Ośla łączka
Transkrypt
Ośla łączka
101 A5 Ośla łączka Informacje dotyczące zestawu A05 do „Oślej łączki“ znajdują sie na stronie 80. Ćwiczenie 8 Perpetuum mobile A teraz zaprezentuję Ci kolejną niespo− dziankę. Zbuduj układ dokładnie według rysunku 15. Uwaga! Jak zaznaczyłem na schema− cie, nie podłączaj jednej końcówki za− silania (nóżki 14) układu scalonego U1 (nóżkę nr 7 dołącz do masy). Przykła− dową realizację pokazuje fotografia 14. Byłby to generator, gdyby był zasilany... Dlaczego więc układ pracuje? Przecież układ scalony nie jest zasilany! Czyżby? Sprawdź woltomierzem na− pięcie na niepodłączonej nóżce 14. Skąd się wzięło to napięcie?! Tysiące początkujących natknęło się na to zagadkowe zjawisko. Niektórzy pewnie do dziś nie wiedzą, jak to możli− we, by napięcie zasilające pojawiło się znikąd. Czyżby było to tytułowe perpetuum mobile w wersji elektronicznej? Aby wyjaśnić to dziwne zjawisko, odłącz wejścia niewykorzystanych bra− mek U1D, U1E, U1F (nóżki 9, 11, 13) od dodatniej szyny zasilania i dołącz do masy. Sprawdź teraz napięcie na nóżce 14. Układ przestał działać, co wskazuje, że był zasilany właśnie przez wejścia bramki U1D. To nie żadne perpetuum mobile − znów dały o sobie znać obwody ochronne umieszczone na wejściach, opisane w ELEMENTarzu. Napięcie przechodzi przez diodę ochronną na wejściu bramki U1D i staje się napię− ciem zasilającym dla całej kostki. Potwierdza to war− F o t . 1 4 tość napięcia na niepodłą− czonej nóżce 14, które w układzie z fotografii 14 wynosiło 11,1V przy napię− ciu zasilania 12V. Jeśli dołączysz rezystor R3 nie do emitera T1, tylko do wyjścia bramki U1C, napięcie na nóżce 14 znacznie spadnie – to z kolei wskazuje, że obwo− dy ochronne zwierają rezystory, które nie pozwalają na przepływ zbyt dużego prądu. Uwaga! Są nieliczne wyjątki – obwo− dy ochronne wejść w kostkach 4049 i 4050 są zbudowane inaczej i takie zja− wiska nie wystąpią. Możesz to spraw− dzić osobiście – w zestawie elementów A05 masz też kostkę 4049 (mającą odmienny układ wyprowadzeń) Fot. 14 Rys. 15 Ćwiczenie 9 Laboratoryjny generator przebiegu prostokątnego Rysunek 16a przedstawia schemat gene− ratora przebiegu prostokątnego, który okaże się bardzo cennym przyrządem w Twoim laboratorium. Zakres wybiera się za pomocą jednej ze zwór Z1...Z5 (al− bo po prostu przez wymianę kondensato− ra), a czas trwania impulsu i przerwy re− guluje się niezależnie za pomocą poten− cjometrów PR1, PR2. Dla uproszczenia przewidziałem nietypowy sposób zasila− nia – nie ma tu baterii ani zasilacza. Ge− nerator zawsze będzie stanowił źródło sy− gnału dla jakiegoś innego układu, i z tego układu może być zasilany (5...18V) przez punkty oznaczone P, O. Częstotliwość można tu zmieniać w bardzo szerokim zakresie, dołączając Elektronika dla Wszystkich odpowiednie kondensatory za pomocą zworek. Dwa potencjometry PR1, PR2 pozwalają ustawić dokładnie potrzebną częstotliwość i uzyskać potrzebny współ− czynnik wypełnienia w szerokim zakre− sie. Oznacza to, że przebieg może mieć kształt dodatnich lub ujemnych „szpi− lek”. Jeśli nie ma potrzeby niezależnej regulacji czasu impulsu i przerwy, ob− wód generatora można uprościć według rysunku 16b (obwody wyjściowe i zasi− lanie bez zmian). Zastosowałem tu kostkę 4049, która ma dużo większą wydajność wyjścia niż inne kostki CMOS rodziny 4000. Zwróć uwagę na nietypowy układ wyprowadzeń, w tym końcówek zasilania – nieprzypadkowo Fot. 15 39 A5 Ośla łączka numery nóżek zaznaczy− łem na czerwono. Jeśli chcesz zrealizować taki generator za pomocą „ty− powej” kostki 4069, nie ma problemu, pamiętaj tyl− ko o innym rozkładzie wy− prowadzeń i licz się z niż− szą częstotliwością maksy− malną. W modelu pokaza− nym na fotografii 15, zbu− dowanym według rysunku 16a, z rezystorami R2, R3 o wartości 470Ω, poten− cjometrami 100kΩ i kon− densatorami w zakresie 1nF...1µF uzyskałem za− kres częstotliwości pracy od 4Hz...200kHz. Układ poprawnie pracuje z kon− densatorem 100pF, a na− wet 68pF, pozwalając uzy− skać częstotliwość ponad 2MHz. Układ możesz zmon− tować „w pająku” lub z wykorzystaniem małej płytki drukowanej, poka− zanej na rysunku 16c. Fotografia 16 pokazuje generator zmontowany na takiej płytce, wykonanej samodzielnie z użyciem folii TES200. Ćwiczenie 10 Rys. 16a,b Rys. 16c Fot. 16 Praktyczna syrena alarmowa Generator z dwiema bramkami NAND lub NOR może być łatwo sterowany przez jedno z wejść pierwszej bramki. Ilustruje to rysunek 17a, 17b. W stanie spoczynku generatory takie wcale nie pobierają prądu. Generatory zbudowane z inwerterów też można sterować za po− mocą dodatkowych diod, jak wskazuje rysunek 17c, 17d, ale w spoczynku po− bierają prąd wyznaczony przez sumę re− zystancji R1 i R2 i napięcie zasilania. Zwróć uwagę, że we wszystkich przy− padkach w spoczynku stan na wyjściu jest taki sam, jak na wejściu. Mając do dyspozycji kilka generatorów według rysunku 17, możesz puścić wodze fantazji i uzależnić je wzajemnie na wiele sposobów, uzyskując niepowtarzalne se− kwencje impulsów. Układ tego typu może być zainstalowany w samochodzie udając, iż jest to część zaawansowanego systemu alarmowego. Nie muszę chyba przypomi− nać, że wartości elementów możesz zmie− niać w bardzo szerokim zakresie, uzysku− jąc potrzebne częstotliwości. 40 102 Rys. 17 A teraz mam dla Ciebie ogromną, a raczej ogromnie głośną niespodziankę. Koniecznie zbuduj syrenę według ry− sunku 18a. Dwie pierwsze bramki two− rzą generator taktujący o częstotliwości kilku herców. Dzięki niemu uzyskuje się przerywany, jeszcze bardziej przeraźli− wy dźwięk, a jednocześnie pobór prądu spada o 50%. Steruje on pracą właściwe− go generatora z bramkami U1C, U1D. Wzajemnie odwrócone przebiegi prosto− kątne podawane są na stopień wyjściowy z czterema tranzystorami. Elementem wykonawczym (przetwornikiem) nie jest tu znany od początku kursu brzęczyk pie− zo z generatorem, tylko wykorzystywana już membrana piezo typu PCA−100 z tubą i obudową. Taka membrana ma Elektronika dla Wszystkich 103 A5 największą skuteczność przy częstotli− wościach w granicach 3...3,5kHz. W układzie przewidziałem potencjometr PR1, żeby łatwo było „dostroić się” do częstotliwości (rezonansowej) konkret− nej membrany i uzyskać jak najgłośniej− szy dźwięk. Na rysunku 18 nie zaznaczy− łem numerów nóżek kostki U1 – bramki możesz wykorzystać dowolnie. Wzorem może być model z fotografii 17, zmon− towany na płytce stykowej. Syrena się odezwie, gdy zewrzesz punkt A do ma− sy. W modelu z fotografii 17 to zwarcie realizuje kawałek drutu w czerwonej izolacji, widoczny w lewym dolnym ro− gu. Bez tej zwory układ będzie milczał, bo na kondensatorze C1 będzie panował stan wysoki podawany przez R1, R2 i generatory nie będą pracować. Możesz śmiało wykorzystać taką syrenę w prak− tyce. Koniecznie przekonaj się, ile robi hałasu i jak zadziwiająco mało prądu przy tym pobiera. Możesz zasilać syrenę napięciem w zakresie 4,5...18V. Obo− wiązkowo wypróbuj, jak zmienia się głośność po zwiększeniu napięcia zasila− jącego do 18V (np. dwie baterie 9−wol− towe). Lojalnie ostrzegam, że niechyb− nie narazisz się przy tym na szykany ze strony reszty rodziny. Syrenę uruchamia się przez zwarcie punktu A do masy. Możesz oczywiście zewrzeć na stałe punkty A, O i włączać Fot. 18 Rys. 18 a) Elektronika dla Wszystkich Ośla łączka Fot. 17 syrenę przez podanie napię− cia zasilającego. Model z fotografii 17 w spoczynku milczy i pobiera mniej niż 1µA prądu. To zadziwiają− ce, że ogłuszający dźwięk można uzyskać tak małym nakładem energii − przy na− pięciu zasilającym równym 12V pobór prądu modelu wynosił 11mA, a dźwięk Rys. 19 w małej pracowni był wręcz nie do wytrzymania. Przy odrobinie staranności uda Ci się wbudować układ elektroniczny do wnę− trza obudowy przetwornika PCA−100. Można wykorzystać montaż „w pająku”, a całość umocować na dnie pokrywki przetwornika PCA−100, wtapiając w plastik cien− kie druty mocujące. Nie zaszkodzi usunąć R1, R1, C1, a obie nóżki pierw− szej bramki zewrzeć ze sobą. Syrena będzie wyć po podaniu napięcia zasi− lającego. Co ciekawe, w takim uproszczonym układzie śmiało można stosować wymiennie ko− stki 40001 i 4011. Układ z rysunku 18a możesz też zmonto− wać na małej płytce dru− kowanej, pokazanej na rysunku 18b. Fotografia 18 pokazuje układ zmontowa− ny na podobnej, jeszcze mniejszej płytce, która bez kłopotu zmieści się w obudo− wie przetwornika PCA−100, podobnie jak płytka z rysunku 18b. Płytka do mo− delu z fotografii 18 została wykonana w warunkach domowych. Jeśli potrafisz, możesz też wykonać taką płytkę. Możesz też wykorzystać sposób zastępczy i zmontować układ na kawałku kartonu, wykonując niezbędne połączenia cien− kim drutem. Rysunek płytki znajdziesz też na wkładce w środku numeru. Możesz też wykonać wersję z dwoma układami scalonymi według rysunku 19 (uwzględnij nietypowy układ wyprowa− dzeń układu 4049, podany na rysunku 16). Sterownik syreny jest identyczny jak na rysunku 18, tylko zamiast tranzy− storów T1...T4 stosujesz inwertery o zwiększonej mocy z kostki 4049. b) 45 A5 Ośla łączka Ćwiczenie 11 104 Cyfrowe tańczące światełka Tańczące światełka wykorzystywane często i chętnie, w tym do jak najbardziej poważnych celów reklamowych, można zrealizować na wiele sposobów. Rysu− nek 20 pokazuje jeden z przykładów. Je− śli chcesz, zrealizuj ten układ; moim ce− lem było tu pokazanie nietypowego przy− kładu wykorzystania „połamanego” przebiegu z generatora. Jest to przebieg D na rysunku 13. Jeśli masz elementy z poprzednich wypraw, wykorzystaj diodę dwukoloro− wą, jak w modelu z fotografii 19. Celo− wo zastosowałem jednakowe wartości elementów RC. Ze względu na rozrzut wartości, częstotliwości obu generato− rów będą się nieco różnić, co da ciekawy efekt. Dla ciekawości warto zmienić wartości elementów wyznaczających częstotliwości generatorów. Najróżniejsze efekty świetlne można zrealizować w prosty sposób wykorzy− stując sterowane generatory według ry− sunku 17. Prosty przykład pokazany jest na rysunku 21. W tym przypadku w jed− nym z generatorów można regulować współczynnik wypełnienia za pomocą potencjometru, w drugim za pomocą dwóch rezystorów, a w trzecim za pomo− cą dodatkowej diody i rezystora. War− tość rezystorów R1...R6 trzeba dobrać w zależności od wartości napięcia zasi− lania oraz liczby diod w łańcuchu, by uzyskać potrzebną jasność diod, przy czym prąd diody nie powinien przekra− czać 20mA. W jednym łańcuchu mogą oczywiście pracować diody LED o róż− nych kolorach. Przy większym poborze prądu warto zamiast baterii wykorzystać zasilacz albo akumulator. Układ można w prosty sposób dostosować do sterowania np. żarówek, Rys. 20 Fot. 19 stosując zamiast małych BC548 „dar− lingtony” mocy (w zestawie masz BD649) albo MOSFET−y mocy, np. BUZ10 (BUZ11) w sposób opisany wy− czerpująco na poprzednich wyprawach. Informacje dotyczące zestawu A05 do „Oslej łączki“ znajdują się na stronie 80. Rys. 21 46 Elektronika dla Wszystkich