to skomentować? Przypominają mi się moje młode lata, kiedy to ja miałem 15 lat, gdy w ósmej klasie podstawówki zaczynałem interesować się elektroniką (obok fotografii, chemii, modelarstwa i astronomii). W błogiej nieświadomości co rusz popełniałem rozmaite błędy. Dostęp do części elektronicznych był wtedy nieporównanie gorszy niż dzisiaj. Naj− bardziej żal mi było, otrzymanych w prezen− cie od wujka, dwóch bezcennych wówczas tranzystorów mocy BUYP52, które bezmyśl− nie spaliłem, nie mając pojęcia o problemie mocy strat i odprowadzania ciepła. Trzydzie− ści lat temu przeżywałem dużo więcej pora− żek i frustracji niż sukce− sów i radości. Ja też mia− łem wtedy kilka „świet− nych” książek, w tym różne podręczniki. Kulto− wą książką były wtedy Nowoczesne zabawki Janusza Wojciechowskie− go. Analizowaliśmy tę książkę z wypiekami na twarzy. Książka ta odegra− ła wielce pozytywną rolę w rozpalaniu wyobraźni naszego pokolenia. Dziś jednak wiem, że około 90% opisanych w niej układów NIGDY NIE MIAŁO PRAWA ZADZIAŁAĆ I UZYSKAĆ PODANYCH PARAMETRÓW albo było nie do zrealizo− wania dla początkującego hobbysty, który nie potrafił dobrać punktów pracy tranzystorów. Klasycznym przykładem niech będą pokaza− ne na rysunku 4 schematy wzmacniaczy mocy audio. Przeanalizujcie je i znajdźcie kilka ewidentnych błędów. Jeszcze bardziej pobudzał wyobraźnię schemat wzmacniacza audio o fantastycznych na owe czasy parame− trach – o mocy 5…7,5W! I wszystko to na trzech tranzystorach germanowych! Umiesz− czam ten schemat w rubryce Co tu nie gra? – zajrzyjcie tam i zastanówcie się, w czym pro− blem. Oczywiście nie było szans, żeby taki trzy− tranzystorowy układ spełnił pokładane nadzieje, ale my naiwnie poddawaliśmy się magii słowa pisanego. Ja też próbowałem bezskutecznie uruchomić taki wzmacniacz… Oprócz tego rodzaju „kultowych” schema− tów mieliśmy różne inne „kwiatki”. Niemal nabożną czcią darzyliśmy informacje z „Ra− dioamatora i krótkofalowca”, jedynego wów− czas polskiego czasopisma dla elektroników. Moje osobiste zaufanie do tego szanowanego źródła wiedzy zostało poważnie podkopane, gdy dowiedziałem się, że w roli korektorki poprawności schematów pracuje tam jedna ze znajomych, która nie ma bladego pojęcia o elektronice. Z podręcznikami było bardzo słabo – kończyła się epoka lamp i wszystkie podręczniki elektroniki, dostępne dla mnie, skromnego ucznia ostatnich klas podstawów− ki i pierwszych klas technikum, opierały się na lampach, które ja wówczas uznawałem za przeżytek. Zdecydowana więk− szość podręczników pisana była zresztą przez niepopraw− nych teoretyków, którzy nigdy nie mieli lutownicy w reku. Generalnie podręczniki były też okropnie przestarzałe. I z te− go co wiem, tak jest do dziś. Dariusz swą porażkę zawdzię− cza… studiowaniu (świetnej) książki pt. „Elektronika w pyta− niach i odpowiedziach” J. Chabłowskiego i W. Skuli− mowskiego. Tak! Podana infor− macja o prądach zerowych jest prawdziwa, z tym że mierzalne prądy zerowe występowały jedynie w starych tranzystorach germanowych, gdzie zresztą były zmorą, z którą różnymi sposobami próbowaliśmy wal− czyć. W tej „świetnej” książce zabrakło praktycznej informa− cji, jakiego rzędu są te prądy w poszczególnych rodzajach tranzystorów. Tymczasem prą− dy zerowe współczesnych Elektronika dla Wszystkich 30 szk06.qxd 5/16/05 05:24 Page 35 Szkoła Konstruktorów ej WA H o− ie w. a− zy ie ej za e− na z− – o− y− ne ię m … a− al a− w− w. go e, ki ze ia zo ie e, w− ię za k− na w− dy u. ły e− iś. ę− ej) a− h” li− or− est ne ły ch tą mi al− ce a− dy ch ą− ch h tranzystorów krzemowych małej mocy są zni− kome i rzeczywiście trudno je zmierzyć. Zazwyczaj zupełnie zapominamy o ich istnie− niu nawet w tranzystorach mocy. W tym numerze, w serii EdE\ przedstawiam projekt przystawki do pomiaru elementów optoelek− tronicznych. Zwróćcie uwagę, że występuje tam kaskadowe połączenie dwóch tranzysto− rów i ich ogromne wzmocnienie nie wystar− cza do zobrazowania prądów zerowych tran− zystora przez świecenie diod LED – możecie to sprawdzić praktycznie. Nieprawdą jest natomiast, że nie sposób zmierzyć prądów w zakresie pojedynczych nanoamperów. Zaj− rzyjcie w tym numerze do artykułu edukacyj− nego z serii EdE\ i przekonajcie się, że zwy− czajny tani multimetr cyfrowy za kilkanaście złotych może mierzyć prąd poniżej 1 nanoam− pera! Tak, tylko nie na zakresie amperomie− rza, tylko w roli… woltomierza na zakresie 200mV. Tanie mierniki mają rezystancję wej− ściową na tym zakresie równą 1MΩ, z czego wynika prosty wniosek, że przy napięciu 199,9mV przez miernik płynie prąd 199,9nA, czyli że jest to jednocześnie amperomierz o zakresie 199,9nA. Oznacza to, że najmniej− szy mierzony prąd to 0,1 nanoampera! Droż− sze mierniki o rezystancji wejściowej wolto− mierza równej 10MΩ są na najniższym zakre− sie amperomierzami o zakresie 19,99nA, czyli najmniejszy mierzony prąd wynosi 0,01nA, inaczej mówiąc 10 pikoamperów! Prądy tego rzędu można więc z powodze− niem mierzyć, ale… DO POMIARÓW TEMPERATURY NIE WYKORZYSTUJE SIĘ ZMIAN PRĄDU ZEROWEGO TRANZYSTORÓW!!! Dlaczego? Choćby dlatego, że prądy upływu między obwodami na pracującej dłuższy czas zaku− rzonej płytce byłyby większe od mierzonych prądów zerowych tranzystorów. Do pomia− rów temperatury można natomiast wykorzy− stać dowolne diody krzemowe czy tranzysto− ry, ale w innym połączeniu. Dariuszowi zabrakło podstawowej informacji: że napięcie przewodzenia każdego złącza krzemowego zmniejsza się ze wzrostem temperatury o około 2…2,2mV na stopień Celsjusza. Do współpracy ze wzmacniaczem LM358 wystarczy pojedyncza dioda krzemowa lub złącze tranzystora w roli czujnika temperatu− ry. Dwa umieszczone w oddaleniu tranzystory połączone trochę podobnie jak na rysunku 3 (w układzie tzw. lustra prądowego) mogą też pracować jako termometr różnicowy, spraw− dzający różnice temperatur obu tranzystorów. Ale w każdym przypadku w regulatorze koniecznie trzeba jeszcze dodać obwód histe− rezy. Bez histerezy układ będzie „wariował”. A na pocieszenie Autora listu i innych młodych eksperymentatorów mam budującą wiadomość: to ja, zapalony eksperymentator wyważający nazbyt często otwarte drzwi, któremu na początku elektronicznej kariery Elektronika dla Wszystkich prawie nic nie wychodziło, dziś jestem Redaktorem Naczelnym EdW, a koledzy szkolni, którzy wtedy prawowiernie trzymali się gotowych schematów, do dziś pozostali na takim etapie osiągnięć elektronicznych. Za− chęcam więc wszystkich dociekliwych, żeby nie zrażali się porażkami, żeby zdobywali wiedzę i wytrwale szukali przyczyn niepowo− dzeń. Teraz z własnego doświadczenia wiem także, że o ile to tylko możliwe, nie warto wyważać otwartych drzwi i odkrywać wszyst− kiego od nowa. Tu muszę polecić Dariuszowi i innym początkującym książkę napisaną przez praktyka, który te wszystkie problemy odczuł na własnej skórze: w Księgarni Inter− netowej AVT (i nie tylko) można zakupić wydaną przez WKiŁ książkę Wyprawy w świat elektroniki, zawierającą materiał pod− stawowego kursu praktycznej elektroniki, prowadzonego przeze mnie na łamach EdW od roku 2000 (druga część książki – w przy− gotowaniu). Moja opinia o podręcznikach i systemie szkolnictwa nie jest odosobniona. Oto obszer− ne fragmenty listu Krzysztofa Pabisza, doty− czącego głównie planów stworzenia nowej rubryki opisującej elementy i układy elektro− niczne: Po przejrzeniu rozwiązań zadania 105 Szkoły Konstruktorów zauważyłem (podobnie jak redakcja), że wielu młodych „konstrukto− rów” chce stać się twórcami elektronicznego perpetuum mobile. Jest to kolejny dowód na to, że szkolne i podręcznikowe teorie (a także sposób edukowania młodych elektroników) od lat krzywią nawet nieźle zapowiadających się elektroników i elektryków. Więc jeśli nie na− stąpią zmiany w systemie nauczania w szko− łach o takim kierunku, nadal będziemy czytać o 100% sprawności transformatorów czy przetwornic. Niektórzy po kilku lekcjach o energii jądrowej zechcą ją wykorzystać do zasilania diody LED. W wielu książkach podaje się parametry IDEALNYCH elemen− tów, które niestety nie występują. Przykłady tego typu można mnożyć. Niestety… Tak więc na pytanie zamieszczone w ankie− cie w poprzednim numerze EdW, dotyczące szczegółowych opisów podstawowych ele− mentów elektronicznych, trzeba odpowiedzieć TAK! Tylko niech to nie będą opisy idealnych wzmacniaczy operacyjnych czy tranzystorów, bo to po prostu nie zda egzaminu. A nie można dopuścić do tego, żeby całe zastępy młodych elektroników tworzyły wzmacniacze o spraw− ności 100%, nie oddające przy tym innej ener− gii niż elektryczną. Pan Piotr Górecki pisze zawsze, że do praktyki jest potrzebna teoria. Zgadzam się z tym, jednak dodałbym, że to musi być ta dobra, sprawdzona w praktyce teoria. P.S. Chciałbym też zwrócić uwagę autorom urządzeń lampowych (…) Mianowicie nikt nie wspomniał o ekranowaniu lamp. Młody elek− tronik „zrobi“ sobie przedwzmacniacz, wyko− na obudowę, złoży wszystko zgodnie z opisem i schematem, podłączy i... wyrzuci, bo układ będzie brumiał, szumiał i czasem się wzbudzi. Dlaczego? Bo nikt nie napisał, że trzeba zało− żyć metalowy kubek na lampę i podłączyć do masy. (…) Ja ze swej strony jak zawsze zachęcam do eksperymentów, byle tylko były one bez− pieczne. Wracając do bieżącego zadania, stanowczo przestrzegam przed ingerencją w fabryczne obwody automatyki pieców. Żadnych modyfikacji w fabrycznym piecu (kotle) gazowym! Jestem przekonany, że plon tego zadania: niniejszy artykuł, dwa projekty i zbiorcze Forum Czytelników, staną się natchnieniem dla wielu innych Czytelników. Projektując system usprawniający instala− cję grzewczą, należy uwzględnić ciąg komi− nowy. Tylko początkujący uważają, że do regulacji dopływu powietrza wystarczy jaki− kolwiek maleńki silniczek. Trzeba wziąć pod uwagę, że pracujący piec wytwarza znaczną siłę ciągu i być może trzeba będzie zastoso− wać wentylator bębnowy, a nie „śmigiełko”, przez które powietrze może przepływać bez trudu. Podobnie przy próbie sterowania dopływem powietrza za pomocą uchylanej klapki trzeba wziąć pod uwagę siłę ciągu powietrza zasysanego przez rozgrzany piec. Należy też zwrócić uwagę na różnice w działaniu między piecem węglowym a ga− zowym. W przypadku prostego pieca gazowe− go wystarczy sterować pompką obiegową. Zatrzymanie pompki spowoduje, że piec nie będzie się tak często włączał, bo nie będzie studzony przez przepływającą wodę. Będzie się jednak włączał ze względu na wychładza− nie związane ze stratą kominową – nagrzany piec, nawet jeśli w danej chwili nie spala gazu, jest swego rodzaju pompą powietrza. Nagrzewa powietrze, które unosi się i ucieka kominem, a na to miejsce jest zasysane zimne powietrze. To właśnie jest jedna z głównych przyczyn małej wypadkowej efektywności pieców gazowych starego typu. Teoretycznie może mieć on sprawność ponad 90%, ale tylko przy nieprzerwanej pracy. Gdy występu− ją przerwy, podczas których piec bezużytecz− nie nagrzewa i wysyła w komin powietrze, wypadkowa sprawność drastycznie spada. Dociekliwi użytkownicy starych pieców gazowych zauważyli, że potrafią one spalić kilka, a nawet kilkanaście metrów sześcien− nych gazu dziennie nawet wtedy, gdy zapo− trzebowanie na ciepło jest małe. Przyczyną jest właśnie bezużyteczne „pompowanie” powietrza w komin. Ze względów bezpie− czeństwa w żadnym wypadku NIE WOLNO jednak stosować zaworów (zasuw) odcinają− cych przepływ powietrza do komina. W takiej sytuacji oszczędnym rozwiązaniem będzie zapalanie pieca tylko raz czy dwa razy dziennie i włączanie go na kilka godzin, by niepotrzeb− nie nie „pompował” powietrza (zwiększy to 35 30 szk06.qxd 5/16/05 05:24 Page 36 Szkoła Konstruktorów jednak wahania temperatury w mieszkaniu). Do tak pracującego prostego pieca gazowego zamiast automatyki potrzebny byłby przypo− minacz: albo jako zegar, albo czujnik tempe− ratury, przypominający o konieczności okre− sowego ręcznego włączania pieca. W każdym przypadku instalowania dodat− kowych obwodów automatyki należy dobrze przeanalizować, co będzie się dziać w syste− mie w przypadku zaniku napięcia zasilania lub inne prawdopodobnej awarii? To nie są żarty – błąd lub brak wyobraźni może narazić na ogromne straty. Dlatego zalecam daleko posuniętą ostrożność! Kolegom wymienionym z nazwiska przy− dzielam punkty w klasyfikacji. Z przyjemno− ścią informuję, że tym razem nagrodę otrzy− ma Dariusz Iwanoczko za swoje nieudane eksperymenty, a upominek − Dawid Aren− darski za prosty, praktyczny sterownik. Jakub Borzdyński oraz Przemysław Korpas otrzymają honoraria autorskie po publikacji swoich projektów. Z uwagi na spe− cyfikę i niewielką objętość materiałów, czte− rej praktycy: Andrzej Fryźlewicz, Stanisław Hołdak, Marek Piekielski i Wiesław Krze− miński nie otrzymają honorariów, tylko już teraz zostaną im wysłane nagrody ze Szkoły. Trzy punkty dopisuję też Marcinowi Rekowskiemu z Brusów, którego rozwiąza− nie zadania 107 trafiło do mnie zbyt późno. Jako dodatki do auta Marcin zaproponował proste zabezpieczenie przed kradzieżą w po− staci odcinającego rozrusznik wyłącznika, uruchamianego naciśnięciem pedału sprzęgła. Bez naciśnięcia sprzęgła nie można właczyć silnika. Drugim pomysłem jest automatyczny wyłącznik świateł, odcinający zasilanie żaró− wek po wyjęciu kluczyka, a także podczas pracy rozrusznika. Trzeci pomysł to układ czasowy współpracujący z centralnym zam− kiem, który powodowałby automatyczne domykanie szyb po włączeniu alarmu. Na koniec standardowa prośba: we wszyst− kich pracach podawajcie swoje dane: imię, nazwisko wraz z adresem oraz wiek. Na wszystkich listach, paczkach oraz w nagłów− kach e−maili obowiązkowo podawajcie numer zadania. Od pewnego czasu potwierdzam otrzymanie wszystkich e−maili kierowanych na adres [email protected]. Jeśli więc w ter− minie kilku dni po wysłaniu maila do Szkoły nie otrzymacie mojego potwierdzenia, prze− ślijcie pliki jeszcze raz (do skutku). Pozdrawiam wszystkich sympatyków Szkoły i zachęcam do nadsyłania prac w ter− minie. Wasz Instruktor Piotr Górecki Co tu nie gra? − Szkoła Konstruktorów klasa II W EdW 2/2005 na str. 36 przedstawiony był schemat nadesłany jako rozwiązanie jednego z zadań Szkoły. Ma to być efekt świetlny, dołączony wprost do wyjścia wzmacniacza audio. Autor napisał: Projekt zawiera bardzo prosty wzmacniacz, który dodatkowo wzmac− nia pobierany sygnał. Efekt polega na jasnym miganiu diod w takt muzyki. (…) układ należy odpowiednio (biegunowość) podłączyć wprost do źródła sygnału (radio samochodowe, tele− wizor, wieża, komputer). Układ pokazany jest na rysunku A. Rys. A Ja już na początku chciałbym poinformo− wać, że schemat został nadesłany przez jedne− go z najmłodszych uczestników. Dlatego pomimo błędów pomysłodawcy należą się słowa uznania i zachęty do dalszej nauki i do praktycznych eksperymentów. A co do usterek, to rzeczywiście „jest się do czego przyczepić”. Przede wszystkim błędne jest wyobrażenie, że tranzystor dołą− 36 czony do wyjścia wzmacniacza audio dodat− kowo wzmacnia sygnał. To chyba wyraz dość powszechnego błędnego poglądu pokutujące− go wśród najmłodszych i najmniej wykształ− conych, że tranzystor jest swego rodzaju per− petuum mobile, a nawet więcej – że tranzystor zwiększa moc. Owszem, zwiększa, ale wzmocnienie mocy sygnału następuje kosz− tem energii pobieranej z obwodu zasilania. Drugim z gruntu fałszywym wyobraże− niem jest „biegunowość” napięcia na wyjściu wzmacniacza mocy. Podobnie jak i ja, kilku uczestników konkursu przypuszcza, że mło− dziutki Autor fałszywie interpretuje „biegu− nowość” wzmacniacza i głośnika. Na głośni− ku rzeczywiście często oznacza się zacisk „plusowy”, dodatni. Także jeden z zacisków wzmacniacza jest wyróżniony albo znacz− kiem „plus”, albo kolorem czerwonym. Nie oznacza to w żadnym wypadku, że na wyjściu wzmacniacza i na głośniku występuje napię− cie stałe. Chodzi o fazowanie głośników – żeby w systemie stereofonicznym przy wła− ściwej, jednakowej biegunowości membrany głośników wychylały się w tę samą stronę. W układzie z jednym głośnikiem taka bieguno− wość nie ma najmniejszego znaczenia – poje− dynczy głośnik można podłączyć dowolnie. Generalnie we wszystkich wzmacniaczach napięcie stałe na wyjściu powinno być równe zeru. Nawet jeśli występuje w niektórych wzmacniaczach mostkowych, zawsze jest mniejsze od 1V. Nie można więc liczyć na to, że na wyjściu wzmacniacza obecne jest napię− cie stałe, na które nałożony jest przebieg zmienny. W opisywanym układzie źródłem energii jest wzmacniacz, na którego wyjściu wystę− puje przebieg zmienny o amplitudzie kilku do kilkudziesięciu woltów. Sygnał ma więc napięcie wystarczające do wysterowania diod LED i nie ma potrzeby wzmacniania tego napięcia. Także dostępna moc jest wystarcza− jąca, ponieważ diody LED pobierają moc poniżej 1 wata, a moc wyjściowa wzmacnia− cza zazwyczaj jest dużo większa. Praktycznym problemem w tego typu pro− stych rozwiązaniach okazuje się to, że przy cichych sygnałach nie sposób zaświecić diody LED z uwagi na zbyt małe napięcie sygnału na wyjściu wzmacniacza. W analizowanym schemacie brak jest obwodu prostowania sygnału zmiennego – tej roli nie pełni dioda 1N4148 z uwagi na ewi− dentnie nieprawidłowe dołączenie tranzysto− ra. Tranzystor T1 jest włączony błędnie, ponieważ jego złącze baza−emiter dołączone jest wprost do wyjścia wzmacniacza. Jak słusznie zauważyli wszyscy uczestnicy, przy większej mocy wyjściowej spowoduje to nie− uchronne uszkodzenie tranzystora. Trudno przewidzieć, jakie to będzie uszkodzenie. Zależy to od typu i sposobu produkcji tranzy− stora. Jeśliby przypadkowo takie przeciążenie spowodowało rozwarcie obwodu bazy i zwar− cie obwodu emiter−kolektor, to… układ zacznie działać! Po usunięciu tranzystora i zwarciu obwodu jego kolektora i emitera układ zacznie pełnić swoją rolę. Dodatnie połówki przebiegu zmiennego spowodują przepływ prądu przez diodę 1N4148 i przez diody LED. Elektronika dla Wszystkich 30 szk06.qxd 5/16/05 05:25 Page 37 Szkoła Konstruktorów m− ne st− ę, Na w− er m ch er− ły e− w er− or ki dobrać stosownie do mocy wzmacniacza i spodziewanej głośności. Warto dodać, że taki układ ma wprawdzie niezbyt doskonałą charakterystykę, ale jest niezmiernie prosty i tani, a jego dołączenie do wyjścia wzmacniacza (równolegle do ko− lumn) niczym nie grozi ani wzmacniaczowi, ani kolumnom. Kilku uczestników chciało dodać prostow− nik dwupołówkowy (mostkowy), a dwóch zastanawiało się, czy warto dodać w układzie źródło prądowe w obwodzie diod LED. Doda− nie źródła prądowego ustabilizuje jasność świecenia diod w szerokim zakresie mocy wyjściowej, ale też w istotny sposób skompli− kuje układ. Zdecydowanie prostsze byłoby włączenie diod Zenera o dobranych napię− ciach w obwody kolejnych LED−ów. Ma to sens tylko przy współpracy ze wzmacniaczem dużej mocy, gdzie występują przebiegi o amplitudach kilkudziesię− ciu woltów. Upominki za rozwiąza− nie tego zadania otrzymują: Łukasz Nowicki − Kraków, Leszek Matysiak − Szeląg, Robert Capała − Kurzyna Średnia. Zadanie 112 Ciąg dalszy ze strony 25. jest, że układ ten pokazuje też zmiany prądu odbiornika w takt impulsów nadajnika. Zielone diody LED D2…D4 pokazują wartość prądu – w ten bardzo prosty i rzuca− jący się w oczy sposób zrealizowany jest pomiar prądu fotoelementu w bardzo szero− kim zakresie od ułamka mikroampera do kilku miliamperów. W praktyce ważniejsze Możliwości zmian woltomierza. Można zastosować inne gniazda pomiarowe nadajnika i odbiornika, na przy− kład kawałki podstawki precyzyjnej. Można też w miejsce gniazdek pomiarowych wluto− wać krótkie przewody z minikrokodylkami. Warto też dodać, że jeśli podczas pracy prąd przez diody będzie płynął tylko w jed− nym kierunku, to potrzebna jest dodatkowa szeregowa dioda prostownicza (np. 1N4148). Chodzi o to, że diody LED mają dopuszczal− ne napięcie wsteczne tylko 5V, a na wyjściu wzmacniacza mogą pojawić się przebiegi o amplitudach kilkudziesięciu woltów. Obec− ność szeregowej diody zapobiegnie przepły− wowi prądu wstecznego diod LED. Autor prawdopodobnie chciał zróżnico− wać jasność diod LED za pomocą rezystorów o różnej wartości. Nie jest to godne polecenia rozwiązanie. Tym bardziej że nie ma informa− cji, czy są to diody jednego koloru, czy też różnokolorowe. Można to rozwiązać prościej, na przykład według rysunku B albo C, lub jeszcze inaczej, gdzie wykorzystane są obie połówki zmiennego przebiegu z wyjścia wzmacniacza. Wartości rezystorów trzeba Rys. B Rys. C Na rysunku D pokazany jest schemat wzmac− niacza mocy audio. Schemat pochodzi z książki pt.: Nowoczesne zabawki, kultowej książki poprzednich pokoleń elektroników. Czy schemat zawiera ewidentne błędy, unie− możliwiające pracę? A może usterki są drob− ne i układ będzie pracował, tylko nie osiągnie deklarowanych parametrów? Co sądzicie o tym schemacie? Jak zwykle pytanie brzmi: Co tu nie gra? Bardzo proszę o możliwie krótkie odpo− wiedzi. Kartki, listy i e−maile oznaczcie dopi− skiem NieGra112 i nadeślijcie w terminie 45 dni od ukazania się tego numeru EdW. Auto− rzy najlepszych odpowiedzi otrzymają upo− minki. Piotr Górecki UWAGA! Osoby, które nadsyłają rozwiązanie e−mailem, powinny wysłać je na adres [email protected], a tytuł maila powinien zawierać tekst NieGra112. Warto od razu podać swój adres pocztowy. gii ę− do ęc od go a− oc a− o− zy dy łu st ej wi− o− e, ne ak zy e− no e. y− ie ar− ad Rys. D W tym prostym układzie nie ma sensu wpro− wadzanie istotnych zmian. Można zmniejszyć wartość C1 i C2 do 4,7uF. Zamiast kołków Vn, Vo można dołączyć przewody z wtykami bananowymi do bezpośredniego dołączenia R E K L A M Piotr Górecki A du ić gu ez h Elektronika dla Wszystkich 37
