Praktyczny kurs elektroniki cz06, Programowanie, Praktyczny kurs elektroniki Młodego Technika

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Na warsztacie
PRAKTYCZNY
KURS
ELEKTRONIKI
cz. 6
Oto szósta część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zainaugurowaliśmy w numerze lutowym MT
i będziemy kontynuować przez kilkanaście miesięcy. Zainteresowanie tym kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydo-
waliśmy się umożliwić czytelnikom dołączenie do kursu w dowolnym momencie. Po prostu, wszystkie poprzednie
części są dla wszystkich dostępne w formacie PDF na stronie www.mt.com.pl. Można z nich korzystać w komputerze
lub wydrukować sobie. Publikacja każdej kolejnej części jest zawsze poprzedzona jedną stroną wstępnych informacji
(jest to właśnie ta strona), żeby nowi czytelnicy mogli zapoznać się z zasadami KURSU i dołączyć do kursantów.
ZAPRASZAMY!
aliśmy w num
Jeśli nie masz bladego pojęcia o elektronice, ale chętnie
byś poznał jej podstawy, to nadarza Ci się jedyna, niepowta-
rzalna okazja. We współpracy z bratnią redakcją miesięcz-
nika Elektronika dla Wszystkich rozpoczęliśmy w Młodym
Techniku cykl kilkunastu fascynujących lekcji dla zupełnie
początkujących. Jest to
Praktyczny Kurs Elektroniki
(PKE)
z akcentem na
Praktyczny
, gdyż każda Lekcja składa się

projektu

wykładu z ćwiczeniami
, przy czym
projekt
to konkretny układ elektroniczny samodzielnie monto-
wany i uruchamiany przez „kursanta”. Pewnie myślisz
sobie – pięknie, ale jak ja mam montować układy nie mając
lutownicy ani żadnych części elektronicznych. Otóż jest
rozwiązanie. Lutownicy nie będziesz w ogóle używać, gdyż
wszystkie układy będą montowane na
płytce stykowej
,
do której wkłada się „nóżki” elementów na wcisk.
I rzecz najważniejsza!
Wydawnictwo AVT przygo-
towało zestaw
EdW 09
, zawierający płytkę stykową
i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania
kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw
EdW 09
można kupić w sklepie internetowym
www.sklep.avt.pl
lub w sklepie

rmowym AVT
(Warszawa, ul. Leszczynowa 11) – cena brutto 47 zł.
Ale Ty nie musisz kupować!
Dostaniesz ten zastaw
za darmo
, jeśli jesteś prenumeratorem MT lub wykupisz
wkrótce prenumeratę. Wystarczy wysłać na adres:
prenumerata@avt.pl
dwa zdania:
„Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny
zestaw EdW09. Mój numer prenumeraty: ......................”
Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 30. czerwca
2013 roku, to zestaw
EdW09
wyślemy Ci w połowie lipca
wraz z sierpniowym numerem MT.
Uwaga uczniowie!
Szkoły prenumerujące MT otrzymują
Pakiety Szkolne
PS EdW09
, zawierające po 10 zestawów EdW09 (każdy
zestaw EdW09 zawiera komplet elementów z płytką sty-
kową) skalkulowane na zasadach non pro

t w promocyj-
nej cenie 280 zł brutto za jeden pakiet PS EdW09 (tj. z ra-
batem 40% – 28 zł brutto za pojedynczy zestaw EdW09,
którego cena handlowa wynosi 47 zł). Upewnij się, czy
Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszystkie szkoły
ponadpodstawowe i wiele podstawowych otrzymują
MT w prenumeracie sponsorowanej przez Ministerstwo
Nauki i Szkolnictwa Wyższego) i przekaż nauczycielom
informację o 
Praktycznym Kursie Elektroniki
z promo-
cyjnymi dostawami
Pakietów Szkolnych PS EdW09
do ćwiczeń praktycznych.
Zestaw EdW09 zawiera następujące
elementy (specy

kacja rodzajowa):
1.
Diody prostownicze
4 szt.
2. Układy scalone
4 szt.
3. Tranzystory
8 szt.
4. Fotorezystor
1 szt.
5. Przekaźnik
1 szt.
6. Kondensatory
22 szt.
7. Mikrofon
1 szt.
8.
Diody LED
11 szt.
9. Przewód
1 m
10. Mikroswitch
2 szt.
11. Piezo z generatorem
1 szt.
12. Rezystory
64 szt.
13. Srebrzanka
1 odcinek
14. Zatrzask do baterii 9V
1 szt.
15. Płytka stykowa prototypowa
840 pól stykowych 1 szt.
Jest to specy

kacja ostateczna, nieznacznie
skorygowana w stosunku do wydania
opublikowanego przed miesiącem.
Cena zestawu EdW09 – 47 zł brutto
(www.sklep.avt.pl)
Uwaga Szkoły
Tylko dla szkół prenumerujących Młodego
Technika przygotowano Pakiety Szkolne
zawierające 10 zestawów EdW09 (PSE EdW09)
w promocyjnej cenie 280 zł brutto,
t.j. z rabatem 40%.
Autorem zaplanowanego na ponad rok
Praktycznego
Kursu Elektroniki
jest
Piotr Górecki
, redaktor naczelny
kultowego w świecie hobbystów elektroników miesięcz-
nika Elektronika dla Wszystkich i autor legendarnych cy-
kli artykułów i książek uczących elektroniki od podstaw.
m.technik
m.technik
- www.mt.com.pl
72
  PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI
Projekt 6
Szoker, czyli przetwornica
wysokiego napięcia
X
I
I
I
I
I
REL1
S1
I
I
B
9V
I
A
X
REL1
B
Y
9-20V
B
73
  Na warsztacie
się przekonać,
dotykając do
punktów X, Y
palcami jednej
ręki. Owszem
wrażliwsze
osoby poczują
lekkie ukłucia,
ale wiele osób,
zwłaszcza tych
mających suchą
skórę, w ogóle
ich nie poczuje.
Jeśli ktoś chciałby zwiększyć
siłę impulsów, powinien zasi-
lić układ wyższym napięciem,
np. 18 V z dwóch połączonych
szeregowo baterii.
Uwaga! Tego rodzaju eks-
perymentów nie powinny
przeprowadzać osoby, mające
wszczepiony rozrusznik serca!
Opis układu dla
„zaawansowa-
nych”
Szoker
jest wyjątkowo pro-
stym układem elektronicznym,
wykorzystującym przekaźnik:
zarówno jego styki, jak i in-
dukcyjność cewki. W układach
z rysunków A i B styki prze-
kaźnika są tak podłączone,
że w spoczynku umożliwiają
przepływ prądu z baterii przez
cewkę przekaźnika. Przekaźnik
zadziała z drobnym opóźnie-
niem – ułamek sekundy po do-
łączeniu napięcia. Wtedy prze-
łączy styki i... przerwie obwód prądu. Po przerwaniu prądu przekaźnik puści – z opóźnieniem o kolejny
ułamek sekundy. Styki znów zostaną zwarte i po kolejnym ułamku sekundy przekaźnik znów zadziała.
Cykl będzie się powtarzał i przekaźnik będzie terkotał. Otrzymamy prosty generator elektromechaniczny.
Uwaga! Jeżeli przekaźnik (RM96P) zawarty w zestawie EdW09 ma nóżki zbyt grube, by włożyć je
w płytkę stykową, można wykonać „przejściówki”, na przykład jak pokazuje prawa część
fotogra

i D
.
Natomiast przekaźnik NT74 można włożyć bezpośrednio w płytkę –
fotogra

a E
.
Wytwarzanie impulsów wysokiego napięcia związane jest z obecnością w przekaźniku cewki (induk-
cyjności). Podczas przepływu prądu, w indukcyjności cewki magazynowana jest energia, podobnie jak
w pojemności kondensatora. Po dołączeniu źródła napięcia do cewki, zaczyna przez nią płynąć prąd,
jak pokazują czerwone strzałki i w cewce gromadzi się energia. Gdy styki przekaźnika zostaną rozwarte,
przepływ prądu zostaje gwałtownie przerwany, a zgromadzona w cewce porcja energii zostaje przekaza-
na do diod LED, powodując ich błysk. Jak się potocznie mówi,
cewka nie lubi zmian prądu i reaguje na
nie, wytwarzając napięcie samoindukcji, które stara się podtrzymać przepływ prądu w dotychczasowym
kierunku
. Po rozwarciu styku przepływ prądu pokazują niebieskie strzałki.
To wytwarzane w cewce napięcie samoindukcji ma biegunowość odwrotną, niż wcześniej dołączone
tam napięcie baterii i może być duże. Napięcie w punkcie X jest wtedy ujemne względem masy.
Zjawisko wytwarzania impulsu (przepięcia) w cewce przy przerwaniu przepływu prądu wykorzystujemy
w samochodach z silnikiem benzynowym, gdzie napięcie potrzebne do wytworzenia iskry zapłonu
wynosi ponad 10000 V i uzyskiwane jest z „samochodowego” napięcia 12 V.
C
D
E
m.technik
m.technik
- www.mt.com.pl
74
 PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI
W naszym przypadku, w zestawie EdW09 mamy do dyspozycji jedynie cewkę przekaźnika o słabych
parametrach, dlatego wytwarzane napięcie i wielkość gromadzonej porcji energii są niewielkie.
Nie mamy szans na wytworzenie iskier, a do uzyskania odczuwalnych impulsów wysokiego napięcia
musimy podwyższyć napięcie zasilania. Niemniej już takie proste eksperymenty pokazują tajemnicze
właściwości cewek, które wykorzystujemy w różnych pożytecznych układach.
Wykład z ćwiczeniami 6
Poznajemy elementy i układy elektroniczne
Napięcie przewodzenia diod LED wynosi 2...3, 4 V, więc bateryjka 9-woltowa, a nawet akumulator
12-woltowy nie jest w stanie zaświecić łańcucha pokazanego na
rysunku 1a
. Jeżeli jednak będziesz na-
ciskać przycisk S1 w układzie z 
rysunku 1b
, to każde naciśnięcie przycisku spowoduje błysk wszystkich
diod w łańcuchu. W spoczynku przycisk S1 jest rozwarty, a kondensator C1 jest naładowany do pełnego
napięcia baterii. Po każdym rozwarciu S1 prąd ładowania popłynie przez diodę D1, kondensator C1 i re-
zystor R1. Gdy naciśniesz przycisk S1, naładowany kondensator, który jest maleńką bateryjką, zostanie
„podrzucony do góry”, co spowoduje połączenie w szereg baterii B i naładowanego kondensatora C1.
W pierwszej chwili napięcie między punktami A, B będzie dwa razy większe od napięcia baterii. Przez
1N4148
D
1
a)
b)
1N4148
D1
c)
A
R2 2,2k
A
A
R2 2,2k
S1
I=0
S1
T1
BC548
B
C1
1000
P
F
C1
1000
P
F
B
B
9V
T2
BC558
9V
9V
R1
470
:
B
B
B
1
2x 1N4148
D1
rezystor R2 i diody LED zacznie pły-
nąć prąd. Spowoduje to rozładowanie
i stopniowe obniżanie napięcia na C1.
Po chwili diody zgasną. Rozwarcie S1
spowoduje ponowne naładowanie C1,
a przy ponownym naciśnięciu, diody
LED znów zaświecą.
Podczas naciskania S1, prąd nie może
płynąc przez diodę D1, która wtedy
pracuje w kierunku zaporowym, ale
zupełnie niepotrzebnie płynie przez R1.
Nieco ulepszony układ mógłby wyglądać
jak na
rysunku 1c
. Gdy S1 jest rozwarty,
kondensator C1 ładuje się przez diodę D1, a prąd płynie dalej
przez T2 do masy. Gdy naciśniesz S1, zacznie przewodzić T1,
a T2 zostanie zatkany, więc podczas naciskania „marnuje się”
tylko malutki prąd płynący przez R1. Mniej prądu się marnuje,
ale maksymalne napięcie wyjściowe jest dodatkowo obniżone
o dwa napięcia U
BE
, tranzystorów T1, T2.
W takiej przetwornicy prąd wyjściowy płynie w sposób
przerywany. Jeślibyśmy chcieli uzyskać na wyjściu napięcie
stałe, to musimy dodać jeszcze jedną diodę i wyjściowy kon-
densator magazynujący.
Jeżeli zrealizujesz taką wersję według
rysunku 2
, diody będą
świecić ciągle. Jest to najprawdziwsza przetwornica pojemnoś-
ciowa. W idealnym przypadku byłby to podwajacz napięcia
D2
2
x BC558
C1
A
R5 2,2k
T1
T2
C2
100n
100n
T3
BC548
C3
100
P
F
T4
BC558
C1
1000
P
F
B
2
generator
3
75
 Na warsztacie
+
baterii, ale napięcie wyjściowe jest mniejsze, niż 2*U
BAT
z uwagi
na spadki napięć na szkodliwych rezystancjach, na diodach D1,
D2 i na napięcia U
BE
tranzystorów T3, T4.
Fotogra

a 3
pokazuje
mój model. Diody LED zaczynają lekko świecić, gdy napięcie
na nich wynosi co najmniej 13 V i takie napięcie występowało
na nich, gdy napięcie zasilania wynosiło 7,5 V.
Potrajacz napięcia mógłbyś zrealizować według idei z 
rysunku
4
. Natomiast
rysunek 5
pokazuje przykład realizacji
powiela-
cza napięcia
. Mógłby on mieć dowolnie więcej takich ogniw
wyróżnionych różowymi i niebieskimi podkładkami, ale wy-
dajność prądowa wyjścia
gwałtownie maleje wraz
ze wzrostem liczby stopni
powielania.
Fotogra

a
6
pokazuje mój model,
w którym w roli generatora
wystąpił multiwibrator

rysunku 2
. Przy zasilaniu
9,0 V napięcie wyjściowe
U bez obciążenia wynosiło
22,5 V, ale przy dołączeniu
obciążenia – rezystora
1 k

spadło do 15,1 V. Czym więcej stopni, tym mniejsza jest
wydajność prądowa. W zestawie EdW09 mamy niewiele kon-
densatorów i tylko cztery diody prostownicze, więc mój model
ma mniej stopni (w roli diod można byłoby wykorzystać
złącza baza-kolektor tranzystora, jak pokazano z prawej strony
rysunku).
A teraz, żeby nie mieć wątpliwości co do działania układów
z ilustracji tytułowej, zbudujmy prościutki układ według
rysunku 7a
. Zwróć uwagę, że czerwona dioda LED2 jest
włączona „w niewłaściwym kierunku”. Gdy naciśniesz S1,
zaświeci tylko zielona dioda LED1, co jest oczywiste. Dlaczego
jednak w chwili zwalniania przycisku S1 błyska czerwona
dioda LED2, która jest włączona „odwrotnie”? Otóż przekaźnik
to rodzaj elektromagnesu, więc zawiera cewkę. Po dołącze-
niu napięcia do cewki, płynie
prąd i elektromagnes przyciąga
ruchomą tzw. kotwicę oraz
przełącza połączone z nią styki.
Fotogra

a 8
pokazuje inny
typ przekaźnika, gdzie moż-
na lepiej przedstawić zasadę
działania.
W każdym razie częścią
przekaźnika jest cewka.
A każda cewka ma pewną in-
dukcyjność. Można powiedzieć
w uproszczeniu, że
indukcyj-
ność to zdolność do przeciwstawiania się zmianom prądu
. Indukcyjność cewek i dławików wyrażana
jest w henrach (H), a także w milihenrach (mH), mikrohenrach (uF), nanohenrach (nH). Cewka (często
nazywana dławikiem) „nie lubi” zmian prądu i co bardzo dziwi początkujących, na zmiany prądu rea-
guje wytworzeniem „własnego” napięcia, tzw.
napięcia samoindukcji
. Napięcie to ma taką biegunowość,
że próbuje podtrzymać dotychczasowy przepływ prądu. Wartość napięcia samoindukcji, wytworzonego
przez cewkę zależy od indukcyjności i od szybkości zmian prądu, co wyraża znany ze szkoły wzór:
U = L*dI/dT.
W układzie z rysunku 7a w chwili zwarcia S1 prąd cewki, dzięki jej indukcyjności, nie narasta gwał-
townie, tylko płynnie w ciągu ułamka sekundy. Zmiany prądu podczas jego narastania powodują wytwo-
rzenie napięcia samoindukcji, które odejmują się od napięcia zasilającego i przeciwstawiają się zmianom
+
B
_
generator
4
~2U
B
ok. 3U
B
ok. 4U
B
ok. 5U
B
B
A
K
C
A
K
C
B
A
B
B
5
generator
6
a)
b)
A
I
I
I
D1
1N4148
I
REL
I
I
LED2
czerwona
LED1
zielona
B
B
9V
S1
9V
I
B
I
I
I
7
m.technik
m.technik
- www.mt.com.pl
76
     [ Pobierz całość w formacie PDF ]