docOśla łączka
download 
Reklamacja Transkrypt
Ośla łączka
25 A2 Ośla łączka Ćwiczenie 6 Dwukolorowa dioda LED Przerzutnik bistabilny Układ z silnym dodatnim sprzężeniem zwrotnym pozwala zbudować element pa− miętający, mający dwa stany stabilne. Zbu− duj układ według rysunku 12 (fotografia 8). Ten sam schemat, narysowany inaczej na rysunku 12b wskazuje na wielkie podobieństwo do rysunku 11 (dodaliśmy dwa przyciski, usunęliśmy FR, R1, R2). Otrzymaliśmy... znany z podręczników przerzutnik bistabilny, zwany także przerzutnikiem RS (set – ustaw, reset – skasuj) Naciskaj przyciski S1 i S2 w do− wolnej kolejności z obserwuj diody świecące. Układ zapamiętuje, który przycisk zo− stał naciśnięty ostatnio. W danej Fot. 8 chwili przewodzi tylko jeden tranzy− stor, drugi jest zatkany. Jestem prze− konany, że potrafisz samodzielnie zrozumieć działanie tego układu. Rys. 12 Ćwiczenie 7 Praktyczny wyłącznik zmierzchowy Przerzutnik Schmitta Wróćmy do niedoskonałe− go przełącznika zmierz− chowego z rysunku 10. W ćwiczeniu 5 próbowali− śmy poprawić jego działa− nie wprowadzając dodat− nie sprzężenie zwrotne przez rezystor R6. W zasa− dzie się udało, jednak układ z rysunku 11 ma pewne niekorzystne cechy. Fot. 9 (Roz)ładowanie kondensatora W ćwiczeniu 2 przekonaliśmy się, że kondensator może magazynować energię. Czym większa po− jemność (i wyższe napięcie), tym więcej groma− dzimy energii. Nie będzie Ci na razie niezbędny wzór na energię gromadzoną w kondensatorze: Rys. O Elektronika dla Wszystkich E = C*U2 / 2 Koniecznie trzeba natomiast zrozumieć zależ− ności czasowe w obwodzie RC, które badaliśmy w ćwiczeniu 2 w układzie według rysunku 6. W obwodach I i II płyną takie same prądy (porów− Rys. P 39 T E C H N I K A L I A Rys. N Dioda dwukolorowa to po prostu dwie zwykłe diody świecące umie− szczone w jednej obudo− wie. Zazwyczaj połączo− ne są katodami (wspól− na katoda) i mają trzy końcówki, jak pokazu− je rysunek i fotogra− fia obok. Dioda czer− wono−zielona pozwala w prosty sposób uzy− skać trzeci kolor, zbli− żony do pomarańczo− wego albo kolory po− średnie – wystarczy zaświecić obie diody. Uwaga! Diody dwukolorowe, podob− nie jak wszystkie zwy− kłe diody LED wyma− gają obwodów ogra− niczających prąd. Najczęściej używane są diody czerwono−zielone, jednak dostępne są też inne pary: czerwono−żółte i zie− lono−żółte. Dostępne są też typy, gdzie obie struktury świe− cące połączone są przeciwsob− nie – wtedy dioda ma dwa wy− prowadzenia, a kolor świecenia zależy od biegunowości napię− cia – patrz fotografia obok. Spotyka się też czasem wyko− nania zawierające czerwoną diodę migającą (ostrzegawczą) oraz zieloną zwykłą, świecącą światłem ciągłym. Obecnie dostępne są tak− że diody trzykolorowe, za− wierające struktury świecą− ce w tak zwanych kolorach podstawowych: czerwonym, zielonym i nie− bieskim (ang. RGB; Red, Green, Blue). Przez odpowiedni dobór jasności poszcze− gólnych strukturtakiej trzykolorowej diody można uzyskać dowolną barwę światła. ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Ciąg dalszy z numeru 12/2000 A2 T E C H N I K A L I A ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Ośla łączka Tranzystor mocy (bipolarny) Na pierwszej wyprawie po− znaliśmy tranzy− story. Wykorzy− stywaliśmy ma− łe tranzystory BC548 i BC558 w obudowie oznaczanej symbolem TO−92. Nietrudno zgadnąć, że tranzystory te nie mogły przewo− dzić zbyt dużych prądów, bo uległyby uszko− dzeniu. Na fotografii 12 widzisz tranzystory, mogące pracować przy znacznie większych prądach. Są to tranzystory mocy w obudowie oznaczanej TO−220. Fotografia 13 pokazuje także inne tranzystory mocy w obudowach TO−126 oraz w starych, metalowych TO−3 i TO−66. Działają dokładnie tak, jak poznane wcześniej małe tranzystory z serii BC i mają ten sam symbol. Ponieważ przy dużych prą− dach będą się grzać, są nie tylko większe, ale mają inną obudowę – wyposażone są w meta− lową wkładkę. Umożliwia ona przykręcenie tranzystora do tak zwanego radiatora. Radiator to metalowy element, najczęściej aluminiowy, którego jedynym zadaniem jest skutecznie Fot. 12 Fot. 13 naj rysunek 7), ale napięcia Ux i Uy są zupełnie inne. Przebiegi prądu i napięcia wyglądają jak na rysunku N. Czy po porównaniu przebiegów napięcia Uwe i UX zgodzisz się z wnioskiem, że obwód R1C1 z rysunku 6 niejako opóźnia zmiany napięcia? Rys. R 40 26 Koniecznie zbuduj układ z rysunku 13 – część wyróżniona kolorową ramką to klasyczny tranzystorowy przerzutnik Schmitta. Zapewnia on pewne i szybkie przełączanie. Jego działanie omówione jest w części TECHNIKALIA. A po co dodaliśmy kondensator C1 na wejściu? Tłumi on ewentualne “śmieci” – zakłócenia, które z różnych powodów pojawiają się na wejściu. Na naszej po− przedniej wyprawie miałeś do czynienia z takimi “śmieciami” – dotykanie pal− cem bazy tranzystora powodowało świe− cenie diody LED, bo ciało ludzkie dzia− ła jak antena. Teraz dodając kondensator pozbywamy się takich “śmieci”, a przy− najmniej silnie je tłumimy. Z podobnych względów w układzie pojawiły się kondensatory C2 i C3. Nie wchodząc w szczegóły możesz je trakto− wać jako “pomocnicze baterie”, które za− pobiegają różnym przykrym niespodzian− kom. Choć wiele układów mogło− by pracować bez takich kondensa− torów, warto je stosować w każ− dym układzie. Układ z ry− sunku 13 śmiało można wykorzy− stywać, ale Ty zapewne ze− chcesz zbudo− wać układ bar− dziej przydatny w praktyce. Możliwości jest wiele, ale w każ− dym przypadku ze względu na “śmieci” należy też zastosować przerzutnik Schmitta. Mo− żesz wykorzy− stać schemat z rysunku 14. Fotografia 9 pokazuje model zmontowany na uniwer− salnej płytce drukowanej. Dodałem tu element wykonawczy w postaci tranzy− stora MOSFET. Dzięki niemu możesz pracować z dużym obciążeniem, na przy− kład w postaci kilku żarówek samocho− dowych o łącznej mocy do 50W. Oczy− wiście, aby układ działał prawidłowo, światło żarówki nie może padać wprost na fotorezystor FR (najlepiej fotorezystor umieścić w rurce skierowanej w niebo). Czułość możesz regulować w szero− kim zakresie zmieniając R1 − najpierw niech ma on 100kΩ i w razie potrzeby równolegle do niego dołączaj mniejsze. Uwaga! Przy żarówkach o dużej mo− cy niezbędny będzie zasilacz o wydajno− ści prądowej rzędu kilku amperów lub akumulator samochodowy; tranzystor MOSFET może być podczas pracy gorą− cy (możesz go chłodzić przykręcając ra− diator w postaci kawałka blaszki). Tak! Obwód, jak na rysunku O jest nazywany obwodem całkującym. Inna często spotykana na− zwa to obwód opóźniający. Na razie nie musisz wiedzieć wszystkiego, wystarczy Ci informacja, że jest wykorzystywany do opóźniania oraz likwido− wania “śmieci”, czyli różnego rodzaju niepożąda− nych sygnałów. Natomiast obwód pokazany na rysunku P jest nazywany obwodem różniczkującym. Z porów− nania przebiegów Uwe i UY wynika, że skraca on przebieg wejściowy i w tej roli często jest wyko− rzystywany. Oba obwody są też filtrami, ale to zupełnie inna historia. Zwróć uwagę, że napięcia i prąd w omawia− nych obwodach nie zmieniają się liniowo, tylko według pewnych charakterystycznych krzywych (wykładniczych). Jeśli masz wątpliwości, czy tak jest, uważnie zaobserwuj w ciemności świecenie diod podczas ćwiczenia 2. Co ciekawe i ważne, w obwodzie RC czas, w którym napięcie oraz prąd zmienią się o 63,2% (wzrosną od zera do 0,632 wartości końcowej, al− bo spadną od wartości maksymalnej do 0,368 tej wartości) jest zawsze równy Rys. 13 Rys. 14 T = R*C Jest to tak zwana stała czasowa obwodu RC. Ilustruje to rysunek R. Nie będę Ci tłumaczył, skąd wzięło się te 0,632 i 0,368, bo to wyższa szkoła jazdy. Elektronika dla Wszystkich 27 Ośla łączka Proste generatory Tranzystor polowy MOSFET E L E M E N Ta r z Obok “zwy− kłych”, czyli bi− polarnych tranzy− storów popularne są też tak zwane tranzystory polo− we. Istnieje sześć głównych rodza− jów tranzystorów polowych. Dzia− łanie tranzy− storów polo− wych (nazy− wanych też unipolarny− mi) jest zbli− żone do dzia− łania tranzy− E L E M E N Ta r z Ćwiczenie 9 Co ciekawe, dla C=470µF i R=10kΩ stała cza− sowa też wyniesie 4,7s. Podobnie dla C=10µF i R=470kΩ oraz C=100nF i R=47MΩ. Oczywiście prąd będzie coraz mniejszy, jednak czas, w którym prąd lub napięcie zmienią swą war− tość o 63,2% będzie zawsze taki sam. Elektronika dla Wszystkich W ćwiczeniu 5 skierowaliśmy sygnał z wyjścia wzmacniacza na jego wejście i pomogliśmy w przełączaniu. Obserwowaliśmy tak zwane dodatnie sprzęże− nie zwrotne. Sprzężenie zwrotne to po prostu po− danie (części) sygnału wyjściowego na wejście wzmacniacza. Sprzężenie jest dodatnie, bo najpro− ściej biorąc, wspomaga działanie sygnału wejścio− wego. Dodatnie sprzężenie zwrotne polepsza dzia− łanie układów przełączających, pamiętających i generatorów. Sprzężenie zwrotne może być ujemne. Wtedy nie− jako osłabia działanie sygnału wejściowego, inaczej mówiąc przeciwstawia się działaniu sygnału wejścio− wego. Ujemne sprzężenie zwrotne wykorzystuje się powszechnie na przykład we wzmacniaczach audio, gdzie poprawia i stabilizuje parametry − na razie nie będziemy się zajmować tymi szczegółami. Ciąg dalszy w następnym numerze EdW 85 TECHNIKALIA T = 4700µF*1kΩ=4,7s Dodatnie sprzężenie zwrotne E L E M E N Ta r z Przykładowo dla pojemności 4700µF i rezy− stancji 1k stała czasowa wyniesie storów zwykłych, czyli bipolarnych. Jednak poszczególne elektrody mają odmienne na− zwy: bramka (G – gate) zamiast bazy, źródło (S – source) zamiast emitera i dren (D – dra− in) w miejsce kolektora. Zdecydowanie naj− popularniejsze są obecnie tranzystory okre− ślane jako MOSFET N (działają podobnie do zwykłych NPN), a nieco mniej popularne są tranzystory MOSFET P (podobne do PNP). MOSFET to skrót Metal Oxide Semicon− ductor Field Effect Transistor. W zwykłym (bipolarnym) tranzystorze pojawienie się prądu bazy otwiera tranzy− stor, czyli powoduje pojawienie się prądu E L E M E N Ta r z Migacz dużej mocy z czujnikiem światła Mając już sporo wiedzy o układach, mo− żesz zbudować migacz dużej mocy. Można dodać tranzystor MOSFET N do układu z rysunku 16, do− łączając bramkę do kolek− tora T2 (albo T1 – nie ma różnicy). Można też dołą− czyć MOSFET−a do punktu A układu według rysunku 15, podobnie, jak pokazuje rysunek 14. Rysunek 17 i fotografia 10 pokazują automatyczny Rys. 17 E L E M E N Ta r z Poznany właśnie przerzutnik Rys. 15 Schmitta pozwala też zbudować prosty generator. Zbudujmy go według rysunku 15, dodając do− datkowy tranzystor T3. Częstotli− wość drgań zależy głównie od wartości elementów R1 i C1. Zwróć uwagę, że wartości elemen− tów są inne niż na poprzednich schematach, a w przerzutniku za− stosowano o jeden rezystor mniej. Wypróbuj działanie z elementami o różnych wartościach R1 w za− kresie 10kΩ...220kΩ oraz C1 w zakresie 10nF...100µF. Często w podręcznikach spotyka się in− ny układ generatora. Możesz zmontować układ według rysunku 16 i sprawdzić jego działanie z różnymi wartościami rezysto− rów i kondensatorów. Jest to tak zwany przerzutnik astabilny − zauważ podobień− stwo z rysunkiem 12. Pojemność C1 nie musi być równa pojemności C2. Tak samo pary rezystorów R1, R2 oraz R3, R4 nie muszą być jednakowe, byle rezystory w ob− Rys. 16 wodach baz miały rezystancję kilkunasto−... kilkudziesięciokrotnie większą niż rezystory w obwodach kolektorów. Ja osobiście nie lubię takiego dwutranzystoro− wego przerzutnika astabilnego i rzadko go stosuję. odprowadzić ciepło do otoczenia i tym sa− mym nie dopuścić do przegrzania i uszko− dzenia elementu. Sam tranzystor może być w czasie pracy bardzo gorący – może mieć nawet +1500C, ale wzrost temperatury powy− żej +2000C doprowadzi do jego szybkiego uszkodzenia. Oprócz “zwykłych” tranzystorów mocy po− pularne są też “darlingtony” mocy. E L E M E N Ta r z Ćwiczenie 8 A2 A2 kolektora. W MOSFET−ach prąd dren−źródło pojawia się, gdy między bramkę a źródło zo− stanie podane napięcie. Zapamiętaj, że w ty− powych warunkach pracy w obwodzie bram− ki MOSFET−a nie płynie żaden prąd. Stero− wanie odbywa się na drodze napięciowej. Rysunek z poprzedniej strony ilustruje działanie MOSFET−a N. Przy napięciach bramki ujemnych, przy napięciu UGS rów− nym zeru (oraz przy małych napięciach do− datnich), tranzystor jest zatkany i w obwo− dzie dren−źródło nie płynie prąd. Przy pew− nym dodatnim napięciu bramka−źródło (tak zwane napięcie progowe oznaczane UGSth) tranzystor zaczyna się otwierać. To napięcie otwierania (progowe) nie jest ściśle ustalo− ne, dla typowych MOSFET−ów mocy wyno− si 3...4V. W tym zakresie napięć UGS małe zmiany napięcia bramki powodują duże zmiany prądu drenu. Gdy napięcie bramki jest jeszcze większe, tranzystor zostaje cał− kowicie otwarty – dalszy wzrost napięcia już nic nie zmienia. W tym stanie całkowitego otwarcia rezystancja MOSFET−a jest naj− mniejsza (oznaczana RDSon). Przekonałeś się, że działanie MOSFET− ów jest podobne do działania zwykłych, czyli bipolarnych tranzystorów. Zwróć uwa− gę, że najważniejszą różnicą jest sposób ste− rowania − MOSFET−y są sterowane napię− ciem. W tranzystorze bipolarnym (zwy− kłym) nie można zwiększyć napięcia UBE 28 migacz, włączający się tylko w nocy. Próg włączania (jasność oświetlenia) ustawisz dobierając R1, nato− miast częstotliwość błysków zależy od wartości R2 i C1. Fot. 10 Ćwiczenie 10 Elektroniczna tęcza G D S Jeśli do generatora z przerzutnikiem Rys. 18 Schmitta z rysunku 15 dodasz prosty mo− nitor napięcia (tranzystor, opornik i diodę LED) według rysunku 18 (fotografia 11) przekonasz się, jak zmienia się napię− cie na kondensatorze. Napięcie to, a w konsekwencji jasność diody płynnie zwiększa się i zmniejsza. Jeśli zbudujesz dwa generatory, ta− kie generatory z monitorami napięcia, i dołączysz do nich dwukolorową dio− dę LED, otrzymasz atrakcyjną elektro− Fot. 11 niczna tęczę – kolor świecenia diody będzie się płynnie zmie− niał, przyjmując odcienie czer− wonego, żółtego i zielonego. W ciemności efekt świetlny jest znakomity! Wszystkie kolory tę− czy otrzymałbyś, stosując trzy takie układy i diodę trzykoloro− wą (R, G, B). G D S Piotr Górecki G D S G D G D S Ciąg dalszy w następnym numerze EdW S ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz ELEMENTarz Ośla łączka Informacje dotyczące zestawu EdW−A02 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 120. G D S DG D GS S DGS DGS powyżej 0,8V, bo związane to byłoby z przepływem ogromnego prądu bazy, przy którym tranzystor uległby uszkodzeniu. Ina− czej jest z MOSFET−ami. Tu prąd bramki nie płynie, a w zakresie napięć bramka− źródło ±15V nie trzeba się obawiać uszko− dzenia tranzystora. Najważniejszymi parametrami MO− SFET−a są: maksymalne napięcie drenu (UDSmax), maksymalny prąd drenu (IDmax), rezystancja w stanie otwarcia (RDSon) oraz napięcie progowe (UGSth). Nawet jeśli wszystkiego nie rozumiesz, nie bój się MOSFET−ów! Są to bardzo poży− teczne elementy – polubisz je, gdy je poznasz w praktyce. Tranzystory MOSFET pracują zazwy− czaj w roli wyłączników sterowanych na− pięciem, jak pokazuje rysunek poniżej. Zdecydowanie najczęściej używane są MO− SFET−y N dużej mocy, w tak zwanych obu− dowach TO−220. Niektóre, na przykład BUZ10, BUZ11, IRF540 mogą pracować przy prądach ponad 20A i napięciach drenu do 50V. Inne mogą pracować przy napię− ciach nawet 500V czy 600V. Górna fotogra− fia pokazuje kilka najpopularniejszych MOSFET−ów dużej mocy w obudowach TO−220. Dolna fotografia pokazuje MO− SFET−y w małych obudowach oznaczanych TO−92. Ciąg dalszy w następnym numerze EdW 86 Elektronika dla Wszystkich
