PRAKTYCZNY ELEKTRONIKI. Uwaga Szkoły SZKOŁA

Transkrypt

1 SZKOŁ Poziom eksu: średnio rudny Na warszacie PKTYZNY KUS cz. 10 EEKTONIKI Oo dziesiąa część PKTYZNEGO KUSU EEKTONIKI, kóry zainaugurowaliśmy w numerze luom MT i będziemy konynuować przez kilkanaście miesięcy. Zaineresowanie ym kursem jes olbrzymie, dlaego zdecydowaliśmy się umożliwić czyelnikom dołączenie do kursu w dowolnym momencie. Po prosu, wszyskie poprzednie części są dla wszyskich dosępne w ormacie PDF na sronie Można z nich korzysać w kompuerze lub drukować sobie. Można eż kupić wszyskie archiwalne numery MT na Publikacja każdej kolejnej części jes zawsze poprzedzona jedną sroną wsępnych inormacji (jes o właśnie a srona), żeby nowi czyelnicy mogli zapoznać się z zasadami KUSU i dołączyć do kursanów. ZPSZMY! Jeśli nie masz bladego pojęcia o elekronice, ale chęnie byś poznał jej podsa, o nadarza i się jedyna, niepowarzalna okazja. We współpracy z branią redakcją miesięcznika Elekronika dla Wszyskich publikujemy w Młodym Techniku cykl kilkunasu ascynujących lekcji dla zupełnie począkujących. Jes o Prakyczny Kurs Elekroniki (PKE) z akcenem na Prakyczny, gdyż każda lekcja składa się z projeku i kładu z ćwiczeniami, przy czym projek o konkreny układ elekroniczny samodzielnie monowany i uruchamiany przez kursana. Pewnie myślisz sobie pięknie, ale jak ja mam monować układy nie mając luownicy ani żadnych części elekronicznych. Oóż jes rozwiązanie. uownicy nie będziesz w ogóle używać, gdyż wszyskie układy będą monowane na płyce sykoj, do kórej wkłada się nóżki elemenów na wcisk. I rzecz najważniejsza! Wydawnicwo VT przygoowało zesaw EdW09, zawierający płykę sykową i wszyskie elemeny, jakie będą porzebne do konania kilkunasu projeków zaplanowanych w PKE. Zesaw EdW09 można kupić w sklepie inerneom lub w sklepie irmom VT (Warszawa, ul. eszczynowa 11) cena bruo 47 zł. le Ty nie musisz kupować! Dosaniesz en zasaw za darmo, jeśli jeseś prenumeraorem MT lub kupisz wkróce prenumeraę. Wysarczy słać na adres: prenumeraa@av.pl dwa zdania: Jesem prenumeraorem MT i zamawiam bezpłany zesaw EdW09. Mój numer prenumeray:... Jeśli orzymamy o zamówienie przed 30 lisopada 2013 roku, o zesaw EdW09 ślemy i w połowie grudnia wraz ze syczniom numerem MT. Uwaga uczniowie! Szkoły prenumerujące MT orzymują Pakiey Szkolne PS EdW09, zawierające po 10 zesawów EdW09 (każdy zesaw EdW09 zawiera komple elemenów z płyką sykową) skalkulowane na zasadach non proi w promocyjnej cenie 280 zł bruo za jeden pakie PS EdW09 (j. z rabaem 40% 28 zł bruo za pojedynczy zesaw EdW09, kórego cena handlowa nosi 47 zł). Upewnij się, czy Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszyskie szkoły ponadpodsawo i wiele podsawoch orzymują MT w prenumeracie sponsorowanej przez Miniserswo Nauki i Szkolnicwa Wyższego) i przekaż nauczycielom inormację o Prakycznym Kursie Elekroniki z promocyjnymi dosawami Pakieów Szkolnych PS EdW09 do ćwiczeń prakycznych. Zesaw EdW09 zawiera nasępujące elemeny (specyikacja rodzajowa): 1. Diody prosownicze 4 sz. 2. Układy scalone 4 sz. 3. Tranzysory 8 sz. 4. Foorezysor 1 sz. 5. Przekaźnik 1 sz. 6. Kondensaory 22 sz. 7. Mikroon 1 sz. 8. Diody ED 11 sz. 9. Przewód 1 m 10. Mikroswich 2 sz. 11. Piezo z generaorem 1 sz. 12. ezysory 64 sz. 13. Srebrzanka 1 odcinek 14. Zarzask do baerii 9V 1 sz. 15. Płyka sykowa prooypowa 840 pól sykoch 1 sz. ena zesawu EdW09 47 zł bruo ( Uwaga Szkoły Tylko dla szkół prenumerujących Młodego Technika przygoowano Pakiey Szkolne zawierające 10 zesawów EdW09 (PS EdW09) w promocyjnej cenie 280 zł bruo, j. z rabaem 40%. uorem zaplanowanego na ponad rok Prakycznego Kursu Elekroniki jes Pior Górecki, redakor naczelny kulogo w świecie hobbysów elekroników miesięcznika Elekronika dla Wszyskich i auor legendarnych cykli arykułów i książek uczących elekroniki od podsaw. 76 m.echnik -

2 PKTYZNY KUS EEKTONIKI Projek 10 Iluminoonia Na poższej oograii pokazany jes układ Iluminoonii. Dwie pracujące równolegle diody ED zaświecają się, gdy do mikroonu dorą głośniejsze dźwięki o średnich częsoliwościach. Foograia wsępna pokazuje rsję jednokanałową z ilrem średnich częsoliwości. W układzie można zasosować ilr o innych paramerach. Z uwagi na ograniczenia nikające z zesawu elemenów EdW09, rudno byłoby konać układ kilkukanało. Opis układu dla zaawansowanych Schema ideo Iluminoonii z oograii yułoj pokazany jes na rysunku. Na schemacie żółymi podkładkami różnione są dwa wzmacniacze przebiegów zmiennych (W1, W2). Taką konigurację korzysywaliśmy w osanim układzie poprzedniego kładu. Wzmocnienie ych wzmacniaczy znaczone jes przez warość rezysorów 6 i 17 (a właściwie sosunki 5/6 oraz 16/17). óżową podkładką różniony jes obwód ilru F, a właściwie dwóch kaskadowo połączonych ilrów: µF ME 1 mikroon elekreo k T1 B µF 3 6 1k wzmacniacz W1 ilry F wzmacniacz W2 deekor D 4 22k 5 22k µF T2 B558 X 8 47k 5nF k T3 B k 12 2,2M k ,2M 14 47k Y T5 B548 T4 B k T6 B k 8 100µF 17 * 1k 18 2,2k µF Ω 19 B548 9 T7 100nF x 470Ω T8 B µF 77

3 Na warszacie SZKOŁ Poziom eksu: średnio rudny dolnoprzepusogo z ranzysorem T3 i górnoprzepusogo (T4). Podkładka niebieska różnia obwód deekora akywnego i serownika diod ED. Zasada działania jes bardzo prosa silniejsze dźwięki powodują zaświecanie diod ED. Sygnał z właściwie spolaryzowanego mikroonu elekreogo ME jes wsępnie wzmacniany wzmacniaczu W1, poem ilr F przepuszcza ylko sygnały z określonego pasma częsoliwości w ym przypadku przepuszcza średnie ony, naomias łumi i ony niskie, i ony sokie. Przepuszczone sygnały są dodakowo wzmacniane wzmacniaczu W2. Sygnały o ampliudzie pożej 0,6 V przechodzą przez 9 i powodują owieranie 9 Wykład z ćwiczeniami 10 Poznajemy elemeny i układy elekroniczne 8 47k ranzysora T7, kóry pracuje u w roli deekora. Owarcie ranzysora T7 na na króki czas rozładowuje 10, kóry poem pomału ładuje się przez 19, zapobiegając zby szybkiemu migoaniu diod. Obniżenie napięcia na kolekorze T7 i na 10 powoduje przewodzenie T8 i zaświecenie diod ED. Zwróć uwagę na różnione zielonymi podkładami obwody ilracji zasilania, niezbędne w układach o dużym wzmocnieniu. Monując układ, nie zapominaj o prawidłom umieszczeniu elemenów biegunoch, w ym eż mikroonu elekreogo ME, kórego prowadzenie ujemne połączone jes z obudową szczegóły podane były w poprzednim kładzie. Wersja z rysunku i oograii yułoj reaguje na ony średnie. Układ można ławo zmodyikować, by reagował na ony niskie. ysunek B pokazuje zmodyikowany obwód ilru F, gdzie ilr dolnoprzepuso ma częsoliwość graniczną około 130 Hz. Moglibyśmy całkowicie zrezygnować z ilru górnoprzepusogo, ale pozosawiamy ranzysor T4 ylko dlaego, by zachować opymalne napięcia sałe w obwodzie wzmacniacza W2. W1 X 5nF X ilr niskich częsoliwości ilr niskich częsoliwości ilr niskich częsoliwości T3 B ,2M 6 100nF 10 22k k 11 22k 13 2,2M k W2D W2D W2D 14 47k T4 B k T4 B558 Obwód wprawdzie jes ilrem górnoprzepusom, ale o częsoliwości granicznej około 1,6 Hz, więc na pewno nie ogranicza pasma akusycznego, kóre zaczyna się od Hz. by iluminoonia reagowała na ony sokie, sarczy zmodyikować ilr dług rysunku. Tu mamy łącznie ilr górnoprzepuso (o częsoliwości granicznej około 2,5 khz). W akich rsjach zapewne waro zmienić eż kolor diod ED. W każdej rsji rzeba będzie prawdopodobnie dobrać wzmocnienie W2 za pomocą rezysora 17 (100 V...10 kv), by uzyskać zbliżoną czułość dla wszyskich pasm częsoliwości. Z kolei dynamikę świecenia diody można zmienić dług upodobania, zmieniając pojemność 10 (0 nf, 10 nf 100 nf, 1 mf) i rezysancję 19 (22 kv kv). Jasność diod ED można zmieniać za pomocą rezysorów 20 i 21 (220 V...1 kv) pamięając, że czym jaśniej świecą diody, ym szybciej rozładuje się mała baeria 9-wolowa. Taki układ lepiej byłoby zasilać z akumulaora lub z zasilacza sabilizowanego. Ko ma więcej elemenów, może zbudować iluminoonię rzykanałową dług idei z rysunku D. Mikroon i wzmacniacz W1 pozosanie wspólny. Trzeba ylko zwielokronić zespoły ilrów F dług rysunków B i, wzmacniacza W2 i deekora D. Filry. Wcześniej mówiliśmy, że dla częsoliwości sokich kondensaor sanowi zwarcie, a dla częsoliwości bardzo niskich i dla prądu sałego przerwę. To ogromne uproszczenie! W poprzednim kładzie nieco uściśliliśmy o zagadnienie. Wiemy, że reakancja kondensaora i cewki liniowo zmienia się D1 D2 D3 Y Y B D 78 m.echnik -

4 PKTYZNY KUS EEKTONIKI ilry dolnoprzepuso a) b) U X = X U 45 o U 45 o U U =U =U U ilry górnoprzepuso c) U U =0,707 U przesunięcie azy 1/8 okresu = 45 sopni z częsoliwością, a w skali podwójnie logarymicznej kresem jes linia prosa. Wiemy eż już, że dzielnik zawierający rezysor i kondensaor jes ilrem, przepuszczającym i łumiącym sygnały o różnych częsoliwościach. Poznaliśmy prosy ilr dolnoprzepuso i górnoprzepuso zobacz rysunek 10 w poprzednim kładzie. nalogicznie można byłoby zrealizować ilry dolno- i górnoprzepuso z użyciem cek, jak pokazuje rysunek 1. W prakyce ego nie robimy z uwagi na liczne wady cek. Wykorzysujemy naomias powszechnie obwody, nie zawsze rakując je zreszą jako ilry. ozszerzmy inormacje z poprzedniego kładu: w akich obwodach (ilrach) przy jakiejś częsoliwości, liczbowa warość reakancji X saje się równa rezysancji. W przypadku ilrów mamy X =1/2p, więc umowna częsoliwość graniczna ma warość g =1/2p. Przy ej właśnie częsoliwości X =, jak dla ilru dolnoprzepusogo pokazuje rysunek 2a. Pomimo równości X =, z uwagi na przesunięcie azy w kondensaorze, napięcie jścio nie jes dwa razy mniejsze od napięcia jściogo, ylko razy mniejsze). Ilusruje o graicznie 0dB -20dB (0,1) -40dB (0,01) -60dB (0,001) łumienie pasmo przepuso 0,1g g dekada dekada 20dB (10x) charakerysyka ilru idealnego 20dB ilr pierwszego rzędu 10g 100g 1000g 10000g częsoliwość (10x) sanowi około 0,707 napięcia jściogo (dokładnie jes o rysunek 2b. Te 0,707 warości napięcia jściogo o w mierze logarymicznej 3 db (dokładniej biorąc 3,103 db). o ważne, jścio przebieg sinusoidalny o częsoliwości g jes przesunięy względem jściogo dokładnie o 45 sopni, co jes zilusrowane na rysunku 2c. ak przy okazji: zapamięaj, że wszyskich ilrach jako częsoliwość graniczną przyjmujemy aką, przy kórej sygnał jes łumiony o 3 db. Znormalizowaną charakerysykę ampliudową omawianych prosych ilrów (oraz ) poznałeś w poprzednim kładzie na rysunku 10d. Ideałem byłby ilr o dokładnie prosokąnej charakerysyce, narysowanej kolorem czerwonym na rysunku 3. Taki ilr w paśmie przepusom miałby łumienie równe zeru przepuszczałby pożądane sygnały, a w paśmie zaporom miałby łumienie nieskończenie wielkie. Idealnych ilrów na nie próbujemy realizować. Poznane prose ilry, choć bywają bardzo częso korzysywane, nie są zby skueczne, czyli mają małą sromość zbocza charakerysyki. Ich łumienie wzrasa dwukronie przy dwukronej zmianie częsoliwości, czyli 6 decybeli na okawę (6 db/ok), a dziesięciokronie przy dziewięciokronej zmianie częsoliwości, czyli 20 decybeli na dekadę (20 db/dek). Ilusruje o zielona charakerysyka na rysunku 3. Są o ak zwane ilry pierwszego rzędu. zęso porzebne są skueczniejsze ilry o osrzejszych, bardziej sromych zboczach. W prakyce skuecznych ilrów nie realizujemy przez kaskado połączenie kilku jednakoch sekcji dług rysunku 4, ponieważ przy akim połączeniu poszczególne sekcje wpływają na siebie i eek byłby daleki od oczekiwanego. Problem między innymi w ym, że każda nasępna sekcja sanowi obciążenie dla poprzedniej. Zagadnienia związane z bardziej złożonymi, osrzejszymi ilrami są bardzo rudne, a zrozumienie ich właściwości maga znajomości ższej maemayki. Nie sposób ego króko łumaczyć. Przyjmij ylko do wiadomości, że isnieje mnóswo 79

5 Na warszacie SZKOŁ Poziom eksu: średnio rudny odmian najróżniejszych ilrów, w kórych częsoliwość znaczają odpowiednio dobrane elemeny, a właściwości są znakomicie poprawione przez zasosowanie wzmacniaczy. Takie ilry ze wzmacniaczami nazywamy ilrami akywnymi. Można w uproszczeniu powiedzieć, że ilr akywny o ilr wspomagany wzmacniaczem, co dla ilru dolnoprzepusogo można zobrazować na rysunku 5a. le u od razu rzeba przesrzec przed błędnym obrażeniem. Oóż począkujący częso obrażają sobie, że czym większe, silniejsze jes o wspomaganie, ym bardziej srome jes zbocze charakerysyki ampliudoj ilru. Takie błędne obrażenie zobrazowane jes na (przekreślonym) rysunku 5b. W rzeczywisości silniejsze wspomaganie prakycznie nie zmienia nachylenia zbocza charakerysyki, a za o ma silny a) Tłumienie 0dB g silne średnie małe częsoliwość wpływ na inne ważne właściwości. Po pierwsze przy silnym wspomaganiu, na skraju charakerysyki ampliudoj, w okolicy częsoliwości granicznej g pojawia się zw. podbicie niepożądany garb, jak pokazuje w uproszczeniu rysunek 6a. Po drugie mówimy, że ilr zaczyna dzwonić, o znaczy drgania o częsoliwościach zbliżonych do granicznej g urzymują się w nim po zaniku sygnału jściogo, co z kolei ilusrują rysunki 6b oraz 6c. Najczęściej silne wspomaganie nie jes więc pożądane, a jes wręcz wadą. by uzyskać ilr o większej sromości zboczy, łączymy kaskadowo kilka odpowiednio dobranych sekcji. W najprosszym przypadku można poprawić sromość, sosując jednako sekcje i buory (wórniki) pośredniczące dług rysunku 7. W en buor buor buor sposób moglibyśmy poprawić sromość zbocza ilru, uzyskując nachylenie n*20 db/dekadę, ale w większości zasosowań nie jes o opymalny sposób, choćby z uwagi na nieopymalny przebieg charakerysyki w pobliżu częsoliwości granicznej g. Filry o dużej sromości zboczy realizujemy nieco inaczej. W prakyce powszechnie korzysuje się liczne odmiany ilrów akywnych, gdzie podsawowa sekcja cegiełka o ak zwany ilr drugiego rzędu, kóry daje sromość charakerysyki 40 db/dek, czyli 12 db/okawę, co odpowiada złożeniu dwóch ogniw. Łączymy kaskadowo kilka akich cegiełek drugiego rzędu dług rysunku 8, przy czym zależnie od pożądanych paramerów całości, doyczących a) b) łumienie [db] U obwody b) małe c) U g czas czas wspomaganie wzmacniacz bez wspomagania U coraz silniejsze wspomaganie częsoliwość silne g czas U czas podsawowa cegiełka ilr II rzędu podsawowa cegiełka ilr II rzędu podsawowa cegiełka ilr II rzędu 1 2 N 8 80 m.echnik -

6 PKTYZNY KUS EEKTONIKI różne wielkości wspomagania 9 -! a) wórnik U ZS b) podbicia i dzwonienia, cegiełki e nie są idenyczne, ylko różnią się wórnik warościami elemenów. Przykład pokazany jes 2 w uproszczeniu na rysunku 9. U ZS W prakyce bardzo 2 częso sarczają ilry drugiego rzędu, ale można eż spokać ilry 20 rzędu, czyli zawierające 2 aż dziesięć cegiełek. Nie zaszkodzi wiedzieć, że dziś oprócz omawianych właśnie ilrów 2B analogoch, coraz częściej korzysuje się ich odpowiedniki cyro, w kórych rolę ilru pełni odpowiedni program o jednak zupełnie oddzielne zagadnienie. Spośród niezliczonych odmian ilrów akywnych my na razie wspomnimy ylko o jednym ich rodzaju. Fachowo bywają one nazywane ilrami Sallena-Keya i są odmianą zw. ilrów ze źródłem serowanym (VVS). Wykorzysamy prose rozwiązanie, gdzie wzmacniaczem jes... zczajny wórnik, a mianowicie ranzysor pracujący w układzie O. ysunek 10a pokazuje schema ilru dolnoprzepusogo. Wspomaganie z jścia do obwodów realizowane jes u przez kondensaor 1. nalogicznie rysunek 10b przedsawia ilr górnoprzepuso. Zasadniczo sarczyłby ylko jeden rezysor 2, ale w prakyce ranzysor musi być spolaryzowany, więc dajemy dwa jednako rezysory 2 i 2B, kóre dodakowo znaczają punk pracy ranzysora. Dobierając odpowiednio warości obu ogniw, usalamy zarówno częsoliwość graniczną, jak eż wielkość wspomagania, opymalną dla danego zasosowania. Isnieje nieskończenie wiele N 81

7 Na warszacie SZKOŁ Poziom eksu: średnio rudny 3 4 kombinacji warości elemenów, kóre dają użyeczne charakerysyki. ysunek 11 pokazuje przebieg najpopularniejszych, niejako sandardoch charakerysyk ampliudoch ilrów przy różnej wielkości (niewielkiego) wspomagania ilry o akim przebiegu charakerysyk nazywane są od nazwisk nalazców ilrami Bessela, Buerworha i zebyszewa. harakerysyka Buerworha jes najbardziej płaska. Filry zebyszewa mają zaalowania charakerysyki, ale eż nieco lepsze łumienie sygnałów niepożądanych. Naomias ilry o charakerysyce Bessela wprawdzie mają nieco słabsze łumienie sygnałów niepożądanych, ale za o najwierniej przenoszą impulsy i dlaego dobrze nadają się do układów audio. eraz przejdźmy do prakyki. ysunek 12 i oograia 13 pokazują prosy ilr dolnoprzepuso do subwooera (o charakerysyce Bessela), uzupełniony wórnikiem jściom na ranzysorze T1. zęsoliwość graniczna nosi około 160 Hz i można ją modyikować, proporcjonalnie zmieniając pojemności 1, 2 (1=10 2). Zapamięaj, że w ego rodzaju ilrach rzeba sosować dobrej jakości kondensaory olio, naomias kondensaory ceramiczne o pojemności większej od 1 nf, w ym nasze lizaczki 100 nf, najczęściej mają małą sabilność i do akich ilrów się nie nadają. Mało sabilne ceramiczne lizaczki 100 nf nadają się naomias znakomicie do ilracji obwodów zasilania. ysunek 14 i oograia 15 pokazują ak zwany ilr kroków (górnoprzepuso o częsoliwości około 100 Hz). W głosie ludzkim nie ma składoch poniżej 100 Hz aki ilr jes powszechnie włączany w orach mikroonoch, gdzie obcina sygnały (zakłócenia) o częsoliwościach poniżej 100 Hz, między innymi odgłosy kroków na scenie sąd nazwa. W roli 1 korzysujemy u połączone równolegle rezysory 22 kv i 100 kv. Zwróć uwagę, że w przeciwieńswie do rysunku 10b, mamy u ylko jeden rezysor 2 (22 kv). by prawidłowo spolaryzować ranzysory, dodaliśmy (zaznaczony kolorem zielonym) obwód szucznej masy. Zachęcam ię eż gorąco do zrealizowania dwóch ilrów dolnoprzepusoch o częsoliwości granicznej 1 khz dług rysunku 16. Ten prosy o zkły ilr pierwszego rzędu, en drugi, rozbudowany, o ilr o charakerysyce Bessela, szósego rzędu, czyli o dużej sromości charakerysyki ampliudoj, a jednocześnie o dobrych paramerach dynamicznych. Porzebne warości rezysancji zesawiamy przez łączenie równoległe lub szerego dwóch rezysorów, naomias w nawiasach podane są opymalne warości rezysancji. Foograia 17 pokazuje realizację ego ilru. Jeżeli masz kabelki z odpowiednimi wyczkami (minijack, -chinch), możesz zbudować i włączyć najpierw jeden, poem drugi ilr pomiędzy odwarzacz D/DVD lub odwarzacz MP3 i jście k µF 5 1 T1 B nF T1 B 558 (131k) 22k 2 2 obwód szucznej masy 4 10k nF 1 (17,6k) 22k 2 100nF 2 22k (23,4k) T2 B548 T2 B548 6 U ZS 5 100µF 4 10µF 220k 6 100µF 4 10µF 7 # $ % 82 m.echnik -

8 PKTYZNY KUS EEKTONIKI a) k T1 B U ZS T2 B µF 3 10µF 6 ^ & * b) (19,6k) 22k 220k T1 B 558 (66,3k) 47k22k 2 B T2 B548 (8,28k) 10k 47k k 2 (177k) 220k 1M UX wzmacniacza mocy domogo zesawu audio. Wedy na słuch sprawdzisz, na ile skuecznie w obu ilrach obcinane są ższe częsoliwości. Jeśli chcesz, możesz zmieniać częsoliwość graniczną ego ilru, mieniając warości jednakoch par kondensaorów, B, gdzie / B = 10. nalogicznie mógłbyś zbudować skueczny ilr górnoprzepuso, na przykład dług rysunku 18. Nie będziemy ego robić z kilku powodów, między innymi z powodu kłopou z warościami kondensaorów, U ZS kórych w zesawie EdW09 jes niewiele. Trzeba eż wiedzieć, że złożenie odpowiednio dobranego ilru dolno- i górnoprzepusogo pozwala zbudować ilr pas- mo dług idei z rysunku 19. Takie rozwiązanie korzysaliśmy w układzie yułoj iluminoonii. le gdyby był porzebny skueczniejszy ilr, o znacznie osrzejszych zboczach, można by go zbudować, łącząc ilry dług rysunków 16b i 18. Tylko elemeny należałoby dobrać ak, żeby ilr zamias charakerysyki Bessela, odpowiedniej dla oru audio, miał charakerysykę zebyszewa, kóra zapewnia lepsze łumienie sygnałów spoza pasma przepusogo. Projekowanie ilrów o zadanych paramerach o nieła zadanie. Prakykom, kórzy porzebują jedynie nieskomplikowanych ilrów, polecam moją książkę Wzmacniacze operacyjne, daną przez BT ( Tam w rozdziale 4 są zaware prakyczne wskazówki, jak dobierać elemeny akich i innych ilrów. Dosępne są akże różne specjalizowane programy kompuero do projekowania ilrów (Filer Wizard). Oerują je m.in. znane irmy nalog Devices, Texas Insrumens, Naional Insrumens. Wiele prosych apleów można eż znaleźć na różnych sronach inerneoch. B 11 (6,56k) 2,2k T3 B U ZS (235k) 220k10k 6 B T4 B µF 2 10µF 13 83

9 Na warszacie SZKOŁ Poziom eksu: średnio rudny ilr pasmo Popularne są eż unirsalne programy do zw. symulacji. Za pomocą akich programów można w symboliczny sposób (zaskakująco prosy i cieka) opisać dowolny układ elekroniczny i zbadać jego różnorodne właściwości. Współczesne programy pozwalają 2 1 dodakowo w ła sposób narysować schema i wedy program ze ilr pasmo schemau sam worzy symboliczny opis układu, porzebny do symulacji. Niekóre z akich programów są darmo, jak choćby Tspice z irmy inear Technology ( Znakomicie nadają się akże do sprawdzania charakerysyk ilrów. 1 2 Na rysunku 20 widać zrzu ekranu, pokazujący charakerysyki rzech ilrów z projeku wsępnego z rysunków, B,. Programy symulacyjne dosępne są eż online (np. com czy rysunek 21 o zrzu ekranu z symulacji ilru dolnoprzepusogo rzeciego rzędu na sronie ezonans. Trzeba eż wiedzieć, że zaskakujący eek daje połączenie cewki i kondensaora i o nie ylko z uwagi na zmiany warości 1 2 łumienie reakancji X i X, ale głównie z uwagi na przesunięcie azo między prądem i napięciem. Orzymujemy wedy obwód, w kórym sępuje zw. rezonans. Zjawisko rezonansu związane jes z akem, że i kondensaor i cewka mogą magazynować energię. rezonans w sumie polega na ym, że cewka i kondensaor na przemian mieniają się zgromadzoną energią. W idealnym przypadku, w układzie z rysunku 22a, po jednorazom naładowaniu kondensaora i po zwarciu syku S1 prąd popłynie z naładowanego kondensaora do pusej cewki, jak pokazuje rysunek 22b. ewka najpierw przejmie całą energię, a poem zacznie ę energię oddawać do kondensaora, co zilusrowane jes w uproszczeniu na ( ) q 84 m.echnik -

10 w S1 I a) b) c) d) e) U U U _ P P d zwarcie przycisku S1 naładowany d przypadek idealny - drgania niegasnące przypadek rzeczywisy - drgania gasnące I B czas czas rysunku 22c. Kondensaor odzyska całą energię, a poem cykl będzie się powarzał. o cieka, dziwne i bardzo ważne, w idealnym przypadku energia krążyłaby w nieskończoność między kondensaorem i cewką, a zupełnie nieoczekiwanie napięcie (i prąd) miałyby kszał sinusoidalny, jak pokazuje rysunek 22d. o jeszcze dziwniejsze, przy jednokronym (impulsom) pobudzeniu, w obwodzie rezonansom pojawiają się drgania sinusoidalne. I jes o kolejny argumen, że właśnie przebieg sinusoidalny jes w pewnym sensie pierwony, podsawo. zęsoliwość ego przebiegu, czyli liczba drgań na sekundę, jes znaczona przez indukcyjność cewki i pojemność kondensaora dług wzoru: a) Z b) Z Z c) Z X X X X X =X X reakancja X impedancja Z reakancja X impedancja Z równoległy obwód rezonanso reakancja X impedancja Z X =X X (X ) =X X (X ) Z 0 e r częsoliwość r częsoliwość r częsoliwość zęsoliwość rezonansu własnego jes rażona w hercach (Hz), gdy indukcyjność podamy w henrach (H), a pojemność w aradach (F). Przy częsoliwości rezonansoj reakancja pojemnościowa X jes równa indukcyjnej X. Ze wzrosem częsoliwości reakancja X rośnie, a X maleje, jak pokazuje o w skali logarymicznej rysunek 23a. Począkujących zaskakuje i dziwi ak, że przy częsoliwości rezonansoj r, gdy X = X przy równoległym połączeniu elemenów (czyli w równoległym obwodzie rezonansom), padkowa oporność impedancja Z saje się... nieskończenie wielka. Ilusruje o rysunek 23b. Naomias w szeregom obwodzie przy częsoliwości rezonansoj oporność padkowa impedancja saje się... równa zeru, co ilusruje rysunek 23c. Tak byłoby w przypadku idealnych elemenów,. Zauważ, że aką samą częsoliwość rezonansową r można uzyskać z cewką o dużej warości i kondensaorem o małej warości. lbo odwronie aką samą częsoliwość dadzą mała indukcyjność i duża pojemność. Byle ylko iloczyn był jednako. Takie obwody będą się jednak różnić warością reakancji charakerysycznej w sanie rezonansu X =1/2p=2p=X. Warość liczbową ej zw. oporności charakerysycznej, inaczej rezysancji charakerysycznej można obliczyć prościej jes ona równa le w rzeczywisym obwodzie rezonansom mamy do czynienia z jeszcze inną rezysancją. Oóż w realnych układach sępują rezysancje (druu cewki, przewodów) oraz dodako sray, więc w każdym cyklu drgań część energii zamienia się na ciepło i jes racona. Orzymujemy przebieg sinusoidalny gasnący, jak pokazuje rysunek 22e. Zależnie od ego, jak duże są sray energii w rezysancjach i jak szybko gasną drgania, mówimy, że cewka i obwód rezonanso mają mniejszą lub większą dobroć 85

11 Na warszacie SZKOŁ Poziom eksu: średnio rudny (oznaczaną Q). Dobroć pokazuje, ile razy rezysancja charakerysyczna jes większa od rezysancji sra. W prakyce w obwodach zawsze sępują sray, więc rezysancja rzeczywisego równoległego obwodu (rysunek 22b) jes wielokronie większa niż oporność charakerysyczna, ale nie jes nieskończenie wielka. Podobnie w szeregom obwodzie (rysunek 22c) podczas rezonansu oporność nie saje się równa zeru, ylko ma jakąś niewielką warość (zkle nieco większą od rezysancji uzwojenia użyej cewki). W zesawie EdW09 mamy niewiele elemenów, w ym ylko jedną i o bardzo kiepską cewkę (cewkę przekaźnika), więc rudno badać, a choćby ylko zaobserwować zjawisko rezonansu. Jednak można zauważyć dziwne zjawisko w prościukim układzie, kóry badaliśmy w ramach kładu 6. Mianowicie możesz jeszcze raz konać generaor na przekaźniku i dołączyć równolegle do cewki dwa jednako łańcuchy ED, włączone przeciwsobnie dług rysunku 24 i oograii 25. Każdy łańcuch zawiera 5 diod ED i 2 zkłe D1 D2 4 x 1N4148 D3 D4 10 x ED B 9V Ba. r diody 1N4148. Sprawdziłem, że aki łańcuch zaczyna leciuko świecić przy napięciu 10,5 V. My zasilamy układ z baerii 9-woloj. W spoczynku żaden z dwóch łańcuchów ED nie ma prawa świecić. W kładzie 6 dowiedzieliśmy się, że w chwili przerywania obwodu cewka, kóra nie lubi zmian prądu, warza ujemne napięcie samoindukcji i prąd płynie od punku B do punku przez dolny łańcuch diod, kóre świecą dość jasno. Jednak podczas działania układu leciuko świeci akże górny łańcuch, co świadczy o ym, że w pewnych chwilach prąd płynie od punku do punku B, a o znaczy, że niekiedy w punkcie sępuje napięcie dodanie względem masy o warości ponad 10,5 V. Możesz się o ym przekonać, realizując aki układ lub oglądając umieszczony w Elporalu ilmik ( Za przyczynę można uznać rezonans, choć w układzie nie ma kondensaora, niemniej są, niezaznaczone na schemacie, wszechobecne małe pojemności monażo i ak zwana pojemność własna cewki. Jedyna nasza cewka (przekaźnika) ma dużą rezysancję i gaśnięcie drgań jes dużo szybsze niż na rysunku 7e. ysunek 26a o zrzu z ekranu oscyloskopu, pokazujący drgania (bardzo szybko) gasnące, sępujące na obwodzie rezonansom złożonym z kondensaora 1 mf i cewki naszego przekaźnika w układzie z rysunku 27. Drgania pojawiają się w chwili, gdy ranzysor T1 zosaje zakany i przez cewkę przekaźnika przesaje płynąć prąd. Wcześniej mówiliśmy, że cewka warza pojedynczy impuls napięcia samoindukcji. W przypadku obwodu rezonansogo powsają drgania gasnące. W ym przypadku drgania gasną bardzo szybko właśnie z uwagi na duże sray energii w rezysancji cewki przekaźnika. ysunek 26b pokazuje gasnące drgania rezonanso w obwodzie z inną cewką o znacznie lepszych paramerach (o mniejszej rezysancji, czyli o większej dobroci Q). W podręcznikach szkolnych analizuje się obwody rezonanso równoległe i szerego rysunek 28. o cieka, obwód rezonanso lubi przebiegi o częsoliwościach zbliżonych do częsoliwości rezonansu własnego y 86 m.echnik -

12 1 1k i o do oscyloskopu u Tym bardziej lubi (achowo: jes bardziej selekywny), im mniejsze są sray w rezysancjach, czyli im większa jes dobroć Q. D1 1N4148 Obwody rezonanso były i nadal są korzysywane w ilrach, na przykład wszelkich urządzeniach 1 B radioch. Trzeba jednak pamięać, że wszędzie am, Gen. gdzie sępują indukcyjność i pojemność, mamy obe wód rezonanso o lepszej lub gorszej dobroci. Tak jes generaor i w obwodzie ilracji zasilania z rysunku 5b kładu 8. by przy sosowaniu dławika dług rysunku 29 uzyskać dobrą ilrację, a nie łumione Gen. Gen. Gen. sinusoidy dług rysunków 7e i 10, należy prawidłowo Gen. dobrać elemeny, zasosować dławik o małej dobroci i być może celowo dodać w szereg równoległy szerego z kondensaorem niewielki równoległy szerego idealne obwody rezonanso rezysor. Elemeny ilru nierzeczywise obwody rezonanso prawidłowo dobrane, zby dobre, mogą wręcz pogor szyć syuację, powodując nadmiernie duże drgania rezonanso. Waro układ eż wiedzieć, że każdy kawałek druu i każda ścieżka na płyce ma jakąś elekroniczny maleńką indukcyjność i eż jes maleńką cewką, więc wszyskich ukła _ dach mamy eż mnóswo niepożądanych obwodów rezonansoch na szczęście przy maleńkich warościach indukcyjności i pojemnościach pasożyniczych, ich częsoliwości rezo nanso są bardzo duże, rzędu na miliardów herców, 2 czyli gigaherców i nie wpływają na działanie ogromnej S S 2 większości układów. Są za o zwaniem dla konsruko1 rów szybkich układów. wórnik ewki od dawna nie były lubiane przez hobbysów. 1*2*1 o cieka, można ławo zrealizować układ elekronicz1 ny, kóry pod pewnymi względami zachowuje się jak cewka. Prosy sposób masz na rysunku 30. Taki układ, szuczna indukcyjność w przeciwieńswie do cewki, nie magazynuje energii B B w polu magneycznym, jednak jeśli chodzi o przeciwsawianie 2 2 się zmianom prądu i przesunięcie prądu względem napięcia zachowuje się jak cewka. Ściślej biorąc, jak cewka o rezysancji szeregoj równej 2. S 2 Taka szuczna indukcyjność pozwala sworzyć obwód rezonanso. Dołączając kondensaor 2 dług rysunku 31 1 wórnik worzymy szerego obwód rezonanso. Takie obwody rezo nanso są bardzo częso sosowane w zw. korekorach graicz1 nych, zwanych equalizerami. W ramach cyklu PKE nie możemy zrealizować akiego korekora, choćby dlaego, że w zesawie szerego obwód rezonanso EdW09 nie ma ani jednego poencjomeru. Moglibyśmy korzysać aki obwód rezonanso np. wzmacniaczu dług rysunku 32, uzyskując ilr pasmo selekywny. Właściwości akiego ilru nie są jednak opymalne. Filry pasmo realizujemy inaczej. Do ilrów wrócimy jeszcze w jednym z nasępnych kładów. Pior Górecki T1 B548 = p r = 1 2π *2 r 1 1 szuczna indukcyjność W 2 2 UZS Q częsoliwość = 87