docOśla łączka
download 
Reklamacja Transkrypt
Ośla łączka
45 A3 Ośla łączka Ćwiczenie 5 Elektroniczna klepsydra Na rysunku 13 znajdziesz schemat elek− tronicznej klepsydry. Po naciśnięciu przycisku S zaświeca się dioda zielona. Z upływem czasu zielona świeci coraz słabiej, a czerwona coraz silniej. Gdy dioda zielona zgaśnie, na chwilę ode− zwie się brzęczyk, sygnalizując upływ odmierzanego odcinka czasu. O długości odmierzanego czasu decyduje pojem− ność C1 i rezystancja R1. Wbrew pozorom, ćwiczenie wcale nie jest skomplikowane. W układzie znajdziesz kilka interesujących bloków, dowiesz się, jak dostosowywać układ do potrzeb, a co najważniejsze, zapoznasz się z pojęciem masy. Wykonaj klepsydrę, ale według ry− sunku 14. Przykładowy model zoba− czysz na fotografii 4. Wcześniej staran− nie porównaj rysunki 13 i 14. Jest to Rys. 13 Rys. 14 Warystor Warystor to rodzaj rezy− stora, którego rezystancja zależy od wartości napię− cia, występującego na je− go końcówkach. Także jest elementem niebiegu− nowym. Przy małych na− pięciach rezystancja wary− stora jest bardzo duża, rzę− du megaomów. Po przekroczeniu napięcia nominalnego rezystancja gwałtownie maleje, dziesiątki i setki razy. Na schematach i opi− sach spotyka się oznaczenie VDR (Voltage Dependent Resistor). Głównym parametrem warystora jest... napięcie nominalne, a nie jakakolwiek rezy− stancja. Przy małych napięciach rezystancja powinna być jak największa, a przy napię− ciach większych od „nominalnego” – powin− na jak najszybciej maleć. Dawniej warystory wykorzystywane były do stabilizacji napięcia, a obecnie stosowane są tylko w obwodach zabezpie− czeń przed przepięciami. Typowy przykład zastosowania to ochrona linii telefonicz− nych. Gdy napięcie między żyłami linii wzrośnie, na przykład wskutek uderzenia pioruna, rezystancja warystora maleje, płynie przezeń duży prąd i napięcie zosta− je ograniczone do „napięcia nominalnego” tego warystora. Podczas wypraw na oślą łączkę nie bę− dziemy wykorzystywać warystorów, zresztą są one wypierane przez inne elementy, nie zaszkodzi jednak wiedzieć, co to za podze− społy. Warystory firmy Siemens O ile kluczowymi parametrami kondensatora są pojemność i napięcie maksymalne, o tyle dla cew− ki są to indukcyjność i prąd maksymalny. Wartość indukcyjności cewki (i nie tylko) ogromnie zależy od zastosowanego rdzenia. W sumie to właśnie rdzeń decyduje o właściwościach cewki. Zbyt duże napięcie dołączone do kondensatora może nieodwracalnie uszkodzić jego dielektryk. Inaczej jest z cewkami. Prąd większy od podanego w katalogu od razu jej nie uszkodzi, jednak dopro− Elektronika dla Wszystkich wadzi do tak zwanego nasycenia rdzenia. Gdy rdzeń zostaje nasycony, cewka gwałtownie traci indukcyjność i przestaje pełnić pożądaną rolę – praktycznie staje się rezystorem o małej wartości (po zmniejszeniu prądu natychmiast odzyskuje pierwotne właściwości). Choć więc nasycenie rdzenia nie spowoduje trwałego uszkodzenia, nie należy przekraczać dopuszczalnego, podanego w katalogu prądu, który zresztą dla poszczegól− nych cewek jest różny. Natomiast do fizycznego uszkodzenia cewki (izolacji drutu) wskutek prze− grzania dojdzie przy prądzie dużo większym niż jej katalogowy prąd maksymalny. Dodatkowe parametry przekaźników Podstawowe parametry przekaźnika to napięcie nominalne cewki oraz obciążalność styków (dopu− szczalny prąd i napięcie). Napięcie podawane na cewkę przekaźnika nie powinno być większe niż 120% napięcia nominal− nego ze względu na możliwość przegrzania. War− 37 TECHNIKALIA Jak zepsuć cewkę... ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Informacje dotyczące zestawu EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 120. A3 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Na pewno się zdziwisz, gdy się dowiesz, że każdy „zwykły” rezystor też minimalnie zmienia swą rezystancję zależnie od przyło− żonego napięcia, jednak zmiany te są nie− wielkie, rzędu ułamka procenta. TECHNIKALIA Ośla łączka to wiedzieć, że każdy przekaźnik zadziała także przy napięciu równym 90% napięcia nominalne− go. Istotna jest też informacja, że po zadziałaniu przekaźnika, gdy elektromagnes przyciągnie ko− twicę i zamknie obwód magnetyczny, można śmiało obniżyć napięcie na cewce przekaźnika na− wet do 30% nominalnego. Dlatego w katalogach podaje się nie tylko napięcie nominalne przeka− źnika, ale też gwarantowane napięcia zadziałania i podtrzymywania. Cewka indukcyjna, dławik Najprościej mówiąc, cewka to element elek− troniczny, zawierający pewną liczbę zwojów drutu. Zazwyczaj cewka zawiera także rdzeń, wy− konany albo z tak zwane− go ferrytu, albo z zesta− wu cienkich blaszek. Na schematach cewki oznacza się literą L. Co ciekawe, w cewce można gromadzić energię. W pewnym sensie cewka jest przeci− wieństwem kondensatora. Hobbyści nie lubią cewek. Niektórzy wręcz się ich panicznie boją, nie mogąc zro− zumieć zasady ich działania. Ty się nie bój cewek! Obecnie cewki są wykorzystywane stosunkowo rzadko. Nie musimy ani obli− czać, ani nawijać cewek. W razie potrzeby stosujemy gotowe, o znanych parametrach. Działanie cewki niektórym wydaje się dziwne i niezwykłe. W rzeczywistości opiera się na bardzo prostej zasadzie: cewka „nie lu− bi” gwałtownych zmian prądu. Na próbę zmiany wartości prądu reaguje powstaniem „własnego” napięcia. Napięcie to niejako próbuje przeciwstawić się zmianom prądu. Powstające „własne” napięcie nazywane jest napięciem samoindukcji. Tę właściwość ce− wek badaliśmy w ćwiczeniach 8 oraz 9. W cewce, która zostanie dołączona do źródła napięcia przez chwilę powstaje tzw. napięcie samoindukcji, które odejmuje się od napię− cia zasilania. W rezultacie prąd w cewce na− rasta stopniowo. Z kolei przy przerwaniu ob− Różne cewki (dławiki) 38 46 w zasadzie ten sam układ, w pewnym źródło prądowe to układ lub element, sensie odwrócony. Ponieważ chciałem który wytwarza (przez który płynie) zastosować diodę dwukolorową, nie prąd o niezmiennej wartości. mogłem wykorzystać rysunku 13, bo Na wyprawie drugiej dowiedziałeś nie mam diody dwukolorowej ze się, że napięcie na kondensatorze ła− wspólną anodą. Dostosowałem więc dowanym przez rezystor zmienia się układ do typowej diody dwukolorowej nieliniowo według pewnej krzywej ze wspólną katodą. Zwróć uwagę na wykładniczej. Teraz jest inaczej – na− numerację elementów na obu rysun− pięcie na kondensatorze (C1) ładowa− kach. Układ połączeń na rysunkach 13 nym niezmiennym prądem ze źródła i 14 jest w sumie taki sam. prądowego (T1, R1) zmienia się jed− Schemat na rysunku 14 narysowałem nostajnie, czyli liniowo. Tak samo li− jednak w nieco inny sposób, bo najwyż− niowo zwiększa się jasność diody sza pora wprowadzić pojęcie masy. czerwonej, która pracuje w obwo− Najprościej biorąc, obwód dzie monitora napięcia masy to taki obwód, z elementami T3, R4, Czy wiesz, że... względem którego T4, R5. mierzymy napięcia Obie diody świe− tani amperomierz ma rezystancję we− (tu dołączamy czar− wnętrzną z zakresie 100Ω...0,1Ω, zależ− cące D2 zasilane są ny przewód wolto− ze wspólnego źródła nie od zakresu pomiarowego. mierza). Obwód masy prądowego z elementa− nie jest jednak wybrany mi T2, R2. Jasność diody przypadkowo. Zwykle jest to obwód czerwonej rośnie jednostajnie od zera. ujemnej szyny zasilania. Przeczytaj też Na samym początku, gdy dioda czerwo− o masie w części TECHNIKALIA. na jeszcze nie świeci, cały prąd źródła Oczywiście wszystkie punkty ozna− prądowego płynie przez diodę zieloną. czone symbolem masy są ze sobą Świecąca coraz jaśniej dioda czerwona połączone. Tak samo strzałeczka ozna− zabiera coraz więcej prądu dostarczane− czona VCC wskazuje, że rezystor R3 go przez T2. Tym samym dioda zielona jest dołączony do dodatniej szyny zasi− świeci coraz słabiej. Tranzystor T5 lania (znajdź oba napisy VCC). Dzięki i dzielnik R6, R7 są potrzebne do takiej zastosowaniu symbolu masy, a także właśnie pracy diody zielonej. symbolu napięcia zasilającego (tu ozna− W każdym razie malejący prąd dio− czonego VCC), schematy są dużo czy− dy zielonej płynie przez T5, R8 i złą− telniejsze, bo unika się plątaniny linii. cze B−E tranzystora T6. Gdy zmaleje Od tej pory obwód masy będziemy on do bardzo małej wartości, zatka się oznaczać na schematach w taki właśnie otwarty dotąd tranzystor T6. Napięcie sposób. na końcówkach rezystora R9 zmniej− Zwróć też uwagę na ciekawe obwody szy się. Dodatkowy rezystor R10 za− na schematach klepsydry. Jak wiesz, na− pewnia niewielką histerezę i przy− pięcie na czerwonej diodzie LED (D1) spiesza proces przełączania T6. W re− wynosi około 1,8V (1,6...2V), a spadek zultacie napięcie na kolektorze T6 napięcia baza−emiter tranzystorów to zmieni się gwałtownie i przez kon− około 0,6V. Oznacza to, że na rezysto− densator C2 „pociągnie za sobą” bazę rach R1, R2 wystąpi niezmienne napię− T7. Brzęczyk piezo odezwie się na cie około 1,2V. Przez te rezystory po− czas wyznaczony głównie przez C2, płyną prądy o niezmiennej wartości, R11. wyznaczonej przez R1 i R2 (I=U/R). Taki układ możesz wykorzystać Praktycznie takie same prądy popłyną w praktyce (np. 3−minutowa klepsydra w obwodach kolektorów T1 i T2. Uwa− do gotowania jajek). Czas możesz regu− żaj − elementy R3, D1, T1, R1, T2, T2 lować w szerokich granicach: tworzą dwa tak zwane źródła prądowe. − zgrubnie zmieniając pojemność C1 Na razie wystarczy Ci informacja, że (1µF...1000µF) Wykorzystanie multimetru Jeśli popełnisz błąd i włączysz amperomierz rów− nolegle do baterii lub zasilacza, prawdopodobnie spalisz wewnętrzny bezpiecznik. Trzeba go będzie wymienić. Gorzej, gdy omomierz dołączysz do punktów o znacznym napięciu (100V lub więcej) – zapewne uszkodzisz miernik. Ponieważ najwięcej uszkodzeń multimetrów wynika z niewłaściwego ich ustawienia, dlatego nie warto się śpieszyć, tylko od początku prze− strzegać prostej zasady: sprawdzić ustawienia multimetru przed każdym pomiarem. Spróbuj od początku stosować tę prostą zasadę. A teraz kolejna ważna sprawa: jak myślisz, czy dołączając do pracującego układu miernik (wolto− mierz albo amperomierz) coś w tym układzie zabu− rzasz? Pomyśl... Elektronika dla Wszystkich 47 A3 Ośla łączka Ćwiczenie 6 Od dawna wiesz, jak działa tranzy− stor. Pojawienie się prądu bazy powo− duje przepływ prą− du w kolektorze. Gdy prąd bazy za− nika, prąd kolekto− ra również przesta− je płynąć. Dodajmy teraz do tranzystora dru− gi tranzystor we− dług rysunku 15a. W stanie spoczyn− Słusznie! Wszystko zależy od tego, czym z „elektronicznego” punktu widzenia jest wolto− mierz i amperomierz. Śpieszę z wyjaśnieniem: z elektronicznego punktu widzenia zarówno woltomierz, jak i ampe− romierz przedstawiają sobą jakąś rezystancję – zo− bacz rysunek H. Ich włączenie w pracujący układ jest równoznaczne z dodaniem równoległego (wol− tomierz) bądź szeregowego (amperomierz) rezy− stora, czyli coś w układzie zmienia. Zapamiętaj następujące informacje: Elektronika dla Wszystkich A G K Rys. 15 H Podstawowym parametrem cewki jest indukcyjność. Indukcyjność (cewki), będąca w pewnym sensie przeciwieństwem pojem− ności (kondensatora), wskazuje na zdolność przeciwstawiania się zmianom prądu. Induk− cyjność cewki wyraża się w henrach. 1 henr to duża indukcyjność, najczęściej używane cewki mają indukcyjność znacznie mniejszą, wyrażaną w milihenrach (mH) i mikrohen− rach (µH). Idealna cewka powinna mieć rezystancję równą zeru. Rzeczywiste cewki z uzwojenia− mi z drutu miedzianego mają pewną rezy− stancję, która jest parametrem szkodliwym. Biorąc sprawę w uproszczeniu − czym mniej− sza rezystancja drutu i większa indukcyjność, tym cewka ma większą dobroć. Cewka może mieć odczepy. Czasem symbol zawiera oznaczenie rdzenia – zobacz rysunek na następnej stronie. Najtańsze cyfrowego multimetry pracujące w roli woltomierza mają na wszystkich zakresach rezystancję wewnętrzną równą 1MΩ. Lepsze ma− ją rezystancję 10MΩ. Znacznie gorzej wygląda sytuacja w przypadku mierników wskazówkowych. Rezystancja wolto− mierza na każdym zakresie jest inna, a wielkością charakterystyczną jest rezystancja przypadającą na wolt (w praktyce 1kΩ/V...100kΩ/V – czym więcej, tym lepiej). Na przykład miernik o stałej 20kΩ/V na zakresie 100V ma rezystancję wewnę− TECHNIKALIA Fot. 4 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz − precyzyjnie za pomocą stosuj kondensator R1 (10kΩ...1MΩ). tantalowy (taki Czy wiesz, że... Pamiętaj tylko, kondensator za− skupione światło lasera, w tym że stabilność „zwy− warty jest w ze− także popularnego laserowego wska− kłych elektrolitów” stawie elemen− źnika, niesie znaczną energię i mo− jest kiepska, więc tów do tej lekcji − że uszkodzić wzrok? w miarę możliwości za− A03). wodu cewka, nie lubiąca zmian prądu, próbu− je podtrzymać przepływ prądu. W tym celu wytwarza napięcie samoindukcji, które za wszelką cenę chce podtrzymać przepływ prą− du. Jeśli wartość prądu gwałtownie zmieni się w krótkim czasie, powstający przy tym impuls napięcia może mieć setki woltów. Ogólnie biorąc, zmiany prądu powodują powstanie w cewce napięcia samoindukcji, które próbuje powstrzymać te zmiany prądu. Mam nadzieję, że zrozumiesz sens przebie− gów na rysunku poniżej. Zwróć uwagę, że napięcie samoindukcji (o różnej wartości i biegunowości) powstaje tylko wtedy, gdy prąd zmienia swą wartość. 39 A3 TECHNIKALIATECHNIKALIA ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Ośla łączka Może też mieć kilka uzwojeń; wtedy jest jednak zwykle nazywana transformatorem. Cewki z jednym uzwojeniem (ale nie tylko takie) są często nazywane dławikami. Tyle wiedzy o cewkach na razie Ci wy− starczy. Nieco więcej informacji zdobędziesz w dalszej części kursu. ku oba tranzystory są zatkane, czyli nie przewodzą. Gdy po przyciśnięciu S po− jawi się prąd bazy IB, najpierw otworzy się tranzystor T1. Prąd jego kolektora popłynie przez obwód baza−emiter tran− zystora T2, czyli T2 na pewno zostanie otwarty. Prąd kolektora T2 popłynie przez obwód baza−emiter tranzystora T1, co na pewno utrzyma w stanie otwarcia T1. Nawet gdy w zaniknie prąd IB, oba tranzystory będą nadal przewodzić. Wy− stępuje tu bardzo silne dodatnie sprzęże− nie zwrotne. Wystarczy więc choć na krótką chwilę podać na „bramkę” impuls dodatni, by oba tranzystory otworzyły się na stałe. Zaznaczony kolorowo dwu− 48 tranzystorowy układ niejako się zatrza− śnie i będzie przewodził aż do wyłącze− nia zasilania. Dziwny i nieprzydatny wynalazek? Wcale nie – omówiliśmy właśnie działanie tyrystora – jego symbol poka− zany jest na rysunku 15b. Jeśli jednak chcielibyśmy zbudować zastępczy tyry− stor z dwóch tranzystorów, w celu unik− nięcia niespodzianek trzeba będzie dodać elementy R1, R2 i C1 według rysunku 15c. Tranzystory mają wielkie wzmoc− nienie i bez tych elementów układ byłby po prostu zbyt czuły. Więcej o tyrystorach dowiesz się z części ELEMENTarz. Elektromagnes Okazuje się, że cewka, przez którą płynie prąd, zachowuje się jak magnes. Siłę przycią− gania takiego elektromagnesu zwiększa obe− cność rdzenia z materiałów magnetycznych (żelazo, stal, stopy niklu, kobaltu). Hobbyści rzadko wykorzystują klasyczne elektroma− gnesy, a bardzo często – przekaźniki, które też są odmianą elektromagnesów. Przekaźnik Przekaźnik to element elektromechaniczny, za− wierający elektroma− gnes i styki. Można uznać, że jest to stero− wany elektrycznie prze− łącznik. Przepływ prą− du przez cewkę prze− kaźnika powoduje jego Przekaźniki trzną równą 2MΩ (2000kΩ), ale na zakresie 0,3V tylko 6kΩ. Czym mniejsza rezystancja woltomierza, tym bardziej zmienia on warunki pracy sprawdzanego układu, a odczytany wynik jest mniejszy niż napię− cie występujące tam w normalnych warunkach. W skrajnych przypadkach dołączenie kiepskiego analogowego woltomierza o małej oporności może spowodować błędne działanie mierzonego urzą− dzenia. W przypadku woltomierza cyfrowego sy− tuacja jest znacznie lepsza, bo oporność jest więk− sza. Miej jednak świadomość, że jeśli w układzie występują rezystancje rzędu 1MΩ lub większe, do− łączenie tam woltomierza znacznie zmieni warun− ki pracy. 40 Ćwiczenie 7 Tester refleksu Teoretycznie najprostszy tester refleksu można byłoby zrealizować za pomocą dwóch małych tyrystorów na zasadzie pokazanej na rysunku 16. Na sygnał da− ny przez sędziego, każdy z dwóch zawo− dników stara się jak najszybciej wcisnąć „swój” przycisk. Dioda LED pokaże, kto był szybszy. W spoczynku, po włączeniu zasilania oba tyrystory nie przewodzą. Naciśnięcie dowolnego przycisku powoduje trwałe przewodzenie współpracującego tyrysto− ra. Napięcie na tym tyrystorze (w punk− cie A albo B) błyskawicznie spadnie. Tak małe napięcie powinno uniemożliwić Rys. 16 Fot. 5 Z amperomierzem jest podobnie – w układ włączamy dodatkową rezystancję szeregową. W przypadku każdego amperomierza rezystancja nie jest stała i zależy od zakresu pomiarowego. Tu mała dygresja – amperomierz jest w rzeczywisto− ści woltomierzem, który mierzy napięcie na nie− wielkim wzorcowym rezystorze – ilustruje to ry− sunek I. Ta rezystancja wzorcowa amperomierza dla tanich mierników cyfrowych na najmniejszym zakresie 2mA wynosi aż 100Ω, a na zakresach 10A czy 20A tylko 0,02Ω...0,2Ω. Choć w większości przypadków nie musisz się tym przejmować, pamiętaj, że w niektórych sytua− cjach dołączenie miernika może zmienić warunki pracy układu, a odczytane wyniki nie będą odpo− wiadać prądom i napięciom podczas normalnej pracy. Ta informacja pozwoli wstępnie wyjaśnić I Elektronika dla Wszystkich 49 A3 Ośla łączka ciśnięciu przycisku S odezwie się brzę− czyk. To oczywiste! Gdy przez cewkę przekaźnika popłynie prąd, zadziała ona jak elektromagnes, przyciągnie kotwicę i przełączy styki. Nie zaświeci się różne dziwne, na pozór niewytłumaczalne przy− padki. Z pomiarami wiąże się też wiele innych za− gadnień i problemów. Obejmuje je szeroka i waż− na dziedzina elektroniki – miernictwo. Na razie nie musisz się w nią wgłębiać. Są nieliczne wyjątki, na przykład baterie, (alu− miniowe) kondensatory elektrolityczne i fotorezy− story, które po kilku latach zauważalnie zmieniają parametry. W bateriach (i akumulatorach) zachodzi proces samorozładowania i w efekcie już po roku przechowywania występuje zauważalne (w lep− szych, droższych bateriach) i duże (w najtańszych bateriach) zmniejszenie ilości zawartej w nich energii. Podczas drugiej wyprawy omówiliśmy sprawę rozformowania aluminiowych, czyli „zwykłych elektrolitów”. Trwałość przekaźników i przełączników zależy od warunków pracy – czym większy prąd i napięcie podczas przełączania, tym szybciej ni− szczą się (wypalają się) styki. Upływ czasu nieko− rzystnie wpływa na połączenia stykowe. Zaprezen− towane na pierwszej wyprawie połączenia wyko− nane przez skręcenie ze sobą końcówek, owinięcie ich cienkim drutem albo wetknięcie końcówek w specjalną płytkę stykową, po dłuższym czasie użytkowania (kilka miesięcy) okazałyby się bardzo zawodne ze względu na utlenianie (korozję) po− wierzchni. Podobnie jest z układami na płytkach stykowych. Takie sposoby montażu są znakomite, jeśli chodzi o układy eksperymentalne, montowane tylko na krótki czas do celów testowych. Układy, które mają pełnić swoją funkcje przez długi czas powinny być starannie zmontowane przy użyciu lutownicy i świeżej cyny z topnikiem. Jeśli ko− Ćwiczenie 8 Przekaźnik i cewka Zjawisko samoindukcji Trwałość, starzenie Jak wiadomo, artykuły spożywcze mają ogra− niczoną trwałość, a na opakowaniach podaje się datę przydatności do spożycia. Z elementami elek− tronicznymi (rezystory, kondensatory stałe, tranzy− story, diody...) jest zupełnie inaczej – można uznać, że się nie starzeją. W prawidłowo zaprojektowa− nym i wykonanym układzie będą pracować przez dziesiątki lat. Elektronika dla Wszystkich 85 TECHNIKALIATECHNIKALIA Zbuduj układ według rysunku 18 i foto− grafii 6. Zauważ, że dioda LED jest włą− czona inaczej, niż zazwyczaj. W zesta− wie do tej wyprawy znajdziesz przeka− źnik RM81/12V lub RM83/12V. Po na− reakcję, czyli przyciągnięcie kotwicy i zmia− nę stanu styków. Ogromna większość prze− kaźników ma działanie chwilowe, to znaczy zmiana stanu styków następuje na czas prze− pływu prądu przez cewkę. Na schematach przekaźniki oznaczane są różnie, np.: Rel (od relais), Prz (od przeka− źnik), Pu. Najważniejszymi parametrami przekaźni− ka są: napięcie robocze cewki, czyli napięcie, którym powinna być zasilana cewka podczas pracy, oraz maksymalny prąd styków. Zdecydowana większość elementów elek− tronicznych (rezystory, kondensatory, tranzy− story, ...) ma niemal nieograniczoną trwałość, to znaczy w normalnych warunkach powinny one pracować bezawaryjnie przez długie lata. Natomiast przekaźniki (ściślej biorąc wszyst− kie elementy stykowe, także przełączniki i przyciski) mają ograniczoną trwałość. Żywot− ność styków zależy w wielkim stopniu od wa− runków pracy, głównie prądu i napięcia. Czym wyższe napięcia i prądy, tym szybciej niszczą (wypalają) się styki. Każde rozłączenie obwo− du powoduje powstanie na chwilę łuku elek− trycznego (iskry), a to niszczy powierzchnie styków. Jeśli delikatny przekaźnik będzie pra− cował przy napięciach i prądach większych niż przewidział producent, żywotność radykalnie się zmniejszy; może nawet dojść do samoczyn− nego sklejenia (zgrzania) styków. O ile typowa żywotność mechaniczna przekaźnika, czyli żywotność przy zniko− mym obciążeniu, jest rzędu 10 milionów za− działań, o tyle żywotność przy obciążeniu nominalnym zazwyczaj wynosi 100 tysięcy zadziałań. Czy to dużo? 100 000 zadziałań okazuje się liczbą nie− wielką. Oblicz, ile czasu pracowałby przeka− źnik, jeśli przełączałby styki raz w ciągu sekundy... 100000 sekund to mniej niż 28 godzin! Tu widzisz, dlaczego w miarę możliwości dążymy do tego, by przekaźnik przełączał jak najrzadziej. Przekaźniki, pomimo ograniczonej trwało− ści są nadal chętnie wykorzystywane, między innymi dlatego, że zapewniają oddzielenie galwaniczne, czyli pełną izolację styków od cewki i sterującego ją układu elektronicznego. ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz otwarcie drugiego ty− rystora, gdy za chwilę zostanie naciśnięty drugi przycisk. I to jest zasada działania układu, który wraca do stanu spoczynku po wyłą− czeniu zasilania. Zamiast układu najprostszego, zbuduj tester refleksu we− dług rysunku 17 i fo− tografii 5. W obwodach bra− mek tyrystorów ko− niecznie trzeba dodać dzielniki napięcia (10kΩ+10kΩ), ponie− waż napięcie na ano− Rys. 17 dzie otwartego tyry− stora nie spada do zera, tylko wynosi czenia, są mało popularne. Zestaw ele− około 0,7V, co bez dzielnika wystarczy− mentów do wyprawy (A03) zawiera łoby do otwarcia drugiego tyrystora. Ge− dwa takie tyrystory. W ostateczności nerator z tranzystorami T1, T2 wyznacza można zastosować układ zastępczy ty− rytm pracy − za pośrednic− rystora z poprzedniego ćwi− twem T3 zaświeca czer− czenia. Natomiast z du− Czy pamiętasz, że... woną diodę LED D1 żymi, częściej spoty− elementy układu zawsze muszą być i wtedy zawodnicy kanymi tyrystorami powinni jak naj− połączone ze sobą dokładnie tak, jak po− w obudowach TO− kazuje schemat ideowy (elektryczny). wcześniej nacisnąć 220 układ prawdo− Przestrzenne rozmieszczenie elemen− przyciski. Zwycięzcę podobnie nie będzie tów nie musi wcale przypominać wskaże zielona dioda działał ze względu na schematu ideowego. LED D2 lub D3. Po kil− dużą wartość tzw. prądu kudziesięciu sekundach diody podtrzymania, który dla ta− zgasną i po kolejnych kilkudziesięciu se− kich tyrystorów typowo wynosi kilka− kundach oczekiwania cykl się powtórzy. dziesiąt miliamperów, być może wię− Uwaga! Małe tyrystory w obudo− cej, niż prąd płynący przez diody LED wach TO−92, potrzebne do tego ćwi− D2, D3. A3 ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Większość przekaźników to elementy nie− biegunowe, jednak niektóre, zwłaszcza małe przekaźniki teletechniczne, są tak zwanymi przekaźnikami polaryzowanymi i bieguno− wość napięcia sterującego podawanego na cewkę powinna być zgodna ze wskazówkami producenta. Oprócz typowych przekaźników o działa− niu chwilowym produkuje się też tak zwane przekaźniki bistabilne (dwustabilne) jedno− i dwucewkowe. Podanie na chwilę napięcia na jedną z cewek przełącza na stałe styki. Po− danie na chwile napięcia na drugą cewkę po− woduje powrót do stanu wyjściowego. Prze− kaźnik bistabilny jest więc elementem pa− miętającym. TECHNIKALIA Ośla łączka nieczne jest zastosowanie jakichś połączeń styko− wych w takich układach, złącza stykowe powinny być złocone. Urządzenia przeznaczone do pracy w trudnych warunkach, np. w samochodzie, po− winny być zmontowane szczególnie solidnie i do− datkowo zabezpieczone lakierem izolacyjnym albo zalewą silikonową. Źródło prądowe (current source) W pewnych obwodach prąd powinien mieć niezmienną, ściśle określoną wartość. Produ− kowane są specjalne elementy, zwane źródłami prądowymi, które to zapewniają. Nie są one jednak zbyt popularne. Częściej do wytworze− nia prądu o stałej wartości wykorzystuje się proste układy pokazane na rysunku poniżej. natomiast dioda LED, bo jest włączona odwrotnie. Zwróć uwagę, że styki przekaźnika nie są połączone elektrycznie z cewką. Obwody cewki i styków są więc odizo− lowane galwanicznie. To pożyteczna ce− cha, pozwalająca skutecznie oddzielić obwody sterujące od obwodów wyko− nawczych. Działanie przekaźnika jest samo przez się zrozumiałe. Mam jednak nie− spodziankę: czy potrafisz wyjaśnić, dla− czego po zwolnieniu przycisku S na chwilę zapala się dioda LED? Zwróć uwagę, że dioda LED włą− czona jest w „odwrotnym kierunku”, więc po naciśnięciu przycisku nie świeci. Błyska w chwili, gdy obwód zostaje przerwany. Skąd bierze się prąd i „odwrotne” napięcie zaświecające tę diodę w chwili, gdy obwód jest prze− rwany? Podczas drugiej wyprawy przekonali− śmy się, że kondensator gromadzi ener− gię. Teraz dokonaliśmy kolejnego waż− nego odkrycia! Okazuje się, że w cewce przekaźnika też zgromadziła się jakaś ilość energii i że w chwili zaniku prądu cewka wytwarza „odwrotne” napięcie. Dotyczy to wszelkich cewek, nie jedynie przekaźników. 50 Za chwilę wykorzystasz to w zadzi− wiający sposób, a na razie do jednego LED−a z rysunku 18 dołącz w szereg kilka lub nawet kilkanaście LED−ów. Do ich zaświecenia potrzeba nie 2V, tylko kilkanaście lub kilkadziesiąt woltów. Dziwna rzecz, diody nadal błyskają – powstające „odwrotne” napięcie jak− by się dopasowuje do potrzeb. Gdy trzeba jest małe i zaświeca tylko jedną diodę, a gdy trzeba może mieć kilkana− ście, kilkadziesiąt i więcej woltów. Dlaczego? Rys. 18 Fot. 6 Lustro prądowe (current mirror) W pewnych sytuacjach trzeba niejako zmie− nić kierunek przepływu prądu, zachowując jego wartość. Służą do tego tzw. lustra prądo− we. Przykłady dwóch najprostszych luster prądowych pokazane są na rysunku na następnej stronie. Aby prądy były takie sa− me (z dokładnością do prądu bazy), użyte tranzystory powinny mieć identyczne cha− rakterystyki i identyczną temperaturę. W ćwiczeniu 4 sprawdziliśmy, że różnica temperatur tranzystorów powoduje, iż prądy nie są jednakowe. Przerażające katalogi Od początku kursu wspominam o różnych parame− trach elementów elektronicznych. Niektóre para− 86 metry są ważne, inne mniej istotne – wyraźnie wskazuję w ELEMENTarzu, które są najważniej− sze. Początkujący hobbysta interesuje się tylko ty− mi najważniejszymi, natomiast profesjonalny kon− struktor musi uwzględnić także inne, by opracowa− ne urządzenie mogło pracować przez długie lata w różnych warunkach (temperatura, wilgotność, wstrząsy). Producenci elementów opisują swoje wyroby w katalogach. Na fotografiach na tej i następnej stronie znajdziesz fragmenty katalogów. Oprócz takich obszernych katalogów często wykorzystuje się katalogi skrócone, zawierające tylko najważ− niejsze parametry. W Biblioteczce praktyka w następnym numerze EdW znajdziesz skrócony ka− talog najważniejszych diod. Katalogi to bezcenne źródło informacji. Jednak próba lektury pełnych katalogów firmowych może Cię doprowadzić do rozpaczy. Przecież Ty nawet połowy z tego nie rozumiesz! Jeśli w katalogu spotkasz parametry czy oznaczenia, o których znaczeniu nie masz blade− Elektronika dla Wszystkich 51 A3 czych, wbrew zaleceniom ka− talogu, praco− wała przy napię− ciu wstecznym 12V. Generator wysokiego napięcia Krzesło elektryczne Ćwiczenie 9 Oczywiście nie podam Ci projektu prawdziwego krzesła elektrycznego. Gdy jednak usuniesz diodę świecącą z poprzedniego układu, na cewce prze− kaźnika przy wyłączaniu pojawią się im− pulsy wysokiego napięcia. Schemat naj− prostszego generatora wysokiego napię− cia pokazany jest na rysunku 19. Do− tknij jedną ręką do punktów A, B, a dru− gą wciskaj i zwalniaj przycisk S. Czy czujesz impulsy elektryczne w chwili rozwierania przycisku? Nie bój się − dodałem rezystor ograni− czający R1. Ponieważ poszczególne oso− by mają różną wrażliwość, niech na po− czątek ma on 1kΩ, jak pokazuje rysunek Fot. 7 19. Zapewne nic nie poczujesz, zmniejsz więc wartość R1 do 100Ω. Jeśli uważasz, że impulsy nadal są zbyt słabe, zmniejsz R1 do zera, czyli zewrzyj ten rezystor. Fo− tografia 7 pokazuje model bez rezystora, który przetestowałem wraz ze swym sy− nem bez żadnych nieprzyjemnych odczuć. Impulsy są wyraźnie od− czuwalne, ale nie przykre. Je− śli się nie boisz, od razu pomiń rezystor ograni− czający. Wzmacniacz różnicowy Budując regulator temperatury w ćwiczeniu 11 wykorzystamy dwa tranzystory PNP w specyficznym połączeniu. To tak zwana para różnicowa, można też powiedzieć – wzmacniacz różnicowy. Okazuje się, że jest to bardzo, bardzo pożyteczny układ, zwła− szcza gdy tranzystory mają identyczne para− metry. W przyszłości spotkasz się z obwoda− mi jak na rysunku niżej. Na razie nie musisz wiedzieć wszystkiego o wzmacniaczu różnicowym, zapamiętaj tyl− ko, że reaguje on na różnicę napięć między bazami tranzystorów. Multimetr – miernik uniwersalny Najpopularniejsze mierniki (wolto− mierz, ampero− mierz, omomierz) oznaczamy na schematach tak, jak pokazuje rysunek powyżej. Multimetr czyli miernik uniwersalny to przyrząd, który może pełnić rolę woltomie− rza, amperomierza albo omomierza. Foto− grafia na stronie 86 pokazuje jeden z naj− prostszych i najtańszych multimetrów. Na za− kup takiego przyrządu może sobie pozwolić każdy hobbysta. TECHNIKALIA go pojęcia, nie musisz się tym zbytnio przejmo− wać. Jeśli zamierzasz jedynie montować układy według schematów z literatury, możesz być zu− pełnie spokojny. W ramach tego kursu pokazuję Ci, co jest najważniejsze i to na pewno wystar− czy na początek. Wiedz jednak, że po kilku wyprawach na oślą łączkę nie zostaniesz „rasowym” konstruktorem. Właśnie podczas lektury katalogów możesz się przekonać, że elektronika to bardzo szeroka dzie− dzina i aby zostać dobrym konstruktorem, trzeba Elektronika dla Wszystkich ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Zajrzyj do części ELEMENTarz i TECHNIKALIA. Zawsze też pamiętaj o włączaniu dio− dy równolegle do cewki przekaźnika. Będzie to jednak zwykła dioda, a nie dioda LED, która tu do celów poznaw− Ośla łączka 87 A3 Następna fotografia pokazuje multime− try lepszej klasy, wyposażone w szereg do− datkowych funkcji. Przed laty powszechnie wykorzystywano multimetry wskazówkowe (analogowe), które jak się okazuje miały i nadal mają pewne zalety. Dziś mierniki wskazówkowe są rzadkością, dlatego na na− szych wyprawach będziemy się posługiwać multimetrem cyfrowym. TECHNIKALIA TECHNIKALIA Uwaga! Multimetr nie może pełnić kilku funkcji jednocześnie – jedną potrzebną funk− cję wybiera się, ustawiając odpowiednio po− krętło zmiany zakresów oraz dołączając son− dy do właściwych gniazd. A oto żelazne zasady: Woltomierz zawsze włączamy do ukła− du równolegle. Amperomierz zawsze włączamy do ob− wodu szeregowo. Omomierzem mierzymy rezystancję pojedynczych elementów, a nie elementów wlutowanych w układ. 52 Impuls wysokiego napięcia teoretycz− nie może mieć nawet kilkaset woltów, jed− nak ze względu na niewielką energię nie jest groźny dla życia. Rys. 19 Czy wiesz, że... Multimetr cyfrowy to dzisiaj podstawowy przyrząd w pracowni elektronika. Nawet naj− tańszy multimetr pozwala mierzyć napięcie, prąd i rezystancję. Lepsze i droższe multime− try mogą dodatkowo mierzyć pojemność, częstotliwość, temperaturę i współczynnik wzmocnienia tranzystorów. E L E M E N Ta r z E L E M E N Ta r z E L E M E N Ta r z E L E M E N Ta r z E L E M E N Ta r z Ośla łączka zgromadzić naprawdę dużo wiedzy i doświadcze− nia. Oto kilka pytań kontrolnych: 88 Przykłady pokazane są na rysunku powyżej. Przy pomiarach napięcia, prądu i rezystancji zawsze wykorzystane jest gnia− zdo oznaczone COM (ang. common – wspólny). Do tego gniazda dołączamy czar− ny kabel. Kabel czerwony ma być wetknię− ty w jedno z pozostałych gniazd. Przy po− miarach napięcia i rezystancji (w roli wolto− mierza i omomierza) ma być wetknięty w gniazdo oznaczone „V”, przy po− miarach mniejszych prądów – w gniazdo oznaczone „A” lub „mA”, a przy pomiarach dużych prądów – w gniazdo oznaczone „20A” (lub „10A”). Dalszych infor− macji warto szukać w instrukcji ob− sługi. Fotografie pokazują różnie ustawione multimetry. Dalsze ważne wskazówki doty− czące pomiarów za pomocą multi− metru podane są w części pt. TECH− NIKALIA. Czy wiesz, na ile rezystancja rezystorów wę− glowych i kompozytowych zależy nie tylko od wbrew potocznej opinii, nie zabijają ani wolty, ani ampery. Człowieka może zabić prąd płynący przez ciało, o ile jego wartość wyniesie kilkadziesiąt miliampe− rów lub więcej i jeśli prąd ten będzie płynął przez dłuższy czas. Uwaga! Opisanych eksperymen− tów w żadnym wypadku nie mogą przeprowadzać osoby z wbudowa− nym rozrusznikiem serca. Osoby nie− pełnoletnie mogą wykonać ćwicze− nie wyłącznie pod ścisłą opieką wy− kwalifikowanych osób dorosłych, za− czynając od wersji z rezystorem R1. Piotr Górecki Ciąg dalszy w następnym numerze EdW Informacje dotyczące zestawu EdW−03 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 120. temperatury, ale także od napięcia? Czy wiesz, co oznacza, że kondensatory MKT mają zdolność sa− moregeneracji? Czy wiesz, jak zapobiegać efekto− wi drugiego przebicia w tranzystorach bipolar− nych? Czy wiesz, jak minimalizować efekt Mille− ra w tranzystorach MOSFET pracujących jako przełączniki? Czy wiesz, jaka jest stabilność dłu− goczasowa „elektrolitów” aluminiowych? Czy wiesz, co to jest kompatybilność elektromagne− tyczna? Które elementy elektroniczne mogą praco− wać w temperaturze −20oC, a które nie? Te pytania stawiam nie po to, by Cię zniechęcić. Jeśli nie ze− chcesz wgłębiać się w elektronikę, cykl „Ośla łączka” całkowicie wystarczy do zrozumienia pod− staw i do zbudowania wielu atrakcyjnych ukła− dów, które przysporzą Ci wiele radości. Jeśli jed− nak chcesz wgłębiać się w tajniki, ta odrobina zim− nej wody wylana na głowę ma Cię zachęcić do dalszych poszukiwań oraz stopniowego groma− dzenia wiedzy i praktycznego doświadczenia. Elektronika dla Wszystkich
