SSzzkkoołłaa KKoonnssttrruukkttoorróóww 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 zawar- tość, np. Szko129, Jak11, NieGra129, #11, 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 (najle- piej bez typowo polskich liter), na przykład: Szko129Kowalski, Policz129Zielinski, NieGra129Malinowski, Jak11Krzyzanowski. 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 ujaw- niać 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 pro- jekt/artykuł pt.: ……………………………………, który przesyłam do redakcji Elektroniki dla Wszystkich, jest moim osobistym opracowaniem i nie był wcześniej nigdzie publikowany. Mam też prośbę dotyczącą schematów: na schematach podawajcie wartości elementów, a dodatkowo dołączcie Wykaz elementów w postaci pliku tek- stowego.

Zadanie główne nr 129 Nadeszła jesień i jest to nie najgorszy moment mechaniczną i zasilaniem, żeby system pod- tego wystarczyłby przetwornik piezo, czy na zastanowienie się nad tematem, który „doj- świetlenia można było łatwo i całkowicie potrzebny byłby głośnik? Jak zrealizować rzewał” od dłuższego czasu. Już wiele lat zdemontować i żeby w zimniejsze dni można niezbyt głośne charakterystyczne „wystrza- temu,a konkretnie w trzecim numerze EdW było normalnie w tym kominku palić, nie ły”? Czy wystarczą gasnące drgania sinusoi- pojawił się projekt Wieczna świeczka. Postęp obawiając się o uszkodzenie jakichś elemen- dalne? techniczny sprawił, że warto znów zająć się tów lub przewodów. Pomyślcie też, żeby Oczywiście w przypadku świeczki efekty tematem, tym bardziej że na rynku pojawiają urządzenie nadawało się zarówno do klasycz- akustyczne nie mają sensu, a głównym się podobne rozwiązania komercyjne. A oto nego kominka typu otwartego, takiego jak na wyzwaniem będzie zapewnienie w miarę temat zadania 129: fotografii 1, jak też do kominka z przeszklo- naturalnego „migotania płomienia”. Tu jed- nym wkładem-paleniskiem, przypominające- nak mam dodatkową propozycję: a może Zaproponuj układ elektronicznej go akwarium. W tym pierwszym przypadku układ świeczki wzbogacić o dodatkowe świeczki lub „elektronicznego płomie- klasycznego kominka bez szyby chyba trud- zaskakujące funkcje? Kiedyś dawno napotka- nia” w kominku. niej będzie uzyskać ładny efekt symulacji łem dwa godne uwagi pomysły, których dzia- płomieni, ale może wystarczy zastosować coś Kiedyś do symulacji płomienia wykorzys- w rodzaju ekranu półprzezroczystego czy Fot. 1 Kominek otwarty tywano neonówki z odpowiednio ukształto- odbijającego albo też projekcję światła diod wanymi elektrodami. Pomarańczowe światło LED na wewnętrzne ścianki kominka. neonówki, czasem nawet zmieniające swą jas- Pomyślcie nad tym, ponieważ „elektroniczny ność, zupełnie przyzwoicie udawało płomień. symulator ognia” może być niezmiernie inte- Wadą neonówek jest wysokie napięcie zasila- resującą propozycją dla wielu posiadaczy nia. Dziś mamy do dyspozycji wysoko spraw- kominków, którzy chcieliby wytworzyć przy- ne diody LED o różnych kolorach i warto jemną atmosferę także w cieplejsze wieczory, wykorzystać je zarówno do udawania płomie- gdy rozpalanie kominka nadmiernie podwyż- nia świecy, ale także do podświetlenia komin- szyłoby temperaturę pomieszczenia. Ponadto ka, żeby wydawało się, że płonie w nim w licznych mieszkaniach nie da się zainstalo- ogień. Pomyślcie, jak za pomocą diod LED wać prawdziwego kominka i niektórzy byli- wytworzyć przyjemny nastrój. by zainteresowani wykonaniem sensownej Zarówno w przypadku świecy, jak i pod- atrapy. Zresztą w handlu, choćby w super- świetlenia kominka, dioda (-y) LED nie marketach, można kupić takie atrapy. A może powinna być widoczna wprost, a docierające oprócz efektu świetlnego z użyciem diod do obserwatora światło powinno być rozpro- LED udałoby się sensownie zrealizować szone. Planując „elektroniczny płomień” w efekty akustyczne, a mianowicie delikatne kominku, zastanówcie się nad konstrukcją odgłosy pękających płonących polan? Czy do

30 Elektronika dla Wszystkich łanie miało wywrzeć na obserwatorach efekt kie, dużo mniejsze niż zmiany pod wpływem rzyć tego rodzaju inteligentną świeczkę, wręcz piorunujący. Oba to układy elektronicz- prądu powodującego nawet niewielkie rozża- byłby to znakomity projekt, mający wszelkie nej świeczki z klasyczną żarówką, którą rzenie włókna. szanse stać się projektem okładkowym. zaświeca się za pomocą… zapałki. W jednym Drugi pomysł jest dużo łatwiejszy do reali- Nawet w przypadku porażki, przyślijcie rela- rozwiązaniu płomień zapałki miał podgrze- zacji. Świeczkę (żarówkę lub diodę LED) też cję z przeprowadzonych prób. wać włókno żarówki, które jak wiadomo ma zaświeca się płomieniem zapałki, a konkret- Poświęćcie trochę czasu na przejrzenie spory dodatni współczynnik cieplny. Współ- nie włącza ją fotoelement reagujący na silne Internetu pod kątem układów symulujących pracujący układ miał cały czas monitorować światło płomienia zapałki. Potem prosty układ płomień, ale może najpierw zastanówcie się rezystancję włókna i po wykryciu zwiększe- z dodatnim sprzężeniem zwrotnym podtrzy- nad własnymi koncepcjami, żeby się nie dać nia oporności przez płomień zapałki miał muje świecenie żarówki – światło lampki ukierunkować i ograniczyć przez liczne roz- przepuścić przez żarówkę niewielki prąd, świeci też na fotoelement. Taką świeczkę gasi wiązania komercyjne elektronicznych świe- który miał zaświecić ją słabym, żółtawym się palcami, podobnie jak odważni gaszą kla- czek. W Internecie jest wiele przykładów, światłem. Według opisu, gaszenie miało pole- syczne świeczki, ściskając knot, aby nie które można odnaleźć, wpisując w wyszuki- gać na… silnym i dość długim dmuchnięciu, dymił. Ściśnięcie palcami źródła światła prze- warkę choćby takie hasło jak: „LED candle”, co z kolei ochłodziłoby nieco włókno, i co rywa strumień docierający do fotoelementu i „electronic candle” czy „elektroniczna wykryłby układ monitorujący rezystancję wyłącza lampkę. Tu układ elektroniczny świeczka”. włókna. Opis wyglądał bardzo interesująco, może być bardzo prosty, trzeba tylko sensow- Oczywiście jak zwykle, czekam zarówno ale ja takiego rozwiązania nie testowałem, a nie dobrać sposób umieszczenia i czułość na modele, jak też na prace teoretyczne, za na podstawie doświadczenia obawiam się, że fotoelementu, żeby nie reagował on na świat- które też można otrzymać nagrody. Jestem wykonanie takiego monitora rezystancji ło otoczenia. Kto z Was zrealizuje coś takiego przekonany, że znów zaskoczycie mnie inte- włókna i odpowiedniego sterownika byłoby albo zaproponuje jeszcze inne rozwiązanie resującymi pomysłami oraz realizacjami. dość trudnym zadaniem, ponieważ zmiany podobnej inteligentnej świeczki? Zachęcam więc do udziału w tym zadaniu rezystancji pod wpływem zapałki czy dmuch- Gorąco zachęcam do eksperymentów z zarówno młodych, jak i doświadczonych Czy- nięcia pojawią się ze zwłoką i będą niewiel- tego rodzaju układami. Jeśliby się udało stwo- telników!

Rozwiązanie zadanie głównego 124 Temat zadania 124 dotyczący realnego prob- CB oraz fabrycznego odbiornika z obwodem sygnału prostokątnego o częstotliwości rów- lemu brzmiał: Zaproponuj system sygnalizu- blokady szumów (squelch) – sygnałem obe- nej ok. 1Hz i wypełnieniu impulsów w gra- jący nadmierne oddalenie monitorowanej cności osoby nadzorowanej byłyby zmiany nicach 1-3% (przy napięciu zasilania równym osoby czy obiektu. Chodziło głównie o sys- napięcia właśnie w obwodzie wyciszania. 12V). Przebieg ten zostaje podany na jedno tem, który można nazwać „czujnikiem oddale- Adam Ples z Jaworzna napisał: (…) z wejść drugiej bramki, pełniące rolę wejścia niowym”, a który monitorowałby chorego nadajnik jest noszony przez monitorowaną ENABLE drugiego multiwibratora, o częstot- człowieka z zanikiem pamięci, tak aby bez osobę. Odbiornik spoczywa gdzieś w pomiesz- liwości ok. 250Hz. Ostatnia bramka odwraca nadzoru nie oddalał się poza określony czeniu, po którym osoba może się poruszać. fazę sygnału, jest tutaj także buforem. Wobec obszar. Do odbiornika podłączone jest stosowne powyższych ustaleń na wejściu nadajnika co Temat był specyficzny i dość trudny. Cie- urządzenie alarmowe. sekundę pojawia się kilka (4-7) krótkich szę się, że mimo wszystko wiele osób posta- Na początku prac poczyniłem kilka zało- impulsów, które zostają wysłane w eter. Moduł nowiło się z nim zmierzyć. żeń. Po pierwsze, chciałem, by nadajnik był radiowy został zakupiony w sklepie AVT i pra- jak najmniejszy, tak aby można go było ukryć cuje z częstotliwością 433MHz. Całość jest Propozycje teoretyczne gdzieś w ubraniu osoby monitorowanej. Sche- zasilana napięciem 12V z niewielkiej baterii Najczęściej proponowaliście systemy wyko- mat „pluskwy” został przedstawiony na ry- do pilotów. Niestety jej pojemność jest nie- rzystujące fale radiowe z małym nadajnikiem sunku 1. Pierwsza bramka tworzy generator wielka i to ona zdeterminowała budowę noszonym przez osobę nadzorowaną. Niektó- rzy chcieliby wykorzystać moduły radiowe 433MHz, inni proste nadajniki o różnych innych częstotliwościach. Pojawiły się też pomysły, żeby wykorzystać światło widzialne i podczerwień w roli aktywnej bariery. Bar- tosz Tarnowski z Katowic chce wykorzystać diodę nadawczą IRED i scalony odbiornik typu SFH lub TFMS. Michał Romaniuk z Wielgolasu chce wykorzystać laserową barie- rę. Promień lasera odbijający się od luster umieszczonych w narożnikach obszaru dozo- rowanego i trafiający w końcu w fotoelement byłby rodzajem bariery. Osoba opuszczająca tak „ogrodzony” teren przerywałaby stru- mień, co sygnalizowane byłoby przez sygna- lizator piezo. Jeśli chodzi o systemy radiowe, 25-letni Marcin Wróbel z Zamościa nie podając szcze- gółów, proponuje przeróbkę dziecinnej zabaw- ki walkie-talkie. Widzi też możliwość wyko- Rys. 1 rzystania jakiegokolwiek nadajnika w paśmie

Elektronika dla Wszystkich 31 Szkoła Konstruktorów nadajnika – chodziło w gruncie rzeczy o to, czyć. Na pewno nadajnik musi być włączany w podłożu, a zaletą jest niewielka odległość aby pobierał on jak najmniejszy prąd. Myślę, tylko na krótką chwilę co jakiś dłuższy czas, czytnik–odbiornik. że konieczność cotygodniowej wymiany bate- żeby średni pobór prądu był rzędu mikroam- 23-letni Aleksander Bernaczek z Mag- rii znacznie zmniejszyłaby wartość użytkową perów. nuszowic przysłał kilka ogólnych propozycji: systemu. Z przyjemnością odnotowuję, że znaczna 1. Kilka lat temu oglądałem program o Odbiornik jest równie prosty w budowie, część uczestników uwzględniła problem zasi- golfie, w którym wózek z kijami jechał auto- co nadajnik. Widzimy tu kondensator C1, lania. matycznie za golfiarzem. Zrealizowane to który ładuje się poprzez opór R2. Napięcie na A świadomie próbowali go rozwiązać inni było w dość ciekawy, a zarazem teoretycznie C1 jest podane na wejście nieodwracające Koledzy, którzy zaproponowali odmienne prosty sposób, przez sprawdzanie z jaką siłą wzmacniacza operacyjnego. Wejście odwra- systemy. I tak Rafał Mioduszewski z Kato- docierają fale radiowe z nadajnika do wózka. cające jest podłączone do dzielnika napięcia, wic chciałby wykonać rodzaj ogrodzenia, peł- Na pasku z tyłu spodni był umieszczony gdzie panuje potencjał 6V. Brak sprzężenie niącego jednocześnie rolę anteny odbiorczej, nadajnik. Jeżeli golfiarz się oddalił, załóżmy zwrotnego powoduje, że US3 działa jak kom- a osobę nadzorowaną wyposażyć w nadajnik metr od wózka, to ten za nim jechał (tak na- parator. W zależności od tego, czy napięcie o znikomej mocy, żeby znaczący sygnał w prawdę nie pamiętam, czy to był metr, czy nie, C1 jest większe, czy mniejsze od połowy antenie pojawiał się wtedy, gdy osoba nadzo- chodzi tylko o zasadę działania). Z przodu po napięcia zasilania, przechodzi on w jeden ze rowana będzie opuszczać chroniony obszar. obu stronach wózka były dwie anteny. Jeżeli stanów nasycenia. Tymże sygnałem wystero- Potem przytomnie zauważył, że nie ma golfiarz szedł prosto, to wózek był ustawiony wany jest tranzystor, którego zadaniem jest potrzeby rozciągania dodatkowego płotu- (jechał) prostopadle do nadajnika. Jeżeli uruchomienie przekaźnika, do którego podłą- anteny wokół posesji, bo taka osoba zapewne skręcił załóżmy w lewo, to sygnał do anteny z czamy urządzenie alarmowe. nie będzie przełazić przez zwykły płot, tylko lewej strony (patrząc zza wózka) trafiał sil- Jeżeli więc uruchomimy odbiornik, to po wyjdzie przez drzwi, furtkę lub bramę. Wystar- niejszy niż do drugiej anteny. Podobnie było ok. 12s (dla R2=150kΩ) uruchomi się alarm, czy więc w tych miejscach zainstalować przy skręcaniu w prawo. W ten sposób zreali- chyba że ..., no właśnie. Jeśli odbiornik radio- odbiorniki. zowano wykrywanie kierunku ruchu. Jeżeli wy wychwyci impulsy nadane przez „plus- Z problemem poboru prądu uporał się mło- golfiarz stanął, to wózek zbliżywszy się na kwę”, zostaną one podane przez R1 na bazę dziutki Jonatan Zawistowski z Kobyłki, odległość powiedzmy 50cm, zatrzymywał się. tranzystora R1, co spowoduje niemal natych- który z pomocą rodziców poinformował: Jak to się ma do tematu zadania? Wystarczy miastowe jego rozładowanie. Można wykorzystać system jak w Empiku czy umieścić 2 anteny (a nawet jedną) i można z Warto zauważyć, że system daje pewną niektórych sklepach, gdzie każdy towar ma dużą precyzją określić odległość i położenie swobodę monitorowanemu. Możemy np. naklejkę. Przy kasie się ją wyłącza, a kto nie obiektu. Cztery anteny, tworzące kwadrat lub pozwolić mu na oddalenie się z miejsca zapłaci, przy przechodzeniu przez bramki prostokąt, pozwoliłyby ustalić, czy obiekt jest „uwięzienia” na minutę, ale nie więcej. wywoła alarm. (…) Do kieszeni trzeba chore- na danym obszarze, czy poza nim. Oczywiście Ponadto wyklucza przypadkowe zaginiecie mu włożyć naklejkę i przy wyjściu postawić obiekt musi mieć przy sobie nadajnik. Wiem, impulsów. Można także trzymać kogoś takie barierki z czujnikami jak w sklepach. że zadanie nie jest proste, ale możliwe do wy- „sztywno” w wyznaczonym obszarze. Dla Za ten pomysł 11-letni Jonatan otrzymuje konania. R2=3kΩ już brak dwóch paczek sygnałów nagrodę. 2. Można również wykorzystać Nadajnik uruchamia alarm. Podobnie Marek Jurczyk z Mnichowa i sygnalizacyjny (kit 236) i w przypadku zaniku I jeszcze kilka uwag na temat montażu. Sebastian Fałat z Warszawy uniknęli proble- sygnału stwierdzić, że obiekt się oddalił za Cały nadajnik umieściłem, choć jeszcze nie na mu z zasilaniem, ponieważ zaproponowali daleko. To rozwiązanie jest raczej mało prak- stałe, w niewielkiej plastikowej rurce o wy- wyposażenie osoby nadzorowanej w układ tyczne, choć bardzo tanie. miarach 55x15mm. Wszystkie elementy zosta- (tzw. tag) RFID. Jak wiadomo, odbiornik 3. Większość posesji jest ogrodzona wiec ły przylutowane do końcówek układu scalone- RFID nie wymaga zasilania, a informacje w można umieścić w furtce i ewentualnie w bra- go. Odbiornik natomiast znalazł swoje miejs- nim zawarte są odczytywane po umieszczeniu mie czujniki sprawdzające kierunek ruchu ce w płytce drukowanej. w dość silnym polu magnetycznym. Pole (transoptory szczelinowe). Jeśli ktoś wyjdzie Z kolei Michał Drewnowski z Janowca magnetyczne indukuje w rezonansowej ante- będziemy o tym wiedzieć. Kierunek ruchu jest napisał: (…) Można sobie wyobrazić minina- nie odbiornika napięcie, które po wyprosto- po to, żeby alarm się nie podnosił, jak przez dajnik FM modulowany przebiegiem np. waniu zapewnia zasilanie współpracującego furtkę ktoś wejdzie (sąsiad czy listonosz). 1kHz, którego sygnał byłby odbierany przez układu scalonego, a odczyt danych związany Układ powinien również „widzieć”, ile osób zwyczajny radioodbiornik. Zamiast głośnika jest ze zmianą parametrów obwodu rezonan- jest na terenie posesji. byłby filtr, sprawdzający obecność przebiegu sowego anteny przez układ scalony. Co praw- 4. Można też wykorzystać karty transpon- 1kHz. Zanik sygnału m.cz. wywoła alarm. da wyobrażenia o zasięgu czytnika RFID są derowe. Takową umieszczamy przy badanym Rzeczywiście systemy radiowe mogą pra- przesadzone, niemniej idea jest jak najbar- obiekcie, a odbiorniki przy furtce, drzwiach cować na różnych zakresach fal radiowych i dziej prawidłowa. Marek napisał: zastosowa- itp. Przejście będzie sygnalizowane np. przez można byłoby wykorzystać rozmaite sposoby nie etykiet RFID rozwiązuje problem (…) nie komputer (odbiorniki mogą komunikować się sprawdzania, że dana osoba zanadto się nie znam się na tym, jednak na pewno zasięg przez RS-232). Rozwiązanie to ma również oddaliła. Może to być zanik sygnału nośnej, może wynosić kilkanaście, a przynajmniej wady. Jeśli obiekt przejdzie zbyt daleko od od- ale z uwagi na zakłócenia i obce nadajniki, kilka metrów i czytniki na pewno można zain- biornika, ten może nie zadziałać. zamiast „czystej nośnej” zdecydowanie lepiej stalować w drzwiach mieszkania, w furtce czy 5. Można również zrobić barierę świetlną, byłoby modulować ją i sprawdzać obecność nawet w bramie. (…) tworzącą dowolny kształt. Przerwanie pro- takiego charakterystycznego sygnału. Pomysł wykorzystania układów radiowej mienia powoduje włączenie alarmu. W tym W systemach radiowych występują dwa identyfikacji RFID jest bardzo interesujący i przypadku trzeba dobrze pomyśleć, na jakiej dalsze istotne problemy: Jeden to stabilność warto byłoby przeprowadzić próby, zarówno wysokości umieścić nadajniki i odbiorniki nadajnika i odbiornika, żeby się nie rozstraja- z fabrycznymi odbiornikami RFID, jak i z promieni, aby pies czy kot nie mógł przypad- ły. Drugi to pobór mocy. Nadajnik noszony prostszymi układami własnej konstrukcji, na kiem przerwać promienia. przez osobę nadzorowaną musi być mały, przykład montowanymi… na butach osoby 6. Ostatnia propozycja nie jest najtańsza, więc pobór prądu należy radykalnie ograni- nadzorowanej. Wtedy czytnik trzeba umieścić ale umożliwia zlokalizowanie obiektu dosłow-

32 Elektronika dla Wszystkich nie wszędzie. Chodzi o system GPS. Nadajni- ki mogą być bardzo małe i pracować bardzo długo. Do lokalizacji można wykorzystać jakiś przenośmy odbiornik GPS lub komputer z do- stępem do Internetu. Jestem pewien, że nie wyczerpałem tematu. Obiektem może być nie tylko starsza osoba, ale również małe dzieci, nasze czworonogi czy zwierzęta gospodarcze. Może to również słu- żyć jako prymitywny alarm o wejściu na posesję nieproszonych gości, alarm samocho- obwodzie – dowy, a może jeszcze coś innego... ognisko „odbior- Jacek Konieczny z Poznania przysłał w cze” dla wszystkich lus- liście pomysł skomplikowanego systemu ter i przetworników będzie jed- monitorowania obecności osoby w obszarze nakowa. Tak ma być tylko wtedy, gdy mającym kształt elipsy. O ile dobrze odcyfro- wewnątrz elipsy nie będzie przeszkód. wałem i zrozumiałem odręczny list, w ognis- Gdy znajdzie się tam obiekt odbijający ultra- Fot. 3 Strażnik Rafała Kuchty kach elipsy na słupkach umieszczone byłyby dźwięki (odpowiednio ubrany człowiek), fale zestawy nadajników i odbiorników ultra- ultradźwiękowe od nadajnika do współpracu- ka aktywnego, jednak zachowuje się podob- dźwiękowych, a na obrzeżu elipsy pewna jącego odbiornika pobiegną po innej, krótszej nie jak pasywne (bierne) czujki PIR. Taki liczba słupków z rodzajem luster, odbijają- drodze i sumaryczny przebieg z odbiorników czujnik może być umieszczony przy wyjściu cych dźwięk. Jacek chciałby wykorzystać nie będzie miał modulacji 100%. z mieszkania lub posesji i służyć w systemie fakt, że w elipsie suma odległości punktu na Idea jest na pewno zaskakująca, a Autora sprawdzającym, czy osoba nadzorowana po- obwodzie elipsy do obu ognisk jest stała dla niewątpliwie należy pochwalić za ogromną jawia się w obszarze, gdzie nie powinna się wszystkich punktów na obwodzie. Uważa, że pomysłowość. Jednak praktyczna realizacja znaleźć. Zaproponowany układ ma też szereg nadajniki zasilane tym samym przebiegiem niezawodnego systemu tego rodzaju byłaby dalszych możliwości, pozwalających wyko- ultradźwiękowym, zmodulowanym w 100%, nie tylko zbyt kosztowna, ale wręcz niemożli- rzystać taki nietypowy czujnik w systemach dadzą w odbiornikach „czysty” sygnał, rów- wa, choćby z uwagi na właściwości ultrad- alarmowych. nież z modulacją 100%, ponieważ długość źwięków, które mimo możliwości skupiania Fotografia 3 przedstawia nadajnik i trasy: ognisko „nadawcze” – zwierciadło na w wiązkę, mają zupełnie inne właściwości niż odbiornik, a właściwe dwa transceivery syste- światło widzialne czy podczerwień. mu Radiowego strażnika. Autorem jest Rafał Kuchta ze Skrzyszowa. Fot. 2 Czujnik Rozwiązania praktyczne Na fotografii 4 można zobaczyć Sygnali- Szymona Janka Wspomniany już Adam Ples z Ja- zator zagubionego modelu, nadesłany przez worzna wspomniał, że przeprowa- Piotra Nowickiego z Ćmielowa. Jest prze- dził eksperymenty, niemniej przy znaczony głównie do zdalnie sterowanych braku modelu czy choćby modeli samolotów i śmigłowców. Ten proś- fotografii, nie mogę pracy ciutki układ wydaje przerywany dźwięk, gdy zaliczyć do rozwiązań do modelu nie docierają sygnały zdalnego ste- praktycznych. rowania, co pozwoli zlokalizować model na Fotografia 2 przykład po jego upadku w wysoką trawę lub pokazuje model w krzaki. Nie mam pewności, czy układ ten 21-letniego Szy- został nadesłany jako rozwiązanie tego zada- mona Janka z nia Szkoły, czy jako niezależny projekt, nie- Lublina. Jest to mniej tematyka jest bardzo zbliżona, dlatego Inteligentny czujnik zbli- odnotowuję tę propozycję i przydzielam żeniowy IRED. Działa na zasa- Autorowi upominek i punkty. dzie wykrywania promieniowania odbi- Trzy projekty pokazane na fotografiach tego od obiektu, a więc jest rodzajem czujni- 2…4 kieruję do sprawdzenia i publikacji.

Punktacja Szkoły Konstruktorów Maciej Grzanka Pogórze ...... 16 Jacek Rączka Połomia ...... 10 Paweł Konopacki ...... 6 Marek Jankiewicz Połczyn Zdr...... 16 Michał Urbaniak Dębogóra ...... 10 Piotr Kuranty Sól ...... 6 Rafał Kuchta Skrzyszów ...... 136 Piotr Raczyński Gdynia ...... 29 Marcin Dyoniziak Brwinów ...... 15 Marcin Dobrogowski Gajowniki ...... 9 Piotr Łaskarzewski Lewin Brzeski ...... 6 Szymon Janek ...... 109 Tomek Chronowski Mała Wieś ...... 28 Paweł Świtalski Siedlce ...... 15 Arkadiusz Kocowicz Czarny Las ...... 9 Eryk Michałowski Lublin ...... 6 Jakub Borzdyński Glinik ...... 92 Piotr Bechcicki Sochaczew ...... 27 Tomasz Albrecht Koluszki ...... 14 Jarosław Łangowski ...... 9 Łukasz Oszmaniec Żory ...... 6 Robert Jaworowski Augustów ...... 77 Jakub Jagiełło Gorzów Wlkp...... 27 Piotr Diaków Kraków ...... 14 Marcin Połomski Kraków ...... 9 Adam Robaczewski Wejherowo ...... 6 Jarosław Tarnawa Godziszka ...... 68 Marcin Kopa Kleosin ...... 27 Mariusz Jaglarz Chrzanów ...... 14 Sławomir Wanecki Poznań ...... 9 Adam Władziński Górzno ...... 6 Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp...... 65 Paweł Karcz Kraków ...... 26 Łukasz Kwiatkowski Kraków ...... 14 Aleksander Bernaczek Magnuszowice . . . . . 8 Dawid Arendarski Bogunice ...... 5 Radosław Krawczyk Ruda Śl...... 64 Piotr Dereszowski Chrzanów ...... 25 Ryszard Pichl Gdynia ...... 14 Marek Osiak Starogard Gd...... 8 Piotr Cieśliński Kraków ...... 5 Jakub Sobański Rudka ...... 60 Jakub Siwiec Tarnów ...... 25 Marcin Piotrowski Białystok ...... 14 Leszek Szczepaniak Lublin ...... 8 Filip Grabarek ...... 5 Arkadiusz Zieliński Częstochowa ...... 53 Michał Gołaszewski Lubiszewice ...... 23 Szymon Snarski Czeladź ...... 14 Janusz Telega Gdańsk ...... 8 Damian Jasik Kończyce ...... 5 Kamil Kozłowski Gdańsk ...... 43 Przemysław Korpas Skierniewice ...... 23 Jakub Zając Suchoraba ...... 13 Michał Waśkiewicz Białystok ...... 8 Jacek Konieczny Poznań ...... 5 Tomasz Jadasch Kęty ...... 41 Piotr Nowicki Ćmielów ...... 23 Przemysław Musz Trzebnica ...... 12 Adam Kawa Częstochowa ...... 7 Piotr Krzyżaniak Rybnik ...... 5 Dawid Lichosyt Gorenice ...... 38 Paweł Knioła Lubiewo ...... 21 Tomasz Olszewski Pszczółczyn ...... 12 Michał Koziak Sosnowiec ...... 7 Marcin Nosal ...... 5 Mateusz Ulfik Przezchlebie ...... 36 Marcin Rekowski Brusy ...... 20 Karol Sikora Koszalin ...... 12 Rafał Kozik Bielsko-Biała ...... 7 Bartłomiej Ogryczak Kościan ...... 5 Dariusz Iwanoczko Brzeg Dolny ...... 35 Paweł Szwed Grodziec Śl...... 20 Przemysław Szpiler Oleśnica ...... 12 Wojciech Macek ...... 7 Anna Przybysz Szczecin ...... 5 Witold Kardyś Pabianice ...... 32 Dominik Ciurej Trzemesna ...... 19 Rafał Kobyłecki Czarnowo ...... 11 Piotr Masłowski Wrocław ...... 7 Kacper Rogalski Zielona Góra ...... 5 Bartek Czerwiec Mogilno ...... 30 Jakub Cieśliński Świętochłowice ...... 17 Marcin Pazdro Borowa ...... 11 Marcin Szatkowski Ciechanów ...... 7 Andrzej Szulda Olsztyn ...... 5 Jacek Konieczny Poznań ...... 29 Adam Ples Jaworzno ...... 17 Bartosz Wesołowski Tarnowałaka ...... 11 Bartosz Tarnowski Katowice ...... 7 Mateusz Wiśniewski Wisznice ...... 5 Dawid Kozioł Elbląg ...... 29 Filip Rus Zawiercie ...... 17 Adrian Wojtaszewski Łódź ...... 11 Piotr Tatoń Kęty ...... 7 Paweł Wojewoda ...... 5

Elektronika dla Wszystkich 33 Szkoła Konstruktorów

Podsumowanie Na koniec prośba Pomimo mniejszej liczby modeli cieszę się – przypomnienie dla z wyników zadania, w szczególności z faktu, osób przysyłających iż zaproponowaliście mnóstwo interesujących materiały w postaci pomysłów, z których większość ma szanse na elektronicznej: bardzo Fot. 4 Sygnalizator Piotra Nowickiego praktyczną realizację. W grę wchodzą trzy proszę o przysyłanie główne typy systemów nadzoru: schematów, projek- Fotografia trójwymiarowa - oglądać w okularach anaglifowych - z barierą świetlną lub innymi czujnikami w tów płytek i innych drzwiach lub w furtce, rysunków w popular- - z czytnikiem i odbiornikiem RFID nych formatach, na - z mininadajnikiem radiowym, który włącza- przykład PDF, JPG, ny byłby na sekundę, dwie np. co minutę czy GIF czy PNG, i to kilka minut. także wtedy, gdy Zachęcam do dalszych eksperymentów. przysyłacie źródłowy Oczywiście gdyby ktoś zrealizował i spraw- plik z danego progra- dził tego rodzaju system, bardzo proszę o mu projektowego. przysłanie informacji – chętnie zaprezentuję Jak zwykle po- szczegóły albo w Forum Czytelników, albo w zdrawiam serdecznie artykule E-2000. wszystkich sympaty- Upominki oraz honoraria autorskie za ków Szkoły i zapra- opublikowane projekty z tego zadania otrzy- szam do udziału w mają: Piotr Nowicki, Rafał Kuchta i Szy- rozwiązaniu jej zadań. mon Janek. Upominki otrzymają także Adam Ples i Aleksander Bernaczek. Natom- Wasz Instruktor iast młodziutki Jonatan Zawistowski za swój pomysł dla zachęty otrzyma nagrodę. Piotr Górecki

Druga klasa Szkoły Konstruktorów

CCoo ttuu nniiee ggrraa?? - Szkoła Konstruktorów klasa II Zadanie 129 go akumulator przed całkowitym rozładowa- Na rysunku A poka- niem. Oto fragment opisu autorskiego: Przy- zany jest schemat cisk S1 służy do załączenia przekaźnika. Na przełącznika dotyko- wyjściu pojawia się napięcie. Przez rezystor wego, nadesłany R1 i diodę D1 ładuje się kondensator C1 za- przez mało doświad- pobiegający wyłączaniu układu w wyniku czonego uczestnika chwilowych spadków napięcia. Przystawka ta jako rozwiązanie jed- odłącza dane urządzenie po osiągnięciu na- nego z poprzednich pięcia rozwarcia styków przekaźnika, czyli zadań. Oto fragmenty około 8-10V dla przekaźnika o napięciu opisu: (…) Antena Rys. A znamionowym 12V. Do punktu X można pod- jest tutaj źródłem syg- łączyć diodę LED sygnalizującą rozładowanie nału zmiennego. Powinna to być nieduża, wraz z wyjściem Q2 (pin 4). (…) Tak więc akumulatora i konieczność jego naładowania. cienka metalowa blaszka, dobrze wyczyszczo- odebrane w antenie napięcie zmienne zostaje Układ ten może również służyć jako dwuprzy- na i gładka. (…) Wzmocnienie tego wzmac- wzmacniane, przefiltrowane w obwodzie RC ciskowy wyłącznik. Po naciśnięciu przycisku niacza jest ustalone przez stosunek rezystancji pilnującym, aby układ U1 nie zareagował kil- S2 następuje rozładowywanie kondensatora i kolektorowej (R3) do wypadkowej rezystancji kakrotnie na jeden „dotyk”, a następnie dzię- rozłączenie styków przekaźnika. Rezystor R2 emiterowej (R4||R5) i wynosi ona około 100. ki temu układ 4017 zmienia stan wyjść, włą- zabezpiecza przycisk przed przepływem duże- (…) Wzmocniony sygnał następnie poprzez czając lub wyłączając przekaźnik PK1. go prądu, a zarazem przed jego przypadko- kondensator C2 trafia na bazę kolejnego tran- Jak zwykle pytanie brzmi: wym naciśnięciem. Dioda D2 usuwa przepię- zystora T2. Tam sygnał zmienny ulega obwo- Co tu nie gra? dowi baza-emiter, który odcina dolne przebie- Bardzo proszę o możliwie krótkie odpowie- Rys. B gi napięcia zmiennego. Następnie sygnał tra- dzi. Kartki, listy i e-maile oznaczcie dopiskiem fia na obwód RC (R6,C4), który prostuje NieGra129 i nadeślijcie w terminie 60 dni od górne połówki dawnego napięcia zmiennego. ukazania się tego numeru EdW. Autorzy naj- Teraz napięcie (prawie) stałe jest podane lepszych odpowiedzi otrzymają upominki. na wejście układu U1 typu 4017, który na co dzień jest licznikiem dziesiętnym, ale w tym Rozwiązanie zadania 124 układzie jego zakres zliczający został skróco- W EdW 6/2006 na stronie 37 pokazany był ny do 2, zwierając wejście RESET (pin 15) rysunek B, schemat układu zabezpieczające-

34 Elektronika dla Wszystkich cia powstające w wyniku indukcji prądu w zasilając ją po rozwarciu styku. Jedynie w rezystancję cewki rzędu kilkuset omów, więc cewce przekaźnika, które może być niebez- układzie bez kondensatora C1 należy zastoso- żeby przekaźnik puścił przy napięciu akumu- pieczne dla wielu delikatnych urządzeń. wać diodę gaszącą D2. latora 8…10V, rezystor R1 musi mieć wartość 15-letniego Autora należy pochwalić za Nie jest natomiast błędem obecność R2, kilkakrotnie większą od rezystancji cewki jak najbardziej prawidłową i interesującą który przecież zabezpiecza akumulator i styki przekaźnika. Tym samym proponowana przez ideę. Naciśnięcie S1 powoduje podanie pełne- przed zwarciem w przypadku jednoczesnego Autora wartość R1=47Ω jest zdecydowanie go napięcia zasilania na cewkę przekaźnika. naciśnięcia S1, S2. Inna sprawa to obciążal- za mała. Po zwolnieniu przycisku S1 przekaźnik pod- ność R2 – przy jednoczesnym zwarciu S1, S2 Dwóch uczestników zwróciło też uwagę trzymywany jest przez prąd płynący przez R1 w R2 będzie się wydzielać znaczna moc. na kolejny szczegół. Mianowicie pracujący oraz D1. Tym razem odpowiedź na pytanie: Czytelnicy EdW mogli wykryć tylko przy bardzo małym napięciu przekaźnik, tuż Co tu nie gra? brzmi: rozumowanie jest jak wspomniane wcześniej drobniutkie usterki. przed odpadnięciem, ma wprawdzie zwarte najbardziej słuszne i generalnie rozwiązanie Układowi należy się jednak przyjrzeć bliżej i styki, ale styki te nie są prawidłowo dociśnię- jest prawidłowe. Do układu można mieć tylko przeanalizować ograniczenia. Autor napisał, te, co grozi zwiększeniem rezystancji styku i drobne zastrzeżenia. Do gaszenia przepięć że przekaźnik powinien puszczać przy napię- w ogóle zwiększeniem awaryjności. Ten wystarczyłoby zastosować albo D2, albo C1, ciu 8-10V. Jest to możliwe, pod warunkiem szczegół należałoby wziąć pod uwagę, jeśli a nie oba elementy jednocześnie. Niepotrzeb- starannego dobrania R1, który zresztą będzie styki byłyby obciążone znacznym prądem. ne są też dioda D1 oraz kondensator C1. miał zaskakująco dużą wartość. 15-letni Wtedy zdecydowanie lepiej byłoby zastoso- Autor pisze, że C1 ma zapobiegać wyłą- Autor przewidział następujące wartości ele- wać układ z tranzystorem, choćby taki jak na czeniu przekaźnika przy chwilowych spad- mentów: rysunku C, zaproponowany przez jednego z kach napięcia. Uczestnicy konkursu słusznie R1 - 47Ω uczestników. Wtedy nawet przy obniżonym zauważyli, że każdy akumulator ma bardzo R2 - 4,7Ω napięciu akumulatora cewka przekaźnika jest małą rezystancję wewnętrzną, czyli dużo lep- D1,2 - 1N4148 zasilana napięciem, gwarantującym prawidło- szą „sztywność” niż kondensator i dopiero C1 - 2200uF 25V we dociśnięcie styków, a próg wyłączania pobór naprawdę dużego prądu znacząco obni- S1,2 - u-switch można regulować, wymieniając diodę Zenera, ży jego napięcie. Przekaźnik pracuje przy Pk - przekaźnik 12V pracującą tu przy bardzo małym prądzie. obniżonym napięciu zasilania, niejako tuż co wskazuje, że nie do końca zna działanie przez odpadnięciem styków, a wskutek tego przekaźnika. Mianowicie mniej więcej 8..10V Rys. C obecność kondensatora będzie mieć niewielki wynosi gwarantowane napięcie przekaźników wpływ na właściwości układu, zwłaszcza 12-woltowych. Natomiast wszystkie klasycz- przy obniżonym napięciu akumulatora. Obe- ne przekaźniki mają napięcie odpadania rzędu cność diody D1 i kondensatora C1 nie jest 10% napięcia nominalnego. Szczegółów nale- błędem, ale nie poprawi w istotny sposób ży szukać w katalogach. Uczyniło tak dwóch właściwości układu. uczestników, którzy stwierdzili, że podawane Warto też wspomnieć, że w układzie z w katalogach napięcie odpadania to zaledwie kondensatorem C1 o dużej pojemności, dołą- 5…13% napięcia nominalnego. Tak więc czonym równolegle do cewki, nie jest w ogóle przekaźnik puści dopiero przy napięciu na potrzebna dioda D2. Teoretycznie D2 ma cewce w granicach 0,6…1,6V, zależnie od gasić przepięcia pojawiające się podczas typu. Należy też liczyć się z rozrzutem mię- wyłączania przekaźnika. Ale przepięcia dzy egzemplarzami przekaźników tego same- Upominki otrzymują: takie… nie wystąpią właśnie z uwagi na obe- go typu, więc rezystor R1 należałoby dobrać Tomasz Szymczak – Lubliniec, cność kondensatora C1, który nie dopuści do indywidualnie dla konkretnego egzemplarza Aleksander Nikolai - Białystok gwałtownego przerwania prądu w cewce, przekaźnika. Przekaźniki 12-woltowe mają Maciej Jodłowski – Wrocław.

Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów Wzmacniacz ma mieć pasmo 20kHz…100kHz kie, ale ważne jest, by podać wyjaśnienie, i zapewnić wzmocnienie 60dB. dotyczące przyjętych wartości elementów. W ramach trzeciej klasy Szkoły Konstrukto- W żadnym wypadku nie chodzi o ekspe- Najlepiej, gdyby praca zawierała zwięzły rów zajmujemy się przykładami praktycz- rymentalne dobranie elementów układu ani opis przebiegu obliczeń. nych obliczeń. Są to zazwyczaj nieskompli- o odszukanie w literaturze podobnego roz- Nagrodami będą kity AVT lub książki. kowane obliczenia, z jakimi mamy do czynie- wiązania, tylko o samodzielne obliczenie Jestem przekonany, że potraktujecie tę trzecią nia na co dzień. Przy okazji jest to też prak- wartości elementów. Dlatego w rozwiązaniu klasę nie tyle jako okazję do zdobycia upo- tyczna nauka korzystania z kart katalogo- należy podać: minków, ale przede wszystkim sposobność wych. 1. schemat układu do nauki i pogłębiania wiedzy. Wszystkie 2. wartości elementów rozwiązania nadsyłane w terminie 60 dni od ale dobrze byłoby także: ukazania się tego numeru EdW powinny 3. zwięźle wyjaśnić, dlaczego wartości ele- mieć dopisek Policz129 (na kopercie, a w mentów są takie, a nie inne. tytule maila dodatkowo nazwisko, np.: Policz 129 Rozwiązania powinny być możliwie krót- Policz129Jankowski). Z uwagi na specyfikę zadania bardzo proszę o podawanie swojego Eksperymentujemy z ultradźwiękami. Mię- wielu oraz miejsca nauki czy pracy. dzy innymi chcemy podsłuchiwać nietoperze. A Zapraszam do rozwiązania tego zadania Sygnały przesuniemy do pasma akustycznego zarówno początkujących, jak i doświadczo- przez zmieszanie z sygnałem generatora nych elektroników! Można też jeszcze nad- lokalnego. Chcemy zbudować wzmacniacz syłać rozwiązania zadania Policz128 z po- wejściowy według ogólnej idei z rysunku A. przedniego miesiąca.

Elektronika dla Wszystkich 35 Szkoła Konstruktorów

Rozwiązanie zadania razy, więc 12dB to wzmocnienie czterokrotne W każdym razie koniecznie trzeba było Policz 124 (warto też pamiętać, że 3dB to wzmocnienie obliczyć lub przyjąć, jakie napięcie stałe ma W EdW 6/2004 przedstawione było zadanie 1,41x, 20dB to 10 razy, 40dB to 100 razy, panować na emiterze, a następnie na bazie z serii Policz, które brzmiało: Budujemy proś- a 60dB to 1000 razy). tranzystora. Informacja o napięciu bazy ciutki przyrząd pomiarowy zasilany z baterii Informacja o wzmocnieniu to jeszcze za pozwala obliczyć wartości rezystorów dziel- i potrzebujemy wzmocnić niewielki sygnał mało do obliczenia wartości elementów. Naj- nika R1, R2. W tym celu warto też z grubsza audio o amplitudzie 100mV o 12 decybeli. Po- pierw trzeba było przyjąć jakąś sensowną war- oszacować rezystancję wejściową samego nieważ ma to być prosty przyrząd, a zasilanie tość rezystancji R3 oraz sensowny prąd kolek- tranzystora i obliczyć oporność równoległego jest pojedyncze, chcemy ten wzmacniacz zrea- tora. Praktycznie wszyscy uczestnicy dobrze połączenia R1, R2 i tej wejściowej rezystancji lizować na jednym tranzystorze. Powinien on wywiązali się z tego zadania. Większość przy- tranzystora. pobierać możliwie mało prądu. (…) Obciąże- jęła rezystancję R3 mniejszą od rezystancji Na koniec trzeba obliczyć pojemność kon- niem jest następny blok o oporności wejścio- obciążenia Ro. Takie założenie jest jak najbar- densatorów. Zasada jest prosta: przy dolnej wej 2kΩ. Zakładamy, że obwód napięcia zasi- dziej akceptowalne, choć nie jest to wybór częstotliwości granicznej reaktancja danego lania (7,5…10V) jest odpowiednio odsprzęg- optymalny, jak pokazuje materiał w śródtytule kondensatora ma być równa współpracującej nięty i nie trzeba stosować tam dodatkowych Tylko dla dociekliwych. Po wybraniu rezystan- rezystancji. Wtedy przy tej częstotliwości elementów. cji R3 należało policzyć oporność wypadkową nastąpi 3-decybelowy spadek wzmocnienia. Proponowany schemat ideowy pokazany równoległego połączenia R3||Ro, ponieważ Dla C3 ta współpracująca rezystancja to jest na rysunku B. taka właśnie jest rezystancja kolektorowa dla Ro, dla C2 – R5, a dla C1 – wypadkowa przebiegów zmiennych. Uproszczony schemat rezystancja wejściowa wzmacniacza dla prze- B zastępczy dla przebiegów zmiennych wygląda biegów zmiennych. jak na rysunku C, ponieważ dodatnia szyna Wszystkie nadesłane rozwiązania można zasilania jest dla przebiegów zmiennych zwar- uznać za akceptowalne, a generalnie proces ta z masą przez kon- obliczeń za prawidłowy, jednak niektórzy C densatory filtrujące i uczestnicy zapomnieli o pewnych szczegó- znikomą oporność łach, na przykład nie uwzględniając w obli- dynamiczną baterii. czeniach Rc rezystancji Ro, nie uwzględnia- Mając rezystancję jąc rezystancji wejściowej tranzystora albo wypadkową Rc i nie dbając o odpowiednią wartość stałego wartość wzmocnie- napięcia UCE. W części prac wystąpiły też nia, można było błędy rachunkowe, co zaowocowało zupełnie policzyć wypadko- niepraktycznymi wartościami elementów. wą rezystancję emi- Należy też podkreślić, iż wiele propozycji, Część obliczeń zawartych w rozwiązaniu terową Re, dzieląc które można uznać za akceptowalne, było dale- zadania Policz124 jest podana w sposób skró- Rc przez 4. kich od doskonałości. Na przykład ci Koledzy, towy. Szczegółowe wyjaśnienie większości Na tym etapie którzy przyjęli wartość R3 kilka-, a nawet dzie- obliczeń znajdziesz w tym numerze, w odcin- obliczeń większość uczestników przyjęła sięciokrotnie mniejszą od Ro, musieli zastoso- ku cyklu Pod lupą, gdzie przedstawiona jest jakiś prąd kolektora, żeby zapewnić pracę wać małe wartości R5, R1, R2, co oznacza analiza wzmacniacza tranzystorowego w tranzystora w liniowym zakresie. Niezłym konieczność zastosowania kondensatorów o układzie ze wspólnym emiterem. Jednak tam założeniem jest przyjęcie takiego prądu ko- odpowiednio dużej pojemności. To jednak jest podany jest przebieg typowych obliczeń, gdy lektora, żeby spadek napięcia stałego na R4 mało znaczący szczegół. Małe wartości rezys- nie minimalizujemy poboru prądu i nie ma był zbliżony do napięcia stałego między torów oznaczają też konieczność pracy przy problemu zbyt małego napięcia zasilania. kolektorem a emiterem tranzystora. Błędem znacznym prądzie tranzystora, nawet Materiał w śródtytule Tylko dla dociekli- byłaby praca przy zbyt małym napięciu UCE 10…20mA, co dla baterii zasilającej nie jest wych jest uzupełnieniem tamtego materiału o rzędu 1…2V, ponieważ czym większe napię- korzystne, a może w praktyce byłoby niedo- szczegóły, które trzeba brać pod uwagę tylko cie UCE, tym mniejsze będą zniekształcenia puszczalne. Także rezystancja wejściowa w nielicznych sytuacjach. sygnału. wzmacniacza okazuje się wtedy bardzo mała, Obliczona wartość Re=Rc/4 dotyczy prze- czyli niekorzystnie obciąża poprzedni stopień. Proste obliczenia biegów zmiennych i jest wypadkową rezys- Właśnie z uwagi na takie mankamenty Pierwszym krokiem musi być przeliczenie tancją równoległego połączenia R4 i R5. Ist- warto bliżej przyjrzeć się układowi. podanej w decybelach wartości wzmocnienia nieje mnóstwo kombinacji R4 i R5 spełniają- napięciowego. Można było skorzystać z prze- cych podany warunek. Należało zacząć od Tylko dla dociekliwych kształconej zależności: wartości R4, która decyduje o stabilności W zadaniu Policz124 było wyraźnie powie- K[dB] = 20log(Uwy/Uwe). cieplnej, a częściowo też o wrażliwości na dziane, że zasilany bateryjnie wzmacniacz ma Jeśli 12dB = 20 log10(Uwy/Uwe) rozrzut między egzemplarzami tranzystora. pobierać możliwie mało prądu, dlatego ściś- to 12/20 = log10(Uwy/Uwe) Wartość R4 nie jest krytyczna – czym więk- lejsze obliczenia powinny odbiegać od stan- czyli 0,6 = log10(Uwy/Uwe) sza, tym lepsza stabilność. Na pewno wartość dardowych. Otóż zazwyczaj przyjmuje się a to oznacza, że: Uwy/Uwe = 100,6 R4 nie powinna przekraczać wartości R3, a rezystancję kolektorową R3 kilka razy mniej- na kalkulatorze Windows (wersja naukowa) może być kilku-, kilkunastokrotnie mniejsza. szą od rezystancji obciążenia Ro. Jednak tym można to zrealizować, wprowadzając: Wybór jest szeroki. Można było też tak razem chcemy minimalizować pobór prądu i 10 klawisz potęgowania x^y 0,6 klawisz = dobrać R3, R4 i prąd tranzystora, żeby napię- dlatego rozważymy możliwość zwiększenia albo jako odwrotność logarytmu: cie stałe na R4 było rzędu 0,5…2,5V. Uczest- rezystancji R3, żeby była większa (tak!) niż 0,6 zaznaczyć okienko Inv, klawisz log nicy poszli różnymi drogami, niektórzy obli- Ro. Czy jednak R4 możemy zwiększyć powy- Wynik to 3,98107…, czyli w praktyce 4. czali czy też zakładali, jaki ma być spadek żej wartości Ro? Można określić wzmocnienie prościej – napięcia stałego na R4, inni przyjęli stosunek Tak, ale musimy rozumieć ograniczenia. prawie każdy wie, że 6dB to wzmocnienie 2 R3 do R4 w zakresie 1…4. Zacznijmy od tego, że podczas pracy, nieza-

36 Elektronika dla Wszystkich leżnie od wyboru rezystancji R3, maksymalny wy nałożona jest składowa zmienna. Od razu uzyskanie na takim obciążeniu napięcia o przebieg zmienny na kolektorze ma mieć widać, że ta składowa zmienna nie może być amplitudzie 400mV wymaga przepływu amplitudę 400mV. Sygnał o amplitudzie mniejsza od spoczynkowego stałego prądu prądu zmiennego o amplitudzie 0,4mA, do 100mV należy bowiem wzmocnić czterokrot- kolektora, jak obrazowo pokazuje rysunek E. czego zgodnie z rysunkiem E potrzebny jest nie, a to oznacza, iż na oporności obciążenia Przy takim wyborze punktu pracy prąd kolek- stały prąd spoczynkowy o wartości co naj- Ro=2kΩ wystąpi napięcie szczytowe 400mV, tora w szczytach wysterowania spada do zera, mniej 0,4mA. co da prąd szczytowy w obciążeniu 0,2mA. I a stały spoczynkowy prąd kolektora wynosi Teoretycznie najmniejsza wartość Rc to wzmacniacz tranzystorowy musi dostarczyć IC = 0,4V/Rc. Spoczynkowy prąd kolektora 2kΩ i wtedy moglibyśmy pracować przy spo- do obciążenia taki prąd. może być znacznie większy, jak na rysunku czynkowym prądzie kolektora 0,2mA, ale Prawdopodobnie jeszcze nie czujesz tego F, ale my chcemy oszczędzać prąd, więc usta- wtedy rezystancja R3 musiałaby być nieskoń- intuicyjnie, ale w praktyce perspektywy limy jakąś wartość prądu spoczynkowego czenie wielka (obciążenie musiałoby mieć zwiększania R4 i zmniejszania poboru prądu tylko nieco większą od obliczonej wartości postać źródła prądowego – jest to zasadniczo zależą od… napięcia stałego na kolektorze, a icmax, mniej więcej jak na rysunku G. możliwe, ale nie będziemy rozważać takiej w sumie też od napięcia zasilania. Prawdopo- ewentualności). dobnie nie domyślasz się, dlaczego występuje F Jak widać, czym większa wartość R3, tym taka zależność. Kilku uczestników stwierdzi- mniejszy mógłby być pobór prądu. W naszym ło, że napięcie zasilania niepotrzebnie wynosi bateryjnym przyrządzie powinniśmy więc 7,5…10V i mogłoby być znacznie mniejsze. wybrać jakąś możliwe dużą wartość R3. Jed- Niby tak, ale za chwilę się przekonasz, że nak nie może ona być dowolnie duża. Prze- czym wyższe napięcie, tym bardziej możemy cież z uwagi na wymaganą wartość składowej zwiększyć R3 i zmniejszyć prąd kolektora. zmiennej icmax spoczynkowego prądu kolekto- W sumie sprawa ra na pewno nie możemy zmniejszyć poniżej D jest dość prosta, trzeba 0,2mA. tylko bliżej przyjrzeć I tu pomału dochodzimy do problemu się prądom. Przecież napięcia zasilania. dla przebiegów zmien- Jeszcze raz zwróć uwagę, że rysunki E…G nych obciążeniem pokazują prąd kolektora, czyli sumaryczny wzmacniacza jest rów- prąd obciążenia, na który składa się prąd pły- noległe połączenie R3 nący przez R3 oraz składowa zmienna płyną- i Ro, które dają jakąś ca przez Ro. Ilustruje to rysunek H. Przez oporność Rc. Ilustruje kondensator płynie tylko składowa zmienna io to wcześniejszy rysu- o amplitudzie 0,2mA, co na rezystancji Ro nek C. Aby łatwiej zrozumieć szczegóły, daje wymagane napięcie szczytowe 0,4V. G przeanalizujmy analogiczny układ, ale z tran- A jak wygląda prąd płynący przez R3? I zystorem PNP, jak na rysunku D, gdzie też jaki jest przebieg napięcia R3? zaznaczyłem rezystancję wypadkową Rc, która nas najbardziej interesuje. To oczywiste, H że przepływ składowej zmiennej prądu kolek- tora ic ma wywołać na oporności Rc napięcie zmienne uc o wartości szczytowej 0,4V. Zna- jąc wartość Rc, czyli wypadkowego połącze- nia R3 i Ro, z prawa Ohma bardzo łatwo poli- czymy amplitudę prądu, który na rezystancji Rc wywoła spadek napięcia 400mV: icmax = 0,4V / Rc Na razie analizujemy przebiegi zmienne, ale do obliczeń punktu pracy tranzystora i wartości rezystorów potrzebne są wartości Otóż zarówno na Ro, jak i na R3 występu- prądów i napięć stałych. Dlatego pytamy: Już patrząc na wzór: icmax = 0,4V / Rc je to samo napięcie zmienne o amplitudzie a cóż to jest ta składowa zmienna ic? i rysunek E, widzimy, że czym mniejsza war- 0,4V, bo przecież kondensator dla przebiegów To przecież zmiany stałego, spoczynkowe- tość Rc, tym większy jest wymagany prąd zmiennych ma pomijalnie małą oporność. A go prądu kolektora. Na stały prad spoczynko- szczytowy icmax, a tym samym większy musi więc przez R3 płynie jakaś składowa zmien- być prąd spoczynkowy kolektora. Z drugiej na. Zgodnie z prawem Ohma, czym większa strony, czym większa wartość Rc, tym mniej- wartość R3, tym mniejsza jest ta składowa E szy jest wymagany prąd. zmienna prądu (i3=0,4V/R3) Ale pamiętajmy, Musimy teraz uwzględnić, że Rc zależy od że przez R3 płynie też składowa stała prądu R3: Przykładowo jeśli R3 miałby wartość kolektora, która zgodnie z wcześniejszymi 222Ω, to wypadkowa oporność obciążenia Rc obliczeniami na pewno musi być większa niż (R3||Ro) wyniesie 200Ω, wtedy dla uzyskania 0,2mA. Okazuje się, że zgodnie z rysunkiem amplitudy przebiegu zmiennego wartość sta- H, prąd kolektora (na przykład według rysun- łego prądu spoczynkowego musiałaby wyno- ku E) rozpływa się w dwóch gałęziach. Zgod- sić co najmniej 2mA (0,4V / 0,2kΩ). nie z prądowym prawem Kirchhoffa prąd Jeślibyśmy zastosowali R3=Ro=2kΩ, kolektora nie może zaginąć i musi być sumą wtedy wypadkowa oporność obciążenia dla prądów płynących przez R3 i Ro. Podział prą- przebiegów zmiennych wyniesie 1kΩ, więc dów zależy od wartości R3. Przy równości

Elektronika dla Wszystkich 37 Szkoła Konstruktorów

R3=Ro prądy będą wyglądać jak na rysunku do problemu napięć: otóż prąd stały i niewiel- J. Gdy R3>>Ro prądy będą jak na rysunku ka składowa zmienna, jak na rysunku K, K. Wnioski mogą być dla początkujących wywołają na R3 znaczący spadek napięcia sta- trudne do intuicyjnego pojęcia, w każdym łego – dużo większy niż występująca tam razie potwierdza się, że czym większa war- amplituda napięcia zmiennego! Czym większe tość R3, tym większa część prądu kolektora będzie napięcie zasilania, tym większy może wykorzystywana jest w obciążeniu Ro. Po- być ten spadek napięcia na R3, jak obrazowo twierdza się wcześniejszy wniosek, że warto pokazuje rysunek M. zwiększać wartość R3. Wtedy składowa Nadmierne zwiększanie R3 doprowadziło- zmienna i3 jest coraz mniejsza w stosunku do by do nasycenia tranzystora. Już tu widać, że stałego prądu spoczynkowego kolektora I3. przy danym prądzie kolektora, czym wyższe Tu informacja dla najbardziej dociekliwych – napięcie zasilania, tym większą wartość R3 gdybyśmy w roli R3 zastosowali nieskończe- można zastosować, a zwiększając w ten spo- nie wielką rezystancję, czyli idealne źródło sób wartość wypadkowej oporności Rc, prądowe o wydajności 0,2mA, to oczywiście można trochę zmniejszyć prąd spoczynkowy składowa zmienna i3 byłaby równa zeru, jak kolektora. pokazuje rysunek L. My nie będziemy stoso- W naszym praktycznym układzie sprawa wać źródła prądowego, tylko rezystor R3 o jest nieco bardziej złożona, ponieważ mini- jak największej wartości. I teraz już doszliśmy malne napięcie zasilania wynosi 7,5V, a do- datkowo wchodzą w grę J dwa czynniki: - dla zachowania sensow- nej stabilności cieplnej napięcie stałe na R4 powin- no wynosić około 0,5…1V. - dla zapewnienia prawid- łowej pracy tranzystora, N najniższe chwilowe na- W sytuacji według pięcie kolektor-emiter nie rysunku O musimy wy- może być mniejsze niż znaczyć właściwy spo- 2V. Amplituda napięcia czynkowy, stały prąd zmiennego na kolektorze kolektora Ic. Dla przebie- wynosi 0,4V, na emiterze gów zmiennych szczyto- jest czterokrotnie mniej- wa wartość prądu obcią- sza - dochodzimy do ry- żenia io to wyliczone K sunku N. Jak widać, dla wcześniej 0,2mA (0,4V/ minimalnego napięcia za- 2kΩ), natomiast składowa O silania 7,5V możemy zmienna i3 płynąca przez ustalić spoczynkowy spa- R3 to: i3 = 0,4V / R3 dek napięcia na R3 co naj- Czyli składowa zmienna prądu kolektora wyżej 4V. to: ic= 0,2mA + 0,4V/R3

M L

38 Elektronika dla Wszystkich Oczywiście spoczynkowy stały prąd Wcześniejsze obliczenia przeprowadzaliś- R5 = 0,48kΩ kolektora nie może być mniejszy, ale zgodnie my dla minimalnego napięcia zasilania 7,5V. Jeśli to ma być przyrząd pomiarowy, praw- z rysunkiem E teoretycznie mógłby wynosić Możemy nadal uwzględniać ten przypadek. dopodobnie wartość R5 trzeba będzie indywi- właśnie Ic = 0,2mA + 0,4V/R3 Napięcie na bazie wyniesie około 1,6V, a dualnie dobrać, żeby uzyskać potrzebne Taki stały prąd ma płynąć przez Rc przy prąd bazy w przypadku tranzystora BC548B wzmocnienie równe 12dB. Inną możliwością wyznaczonym z rysunku O napięciu stałym (wzmocnienie minimalne 200) nie powinien jest zastosowanie połączonych w szereg 4V: Ic=I3= 4V / R3 przekroczyć: rezystora 390Ω i potencjometru 220Ω. Mamy więc równanie: 0,25mA / 200 = 1,25uA Na koniec pozostaje obliczenie pojemnoś- Ic = 4V/R3 = 0,2mA + 0,4V/R3 Prąd dzielnika płynący przez R2 niech ci, najlepiej ze sporym zapasem, bo to przy- które kolejno przekształcamy: będzie około 10 razy większy, więc: rząd pomiarowy, a przecież przy częstotliwo- 4V/R3 = 0,2mA + 0,4V/R3 R2 = 1,6V / 12,5uA = 128kΩ ści granicznej tłumienia będą się sumować. Do 4V/R3 – 0,4V/R3= 0,2mA zastosujemy 130kΩ 5% obliczeń podstawimy dolną częstotliwość gra- (4V – 0,4V) / R3 = 0,2mA Uwzględniając prąd bazy, obliczamy R1, niczną 20Hz. Przy rezystancji Ro=2kΩ po- 3,6V / R3 = 0,2mA a obliczenia wykonujmy dla napięcia jemność wyjściowa powinna przy częstotli- R3 = 3,6V / 0,2mA Uzas=7,5V: wości 20Hz mieć reaktancję co najwyżej 2kΩ, R3 = 18kΩ R1 = (7,5V-1,6V) / (12,5uA+1,25uA) czyli pojemność powinna być większa niż: Jest to maksymalna wartość R3 dla sytua- R1 = 5,9V / 13,75 = 429kΩ C = 1/ 2*π*F*Xc cji z wcześniejszego rysunku E. Z uwagi na Przyjmujemy R1 = 430kΩ W uproszczeniu: rozrzuty parametrów elementów, dla pewnoś- I takie obliczenia powinny wystarczyć, ale C3min = 0,16 / (20Hz*2kΩ) ci warto zmniejszyć R3 do 15kΩ albo nawet dla pewności warto obliczyć napięcia stałe C3min = 4uF do 12kΩ. przy maksymalnym napięciu 10V i wzmoc- zastosujmy 10uF lub lepiej 22uF Przykładowo jeśli wybierzemy R3=12kΩ, nieniu 500. Nie będę podawał szczegółowych Oporność wejściową samego tranzystora wtedy wypadkowa oporność Rc wyniesie: obliczeń, tylko skrótowe: wtedy prąd bazy możemy oszacować, mnożąc „naszą” dość Rc = R3*Ro / (R3+Ro) będzie rzędu 0,8uA, napięcie na bazie wynie- dużą wartość Re przez wzmocnienie prądowe Rc = 1,71kΩ sie około 2,1V, a napięcie na R4 około 1,5mA tranzystora, co daje około 100kΩ. Wraz z R1 i wymagana amplituda składowej zmiennej (2,1-0,6). Da to prąd emitera i kolektora około i R2 daje to wypadkową oporność wejściową wyniesie (rysunek E): 0,4mA (1,5V/3,9kΩ), a ten wywoła na R3 nieco poniżej 50kΩ. Tym samym pojemność 0,4V/1,71kΩ = 0,233mA spadek napięcia około 4,6…4,7V, czyli napię- wejściowa C1 powinna być większa niż: Dla bezpieczeństwa chcemy pracować cie kolektor-emiter wyniesie prawie 4V, także C1min = 0,16 / (20Hz*50kΩ) = 160nF przy spoczynkowym prądzie kolektora zapewniając prawidłową pracę tranzystora. Zastosujemy kondensator stały 470nF lub 0,25mA – porównaj rysunek G. Po sprawdzeniu, że układ będzie dobrze lepiej 1uF. Teraz, zgodnie z rysunkiem N możemy pracował w całym podanym zakresie napięć Pojemność odsprzęgającą obwód emitero- dobrać wartość R4. Prąd emitera, praktycznie zasilania, wracamy do podstawowych obli- wy: równy prądowi kolektora, powinien na R4 czeń. Mając rezystancję kolektorową Rc C2min = 0,16 / (20Hz*0,48kΩ) = 16,6uF wywołać spadek napięcia 1V: około 1,71kΩ i wzmocnienie równe 4, obli- zastosujemy 47uF lub lepiej 100uF. R4 = 1V / 0,25mA = 4kΩ czymy wartość rezystancji „emiterowej”: Koledzy, którzy zdecydowali się na dużo Zastosujemy wartość 3,9kΩ. Re = 1,71kΩ / 4 = 0,4275kΩ mniejszą wartość R3, uzyskali z analogicz- Taka ma być nych obliczeń dużo większe pojemności C1 wypadkowa oporność i C2. R4 i R5, stąd: Upominki za rozwiązanie zadania Uwaga! Nowa inicjatywa redakcji EdW • Uwaga! Nowa inicjatywa redakcji EdW R5 = R4*Re / (R4- Policz124 otrzymują: Jarosław Puszczyński Re) – Piła,Tomasz Bielawa – Wielki Klincz, R5 = Marcin Rekowski – Brusy. Do wszystkich, 3,9kΩ*0,4275kΩ / którzy nie lubią pisać! (3,9kΩ-0,4275kΩ) Piotr Górecki Przyślij do nas jedynie model lub fotografie modelu, schemat, ewentualnie projekt płytki oraz przynajmniej ze dwa zdania opisu - a resztę pozostaw w naszych rękach. R E K L A M A Pomożemy napisać artykuł (lub napiszemy go sami) W ten sposób nie pisząc artykułu masz możliwość zaprezentować swoje interesujące projekty na łamach najpopularniejszego czasopisma elektronicznego w Polsce! Listy, paczki i e-maile w tej sprawie muszą być oznaczone dopiskiem: BezTekstu. Jeśli masz dodatkowe pytania, napisz: [email protected] i umieść w tytule maila określenie BezTekstu. Przypominamy także: od lat firma AVT pokrywa koszty wykonania płytek próbnych. Czytelnicy EdW mają możliwość nieodpłatnej realizacji takich płytek (jedno i dwustronnych), zwłaszcza jeśli projekt zostanie później zaprezentowany w EdW. Istnieje też możliwość pokrycia kosztów zakupu elementów. Informacje: [email protected] z dopiskiem Płytki próbne.

Elektronika dla Wszystkich 39