Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_12.pdf

(10696 KB) Pobierz
Na warsztacie
PRAKTYCZNY
KURS
cz. 12
ELEKTRONIKI
Oto dwunasta część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zainaugurowaliśmy w MT 2/2013 i będziemy
kontynuować w kolejnych wydaniach. Zainteresowanie tym kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydowaliśmy 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 wydru-
kować sobie.
Można też kupić wszystkie archiwalne numery MT na www.ulubionykiosk.pl.
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!
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 publikujemy w Młodym
Techniku cykl fascynujących lekcji dla zupełnie początkują-
cych. 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 montowany i uruchamia-
ny 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 przy-
gotowało zestaw
EdW09,
zawierający płytkę stykową
i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania
kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw
EdW09
można kupić w sklepie internetowym
www.sklep.avt.pl
lub w sklepie firmowym 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 31 stycznia
2014 roku, to zestaw
EdW09
wyślemy Ci w połowie
lutego 2014 wraz z marcowym numerem MT.
Poziom tekstu: średnio trudny
SZKOŁA
Zestaw EdW09 zawiera następujące
elementy (specyfikacja 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
1m
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.
Cena zestawu EdW09 – 47 zł brutto
(www.sklep.avt.pl)
Uwaga Szkoły
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 profit 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.
Tylko dla szkół prenumerujących
„Młodego Technika”
przygotowano Pakiety
Szkolne
zawierające
10 zestawów EdW09
(PS
EdW09) w promocyjnej
cenie 280 zł brutto,
tj. z rabatem 40%.
Autorem
Praktycznego Kursu Elektroniki
jest
Piotr
Górecki,
redaktor naczelny kultowego w świecie hob-
bystów elektroników miesięcznika „Elektronika dla
Wszystkich” i autor legendarnych cykli artykułów i ksią-
żek uczących elektroniki od podstaw.
74
m.technik
- www.mt.com.pl
PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI
Projekt 12
Podsłuchiwanie
niesłyszalnego
W poprzednim wykładzie proponowałem, żebyś nie demontował ostatnio budowanego dwustop-
niowego wzmacniacza. Ja wprawdzie zmontowałem ten układ jeszcze raz, co widać na fotografii
tytułowej, ale Ty do wstępnych eksperymentów możesz wykorzystać ostatni układ z poprzedniego
ćwiczenia (wg rysunku 31 i fotografii 32) z innymi czujnikami/przetwornikami na wejściu. Dobrze
byłoby jednak, gdybyś wymienił kondensatory C2, C3, C4 z 10 mF na 100 mF – w związku z tą
zmianą, po włącze-
niu zasilania mu-
_15V
+U
ZAS
9
sisz odczekać kilka,
Z
R10
T3 BC548
C6
C
F
R2
a może nawet po-
47k
1000µF
100k
C4
+
*
LED1
nad dziesięć sekund
10µF
BLUE
na ich naładowanie
R1
Y
BC548
U1B
R7
*
R8 47k
i dopiero potem
4,7k
5
7
8
T1
układ będzie pra-
C1
R9
2
1
+
6
100n
(2,2k)
widłowo pracował.
R5 47k
FT
3
100Ω
R4
W razie potrzeby
C5
U1A
100k
4
1000µ
będziesz zmieniał
LM358
T2
czułość wzmacnia-
R6
BC558
cza, wymieniając
1k
R6 (100 V...10 kV)
R3
C3
C2
i R7 (1 kV...10 kV),
220k
10µF
10µF
X
ewentualnie także
R1 (1 kV...100 kV).
+
fotorezystor
A
+
+
+
+
75
Na warsztacie
Na wejściu możesz włączyć najróżniejsze przetworniki, które
Z
R2
zamieniają rozmaite wielkości fizyczne na sygnał elektryczny.
R10
+
Oto kilka moich propozycji:
R1
LED1
C4
Na
rysunku A
niebieską podkładką zaznaczony jest nasz
1k...1M
Y
BLUE
czuły wzmacniacz słuchawkowy, a literami X, Y, Z oznaczone
5
7
są „punkty wejściowe”. Ten wzmacniacz będziemy wykorzy-
U1B
R4
C1
6
100n
stywać we wszystkich eksperymentach tego wykładu, dlatego
R5
na kolejnych schematach zamiast pełnego schematu znaj-
FD
K
dziesz tylko niebieską podkładkę z punktami wejściowymi X,
C2
A
Y, Z. Dołączając do wejścia fotorezystor w miejsce mikrofonu,
R6
możesz „podsłuchiwać światło”.
R3
Przy świetle sztucznym, w słuchawkach usłyszysz bardzo
C3
głośny terkot – przydźwięk sieci z żarówek i świetlówek
X
(będzie to brum o częstotliwości 100 Hz). Możesz też spró-
bować „podsłuchać”... płomienie ognia w kominku, ale efekt
najprawdopodobniej nie będzie rewelacyjny. Układ może też
Z
bez
pełnić jak najbardziej pożyteczną rolę – jest też testerem pilotów zdalne-
rezystora
go sterowania od sprzętu RTV – wystarczy skierować podczerwoną diodę
R1
dwustopniowy
nadawczą pilota na fotorezystor i nacisnąć dowolny przycisk. Jeśli pilot
Y
wzmacniacz
pracuje, w słuchawkach pojawi się charakterystyczny terkot.
ze
W układzie testera pilotów lepiej byłoby zamiast fotorezystora zasto-
słuchawkami
sować fotodiodę według
rysunku B.
Jednak w zestawie EdW09 nie mamy
fotodiody, czyli diody czułej na światło. Rolę fotodiody, ale o małej
X
czułości i nie do testowania pilotów, mogłaby od biedy pełnić czerwona
Dowolny
dioda LED, włączona w kierunku zaporowym – do tego szczegółu jeszcze
głośnik
wrócimy.
Z
Po eksperymentach z fotoelementami zdemontuj rezystor polary-
bez
zujący R1. Prawdopodobnie u siebie lub u kogoś bliskiego znajdziesz
rezystora
R1
mikrofon dynamiczny (np. tani mikrofon do karaoke). Mikrofonem
dwustopniowy
dynamicznym jest też każdy klasyczny głośnik, co zresztą już wyko-
Y
wzmacniacz
rzystywaliśmy wcześniej (w wykładzie 9, fotografia 20). Możesz więc
ze
słuchawkami
wykorzystać głośnik w roli mikrofonu według
rysunku C.
Co ciekawe,
odwracalnym przetwornikiem elektroakustycznym jest też membrana
X
piezoelektryczna. Jeżeli znajdziesz jakąś membranę piezo, np. od ze-
membrana
piezo
garka, grającej kartki jakiejś zabawki czy od syreny alarmowej, koniecz-
nie wypróbuj ją w roli mikrofonu według
rysunku D.
Ale nie chodzi o brzęczyk piezo z zestawu EdW09,
tylko o samą membranę – szczegóły w dalszej części
wykładu. Membranę piezo możesz też wykorzystać
w roli mikrofonu kontaktowego, wykrywającego
drgania metalowych rur wodociągowych, szyb, be-
tonowych ścian, itp.
Fotografia E
pokazuje układ
z membraną piezo z tubą – jest to przetwornik ro-
dziny PCA-100, przeznaczony do syren alarmowych.
W tym przypadku czułość jest ogromna, większa niż
w wersji z mikrofonem elektretowym, dlatego po-
trzebne może okazać się zwiększenie rezystancji R6.
A teraz kluczowe propozycje tego wykładu: wyko-
rzystaj nasz zasilany z baterii podsłuch w nietypo-
wej roli wykrywacza zmiennego pola magnetycznego
i aparatu słuchowego. Zamiast mikrofonu włącz
cewkę, zawierającą co najmniej kilka zwojów (czym
więcej, tym lepiej) izolowanego drutu o dowolnej
grubości –
rysunek F.
Jak widać na
fotografii tytuło-
wej,
ja wykorzystałem cewkę o średnicy około 5 cm,
zawierającą tylko 4 zwoje. Już te cztery zwoje dały
dobry efekt, jednak jeżeli to możliwe, Twoja cewka
powinna mieć więcej zwojów – układ będzie jeszcze
czulszy.
fotodioda
T3 BC548
SZKOŁA
Poziom tekstu: średnio trudny
76
m.technik
- www.mt.com.pl
+
+
+
B
C
D
E
PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI
Zasil układ z baterii i zwracaj uwagę na dźwięk w słuchawkach
zbliżając sondę – cewkę do różnego rodzaju urządzeń elektro-
nicznych i elektrycznych, w szczególności do różnych zasilaczy.
dwustopniowy
Przekonasz się, że w ich pobliżu nasila się dźwięk – brum w słu-
wzmacniacz
chawkach. Pewien problem w tym, że indukowany w cewce pod
ze
Y
słuchawkami
wpływem zmiennego pola magnetycznego sygnał najczęściej ma
częstotliwość sieci energetycznej, czyli tylko 50 Hz. Jest to bar-
dzo niski dźwięk, głębokie buczenie. Tak niskiego dźwięku nie
X
usłyszysz w małym głośniczku. Masz szansę usłyszeć go w słu-
cewka
chawkach. Do takich eksperymentów, bardzo ważnych dla
praktyka, jeszcze wrócimy. A wcześniej możesz zrealizo-
wać kolejne zaskakujące ćwiczenie. Jeżeli masz w zapasach
żarówkę samochodową 12 V/21 W lub 12 V/10 W, to dołącz
odłączone kolumny
ją do wyjścia domowego wzmacniacza audio, odłączając
wamacniacz
współpracujące głośniki/kolumny. Stwórz pętlę, w której
Z
U
wy
mocy
żarówka
będzie płynął prąd zmienny i badaj pole magnetyczne
audio
samochodowa
Y
wewnątrz i na zewnątrz pętli. Aby pętla miała sensowną
12V 21W
X
lub 12V 10W
wielkość, koniecznie wykorzystaj pojedynczy, jednożyło-
podsłuch
z cewką
wy przewód, a nie dwużyłowy kabel według
rysunku G.
Możesz też wykorzystać dłuższy pojedynczy przewód
pojedynczy przewód
i zwinąć go w pętlę – cewkę o 2...5 zwojach według
rysunku H.
Wzmacniacz mocy audio dobrze byłoby nastawić na taką
głośność, żeby żarówka leciutko się żarzyła, ale moc wyj-
odłączone kolumny
ściowa może też być mniejsza i efekt będzie zaskakująco
żarówka samochodowa
dobry. W każdym razie przekonasz się, że wewnątrz i w po-
12V 21W lub 12V 10W
bliżu pętli nasz podsłuch z cewką odbiera dźwięk ze wzmac-
wamacniacz
niacza mocy. Dokładnie tak działa tzw. pętla indukcyjna
Z
U
wy
mocy
dla słabosłyszących. Jeśli ktoś z Twojej rodziny (dziadek,
audio
Y
babcia) ma aparat słuchowy z trzypozycyjnym przełączni-
X
kiem M, T, 0, przełącz aparat w pozycję T i wypróbuj w pętli
z rysunku G lub H.
kilkuzwojowa pętla
bez
Z
rezystora
R1
F
G
H
Wykład z ćwiczeniami 12
Poznajemy elementy i układy elektroniczne
Podczas ćwiczeń wstępnych zachęcałem do wykorzystania
membrany piezo
w roli mikrofonu.
Membrany piezo są powszechnie wykorzystywane w roli głośniczków – brzęczyków oraz syren
alarmowych – przykłady na
fo-
tografii 1.
Membrany piezo znaj-
dziesz w zegarkach, w „grających
kartkach”, w multimetrach i wielu
innych urządzeniach. Ale uwaga
– brzęczyk piezo (buzzer) oprócz
membrany zawiera układ elek-
troniczny –
fotografia 2
pokazuje
wnętrze brzęczyka z membraną
piezo.
Pod względem elektrycznym
membrana piezo jest rodzajem
kondensatora (o zncznej po-
jemności rzędu 100 nF), gdzie
dielektrykiem jest materiał piezo-
elektryczny umieszczony między
metalowymi okładkami. Materiał
1
dwustopniowy
wzmacniacz
ze słuchawkami
dwustopniowy
wzmacniacz
ze słuchawkami
77
Na warsztacie
piezoelektryczny to taki,
który odkształca się pod
wpływem przyłożonego na-
pięcia (pola elektrycznego),
natomiast odkształcany wy-
twarza napięcie (pole elek-
tryczne). Membrana piezo
jest więc przetwornikiem
odwracalnym – dwukierun-
kowym. Biegunowość nie ma
znaczenia. Niektóre membra-
ny mają przymocowaną tubę
metalową lub plastikową,
która zapewnia wytworzenie
głośniejszego dźwięku, co
można zilustrować jak na
rysunku 3a
i 3b. Natomiast brzęczyk piezo z zestawu EdW09, oprócz membrany piezo z trzema
wyprowadzeniami, zawiera generator sterujący z tranzystorem i jest elementem (układem) biegu-
nowym. Przykładowy schemat masz na
rysunku 3c
– porównaj z fotografią 2.
Na pozór podobnie działa przetwornik dźwięku w mikrofonie elektretowym – tam też między
okładkami kondensatora umieszczony jest „dziwny materiał”, ale nie piezoelektryk, tylko tak
zwany elektret – materiał trwale naelektryzowany, elektryczny odpowiednik magnesu trwałego.
Jednak zasady działania membrany piezo i przetwornika elektretowego są inne. Przetwornik piezo
do pracy zarówno w roli głośnika, jak też mikrofonu nie wymaga żadnych dodatkowych elemen-
tów. Natomiast przetwornik mikrofonu elektretowego to kondensator o bardzo małej pojemności;
rysunek 4
pokazuje schemat wewnętrzny i układ pracy typowego mikrofonu elektretowego, gdzie
kluczowym elementem jest tranzystor polowy JFET.
Wstępne ćwiczenia udowodniły, że nasz dwustopniowy układ jest uniwersalnym wzmacnia-
czem, który może znaleźć szereg interesujących zastosowań. Jednak skupmy się na ostatnich
eksperymentach. Otóż dołączając do naszego podsłuchu cewkę, wykonaliśmy czujnik
zmiennego
pola magnetycznego.
Wcześniej, w wykładzie 7
+
a)
c)
dowiedzieliśmy się, że zakłócenia, w tym brum
sieci 50 Hz, mogą przedostawać się przez
pole
elektryczne
i wszechobecne maleńkie pojemno-
dielektryk
ści. Teraz przekonaliśmy się, że zakłócenia i brum
z materialu
piezoelektrycznego
mogą przedostawać się także przez
pole mag-
b)
netyczne
(i wszechobecne indukcyjności). Pole
magnetyczne powstaje wszędzie tam, gdzie płynie
_
Y
prąd. „Odbiornikami” i „nadajnikami” pola mag-
brzęczyk piezo
netycznego są wszelkie cewki, w tym wszelkie
membrany piezo
pojedyncze pętle, czyli cewki jednozwojowe.
Każda cewka, a także każdy przewód, którym
+U
B
płynie prąd (stały lub zmienny), wytwarza pole magnetyczne – stałe
przetwornik
R
L
lub zmienne. Z drugiej strony, jeśli w zmiennym polu magnetycznym
elektretowy
typ. 2,2k
umieścimy dowolną cewkę (pętlę) to zaindukuje się w niej napięcie
i może popłynąć prąd. Taki jest mechanizm przenoszenia za pomocą
wy
pola magnetycznego zarówno niepożądanych zakłóceń, jak też dźwięku
+
JFET
D
w instalacji dla słabosłyszących.
G
T1
C
U
B
S
Umieszczając blisko siebie dwie cewki (często dodatkowo na wspól-
nym rdzeniu magnetycznym), otrzymujemy
transformator.
Zasada zi-
lustrowana jest na
rysunku 5a.
Prąd zmienny płynąc przez jedną z ce-
mikrofon elektretowy
wek wytwarza pole magnetyczne. W tym polu umieszczona jest druga
cewka, w której zmienne pole indukuje napię-
a)
b)
c)
cie i umożliwia przepływ prądu, gdy obwód
napięcie
zostanie zamknięty. W rzeczywistości uzwo-
prąd
zmienne
zmienny
jenia zawierają zwykle wiele zwojów, dlatego
wykorzystujemy symbol transformatora jak
na
rysunku 5b.
Większość transformatorów
zawiera rdzeń magnetyczny, co zaznaczamy
Poziom tekstu: średnio trudny
SZKOŁA
2
3
4
5
78
m.technik
- www.mt.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin