Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_6.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

z projektu i 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 ﬁ 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 ﬁ 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 ﬁ kacja rodzajowa):

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.

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 ﬁ 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

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

Projekt 6

Szoker, czyli przetwornica

wysokiego napięcia

REL1

9-20V

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 ﬁ i D .

Natomiast przekaźnik NT74 można włożyć bezpośrednio w płytkę – fotogra ﬁ 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.

m.technik

m.technik - www.mt.com.pl

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

1N4148

R2 2,2k

I=0

BC548

1000 P F

BC558

470 :

2x 1N4148

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

2 x BC558

R5 2,2k

100n

BC548

100 P F

BC558

1000 P F

generator

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 ﬁ 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 ﬁ a

6 pokazuje mój model,

w którym w roli generatora

wystąpił multiwibrator

z 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 ﬁ 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

generator

~2U B

ok. 3U B

ok. 4U B

ok. 5U B

generator

1N4148

REL

LED2

czerwona

LED1

zielona

m.technik

m.technik - www.mt.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: