SSzzzkkkooołłłaa KKooonnnssstttrrruuukkktttooorrróóóww
Transkrypt
SSzzzkkkooołłłaa KKooonnnssstttrrruuukkktttooorrróóóww
Szkoła Konstruktorów Każdy Czytelnik Elektroniki dla Wszystkich może nadesłać rozwiązane jednego, dwóch lub wszystkich trzech zadań Szkoły z danego numeru. Rozwiązania można nadsyłać zwykłą pocztą albo mailem. Paczki z modelami i koperty zawsze adresujcie: AVT – EdW ul. Burleska 9 01-939 Warszawa i koniecznie podawajcie na kopercie czy paczce zawartość, np. Szko130, Jak12, NieGra130, #12, itd. Osoby, które nadsyłają rozwiązanie e-mailem, powinny wysłać je na adres: [email protected] (szkola, a nie szkoła). W tytule maila i w nazwach wszystkich załączników oprócz nazwy konkursu i numeru zadania umieśćcie także nazwisko (najlepiej bez typowo polskich liter), na przykład: Szko130Kowalski, Policz130Zielinski, NieGra130Malinowski, Jak12Krzyzanowski. Regularnie potwierdzam otrzymanie wszystkich e-maili kierowanych na adres [email protected]. Jeśli więc w terminie kilku dni po wysłaniu maila do Szkoły nie otrzymacie mojego potwierdzenia, prześlijcie pliki jeszcze raz (do skutku). Bardzo proszę wszystkich uczestników, także osoby nadsyłające prace e-mailem, żeby podawały imię, nazwisko, adres zamieszkania oraz wiek. Jest to pomocne przy opracowywaniu rozwiązań, ocenie prac oraz wysyłce upominków i nagród. Jeśli na łamach czasopisma nie chcecie ujawniać swoich danych – napiszcie, a zachowam dyskrecję, podając tylko imię i pierwszą literę nazwiska, ewentualnie miejscowość zamieszkania. Jeśli nadsyłacie model, zawsze dołączajcie własnoręcznie podpisane i opatrzone datą oświadczenie: Ja, niżej podpisany, oświadczam, że projekt/ artykuł pt.: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , który przesyłam do redakcji Elektroniki dla Wszystkich, jest moim osobistym opracowaniem i nie był wcześniej nigdzie publikowany. Mam też prośbę: na schematach podawajcie wartości elementów, a dodatkowo dołączcie Wykaz elementów w postaci pliku tekstowego. Zadanie główne nr 130 Niedawno do redakcji nadszedł e-mail o takiej treści: Witam! Pewnego dnia przeglądając jeden ze starszych numerów (bodajże rocznik 2003), zobaczyłam galerię osób biorących udział w Szkole Konstruktorów. Kilka osób jako zainteresowania podała modelarstwo. Ja także interesuję się modelarstwem (a dokładniej modelami RC). Dlatego chciałabym zaproponować temat zadania „SK”: zaprojektuj układ przydatny w modelarstwie RC. Poniżej przedstawiam propozycje: - regulator silnika: prąd 15A (dla silnika wielkości 540 wystarczy), zmiana kierunku przekaźnikiem lub tranzystorem. - wskaźnik napięcia pakietu zasilającego odbiornik (najczęściej 4*NiCd - zakres wskazań 4,2-5,1 V) - miernik obrotów (układ przydatny dla modelarzy lotniczych) - miernik temperatury - moduły dźwiękowe (np. generator dźwięku silnika diesla dla modelu kutra) Myślę, iż jest to dobry temat na zadanie (ze względu na obszerność tematu). Oczywiście aparatura sterująca odpada (niezawodność, trudne do uruchomienia w warunkach amatorskich). W załączniku wysyłam zdjęcia przykładowych układów. Z wyrazami szacunku Irena Koseda Rzeczywiście temat jest obszerny i doskonale nadaje się jako zadanie naszej Szkoły. Oto temat zadania 130: Zaprojektuj układ elektroniczny przydatny w modelarstwie. Rozszerzam zadanie o tyle, że rozwiązanie nie musi dotyczyć modeli zdalnie sterowanych. Może to być jakikolwiek, nawet drobny układ pomocniczy, przydatny w szeroko pojętym modelarstwie. Ale może też być kompletny system elektroniczny do modelu zdalnie sterowanego lub innego. W grę wchodzą też przeróbki istniejących modeli, a także zaba- wek. Wiem, że nawet młodzi elektronicy dokonują rozmaitych modyfikacji w posiadanych zdalnie sterowanych zabawkach. Autorka zadania napisała też: ciekawym działem jest modelarstwo kolejowe. Myślę, iż można by opracować wiele przydatnych modułów np. dźwiękowych, sterowniki czasowe, automatyzacja ruchu na makiecie, że nie wspomnę o zasilaczach i cyfrowym sterowaniu. W ramach tego zadania proszę także o nadsyłanie nie tyle rozwiązań, co problemów do rozwiązania: jeśli ktoś potrzebowałby układu elektronicznego, spełniającego określoną funkcję, niech napisze i określi wymagania i funkcje układu. Może zajmiemy się tym przy rozwiązaniu tego zadania, ewentualnie postawię to jako kolejne zadanie Szkoły, albo też znajdzie się ktoś, kto taki układ zrealizuje i opisze jako projekt w EdW. Zachęcam do udziału zarówno doświadczonych modelarzy, jak też początkujących! wielkich umiejętności. Tymczasem uczestnicy naszej Szkoły potrafią bez trudu zaproponować i zrealizować nieporównanie lepsze rozwiązania. I zaproponowali! Bardzo się cieszę, że w zadaniu udział wzięli zarówno bardzo młodzi uczestnicy, jak i doświadczeni praktycy. Z przyjemnością kieruję aż dziesięć projektów do sprawdzenia i publikacji, a do jednego uczestnika napisałem, żeby jeszcze szerzej opisał swój bardzo interesujący projekt. Propozycje teoretyczne Rozwiązanie zadanie głównego 125 Temat wakacyjnego zadania 125 brzmiał: Zaproponuj układ(-y) elektronicznego tuningu roweru. Zgodnie z oczekiwaniami nadeszło dużo więcej rozwiązań niż zwykle. Jak pisałem wcześniej: impulsem do ogłoszenia takiego zadania była przypadkowo znaleziona strona internetowa, gdzie młody miłośnik roweru prezentował z ogromną dumą swoje proste rozwiązanie wykorzystujące diody LED do „tuningu” roweru. Zaskoczyła mnie ta wielka duma z najdelikatniej mówiąc, niezbyt 32 Jacek Rączka z Połomi przypomniał ideę sprzed wielu lat, ideę wyświetlania znaków i napisów. Teraz ekranem ma być matryca LED 20x7, na której normalnie wyświetlane będą dwa kółka, ewentualnie strzałka-kierunkowskaz oraz napis STOP – patrz rysunek 1. W liście czytamy: (…) W starych konstrukcjach [z torpedem] do wykrywania hamowania wykorzystywano fakt, że napina się łańcuch. (…) Dzisiaj 90% rowerów ma przerzutki. (…) E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h dałoby się wmontować przełącznik NC, normalnie naciskany przez dźwignie hamulca. (…) Inny sposób (…) [to] czujnik szybkości. Wystarczy wykorzystać fakt zmiany szybkości roweru. (...) Gdy się zatrzymamy (…), wyświetlanie STOP przez 3 sekundy wystarczy. (…). Rys. 1 Jacek proponuje wykorzystanie czterech gotowych matryc 7x5 i mikroprocesora. Pomysł jest bardzo interesujący i ma rację bytu, a podczas hamowania przed skrętem strzałkę-kierunkowskaz można wyświetlać na przemian z napisem STOP. Zamiast dwóch przycisków dla kierunkowskazów wystarczy zastosować jeden trzypołożeniowy. Wojciech Pękul z Myszadeł przysłał dwa schematy: jeden ze starej literatury (dzwoneksłowik na UL1111), drugi to prosty efekt świetlny. Maciej Głód z Wadowic napisał: To mój pierwszy udział w Szkole konstruktorów. (…) Jeden pomysł to dwa alarmy oparte na jednym układzie. - pierwszy układ to Tranzystorowy OE, w którym zamiast Rc wstawiamy generator z piezo, a zamiast pierwszego rezystora dzielnika mamy gausotron z rezystorem ograniczającym prąd bazy. Na widełkach roweru mamy gausotron, a na jednej szprysze mamy magnes trwały (np. neodymowy). Ustawiając rower np. pod sklepem lub na klatce schodowej, zadbamy, aby magnetorezytor był jak najbliżej magnesu. Rower ruszony przez potencjalnego złodzieja wyda dźwięk syreny piezo. Jeżeli zbocznikujemy gausotron switchem, to już mamy elektroniczny dzwonek. - drugie rozwiązanie ma na uwadze mieszkańców bloku, którzy rower trzymają w piwnicy. (…) Układ różni się tylko czujnikiem (fotodioda). Gdy zostanie zaświecone światło, to układ zacznie „piszczeć”, co wystraszy złodzieja. (…) [Inny] pomysł to układ dwójnika złożonego z baterii 9V oraz magnetorezystora (wraz z magnesem na kole) oraz rezystora o dużej wartości rzędu dziesiątek kiloomów i kondensatora elektrolitycznego. Układ służyłby jako mało dokładny licznik przebytej drogi, którego odczyt sprawdzalibyśmy multimetrem. (…) Automatyczna regulacja oświetlenia sterowana fotorezystorem. Układ pozwalałby oszczędzić baterie, gdy jeździmy raz po oświetlonej drodze (ulica), a raz po ciemnych zaułkach. Piotr Słowik z Brwinowa napisał: Chcę poruszyć dwa tematy, niestety tylko teoretycz- E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h nie z nadzieją, że komuś uda się rozwiązać, problemem jest pewne i trudne do demontażu mocowanie do kierownicy (…), problemem problemy, na których ja się zatrzymałem. I/Migające światełka działające na podob- jest dostęp do przycisków i przełączników nej zasadzie jak dawna pozytywka. Tylko oraz ich uszczelnienie. (…) Jacek Konieczny z Poznania znów zazamiast bębna z wystającymi kropkami byłyby magnesy zamocowane na szprychach. W za- skoczył mnie propozycją systemu wykryleżności od ich ułożenia oraz od ilości kontak- wającego, że w pewnej odległości przed rowetronów z nimi współpracujących mogłyby za- rem znajduje się „łacha” piaskowa (lub palać się diody świecące (pływające podmokły, zabagniony odcinek drogi). Mianoświatełko jak w samochodzie Niezwy- wicie należałoby wykrywać, czy tak jak koła, ciężonego, w rytmie jakiejś melodii obraca się też niewielkie kółko, zamocowane na końcu swego rodzaju teleskopowej „antelub w jeszcze innym). (…) II/Deska rozdzielcza do roweru ny”, wysięgnika umieszczonego przed rowezawierająca wszystkie niezbędne (oraz rem. Ilustruje to pochodzący z listu, autorski rysunek 2. Ja swego czasu bardzo dużo jeźzbędne) gadżety do roweru: 1.Licznik rowerowy fabryczny lub dziłem na rowerze i mam wyrobione zdanie własnej konstrukcji z diodami ułożo- na temat celowości oraz możliwości wykorzystania takiego dodatku, zwłaszcza w terenymi w koło. 2.Termometr wykorzystujący np. ww. diody nie. Czytelnicy mogą mieć własne zdanie, prędkościomierza (niebieskie –, biała 0 stopni, czerwone+) Rys. 2 3.Światło przednie z diod białych (przednie) i żółtych (kierunkowskazy) wkomponowanych w przednią część deski rozdzielczej. 4.Światło tylne i kierunkowskazy (zasilanie i włączniki). 5.Dzwonek o przełączanych melodiach. 6.Układ alarmowy sygnalizujący kradzież roweru (np. nagrana na cyfrowy magnetofonik „papuga” informacja o skradzeniu roweru). 7.Zasilanie, najlepiej z akumulatorków w kształcie baterii np. R6. 8.Układ ładujący najlepiej zewnętrzny (ze względu na wagę). 9.Radio, TV, odtwarzacz muzyki (MP3), filmów (MPEG4). Oprócz ostatniej pozycji można by się pokusić o realizację takich funkcji przez mikroprocesor Atmel. Barierą nie do przekroczenia (dla mnie) jest obudowa (estetyczna, a zarazem mocna Fotografia trójwymiarowa - oglądać w okularach anaglifowych i wodoszczelna). (…) Drugim Fotografia trójwymiarowa - oglądać w okularach anaglifowych 33 Szkoła Konstruktorów w każdym razie pomysł jest wielce oryginalny, a Autor wspomina o „kole Blumricha”, mogącym się obracać w dwóch prostopadłych osiach. Bardzo się cieszę, że rozwiązanie nadesłał Jarosław Chudoba z Gorzowa Wlkp., biorący udział w Szkole od wielu już lat. Schemat pokazany jest na rysunku 3. Bramki B1, B2 to niezależne generatory kierunkowskazów. Alarm zbudowany jest na przerzutniku JK z kostki 4027. Do wejścia zegarowego dołączony jest kontaktron współpracujący z magnesem umieszczonym na kole. Do obsługi służą przyciski S3, S4 sterujące przerzutnikiem RS, na bramkach B3, B4. Naciśniecie P4 rozpoczyna czuwanie alarmu. Obrót koła na chwilę zewrze kontaktron i uruchomi alarm akustyczny (B5…B7) i świetlny (B8, T6). Alarm można wyłączyć tylko za pomocą dobrze ukrytego P3. Przycisk P5 włączy generatory i głośnik w charakterze dzwonka, a tylne migające czerwone światło można też włączyć na czas jazdy przełącznikiem P6. Filip Rus z Zawiercia po wyczerpujących zajęciach na studiach postanowił podejść do zadania 125 „z dystansem i luzem”, a przy okazji zapoznać się z procesorami AVR (ATMega162). Przysłał schemat (rysunek 4), projekt płytki i większą część programu. Układ nie został praktycznie sprawdzony. Miałby to być licznik rowerowy, wyposażony dodatkowo w dziennik pokładowy, zapisujący co niewielki odstęp czasu parametry jazdy podobnie do tachometru: (…) prędkość: chwilową, maksymalną, średnią (…), dokładny jest pomiar dystansu całkowitego i przejechanego w tej sesji oraz czasu przejazdu. Pojemność proponowanej pamięci pozwala na zapis około 10 godzin jazdy, przy czym zapamiętywanie następuje jedynie podczas poruszania się roweru, a podczas postoju następuje wyłączenie układu dla zaoszczędzenia energii i pamięci. Dodatkowo urządzenie mierzy temperaturę. (…) W rozbudowanej wersji można by jeszcze dodać funkcje higrometru, a nawet czujnik tętna, choć to już inna para kaloszy kę należałoby zmniejszyć, używając mikrokontrolera w wersji SMD (…) i zamienić wyświetlacz na niewielki graficzny od starszych telefonów komórkowych i tym samym zbliżyć się do gabarytów oferowanych obecnie liczników. We wrześniowym numerze EdW zawarta była cenna uwaga dotycząca ambitnych projektów, które czasem kończą się niepowodzeniem. Zgadzam się z tym i dlatego jakiś czas temu odłożyłem projekt systemu Ambilight i teraz powracając do niego po przerwie, od razu na świeżo zauważyłem kilka nowych problemów, ale i rozwiązań. Prawdopodobnie pójdę za radą Pana Redaktora i dalsze prace przeprowadzę stopniowo. Mam już nawet nowy zarys, ale o tym mam nadzieję w niedługim czasie. Ostatnio dla „odsapnięcia” dokończyłem niewielki projekcik „potencjometru pseudoanalogowego” (…), dokończyłem urządzonko będące częścią mojego wzmacniacza lampowo-MOSFET-owego (w dużej części podobnego do układów prezentowanych na łamach EdW). Jest to układ prosty, a przy tym posiadający wiele zalet i jak tylko sklecę jakiś sensowny opis, prześlę go do Redakcji ze zdjęciami działającego u mnie egzemplarza lub z nowym modelem. (…) Z przyjemnością zaprezentuję tego rodzaju sprawdzone konstrukcje na łamach EdW. A niedokończone materiały będące rozwiązaniem zadania 125 dostępne są w Elportalu jako Rus.zip. Rozwiązania praktyczne Rys. 3 Rys. 4 34 11-letni Teodor Woźniak z Łodzi po nieudanych eksperymentach z kostką 4017 wykonał pokazany na fotografii 1 rowerowy imitator dźwięku motocykla, zrealizowany według rysunku 5. Szprychy zwierające styki oznaczone Szpr1-Szpr2 powodują, że z głośnika wydobywa się terkot. Co prawda układ jest niedoskonały, jednak młodziutkiemu uczestnikowi przydzielam nagrodę. Aby zwiększyć głośność dźwięku, wystarczy zmniejszyć wartość R2, jednak należałoby dodać jakiś obwód zabezpieczający przed rozładowaniem baterii, gdyby podczas postoju roweru szprycha zwarła na dłużej styki. (takie urządzenia na rynku osiągają ceny około 250 PLN). Być może zająłem się jak na pierwsze spotkanie z procesorami AVR zbyt ambitnym zadaniem. Nie mam w tej chwili czasu na dalsze zajmowanie się układem ze względu na prowadzone prace nad kilkoma innymi w tym w ramach koła naukowego ale może kiedyś po nabraniu doświadczenia powrócę do tego tematu. Docelowo płyt- Fot. 1 Imitator Teodora Woźniaka E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h 19-letni Marek Osiak ze Starogardu Gd. napisał: Przepraszam, że nie pokazywałem się w Szkole Konstruktorów. (…) Moja propozycja elektronicznego tuningu roweru to nie oświetlenie, (…) ale sprzęt nagłaśniający. Każdy wie, że podróże z muzyką w tle są o wiele przyjemniejsze, a jadąc rowerem, nie odczuwa się zmęczenia. Muzyka powoduje też ciekawy efekt, który polega na zwiększeniu prędkości średniej, co przekłada się bezpośrednio na czas pokonywania danej drogi. Widziałem wiele osób, które jadąc rowerem, słuchają muzyki z odtwarzacza mp3 za pomocą słuchawek. Jest to dosyć wygodne, ale też niebezpieczne, bo nie słyszy się nic dookoła. Rozwiązałem tę niedogodność niewielkim głośnikiem o mocy 3W umieszczonym wraz ze wzmacniaczem opartym na kostce TDA1517 w obudowie od „podwórkowego” halogenu 150W. Zasilanie dostarcza akumulator żelowy 12V 7Ah przymocowany do koszyka na bagażRys. 5 Fot. 2 Instalacja Marka Osiaka niku w niewielkim pudełku plastikowym dostępnym w sklepach Fot. 3 Migacz Mariusza Jaglarza z artykułami gospodarstwa domowego. Akumulator taki na jednym naładowaniu pozwala na przejechanie wielu kilometrów (sam trzy razy odwiedziłem kolegę mieszkającego w Tczewie, a jedna „wycieczka” to około 70–80 kilometrów). Do wzmacniacza dodałem przedwzmacniacz oparty na wieko- czone są w Elportalu jako Jaglarz.zip. Fotografia 4 pokazuje Laserowe koło wej kostce 741, bo okazało się, że sygnał z odtwarzacza jest zbyt słaby, wykonane przez Martę Mrozowicz z Ostrożeby w pełni wysterować końcówkę wca Św. według schematu z rysunku 7. mocy. Odtwarzacz jest zasilany ze Marta napisała: Głównie moim hobby jest elektronika, lecz interesuję się również robo„swojej” baterii. Rysunek 6 i fotografia 2 poka- tyką, informatyką i komputerami. Do Elektrozują dalsze szczegóły, a w Elportalu niki dla Wszystkich piszę i przesyłam projekt można znaleźć kilka dodatkowych po raz pierwszy, wcześniej jakoś nie miałam odwagi, aż w końcu się przełamałam. (…) Jest fotografii jako Osiak125.zip. 16-letni Mariusz Jaglarz z to urządzenie mające na celu poprawę bezpieChrzanowa wykonał układ migacza czeństwa i poprawę wyglądu – tuningu roweLED pokazany na fotografii 3. ru w postaci urządzenia generującego cykJest to klasyczny multiwibrator licznie światło za pomocą diod LED superjasna dwóch tranzystorach. Dwie nych czerwonych i niebieskich. Model urządodatkowe fotografie umiesz- dzenia montowany jest na szprychach koła Fot. 4 Laserowe koło Marty Mrozowicz Rys. 6 Rys. 7 E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h 35 Szkoła Konstruktorów rowerowego. Podczas obracania się koła, a zarazem urządzenia widać jedynie smugę światła niebieskiego i czerwonego, a miejscami nawet fioletowego. (…) Superjasne diody o wąskim kącie świecenia istotnie dają efekt porównywalny z laserem. Mało brakowało, a układ trafiłby do publikacji. W każdym razie Marta otrzymuje nagrodę, a kto chciałby zrealizować taki układ, znajdzie w Elportalu szerszy opis i rysunek płytki do obudowy Z-14 jako plik Mrozowicz125.zip. 17-letni Dariusz Iwanoczko z Brzegu Dolnego przysłał schemat pokazany na rysunku 8 oraz fotografię 5. W liście napisał: (…) Ostatnio zacząłem się bawić mikrokontrolerami AVR typu ATmega8515 oraz ATmega8. (…) Postanowiłem zbudować cyfrowy układ prędkościomierza do roweru z wyświetlaczem LED. Planowo układ ma także spełRys. 8 niać zadanie licznika kilometrów, zegara czasu j a z d y , obrotomierza, licznika obrotów oraz alarmu, który sygnalizowałby chociażby młodemu zapominalskiemu nastolatkowi, że trzeba wracać z rowerowej wycieczki na obiad. (…) Malutkie napięcie z cewki zostaje wzmocnione oraz zamienione na krótkie impulsy dla mikrokontrolera. Ten zaś, znając obwód koła, wykonuje już stosowne obliczenia i wyświetla odpowiedni wynik na czterocyfrowym wyświetlaczu LED. (…) Schematy te są jeszcze dosyć „niedopracowane” i nie są one zapewne finalną wersją mojego układu. Chciałem jednak wziąć udział w tym zadaniu szkoły i dlatego przysyłam te zalążki mojego projektu. (…) Zarówno Dariusz, jak i wcześniej wspomniany Filip Rus, podjęli się bardzo ambitnego zadania. Praktyczna przydatność komputerka rowerowego z wyświetlaczami LED jest niewielka, choćby z uwagi na rozmiary, duży pobór prądu oraz Punktacja Szkoły Konstruktorów Rafał Kuchta Skrzyszów . . . . . . . . . . . . . 136 Szymon Janek Lublin . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Jakub Borzdyński Glinik . . . . . . . . . . . . . . 98 Robert Jaworowski Augustów . . . . . . . . . . 77 Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. . . . . . . . 69 Radosław Krawczyk Ruda Śl. . . . . . . . . . . 69 Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . . . . 68 Jakub Sobański Rudka . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Arkadiusz Zieliński Częstochowa . . . . . . . 53 Kamil Kozłowski Gdańsk . . . . . . . . . . . . . . 43 Mateusz Ulfik Przezchlebie . . . . . . . . . . . . 42 Dariusz Iwanoczko Brzeg Dolny . . . . . . . . 41 Tomasz Jadasch Kęty. . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Dawid Lichosyt Gorenice . . . . . . . . . . . . . . 38 Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . . . . 36 Paweł Karcz Kraków . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Witold Kardyś Pabianice . . . . . . . . . . . . . . 32 Bartek Czerwiec Mogilno . . . . . . . . . . . . . 30 Dawid Kozioł Elbląg . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 36 Piotr Raczyński Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . 29 Tomek Chronowski Mała Wieś . . . . . . . . . 28 Piotr Bechcicki Sochaczew. . . . . . . . . . . . . 27 Jakub Jagiełło Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . 27 Marcin Kopa Kleosin . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Piotr Dereszowski Chrzanów . . . . . . . . . . . 25 Jakub Siwiec Tarnów . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Michał Gołaszewski Lubiszewice . . . . . . . . 23 Przemysław Korpas Skierniewice . . . . . . . 23 Łukasz Kwiatkowski Kraków . . . . . . . . . . 23 Piotr Nowicki Ćmielów . . . . . . . . . . . . . . . 23 Paweł Knioła Lubiewo . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Marcin Rekowski Brusy . . . . . . . . . . . . . . . 20 Filip Rus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Paweł Szwed Grodziec Śl. . . . . . . . . . . . . . 20 Dominik Ciurej Trzemesna . . . . . . . . . . . . 19 Mariusz Jaglarz Chrzanów . . . . . . . . . . . . 18 Jakub Cieśliński Świętochłowice . . . . . . . 17 Adam Ples Jaworzno . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Maciej Grzanka Pogórze . . . . . . . . . . . . . . 16 Marek Jankiewicz Połczyn Zdr. . . . . . . . . . 16 Marcin Dyoniziak Brwinów . . . . . . . . . . . . 15 Paweł Świtalski Siedlce . . . . . . . . . . . . . . . 15 Tomasz Albrecht Koluszki . . . . . . . . . . . . . 14 Piotr Diaków Kraków . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Ryszard Pichl Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Marcin Piotrowski Białystok . . . . . . . . . . . 14 Szymon Snarski Czeladź . . . . . . . . . . . . . . 14 Jakub Zając Suchoraba . . . . . . . . . . . . . . . 13 Mateusz Dołgoszej Ełk . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Przemysław Musz Trzebnica . . . . . . . . . . . 12 Tomasz Olszewski Pszczółczyn . . . . . . . . . 12 Marek Osiak Starogard Gd. . . . . . . . . . . . . 12 Jacek Rączka Połomia . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Karol Sikora Koszalin . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Przemysław Szpiler Oleśnica . . . . . . . . . . . 12 Rafał Kobyłecki Czarnowo . . . . . . . . . . . . . 11 Marcin Pazdro Borowa . . . . . . . . . . . . . . . 11 Bartosz Wesołowski Tarnowałaka . . . . . . . . 11 Adrian Wojtaszewski Łódź . . . . . . . . . . . . 11 Fot. 5 Model Dariusza Iwanoczko Fot. 6 Mrygacz Radosława Krawczyka zerową widzialność wskazań w silnym słońcu. Tego rodzaju projekty należy traktować jedynie jako ćwiczenia, niezmiernie pożyteczne dla Autora zdobywającego doświadczenie, ale niezbyt przydatne w praktyce. Poniżej bardzo krótko zaprezentowane są projekty, które z przyjemnością kieruję do sprawdzenia i do publikacji. I tak fotografia 6 przedstawia Rowerowy mrygacz Radosława Krawczyka z Rudy Śląskiej. Na fotografii 7 można zobaczyć Rowerową gwiazdę 14-letniego Adama Kulpińskiego z Sanoka. Autor bardzo starannie wykonał zarówno dokumentację, jak i model, za co dodatkowo otrzymuje nagrodę. Adam Kulpiński Sanok . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Michał Urbaniak Dębogóra . . . . . . . . . . . . 10 Marcin Dobrogowski Gajowniki . . . . . . . . . 9 Arkadiusz Kocowicz Czarny Las . . . . . . . . . 9 Jarosław Łangowski Bydgoszcz . . . . . . . . . . 9 Marcin Połomski Kraków . . . . . . . . . . . . . . 9 Sławomir Wanecki Poznań . . . . . . . . . . . . . 9 Aleksander Bernaczek Magnuszowice. . . . . 8 Leszek Szczepaniak Lublin . . . . . . . . . . . . . 8 Janusz Telega Gdańsk . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Michał Waśkiewicz Białystok . . . . . . . . . . . 8 Radosław Borowicz Poznań . . . . . . . . . . . . . 7 Adam Kawa Częstochowa . . . . . . . . . . . . . . 7 Michał Koziak Sosnowiec . . . . . . . . . . . . . . 7 Rafał Kozik Bielsko-Biała . . . . . . . . . . . . . . 7 Wojciech Macek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Piotr Masłowski Wrocław . . . . . . . . . . . . . . 7 Marcin Szatkowski Ciechanów . . . . . . . . . . 7 Bartosz Tarnowski Katowice . . . . . . . . . . . . 7 Piotr Tatoń Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Paweł Konopacki Gliwice . . . . . . . . . . . . . . . 6 Piotr Kuranty Sól . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Piotr Łaskarzewski Lewin Brzeski . . . . . . . 6 Eryk Michałowski Lublin . . . . . . . . . . . . . . 6 Łukasz Oszmaniec Żory. . . . . . . . . . . . . . . . 6 Adam Robaczewski Wejherowo . . . . . . . . . . 6 Adam Władziński Górzno . . . . . . . . . . . . . . 6 Teodor Woźniak Łódź . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Dawid Arendarski Bogunice . . . . . . . . . . . . 5 Piotr Cieśliński Kraków . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Filip Grabarek Opole . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Damian Jasik Kończyce . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Piotr Krzyżaniak Rybnik . . . . . . . . . . . . . . . 5 Marta Mrozowicz Ostrowiec Św. . . . . . . . . . 5 Marcin Nosal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Bartłomiej Ogryczak Kościan . . . . . . . . . 5 Anna Przybysz Szczecin . . . . . . . . . . . . . . . 5 Kacper Rogalski Zielona Góra . . . . . . . . . . . 5 Andrzej Szulda Olsztyn . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Mateusz Wiśniewski Wisznice . . . . . . . . . . . 5 Paweł Wojewoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h Fot. 7 Układ Adama Kulpińskiego Fot. 8 Lampka Mateusza Ulfika Fotografia 8 pokazuje Dwukolorową lampkę rowerową Mateusza Ulfika z Przezchlebia. Fotoelement po oświetleniu zewnętrznym światłem zmienia kolor świecenia diod. Jakub Borzdyński z Glinika wykonał Fot. 9 Model Jakuba Borzdyńskiego Półinteligentką lampkę rowerową, pokazana na fotografii 9. Paweł Karcz z Krakowa zrealizował pokazany na fotografii 10 Alarm (nie tylko) rowerowy, mający także dodatkowe funkcje. Z kolei Mateusz Dołgoszej z Ełku przysłał trzy projekty: Speed meter, Zwariowaną linijkę i Kierunkowskazy. Wszystkie trzy modele pokazane są na fotografii 11. Dwóch Kolegów przysłało szersze opisy instalacji swoich rowerów. Fotografia 12 pokazuje pojazd 18-letniego Radosława Borowicza z Poznania. Natomiast fotografia 13 przedstawia „widmowy napis” uzyskany przez 17-letniego Łukasza Kwiatkowskiego z Krakowa (HORMON to jego osiedlowy pseudonim). Autor napisał: To zadanie to strzał w dziesiątkę, ponieważ na nikim nie zrobi wrażenia własnoręcznie zrobiony ściemniacz, termometr czy wzmacniacz – takie rzeczy można kupić w sklepie. Natomiast tuning rowerów to dziedzina nowa, niezwykle efektowna i mało popularna, praktycznie nieobecna. (…) Układzik oparłem na mikroprocesorze AT TINY 2313, po włączeniu steruje on sześcioma niebieskimi diodami, tak że gdy jadę, na kole pojawia się moja ksywka. (…) Zasilam go z baterii litowej. Wszystko jest przyklejone za pomocą kleju do pistoletów klejowych. Łukasz przysłał jedynie niezbyt długi opis, jednak wszystko wskazuje, że po rozbudowaniu może to być znakomity projekt okładkowy w jednym z wiosennych numerów EdW. Napisałem do Autora w tej sprawie. Podsumowanie Gratuluję wszystkim, którzy wzięli udział w rozwiązaniu tego zadania! Przykro mi, że z uwagi na szczupłość puli nagród nie mogę Fot. 12 Rower Radosława Borowicza Fot. 10 Alarm Pawła Karcza Fot. 11 Modele Mateusza Dołgoszeja E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h 37 Szkoła Konstruktorów wtedy, gdy temat jest mniej atrakcyjny. Ogromnie się cieszę, że w sumie 10 projektów ośmiu Autorów mogę skierować do sprawdzenia i publikacji. Jestem pod dużym wrażeniem Fot. 13 Efekt Łukasza Kwiatkowskiego postępu, jaki zrobili niektórzy nastoletni uczestnicy naszej Szkoły. Nagrody za zadanie 125 otrzymują: Teodor Woźniak, Marta Mrozowicz i Adam Kulpiński. Upominki otrzymują: Jarosław Chudoba, Marek Osiak, Dariusz Iwanoczko, Mateusz Dołgoszej i Łukasz Kwiatkowski. Honoraria autorskie po publikacji swoich prac w EdW otrzymają: Radosław Kraw- obdarować wszystkich, którzy na to zasługują. Ale taka jest prawidłowość – łatwo zdobyć nagrodę wtedy, gdy jest mało prac, czyli czyk, Adam Kulpiński, Mateusz Ulfik, Jakub Borzdyński, Paweł Karcz, Mateusz Dołgoszej, Radosław Borowicz i Łukasz Kwiatkowski. Na koniec prośba – przypomnienie dla osób przysyłających materiały w postaci elektronicznej: bardzo proszę o przysyłanie schematów, projektów płytek i innych rysunków w popularnych formatach, na przykład PDF, JPG, GIF czy PNG, i to także wtedy, gdy przysyłacie źródłowy plik z danego programu projektowego. Jak zwykle pozdrawiam serdecznie wszystkich sympatyków Szkoły i zapraszam do udziału w rozwiązaniu jej zadań. Wasz Instruktor Piotr Górecki Druga klasa Szkoły Konstruktorów Co tu nie gra? - Szkoła Konstruktorów klasa II Zadanie 130 Na rysunku A pokazany jest schemat zamka szyfrowego, nadesłany jako rozwiązanie zadania głównego przez 12-letniego uczestnika. Młodziutkiemu Koledze trzeba pogratulować pomysłu i wnikliwości oraz zachęcić do dalszych działań. Niemniej z uwagi na młody wiek nie należałoby się dziwić, jeśli układ zawierałby usterki. Oto fragment opisu: W podanym schemacie, aby wyłączyć alarm, należy nacisnąć 3 razy P1, a następnie 3 razy P2. Jeśli naciśnie się cztery razy P1 lub P2, wtedy włączy się brzęczyk piezo z generatorem. (Można też domontować przekaźnik i dołączyć do centralki alarmowej). Aby włączyć alarm, należy nacisnąć P3. Jak zwykle pytanie brzmi: Co tu nie gra? Rys. A 38 Bardzo proszę o możliwie krótkie odpowiedzi. Kartki, listy i e-maile oznaczcie dopiskiem NieGra130 i nadeślijcie w terminie 60 dni od ukazania się tego numeru EdW. Autorzy najlepszych odpowiedzi otrzymają upominki. Rozwiązanie zadania 125 W EdW 7/2006 na stronie 40 pokazany był rysunek B, schemat swego rodzaju radaru podczerwieni i dość obszerny opis, nadesłane kiedyś przez 15-, czy 16-letniego wówczas uczestnika naszej Szkoły. Zadanie znalezienia wszystkich usterek okazało się dość trudne, a niektórzy napisali wprost, iż nie zrozumieli niejasnego i nieprecyzyjnego opisu. W każdym razie wychwyciliście szereg usterek i błędów. Już na pierwszy rzut oka widać dwa elementarne błędy. Jeden to odwrotne włączenie fotodiody D3. Oczywiście musi ona być włączona w kierunku zaporowym. Na marginesie można dodać, że HFD3033 jest przeznaczoną do transmisji światłowodowej ultraszybką fotodiodą o czasie reakcji 1,2ns i oczywiście w takim układzie nie ma potrzeby stosowania tak bardzo szybkiego elementu. Drugą oczywistą usterką jest zaproponowany „odwrotny” sposób włączenia tranzystora T4 typu PNP. Jak słusznie wskazali wszyscy uczestnicy, obwód z głośnikiem nie będzie pracował. Naładowany kondensator C3 nie miałby się jak rozładować (ani przez T4, ani przez R14). Domyślam się, że niemający praktycznego doświadczenia Autor celowo tak włączył T4 w związku z nietypowym Rys. B E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h sposobem sterowania. Nawet w przypadku „klasycznego” włączenia T4 emiterem do emitera T3 układ nie mógłby pracować, bo do wysterowania T4 potrzebny byłby wtedy wypływający prąd bazy, a przez R14 prąd może płynąć tylko w jednym kierunku. Nawet gdyby te dwa błędy potraktować jako pomyłki przy rysowaniu schematu, znaleźliście szereg innych usterek. Wątpliwości kilku uczestników wzbudził obwód z diodą D4 i R15 o znacznej wartości. Nie jest to jednak błąd – co najwyżej poważnie zmniejszyłoby to głośność dźwięku z 8-omowego głośniczka. Wątpliwości wzbudziły wartości C2 i R13 – rzeczywiście z co najmniej dwóch powodów pojemność należałoby zwiększyć, a rezystancję zwiększyć. Pisaliście, że generator U2B niepotrzebnie cały czas pracuje i zużywa prąd, a mógłby być włączany tylko na czas pracy głośnika. Rzeczywiście, taki sposób pracy byłby lepszy i łatwiejszy w realizacji, natomiast drobne oszczędności prądu są nieistotne, jeśli cały czas pracuje nadajnik z diodami D1, D2. Oto fragment jednej z prac: Autor słusznie zastosował kluczowanie prądu diod nadawczych D1, D2 za pomocą generatora. Cóż z tego, jeśli nie ma to żadnego znaczenia w odbiorniku, który reaguje też na wszelkie sygnały, także na poziom oświetlenia stałego, (…) czyli kluczowanie na nic się nie przyda. Rzeczywiście, jest to istotna niekonsekwencja, ponieważ opis sugeruje, iż impulsy światła mają zmieniać poziom napięcia stałego na R5 (powyżej 0,9V). Tymczasem wystąpi tam jakiś przebieg tętniący, ponieważ do fotodiody dotrą impulsy, ale też światło (podczerwień) z otoczenia. Na R5 wystąpią niewielkie impulsy nałożone na jakieś napięcie stałe, którego wartość będzie zmieniać się w szerokich granicach, zależnie od oświetlenia tła. Jak najbardziej słuszne są wnioski uczestników, którzy proponują, by oddzielić składową zmienną i w ten sposób zredukować wpływ oświetlenia tła. Można to zrobić za pomocą obwodu rezonansowego LC, filtru aktywnego albo nawet prościutkiego obwodu RC, odcinającego składową stałą. Z fotodiodą współpracuje typowy wzmacniacz odwracający (a nie wzmacniacz różnicowy), który po pierwsze, będzie reagował nie tylko na impulsy, ale przede wszystkim na światło tła. Po drugie, jest to wzmacniacz odwracający, więc wzrost napięcia na R5 spowodowałby zmniejszenie niemal do zera napięcia na bazie T2. A według założeń miało być odwrotnie. Autor pisze, że wzmocnienie jest równe 10, a więc nie jest to pomyłka przy oznaczaniu wejść wzmacniacza operacyjnego U2A. Bardziej dociekliwym i zaawansowanym Czytelnikom można tu też zwrócić uwagę, że zaproponowany wzmacniacz odwracający ma oporność wejściową równą R6 (1kΩ), natomiast fotodioda z zasady jest źródłem prądowym o dużej rezystancji wewnętrznej. Tymczasem prądy pracy są małe, a ustawiona wartość R5 może być dużo większa niż 1kΩ. W efekcie wzmacniacz wcale nie będzie miał wzmocnienia 10, tylko będzie przetwornikiem prąd/napięcie o współczynniku przetwarzania wyznaczonym przez R9. Obwody fotodiody i wzmacniacza wymagają więc radykalnej zmiany. Z opisu zdaje się wynikać, że tranzystor T2 ma być kluczem, łączącym generator U2B ze wzmacniaczem głośnikowym. Idea na pozór słuszna. Tylko że tak włączony tranzystor nie nadaje się do takiej roli. Trzeba na przykład wziąć pod uwagę oczywisty fakt, że złącze baza-kolektor tranzystora T2 będzie działać jak zwyczajna dioda. Mianowicie gdy na wyjściu U2A napięcie będzie wysokie, a na wyjściu U2B – niskie, wtedy między tymi wejściami popłynie duży prąd właśnie przez złącze baza-emiter T2. Paradoksalnie da to znaczne wahania napięcia na bazie T2, ale taki sposób jest niedopuszczalny z uwagi na marnotrawstwo prądu. Nikt z uczestników nie zwrócił uwagi na inny fakt: otóż generator U2B i nieprawidłowy klucz w postaci T2 mogą okazać się… zupeł- nie niepotrzebne. Przecież do głośnika można doprowadzić wzmocnione impulsy odebrane przez fotodiodę. Trzeba tylko zastosować R1, C1 o wartości, która da przebieg o częstotliwości akustycznej, najlepiej 1…4kHz. Wystarczy zapewnić, że do głośnika dotrą tylko impulsy o odpowiednio dużej amplitudzie. Do tego wystarczy wykorzystać zwykły tranzystor i rezystor między bazą a emiterem, by przechodziły przezeń impulsy o amplitudzie większej niż napięcie baza-emiter. Celowo zamieściłem wcześniej obszerny opis schematu, a teraz szczegółowo przeanalizowałem schemat. Przy okazji chciałem pokazać, że ładnie narysowany schemat i obszerne, na pozór wnikliwe wytłumaczenie może na kimś niezorientowanym wywrzeć wrażenie, że jest to dobry układ doświadczonego konstruktora. Tymczasem układ wymaga radykalnej przeróbki. Nie ma szans na poprawną pracę, ponieważ zawiera mnóstwo większych i mniejszych błędów. W sumie młodziutkiego Autora można nawet pochwalić za próbę zmierzenia się z niełatwym wbrew pozorom tematem, a na usprawiedliwienie mogę przytoczyć fragment pierwotnego opisu, kończącego się następująco: (…) Wspominam, że jest to tylko pomysł, który nie został sprawdzony w praktyce, więc nie jestem pewien, czy coś takiego by zadziałało. Niech omówiony przykład zarówno dla Autora, jak i wielu innych Czytelników EdW będzie ostrzeżeniem przed pokusą zostania „niepoprawnym teoretykiem” oraz kolejną zachętą do działań praktycznych – prawie wszystkie omówione usterki wyszłyby natychmiast na jaw po zbudowaniu modelu. Warto też zaczynać od układów jak najprostszych – mogłoby się okazać, że niedoświadczony kandydat na konstruktora zniechęci się przed doprowadzeniem układu do postaci nadającej się do praktycznego użycia. Upominki za uwagi dotyczące omawianego schematu otrzymują: Michał Olejniczak – Łodź, Ryszard Pichl – Gdynia, Marcin Waszczuk – Sosnowiec. Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów o wzmocnieniu około 1V/V według ogólnej idei z rysunku A. Bufor może zawierać 1 do 3 tranzystorów i ma być zasilany napięciem 5V. W żadA nym wypadku nie chodzi o eksperymentalne dobranie elementów układu ani o odszukanie w literaturze podobnego rozwiązania, tylko o samodzielne obliczenie wartości elementów. Dlatego w rozwiązaniu należy podać: 1. schemat układu 2. wartości elementów ale dobrze byłoby także: 3. zwięźle wyjaśnić, dlaczego wartości elementów są takie, a nie inne. Rozwiązania powinny być możliwie krótkie, ale ważne jest, by podać wyjaśnienie, dotyczące przyjętych wartości elementów. Najlepiej, gdyby praca zawierała zwięzły opis przebiegu obliczeń. Nagrodami będą kity AVT lub książki. Wszystkie rozwiązania nadsyłane w terminie 60 dni od ukazania się tego numeru EdW powinny mieć dopisek Policz130 (na kopercie, a w tytule maila dodatkowo nazwisko, np.: Policz130Jankowski). Z uwagi na specyfikę zadania, bardzo proszę o podawanie swojego wieku oraz miejsca nauki czy pracy. Zapraszam do rozwiązania tego zadania zarówno doświadczonych, jak i początkujących elektroników, którzy nie potrafią przeanalizować wszystkich subtelności układu. Można też jeszcze nadsyłać rozwiązania zadania Policz129 z poprzedniego miesiąca. Policz 130 Przeprowadzamy eksperymenty z sygnałem telewizyjnym. Chcemy „podkradać” sygnał m.cz. i w tym celu zbudujemy bufor. Jego wejście ma być podłączone do pracującego toru telewizyjnego m.cz. i aby nie obciążyć tego źródła, bufor powinien mieć oporność wejściową powyżej 750Ω. Bufor będzie obciążony bardzo długim kablem antenowym (75-omowym) z dołączoną na końcu rezystancją Ro=75Ω, więc dla uzyskania dopasowania ma mieć rezystancję wyjściową 75Ω. Minimalne pasmo przenoszenia bufora to 50Hz…6MHz. Chcemy zbudować możliwie prosty wtórnik tranzystorowy E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h 39 Szkoła Konstruktorów W ramach trzeciej klasy Szkoły Konstruktorów zajmujemy się przykładami praktycznych obliczeń. Są to zazwyczaj nieskomplikowane obliczenia, z jakimi mamy do czynienia na co dzień. Przy okazji jest to też praktyczna nauka korzystania z kart katalogowych. Rozwiązanie zadania Policz 125 W EdW 7/2004 przedstawione było zadanie z serii Policz, które brzmiało: Budujemy prościutką przystawkę do pomiaru prądów stałych. Wykorzystamy połówkę popularnego wzmacniacz operacyjnego LM358. Ponieważ zależy nam na małym spadku napięcia na rezystorze pomiarowym, wzmocnienie musi wynosić 40dB. Wzmocnione napięcie będzie mierzone popularnym cyfrowym woltomierzem (multimetrem) na zakresie 2V a może nawet 200mV. Zaprojektuj prosty układ takiego wzmacniacza według idei z rysunku B. Wartość rezystora pomiarowego Rx jest nieistotna – będzie wynosić 1Ω lub mniej. Należy podać schemat i wartości elementów bloku zaznaczonego kolorem niebieskim. Jeśli ktoś uzna to za potrzebne, może wykorzystać drugą połówkę układu scalonego LM358 – można przyjąć, że obie mają identyczne wszystkie parametry. B Proste obliczenia Pierwszym krokiem musi być przeliczenie podanej w decybelach wartości wzmocnienia napięciowego. Można było skorzystać z przekształconej zależności: K[dB] = 20log(Uwy/Uwe). Jeśli 40dB = 20 log10(Uwy/Uwe) to 40/20 = log10(Uwy/Uwe) czyli 2 = log10(Uwy/Uwe) a to oznacza, że: Uwy/Uwe = 102 = 100 na kalkulatorze Windows (wersja naukowa) można to zrealizować, wprowadzając: 10 klawisz potęgowania x^y 2 klawisz = albo jako odwrotność logarytmu: 2 zaznaczyć okienko Inv, klawisz log Wzmocnienie stało- i zmiennoprądowe ma wynosić 100. Dwa proste schematy realizujące warunki zadania pokazane są na rysunku C. Rezystory w miarę możliwości powinny być precyzyjne, o tolerancji 1%, a dodatkowo warto zastosować potencjometr, który pozwoli uzys- 40 kać wzmocnienie dokładnie równe 100, niezależnie od tolerancji rezystorów. Dla uzyskania wzmocnienia równego 100 należy zachować stosunek Ra/Rb=99, ponieważ wykorzystujemy wzmacniacz nieodwracający, którego wzmocnienie określone jest wzorem Ku = Ra/Rb +1 C Wartości Ra, Rb mogą być dobrane w szerokim zakresie, od kilkuset omów do kilkudziesięciu, a nawet kilkuset kiloomów. Gratulacje należą się wszystkim uczestnikom, którzy nadesłali podobne odpowiedzi. Takie prościutkie rozwiązania są prawidłowe i można by je było praktycznie wykorzystać w wielu zastosowaniach. Dodatkowe czynniki Przedstawiona dalej analiza zakłada dobrą znajomość podstawowych parametrów wzmacniacza operacyjnego. Początkujący Czytelnicy mogą mieć trudności ze zrozumieniem wszystkich podanych zależności, jednak nie powinni się tym stresować. Podany opis pokazuje wnikliwe podejście do zagadnienia, charakterystyczne dla profesjonalnych konstruktorów oraz najbardziej doświadczonych hobbystów, którzy chcą uwzględnić wszystkie szczegóły. Materiał ten wzbogaci wszystkich, którzy rozumieją parametry wzmacniacza operacyjnego, natomiast zupełnie początkującym ma tylko pokazać, ile jeszcze muszą się nauczyć, żeby zostać dobrymi konstruktorami. Otóż jeśli omawiany układ miałby być precyzyjnym miernikiem prądu, należałoby wziąć pod uwagę kilka dodatkowych czynników. Omawiany układ to przystawka do pomiaru prądu stałego. Gdyby woltomierz dołączyć wprost do rezystora Rx, to spadek napięcia na Rx musiałby wynosić 2V lub co najmniej 200mV. W praktycznych układach, na przykład w zasilaczach zależy nam, żeby ten spadek napięcia był jak najmniejszy i dlatego chcemy zastosować wzmacniacz. W treści zadania była wzmianka, że wzmocnienie naszego wzmacniacza ma wynosić 100. Jeśliby współpracujący woltomierz był 2-woltowy, to maksymalny spadek napięcia na Rx sięgnie 20mV. Jeszcze korzystniej byłoby w przypadku woltomierza o zakresie 200mV, bo wtedy maksymalny spadek napięcia na Rx wyniósłby tylko 2mV, co jest wręcz pomijalną wartością. Oznacza to jednocześnie, że rezystancja Rx miałaby bardzo małą wartość – być może nawet można byłoby mierzyć spadek napięcia na kawałku ścieżki. Zmniejszanie spadku napięcia na Rx to znakomita idea. Wszystko byłoby pięknie, tylko niestety wzmacniacz operacyjny nie jest doskonały. Jeśliby maksymalny sygnał wejściowy z rezystora Rx miał tylko kilka miliwoltów, koniecznie należałoby uwzględnić niedoskonałość wzmacniacza, a konkretnie przeanalizować wpływ, a także możliwości redukcji wpływu: napięcia niezrównoważenia, prądów wejściowych, dryftów termicznych. Co istotne, nie mamy żadnego wpływu na dryft termiczny wejściowego napięcia niezrównoważenia, ale być może moglibyśmy zredukować wpływ napięcia niezrównoważenia i prądów wejściowych. Trzeba zajrzeć do katalogu. Wybrałem sposób zaprezentowania danych, pochodzący z katalogu Fairchild Semiconductor, ponieważ w katalogach niektórych innych firm występują dodatkowe opcje, odmienne wartości parametrów i opis bywa mniej jednoznaczny. Podstawowe parametry podane są na rysunku D. W tabeli w ogóle nie ma wielkości dryftu cieplnego wejściowego napięcia niezrównoważenia. Informacje podane na rysunku D dotyczą bowiem temperatury pokojowej (+25oC). Trzeba sięgnąć do innej tabelki, która pokazuje parametry w całym zakresie temperatur pracy, jakim dla kostki LM358 jest 0…+70oC. Informacje takie pokazane są na rysunku E. Średnia wartość dryftu cieplnego wejściowego napięcia niezrównoważenia wynosi 7 mikrowoltów na stopień Celsjusza. Nasz wzmacniacz ma wzmocnienie równe 100, więc trzeba liczyć się z dryftem na wyjściu D E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h wynoszącym 700 mikrowoltów, czyli 0,7mV na stopień. Jeśli temperatura otoczenia podczas pracy naszego układu pomiarowego zmieniałaby się na przykład od +15 do 30oC, czyli o 15 stopni, trzeba liczyć się z faktem, że napięcie wyjściowe pod wpływem temperatury może zmieniać się o około 10mV (0,7mV/oC*15oC =10,5mV). Jeśli dołączony woltomierz będzie pracował w zakresie 2V, oznacza to błąd 0,5% pełnej skali (10mV/ 2000mV=0,005). Gorzej, gdyby był to woltomierz o zakresie 200mV – wtedy błąd wynikający z dryftu cieplnego wyniósłby aż 5% pełnej skali. Niestety, nie ma na to rady - aby zmniejszyć dryft cieplny, należałoby zastosować inną kostkę, choćby OP777 czy podwójną OP727, które też mogą pracować w takim układzie pracy, a mają dryft termiczny napięcia niezrównoważenia odpowiednio 0,3 i 0,4 mikrowolta na stopień Celsjusza, czyli mniej więcej dwudziestokrotnie mniejszy. Już teraz widać, że jeśli jednak mamy pozostać przy popularnym wzmacniaczu LM358 i wzmocnieniu 100x, to powinniśmy zastosować woltomierz 2-woltowy, a to oznacza, że na rezystorze pomiarowym Rx spadek napięcia sięgnie 20mV. Jest to zupełnie przyzwoite osiągnięcie. Jeśliby natomiast współpracujący woltomierz miał zakres 200mV, to z uwagi na niedoskonałość wzmacniacza nie powinniśmy pracować ze wzmocnieniem 100x, tylko obniżyć je do wartości 10…20x. Te wstępne wnioski wyciągnęliśmy, biorąc pod uwagę tylko jeden parametr – dryft cieplny. Warto przyjrzeć się także innym parametrom, bo wnoszone przez nie błędy mogą być jeszcze większe. I tak zgodnie z rysunkiem D prąd wejściowy, wypływający z wyjść wzmacniacza operacyjnego w temperaturze +25oC, typowo wynosi 45nA, a maksymalnie może wynosić F Przy małej wartości Rb, mniej więcej do 100Ω, nie mają znaczenia podane w katalogu prąd niezrównoważenia, mogący sięgać 0,15uA, oraz dryft cieplny prądu niezrównoważenia, wynoszący 10pA/oC. Miałyby one znaczenie tylko przy dużych wartościach współpracujących rezystorów. Analiza prądów wejściowych to jeszcze nie wszystko. Słusznie kilku uczestników zwróciło uwagę na wejściowe napięcie niezrównoważenia, nazywane też napięciem przesunięcia (offset voltage). Typowo wynosi ono około 3mV, ale może sięgnąć 7mV, a przy zmianach temperatury nawet 9mV. Już nawet typowa wartość rzędu 3mV pomnożona przez 100 daje na wyjściu aż 300mV, czyli 15% pełnej skali przy woltomierzu 2V. Co gorsza, nie jest to błąd proporcjonalny do mierzonej wartości. To stały błąd przesunięcia, który może być „dodatni” albo „ujemny”. Może się więc okazać, że w jednym egzemplarzu przy zerowym prądzie Ix na wyjściu wystąpi napięcie stałe 300mV, a prąd Ix będzie to napięcie zwiększał. W innym egzemplarzu biegunowość napięcia niezrównoważenia będzie odwrotna i napięcie na wyjściu będzie równe zeru nie tylko przy zerowym prądzie Ix, ale też przy małych prądach, 250nA. Rysunek E wskazuje, że w pełnym zakresie temperatur może on sięgnąć nawet 500nA, czyli 0,5uA. Prąd ten, przepływając przez rezystory, wywoła dodatkowy spadek napięcia. W praktyce interesuje nas tylko spadek napięcia na rezystancji Rb. Na pewno nie będzie ona większa niż 10kΩ, bo oznaczałoby to konieczność zastosowania Ra o niepraktycznie dużej wartości rzędu 1MΩ. Błąd, jaki wywołałby prąd 0,5uA płynący przez rezystancję 10kΩ, wyniesie 5mV, co po wzmocnieniu dałoby na wyjściu wzmacniacza 500mV – wartość absolutnie nie do zaakceptowania! Dlatego należy zastosować Rb o znacznie mniejszej wartości, co da też korzystniejszą, mniejszą wartość Ra. Ponadto w praktyce prąd wejściowy nie będzie aż tak duży. Jeśli Rb wyniesie około 1kΩ, a typowo prąd wejściowy wynosi 45nA, to typowy błąd na wejściu wyniesie 45uV, a na wyjściu 4,5mV, co byłoby do przyjęcia. Patrząc z tego punktu widzenia, warto zastosować Rb o jeszcze mniejszej wartości, na przykład 10Ω, jak w drugiej wersji na rysunku C. Wtedy Ra będzie mieć wartość rzędu 1kΩ i przy napięciu 2V na wyjściu popłynie przezeń 2mA prądu, ale to nie problem, bo wyjście wzmacniacza ma dużo większą wydajność. E R E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h E K L A M A 41 Szkoła Konstruktorów G H J gdy spadek napięcia na Rx będzie mniejszy niż 3mV. Dopiero prąd, który spowoduje spadek napięcia na Rx powyżej 3mV, spowoduje wzrost napięcia na wyjściu wzmacniacza powyżej zera. Woltomierz byłby wtedy „martwy” przy prądzie Ix o wartościach 0…15% wartości nominalnej. Podane 300mV na wyjściu to wartość typowa, więc z takim błędem trzeba liczyć się w każdym egzemplarzu. W skrajnych przypadkach błąd przesunięcia może sięgnąć aż 700…900mV, co absolutnie wyklucza użycie woltomierza o zakresie 200mV. W sumie nawet w wersji z woltomierzem 2-woltowym 42 stały błąd przesunięcia rzędu 300mV też jest nie do zaakceptowania! Znów prosiłoby się użyć bardziej precyzyjnego wzmacniacza, choćby wspomnianego OP777 czy OP727, gdzie typowo wejściowe napięcie niezrównoważenia jest rzędu 20…30 mikrowoltów, a maksymalnie 100…160uV, jak pokazuje rysunek F. Chcąc zastosować popularny LM358 i uzyskać w miarę precyzyjny układ pomiarowy, należałoby zastosować jakiś sposób na wyeliminowanie głównego winowajcy - wejściowego napięcia niezrównoważenia. Trzeba znaleźć sposób korekcji czy kompensacji napięcia niezrównoważenia. W podwójnej kostce LM358 nie ma końcówek do korekcji takiego napięcia, a popularnej precyzyjnej kostki OP07 czy OP77 nie możemy zastosować, bo nie może ona pracować w takich warunkach przy zasilaniu pojedynczym napięciem. Można byłoby wykorzystać wspomnianą pojedynczą kostkę OP777, wyposażoną w końcówki do korekcji napięcia niezrównoważenia. W przypadku LM358 należałoby wykorzystać jakiś nietypowy sposób kompensacji napięcia offsetu. Wśród nadesłanych prac nie było takich propozycji. Ja też nie będę analizował możliwych rozwiązań. Wspomnę tylko, że jednym z nietypowych sposobów mogłoby być użycie drugiego wzmacniacza z kostki w roli „wzmacniacza odniesienia” o takim samym wzmocnieniu, z wejściem „dodatnim” zwarL tym do masy i pomiar napięcia woltomierzem nie względem masy, ale między dwoma wyjściami, jak pokazuje rysunek G. Sposób sprawdziłby się jednak tylko dla połowy egzemplarzy kostek – tych mających „dodatnie” napięcie niezrównoważenia i to przy założeniu, że oba wzmacniacze z jednej kostki mają identyczne parametry, a co do tego można mieć wątpliwości. Inną możliwością, jaką można byłoby wziąć pod uwagę, jest zastosowanie wzmacniacza odwracającego, potencjometru i rezystora o dużej wartości według którejś z uproszczonych wersji pokazanych na rysunku H. Tu widać możliwość kompensacji napięcia niezrównoważenia o obu biegunowościach przez wlutowanie jednego z rezystorów RK1, RK2. Ale nawet gdyby w ten czy inny sposób udało się całkowicie wyeliminować „wrodzone” napięcie przesunięcia danego egzemplarza układu LM358, trzeba liczyć się z wcześniej omówionym dryftem napięcia niezrównoważenia (7uV/oC), co jak obliczyliśmy, może skutkować napięciem przesunięcia 10mV. Oczywiście taką wartość można bez trudu zaakceptować na zakresie 2V. Na koniec wspomnę, że zamiast wzmacniacza o wzmocnieniu 100 jak najbardziej można zastosować dwa o wzmocnieniu 10, jak pokazuje rysunek J. Polepszy to właściwości dynamiczne, ale niestety nie zredukuje omówionych wcześniej błędów. Podobnie można też zastosować wzmacniacz różnicowy według rysunku K, co jednak w tym przypadku nie jest konieczne, ale pozwoli łatwiej zapanować nad problemem prądów wejściowych i wejściowego prądu niezrównoważenia. K Kilka osób zasygnalizowało możliwość i potrzebę uśrednienia sygnału, co byłoby potrzebne, gdyby prąd miał charakter impulsowy, a woltomierz byłby cyfrowy. Wtedy jednak, z uwagi na prąd polaryzacji wejścia zamiast prostego rozwiązania z filtrem RC na wejściu nieodwracającym, lepiej byłoby zastosować uśrednianie po wzmocnieniu, jak pokazuje rysunek L. Wszystkie nadesłane odpowiedzi uznałem za prawidłowe. Oczywiście większość zawierała tylko elementarne obliczenia przedstawione na początku. Upominki za rozwiązanie zadania Policz125 otrzymują: Janusz Gwóźdź – Wola, Piotr Raczyński – Gdynia, Krzysztof Turek – Jasło. Piotr Górecki R E K L A M A E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h