Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_11.pdf

Na warsztacie

PRAKTYCZNY

KURS

ELEKTRONIKI

cz. 11

Oto jedenasta 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 irmowym 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 grudnia

2013 roku, to zestaw EdW09 wyślemy Ci w połowie

stycznia 2014 wraz z lutowym 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 proit 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 (specyikacja rodzajowa):

Diody prostownicze

4 szt.

2. Układyscalone

4szt.

3. Tranzystory

8szt.

Fotorezystor

1 szt.

5. Przekaźnik

1szt.

6. Kondensatory

22szt.

Mikrofon

1 szt.

8. DiodyLED

11szt.

Przewód

1 m

10. Mikroswitch

2 szt.

11.Piezoz generatorem

1szt.

12. Rezystory

64 szt.

13.Srebrzanka

1odcinek

14.Zatrzaskdobaterii9V

1szt.

15.Płytkastykowaprototypowa

840pólstykowych

1szt.

CenazestawuEdW09–47złbrutto

(www.sklep.avt.pl)

Uwaga Szkoły

Tylkodlaszkółprenumerujących

„MłodegoTechnika”

przygotowanoPakiety Szkolne

zawierające

10zestawówEdW09

(PS EdW09)w promocyjnej

cenie280złbrutto,

tj.z rabatem40%.

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.

76 m.technik - www.mt.com.pl

Projekt11

Whisper, czyli superpodsłuch

Proponuję, żebyś wykonał superpodsłuch, bardzo czuły wzmacniacz z mikrofonem elektretowym i słuchawkami. Do

jego wejścia można podłączyć różne czujniki. My podłączymy mikrofon, natomiast inne czujniki będziemy testować

podczas ćwiczeń następnego wykładu. Czuły wzmacniacz z mikrofonem pozwoli wychwycić najcichsze szepty.

Najlepszy efekt uzyskasz na otwartej przestrzeni, na

łonie natury, poza domem. Zdziwisz się, jak brzmi

w słuchawkach wzmocniony śpiew ptaków, szcze-

kanie psów i rozmaite odgłosy życia codziennego.

Czułość wzmacniacza możesz regulować według

upodobań i potrzeb, zmieniając wartość jednego

tylko rezystora.

Jestem przekonany, że bez problemu pokonasz

jedną drobną przeszkodę. Mianowicie potrzebne

są jakieś słuchawki – na pewno znajdziesz jakieś

w swoich zapasach. Słuchawki te trzeba podłączyć

do płytki stykowej. Nie zalecam cięcia przewodów.

Proponuję, żebyś dołączył słu-

chawki za pomocą kawałków

drutu zaciśniętych (za pomocą

szczypiec – kombinerek) na

wtyku. Ze słuchawek stereo

trzeba zrobić słuchawki mono.

Jak pokazuje fotograia A ,

możesz połączyć je równolegle

lub pominąć wyprowadzenie

masy i wykorzystać połączenie

szeregowe. Zapewne z po-

wodzeniem poradzisz sobie

z takim zadaniem i sensownie

dołączysz słuchawki do płytki.

Omawiany układ elektro-

niczny jest przedwzmacnia-

czem mikrofonowym o dużej

czułości. W zasadzie, zamiast

do słuchawek, można byłoby

go dołączyć do wejścia AUX

domowego zestawu audio. Nie

proponuję takiego rozwiązania,

T1-T3, T8 = BC548, T4-T7 = BC558

D1-D4 = 1N4148

R10 2,2k

R9 2,2,k

+U zas = 8...15V

D 2

100 µ

1000 µ F

R11

100k

47k

R14

4,7k

10 µ

10 Ω

R12

100k

1000 µ F

220 Ω

100nF

10 Ω

R13

220k

2,2k

4,7k

2,2k

100 µ F

R7 100k

Na warsztacie

+U zas = 8...15V

ponieważ układ będzie się łatwo wzbudzał z uwagi na sprzężenie

na drodze głośniki – mikrofon, więc nie wykorzystasz dużej

czułości. Aby takie rozwiązanie z głośnikami miało sens, mikro-

fon należałoby umieścić w innym budynku lub w oddalonych

pomieszczeniach, gdzie nie dociera dźwięk z głośników.

Oprócz podsłuchiwania klasycznych dźwięków, możesz też

dołączyć mikrofon za pomocą dwużyłowego przewodu i badać

np. przewodnictwo dźwięków przez ściany, przez metalowe rury

instalacji wodociągowej czy centralnego ogrzewania.

Opis układu dla

„zaawansowanych”

Schemat Whispera – superpodsłuchu jest pokazany na rysun-

ku B . Żółtą podkładką wyróżniony jest „goły wzmacniacz”, a po-

zostałe elementy ustalają warunki pracy tego wzmacniacza. Na

wejściu wzmacniacz pracuje para różnicowa z tranzystorami NPN

T1, T2. Od strony emitera podłączona jest do źródła prądowego,

czy raczej lustra prądowego z tranzystorem T3. Prąd tego lustra,

a więc i sumaryczny prąd T1 i T2 jest wyznaczony przez rezystor

R1. Od strony kolektorów para różnicowa jest obciążona lustrem prądowym zbudowanym z diody D2 i tranzystora T4.

Dzięki obecności tego lustra prądowego można uzyskać bardzo duże wzmocnienie napięciowe, ale pod warunkiem, że

rezystancja zewnętrznego obciążenia tego stopnia też będzie bardzo duża. Aby była jak największa, następnym stopniem

wzmacniającym jest nie pojedynczy tranzystor, tylko układ Darlingtona z tranzystorami T5, T6. Wzmocniony w tym

stopniu sygnał jest podawany na symetryczny wtórnik z tranzystorami T7, T8, który zapewnia stosunkowo dużą wy-

dajność prądową wyjścia. Dzięki spadkowi napięcia na diodach D3, D4, w spoczynku przez tranzystory T7, T8 płynie

niewielki prąd, co jest korzystne.

Przetwornikiem jest tu mikrofon elektretowy ME, standardowo polaryzowany przez rezystor R14. Z kolei dzielnik

R12, R13 ustala napięcie stałe w punktach A, B, C wzmacniacza. Ponieważ ten układ jest bardzo czułym wzmacnia-

czem, więc z uwagi na ogromne wzmocnienie zachodzi ryzyko samowzbudzenia między wyjściem a wejściem. Przy

zbyt dużym wzmocnieniu samowzbudzenie układu nastąpi wskutek przenikania sygnału z wyjścia na wejście wzmac-

niacza, a konkretnie dźwięku na drodze ze słuchawek do mikrofonu przez powietrze. Aby to zminimalizować, należy

oddalić słuchawki od mikrofonu. Ale samowzbudzenie może też nastąpić wskutek przechodzenia sygnału przez obwód

zasilania. Aby temu zapobiec, w układzie mamy rozbudowane iltry w obwodach wejściowych (R9C4, R10C5 i R11C6).

Wzmocnienie sygnałów zmiennych jest wyznaczone przez stosunek rezystorów R7 i R8. Można łatwo regulować

wzmocnienie, zmieniając wartość R8 w zakresie 22W...2,2kW. U mnie, z dobrymi słuchawkami, optymalna wartość

R8 wyniosła 220W – przy mniejszych układ miał wprawdzie większą czułość, ale się wzbudzał. Ale wypróbowałem

też pracę z rezystorem R8 = 22W – dało to ogromną czułość, ale układ trzeba było wystawić na parapet, zamknąć

okno i dopiero wtedy przestał się wzbudzać. Uzyskiwany efekt był wtedy znakomity.

Jeśli potraktujemy nasz „goły wzmacniacz” wyróżniony kolorową podkładką jako „żółtą skrzynkę”, to schemat

naszego podsłuchu będzie wyglądał jak na rysunku C .

Wykonaj taki układ i przetestuj. A pod koniec tego wykładu przedstawię propozycję budowy pokrewnej wersji

Whispera.

R10

R11

R14

R12

R13

Wykładz ćwiczeniami11

Poznajemy elementy i układy elektroniczne

Uniwersalny wzmacniacz . We wcześniejszych wykładach dowiedzieliśmy się wiele o wzmacnianiu,

ale przekonaliśmy się też o bardzo poważnym problemie zmian termicznych. Omawiane w poprzednim

wykładzie wzmacniacze w koniguracjach OE, OB, OC i ich kombinacje przeznaczone były do wzmac-

niania małych sygnałów zmiennych . Poradziliśmy sobie z problemem zmian termicznych przy wzmac-

nianiu sygnałów zmiennych, stosując lokalne ujemne sprzężenie zwrotne. Jednak uzyskiwana stabilność

punktów pracy jest niewystarczająca do wzmacniania małych sygnałów stałych (np. w układach pomia-

rowych czy automatyki przemysłowej). W każdym razie zauważyliśmy, że ujemne sprzężenie zwrotne

redukując wzmocnienie, poprawia inne ważne parametry. Ten fakt bardzo często wykorzystujemy – uży-

wamy szczególnego rodzaju wzmacniaczy o bardzo dużym wzmocnieniu. I właśnie budując układ z foto-

graii tytułowej i rysunku C „wynaleźliśmy”...

78 m.technik - www.mt.com.pl

PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI

Wzmacniacz operacyjny . Jest to podstawowa, nieprawdopodobnie

uniwersalna „cegiełka”, stosowana do budowy najróżniejszych układów

analogowych. Nazwa pochodzi stąd, że wzmacniacze takie pierwotnie słu-

żyły do przeprowadzania operacji matematycznych

w komputerach analogowych. Potem znalazły szereg

innych zastosowań.

Symbol wzmacniacza operacyjnego, bez za-

znaczonych obwodów zasilania, pokazany jest na

rysunku 1 – dwie wersje są jednakowe, dla wygody

rysowania schematów zamienione miejscami są

tylko oznaczenia wejść (plus i minus). Wzmacniacz

operacyjny ma dwa wejścia i wzmacnia tylko róż-

nicę napięć między tymi wejściami , natomiast

praktycznie nie ma znaczenia napięcie wspólne na

obu wejściach . Wzrost napięcia na wejściu „dodat-

nim” , nieodwracającym, powoduje wzrost napięcia

na wyjściu – stąd znaczek plus na wejściu. Wzrost

napięcia na wejściu „ujemnym”, odwracającym

powoduje zmniejszanie napięcia wyjściowego – stąd znaczek minus.

Współczesny wzmacniacz operacyjny ma ogromne różnicowe wzmoc-

nienie napięciowe. Wynosi ono setki tysięcy, a w niektórych typach

wzmacniaczy nawet ponad milion razy, czyli ponad 120 dB. Oznacza to,

że do dużej zmiany napięcia wyjściowego wystarczą zmiany napięcia

między wejściami rzędu mikrowoltów, czyli milionowych części wolta!

Nieodłącznym składnikiem obwodu wejściowego każdego wzmacnia-

cza operacyjnego jest poznana w wykładzie piątym para różnicowa , któ-

ra nie tylko wzmacnia, ale dzięki której uzyskujemy wejście różnicowe,

które reaguje tylko na różnicę sygnałów wejściowych. W najprostszym

przypadku układ mógłby wyglądać jak na rysunku 2 , tylko miałby słabe

parametry i małe wzmocnienie. W rzeczywistości na wyjściu zawsze

występuje bufor, zwykle symetryczny wtórnik, co zapewnia dobre para-

metry wyjścia. W najprostszym przypadku taki wyjściowy wtórnik - bu-

for można byłoby zrealizować jak na rysunku 3 . W rzeczywistych wzmacniaczach operacyjnych, oprócz

wejściowej pary różnicowej, występuje jeden, czasami dwa stopnie wzmacniacza napięciowego, a na

wyjściu zawsze pracuje jakaś odmiana symetrycznego bufora wyjściowego. Rezystory są często zastępo-

wane źródłami i lustrami prądowymi. Występują też dodatkowe wtórniki i inne obwody pomocnicze.

W efekcie otrzymujemy uniwersalny wzmacniacz o ogromnym wzmocnieniu różnicowym.

My, mając w zestawie EdW09 tylko 8 tranzystorów, wykorzystaliśmy je wszystkie w układzie z foto-

graii tytułowej. Podobny „uniwersalny wzmacniacz” i oparty na nim superpodsłuch moglibyśmy też

zrealizować na wiele innych sposobów. Na

przykład wzmacniacz z rysunków B i C mo-

glibyśmy równie dobrze zrealizować według

rysunku 4 . Zwróć uwagę, że ten układ jest

niejako „odwrotnością” układu tytułowego

z rysunku B – na wejściu pracują tranzysto-

ry T1, T2 typu pnp, więc prądy polaryzacji

wejść (prądy baz pary różnicowej) popłyną

tu w kierunku przeciwnym, niż w układzie

tytułowym.

Tego rodzaju uniwersalne wzmacniacze

są od dawna produkowane: najpierw z po-

jedynczych elementów, potem jako układy

scalone - począwszy od roku 1963, gdy

opracowano wzmacniacz operacyjny MA702,

a zwłaszcza od roku 1965, kiedy pojawił się

bardzo popularny układ MA709. Tego rodzaju

wzmacniacze można zrealizować na setki

sposobów. Dziś mamy do dyspozycji setki

typów wzmacniaczy operacyjnych. Często

wzmacniacz operacyjny

V CC

VCC

R C

R E

R O

R C

R E

R O

V EE

V CC

R C

R E

VEE

V CC

= B

T1 T2

V EE

D 2

VEE

Na warsztacie

Pojedynczy (Single)

Podwójny (Dual)

Poczwórny (Quad)

SO-14

(SOIC-14)

SO-8

(SOIC-8)

SO-8

(SOIC-8)

DIL14 (DIP14)

DIL8 (DIP8)

Wyjście

V CC

We –

–

We –

Wyjście

We –

V CC

Wyjście

–

We +

V EE

We –

–

V CC

V EE

Widok z góry

V EE

We +

We –

Wyjście

We +

We –

Wyjście

Widok z góry

–

wykorzystujemy też wzmacniacze podwójne

i poczwórne. Zapamiętaj rozmieszczenie podsta-

wowych wyprowadzeń w scalonych wzmacnia-

czach operacyjnych pojedynczych, podwójnych

i poczwórnych w standardowych obudowach DIL

– patrz rysunek 5 . Zauważ, że mamy tylko dwie

nóżki zasilania: dodatnią (V CC ) i ujemną (V EE ). Brak

natomiast wyprowadzenia masy. We wzmacnia-

czach pojedynczych „nadmiarowe” nóżki często

pozwalają skorygować tzw. napięcie niezrówno-

ważenia, a czasem pozwalają na tzw. kompensację

częstotliwościową.

Nasz układ scalony LM358 z zestawu EdW09

to podwójny wzmacniacz operacyjny, czyli z wy-

prowadzeniami według rysunku 5b. Jest to wersja opracowanej w 1972 roku kostki LM324, zawierającej

cztery wzmacniacze. Schemat wewnętrzny pojedynczego wzmacniacza pokazany jest w pewnym uprosz-

czeniu na rysunku 6 . Składa się on z doskonale znanych nam elementarnych obwodów, wyróżnionych

kolorowymi podkładkami. Zwróć uwagę na duże podobieństwo z rysunkiem 4. Realizacja w postaci ukła-

du scalonego ma

wiele zalet, m.in.

wszystkie ele-

menty mają jed-

nakową tempera-

turę. W rzeczy-

wistości układ

scalony ma

nieco inną bu-

dowę, niż układ

z elementów

pojedynczych

– dyskretnych.

Dokładniejszy

schemat wzmac-

niacza LM358

pokazany jest

na rysunku 7 .

W szczegóły nie

będziemy się

jednak zagłębiać.

Początkowo

wzmacniacze

wspólny obwód

polaryzacji

wyj cie

Q15

V CC

Q22

Q13

Q14

Q16

40 k

Q19

Q12

5.0 pF

Q24

Q23

Q18

Q20

Q11

wej cia

Q21

Q17

Q25

2.4 k

Q10

Q26

V EE

Gnd

2.0 k

80 m.technik - www.mt.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: