Ośla łączka

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