Velikost 1,3 MB - KD

Dìjiny
pøenosu
Z dìjin
vìdyzpráv
dálku
ana
techniky
ROÈNÍK XI/2006. ÈÍSLO 3
Historie elektøiny a magnetizmu
Ernst Mach
- Machovo èíslo
ROÈNÍK LV/2006. ÈÍSLO 3
V TOMTO SEŠITÌ
Z dìjin vìdy a techniky ............................. 1
ELEKTRONIKA V MODELÁØSTVÍ
Železnièní modeláøství .......................... 3
Lineární napájecí zdroj ............................ 3
Pulsní napájecí zdroj .............................. 5
Zpožïovaè rozjezdu a zastavení ............. 6
Symetrický napájeè kolejištì ................. 7
Ovladaè osvìtlení budov ......................... 9
Dálkové ovládání ................................... 10
Indikátor obsazení koleje ...................... 12
Ovladaè návìstí .................................... 14
Signalizaèní obvod pro pøejezd ............. 15
Automobilové a letecké modeláøství .. 16
Nabíjeè èlánkù Li-Ion a Li-Pol ............... 16
Rotující svìtlo ....................................... 20
Svìtla na køižovatce ............................. 21
DOPLÒKY K DOMOVNÍMU TELEFONU
Úvod ..................................................... 23
Dvoutónový zvonek ............................... 24
Pøídavný zvonek, Vypínaè zvonku,
Obvod zpoždìného zapnutí zvonku ...... 25
Optický zvonek, Zkušební telefon ......... 26
Zpožïovací obvod pro el. zámek .......... 27
Domácí telefon ..................................... 28
UŽITKOVÁ ELEKTRONIKA
Barevná hudba s LED ........................... 29
Èelovka s baterií 9 V ............................ 30
Aut. rozsvìcení svìtla v garáži ............. 31
Jednoduché šachové hodiny ................. 32
Èasový spínaè pro pøímotopy ............... 34
ÈÍSLICOVÝ MILIOHMMETR ............ 35
KONSTRUKÈNÍ ELEKTRONIKA A RADIO
Vydavatel: AMARO spol. s r. o.
Redakce: Zborovská 27, 150 00 Praha 5,
tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10.
Šéfredaktor ing. Josef Kellner, sekretáøka redakce Eva Marková, tel. 2 57 31 73 14.
Roènì vychází 6 èísel. Cena výtisku 36 Kè.
Rozšiøuje PNS a. s., Transpress spol. s r. o.,
Mediaprint & Kapa a soukromí distributoøi.
Pøedplatné v ÈR zajišuje Amaro spol. s r. o.
- Michaela Hrdlièková, Hana Merglová (Zborovská
27, 150 00 Praha 5, tel./fax: 2 57 31 73 13, 2 57
31 73 12. Distribuci pro pøedplatitele také provádí v zastoupení vydavatele spoleènost Mediaservis s. r. o., Abocentrum, Moravské námìstí
12D, P. O. BOX 351, 659 51 Brno; tel: 5 4123
3232; fax: 5 4161 6160; [email protected]; reklamace - tel.: 800 800 890.
Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o.,
Šustekova 8, 851 04 Bratislava,
tel.: 00421 2 / 6720 1931 - 33
email: [email protected] ; www.press.sk
Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou
poštou - øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96
ze dne 9. 1. 1996).
Inzerci v ÈR pøijímá redakce, Zborovská 27,
150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax:
2 57 31 73 10.
Inzerci v SR vyøizuje MAGNET-PRESS Slovakia
s. r. o., Šustekova 8, 851 04 Bratislava,
tel.: 00421 2 / 6720 1931 - 33 ; www.press.sk
Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor
(platí i pro inzerci). Nevyžádané rukopisy nevracíme.
http://www.aradio.cz; E-mail: [email protected]
ISSN 1211-3557, MK ÈR E 7443
© AMARO spol. s r. o.
Ernst Mach se narodil 18. února
1838 v Chrlicích u Brna. Rodièe jeho
matky tam sloužili v arcibiskupském
zámku, a tam se také Ernst narodil.
Byl velmi nadaný, takže již v devíti
letech zaèal studovat na gymnáziu
u Vídnì, ale nedokonèil je, ponìvadž
mìl problémy s klasickými jazyky. Pak
se pokusil dostudovat na piaristickém
gymnáziu v Kromìøíži, a to se mu podaøilo.
Od roku 1855 studoval Mach matematiku, filozofii a fyziku na univerzitì ve
Vídni, kde mohl svùj talent teprve rozvinout. Po pìti letech získal doktorát a
zaèal pùsobit jako soukromý docent,
tedy jako neplacená síla. Jeho první výzkumy byly poznamenány nedostatkem finanèních prostøedkù. Záhy však
získal povìst vynikajícího pedagoga.
V roce 1864 odešel do Grazu a tam
intenzivnì pøednášel mimo matematiky
a fyziky také fyziologii a psychologii a
zaèal publikovat výsledky svých výzkumù. Dokonce se angažoval i v chemii.
V roce 1867 získal místo profesora
experimentální fyziky na pražské univerzitì, poznal Purkynìho a Palackého,
v roce 1879 se stal dokonce rektorem
univerzity. Jeho výzkum se soustøeïoval na vlnìní, pùsobené rychle letícími
tìlesy a také na zrakové a sluchové
vnímání, jak lidé vnímají podobnost tvarù, transponování melodií apod.
V Praze mìl výborné podmínky pro
vìdeckou práci, ponìvadž mimo platu
mu univerzita platila i náklady na provoz laboratoøe. Na druhé stranì však
nedobøe nesl pražský nacionalismus a
antisemitismus. I když sám židem nebyl, mìl mnoho židovských pøátel.
Velkým zklamáním pro nìj bylo setkání s J. E. Purkynìm, od kterého si
sliboval, že budou diskutovat o zrakovém vnímání. Místo vìdce však v nìm
uvidìl Moravana - tedy èlovìka angažujícího se v národnostních otázkách, který místo vìdecké diskuse zaèal o politice - navíc èesky, èemuž nìmecky
vychovávaný Mach rozumìl jen velmi
málo. Jako vìdci mu byly vzájemné národnostní tøenice naprosto lhostejné.
Podobnì dopadl i s Palackým.
Ovšem po vìdecké stránce byl velice úspìšný, i když nìkteré z jeho pøedstav byly pøijímány spíše s rozpaky.
Snažil se napø. o sjednocení jednotlivých vìdních oborù do jednoho, nejvíce
se snažil o vybudování psychofyziky
jako vìdního oboru, který mìl zkoumat
vztah mezi fyzikálními podnìty a smyslovými poèitky. Ve své knize „Die Mechanik in ihrer Entwicklung“, vydané
v roce 1883, Mach kritizuje newtonovské pojetí fyziky a byl dokonce odpùrcem teoretické fyziky, která prý nic
nepøináší a je za hranicemi lidského
vnímání. Samotný Einstein mu napsal,
že jeho kniha na nìj velmi zapùsobila.
Pøesto i jeho pozdìjší názory na Einsteinovu speciální teorii relativity mají k pokrokovému vìdeckému vnímání daleko.
Za jeho pùsobení ve funkci rektora
univerzity šel vývoj rychle k rozdìlení
univerzity na èeskou a nìmeckou (1882
až 1883) a Mach se stal rektorem na
nìmecké univerzitì. Ponìvadž se rozpory mezi obìma univerzitami zvìtšovaly a na obou stranách sílilo nacionalistické hnutí, a také vzhledem k útokùm
na øadu jeho pøátel - Židù, které velmi
tìžce nesl, na tuto funkci nakonec rezignoval. Pravdìpodobnì jedním z dùvodù bylo i jeho ateistické pøesvìdèení, které sice veøejnì neproklamoval,
ale bylo možné je dovodit z øady jeho
zveøejnìných statí a knih.
Nakonec se v roce 1895 odstìhoval
do Vídnì, kde pøijal místo profesora induktivní filozofie. Takovýto podivný název jeho profesury byl zvolen proto, že
de facto nemìl v oboru filozofie akademické vzdìlání a také jeho názory byly
mnohdy kontroverzní. Pøesto se stává
známou osobností i ve filozofii s mnoha
stoupenci (celému klanu tìchto pøívržencù se øíkalo Machisté) i odpùrci.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Titulní list Machovy knihy
„Die Mechanik in ihrer Entwicklung“,
vydané roku 1933 v Lipsku
1
V konci 90. let 19. století zaèal mít
vážné zdravotní problémy, ochrnul na
polovinu tìla, což mu další èinnost velmi znesnadòovalo. Pak jen projektoval
rùzné experimenty, které realizovali
jeho pomocníci. Zaèátkem 20. století
navíc zaèaly sílit hlasy jeho oponentù
- dokonce i Einsteina, který byl døíve
zastáncem nìkterých jeho myšlenek.
Zcela nepokrytì jej nakonec napadl
Max Planck, a není se èemu divit. Mach
odmítl atomovou teorii jako takovou;
atom byl pro nìj pojmem, který nelze
pomocí poèitkù definovat, nìco, co jen
komplikuje vysvìtlování mnoha jevù, a
je tedy jako pojem neekonomický a
zbyteèný. Mach se sice kritice bránil,
ale marnì.
I pøes tyto negace je Machùv pøínos
vìdì pøesto významný již jen proto, že
byl schopen uvažovat jinak, než øada
ostatních. Na jedné stranì jako jeden
z prvních vìdcù uvažoval o možném
vícedimenzionálním prostoru, na druhé
pochyboval o absolutnosti a homogenitì fyzikálních promìnných, i jiných, již
v té dobì pro vìtšinu vìdcù samozøejmých skuteènostech, jako že je rychlost svìtla nepøekroèitelná, u teploty neuznával absolutní nulu. Mach zásadnì
neuznával jinou možnost poznávání,
než fyzické poèitky, proto nakonec své
døívìjší úvahy o prostoru o více dimenzích zavrhl. Také nikdy nepøijal teorii relativity.
Nejvýznamnìjší úspìchy dosáhl na
poli fyziky. Již zmiòovaná kniha Mechanika ve svém vývoji mìla ohromný
ohlas a je oznaèována za zlom pro další vývoj fyzikální vìdy. Jeho filozofické
názory jsou obsaženy v knize Analýza
poèitkù - zdá se, že byl silnì ovlivòován
Kantem, jehož díla èetl již od mládí. Vìøil, že negativní jevy budou všude - i ve
spoleènosti - stále více potlaèovány, a
rozum nakonec bude slavit vítìzství.
Jeho myšlenky pozdìji našly znaèný ohlas v Americe. Je známo, že
ovlivnily také øadu ruských revolucionáøù, kteøí studovali ve Švýcarsku, ale zásadnì je naopak odmítl Lenin, i když
Kant napø. zavrhoval význam náboženství. Ve svém díle materialismus a empiriokriticismus potírá Machùv filozofický pohled, a tam, kde nakonec
pøevládly ideje marxismu, nemìly Machovy myšlenky možnost uspìt, naopak, byly jako nežádoucí zavrženy.
Pøeci jen vìdecký svìt uznal, že ve
své dobì pøispìl pozitivnì vìdì, a byla
po nìm pojmenována velièina M, udávající násobek rychlosti zvuku. V matematickém vyjádøení je to:
M = v/c
[-; m/s, m/s],
tj. M je pomìr rychlosti tìlesa v a rychlosti zvuku c v atmosféøe.
Je však možné, že jeho význam
jako filozofa èi psychologa byl vìtší,
než se obecnì uznává, protože souèasnì s dalším filozofem (ale každý
zcela samostatnì) položili základy empiriokriticismu, a vyprovokoval tak mnoho dalších filozofù - nìkteré k obhajobì,
nìkteré ke kritice svých názorù.
2
Ernst Mach zemøel 19. února 1916
v Nìmecku, ve Vaterstettenu.
Jules Henri Poincaré
Tento muž, který patøí k nejvìtším
postavám v dìjinách matematiky 19.
století, se narodil 29. dubna 1854 ve
francouzském mìstì Nancy, ve známé, a i pozdìji významné rodinì. Jeho
otec Léon tam byl tehdy uznávaným
profesorem medicíny na univerzitì,
pøesto že mu bylo teprve 26 let. Rodina
dala Francii více významných osobností - Raimond Poincaré jako syn nejstaršího Léonova bratra Antoineho se
stal francouzským ministerským pøedsedou a za 1. svìtové války dokonce
francouzským presidentem, jeho další
syn Lucien byl prorektorem univerzity a
Henriho sestra se provdala za významného filozofa spiritualistického smìru.
Henri navštìvoval od roku 1862 lyceum v Nancy, které dnes nese jeho
jméno. Po celých 11 let patøil k nejlepším studentùm a jeho profesor matematiky jej nazval „matematickým monstrem“, když vyhrál v soutìži mezi všemi
francouzskými školami první cenu.
V letech 1873 až 1875 navštìvoval
polytechniku, kde se mimo matematiky
zajímal také o fyziku a o hudbu. Z té
však se vìnoval jen poslechu, ponìvadž jeho snaha nauèit se hrát na klavír
skonèila neúspìšnì. Po dokonèení polytechniky studoval dále dùlní inženýrství a teprve potom se vìnoval plnì
matematice. Doktorát matematiky získal v Paøíži roku 1878 a ihned zaèal vyuèovat matematickou analýzu na univerzitì v Caen.
V roce 1886 získal místo profesora
fyzikální matematiky na Sorbonì a studentùm pøednáší o optice, elektøinì,
matematických vztazích v elektrotechnice, astronomii, termodynamice, svìtle a o dalších zajímavých oborech souvisejících s fyzikou. Ve tøiceti letech se
zabývá øešením funkcí komplexní promìnné. Studiem aplikované matematiky se seznamuje s problémy optiky i telegrafie, vzlínavosti, termodynamiky a
zaèíná tušit o teorii relativity. V astronomii se napø. zabýval problémy souvisejícími se stabilitou sluneèní soustavy,
se vztahy urèujícími obìžné dráhy planet apod.
Pøi studiu øešení diferenciálních rovnic používal hojnì neeuklidovskou
Lobaèevského geometrii a do principù
nebeské mechaniky aplikoval nìkteré
výsledky své doktorské dizertaèní práce, které, mimochodem, témìø nikdo
z pøísedících pøi dizertaci nerozumìl. Byl
jedním z prvních, kdo poznal, že rychlost
svìtla je omezená a že hmotnost závisí
na rychlosti, takže byl jen krùèek od definování speciální teorie relativity, i když
vlastnì její princip formuloval.
Poincaré vyslovil základní teorém,
že každý izolovaný mechanický systém se vrací do výchozího stavu v èase,
který lze definovat (poincarého opakující se èasový interval) a tento teorém je
výchozím pro analýzy entropie.
Titulní list Poincarého knihy „Der Wert
der Wissenchaft“, vydané roku 1906
v Lipsku.
Hodnì se ale též vìnoval filozofickým problémùm vìdy obecnì, a zvláštì základù matematiky, a ještì za svého života publikoval tøi významná díla,
ve kterých se tìmito problémy zabýval;
další vyšla až po jeho smrti. Na rozdíl
od svých pøedchùdcù i souèasníkù prosazoval, že nìkteré jevy lze definovat,
i když je zatím svými nedokonalými
mìøicími metodami a pøístroji nemùžeme mìøit èi urèit. Teprve ve druhé polovinì minulého století byly nìkteré jeho
myšlenky, týkající se napø. atmosféry,
potvrzeny, a podobnì je tomu u studia fraktálù, jejichž teorie byla rozpracována až témìø jedno století poté, co
jejich princip naznaèil Poincaré.
Jeho velkým úspìchem bylo získání
ceny vypsané švédským králem za vyøešení nìkterých vìdeckých problémù.
Otázkou, kterou se zabýval, bylo zjištìní, zda sluneèní soustava, definovaná
Newtonem, je dynamicky stabilní - tehdy vyslovil myšlenky dynamického chaosu, èímž otevøel nové obzory v oblasti
nebeské mechaniky.
Poincaré byl E. T. Bellem nazván
„posledním univerzalistou“ - vìdcem
širokého zábìru - obdobnì, jako byl
Gauss. Poincaré ovšem na rozdíl od
nìj své myšlenky a ideje publikoval, a
to nejen pro vìdecký svìt, ale snažil se
o popularizaci i mezi širokou veøejností.
Zemøel 17. èervence 1912 v Paøíži.
QX
Literatura
[1] J. T. Blackomore: Ernst Mach - His
Work, Life and Influence. University of
California Press, London 1972.
[2] Internetové stránky: Machovo èíslo,
Ernst Mach.
[3] Poincaré, H.: Der Wert der Wissenschaft. B. G. Treubner, Leipzig 1906.
[4] Tjapkin, A; Šibanov, A.: Puankare.
Molodaja gvardija, Moskva 1979.
[5] Mach, E.: Die Mechanik in ihrer
Entwicklung. F. A. Brockhaus, Leipzig
1933.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
ELEKTRONIKA
V MODELÁØSTVÍ
Ing. Jiøí Vlèek
Prudký rozvoj elektroniky a její stálé rostoucí možnosti se nevyhnuly ani železniènímu, automobilovému a leteckému modeláøství. V následujících návodech se zabývám pøedevším elektronikou v oblasti železnièního modeláøství, nìkteré návody se týkají i jiných témat (øízení svìtel na køižovatce, nabíjení akumulátorù vhodných pro letecké modeláøství).
Miniaturizace obvodù a použití mikroprocesorù umožòují digitální øízení kolejištì. Realizace takových
obvodù je doménou profesionálních firem (viz www.lenz.de). Následující konstrukce používají starší analogový zpùsob øízení, který vede k jednodušším zapojením, jejichž vývoj a výroba je v silách amatérù.
Chci zde podìkovat panu Josefu Dobešovi z firmy Pradomodel za konzultace, poskytnuté námìty a
za pomoc pøi zkoušení funkèních vzorkù. Popisované konstrukce dodává autor jako stavebnice - desku
s plošnými spoji (DPS) a souèástky. Adresa autora, na které mùžete stavebnice objednat, je na str. 34.
Železnièní modeláøství
U všech modelových železnic se
používá stejnosmìrné napájecí napìtí 12 V a støídavé napìtí 16 V.
Stejnosmìrné napìtí 12 V je získáváno dvoucestným usmìrnìním støídavého napìtí ze síového
transformátoru, není filtrováno (má
pulsní prùbìh), a slouží k napájení
motorù trakèních vozidel.
Støídavým napìtím 16 V se napájí
osvìtlení budov a ulic nebo øídicí a
zabezpeèovací obvody.
Trakèní vozidla se napájejí prostøednictvím kolejnic. Motorové
vozidlo obsahuje jeden i více stejnosmìrných motorkù. Velikostí napájecího napìtí je urèována rychlost
otáèek motorku a tím i rychlost jízdy,
polaritou napájecího napìtí je urèován smìr jízdy.
Vìtší kolejištì se pak skládá
z rùzného poètu vzájemnì izolovaných úsekù, které jsou napájeny
z jednoho nebo i z více zdrojù. Tímto systémem je umožnìna jízda nìkolika vlakù souèasnì.
Modernìjší a samozøejmì i finanènì nároènìjší systémy s digitál-
ním øízením mají kolejištì napájeno
stálým stejnosmìrným nebo støídavým napìtím. Zde se po napájecím
vedení a kolejemi pøenášejí souèasnì i ovládací informace (data) k jednotlivým dekodérùm v lokomotivách
nebo vozech a tøeba i k dekodérùm
pro stavìní výhybek a návìstidel.
Lineární
napájecí zdroj
Nejjednodušším a také nejpoužívanìjším zdrojem napìtí je síový transformátor s vìtším poètem odboèek na
sekundárním vinutí. Pøepínáním odboèek se reguluje rychlost jízdy lokomotivy. Zdroj dále obsahuje mùstkový
usmìròovaè a dvoupólový pøepínaè
nebo relé pro zmìnu polarity výstupního napìtí (smìru jízdy).
Nároènìjší modeláøùm nejjednodušší napájeèe nevyhovují. Vyžadují
plynulý rozjezd, plynulou zmìnu rychlosti a plynulé zastavení. K napodobení
setrvaènosti skuteèných vlakù, kterou
modely nemají, se používají elektronické obvody. Na kondenzátoru, který se
postupnì nabíjí pøes odpor, se pomalu zvyšuje napìtí. To potom plynule
zvìtšuje výkon motoru a rychlost lokomotivy. Hmotnost vlaku a jeho setrvaènost se tak nahrazuje pøechodovým jevem nabíjejí a vybíjení kondenzátoru,
efekt je podobný.
U vìtších kolejiš pøijde vhod dálkové ovládání, kterým je možné z libovolného místa øídit i nìkolik napájecích
zdrojù souèasnì.
Napájecí zdroj, jehož schéma je na
obr. 1, je navržen tak, aby uvedeným
požadavkùm vyhovoval. Jedná se o klasický lineární zdroj v bìžném zapojení.
Popis funkce
K regulaci výstupního napìtí je použit výkonový Darlingtonùv tranzistor
T1, který pracuje jako sledovaè napìtí
z výstupu operaèního zesilovaèe IO1.
Na emitoru T1 je napìtí o 1,2 V menší
než napìtí pøivádìné na bázi T1.
OZ IO1 je zapojen jako neinvertující
zesilovaè a zesiluje pøibližnì 3x øídicí
napìtí, kterým se ovládá výstupní napìtí zdroje. Na invertující vstup OZ se pøivádí pøedpìtí asi +1,8 V ze zelené LED
D6, které zajišuje lineární pracovní re-
Obr. 1. Lineární napájecí zdroj
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
3
žim OZ. LED D6 stabilizuje pøedpìtí a
souèasnì mùže indikovat zapnutí zdroje. Pøedpokládám, že øídicí napìtí bude
vždy výraznì vìtší než pøedpìtí +1,8 V,
jinak by vlak nejel.
Øídicí napìtí se odebírá buï z bìžce potenciometru P1 (rezistory R2 a
R3 urèují minimální a maximální výstupní napìtí zdroje a tím i nejnižší a
nejvyšší možnou rychlost lokomotivy),
nebo se pøivádí z obvodu dálkového
ovládání pøes svorku Øízení.
Øídicí napìtí se pøivádí na vstup OZ
pøes integraèní èlánek, který je tvoøen
odporem R4 (popø. vnitøním odporem obvodu dálkového ovládání) a kapacitou C2. Pozvolným nabíjením nebo
vybíjením kondenzátoru C2 je simulována setrvaènost vlaku.
K napájení potenciometru P1 a OZ
IO1 jsem použil jednoduchý filtraèní obvod s kondenzátorem C1, který se nabíjí pøes diodu D5 na špièkovou velikost
napájecího napìtí. Stabilizaci tohoto
napìtí nepovažuji za nezbytnou, dùležitìjší je nesnižovat napájecí napìtí OZ,
aby výstupní napìtí zdroje bylo dostateènì velké.
Zdroj musí mít ochranu proti zkratu
na výstupu, aby se pøi zkratu nemohl
znièit regulaèní tranzistor T1. Velikost
výstupního proudu se zjišuje pomocí
boèníku R5. Když pøi zvìtšování výstupního proudu zdroje dosáhne úbytek
napìtí na boèníku R5 velikosti asi 0,6 V,
zaènou se otevírat tranzistory T2, T3 a
T4 a zaènou snižovat výstupní napìtí
zdroje tak, aby pøi dalším zmenšování
zatìžovacího odporu zùstával výstupní
proud konstantní.
Otevøením tranzistoru T4 se rozsvítí
èervená LED D7, která indikuje režim
omezení výstupního proudu (pøetížení
zdroje).
Pøi zkratu na výstupu zdroje je na
R5 úbytek napìtí U R5 MAX ≈ 0,65 V.
Zkratový proud IK má být omezen na
zhruba 5 až 6 A podle požadované zatižitelnosti zdroje. Požadovaný odpor
boèníku R5 pak vypoèteme podle Ohmova zákona:
R5 = UR5 MAX /IK
[Ω; V, A].
Rezistor R5 musí být dimenzován
na výkon odpovídající maximálnímu neomezenému proudu. U vìtších kolejiš
kategorie 0 musíme pøedpokládat odbìr proudu 2 až 4 A, u menších kolejiš
bude odbìr menší.
Též musíme dostateènì chladit
tranzistor T1. Maximální výkon je na T1
tehdy, je-li výstupní napìtí zdroje rovno
polovinì vstupního napájecího napìtí, a
rovná se jedné ètvrtinì maximálního
pøíkonu zátìže.
PMAX = UVÝST MAX ·IVÝST MAX /4
[W; V, A].
Na tento výkon musí být dimenzován chladiè T1. Pro 20 W ztrátového
výkonu je potøebná chladicí plocha
svislého èernìného chladièe pøibliž-
4
Obr. 2. Obrazec plošných spojù na desce lineárního napájecího zdroje
(mìø.: 1 : 1)
Obr. 3. Rozmístìní souèástek na desce lineárního napájecího zdroje
nì 1 dm2, u lesklého chladièe musí být
jeho plocha dvojnásobná.
Pøes diodu D8 je možné vnìjším
kladným napìtím (pøivedeným na svorku Stop) zdroj vypnout z obvodu dálkového ovládání (tlaèítkem Panika), aniž
se zmìní nastavené hodnoty.
Na výstupu zdroje je relé Re, které
pøepíná polaritu výstupního napìtí, a
tím smìr jízdy. Relé je øízeno z obvodu
dálkového ovládání pøes svorku Smìr
a tranzistor T5. Dioda D9 chrání tranzistor T5 pøed poškozením napìovými špièkami pøi vypínání proudu cívkou relé.
Místo relé by bylo možné použít
i dvoupólový pøepínaè, který by byl
umístìn mimo desku s plošnými spoji.
Na desce zdroje je vìtší poèet výstupních svorek - výstupní napìtí se
rozdìluje pro napájení jednotlivých úsekù kolejištì.
Napìtí na kondenzátoru C2 v popisovaném zdroji mùžeme mìnit pomocí
tlaèítek v obvodu dálkového ovládání
(tlaèítkem Tl 55 se vlak zrychluje a tlaèítkem Tl 56 se zpomaluje). C2 se nabíjí pøes potenciometr P51 v obvodu vysílaèe dálkového ovládání. Nastavením
potenciometru P51 se mìní setrvaènost vlaku. Napìtí z P51 se dostává na
kondenzátor C2 pøes multiplexer v pøijímaèi dálkového ovládání.
Podrobnì je obvod dálkového ovládání popsán na str. 10.
Konstrukce
Zdroj je zkonstruován z vývodových
souèástek na desce s jednostrannými
plošnými spoji. Deska se jmenuje „model napajec“. Obrazec spojù je na obr.
2, rozmístìní souèástek na desce je na
obr. 3.
Seznam souèástek
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7, R8, R9
R10
R11
R12
R13
R14
P1
C1
C2
D1 až D4
D5
D6
D7
D8
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
2,7 kΩ, miniaturní
240 kΩ, miniaturní
43 kΩ, miniaturní
1,5 MΩ, miniaturní
viz text
680 Ω, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
680 Ω, miniaturní
200 Ω, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
240 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
100 kΩ, PT10 VK100
220 µF/25 V, radiální
1000 µF/16 V, radiální
1N5408
1N4007
LED (zelená)
LED (èervená)
1N4148
D9
T1
T2
T3, T4,T5
IO1
Re
1N4007
TIP122 (Darlington)
BC557B
BC547B
TL071 (MAB356)
RELEF4052-12
(12 V, 2x pøepínací)
DPS stojí 64 Kè, souèástky 268 Kè.
Pulsní
napájecí zdroj
K øízení otáèek ss motorkù mùžeme používat i obdélníkový signál s promìnou støídou (s pulsní šíøkovou modulací - PWM), který je dále popsán.
Jeho hlavní výhodou jsou výraznì
menší tepelné ztráty než u lineárního
zdroje. Pulsní princip ale nemusí vyhovovat všem motorkùm.
Pravoúhlý signál mùže být i zdrojem rušení, zejména je-li napájen prostý ovál kolejí, který pak funguje jako ideální dipólová anténa.
Popis funkce
Schéma pulsního zdroje je na
obr. 4. Zapojení je velmi podobné pøedcházejícímu lineárnímu zdroji a má
stejné funkce.
Øídicí napìtí je ze stejnosmìrného
zesilovaèe IO1a pøivedeno na napìtím
øízený multivibrátor IO1b. Pøi nízkém
vstupním napìtí je na výstupu IO1b
úroveò L a tranzistor T1 je zavøený.
S rostoucím vstupním napìtím zaèíná
multivibrátor kmitat. Mìní se støída kmitù a prodlužuje se doba, po kterou je
tranzistor T1 otevøený, takže vzrùstají
otáèky motorku. Nakonec je tranzistor
T1 úplnì otevøen a motorek se toèí plnou rychlostí.
Vidíme, že na rozdíl od lineárního
zdroje, ve kterém T1 pracoval jako promìnný odpor, zde pracuje jako spínaè.
Jeho tepelné ztráty jsou zhruba o jeden
øád nižší. Obejdeme se proto bez chladièe, pøípadnì jen s velmi malým chladièem.
Kmitoèet multivibrátoru není kritický,
musí však být vyšší než 1 kHz, jinak
motor cuká. V tomto zapojení má multivibrátor kmitoèet asi 25 kHz. Pøi nižších
kmitoètech než 16 kHz by mohlo být
slyšet pískání.
Za zmínku stojí zapojení proudové
pojistky, která omezuje napìtí už na
vstupu IO1b. Jinak by tranzistor v režimu proudového omezení pracoval lineárnì a pøehøíval by se.
Konstrukce
Zdroj je zkonstruován z vývodových
souèástek na desce s jednostrannými
plošnými spoji. Deska se jmenuje „model napajec puls“. Obrazec spojù je na
obr. 5, rozmístìní souèástek na desce
je na obr. 6.
Obr. 5. Obrazec plošných spojù na desce pulsního napájecího zdroje (mìø.: 1 : 1)
Obr. 4. Pulsní napájecí zdroj
Obr. 6. Rozmístìní souèástek na desce pulsního napájecího zdroje
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
5
Obr. 7. Zpožïovaè rozjezdu a zastavování lokomotivy
Seznam souèástek
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7, R8, R9
R10
R11, R12
R13
R14, R17
R15
R16
P1
C1
C2
C3
D1 až D4
D5, D9
D6
D7
D8
T1
T2
T3, T4, T5
IO1
2,7 kΩ, miniaturní
240 kΩ, miniaturní
43 kΩ, miniaturní
1,5 MΩ, miniaturní
viz text, drátový
680 Ω, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
680 Ω, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
240 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
10 kΩ, miniaturní
100 kΩ, PT10VK100
220 µF/25 V, radiální
1000 µF/16 V, radiální
470 pF
1N5408
1N4007
LED (zelená)
LED (èervená)
1N4148
TIP122 (Darlington)
BC557B
BC547B
TL072
DPS stojí 68 Kè, souèástky 275 Kè.
Zpožïovaè rozjezdu
a zastavování
Železnièní modely nemají na rozdíl
od skuteèných vlakù témìø žádnou setrvaènost. Nároènìjším modeláøùm to
vadí, a proto je tøeba hledat øešení.
Popisovaný zpožïovaè je umístìn
v lokomotivì a zajišuje po pøipojení napájecího napìtí její zpomalený rozjezd.
Zpomalení jízdy pøed zastavovacím
úsekem (izolovaný úsek kolejí, který se
odpojuje od napájení) se realizuje pomocí infraèervené LED, umístìné v kolejích, a fototranzistoru na lokomotivì.
Velikost zpožïovaèe, a tím i složitost jeho zapojení, je omezená místem
v lokomotivì (47 x 23 x 11 mm). Obvod
je napájen trakèním napìtím z kolejištì
(dvoucestnì usmìrnìným nevyfiltrovaným napìtím s promìnným rozkmitem
a polaritou).
Popis funkce
Zpoždìní pøi rozjezdu realizujeme
nabíjením kondenzátoru C1 proudem
6
tekoucím z výstupu OZ IO1a. OZ IO1b
pracuje jako astabilní multivibrátor
s promìnnou støídou výstupních impulsù. Multivibrátorem jsou buzeny výkonové tranzistory NMOS, které spínají
proud do trakèního motorku.
Výkon motorku je øízen, podobnì
jako u pulsního zdroje, šíøkovou modulací budicích impulsù (PWM). Kmitoèet
multivibrátoru je dán hodnotami souèástek R5 a C4 a není kritický. Doporuèuji, aby byl mírnì nad 20 kHz. Pøi nízkých kmitoètech mùže motor cukat, pøi
kmitoètech v akustickém pásmu se
ozývá nepøíjemné pískání a pøi kmitoètech mnohem vyšších než 20 kHz by
zase vzrùstaly ztráty na výkonových
tranzistorech. Výkonové spínací tranzistory musí být dva, každý pro jednu
polaritu napájecího napìtí. V druhé polaritì napájecího napìtí je každý tranzistor pøemostìn Schottkyho diodou
D1 a D2, na které je malý úbytek napìtí
(pøi proudech jednotek ampér do 0,5 V)
a tím i mala ztráta výkonu.
Výkonové spínací tranzistory jsem
použil v provedení NMOS, které mají
v otevøeném stavu odpor zhruba 0,3 Ω
a na kterých je za provozu úbytek napìtí asi 0,1 až 0,5 V. To je dùležité pøedevším proto, že v malém prostoru není
místo na chladièe tranzistorù. Naopak
možná bude nutné pouzdra tìchto
tranzistorù (TO220) trochu zmenšit odøíznutím chladicí plošky. Jejich provozní
teplota pøesto zùstane normální.
Po pøipojení napájecího napìtí se
kondenzátor C1 zaène nabíjet pøes
souèástky P1 a D4 z výstupu OZ IO1a.
Impulsy na výstupu OZ IO1b se prodlužují a vlak se pomalu rozjíždí.
Pokud jedoucí lokomotiva narazí na
paprsek z infraèervené LED, která je
umístìna v kolejišti a napájena usmìrnìným støídavým napìtím, otevøe se
fototranzistor Ft. Napìtí na invertujícím
vstupu OZ IO1a vzroste a napìtí na výstupu IO1a klesne na 1 až 2 V.
K vhodnému pøizpùsobení infraèervené LED a fototranzistoru použijeme
rezistor R10. Není-li fototranzistor
osvìtlen, dìliè R10, R1 nastaví na invertujícím vstupu menší napìtí, než je
polovina napájecího napìtí. Pro zaèátek doporuèuji odpor rezistoru R10 zvolit 43 až 68 kΩ, jeho zmìny nejsou vylouèeny. Proto je možné rezistor R1
a R10 použít jak v SMD, tak ve vývodovém provedení.
Po otevøení fototranzistoru se na výstupu OZ IO1a objeví nízká úroveò napìtí a kondenzátor C1 se zaène pøes
souèástky P2 a D3 vybíjet, což se projeví zkracováním impulsù na výstupu
IO1b a tím i zpomalováním vlaku. Tento
stav se udrží díky diodì D9, která zajišuje trvalé pøeklopení OZ IO1a do té
doby, než se odpojí napájecí napìtí,
i když na fototranzistor již nedopadá
záøení z LED.
Prùbìh vybíjení C1 pøípadnì upravíme zapojením sériové kombinace LED
a rezistoru o odporu 2,7 kΩ mezi body
A a B (na obr. 7).
Aby se po pøipojení napájecího napìtí zaèal vlak ihned rozjíždìt, je kon-
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Obr. 8a. Obrazec plošných spojù
na 1. desce zpožïovaèe (mìø.: 1 : 1)
Obr. 8b. Obrazec plošných spojù
na 2. desce zpožïovaèe (mìø.: 1 : 1)
Obr. 9a. Rozmístìní souèástek SMD
na 1. desce zpožïovaèe
Obr. 9b. Rozmístìní souèástek SMD
na 2. desce zpožïovaèe
R6
R7
R8, R9
R10
P1, P2
P3
C1, C2
C3
IO1
T1, T2
D1, D2
Obr. 10a. Rozmístìní vývodových
souèástek na 1. desce zpožïovaèe
D3, D4
D5, D6
D7
D8, D9
120 kΩ, SMD 1206
680 kΩ, SMD 1206
4,7 kΩ, SMD 1206
viz text, SMD 1206 nebo
vývodový
100 kΩ, PT10HK100
25 kΩ, PT10HK025
100 µF/16 V, radiální
470 pF, keramický, vývodový
Tl072
IRF530
1N5820 (Schottkyho
dioda)
BAS21, SOT23
BZX84C15, SMD
BZX84C5,1V, SMD
BAS21, SOT23
DPS (2 ks) 29 Kè, souèástky 193 Kè.
Obr. 10b. Rozmístìní vývodových
souèástek na 2. desce zpožïovaèe
denzátor C1 rychleji nabíjen pøes diodu
D8 na urèité poèáteèní napìtí, pøi kterém se motor ještì neroztoèí.
Rezistory R2 a R3 a Zenerovy diody
D5 a D6 chrání tranzistory T1 a T2 proti pøepìtí (napìtí mezi jejich elektrodami
G a E musí být vždy menší než 15 V).
Trakèní napìtí z kolejí je pro napájení zpožïovaèe usmìròováno mùstkovým usmìròovaèem USM a vyhlazováno kondenzátorem C2.
Pokud nejsou rozjezd a zastavení
dostateènì plynulé, mùžeme experimentovat se zvìtšováním kapacity kondenzátoru C3, ale jen potud, aby nás
nerušilo pískání motoru.
Symetrický
napájeè kolejištì
V pøedchozím textu popsané napájecí zdroje pracují s nesymetrickým napájecím napìtím. Kolejištì má jednu
kolej (tzv. nulovou) spoleènou a druhá
kolej je dìlena na úseky. Každý úsek je
napájen ze samostatného zdroje. Pokud chceme mìnit smìr jízdy nezávisle v nìkolika úsecích, musí být napájeny z oddìlených zdrojù, tedy ze
samostatných transformátorù (popø.
ze samostatných vinutí jednoho trans-
formátoru). Smìr jízdy pøepínáme
dvoupólovým pøepínaèem. Pokud bychom tuto podmínku nedodrželi, nastával by pøi pøepólování jednoho napájeèe
zkrat.
Následující konstrukce pøedstavuje
symetrický napájecí zdroj, který má následující výhody:
1) Jedna kolej (zem) mùže být spoleèná pro celé kolejištì, tak jako v pøedešlém pøípadì.
2) Všechny regulátory mùžeme napájet
z jednoho transformátoru s dvojitým vinutím.
3) K pøepínání smìru nám staèí jednopólový pøepínaè.
Popis funkce
Symetrický napájecí zdroj pracuje
na principu PWM (pulsní šíøková modulace), podobnì jako obvod pro zpoždìné zastavení a rozjezd nebo již uvedený
pulsní zdroj. Pulsní regulátor ve zdroji
je dvojitý, pracuje s jedním multivibrátorem pro obì polarity napìtí.
Schéma symetrického napájecího
zdroje je na obr. 11. OZ IO1a tvoøí napìtím øízený multivibrátor, který je napájen stabilizovaným kladným a záporným napìtím. Ke stabilizaci se
používají Zenerovy diody D9 a D10.
Kmitoèet multivibrátoru volíme hodnotami souèástek R5 a C3 tak, aby ani
pøi rozjezdu nebylo slyšet pískání. Èasová konstanta R9, C4 zajišuje zpož-
Konstrukce
Mechanicky je tento obvod realizován na dvou deskách s jednostrannými
plošnými spoji, které jsou spolu propojeny prostøednictvím vývodù A, B, C a
GND. Kvùli úspoøe místa jsou desky
osazeny souèástkami z obou stran
(obr. 8 až obr. 10).
Desky se musí vestavìt do lokomotivy tak, aby trimry P1, P2 a P3 byly za
provozu pøístupné pro nastavení.
Trimrem P1 nastavíme dobu rozjíždìní, trimrem P2 dobu zastavování. Trimr P3 nastavuje prahovou hodnotu napìtí potøebnou k rozjezdu. Nastavíme jím
co nejkratší dobu, než se vlak po pøipo-
jení napájecího napìtí zaène rozjíždìt.
Seøízení jednotlivých trimrù závisí vždy
na konkrétních podmínkách (na výkonu
motorku, hmotnosti vlaku apod).
Seznam souèástek
R1
R2, R3, R4
R5
30 kΩ, SMD 1206 nebo
vývodový
4,7 kΩ, SMD 1206
30 kΩ, SMD 1206
Obr. 11.
Symetrický napájeè kolejištì
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
7
dìní a pomalý rozjezd pøi zapnutí. Pøi
vypnutí napájecího napìtí mùže být zastavení vlaku rychlejší než rozjezd, proto je k vybíjení kondenzátoru C4 použita
dioda D11 (v sérii s ní by pøípadnì mohl
být rezistor). Trimr P2 zkracuje prodlevu pøi zapnutí napájecího napìtí, kondenzátor C4 pøes diodu D12 získá
rychle potøebné pøedpìtí.
Spínací tranzistory jsou typu MOS,
protože mají v otevøeném stavu minimální úbytek napìtí a výkonové ztráty.
Kladné napìtí na výstupu IO1a (odpovídá jedoucímu vlaku) spíná tranzistor T3.
K otevøení tranzistoru NMOS musí být
napìtí na jeho øídicí elektrodì o 3 až
5 V kladnìjší než na jeho emitoru. Kladné napìtí je vztaženo k nejzápornìjšímu napìtí v obvodu, mùže být menší
než nula.
Napìtí z výstupu IO1a je invertováno komparátorem IO1b, aby jím bylo
možné napájet tranzistor PMOS T1. T1
je otvírán záporným napìtím 3 až 5 V
oproti jeho emitoru.
Výkonové tranzistory MOS jsou
chránìny Zenerovými diodami D7 a
D8, které nedovolí, aby napìtí mezi øídicí elektrodou a emitorem tranzistoru
pøekroèilo 15 V. Napìtí z výstupù OZ
IO1A a IO1B je pro buzení tranzistorù
T1 a T3 pøizpùsobeno odporovými dìlièi s rezistory R11, R3 a R10, R1.
Tranzistory T2 a T4 pracují jako
proudová pojistka. Pøi pøekroèením povoleného proudu vznikne na rezistorech R2 nebo R4 úbytek napìtí vìtší
než 0,6 V, a to má za následek, že pøestane kmitat multivibrátor IO1a. Mezi
povoleným proudem IP a odporem rezistorù R2 nebo R4 platí vztah:
0,6 = R2·IP ; 0,6 = R4·IP
[V; Ω, A].
Pøepínaèem S1 se pøepíná polarita výstupního napìtí, vždy mùže pracovat pouze jedna èást zdroje. Je použit
dvoupólový pøepínaè s obìma póly zapojenými paralelnì, aby se zvìtšila
proudová zatížitelnost a mechanická
stabilita (pøepínaè je pøipájen do desky
s plošnými spoji).
Napájecí napìtí ze síového transformátoru je usmìròováno diodami D1
až D4 a musí být dobøe filtrováno, jinak
se objevují problémy s funkcí napájeèe.
Kapacitu kondenzátorù C5 a C6 doporuèuji zvolit 1000 až 2200 µF na každý ampér odebíraného proudu. Kondenzátorù mùžeme zapojit i více ze
strany spojù.
Z jednoho transformátoru mùžeme
napájet vìtší poèet regulátorù, diody D1
až D4 jsou pro všechny regulátory spoleèné, každý regulátor by mìl obsahovat odpovídající filtraèní kondenzátory.
Tab. 1. Pøevodní charakteristika regulátoru PWM
Uvst
[V]
1,5
2,5
3,5
5,0
7,2
9,6
10,1
Uvýst
[V]
1,69
3,58
4,25
5,40
6,92
8,57
9,88
Pouzdro potenciometru P1 je umístìno ze strany spojù a od desky musí
být vhodným zpùsobem odizolováno,
aby nezkratovalo plošné spoje. Vývody
P1 jsou k desce pøipojeny krátkými
drátky.
Pokud chceme desku symetrického
napájeèe pøišroubovat pomocí pøepínaèe S1 k pøednímu panelu skøíòky napájeèe, nemìla by výška kondenzátorù
C5 a C6 pøekroèit 16 mm. Rozmìrnìjší kondenzátory, jejichž kapacitu
mùžeme zvolit vìtší, než je uvedeno
v rozpisce, umístíme ze strany spojù.
Tranzistory T1 a T3 pøišroubujeme
k desce, chladiè není nutný.
Namìøení hodnoty
U zhotoveného pulsního regulátoru
PWM jsem zmìøil pøevodní charakteristiku, vysledky mìøení jsou v tab. 1.
Velièina Uvst v tabulce je napìtí z regulovatelného laboratorního zdroje,
který byl zapojen místo kondenzátoru
C4 na vstup OZ IO1A.
Napìtí Uvýst je støední hodnota výstupního pulsního napìtí z OZ IO1b,
které jsem integroval èlánkem RC s velkou èasovou konstantou a mìøil digitálním voltmetrem.
Napájecí napìtí bìhem tohoto mìøení bylo +12 V.
Z namìøených hodnot v tab. 1 vyplývá, že tento regulátor má i pøes velmi
jednoduché zapojení ve støední èásti
dobrou linearitu a že není pøíèinou pøíliš
rychlého rozjezdu. Pøevodní charakteristika není lineární pouze na okrajích,
což je zpùsobeno limitací výstupního
signálu.
Jako integraèní èlánek se chová
i motor lokomotivy. Úèinky prùbìhu napìtí o dostateènì vysokém kmitoètu
jsou stejné jako úèinky stejnosmìrného
napìtí. Motor se chová, jako by byl napájen stejnosmìrným napìtím, jehož
velikost se mìní potenciometrem.
Motor, který je zatížen, potøebuje
k rozbìhu vìtší proud a napìtí než pro
udržení chodu. Odbìr proudu pøi rozbìhu je vìtší než pøi trvalém chodu.
Proto pøi velké zátìži není rozbìh nikdy
úplnì plynulý.
Pro plynulý rozjezd nutné, aby byl
motorek dostateènì výkonovì dimenzován. Pokud není, elektronický regulátor nemùže uèinit žádný zázrak.
Seznam souèástek
R1, R3
R2, R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10, R11
R12, R13
P1
P2
2,7 kΩ, miniaturní
4x 1Ω (paralelnì), miniaturní
30 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
680 kΩ, miniaturní
10 kΩ, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
2,7 kΩ, miniaturní
200 Ω, miniaturní
10 kΩ/N, lineární potenciometr TP 160
1 kΩ, trimr TP 095
Obr. 12. Obrazec plošných spojù na desce symetrického napájeèe (mìø.: 1 : 1)
Konstrukce
Všechny souèástky symetrického
napájeèe s jedním pulsním regulátorem
(vèetnì pøepínaèe S1 a potenciometru
P1) jsou umístìny na jedné desce s
jednostrannými plošnými spoji.
Obrazec spojù je na obr. 12, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 13.
8
Obr. 13. Rozmístìní souèástek na desce symetrického napájeèe
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
C1, C2
C3
C4
C5, C6
D1 až D4
D5, D6
D7, D8
D9, D10
D11, D12
T1
T2
T3
T4
IO1
S1
100 µF/16 V, radiální
220 pF, keramický
220 µF/25 V, radiální
1000 µF/16 V, radiální
1N5408
1N4148
BZX 83V015
BZX 83V012
1N4148
IRF9530
BC557 B
IRF530
BC547 B
TL072
B069E, páèkový pøepínaè, dvoupólový
Obr. 14.
Ovladaè
osvìtlení budov
DPS stojí 53 Kè, souèástky 198 Kè.
Ovladaè
osvìtlení budov
Pro zvìtšení vìrohodnosti modelu
je vhodné, aby v domcích okolo trati nesvítila svìtla pouze trvale, ale aby se
obèas nìkteré z nich rozsvítilo a za
chvíli zhaslo. To samé je vítáno i pøi
osvìtlení vagónkù.
Obvod, jehož schéma je na obr. 14,
tuto funkci realizuje velmi jednoduše.
Interval blikání mùže být i desítky minut.
Popis funkce
Základem obvodu podle obr. 14 je
24-stupòový binární dìliè kmitoètu
4521 (IO1), který rovnìž obsahuje aktivní èást RC oscilátoru (multivibrátoru).
Oscilátor mùže pracovat na relativnì
vysokém kmitoètu, takže pøi jeho realizaci vystaèíme s keramickým kondenzátorem a rozmìry obvodu mohou být
díky tomu minimální.
Z IO1 jsou vnì vyvedeny pouze výstupy Q18 až Q24. Na jednotlivých výstupech má obvod 4521 kmitoèet oscilátoru dìlìn v pomìrech podle tab. 2.
Kmitoèet f oscilátoru je urèen hodnotami souèástek R1 a C1 a lze jej pøibližnì vypoèítat podle vztahu:
f = 1/(2,3·R1·C1)
[Hz; Ω, F].
Po dosazení hodnot R1 a C1 podle
seznamu souèástek je kmitoèet oscilátoru 7,71 kHz a na výstupu Q22 je signál s periodou pøibližnì 9 minut.
Signály mùžeme samozøejmì odebírat z více výstupù souèasnì a navzájem je kombinovat tak, že jednotlivé LED zapojíme mezi rùzné výstupy
IO1, a nejen mezi pøíslušný výstup a
Tab. 2. Dìlicí pomìry obvodu 4521
Výstup
Dìlicí pomìr
Q18
Q19
Q20
Q21
Q22
Q23
Q24
262 144
524 288
1 048 576
2 097 152
4 194 304
8 388 608
16 777 216
zem. LED doporuèuji použít s vìtší
svítivostí.
Pøedpokládám, že ve vìtšinì pøípadù bude na modelovém kolejišti obvod
napájen ze zdroje støídavého napìtí asi
16 V. Proto je zde i Zenerova dioda D1,
rezistor R6 (jeho odpor zvolíme v závislosti na napájecím napìtí), filtraèní
kondenzátor C1 a mùstkový usmìròovaè USM. Odpory rezistorù R3 až R5
zvolíme podle napájecího napìtí.
D1
D2 až D4
USM
IO1
BZX 83V012
LED s velkou svítivostí
B250C1500
4521
DPS stojí 17 Kè, souèástky 49 Kè.
Konstrukce
Ovladaè osvìtlení je zkonstruován
ve dvou verzích.
První varianta je urèena pro ovládání osvìtlení budov a obvod je zapojen
s bìžnými vývodovými souèástkami na
desce s jednostrannými plošnými spoji.
Obrazec spojù je na obr. 15a, rozmístìní souèástek na desce ja na obr. 15b.
Druhá varianta obvodu je miniaturní
se souèástkami SMD, aby bylo možné
ovladaè umístit do vagónku. Souèástky
SMD jsou pøipájeny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec
spojù je na obr. 16a, rozmístìní souèástek na obou stranách desky ja na
obr. 16b a 16c. Obvod obsahuje pouze jednu LED pøipojenou k výstupu
Q22 IO1.
Ve vagónku bude obvod asi napájen
z trakèního ss napìtí 12 V, jehož polarita se mùže mìnit. Na desce je místo
pro jednu LED a jednu SMD diodu D1,
která chrání obvod proti zmìnì polarity.
Pokud by obvod ve vagónku mìl obsahovat filtraèní kondenzátor, musel by
kondenzátor ležet na IO1.
Schéma zapojení je pro obì varianty jinak stejné, v provedení SMD jsou
nìkteré souèástky vynechány a do série s IO1 je zapojena dioda D1.
Pøi osazování desky osadíme nejprve souèástky SMD, potom drátovou
propojku, LED, která je umístìna ze
strany spojù, a nakonec IO1.
Seznam souèástek
Obr. 15a. Obrazec plošných spojù na
desce první varianty ovladaèe
osvìtlení budov (mìø.: 1 : 1)
Obr. 15b. Rozmístìní vývodových
souèástek na desce první varianty
ovladaèe osvìtlení budov
Obr. 16a. Obrazec plošných spojù na
desce druhé varianty ovladaèe
osvìtlení budov (mìø.: 1 : 1)
Obr. 16b. Rozmístìní souèástek SMD
na desce druhé varianty
ovladaèe osvìtlení budov
(varianta s vývodovými souèástkami)
R1
R2
R3, R4, R5
R6
C1
C2
120 kΩ, miniaturní
15 kΩ, miniaturní
1,2 až 4,7 kΩ, miniaturní
680 Ω, miniaturní
470 pF, keramický
100 µF/35 V, radiální
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Obr. 16c. Rozmístìní vývodových
souèástek na desce druhé varianty
ovladaèe osvìtlení budov
9
(varianta se souèástkami SMD)
R1
R2
R5
C1
D1
D4
Usm
IO1
120 kΩ, SMD 1206
15 kΩ, SMD 1206
4,7 kΩ, SMD1206
470 pF, SMD 805
1N4007, SMD Minimelf
LED s velkou svítivostí,
vývodová
B250C1500
4521
DPS (SMD) stojí 9 Kè, souèástky 49 Kè.
Dálkové ovládání
Dálkové ovládání mùžeme øešit rùznými zpùsoby:
1) Pomocí infraèervené LED, podobnì
jakou napø. u televizních pøijímaèù. Na
velkém kolejišti nemusí být tento zpùsob dostateènì spolehlivý.
2) Rádiovým pøenosem (na kmitoètu
nejèastìji 27 MHz). Vyvíjet a vyrábìt
obvody pøijímaèe a vysílaèe by bylo velmi obtížné, na trhu není dostatek vhodných souèástek (cívky, filtry, integrované obvody) pro vysokofrekvenèní
techniku. Naštìstí lze za pøibližnì 200
až 400 Kè zakoupit rùzné dìtské hraèky (autíèka) s dálkovým ovládáním, ve
kterých jsou tyto obvody již hotové. Tak
je možné si spoustu práce ušetøit.
3) Pomocí kabelu. Krabièku dálkového
ovládání musí být možné snadno pøipojit do rùzných míst kolejištì, kde
jsou pro ni vytvoøena pøípojná místa.
K snadnému pøipojení je nejlépe použít
konektor jack stereo 6,3 mm. Z toho vyplývá požadavek, aby obvod dálkového
ovládání byl k pøijímacímu obvodu pøipojen maximálnì tøemi vodièi. Z jednoho obvodu dálkového ovládání musí být
možné ovládat nìkolik zdrojù.
Popis funkce
Popisovaný obvod dálkového ovládání, jehož schéma je na obr. 17, využívá
pøipojení ke kolejišti kabelem a umožòuje
ovládat ètyøi trakèní napájecí zdroje.
Obvod dálkového ovládání obsahuje
vysílaè a pøijímaè ovládacích povelù.
Souèástky vysílaèe jsou pro pøehlednost znaèeny èísly vìtšími než 50.
Vysílaè obsahuje tlaèítka Zrychlit (Tl55)
a Zpomalit (Tl56), pomocí kterých se
zvìtšuje nebo zmenšuje trakèní napìtí
z napájecích zdrojù, a tím ovládá rychlost lokomotivy. Pøes tato tlaèítka se
nabíjejí pamìové kondenzátory C2 ve
døíve popisovaných zdrojích. Nabíjecí
proud protéká pøes potenciometr P51,
kterým se reguluje rychlost nabíjení
kondenzátoru ve zdrojích a tím se mìní
zdánlivá setrvaènost vláèkù. Analogový
signál z potenciometru P51 pøichází na
vstup B pøijímaèe.
Ve vysílaèi jsou dále ètyøi tlaèítka
Tl51 až Tl54, která urèují, který ze
zdrojù je právì ovládán. Zdroje se volí
analogovì pøepínáním napìových
úrovní na vodièi A.
Vysílaè obsahuje ještì tlaèítka
STOP (Tl57) a SMÌR (Tl58), kterými
10
Obr. 17.
Vysílaè a pøijímaè
dálkového ovládání
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
se vlak zastavuje nebo se mìní smìr
jeho jízdy. I povely vydávané tìmito tlaèítky se kódují analogovì úrovnìmi napìtí na vodièi A.
Pøijímaèe obsahuje tøi komparátory
s hysterezí s operaèními zesilovaèi
IO1b až IO1d. Po stisknutí nìkterého
z tlaèítek Tl51 až Tl54 ve vysílaèi se
úroveò napìtí na vodièi A pøevede na
èíslicový signál, který se pøepíše do
ètyønásobného klopného obvodu D
typu 4076 (IO2). Výstupními binárními
signály z IO2 se øídí multiplexer 4051
(IO3), který pøepíná napìtí pro øízení
rychlosti lokomotivy z vodièe B na
vstup Øízení jednoho ze ètyø zdrojù.
Ostatní zdroje jsou zatím øízeny napìtím na svých pamìových kondenzátorech C2. K pøepínání ètyø vstupù Øízení
postaèují pouze tøi komparátory. Možné
jsou kombinace 111, 110, 100 a 000.
V klidovém stavu (žádné z tlaèítek
Tl51 až Tl54 není sepnuto) je na vodièi
A napìtí asi 6,5 V a výstupy komparátorù IO1b až IO1d jsou v úrovni H.
Operaèní zesilovaè IO1a je zapojen
jako zesilovaè se zesílením 3. Na jeho
výstupu je v klidovém stavu napìtí blízké 6,5 V, tranzistor T1 je otevøen a na
taktovacím vstupu CP IO2 je úroveò L.
Pøi stisknutí tlaèítka Tl54 ve vysílaèi
se napìtí na vodièi A zmenší na 5,2 V a
žádný s komparátorù se nepøeklopí.
Napìtí na výstupu OZ IO1a se zmenší
zhruba na 3 V (pøi stisknutí ostatních
tlaèítek Tl51 až Tl53 na 2 V), tranzistor
T1 se zavøe a vzestupnou hranou na
vstupu CP se do IO2 zapíší binární
data 111 (dekadické èíslo 7). Tìmito
daty se pøepne multiplexer IO3 tak, že
vede analogový signál z vysílaèe z vodièe B pøes svùj výstup Y7 do Zdroje 4.
Rozhodovací úroveò spínání tranzistoru T1 je urèována dìlièem R18,
R20 a je zvolena zhruba 5 V.
Pøi stisknutí tlaèítka Tl53 poklesne
napìtí na vodièi A na 4 V a výstup OZ
IO1b se pøeklopí do úrovnì L (rozhodovací úroveò komparátoru s OZ IO1b je
4,6 V). Zmenší se i napìtí na výstupu
OZ IO1a, zavøe se tranzistor T1 a vzestupnou hranou na vstupu CP se do
IO2 zapíší binární data 110 (dekadické
èíslo 6). Signál z vodièe B se multiplexerem IO3 pøes jeho výstup Y6 vede do
Zdroje 3.
Pøi stisknutí tlaèítka Tl52 poklesne
napìtí na vodièi A na 2,5 V a do úrovnì
L se pøeklopí výstupy OZ IO1b a IO1c
(rozhodovací úroveò komparátoru s OZ
IO1c je 3,3 V). Do IO2 se zapíší data
100 (dekadicky 4) a signál z vodièe B
se vede pøes výstup Y4 IO3 do Zdroje 2.
Pøi stisknutí tlaèítka Tl51 poklesne
napìtí na vodièi A na 2,5 V a do úrovnì
L se pøeklopí výstupy všech OZ IO1b
až IO1d (rozhodovací úroveò komparátoru s OZ IO1d je 2,1 V). Do IO2 se zapíší data 000 (dekadicky 0) a signál
z vodièe B se vede pøes výstup Y0 IO3
do Zdroje 1.
Operaèním zesilovaèem IO1a se
musí zavøít tranzistor T1 s urèitým zpoždìním, až se dokonèí sepnutí tlaèítek a
ustálí napìtí na vodièi A. Teprve potom
se mohou zapsat data do IO2. Proto je
k neinverujícímu vstupu OZ IO1a pøipojen integraèní kondenzátor C2. Èasová
konstanta R7·C2 však nesmí být pøíliš
dlouhá, jinak by tlaèítko Tl54 bylo nutné
tisknout delší dobu.
Po zapnutí napájecího napìtí je IO2
vynulován impulsem pøes kondenzátor
C3. Tím se IO2 nastaví do stavu 000 a
pøednastaví se øízení Zdroje 1. Pøedpokladem spolehlivého vynulování je
dostateènì dlouhá èasová konstanta
C3·R19 a úplné vybití kondenzátoru C2
v pøijímaèi.
U komparátorù s OZ IO1b až IO1d
je pomocí rezistorù R13 až R15 vytvoøena slabá hystereze, která zlepšuje
odolnost proti zákmitùm tlaèítek.
Stisknutím tlaèítka Tl57 STOP ve
vysílaèi se uzavøe tranzistor T51 a napìtí na vodièi A se zvìtší o 1 V (nesmí
být souèasnì stisknuto žádné jiné tlaèítko). Následkem toho napìtí na výstupu OZ IO1a vzroste o 3 V oproti klidové
velikosti 6,5 V, tedy na 9,5 V. Pøes Zenerovu diodu D3 projde kladné napìtí
do vstupù Stop všech zdrojù a zablokuje je (lokomotiva zastaví). Stav IO2 se
pøi tom nezmìní.
Obvody IO4 až IO7 slouží k dálkovému pøepínání smìru jízdy. Stisknutím
tlaèítka Tl58 SMÌR ve vysílaèi se uzavøe tranzistor T52 a napìtí na vodièi A
se zvìtší o 3 V (opìt nesmí být souèasnì stisknuto žádné jiné tlaèítko).
Napìtí na výstupu IO1a vzroste na úroveò kladné saturace, tj. je asi o 1 V
menší než napájecí napìtí OZ. Když
napìtí na výstupu IO1a pøekroèí 12 V,
pøeklopí se hradla IO7b a IO7a a kladným impulsem se pøes multiplexer IO4
pøeklopí jeden ze ètyø klopných obvodù
D (IO5 a IO6). Obvody D jsou zapojeny
jako dìlièe kmitoètu dvìma, tzn., že
každým kladným taktovacím impulsem
se zmìní jejich stav na opaèný. Hodinové vstupy obvodù D jsou ošetøeny
rezistory R22 až R25.
Pøijímaè je napájen z jednoho ze
zdrojù dvoucestnì usmìrnìným napìtím. Pøes diodu D1 se jím nabíjí kondenzátor C1. Zvlnìní napájecího napìtí
je minimální, odbìr proudu je malý, asi
6 mA. Napájecí napìtí pro dìlièe a obvody CMOS staèí stabilizovat Zenerovou diodou D2. Operaèní zesilovaè je
potøeba napájet vìtším napìtím, asi
+15 V, aby jeho výstupního napìtí mìlo
dostateèný rozkmit. To, že na výstupech OZ IO1b až IO1D mùže být ponìkud vìtší napìtí než je napájecí napìtí
IO2 nevadí, vstupy obvodù CMOS jsou
chránìny proti mírnému pøebuzení
vnitøním rezistorem o odporu 2 kΩ a
upínacími diodami pøipojenými na zem
a na kladnou napájecí sbìrnici.
Konstrukce a oživení
Obvod dálkového ovládání je zkonstruován z vývodových souèástek na
dvou deskách s jednostrannými plošnými spoji.
Obrazec plošných spojù vysílaèe je
na obr. 18, rozmístìní souèástek na
desce vysílaèe na obr. 19.
Obrazec plošných spojù pøijímaèe
je na obr. 20, rozmístìní souèástek na
desce pøijímaèe na obr. 21.
K vysílaèi pøipojíme kabel s vidlicí
jack stereo 6,3 mm, ke vstupu pøijímaèe pøipojíme odpovídající zásuvku.
Pøi oživování nejprve propojíme pøijímaè s vysílaèem. Je-li vše v poøádku,
bude obvod fungovat na první zapojení
bez dalšího nastavování.
Pro jistotu doporuèuji ovìøit správnou funkci obvodu jeho promìøením.
Stiskneme postupnì tlaèítka Tl51 až
Tl54 a Tl57 a Tl58 a ovìøíme správnou
velikost napìtí na vodièi A. Zkontrolujeme napìtí na invertujících vstupech OZ
IO1b, IO1c, IO1d, napìtí na výstupu
IO1a v klidovém stavu (6,5 V), pøi stisknutí tlaèítek Tl51, Tl52, Tl53 (2 V), pøi
stisknutí tlaèítka Tl54 (3 V), pøi stisknutí
tlaèítka Tl57 STOP (9,5 V) a pøi stisk-
Obr. 18. Obrazec plošných spojù na desce vysílaèe dálkového ovládání
(mìø.: 1 : 1)
Obr. 19. Rozmístìní souèástek na desce vysílaèe dálkového ovládání
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
11
Obr. 20.
Obrazec
plošných spojù
pøijímaèe
dálkového ovládání
(mìø.: 1 : 1)
Obr. 21.
Rozmístìní
souèástek
na desce pøijímaèe
dálkového ovládání
nutí tlaèítka Tl58 SMÌR (zhruba 15 V).
Pøi použití rezistorù s tolerancí 1 % by
žádné problémy nastat nemìly.
Seznam souèástek
(pøijímaè)
R1
R2
R3
R4, R5
R6
R7
R8, R9,
R10
R11
R12
R13, R14,
R15
R16
R17
R18
R19
R20
R21
R22
R23
R24
R25
R26
C1
C2
C3
T1
T2
IO1
IO2
IO3,IO4
IO5, IO6
IO7
D1
D2,D4
12
4,7 kΩ, miniaturní
12 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
2,7 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
2,7 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
240 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
200 Ω, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
33 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
100 µF/25 V, radiální
1 µF/16 V, keramický
100 nF, keramický
BC547B
BC557B
TL074
4076
4051
4013
4093
1N4148
BZX83V012
D3
BZX83V006.2
DPS stojí 63 Kè, souèástky 192 Kè.
(vysílaè)
R51
R52
R53
R54
R55
R56
R57
R58
P51
Tl51 až Tl58
680 Ω, miniaturní
1,6 kΩ, miniaturní
3,9 kΩ, miniaturní
10 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
18 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
8,2 kΩ, miniaturní
5 kΩ/N, potenc. TP 160
DT6
DPS stojí 36 Kè, souèástky 195 Kè.
Indikátor
obsazení koleje
Aby se zjistilo, zda je kolej obsazena, mìøí se odpor jednotlivých kolejových úsekù. Odpor neobsazené koleje
se blíží nekoneènu, odpor obsazené
koleje je dán odporem motorku lokomotivy, který je øádovì 10 Ω, nebo odporem
i jiné zátìže, napø. osvìtlením vagónù èi
koncovým svìtlem vlaku. Zejména toto
mùže být velmi výhodné, nebo se hlídá, zda úsek opustil celý vlak, nikoliv
pouze lokomotiva. Toto mìøení musí
probíhat nezávisle na napájení vlaku,
jehož polarita se mùže mìnit.
Indikátor obsazení koleje proto musí
být napájen ze samostatného zdroje
galvanicky oddìleného od obvodu, který napájí koleje. K napájení takovýchto
pomocných zaøízení (semafory, závory
apod.) se zpravidla používá støídavé
napìtí 17 V.
Popis funkce
Schéma indikátoru obsazení koleje
je na obr. 22. Indikátor obsahuje napájecí zdroj, zdroj øídicích impulsù Cl a
dva shodné indikaèní obvody pro dvì
rùzné koleje.
V napájecím zdroji je støídavé napájecí napìtí 17 V ze zvláštního vinutí
transformátoru usmìròováno mùstkem
s diodami D1 až D4 a stabilizováno Zenerovou diodou D6 na velikost 13 V,
vhodnou pro napájení obvodù CMOS
(max. 15 V).
Øídicí impulsy Cl jsou kladné impulsy s periodou 10 ms, které nabývají
úrovnì H v okolí prùchodu síového napìtí nulou. Impulsy jsou generovány
pomocí tranzistorù T1 a T2. V okolí prùchodu síového napìtí nulou je T1
uzavøen, takže na jeho kolektoru je plné
kladné napájecí napìtí ze Zenerovy diody D6 a na emitoru následujícího emitorového sledovaèe s T2 je vysoká úroveò H. V další èásti pùlperiod síového
napìtí je T1 otevøen a na emitoru T2 je
úroveò L.
Dva shodné indikaèní obvody jsou
použity proto, že je totiž tøeba souèasnì vyhodnocovat obsazení izolovaného
zastavovacího úseku, na kterém se
zastaví lokomotiva (tj. úseku, který je
odpojován od napájecího napìtí, chceme-li vlak zastavit) a úseku pøedcházejícího, na kterém se zastaví zadní èást
vlaku. Protože se oba úseky napájejí
zvl᚝, musí mít i samostatné obvody
vyhodnocování.
Dále je popsána funkce jednoho z indikaèních obvodù.
Odpor koleje se mìøí bìhem vysoké
úrovnì impulsù Cl, tj. v okamžicích minim pulsujícího trakèního napájecího
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Cl
napìtí, ve kterých je okamžitá velikost
trakèního napìtí menší než 0,6 V. Impulsy Cl se pøivádìjí do koleje pøes diodu D11 a rezistor R6. Odpor koleje se
porovnává s odporem rezistoru R6, se
kterým tvoøí dìliè napìtí. K porovnávání se používá hradlo NAND typu
Schmittùv klopný obvod (H1). Dioda
D11 a rezistor R12 chrání vstupy hradla proti pøepìtí.
Pokud kolej není obsazena, je po
dobu impulsu Cl na obou vstupech
hradla H1 úroveò H a výstup hradla je
v úrovni L. Impulsy úrovnì L z výstupu
hradla H1 jsou upravovány na ss signál
úrovnì L špièkovým usmìròovaèem se
souèástkami D7, R4 a C2. Bìhem impulsu se pøes diodu D7 rychle vybije
kondenzátor C2, na vstupu hradla H2
se objeví úroveò L a výstup hradla H2
se pøeklopí do úrovnì H. Èasová konstanta R4·C2 je mnohonásobnì delší než pùlperioda síového kmitoètu
(10 ms), takže C2 se nestaèí v mezerách mezi impulsy nabít a na výstupu
hradla H2 je úroveò H trvale.
Pokud je kolej obsazena a odpor
motoru nebo koncového svìtla apod. je
natolik menší než R6, že i bìhem impulsu Cl je na vstupu 5 hradla H1 napìtí menší než dolní rozhodovací úroveò
hradla, zùstává výstup hradla H1 trvale
v úrovni H. V tom pøípadì je výstup
hradla H2 trvale v úrovni L.
Podobnì pracuje i indikaèní obvod
obsazení druhé koleje.
Výstupní signály z hradel H2 a H4
obou indikaèních obvodù se logicky násobí èlenem AND s diodami D12 a D13.
Je-li alespoò jedna kolej obsazena,
bude na výstupu OUT indikátoru úroveò
L. Jsou-li oba úseky volné, jsou na výstupech hradel H2 a H4 úrovnì H a na
výstupu OUT je rovnìž úroveò H. Úroveò výstupního signálu mùžeme indikovat diodou LED D10 s velkou svítivostí.
Výstupní signál mùžeme dále zpracovat logickými obvody - napø. v ovladaèi návìstí nebo v signalizaèním obvodu pro železnièní pøejezd (viz další
konstrukce).
Výstupní signál mùžeme pøípadnì
invertovat a posílit tranzistorem T3 (logický signál odebíráme z kolektoru T3).
Odpor kolektorového rezistoru R13 volíme podle požadovaného výstupního
proudu v úrovni H.
Výstupní signál též mùžeme vést
do dalších obvodù pøes opticky oddìlený spínaè s triakem. Optotriak Op1 potøebuje ke správné funkci proud 5 mA
(min 4 mA), k jeho napájení bych použil
výstup z tranzistoru T3.
Obr. 22.
Indikátor
obsazené
koleje
P
+
-
Konstrukce
Indikátor je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji.
Kvùli širším možnostem využití je
deska navržena ve dvojím provedení:
bez zdroje
1) Deska obsahuje všechny obvody
podle schématu na obr. 22, tj. spolu
s dvojicí indikaèních obvodù jsou na ní
umístìny i zdroj napájecího napìtí a øídicích impulsù Cl.
Obrazec plošných spojù je na obr.
23, rozmístìní souèástek na desce je
na obr. 24.
2) Na desce je pouze dvojice indikaèních obvodù bez napájecího zdroje.
Tato deska je urèena jako doplnìk
k pøedchozí desce, aby bylo možné indikovat obsazení vìtšího poètu kolejí.
Z jednoho zdroje na pøedchozí desce je
Obr. 23. Obrazec plošných spojù
indikátoru obsazené koleje
s napájecím zdrojem (mìø.: 1 : 1)
Obr. 25. Obrazec plošných spojù
indikátoru obsazené koleje bez
napájecího zdroje (mìø.: 1 : 1)
Obr. 24. Rozmístìní souèástek
na desce indikátoru obsazené koleje
s napájecím zdrojem
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Cl + Obr. 26. Rozmístìní souèástek
na desce indikátoru obsazené koleje
bez napájecího zdroje
13
Obr. 27. Deska s plošnými spoji
opticky oddìleného spínaèe s triakem
možné napájet vìtší poèet tìchto desek, jejichž odbìr je minimální.
Obrazec plošných spojù je na obr.
25, rozmístìní souèástek na desce je
na obr. 26.
Vstupní signály z kolejí a napájecí
napìtí pøipojujeme k deskám pøes
šroubovací svorkovnice s rozteèí vývodù 3,5 mm.
Deska opticky oddìleného spínaèe
s optotriakem je na obr. 27.
Seznam souèástek
R1, R9,
R11, R12
R2
R3
R4, R10
R5, R6,
R7, R8
R13
R14
C1
C2, C3
D1 až D4
D5, D7, D9
D6
D8, D11
D10
D12, D13
T1, T2, T3
IO1
120 kΩ, miniaturní
200 Ω, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
1,5 MΩ, miniaturní
2,7 kΩ, miniaturní
viz text
8,2 kΩ, miniaturní
100 µF/25 V, radiální
100 nF, keramický
1N4007
1N4148
BZX 83V013 (Zenerova
dioda 13 V/0,5 W)
1N4148
LED (s vìtší úèinností)
1N4148
BC 547B
4093
DPS stojí 32 Kè, bez zdroje 25 Kè,
souèástky 99 Kè, bez zdroje 75 Kè.
Deska optotriaku
Op1
TR1
MOC 3010 (optotriak)
T410/600T(triak)
„Stùj”, nebo zeleným svìtlem, že na
hlavním návìstidle svítí „Volno”.
V praxi se v mnoha pøípadech sluèuje hlavní návìstí s pøedzvìstí, a proto
hlavní návìstí obsahuje žluté svìtlo
(tøeba u tzv. traového autobloku).
Pokud je úsek støežený daným návìstím volný, svítí zelená, když je i další
úsek volný. Žlutá svítí, pokud je vjezd
do dalšího úseku uzavøen (na dalším
návìstí svítí èervená).
Druhé žluté svìtlo nemá s funkcí
støeženého úseku pøímou souvislost, je
to pøíkaz k omezení rychlosti.
Dvì žlutá svìtla obsahuje napø.
vjezdové návìstidlo do stanice. Pokud
se bude vjíždìt rovnì pøes výhybky na
hlavní prùbìžnou kolej, nebude ta druhá žlutá svítit. Pokud se bude vjíždìt do
odboèky na vedlejší koleje, bude tato
žlutá naøizovat nižší rychlost.
K této druhé žluté mùže svítit buï
zelená, pokud je dál na odjezdu volno,
nebo žlutá, pokud na odjezdu svítí èervená.
To je ovšem jen malá èást návìstních pøedpisù dráhy. Samozøejmì existuje tohle všechno ještì složitìjší a širší, ale pro domácí kolejištì to takhle
plnì staèí.
Pokud je signál Odjezd v úrovni H,
na vstupu Volno je úroveò H a na vstupu Z je úroveò L, bude svítit Zelená.
Když je na vstupu Volno úroveò L a na
vstupu Z úroveò H, bude svítit Žlutá 1.
Èervená v obou pøípadech zhasne.
Když bude na vstupu Žl2 úroveò H a
nebude svítit èervená (tj. když budou na
obou vstupech hradla H4 úrovnì H),
bude svítit Žlutá 2 (Žlutá 2 mùže svítit
souèasnì se Zelenou nebo Žlutou 1,
nesmí však svítit spolu s Èervenou).
Ovladaè návìstí jsem realizoval ve
dvou variantách.
V první variantì, jíž odpovídá schéma na obr. 28, jsem použil hradla
NAND typu CMOS 4011. Výhodou IO
4011 je lepší sluèitelnost s ostatními
Popis funkce
Ovladaè hlavního
návìstí,
kombinovaného
s pøedzvìstí
Na návìstí se ukazuje základní pøíkaz „Stùj”, tj. èervená barva.
Pokud by to bylo jen hlavní návìstí,
druhá barva by byla zelená, neboli
„Volno”. To by staèilo na pøehledných
tratích s malou povolenou rychlostí,
na kterých strojvùdce vidí signál „Stùj”
z dostateèné vzdálenosti, aby mohl
u nìj zastavit.
V opaèném pøípadì musí být pøed
hlavním návìstím v zábrzdné vzdálenosti další návìst (tzv. pøedzvìst), která informuje žlutým svìtlem, že je tøeba
na hlavním návìstí oèekávat signál
14
Obr. 28. Ovladaè návìstí
Obvod, jehož schéma je na obr. 28,
slouží k ovládání hlavního návìstí (semaforu) na modelovém kolejišti. Návìstí obsahuje 3 až 4 LED. Èervená
znamená zákaz jízdy, Zelená volno,
Žlutá 1 obsazení úseku následujícího
za úsekem za návìstím, a Žlutá 2 pokyn ke zpomalení.
Ovládací obvod je øízen signály Odjezd (úroveò H znamená, že chceme,
aby vlak pokraèoval v jízdì za návìstí),
Volno (úroveò H znamená, že úsek za
návìstím není obsazený), Z (úroveò H
znamená, že úsek následující za úsekem za návìstím je obsazený), Žl2
(úroveò H vyjadøuje požadavek ke zpomalení jízdy).
Øídicí signály jsou zpracovávány
ètyømi hradly NAND (H1 až H4), z jejichž
výstupù jsou buzeny návìstní LED.
Pokud je signál Odjezd v úrovni L,
mohou být na ostatních øídicích vstupech libovolné úrovnì a svítí Èervená.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Obr. 29. Obrazec plošných spojù
první varianty ovladaèe návìstí
s IO 4011 (mìø.: 1 : 1)
Obr. 30. Rozmístìní souèástek
na desce první varianty
ovladaèe návìstí s IO 4011
chránìny záchytnými diodami uvnitø integrovaného obvodu. Je-li odpor pøedøadných rezistorù R1, R3, R5 a R7
dostateènì velký, poškození vstupù
hradel nehrozí.
Konstrukce
Ovladaè návìstí je zkonstruován
z vývodových souèástek na desce
s jednostrannými plošnými spoji.
Obrazec plošných spojù první varianty ovladaèe s IO 4011 je na obr. 29,
rozmístìní souèástek na desce je na
obr. 30.
Použijeme-li souèástky R14 a D3
pro stabilizaci napájecího napìtí, pøerušíme plošný spoj pod rezistorem R14.
Obrazec plošných spojù druhé varianty ovladaèe s IO 74HC00 je na obr.
31, rozmístìní souèástek na desce je
na obr. 32.
Místo souèástek R14 a D3 mùžeme
pro zmenšování a stabilizaci napájecího napìtí použít monolitický stabilizátor
78L05. Vstup a výstup stabilizátoru pøipojíme na pájecí plošky rezistoru R14,
zem stabilizátoru pøipojíme na pájecí
plošku anody D3.
Obr. 31. Obrazec plošných spojù
druhé varianty ovladaèe návìstí
s IO 74HC00 (mìø.: 1 : 1)
Seznam souèástek
Obr. 32. Rozmístìní souèástek
na desce druhé varianty
ovladaèe návìstí s IO 74HC00
obvody kolejištì, protože jeho maximální napájecí napìtí je +15 V. Pokud je
napájecí napìtí pro ovladaè menší než
15 V, nemusíme ho stabilizovat a vypustíme souèástky R14 a D3. V opaèném
pøípadì stabilizaèní obvod použijeme.
Ve druhé variantì jsou použta hradla NAND typu 74HC00 (HCMOS). Oproti
obvodùm CMOS je jejich výhodou vìtší
výstupní proud (až 50 mA). Pro napájení LED v návìstí je zapotøebí proud
zhruba 10 mA. Zapojení se od pøedchozí varianty liší pouze odlišnými èísly vývodù výstupù hradel (vývody 3, 6, 8, 11).
Protože napájecí napìtí IO 74HC00
je maximálnì 6 V, musí být vnìjší napájecí napìtí zmenšováno na 5 V stabilizátorem se souèástkami R14, D3 nebo
monolitickým stabilizátorem 78L05.
Na všech øídicích vstupech jsou vysokoohmové dìlièe napìtí, které zmenšují vstupní napìtí. Odpory rezistorù
v dìlièích zvolíme podle velikosti vstupního napìtí.
Napø. když úrovni H odpovídá napìtí
20 V, zvolíme R1 = 120 kΩ a R2 = 39 kΩ.
Pøi maximálním vstupním napìtí
5 V ponecháme R1 = R3 = R5 = R7 =
= 120 kΩ a rezistory R2, R4, R6 a R8
vynecháme.
Pøi návrhu dìlicích pomìrù vstupních dìlièù musíme mít na pamìti, že
rozhodovací úroveò hradel CMOS a
HCMOS je rovna pøibližnì polovinì jejich napájecího napìtí.
Vùèi pøíliš velkému nebo zápornému napìtí jsou vstupy hradel H1 až H4
R1 až R8
R9
R10 až R13
R14
C1
D1, D2
D3
IO1
miniaturní - viz text
120 kΩ, miniaturní
200 Ω, miniaturní
podle napájecího napìtí
100 nF, keramický
1N4148
BZX83V012 (1. var.)
BZX83V005.1 (2. var.)
4011 (1. varianta)
74HC00 (2. varianta)
Signalizaèní obvod
pro železnièní
pøejezd
Pokud je silnièním vozidlùm vjezd
na železnièní pøejezd povolen, bliká na
signalizaèním zaøízení bílé svìtlo (asi
40 až 45 kmitù za minutu). Když je silnièním vozidlùm vjezd zakázán, blikají
dvì èervená svìtla doprovázena zvonìním (60 kmitù za minutu).
Popis funkce
Uvedené funkce signalizace na železnièním pøejezdu napodobuje obvod,
jehož schéma je na obr. 33.
Periodické signalizaèní signály jsou
generovány pomocí multivibrátorù se
Schmittovými obvody 40106 (IO1), což
je obvodovì nejjednodušší øešení, pokud pøesnost kmitoètu není pøíliš dùležitá. V multivibrátorech jsou využita hradla H3, H4 a H6.
Napìtím úrovnì H z výstupu hradla
H3 se pøes rezistor R2 nabíjí kondenzátor C2, který je pøipojen ke vstupu
hradla H3. Pøekroèí-li napìtí na C2 horní rozhodovací úroveò hradla, výstup
hradla se pøeklopí do úrovnì L. Kondenzátor C2 se zaène pøes R2 vybíjet
do té doby, než se napìtí na C2 zmenší pod dolní rozhodovací úroveò hradla.
V tom okamžiku se výstup hradla znova pøeklopí do úrovnì H. Celý dìj se
neustále periodicky opakuje. Vidíme, že
podmínkou oscilací je hystereze hradla.
Kmitání ustane, pokud na vstup hradla
„tvrdì“ vnutíme úroveò H nebo L.
Stejným zpùsobem pracují i multivibrátory s hradly H4 a H6.
Perioda T kmitù multivibrátoru je
dána hodnotami R a C jeho souèástek
a lze ji pøibližnì urèit podle vztahu:
T = R·C
[s; Ω, F],
má zde ale vliv hystereze obvodu a velikost napájecího napìtí. S klesajícím napájecím napìtím se perioda prodlužuje.
Kmitoèet oscilací f lze z periody urèit podle známého vztahu:
f = 1/ T
[Hz; s].
Signalizaèní obvod napájíme stejnosmìrným napìtím maximálnì +15 V.
Je možné jej napø. napájet z obvodu indikátoru obsazení koleje. K napájení
mùžeme rovnìž použít støídavý zdroj
napájecího napìtí 16 V, který se na kolejišti používá pro podobné úèely. Støídavé napìtí usmìrníme mùstkovým
usmìròovaèem USM, filtrujeme kon-
Obr. 33.
Signalizaèní obvod
pro železnièní
pøejezd
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
15
Konstrukce
Signalizaèní obvod je zkonstruován z vývodových souèástek na desce
s jednostrannými plošnými spoji (obr.
34, obr. 35). K desce je pøišroubován
dvìma šroubky M2 i piezomìniè. Mùže
být upevnìn buï ze strany souèástek
nad IO1 pomocí distanèních sloupkù,
nebo ze strany spojù.
Po pøipájení všech souèástek by
mìl obvod pracovat na první zapojení.
Kmitoèty multivibrátorù mùžeme
podle potøeby upravit zmìnou odporu
pøíslušných rezistorù.
Obr. 34. Obrazec plošných spojù
signalizaèního obvodu
pro železnièní pøejezd (mìø.: 1 : 1)
Seznam souèástek
R1
10 kΩ, miniaturní
R2
R3
R4
R5, R6
R7
R8
C1, C2
C3
C4
D1, D2, D3
D4
D5, D6
D7
Usm.
IO1
Piezo
15 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
680 kΩ, miniaturní
10 kΩ, miniaturní
viz text
viz text
100 µF/16 V, radiální
100 nF, keramický
100 µF/25 V, radiální
1N 4148
BZX83V015
LED èervená
LED bílá
B250C1500
40106
KPT1540W
DPS stojí 24 Kè, souèástky 99 Kè.
Automobilové a letecké
modeláøství
Nabíjeè èlánkù
Li-Ion a Li-Pol
Obr. 35. Rozmístìní souèástek na desce signalizaèního obvodu pro železnièní
pøejezd. Dvì díry nad IO1 jsou pro šrouby k upevnìní piezomìnièe
denzátorem C4 a stabilizujeme Zenerovou diodou D4 na 15 V. Odpor rezistoru R8 zvolíme podle napìtí na C4
(které je napø. 20 V) a odbìru signalizaèního obvodu (10 mA) maximálnì
470 Ω, popø. ménì.
Odpory rezistorù R3, R5, R6 zvolíme podle toho, jaké LED použijeme, a
jaký proud chceme, aby jimi protékal.
Hodnoty podle schématu odpovídají použití LED s vìtší úèinností.
Signalizaèní obvod øídíme dvoustavovým binárním signálem z indikátoru
obsazení koleje.
Pokud obsazení koleje odpovídá
úroveò H, pøivedeme tento signál na
vstup IN1.
Pokud bude obsazení koleje odpovídat úroveò L, pøipojíme signál na vstup
IN2. V tom pøípadì také pøerušíme spoj
mezi výstupem hradla H1 a vstupem
hradla H2 (tj. spoj mezi vývody 2 a 3
IO1) a vstup IN1 spojíme s kladným napájecím napìtím nebo se zemí.
Bude-li na výstupu hradla H2 úroveò
L (volno), kmitá hradlo H3 a bliká bílá
LED D7. Hradlo H4 kmitá trvale, ale
LED D5 a D6 nemohou svítit. Dioda D2
blokuje kmitání hradla H6.
Bude-li na výstupu hradla H2 úroveò
H (obsazeno) je na výstupu H3 úroveò
L a bílé svìtlo nebliká. Blikají èervené
diody D6 a D5. Je-li na výstupu hradla
H4 úroveò H, kmitá i hradlo H6.
Zvuk vydávaný piezomìnièem a
hradlem H6 alespoò pøibližnì nahrazuje zvonìní. Velikostí odporu pøedøadného rezistoru R7 urèíme hlasitost zvuku.
Doporuèuji odpor od 5 do 20 kΩ.
16
Tyto èlánky mají jmenovité napìtí
3,7 V, nabíjejí se na maximální napìtí
4,2 V ± 3 %. Jejich kapacita je øádu 1
až 2 Ah. Nabíjejí se proudem 1 až 2 A
(podle pokynù výrobce).
Uvedené èlánky jsou schopny dávat
proud až 20 A, pøi malé hmotnosti se
vyznaèují velkým výkonem. Proto se
používají mimo jiné i v leteckém modeláøství, ve kterém elektromotory stále
èastìji nahrazují benzínové motory.
Modeláøi mají nejèastìji dvì sady
dvou až tøí èlánkù. Zatímco jednu sadu
používají, druhá sada se musí rychle
nabít z autobaterie o napìtí 12 V.
Výrobci doporuèují nabíjet èlánky ze
zdroje konstantního napìtí konstantním
proudem o velikosti 1·C (kde C je kapacita akumulátoru v ampérhodinách).
Maximální provozní teplota se udává
60 °C. Nedoporuèuje se dobíjet èlánky
impulsním napìtím. Dále se nedoporuèuje vybíjet baterii pod 2,5 V/èlánek.
Pokud se baterie takto vybije, je nutné ji
zpoèátku nabíjet menším proudem.
Nabíjíme-li nìkolik èlánkù zapojených v sérii, mìli bychom zajistit jejich
rovnomìrné nabití na stejné napìtí,
prodlouží se tím jejich životnost.
Následující dvì konstrukce v sobì
spojují bìžnou nabíjeèku a omezovaè
napìtí. Bez omezovaèe by hrozilo, že
se nìkterý ze sériovì zapojených èlánkù znièí pøebíjením, zatímco ostatní
èlánky ještì nebudou nabité.
Omezovaèe napìtí se profesionálnì vyrábìjí (pro 3 èlánky) a je možné je
používat ve spojení s libovolnou nabíjeèkou. Bližší informace www.zajic.cz .
Domnívám se, že je praktiètìjší mít
celý obvod nabíjení v jednom pøístroji a
na jedné desce s plošnými spoji.
Nìkteré konstrukce umožòují pøepínat nabíjení dvou nebo tøí èlánkù. Z toho
vyplývá, že vìtšina uživatelù používá
buï dva, nebo tøi èlánky. Proto jsem se
rozhodl pro dvì samostatné jednodušší
konstrukce.
Nabíjeè dvou èlánkù
Popis funkce
Schéma nabíjeèe dvou èlánkù je na
obr. 36. Nabíjeè je tvoøen stabilizátorem
nabíjecího napìtí s LM317T (IO20) a
dvìma shodnými omezovaèi napìtí na
èlánku s tranzistory T1, T2 a T11, T12.
Nejprve si popíšeme omezovaè napìtí. V této i následující konstrukci jsem
použil pro každý èlánek stejný obvod,
takže popíšeme pouze jeden z nich.
Pøi pøekroèení napìtí Umax na èlánku se otevøou tranzistory T1 a T2, nabíjecí proud zaène téci tranzistorem T2,
pøíslušný èlánek se pøestane nabíjet a
napìtí na nìm se již dále nezvyšuje.
Napìtí a je urèeno vztahem:
Umax = 0,6·(R1 + R2)/R1
[V; V, Ω].
Maximální proud Imax omezovaèem
vypoèítáme podle vzorce:
Imax = 4,2/R4
[A; V, Ω].
Odpor rezistoru R4 (R4 = 2,2 Ω) je
zvolen tak, aby Imax byl asi 2 A.
LED D1 indikuje èinnost omezovaèe. Zaèíná svítit pøi proudu:
Iind = (1,7 + 1)/R4 = 1,2 A.
Úpravou odporu rezistoru R4 mùžeme Imax a Iind pøizpùsobit konkrétním
požadavkùm.
Pøi rozsvícení LED D1 se zároveò
otevøe fototranzistor v optronu Op1.
Aèkoliv proudové zesílení tranzistoru T1 a Darlingtonova tranzistoru T2 je
dohromady asi 100 000, nejsou vlastnosti tohoto omezovaèe úplnì ideální.
Napø. pokud pøi napìtí 4,1 V teèe ome-
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Obr. 36.
Nabíjeè dvou èlánkù
Li-Ion a Li-Pol
zovaèem proud 10 mA, bude k otevøení
proudem 0,7 A potøebné napìtí 4,2 V.
Omezovaè musí být nastaven velmi
pøesnì, nesmíme zapomínat ani na
pøesnost voltmetru. Za nejlepší považuji
použít jako R1 a R2 rezistory s pøesností 1 %.
Pøi nastavování pøipojíme tento obvod samostatnì k laboratornímu zdroji.
Deska s plošnými spoji v obou konstrukcích to snadno umožòuje. Po nastavení spojíme jednotlivé omezovaèe
do série pomocí kapky cínu.
Pøepneme laboratorní zdroj do režimu proudového omezení a nastavíme
proud, pøi kterém chceme rozsvítit LED
D1. Zmìøíme napìtí na omezovaèi a
podle potøeby velikost napìtí jemnì
nastavíme pøidáním rezistoru paralelnì
k R1 (napìtí na omezovaèi se zvìtší)
nebo k R2 (napìtí se zmenší).
K jemnému dostavení mùžeme pøípadnì použít trimr, který zapojíme paralelnì k rezistoru R2 (asi 100 kΩ). Ve
schématu uveden není, ale na desce je
na nìj po malé úpravì spoje místo (je
oznaèen jako P1). Nastavení omezovacího napìtí je tak sice rychlejší a pohodlnìjší, ale ménì spolehlivé, proto radìji doporuèuji použít paralelní rezistory
k R1 nebo R2.
Nesmíme zapomenout, že prahové
napìtí tranzistorù je silnì tepelnì závislé. Klesá o 2 mV na každý stupeò,
o který se zvýší okolní teplota. U tìchto
omezovaèù pøedpokládám, že budou
nejèastìji používány v rozsahu teplot
10 až 30 °C. K tomu musíme pøipoèítat
ohøívání tranzistorù tepelnými ztrátami
na tranzistoru T2 a rezistoru R4, které
èiní asi 5 W na jeden omezovaè.
Proto musíme teplotní závislost
kompenzovat termistorem Term1.
Jeho odpor se vždy pøi zvýšení teploty
o 20 °C zmenší na jednu polovinu pøedchozí velikosti. Minimální teplotní závislost omezovacího napìtí pøesnì nastavíme rezistorem R6. Toto nastavení je
pomìrnì citlivé. Jeho správnost nejsnadnìji ovìøíme pomocí vysoušeèe
vlasù.
Stabilizátor nabíjecího napìtí pracuje v nabíjeèi dvou èlánky na principu
klasického lineárního stabilizátoru. Tento stabilizátor zmenšuje napìtí autobaterie, které se mùže mìnit v rozsahu
10,5 až 14,4 V, na požadovanou velikost nabíjecího napìtí pro dva èlánky
8,4 V. Pøi jmenovitém napìtí akumulátoru 12 V je úèinnost takového zapojení
vyhovující (60 až 70 %).
Jako stabilizátor napìtí 8,4 až
8,5 V mùžeme použít obvod LM317T
(IO20), u kterého se udává maximální
výstupní (tj. v našem pøípadì nabíjecí)
proud 1,5 A. Namìøil jsem u nìj maximální proud 2 A.
Výstupní napìtí je urèováno dìlièem
R20, R21. Mezi vývody ADJ a OUT stabilizátoru LM317T je referenèní napìtí
1,25 V. V tomto zapojení jsem pøi použití rezistorù s odpory R20 = 680 Ω a
R21 = 3,9 kΩ s tolerancí 1 % namìøil
výstupní napìtí 8,58 V. Zmenšit toto napìtí mùžeme pøidáním rezistoru paralelnì k R21, k pøípadnému zvìtšení
pøidáme rezistor paralelnì k R20. Na
desce je na nì místo.
Pokud by nabíjecí proud 2 A ze stabilizátoru LM317T byl pøíliš velký, použijeme jako IO20 obvod 7808, u kterého
se udává výstupní proud 1 A. Rezistor
R20 vynecháme a R21 bude mít odpor
50 až 100 Ω. Zapojení vývodù obvoru
7808 je ale jiné než u LM317T (IO 7808
má nalevo vstup, uprostøed spoleèný
vývod, napravo výstup).
Výstupní napìtí obou typù monolitických stabilizátorù je prakticky teplotnì
nezávislé a nemìní se ani pøi zmìnách
odebíraného proudu.
Pokud jsou oba optrony otevøené,
napø. kdyby nebyla pøipojena nabíjená
baterie, otevøe se tyristor Ty a zmenší
se výstupní napìtí stabilizátoru. Obvod
se vypne a nebude se zbyteènì zahøí-
vat. Tento stav je indikován zhasnutím
LED D23. Tyristor se vypne a èinnost
stabilizátoru se obnoví odpojením a
opìtovným pøipojením napájecího napìtí z autobaterie.
Dioda D20 (nejlépe Schottkyho, aby na
ní byl menší úbytek napìtí a menší tepelné ztráty) chrání IO20 proti pøepólování.
IO20 pracuje spolehlivì už pøi napìtí 10 V. Pøi pøípadném vybití autobaterie
na tuto hodnotu už bychom nemuseli
nastartovat. Proto je zde LED D21, která nás zhasnutím upozorní na klesající
napìtí autobaterie pod 11 V.
Výrobci èlánkù Li-Pol udávají, že pøi
hlubokém vybití tìchto èlánkù máme
omezit nabíjecí proud až na jednu desetinu doporuèené velikosti. Na tento
stav nás rovnìž upozorní LED D23,
která zhasne pøi napìtí pod 3,5 V na
èlánek. Potom pøipojíme autobaterii
pøes rezistor R24. Ten omezí nabíjecí
proud pøibližnì tak, aby na vstupu IO20
bylo napìtí o 2 V menší než je napìtí
vybitých èlánkù.
Napø. pøi napìtí autobaterie 12 V a
pøi èláncích vybitých na 6 V bude pro
R24 = 20 Ω nabíjecí proud 0,2 A.
Pøípadnì bychom mohli mít nìkolik
pøedøadných rezistorù R24 a pøepínat
jimi nabíjecí proud. Pomalé nabíjení
mùžeme používat, pokud s ním nepospícháme. Je to vùèi èlánkùm šetrnìjší.
Pøi použití rezistoru R24 nebude
svítit LED D21, pokud nebude zapojena
pøed R24.
Konstrukce
Nabíjeè je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec
spojù je na obr. 37, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 38.
Souèástky prvního omezovaèe jsou
oznaèeny èísly 1 až 9, odpovídající
souèástky druhého omezovaèe mají
èísla o 10 vyšší. Ostatní souèástky mají
èísla vìtší než 20.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
17
Obr. 37. Obrazec plošných spojù
nabíjeèe dvou èlánkù (mìø.: 1 : 1)
Pøi montáži desky nabíjeèe do skøíòky a pøi používání pøístroje bychom mìli
pamatovat na odvod ztrátového tepla.
IO20 mùže mít ztrátový výkon až 10 W.
Stabilizátor IO20 a tranzistory T2 a
T12 musí být umístìny na dostateènì
dimenzovaném spoleèném chladièi
(na hliníkovém èernìném plechu o ploše 1 dm2 nebo na hliníkovém žebrovaném chladièi), od kterého musí být
elektricky izolovány. Teplý vzduch by
nemìl proudit okolo termistorù a tranzistorù T1 a T11.
Nastavení a používání nabíjeèe
Výstupní napìtí IO20 nastavíme
(s odpojenými omezovaèi) na 8,7 V nebo nepatrnì vìtší.
Omezovaèe nastavíme postupem,
který již byl popsán, na napìtí 4,2 V.
Aby je bylo možné nastavovat samostatnì, je mezi nimi pøerušen plošný
spoj. Po nastavení jej propojíme kapkou
cínu. Diodu D25 pøipojíme rovnìž až po
nastavení omezovaèe.
Potom teprve vyzkoušíme nabíjeè
jako celek a zaèneme jím nabíjet èlánky. Místo z autobaterie mùžeme nabíjeè napájet síovým regulovatelným
zdrojem napìtí.
Po ukonèení nabíjení se nabíjeè
sám vypne a pøestane odebírat proud a
zahøívat se.
Rovnìž by bylo možné nastavit výstupní napìtí IO20 pøesnì 8,7 V a napìtí omezovaèù 8,25 V. Potom by se
obvod po ukonèení nabíjení sám neodpojil a odebíral by urèitý proud až do
odpojení uživatelem. V takovém pøípadì bylo by možné vynechat optrony.
Pøi nabíjení by se jedna z LED D1 a
D11 nemìla rozsvítí výraznìji døíve než
druhá. To by signalizovalo nìjakou
zmìnu parametrù nabíjených èlánkù,
pravdìpodobnì výrazné zmenšení kapacity jednoho èlánku.
Seznam souèástek
R1, R11
R2, R12
R3, R13
R4, R14
R5, R15
R6, R16
18
680 Ω/1 %, miniaturní
4,7 kΩ/1 %, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
2,2 Ω/ 5 W, drátový
200 Ω, miniaturní
1,2 kΩ, miniaturní
Obr. 38. Rozmístìní souèástek na desce
nabíjeèe dvou èlánkù
R20
R21
R22
R23
R24
R25, R26
Term1,
Term2
C20
D1, D11
D20, D25
D21
D22
D23
D24
T1, T11
T2, T12
Ty
Op1, Op11
IO20
680 Ω/1 %, miniaturní
3,9 kΩ/1 %, miniaturní
680 Ω, miniaturní
200 Ω, miniaturní
viz text
680 Ω, miniaturní
10 kΩ, termistor
K164NK010
100 nF, keramický
LED
1N5821 (1N5408)
LED (zelená)
BZX83V009.1
LED (zelená)
BZX83V005.1
BC557B
TIP122 (Darlingtonùv
tranzistor)
MC100-8
4N25
LM317T
DPS stojí 50 Kè, souèástky 164 Kè.
Nabíjeè tøí èlánkù
Popis funkce
Schéma nabíjeèe tøí èlánkù je na
obr. 39. Nabíjeè je tvoøen pulsním mìnièem s obvodem MC33063A (IO30),
který zvyšuje a stabilizuje napìtí z autobaterie na potøebné nabíjecí napìtí
asi 12,6 V pro tøi èlánky, a tøemi shodnými omezovaèi napìtí na èlánku s tranzistory T1, T2, T11, T12 a T21, T22.
Zvyšující mìniè s MC33063A je
v bìžném zapojení, které jsem již popsal v KE 4/2004.
Maximální výstupní proud mìnièe
mùže být 1,5 A. Na vývodu 5 IO30 (na
vstupu chybového zesilovaèe) má být
napìtí rovné referenènímu napìtí, které
je 1,25 V.
Výstupní napìtí mìnièe je urèováno
dìlièem s rezistory R30 a R31 podle
vztahu:
Uvýst = 1,25·(1 + R30/R31) [V; V, Ω].
Odpory tìchto rezistorù jsem zvolil
co možná nejmenší, aby funkce dìlièe
nebyla ovlivòována zbytkovým proudem optronù Op1, Op11 a Op21. Aby-
chom pøesnì nastavili výstupní napìtí,
mùžeme k tìmto rezistorùm pøidat paralelnì další rezistory (s podstatnì vìtším odporem), na desce je na nì místo. Pøidáním paralelního rezistoru k R31
se výstupní napìtí zvìtší, pøidáním paralelního rezistoru k R30 se výstupní
napìtí zmenší.
Kondenzátorem C34 je urèován
kmitoèet mìnièe, volíme jej v nadakustickém pásmu.
Na vstupu a výstupu mìnièe jsou
zapojeny filtraèní kondenzátory C30,
C31, C32 a C33. Nedoporuèuje se používat staré souèástky s velkým sériovým odporem (ESR).
Tlumivku L30 mùžeme koupit hotovou (napø. typ 51V32, která má 80 µH,
vnìjší prùmìr jádra 32 mm, 35 závitù
mìdìného lakovaného drátu, a prodává
ji firma GES). Nebo ji mùžeme zkusit
navinout na nìjaké podobné železoprachové toroidní jádro, které najdeme tøeba ve vyøazeném zdroji od PC. Poèet
závitù a tím i indukènost cívky nejsou
v této aplikaci kritické, pokud se nesnažíme dosáhnout maximální úèinnosti
(optimální indukènost je asi 100 µH).
Ve funkèním vzorku jsem použil
modré toroidní jádro o vnìjším prùmìru
28 mm, na které jsem navinul 55 závitù smaltovaného drátu o prùmìru
0,8 mm. Indukènost takové cívky byla
80 µH.
Rezistor R33 slouží ke snímání velikosti výstupního proudu mìnièe, v režimu proudového omezení je na nìm napìtí 0,25 až 0,3 V.
Diody D30 a D35 chrání IO30 proti
pøípadnému pøepólování vstupního
nebo výstupního napìtí.
Je-li vstupní napájecí napìtí z autobaterie vìtší než výstupní napìtí mìnièe, bude spínací tranzistor uvnitø IO30
(pøipojený k vývodùm 1 a 2 IO30) trvale
uzavøen. Proud prochází pøes D35,
R33, L30 a D30 a nabíjí èlánky Li-Pol.
V nejnepøíznivìjším pøípadì (autobaterie má napìtí 13,8 V a jednotlivé
nabíjené èlánky mají napìtí 3,7 V) musíme nabíjecí proud ještì omezit rezistorem R35. Na Schottkyho diodách
D30 a D35 pøedpokládáme úbytek napìtí 0,35 V. Pøedepsanému odporu rezistoru R35 (1,5 Ω) potom odpovídá
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
(proud. omez)
Obr. 39. Nabíjeè tøí èlánkù Li-Ion a Li-Pol
proud asi 1 A. V tomto režimu je úèinnost nabíjení velmi vysoká (asi 90 %).
Pokud je vstupní napìtí mìnièe stejné nebo pouze o málo menší než výstupní, pracuje mìniè ve zvyšujícím režimu a má rovnìž vynikající úèinnost.
Pøi R35 = 1,6 Ω a zkratované diodì
D35 jsem mìøil úèinnost mìnièe. Napìtí autobaterie bylo +Un = 12,14 V, na
vývodu 6 IO30 bylo napìtí 11,85 V a na
výstupu mìnièe na kondenzátoru C30
bylo napìtí 12,66 V. Vstupní proud mìnièe byl 0,42 A pøi zatìžovacím proudu
0,36 A. Úèinnost mìnièe za tìchto podmínek byla 89 %.
Samotný mìniè je samozøejmì
schopen pracovat už od napájecího na-
pìtí 4 V. Pro vstupní napìtí +Un = 5,2 V
je úèinnost mìnièe 75 %, což je u tohoto tytu zapojení bez zvláštního výbìru
souèástek normální.
Pøi malém vstupním napìtí (+Un =
= 10 V) bude již vstupní proud mìnièe výraznì vìtší než výstupní a bude
vzrùstat úbytek napìtí na rezistoru
R35. To zpùsobí další pokles napìtí na
vývodu 6 IO30 a tím i další vzrùst
vstupního proudu. Výstupní proud mìnièe potom bude vnitønì omezován a
znaèná èást energie se ztratí na rezistoru R35. Proto doporuèuji dimenzovat
R35 na výkon 5 W, aby se teplem nepoškodil. Takový provozní režim by
však v bìžných podmínkách nastat ne-
mìl, napìtí autobaterie se pohybuje
okolo 12 V.
LED D33 indikuje správnou velikost
vstupního napìti mìnièe. Její zhasnutí
nás upozoròuje na klesající napìtí autobaterie.
LED D32 indikuje pøi nepøipojené
autobaterii pøipojení nabíjených èlánkù.
Pokud tato LED nesvítí, jsou èlánky hluboce vybité a autobaterii musíme pøipojit pøes ochranný rezistor R37.
Jeho odpor by mìl být pøibližnì 10 Ω.
V takovém pøípadì mìniè nekmitá,
protože vstupní napìtí je vìtší než výstupní. Takový provozní stav je pøi
správném používání baterií velmi nepravdìpodobný.
Obr. 40.
Obrazec
plošných spojù
nabíjeèe tøí èlánkù
(mìø.: 1 : 1)
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
19
Obr. 41.
Rozmístìní
souèástek
na desce
nabíjeèe
tøí èlánkù
Další èástí nabíjeèe jsou tøi shodné
omezovaèe napìtí na èláncích. Tyto
omezovaèe jsem již popsal v pøedchozí konstrukci.
Pokud jsou všechny èlánky nabity a
všechny omezovaèe pracují, otevøou
se všechny optrony a IO30 pøestane
kmitat. Proud do omezovaèù potom
teèe pouze v pøípadì, že vstupní napìtí
mìnièe je alespoò o 0,7 V vìtší než napìtí výstupní (tj. pøi napìtí autobaterie
vìtším než 13,3 V).
Konstrukce
Nabíjeè je zkonstruován z vývodových souèástek na jedné desce
s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 40, rozmístìní
souèástek na desce je na obr. 41.
Souèástky prvního omezovaèe jsou
oznaèeny èísly 1 až 9, odpovídající
souèástky druhého a tøetího omezovaèe mají èíslo o 10 a o 20 vyšší. Ostatní
souèástky mají èíslo vìtší než 30.
Tranzistory T2, T12 a T22 musí být
(pøes izolaèní podložky) pøišroubovány
na chladiè, který je souèástí této desky.
Velikost chladièe zvolíme tak, aby pøi
nabíjecím proudu 1 A dokázal odvádìt
ztrátový výkon 10 W (tj. minimálnì
0,5 dm2 hliníkového èernìného plechu,
popø. žebrovaný hliníkový profil). Teplý
vzduch by nemìl proudit okolo termistoru a tranzistoru T1.
Nastavení a používání nabíjeèe
Výstupní napìtí mìnièe s IO30 nastavíme (s odpojenými omezovaèi)
úpravou odporu rezistorù R30 nebo
R31 na 12,6 až 12,9 V.
Omezovaèe nastavíme na napìtí
4,2 V. Kvùli tomu jsou na desce pøerušeny spoje mezi omezovaèi. Po nastavení spoje propojíme kapkou cínu.
Další postup nastavení a kontroly
omezovaèù je stejný jako u pøedcházející konstrukce nabíjeèe dvou èlánkù.
Seznam souèástek
R1, R11, R21
R2, R12, R22
R3, R13, R23
R4, R14, R24
R5, R15, R25
R6, R16, R26
R30
R31
R32
R33
R34
R35
R36
Term1,
Term2
680 Ω/1 %, miniaturní
4,7 kΩ/1 %, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
2,2 Ω/5 W, drátový
200 Ω, miniaturní
1,2 kΩ, miniaturní
1,8 kΩ/1 %, miniaturní
200 Ω/1 %, miniaturní
180 Ω, miniaturní
4x 1 Ω, miniaturní
200 Ω, miniaturní
1,5 Ω/2 (5) W, drátový
200 Ω, miniaturní
10 kΩ, termistor
K164NK010
C30, C31
470 µF/16 V, radiální
C32, C33
470 µF/16 V, radiální
C34
1,5 nF, keramický
D1, D11, D21 LED
D30, D35
1N5821
D32, D33
LED (zelená)
D31
BZX83V007.5
D34
BZX83V009.1
T1, T11, T21 BC557B
T2, T12, T21 TIP122 (Dalington)
Op1, Op11,
Op21
4N25
IO1
MC33063A
DPS stojí 75 Kè, souèástky 258 Kè.
Rotující svìtlo
Popis funkce
Tento efekt, jehož schéma je na
obr. 42, najde využití v modelech reklamních poutaèù, sanitek, hasièských
vozù apod.
Efekt rotujícího svìtla nejsnadnìji realizujeme pomocí tøí LED, které umístíme na kružnici a navzájem je posuneme
o úhel pøibližnì 120 °. LED se postupnì
rozsvìcejí v poøadí D5, D4, D3.
Obvod se skládá z okénkového
diskriminátoru s OZ1b a OZ1c, který
je buzen generátorem pøibližnì pilovitého prùbìhu napìtí s OZ1a.
OZ1a pracuje jako astabilní multivibrátor, ve kterém se kondenzátor C1
nabíjí pøes rezistor R4. Kapacitou C1 a
odporem R4 je urèována doba nabíjení
kondenzátoru C1 a tím i rychlost rotace
svìtla. Po pøeklopení OZ1a je kondenzátor C1 rychle vybíjen diodou D1.
Krátkodobé rozsvícení LED D4 bìhem vybíjení C1 lidské oko pøi dostateèné rychlosti rotace neregistruje.
OZ1b a OZ1c nepracují jako komparátory s hysterezí, ale jako zesilovaèe spojitého signálu. LED se potom
rozsvìcejí a zhasínají plynule, což
zvìtšuje vìrohodnost efektu rotace.
Zhasínání LED D5 a rozsvìcení LED
D4, resp. zhasínání LED D4 a rozsvìcení LED D3 probíhá plynule a
mìkce, zhasnutí LED D3 a rozsvícení LED D5 však vždy probíhá skokovì.
Aby byl efekt dokonalý, musí všechny tøi LED svítit pøibližnì po stejnou
dobu. Kondenzátor C1 se nabíjí nelineárnì. Porovnávací úrovnì pro zesiObr. 42. Rotující svìtlo
20
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Obr. 43.
Obrazec plošných spojù
na hlavní desce rotujícího
svìtla (mìø.: 1 : 1)
Obr. 44.
Rozmístìní souèástek
na hlavní desce rotujícího
svìtla. Vodorovnými èárami
u piezomìnièe je naznaèeno
jeho upevnìní šrouby
k desce
Seznam souèástek
Obr. 45. Obrazec plošných spojù
(v mìø.: 1 : 1) a rozmístìní souèástek
SMD na desce LED rotujícího svìtla
lovaèe OZ1b a OZ1c musíme proto
vhodnì zvolit pomocí dìlièe s rezistory
R5, R6 a R7. S odpory tìchto rezistorù
podle schématu je na vývodu 5 OZ1c
napìtí 8 V a na vývodu 10 OZ1b je napìtí 6,2 V.
LED D6 a dioda D2 pouze posouvají napìtí, aby LED D4 zbyteènì neprosvítala, když svítí LED D3 nebo
LED D5.
Zbývající operaèní zesilovaè OZ1d
mùžeme (pokud budeme chtít, a budeme mít místo pro piezomìniè) využít
jako generátor kolísavého tónu (hasièi,
sanitka). Kmitoèet tónu urèují kondenzátor C2 a rezistor R14. K modulaci
signálu využíváme výstup komparátoru
OZ1b. Hlasitost kolísavého tónu mùžeme pøípadnì zmenšit rezistorem
R19, který je v sérii s piezomìnièem.
Odpor R19 volíme 4 až 15 kΩ.
R1, R2
120 kΩ, miniaturní
R3
30 kΩ, miniaturní
R4
2,7 kΩ, miniaturní
R5
43 kΩ, miniaturní
R6
24 kΩ, miniaturní
R7
82 kΩ, miniaturní
R8
120 kΩ, miniaturní
R9
1,5 MΩ, miniaturní
R10
120 kΩ, miniaturní
R11
1,5 MΩ, miniaturní
R12
2,7 kΩ, miniaturní
R13
2,7 kΩ, SMD 1206
R14
30 kΩ, miniaturní
R15, R16
120 kΩ, miniaturní
R17
2,7 kΩ, miniaturní
R18
120 kΩ, miniaturní
R19
viz text
D1, D2
1N4148
D3, D4, D5 LED SMD 1206,
D6
LED zel., 3 mm, vývodová
C1
220 µF/16 V, radiální
C2
10 nF, keramický
C3
22 µF/16 V, radiální
OZ1
TL074
Piezo
KPT1540W
DPS (2 ks) 28 Kè, souèástky 95 Kè.
Konstrukce
Obvod je realizován na dvou deskách s jednostrannými plošnými spoji.
Øídicí obvod je zkonstruován s bìžnými vývodovými souèástkami, které
jsou pøipájeny na hlavní desce. Obrazec spojù je na obr. 43, rozmístìní
souèástek na desce je na obr. 44.
LED a R13 jsou v provedení SMD a
jsou pøipájeny na malé desce LED, která je s hlavmí deskou propojena ètyømi
vodièi. Obrazec spojù a rozmístìní
souèástek na desce LED je na obr. 45.
Pokud je to úèelné, mùžeme na desku
LED pøipájet i vývodové LED s vhodnì
vytvarovanými vývody.
Díky uvedenému øešení lze hlavní
desku umístit napø. do trupu vozidla,
kde je dost místa, a destièku s LED
mùžeme umístit na vhodném místì na
povrchu modelu.
Oživení obvodu je bez problému, pøi
správném zapojení pracuje na první zapojení. Nelze ale vylouèit, že bude nutné trochu upravit odpory rezistorù R5,
R6 a R7, aby rotace svìtelného bodu
byla plynulá a stejnomìrná.
Hodnoty souèástek na schématu
(pøedevším odpory rezistorù R12, R13
a R17, které urèují intenzitu svìtla LED)
odpovídají napájecímu napìtí 12 V.
Svìtla na køižovatce
Popis funkce
Následující konstrukce, jejíž schéma
je na obr. 46, umožní napodobit fungování svìtel pro auta (èervená, oranžová,
zelená) a svìtel pro chodce (èervená,
zelená) na bìžné køižovatce. Oranžová
svítí vždy krátce spoleènì s èervenou
nebo zelenou. Doba, po kterou svítí
èervená a zelená, jsou stejné.
K realizaci této funkce staèí jeden
ètyønásobný OZ s nesymetrickým napájením. Obvod je navržen pro napájecí napìtí 12 V. Velikost napájecího napìtí ale není kritická, bez vìtších úprav
obvodu mùže být 10 až 30 V.
OZ IO1a pracuje jako astabilní multivibrátor. Výstupní napìtí OZ se zmenšuje dìlièem R1, R3, který je pøipojen
k umìlému støedu napájecího napìtí.
Støed napájecího napìtí je vytváøen
dìlièem s rezistory R5, R17 a diodami
D3 a D4. Na katodì D4 je polovina napájecího napìtí, na každé diodì je úbytek napìtí 0,6 V.
Kondenzátor C1 se nabíjí a vybíjí
pøes rezistor R2. Porovnává se napìtí
na obou vstupech OZ. Je-li napìtí na
invertujícím vstupu vìtší, výstup se pøeklopí do nízké úrovnì a kondenzátor C1
se zaène vybíjet. Zmenší-li se napìtí na
invertujícím vstupu pod úroveò napìtí
na neinvertujícím vstupu, výstup se pøeklopí do vysoké úrovnì a kondenzátor se
zaène nabíjet. Nabíjení trvá tak dlouho,
dokud napìtí na invertujícím vstupu nepøesáhne napìtí na neinvertujícím vstupu. Tento dìj se neustále opakuje.
Kmitoèet multivibrátoru je urèován
souèástkami R2 a C1. Na kondenzátoru
C1 je pøibližnì pilovitý prùbìh superponovaný na polovinu napájecího napìtí.
Amplituda pilovitého prùbìhu je urèována dìlièem napìtí s rezistory R1,
R3. Zmenšíme-li odpor R1 nebo zvìtšíme-li odpor R3, zvìtší se amplituda
pilovitého prùbìhu. Tím se trochu zpomalí blikání (nabíjení a vybíjení kondenzátoru C1 trvá déle). Zároveò bude
oranžová svítit oproti zelené a èervené
relativnì kratší dobu.
OZ IO1c a IO1d pracují jako komparátory. Zajišují rozsvícení oranžové LED
(D5) v dobì, kdy je pilovité napìtí v rozsahu od Un / 2 + 0,6 V do Un / 2 - 0,6 V.
OZ IO1b je komparátor s hysterezí
pro pøepínání èervené a zelené. Porovnává pilovité napìtí s polovinou napájecího napìtí. Hysterezi vytváøí rezistor
R4 a diody D1 a D2. Úbytek napìtí na
diodách D1 a D2 je pøibližnì stejný jako
úbytek napìtí na diodách D3 a D4. Proto se blikání èervené a zelené kryje se
zhasnutím a rozsvícením oranžové.
Z výstupu IO1b jsou napájeny obì
èervené i zelené LED v obou ulicích.
Proto musí být tyto diody zapojeny paralelnì pøes rezistory R6, R7 a R8, R9.
Zelené LED D6 a èervené LED D7
mají odlišná napìtí v propustném smìru, a proto jsou buzeny pøes samostatné
rezistory R6 a R7 (totéž platí i pro ostatní LED). Pøi pøímém paralelním spojení
zelené a èervené LED a jejich buzení
pøes spoleèný rezistor by zelená LED
svítila jen velmi slabì, nebo vùbec ne.
LED D5 až D13 jsou ve skuteènosti
vždy skupiny dvou nebo ètyø paralelnì
propojených LED (viz seznam souèástek), které jsou umístìny na pøíslušných pozicích ve všech semaforech na
køižovatce (v jednom semaforu pro
auta a v osmi semaforech na pøechodech pro chodce). LED jedné barvy
musí být vždy stejného typu a všechny
LED musí mít co nejvìtší úèinnost, aby
dostateènì svítily už pøi proudu 2 mA.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
21
Obr. 46. Svìtla na køižovatce
Výstupní proud použitých OZ je pøi
velikosti nad 10 mA omezován a rostou
výkonové ztráty v OZ. Proud 10 mA bychom nemìli zbyteènì pøekraèovat.
Pøi vìtším proudu už nelze zanedbat úbytek napìtí na výstupním odporu OZ, který by zpùsobil, že napø. LED
D8 a LED D6 by svítitily souèasnì.
Proto pøed LED zde musí být zapojeny
Zenerovy diody D14 a D15, které posunou ss úrovnì signálu.
Odpor Rp pøedøadného rezistoru pro
skupinu LED v závislosti na velikosti napájecího napìtí Un urèíme podle vztahu:
Rp = (Un - UOZ - UZ - ULED)/I LED [Ω; V, A]
Za U OZ (saturaèní napìtí OZ) a
ULED (napìtí na LED v propustném
smìru) dosadíme 1,5 V (u R7 je UOZ
saturaèní napìtí dvou OZ, èili 3 V). Zenerovo napìtí UZ diod D14 a D15 volíme zhruba okolo poloviny napájecího
napìtí (není kritické). I LED je celkový
proud skupiny LED (napø. 2x 2 mA).
Odpory pøedøadných rezistorù podle
schématu odpovídají napájecímu napìtí
12V a použití LED s vìtší úèinností.
Svìtla na pøechodech pro chodce,
která obsahují celkem 16 LED (kaž-
Obr. 47. Obrazec plošných spojù
svìtel na køižovatce (mìø.: 1 : 1)
22
dá z LED D10 až D13 je vlastnì ètveøice LED, které jsou umístìny v rùzných
semaforech), jsou spínána tranzistory
T1 a T2. Odpor rezistoru R15 musíme
zvolit tak, aby tranzistor T2 spolehlivì
sepnul a zároveò aby proud tekoucí do
jeho báze nerozsvítil D10 a D11.
U skuteèné køižovatky se zelená pro
chodce rozsvítí, až když pøestane svítit
oranžová, a zhasne o chvíli døív, než
zhasne èervená pro auta, aby chodci,
kteøí právì pøecházejí, stihli dojít na
chodník. V tomto zapojení není tento
problém øešen, svìtla pro chodce svítí
synchronnì s èervenou a zelenou pro
auta, bez ohledu na oranžovou. Dùležitá je zde jednoduchost zapojení.
Z následujících namìøených hodnot
si mùžeme uèinit pøedstavu, jak souvisí
perioda multivibrátoru s napájecím napìtím a s hodnotami souèástek.
Pro R2 = 680 kΩ, R1 = 680 kΩ,
R3 = 120 kΩ, C1 = 47 µF a Un = 15 V je
perioda 57 s, žlutá svítí 6 s. Pøi poklesu
Un na 12 V se perioda prodlouží na
62 s, žlutá svítí 7,5 s.
Pro R2 = 680 kΩ, R1 = 120 kΩ,
R3 = 120 kΩ, C1 = 47 µF a Un = 12 V je
Obr. 48. Rozmístìní souèástek
na desce svìtel na køižovatce
perioda 1 min 58 s, žlutá svítí 5 s. Pøi
zmenšení R1 se prodloužila perioda,
doba, kdy svítí žlutá, zùstala pøibližnì
stejná (zvìtšila se amplituda kmitù na
vývodu 13 IO1a).
Pro R2 = 680 kΩ, R1 = 120 kΩ,
R3 = 120 kΩ, C1 = 22 µF a Un = 12 V je
perioda asi 1 min, žlutá svítí 2 až 3 s. To
asi nejvíce odpovídá reálnému provozu.
Èím kratší dobu svítí žlutá, tím ménì je
vidìt, že v té dobì svítí zelená pro chodce.
Konstrukce
Všechny souèástky (kromì LED)
jsou na jedné desce s jednostrannými
plošnými spoji (obr. 47 a obr. 48). LED
jsou umístìny v semaforech, propojovací vodièe k LED jsou na desku pøipájeny nebo jsou pøipojeny pomocí šroubovacích svorkovnic.
Pøi osazování desky nezapomeneme na drátové propojky pod IO a na
propojku mezi D4 a R3. Diodu D4 je
možné rovnìž zapojit ze strany spojù a
této propojce, která vede pod nìkterými
souèástkami, se vyhnout. Obvod musí
pracovat na první zapojení.
Seznam souèástek
R1
R2
R3
R4
R5, R17
R6, R7,
R8, R9
R10, R11,
R12, R13
R14
R15
R16
C1
D1, D2,
D3, D4
D5
D6
D7
D8
D9
D10
D11
D12
D13
D14, D15
T1, T2
IO1
120 kΩ, miniaturní
680 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
2,7 kΩ, miniaturní
330 Ω, miniaturní
680 Ω, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
43 kΩ, miniaturní
680 Ω, miniaturní
22 µF/16 V, radiální
1N4148
4x oranžová LED
2x zelená LED
2x èervená LED
2x zelená LED
2x èervená LED
4x zelená LED
4x èervená LED
4x zelená LED
4x èervená LED
BZX83V006.2
BC547B
TL074
DPS stojí 34 Kè, souèástky 168 Kè.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
DOPLÒKY
K DOMOVNÍMU TELEFONU
Ing. Jiøí Vlèek
Tento pøíspìvek se zabývá úpravami domovních telefonù, kterých jsou v naší zemi statisíce. Tyto
úpravy vytváøejí zároveò ideální doplòkovou pracovní pøíležitost pro všechny, kteøí se zabývají instalací
a údržbou domovních rozvodù. Amatérská realizace tìchto doplòkù je bez problémù, jedná se o velmi
jednoduchá zapojení.
Úvod
Následující tématický celek konstrukèních návodù je urèen ke zdokonalení funkce domovních telefonù od
výrobce Tesla Stropkov, typ 110 36,
kterými je vybavená vìtšina bytových
domù v naší republice.
Blokové schéma domovního telefonu, který kombinuje bytový zvonek, telefon a elektrický zámek, je na obr. 1.
Domovní telefonní pøístroj, umístìný
uvnitø bytu (oznaèený na obr. 1 jako
Dom. tel.), obsahuje bzuèák (Bz) spoleèný pro zvonkové tlaèítko za dveømi
bytu (dále dveøní tlaèítko) a u vchodových dveøí do domu (dále vchodové tlaèítko), mikrofon (Mic) a sluchátko (Sl)
pro komunikaci s návštìvníkem u vchodových dveøí do domu, a tlaèítko ovládající elektrický zámek (el. zámek), který tyto dveøe otvírá.
Dalšími èástmi rozvodu domovního
telefonu jsou zvonková tlaèítka, elektric-
ký vrátný, elektrický zámek, napájeè a
kabeláž, které jsou umístìny na chodbách a u vchodových dveøí.
Na obr. 2 je uvedena pouze ta èást
zapojení domovního telefonu, která má
návaznost na dále popisované doplòky.
Pro lepší orientaci je ještì na obr. 3
pohled na desku se svorkovnicemi,
obsaženou v domovním telefonním pøístroji.
Celkové zapojení domovních telefonních rozvodù (napájeèe, elektického
vrátného atd.) neuvádím.
Napájecí napìtí není do domovního
telefonního pøístroje pøivádìno trvale.
Napájecí zdroj (který poskytuje ss napìtí pøibližnì 10 V) i zesilovaè signálu
elektrického vrátného jsou ve spoleèné
èásti u vchodových dveøí pod panelem
s vchodovými tlaèítky.
Mikrofon i sluchátko z každého bytu
jsou pøipojeny k elektrickému vrátnému.
Do každého domovního telefonního pøístroje je pøiveden z napájeèe pouze záporný pól stejnosmìrného napájecího
napìtí (na svorku 3) a pøes zvonková
tlaèítka støídavé napìtí 8 až 9 V (na
svorku 4). Støídavé vyzvánìcí napìtí
je symetrické oproti zápornému pólu
stejnosmìrného napájecího napìtí,
neobsahuje žádnou stejnosmìrnou
složku.
Z tìchto faktù je tøeba vycházet pøi
konstrukci doplòkových obvodù.
Obr. 3.
Umístìní dále
popisovaných
obvodù
v domovním
telefonním
pøístroji
Obr. 2.
Èásteèné
schéma
domovního
telefonního
pøístroje
s vestavìnými
doplòky
Obr. 1. Blokové schéma domovního
telefonu
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
23
Dvoutónový zvonek
s LED
(rozlišení dveøního a
vchodového zvonku)
Když vám zazvoní zvonek, je pøíjemné vìdìt, zda je návštìvník pøed
dveømi bytu nebo zda èeká pøed vchodem do domu. Abyste to zjistili, musíte
nejprve jít k bytovým dveøím a otevøít je,
pøípadnì otevøít okno. Následující obvod
vám to umožní zjistit pohodlnìji pomocí
akustické a optické signalizace.
Testa Stropkov dodává tzv. pøídavný zvonek, který umožòuje rozlišit, kde
se návštìvník nachází. Je to malá krabièka obsahující diodu, filtraèní kondenzátor a piezomìniè (na stejnosmìrné
napìtí), do které se pøivádí støídavé napìtí pøes dveøní tlaèítko. Maloobchodní
cena této krabièky je okolo 115 Kè, k ní
je nutné pøipoèítat cenu montáže.
Ne každému se však bude líbit další
krabièka, pøišroubovaná ke zdi vedle
domovního telefonního pøístroje. Ne
každému bude vyhovovat její hlasitost.
Piezomìniè kmitá na frekvenci 500 až
1000 Hz, ve vìtším bytì se tato frekvence hùøe šíøí, napø. pøes zavøené
dveøe.
Proto zde øeším tento problém pøidáním jednoduchého obvodu, který byl
nazván dvoutónový zvonek, do stávajícího telefonního pøístroje bez nutnosti
provádìt v nìm mechanické úpravy
(neztrácí se záruka).
Využívá se stávající bzuèák, který
pracuje s kmitoètem 50 Hz a má dostateènou hlasitost. Bzuèák obsahuje
cívku s odporem 20 Ω s dìleným jádrem z magneticky mìkké oceli. Støídavý proud zpùsobuje kmitání jádra,
což vydává zvuk. Jedná se v podstatì
o relé bez kontaktù. Protože se jádro
pøitahuje k cívce v každé pùlperiodì budicího síového napìtí, je základní harmonická tónu bzuèáku 100 Hz.
Podmínkou pro to, aby bylo možné
rozlišit, které ze zvonkových tlaèítek
bylo stisknuto, nesmí být vnì bytu obì
zvonková tlaèítka spojena paralelnì
(u nìkterých rozvodù tomu tak je, takový rozvod je nutné upravit).
Schéma obvodu dvoutónového
zvonku je uvedeno v rámeèku z èárkované èáry na obr. 2. Napìtí ze zvonkového tlaèítka 1 (vchodového) je pøivádìno pøímo na bzuèák, napìtí z tlaèítka 2
(dveøního) pøichází na bzuèák pøes popisovaný obvod, který je upravuje kvùli
rozlišení tlaèítek.
Zvuk bzuèáku se pøi stisknutí tlaèítka 2 modifikuje periodickou zmìnou
síly a kmitoètu zvuku asi 0,5 s po stisknutí tlaèítka. Vznikne tak kolísavý tón
(ho-øí), snadno rozpoznatelný od stálého tónu.
Po stisknutí tlaèítka 2 se pøes rezistor R1 a diodu D2 nabíjí kondenzátor
C1. Tyristor Ty je vypnutý a do bzuèáku
jde pøes diodu D1 pouze jedna pùlvlna
støídavého proudu, takže základní har-
24
monická tónu bzuèáku je 50 Hz. Zmìnìná je i hlasitost zvonìní.
Po nabití C1 na 10 V (asi za 0,5 s)
se otevøe tyristor Ty a nastane poznatelná zmìna zvuku (zvuk nabude pùvodní výšku tónu 100 Hz a hlasitost).
Doba nabíjení C1 je dána odporem rezistoru R1. Nabitý kondenzátor C1 se
vybíjí pøes R3 a na 10 až 15 s se rozsvítí LED D3. Akustické rozlišení, které
samozøejmì nemusí každému úplnì
vyhovovat, tak doplòuje optická signalizace.
Pøi opakovaném stisknutí zvonkového tlaèítka je nabíjení C1 pochopitelnì
kratší, tyristor se sepne døíve a D3 svítí
jasnìji.
Obvod dvoutónového zvonku je možné do telefonního pøístroje zapojit s libovolnou polaritou.
Všechny souèástky obvodu dvoutónového zvonku vèetnì LED D3 jsou
pøipájeny na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji.
Obrazec spojù varianty obvodu
s klasickými vývodovými souèástkami
je na obr. 4, rozmístìní souèástek na
desce je na obr. 5.
Obrazec spojù varianty obvodu se
souèástkami SMD je na obr. 6, rozmístìní souèástek na obou stranách desky
je na obr. 7 a obr. 8.
Pøi osazování desek neodštipujeme vývody diody D1, ale využijeme je
k zapojení obvodu.
Vývod katody D1 pøitáhneme pod
šroub svorky 4 v telefonu, celá deska
pak na nìm drží (vzhledem k jejím rozmìrùm ji není nutné nikam dále pøipevòovat).
Vývod anody D1 spojíme s pøívodem od tlaèítka 2 (dveøního). K upevnìní tohoto vodièe mùžeme pøípadnì
využít svorku A, je-li k dispozici.
LED D3 umístíme tak, aby byla pøes
møížku telefonního krytu zvenèí dobøe
vidìt. Pokud bude C1 pøipájen na výšku, nesmí být umístìn pod pøepážkou
horního krytu.
Osazenou a oživenou desku s plošnými spoji (variantu s vývodovými souèástkami ) posílám na dobírku za 60 Kè
(adresa autora viz str. 34). K cenì bohužel musím pøipoèítat 65 Kè poštovné
(kdo mi pošle v dopise 70 Kè, tomu obvod pošlu rovnìž dopisem).
Znovu upozoròuji, že aby stavba
nebo koupì obvodu mìla smysl, nesmí
být obì zvonková tlaèítka (dveøní a
vchodové) v rozvadìèi propojena paralelnì, což se nìkdy mùže stát, zvl᚝
ve starších domech.
Z tìchto dùvodù doporuèuji objednat
si tento obvod prostøednictvím firmy,
která má na starost údržbu domovní
elektroinstalace. Zasahovat do domovních rozvodù neoprávnìné osoby nesmí, vyznat se v množství zvonkových
drátù by pro neodborníka stejnì nebylo
snadné. Pøedpokládám cenu obvodu
i s montáží asi 100 až 120 Kè.
Montហtohoto obvodu mùže pøedstavovat zajímavou doplòkovou pracovní pøíležitost pro všechny, kteøí se touto
problematikou zabývají.
Obr. 4. Obrazec plošných spojù
dvoutónového zvonku - varianta s vývodovými souèástkami (mìø.: 1 : 1)
Obr. 5. Rozmístìní souèástek
na desce dvoutónového zvonku
- varianta s vývodovými souèástkami
Obr. 6. Obrazec plošných spojù
dvoutónového zvonku - varianta se
souèástkami SMD (mìø.: 1 : 1)
Obr. 7. Rozmístìní vývodových souèástek na desce dvoutónového zvonku
- varianta se souèástkami SMD
Obr. 8. Rozmístìní souèástek SMD
na desce dvoutónového zvonku
- varianta se souèástkami SMD
Seznam souèástek
(varianta s vývodovými souèástkami)
R1
R2
R3
C1
D1
D2
Ty
100 Ω, miniaturní
240 kΩ, miniaturní
10 kΩ, miniaturní
1000 µF/16 V, radiální
1N4007
1N4148
MCR 100-8
R1
R2
R3
C1
D1
D2
Ty
(varianta se souèástkami SMD)
100 Ω, SMD 1206
240 kΩ, SMD 1206
10 kΩ, SMD 1206
1000 µF/16 V, radiální
1N4007
BAS21, SOT23
MCR 100-8
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
C1
C2
C3
D1
IO1
Piezo
Obr. 9.
Pøídavný
zvonek
6,8 nF, SMD 1206
100 nF, SMD 1206
22 µF/16 V, radiální
1N4007, SMD
NE556, DIL14
viz text
DPS stojí 9 Kè, souèástky 59 Kè.
Pøídavný zvonek
Obvod, jehož schéma je na obr. 9,
funguje buï jako pøídavný zvonek zapojený paralelnì ke stávajícímu bzuèáku,
nebo mùže být použit pro rozlišení
dveøního a venkovního zvonkového tlaèítka (jedno tlaèítko je pøipojeno ke stávajícímu bzuèáku, druhé k tomuto pøídavnému zvonku.
Jako zdroj zvuku použijeme piezomìniè. Vybereme typ s vyhovující citlivostí. Èím je vìtší citlivost, tím jsou
zpravidla vìtší i rozmìry. K dosažení
subjektivnì nejvìtší hlasitosti použijeme kmitoèty 1 až 3 kHz, pro které je lidské ucho nejcitlivìjší. Nejvìtší pozornost vyvolá, když je takový tón navíc
pøerušován kmitoètem zhruba 2 Hz.
Tón zvonku nemusí znít pøíjemnì,
dùležité je, aby na nìj èlovìk reagoval.
Pøi použití piezomìnièe KPT1540W
(o prùmìru 18 mm) je hlasitost zhruba
stejná, jako u klasického bzuèáku. Je
však tøeba uvážit, že pøes zavøené dveøe se signály vyšších kmitoètù šíøí hùøe.
Použití piezomìnièe s vìtší citlivostí
rozhodnì není na závadu.
K realizaci obvodu pøídavného
zvonku se nejlépe hodí dvojitý èasovaè
556, který je pøípadnì schopen vybudit
i malý reproduktor.
Obvod 556 obsahuje dva astabilní
multivibrátory. Kmitoèet vyzvánìcího
tónu je urèen vztahem:
ft = 1,44/ [(R1 + 2·R2)·C1)] [Hz; Ω, F],
R4
C1
C2
C3
D1
IO1
Piezo
2,2 MΩ, miniaturní
6,8 nF, keramický
100 nF,keramický
22 µF/16 V, radiální
1N4007
NE556, DIL14
viz text
DPS stojí 15 Kè, souèástky 59 Kè.
(varianta se souèástkami SMD)
R1, R2
30 kΩ, SMD 1206
R3
120 kΩ, SMD 1206
R4
2,2 MΩ, SMD 1206
Obr. 10. Obrazec plošných spojù
pøídavného zvonku - varianta s vývodovými souèástkami (mìø.: 1 : 1)
Obr. 11. Rozmístìní souèástek
na desce pøídavného zvonku
- varianta s vývodovými souèástkami
fp = 1,44/ [(R3 + 2·R4)·C2)] [Hz; Ω, F].
Obr. 12. Obrazec plošných spojù
pøídavného zvonku - varianta se
souèástkami SMD (mìø.: 1 : 1)
Obr. 13. Rozmístìní souèástek SMD
na desce pøídavného zvonku
- varianta se souèástkami SMD
Seznam souèástek
(varianta s vývodovými souèástkami)
R1, R2
30 kΩ, miniaturní
R3
120 kΩ, miniaturní
Snad každý si obèas pøeje nebýt nikým rušen a nebýt pro nikoho doma.
Týká se to pøedevším tìch, kteøí pracují
v noci a ve dne spí.
Pøipojit do stávajícího domovního telefonního pøístroje spínaè, který odpojí
zvonek, není žádný problém. Na obr. 2
je tento spínaè oznaèen písmenem S.
Spínaè je nejvhodnìjší umístit na dolní èásti krytu (aby pøívodní vodièe nemusely být pøíliš dlouhé) na pravém boku
nahoøe, kde je dostatek volného místa.
Obvod zpoždìného
zapnutí zvonku
obdobnì se urèí i kmitoèet pøerušování:
Obvod pøídavného zvonku je napájen stejnosmìrným napìtím, které získáme ze støídavého napìtí pøivedeného
ze zvonkového tlaèítka usmìrnìním diodou D1 a filtrací kondenzátorem C3.
Souèástky pøídavného zvonku jsou
pøipájeny na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji. Deska je navržena ve dvou variantách - s vývodovými
souèástkami a se souèástkami SMD
Obrazec spojù varianty s vývodovými souèástkami je na obr. 10, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 11.
Obrazec spojù varianty se souèástkami SMD je na obr. 12, rozmístìní
souèástek na obou stranách desky je
na obr. 13 a obr. 14.
Piezomìniè mùže být v obou variantách upevnìn dvìma šroubky M2 nad IO.
Vypínaè zvonku
Obr. 14. Rozmístìní vývodových souèástek na desce pøídavného zvonku
- varianta se souèástkami SMD
Pokud chcete nìkdy nebýt doma
pouze pro cizí neohlášené návštìvníky
a nikoliv pro své blízké, je potøeba spínaè doplnit obvodem zpoždìného zapínání (obr. 2, obvod je umístìn v rámeèku z èárkované èáry).
Pøi krátkém stisknutí zvonkového tlaèítka (jak bývá slušné a obvyklé zvonit)
se kondenzátor C1 nestaèí nabít a zvonek nezvoní. Protože se kondenzátor
C1 prùbìžnì vybíjí pøes R2, nestaèí se
C1 ani pøi opakovaném krátkodobém
tisknutí tlaèítka nabít a zvonek nezvoní.
Teprve po 5 až 10 s trvalého držení
tlaèítka se otevøe tyristor Ty (v okamžiku sepnutí tyristoru je na C1 maximálnì
5 V) a zvonek zvoní (teèe do nìj jedna
pùlvlna støídavého proudu). Proto se
k vám dozvoní pouze ti, kterým informaci o zpoždìném zapnutí zvonku sdìlíte.
Doba zpoždìní není vždy stejná pøi
výrobì vìtšího poètu kusù obvodu. Rozptyl parametrù je dán tolerancemi použitých souèástek (pøedevším tyristoru) a také kolísáním napájecího napìtí.
Aby byl obvod reprodukovatelný, nesmí být odpor rezistoru R1 pøíliš velký.
Doba prodlevy by mìla odpovídat maximálnì jedné èasové konstantì R1·C1.
Jinak bychom museli dobu zpoždìní
nastavovat zmìnou odporu R1. Kdybychom pøípadnì chtìli dobu zpoždìní
prodloužit, musíme zvìtšit kapacitu
kondenzátoru C1.
Pøi sepnutém spínaèi S (zapnuté
zvonìní) je obvod zkratován a neuplatní se.
Obvod zpoždìneho zapnutí zvonku
je zkonstruován z vývodových souèástek na malé destièce s jednostrannými
plošnými spoji (obr. 15, obr. 16)
Aby byla montហobvodu do telefonního pøístroje co nejjednodušší, je na
desku s plošnými spoji pøipájen páèkový pøepínaè, prostøednictvím nìhož je
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
25
Obr. 15. Obrazec plošných spojù
obvodu zpoždìného zapnutí zvonku
(mìø.: 1 : 1)
Obr. 16. Rozmístìní souèástek na desce obvodu zpoždìného zapnutí zvonku
deska pøišroubována ke krytu telefonu.
Pozor, použitý typ pøepínaèe je nutné
pájet pouze krátce, hrozí jeho poškození teplem. Pøepínaè doporuèuji fixovat
k desce epoxidovým lepidlem nebo Lukoprénem.
Pøi zapojení obvodu do telefonního
pøístroje nezáleží na polaritì pøipojení.
Pouze pøi souèasném použití s dvoutónovým zvonkem je potøebné dodržet polaritu uvedenou ve schématu na obr. 2.
Tento obvod dodávám za stejných
podmínek jako již døíve popisovaný
dvoutónový zvonek - osazená a oživená deska se spínaèem stojí 60 Kè (adresa autora viz str. 34).
Seznam souèástek
R1
R2
C1
D1
Ty
S
30 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
220 µF/6,3 V, radiální
1N4148
MCR100-8
KNX 1
Optický „zvonek“
pro neslyšící
Neslyšícím nebo velmi špatnì slyšícím osobám usnadní život obvod, který
pøevede elektrický signál ze zvonku na
blikání žárovky. Doporuèený výkon žárovky je 60 až 100 W, aby svìtlo bylo
viditelné i ve dne.
Tuto žárovku spíná kaskáda optotriaku a výkonového triaku, která zároveò
zajišuje galvanické oddìlení sítì a
zvonkového obvodu.
Optotriak je øízen multivibrátorem
s obvodem NE555CMOS, který je napájen z domovního telefonu.
Kmitoèet multivibrátoru je urèován
hodnotami souèástek R1, R2 a C2.
Kmitoèet blikání není kritický, volíme jej
øádu jednotek Hz.
Obr. 17.
Optický
„zvonek“
pro neslyšící
26
Ke spolehlivému sepnutí optotriaku
je potøebný minimální proud 4 mA.
Vlastní odbìr IO1 je zanedbatelný.
Obvod je pøipojen k domovnímu telefonu stejnì jako pøídavný zvonek (na
polaritì pøívodù nezáleží). Kondenzátor
C1 se nabíjí pøi stisknutí zvonkového
tlaèítka pøes diodu D1 a rezistor R4,
který omezuje maximální proud diodou
pøi nabíjení C1. Kapacitu C1 volíme radìji vìtší, aby obvod pracoval ještì nìkolik sekund po uvolnìní zvonkového
tlaèítka.
Odpor rezistoru R3 urèuje spínací
proud optoèlenu a zároveò dobu vybíjení C1. Jeho pøípadným zvìtšením bychom však dobu blikání žárovky neprodloužili.
Obvod je zkonstruován na desce
s jednostrannými plošnými spoji z vývodových souèástek. Obrazec spojù je
na obr. 18, rozmístìní souèástek na
desce je na obr. 19.
Deska optického „zvonku“ je umístìna ve skøíòce KPZ11. Jedná se vlastnì o prùchozí síovou zásuvku s vidlicí,
která je pøímo zasunuta do síové zásuvky na stìnì. Do zásuvky skøíòky
KPZ11 zasuneme pøívod od lampièky
se signalizaèní žárovkou.
Nulový a ochranný vodiè jsou ve
skøíòce vedeny pøímo ze zásuvky do vidlice, fázový vodiè je mezi zásuvkou a
vidlicí veden pøes desku optického
„zvonku“ (vodièe L na obr. 19). Vodièe
mezi zásuvkou a vidlicí musí být dostateènì dlouhé, aby krabièku bylo možné
snadno otevøít. Prùøez a izolace vodièù
musí odpovídat síovému napìtí. Odpor
ochranného vodièe musí být, podobnì
jako u síových šòùr, menší než 0,3 Ω.
Fáze musí být v síové zásuvce v levé
dutince, je-li zemnicí kolík nahoøe.
Celý obvod také mùžeme zaøadit
napevno do síového pøívodu lampièky
a umístit jej do nìjaké levnìjší univerzální krabièky.
Je tøeba pøipomenout, že každá žárovka se jednou pøepálí a že nìkdy pøi
tom nastává v žárovce zkrat (i když je
životnost žárovky minimálnì ve stovkách hodin a zde pracuje pøi každém
zazvonìní nìkolik sekund). Obvod bude
pøipojen do zásuvkového okruhu jištìného pravdìpodobnì jistièem 16 A. Použitý triak je dimenzován na maximální
proud 30 A, aby vydržel i pøípadný krátkodobý zkrat. Vzhledem k tomu, že vypínací doba jistièe je pøíliš dlouhá, bylo
by potøebné chránit optický „zvonek“
vlastní rychlou tavnou pojistkou (typu
F), dimenzovanou na jmenovitý proud
lampièky.
Není to ale nezbytné, pravdìpodobnost zkratu na zátìži je zanedbatelná a cena použitého triaku je malá a
Obr. 18. Obrazec plošných spojù
optického „zvonku“ (mìø.: 1 : 1)
Obr. 19. Rozmístìní souèástek
na desce optického „zvonku“
srovnatelná s cenou pojistkového
pouzdra.
Další možností je zapojit do série
se žárovkou optického „zvonku“ drátový rezistor 10 Ω/2 W pro omezení
zkratového proudu.
Trvalý proud triaku je 4 A, což je víc
než dostateèné. Z tìchto dùvodù by
nebylo vhodné použít napø. optotriak
S26MD01, který je dimenzován na
proud jen 0,6 A.
Hotový výrobek v krabièce KPZ11
prodávám za 475 Kè, desku s plošnými spoji za 19 Kè, sadu souèástek za
85 Kè, osazenou a oživenou desku
s plošnými spoji za 190 Kè (viz str. 34).
Seznam souèástek
R1, R2
R3
R4
C1
C2
D1
IO1
Op
Tr
120 kΩ, miniaturní
1,5 kΩ, miniaturní
82 Ω, miniaturní
2 200 µF/16 V, radiální
2,2 µF/16 V, radiální
1N4148
NE555CMOS
MOC3021
T410/600T
Zkušební telefon
Opraváøùm domovních telefonù je
urèena konstrukce zkušebního telefonu, jehož schéma je na obr. 20. Jedná
se o univerzální zkušební obvod, kterým se testují domovní telefony a jejich
pøipojení.
Zkušební telefon obsahuje kromì
sluchátka a mikrofonu v bìžném zapojení i dvoubarevnou LED D3, která
umožòuje detekovat pøítomnost napìtí
(o velikosti okolo 10 V) a jeho polaritu.
Svítí-li LED dvoubarevnì, je na ni pøipojeno støídavé napìtí.
Zkušební telefon dále obsahuje prozvánìcí obvod pro urèení prùchodnosti
vodièù, popø. jejich zkratu. Použil jsem
zde èasovaè NE555CMOS (IO1) v bìžném zapojení astabilního multivibrátoru.
Spojíme-li vývody 3 a 4 a souèasnì
stiskneme tlaèítko, uslyšíme ve sluchátku vysoký tón a LED D3 se rozsvítí
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
vou velikost napájecího napìtí (asi na
12 V, vnitøní odpor zdroje je øádu jednotek ohmù). Pøes rezistor R1 se pomalu
nabíjí kondenzátor C2. Když se nabije
na 6 až 7 V, otevøe se pøes diodu D3
tranzistor T1 a relé Re sepne. Nabíjení
kondenzátoru C2 do okamžiku sepnutí
relé trvá pøibližnì:
Obr. 20.
Zkušební
telefon
T = 0,7·R1·C2
R5
C1, C2
C3
C4
2 kΩ, SMD 1206
100 nF, SMD 1206
22 µF/16 V, radiální
100 nF, keramický,
vývodový
D1, D2
1N4007, SMD
D3
LED dvoubarevná
se dvìma vývody
IO1
NE555CMOS
Držák baterie A306 511
Baterie 12 V (L1020)
Tlaèítko P-RESET
Obr. 21. Obrazec plošných spojù
zkušebního telefonu (mìø.: 1 : 1)
DPS stojí 14 Kè, souèástky (bez mikrofonu a sluchátka) 69 Kè.
Zpožïovací obvod
pro elektrické
otevírání dveøí
Obr. 22. Rozmístìní souèástek SMD
na desce zkušebního telefonu
Obr. 23. Rozmístìní vývodových souèástek na desce zkušebního telefonu
obìma barvami. Optická indikace zkratu je potøebná, nìkdy se musí pracovat
i ve velmi hluèném prostøedí.
Pro jistotu je možné chránit IO1
proti pøepìtí Zenerovou diodou D4 typu
napø. BZY015 (15 V/2 W/100 mA), která by byla pøipájena pøímo k jeho vývodùm (na desce pro ni místo není).
Celý zkušební telefon je umístìn
v krabièce telefonního sluchátka. Z rozmìrových dùvodù je baterie 12 V (miniaturní typ) umístìna mimo desku
s plošnými spoji ve zvláštním držáku.
Kvùli zmenšení rozmìrù je vìtšina
souèástek v provedení SMD (kromì
IO1, D3, C3, C4 a tlaèítka).
Obrazec plošných spojù je na obr.
21, rozmístìní souèástek na obou stranách desky je na obr. 22 a na obr. 23.
Seznam souèástek
R1, R2
R3
R4
4,7 kΩ, SMD 1206
1,2 kΩ, SMD 1206
22 Ω, SMD 1206
Pokud chceme pomocí elektronického bzuèáku stisknutím tlaèítka v bytì
na domovním telefonním pøístroji otevírat (myšleno odemykat) dvoje dveøe
souèasnì (pøední a zadní vchod), a pøipojíme-li k jednomu napájecímu zdroji
dva elektrické otevíraèe dveøí (EOD)
paralelnì, nemusí tato zaøízení vždy
spolehlivì fungovat. Paralelním pøipojením dvou otvíraèù dveøí se napájecí zdroj proudovì pøetíží a klesne na
nìm napìtí.
Jednoduchý pøístroj, jehož schéma
je na obr. 24, proto zajišuje postupné
zapínání EOD pomocí zpožïovacího
obvodu a pøepínacího relé.
První 2 až 3 s po stisknutí tlaèítka
v bytì (v domovním telefonním pøístroji
se záporný pól stejnosmìrného napájecího zdroje pøipojí na vývod 1 svorkovnice - viz obr. 1 na str. 23) je relé
v klidové poloze a pracuje EOD1, takže
je možné otevøít pøední dveøe.
Poté sepne relé Re, EOD1 se odpojí a zaène pracovat EOD 2, takže je
možné otevøít zadní dveøe.
Kondenzátor C1 se po stisknutí tlaèítka pøes D1 rychle nabije na špièko-
[s; Ω, F].
Dioda D2 chrání tranzistor T1 pøed
poškozením pøi odpojování cívky relé
(pøi pøerušení proudu tekoucího cívkou
se naindukuje napìová špièka).
Kondenzátor C1 zajišuje, aby relé
bylo sepnuto i v záporné pùlperiodì napájecího napìtí. Použité relé má napájecí napìtí 12 V (sepne se pøi napìtí 9 V
a vypne pøi napìtí 7 V), odpor cívky je
400 Ω, dobu odpadu je 8 ms, mùže
spínat trvalý proud 6 A.
Všechny souèástky jsou vývodové a
jsou pøipájené na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je
na obr. 25, rozmístìní souèástek na
desce je na obr. 26. Pøívody je možné
pøipojit pøes šroubovací svorkovnici
s rozteèí vývodù 3,5 mm.
Osazenou a oživenou desku (vèetnì relé a svorkovnice) dodávám za
90 Kè (adresa autora viz str. 34).
Seznam souèástek
R1
30 kΩ, miniaturní
C1
100 µF/16 V, radiální
C2
100 µF/10 V, radiální
D1, D2
1N4148
D3
BZX83V006.2
T1
BC547 B
Relé
H200SD12
(svorkovnice ARK 550/2 2 kusy)
Obr. 25. Obrazec plošných spojù
zpožïovacího obvodu (mìø.: 1 : 1)
Obr. 26. Rozmístìní souèástek
na desce zpožïovacího obvodu
Obr. 24.
Zpožïovací
obvod
pro elektrické
otevírání dveøí
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
27
Obr. 27. Domácí telefon
Obr. 29.
Rozmístìní
souèástek
na desce
domácího
telefonu
Domácí telefon
Popisovaný pøístroj umožòuje komunikaci dvou (a pøípadnì i více)
úèastníkù. Nemusí být jen dìtskou
hraèkou (podobné pøístroje se prodávají
v hraèkáøstvích), ale mùže sloužit pro
dorozumívání ve vìtším bytì, rodinném
domku nebo na pracovišti.
Schéma domácího telefonu s jednou hlavní a dvìma vedlejšími stanicemi je na obr. 27. Každý pøístroj obsahuje
mikrofon, sluchátko, spínaè, vyzvánìcí
tlaèítko a dále zesilovaè a oscilátor,
které jsou tvoøeny dvojitým OZ.
Pøístroj nejprve zapneme spínaèem
S, potom stiskneme vyzvánìcí tlaèítko
Tl. U protistanice zaène sluchátko pískat. Když druhý úèastník svùj telefon zapne, mùže probíhat hovor. Po ukonèení
hovoru oba úèastníci pøístroje vypnou.
Vyzvánìcí tón, který je vytváøen multivibrátorem IO1b, se pøenáší pøes zesilovaè IO1a a koncový stupeò s tranzistory T1 a T2 do sluchátka protistanice.
Zesilovaè IO1a zesiluje mikrofonní
signál. Dolní mezní kmitoèet zesilovaèe
je asi 200 Hz a je urèen èasovými konstantami C1·R2, C2·R3 a C3·Rsluch.
Zesílení je AU = 1 + R4/R3. Zvolil jsem
je podle použitého mikrofonu a sluchátka tak, aby pøi bìžné hlasitosti øeèi nebyl signál zkreslován a aby se obvod
vlivem akustické zpìtné vazby (když
jsou mikrofon a sluchátko blízko sebe)
nerozpískal. Protože odpor použitého
sluchátka je velmi malý (8 Ω), musí být
za operaèním zesilovaèem s maximál-
28
ním výstupním proudem 10 až 20 mA
ještì zesilovaè proudu (proudový booster) s tranzistory T1 a T2. Obvod pracuje s nesymetrickým napájecím napìtím, zkoušel jsem jej v rozsahu 6 až
15 V. Obvod virtuální zemì je tvoøen
rezistory R7 a R6. Odbìr proudu naprázdno je 3,6 mA, pøi hlasitém hovoru
a vyzvánìní je 20 až 50 mA.
Oba telefonní pøístroje mají spoleèné napájení z baterie o napìtí 9 nebo
12 V, popø. ze síového adaptéru. Napájecí napìtí je nutné blokovat filtraèním kondenzátorem C4. V klidovém
stavu by pøi bateriovém napájení mìly
být oba pøístroje vypnuty. Proto je vhodné indikovat zapnutí pøístroje diodou
LED D1. Dioda D2 chrání obvod proti
pøepólování baterie. Pokud se pøístroj
nebude vypínat, mùže sloužit k odposlechu (napø. dìtského pokoje).
Oba pøístroje jsou spolu spojeny
ètyøžilovým vodièem (telefonním kabelem nebo vícežilovým vodièem).
Telefon lze snadno rozšíøit tak, aby
hlavní stanice mohla komunikovat s více vedlejšími stanicemi. Na hlavní stanici potom bude pøepínaè, který umožní
volbu protistanice.
Na trhu bohužel není vhodná krabièka (úzká, dlouhá, jako logická sonda).
Svým tvarem trochu pøipomíná telefonní sluchátko krabièka U-KPD04 (27 x
x 188 x 59 mm, s pouzdrem na baterii
9 V), která je ale pro tento úèel trochu
velká. Pøi troše šikovnosti by nebyl problém desku umístit i do pouzdra od kartáèku na zuby. K napájení by však bylo
Obr. 28.
Obrazec plošných spojù
domácího telefonu (mìø.: 1 : 1)
nutné použít buï síový adaptér, nebo
miniaturní baterii 12 V.
Desku s plošnými spoji jsem proto
navrhl co nejužší (obr. 28, obr. 29). Na
desce je mikrofon, spínaè, vyzvánìcí
tlaèítko a místo pro pøipevnìní sluchátka a baterie. Všechny souèástky jsou
vývodové. Zapojení hlavní stanice a jedné nebo více protistanic je shodné, je
možné použít stejnou desku.
Hlavní stanice obsahuje navíc baterii (nebo konektor pro síový adaptér),
popø. pøepínaè volby protistanice.
Seznam souèástek
R1
R2
R3
R4
R5, R6
R7
R8, R9
C1, C5
C2, C4
C3
D1
D2
T1
T2
IO1
Tl
S
Mikrofon
Sluchátko
30 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
43 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
2,7 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
6,8 nF, keramický
100 nF, keramický
100 µF/16 V, radiální
LED s velkou svítivostí
1N4007
BC547B
BC557B
TL072
tlaèítko P-RESET
spínaè B069E
MC100
LP21008 (8 Ω; 0,1 W,
21 x 7 mm)
DPS stojí 26 Kè, souèástky 138 Kè (1 kus).
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
UŽITKOVÁ ELEKTRONIKA
Ing. Jiøí Vlèek
V této kapitole je popisováno nìkolik levných a co nejjednodušších pøístrojù pro domácnost a volný
èas. Pøístroje jsou dobøe amatérsky reprodukovatelné, obsahují vìtšinou vývodové souèástky, které
jsou pøipájeny na deskách s jednostrannými plošnými spoji. Autor dodává stavebnice popisovaných pøístrojù, adresa autora je na stanì 34.
Barevná hudba
s LED
Tato konstrukce patøí do kategorie
hraèek, které umožní zaèínajícím zájemcùm provádìt v tomto oboru jednoduché experimenty. Moderní LED s velkou svítivostí nahrazují žárovky a mají
podstatnì menší odbìr. Není problém
takový obvod napájet z baterií nebo
ze síového adaptéru.
Jediným problémem mùže být pøipojení barevné hudby ke zdroji signálu.
Vìtšina kombinovaných pøístrojù - minivìží nemá vyveden vhodný výstup.
Nejlepší je výstup pro nahrávání na
magnetofon, který je umístìn pøed regulátorem hlasitosti. Ménì vhodný je
sluchátkový výstup, na nìmž amplituda
signálu je závislá na nastavení regulátoru hlasitosti a korekcí.
nálu pøipojuje bezdrátovì pøes mikrofon. Signál z mikrofonu zesilují samostatné zesilovaèe pro nízké, støední a
vysoké kmitoèty s OZ1a až IZ1c.
Na výstupech OZ1a, OZ1b a OZ1c
je pøibližnì 1000x zesílený nf signál,
který je superponován na ss napìtí o velikosti asi 1,5 V. Pøi takto nastaveném
pracovním bodu zesiluje OZ pouze
kladnou pùlvlnu støídavého napìtí a pùsobí souèasnì jako usmìròovaè, takže
nepotøebujeme usmìròovací diody.
Jako referenèní zdroj napìtí je použita LED D5. Napìtí, které na ní namìøíme a které je potom i na výstupech
1, 7 a 8 OZ1, nesmí rozsvítit v klidovém
stavu LED D1, D2 a D3. Proto použijeme diodu D5 s vìtší úèinností a necháme jí protékat pouze malý proud.
Operaèní zesilovaèe jsou napájeny nesymetricky, jejich napìové zesílení AU je dáno vztahem:
Popis funkce
AU OZ1a = 1 + R1/R2,
Popisovaná barevná hudba, jejíž
schéma je na obr. 1, se ke zdroji nf sig-
AU OZ1c = 1 + R5/R6.
Obr. 1.
Barevná
hudba
s LED
AU OZ1b = 1 + R3/R4,
Podle potøeby mùžeme zmìnou odporu rezistorù R1 až R6 zesílení OZ
zvìtšit.
Dìlící kmitoèty fm jednotlivých integraèních a derivaèních èlánkù RC vypoèítáme podle vzorce:
fm = 1/(2·π·R·C)
[Hz; Ω, F].
Derivaèní èlánky C9R17, C8R6,
C7R15, R2C2, R4C4 a R6C5 tvoøí horní propusti, které potlaèují nízké kmitoèty. Integraèní èlánky C1R1 a C3R3
pracují jako dolní propusti, které potlaèují vysoké kmitoèty.
Volba hodnot jednotlivých souèástek není kritická, s dìlicími kmitoèty
mùžeme libovolnì experimentovat.
OZ1d mùžeme použít pro inverzi
basù. Je zapojen jako komparátor. LED
D4 svítí, když na vstupu není signál.
Když se s rostoucí amplitudou vstupního signálu nabije kondenzátor C6, pøeklopí se komparátor a LED D4 zhasne.
Díky delší èasové konstantì R10·C6
bliká LED D4 pomaleji.
Velikost napájecího napìtí není kritická, pøedpokládám 12 V. Pøedøadné
rezistory R7 až R9 mají malé odpory,
aby LED svítily i pøi menším napìtí.
Pøetížení LED nehrozí, protože OZ jsou
vybaveny proudovými ochranami a jejich maximální výstupní proudy nepøesáhnou 20 mA.
Konstrukce
Všechny souèástky barevné hudby
jsou vývodové a vèetnì LED jsou pøipájené na jedné desce s jednostrannými
plošnými spoji.
Obrazec spojù je na obr. 2, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 3.
Obr. 2. Obrazec plošných spojù
barevné hudby s LED (mìø.: 1 : 1)
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
29
Obr. 4.
Èelovka
s baterií 9 V
Obr. 3. Rozmístìní souèástek
na desce barevné hudby s LED
Seznam souèástek
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7, R8, R9
R10
R11
R13
R14
R15
R16
R17
R18
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
D1 až D4
D5
OZ1
MIC
680 kΩ, miniaturní
680 Ω, miniaturní
1,5 MΩ, miniaturní
200 Ω, miniaturní
1,5 MΩ, miniaturní
200 Ω, miniaturní
200 Ω, miniaturní
1,5 MΩ, miniaturní
680 Ω, miniaturní
8,2 kΩ, miniaturní
200 Ω, miniaturní
43 kΩ, miniaturní
680 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
1 nF, keramický
22 µF/16 V, radiální
470 pF, keramický
4,7 µF/16 V, radiální
1 µF/16 V, radiální
100 nF, keramický
10 nF, keramický
10 nF, keramický
100 nF, keramický
LED
LED èervená
TL074
MCE100
lovou svítilnu používám, a proto se
snažím najít optimální kompromis mezi
svítivostí a životností baterií. Není to jen
otázka finanèní, pøi delších expedicích
tvoøí rezervní baterie zbyteènou váhu
navíc a nové nelze vždy snadno koupit.
Nové LED, které jsou v popisované
èelovce použity, mùžeme používat i pøi
proudu okolo 5 mA. Pro vìtšinu èinností, jako je chùze po cestì, pøíprava jídla,
stavìní stanu, apod. je takový proud vyhovující. Obèas ale nastane situace,
kdy potøebujeme krátkodobì vìtší svìtlo, napø. pøi hledání turistické znaèky a
pøi orientaci v neznámém terénu.
Popis funkce
DPS stojí 24 Kè, souèástky 89 Kè.
Èelovka
s baterií 9 V
Pokrok v oblasti bílých LED jde nezadržitelnì kupøedu a možnosti jejich
použití se stále rozšiøují. Roste jejich
svítivost pøi zachování stejné ceny.
Proto se vyplatí staré èelové svítilny se
žárovkami, u kterých se díky velkému
proudu žárovky baterie vždy rychle
vybily (èasto i po pùl hodinì používání),
pøedìlat na bílé LED.
Pøi koupi nových výrobkù za nízkou
cenu od neznámých výrobcù se vyplatí
opatrnost. Øada takových èelovek je
sice vybavena rùznými efekty blikání,
ale svítí dobøe jen první hodinu provozu,
pak svit klesá. LED jsou v nich èasto
zapojeny jen pøes odpor a jejich proud
je potom silnì závislý na napájecím napìtí. Proud se volí zbyteènì velký, nejdùležitìjší je pøedvést zákazníkovi, že
svítilna dobøe svítí. Ekonomiènost provozu zde není pøíliš podstatná.
Podrobnì se touto problematikou
zabývám v KE 4/2004. Pøi turistice èe-
30
Pøi úpravì starší èelovky jsem se
rozhodl pro napájení z destièkové baterie 9 V, která má oproti tøem tužkovým
èlánkùm menší rozmìry i váhu. Odpadají také zbyteèné kontakty, které mohou korodovat. Pøi napájecím napìtí
9 V je možné více energie z baterie využít užiteèným zpùsobem, svítilna
mùže mít vyšší úèinnost. Menší kapacita destièkové baterie není díky velké
úèinnosti LED tolik na závadu.
Schéma èelovky s baterií 9 V je na
obr. 4. Použil jsem 4 bílé a 2 oranžové
LED, které jsou napájeny zdrojem konstantního proudu s tranzistorem T2. Diody D7 a D8 zajišují konstantní napìtí
na bázi tranzistoru T2.
Pøibližnou velikost konstantního
proudu I vypoèítáme podle vzorce:
I = (UD7,8 - UBE)/R2 =
= (0,5·2 - 0,6)/39 = 0, 01 A,
kde UD7,8 je napìtí na diodách D7 a D8
a UBE je napìtí mezi bází a emitorem
tranzistoru T2.
Zmìnou odporu rezistoru R2 si mùžeme upravit intenzitu osvìtlení podle
svých pøedstav a požadavkù. Kdo se
vìnuje horolezectví, zvolí asi proud vìtší.
To znamená menší odpor rezistoru R2.
Zmìøená závislost odebíraného
proudu na napájecím napìtí pøi hodnotách souèástek podle schématu je uvedena v tab. 1. Namìøené hodnoty odpovídají teoretickému pøedpokladu. Pøi
dostateèné velikosti napájecího napìtí
(> 7 V) kolísá napájecí proud jen minimálnì. Odpor rezistoru R7 nemá proto smysl pøíliš zmenšovat, snižovalo by
to úèinnost obvodu.
Pøi poklesu napìtí pod 7,8 V by LED
pøestávaly svítit, protože souèet jejich
prahových napìtí by byl vìtší než napájecí napìtí. Proto se musí zavøít tranzistor T4 a otevøít tranzistor T3. T3
zkratuje oranžové LED D5 a D6. Bílé
LED D1 až D4 pak mohou pracovat témìø až do úplného vybití baterie do 6 V,
nouzovì až do 5,5 V.
Dìlièem R5 a R6 je urèováno napìtí, pøi kterém oranžové LED zhasnou.
Odpory rezistorù R5, R6 uvedené na
schématu odpovídají napìtí 7,94 V. Pøi
vìtším odporu R5 (56 kΩ) by LED
zhasly pøi poklesu napájecího napìtí na
7,6 V. Pøed tím by se ale zmenšil proud
LED asi na 5 mA a znatelnì by poklesla intenzita osvìtlení. Použití oranžových LED sice pøíliš nezvìtší celkovou
intenzitu osvìtlení, dá ale svìtlu pøirozenìjší ménì studený odstín, podobný
svìtlu žárovky.
Stisknutím tlaèítka Tl se nabije kondenzátor C1 a zaène také pracovat
druhý proudový zdroj s tranzistorem
T1. LED potom budou svítit s vìtší intenzitou, dokud se kondenzátor C1 nevybije pøes rezistor R3 a tranzistor T1.
Èasová konstanta R3·C1 urèuje dobu
intenzívnìjšího svícení LED.
Pøi napájení obvodu napìtím 9 V
z laboratorního zdroje jsem po stisknutí
tlaèítka namìøil odbìr proudu 40 mA.
Na 20 mA proud poklesl po asi 15 s.
Tlaèítkem Tl též mùžeme snadno
testovat pokles napìtí baterie pøed jejím
úplným vybitím a rùst jejího vnitøního odporu. V dùsledku rostoucího vnitøního
odporu baterie je pøírùstek intenzity
Tab. 1. Závislost napájecího proudu èelovky Inap na napájecím napìtí Unap
Unap
[V]
9,0
8,5
8,0
7,7
7,0
6,5
6,0
5,5
5,2
Inap
[mA]
8,7
8,5
8,2
7,8
7,9
7,5
6,4
2,0
0,5
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
osvìtlení po stisknutí tlaèítka stále
menší. Pøi napìtí 7 V vzroste proud po
stisknutí tlaèítka pouze na 20 mA.
Èelovku mùžeme osadit jenom tøemi LED, dvìma bílými (D1, D3) a jednou oranžovou (D5).
Pøi použití všech šesti LED však
bude kužel svìtla širší, pokud LED
vhodnì nasmìrujeme (nelépe tak, aby
nám svítily pod nohy a zároveò šikmo
dopøedu). Se šesti LED je též trochu
vìtší intenzita osvìtlení (nebo se to alespoò zdá).
Konstrukce
Konstrukci èelovky uvádím ve dvou
variantách - jednak v klasickém provedení s vývodovými souèástkami (vìtší
rozmìry, snadnìjší osazení, obtížnìjší
umístìní v pøístroji), jednak se souèástkami SMD.
Obrazec plošných spojù první varianty s vývodovými souèástkami je na
obr. 5, rozmístìní souèástek na desce
je na obr. 6.
Obrazec plošných spojù druhé varianty se souèástkami SMD je na obr. 7,
rozmístìní souèástek na desce je na
obr. 8 a obr. 9.
Pøi osazování desky se souèástkami SMD nejdøíve tenkou vrstvou cínu
pocínujeme plošky pro souèástky. Spoj
pod R2 pro jistotu doporuèuji odizolovat
kapkou barvy, popø. lepidla nebo laku
na nehty. Pak osadíme souèástky SMD,
drátové propojky, malé vývodové souèástky (R6, D7, D8) a nakonec C1 a
LED. Vývodové souèástky jsou na
sobì ve dvou vrstvách. Výhodou jsou
malé rozmìry desky, kterou do pouzra
èelovky snadno upevníme.
Po osazení souèástkami pøipojíme
desku ke zdroji regulovatelného napìtí
a odzkoušíme její správnou funkci.
Seznam souèástek
(varianta s vývodovými souèástkami)
Obr. 5. Obrazec plošných spojù
èelovky - varianta s vývodovými
souèástkami (mìø.: 1 : 1)
Obr. 6. Rozmístìní souèástek
na desce èelovky - varianta
s vývodovými souèástkami
Obr. 7. Obrazec plošných spojù
èelovky - varianta se souèástkami
SMD (mìø.: 1 : 1)
Obr. 8. Rozmístìní souèástek SMD
na desce èelovky - varianta
se souèástkami SMD
Obr. 9. Rozmístìní vývodových souèástek na desce èelovky
- varianta se souèástkami SMD
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
C1
D1 až D4
D5, D6
D7, D8
T1, T2
T3, T4
Tl
S
10 Ω, miniaturní
39 Ω, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
51 kΩ, miniaturní
680 kΩ, miniaturní
56 kΩ, miniaturní
220 µF/10 V, radiální
bílá LED 5 mm, 9 cd
oranž. LED 5 mm, 4 cd
1N4148
BC557C
BC547C
tlaèítko PB11
páèkový pøepínaè KNX1
DPS stojí 13 Kè, souèástky 190 Kè.
(varianta se souèástkami SMD)
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
C1
D1 až D4
D5, D6
D7, D8
T1, T2
T3, T4
Tl
S
10 Ω, SMD 1206
39 Ω, SMD 1206
30 kΩ, SMD 1206
120 kΩ, SMD 1206
51 kΩ, SMD 1206
680 kΩ, miniaturní
56 kΩ, miniaturní
220 µF/10 V, radiální
bílá LED 5 mm, 9 cd
oranž. LED 5 mm, 4 cd
1N4148, vývodová
BC857C, SOT 23
BC847C, SOT23
tlaèítko PB11
páèkový pøepínaè KNX1
DPS stojí 9 Kè, souèástky 190 Kè.
Automatické
rozsvìcení
svìtla v garáži
Vrata do garáže se èasto otevírají
dálkovým ovládáním. Øidiè vjede veèer
dovnitø a než zhasne svìtla v autì,
musí rozsvítit svìtlo v garáži. Jinak by
musel auto zamykat potmì.
Popisovaný obvod pøi vjezdu automaticky rozsvítí svìtlo asi na 3 až 5 minut, což umožní v klidu opustit auto.
Poté se svìtlo v garáži samo zhasne.
Obvod je možné umístit do elektroinstalaèní krabièky spínaèe garážového
svìtla nebo do jeho blízkosti. Je tøeba
poèítat s tím, že u spínaèe je k dispozici pouze fázový vodiè a jeden pøívod
k žárovce. Nulový vodiè snadno k dispozici není, pokud vedle vypínaèe není
umístìna i síová zásuvka.
Popis funkce
Schéma obvodu pro automatické
rozsvìcení svìtla je na obr. 10. Obvod
obsahuje fototranzistor, který reaguje
na svìtla pøijíždìjícího auta. Od hradla
H1 je fototranzistor oddìlen kondenzátorem C1, takže obvod reaguje na
rychlé zvìtšení osvìtlení (na pomalé
rozednívání nikoliv). Kladný impuls vytvarují hradla H1 a H2 na obdélníkový
signál, který pøes diodu D1 rychle nabije kondenzátor C2. C2 se nabíjí pøes
vnitøní odpor hradla H2, který je o tøi
øády menší než odpor vybíjecího rezistoru R3, takže èasová konstanta vybíjení je asi 1000x vìtší než èasová konstanta nabíjení. Hradla H3 a H4 vytvarují
exponenciální prùbìh napìtí na kondenzátoru C2 na obdélníkový signál.
Z krátkého impulsu vygenerovaného
svìtlem reflektorù automobilu tak vznikne impuls trvající nìkolik minut. Tímto
impulsem se pøes tranzistor T1 otevírá
tyristor Ty. Tyristor je zapojen paralelnì
k síovému spínaèi, kterým se zapíná
žárovka osvìtlující garáž. Na vypnutém
tyristoru leží plné síové napìtí, proto je
nezbytné, aby byl tranzistor T1 vysokonapìový.
Pøi sepnutí žárovky pøes tyristor je
na žárovku pøivádìna pouze jedna pùlvlna síového napìtí, takže svit žárovky
je trochu slabší. K uzamèení auta to ale
bohatì staèí.
Pøi sepnutí tyristoru se kondenzátor
C3 pøestane dobíjet ze sítì pøes rezistor R4, ale naopak je vybíjen proudem
tekoucím z výstupu hradla H4 pøes rezistor R5 do báze tranzistoru T1.
V obvodu tak vzniká zpìtná vazba
pøes napájení, která mùže být pøíèinou
nestability. Obvod potom bliká po pøipojení napájecího napìtí nebo žárovka nezhasne, ale zaène blikat. Tento jev
jsem odstranil pomocí hradel H5 a H6.
Po pøipojení napájecího napìtí je
kondenzátor C2 vybit, na vstupu hradla
H5 je úroveò L, na vstupu hradla H6 je
úroveò H a na výstupu hradla H6 je úroveò L. Nabíjení kondenzátoru C2 tak
znemožòuje dioda D5. Pøi otevøení fototranzistoru se na výstupu hradla H2
objeví úroveò L, která se pøes diodu D4
pøenese na vstup hradla H6. Na výstupu hradla H6 bude potom úroveò H.
Kondenzátor C2 se mùže nabít a žárovka se rozsvítí.
Když žárovka svítí, kondenzátor
C3 se pøestane dobíjet síovým napìtím a na vstupu hradla H5 je úroveò
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
31
Obr. 10.
Obvod pro
automatické
rozsvìcení
svìtla v garáži
kapacitì kondenzátoru C3. Pøi kapacitì 470 µF podle schématu je to asi
3 minuty.
Vzhledem k tomu, že obvod pracuje
jen krátce, nepovažuji za nezbytné øešit
otázku odrušení.
Obr. 11. Obrazec plošných obvodu
pro automatické rozsvìcení svìtla
v garáži (mìø.: 1 : 1)
Konstrukce
Všechny souèástky vèetnì fototranzistoru jsou pøipájeny na malé
destièce s jednostrannými plošnými
spoji (obr. 11, obr. 12.), která se bez
problémù vejde do elektroinstalaèní
krabièky.
Seznam souèástek
Obr. 12. Rozmístìní souèástek
na desce obvodu pro automatické
rozsvìcení svìtla v garáži
H. Napájecí napìtí všech hradel klesá
pøi vybíjení kondenzátoru C3 zhruba
stejnì rychle, jako napìtí na kondenzátoru C2. Poklesne-li napájecí napìtí
hradel pod 2,5 V, je zapotøebí žárovku zhasnout, aby pøi dalším poklesu
napájecího napìtí neblikala. Pøi ještì
pøípustném poklesu napìtí na C2 se
díky posuvu úrovnì napìtí z C2 diodou LED D6 uvede vstup hradla H5 do
úrovnì L, výstup hradla H5 se pøeklopí
do úrovnì H a výstup hradla H6 do
úrovnì L. Kondenzátor C2 se potom
pøes diodu D5 rychle vybije a žárovka zhasne.
Dioda D7 brání zpìtnému vybíjení
kondenzátoru C3 pøes rezistor R4.
Obvod mùžeme použít pro žárovku
do pøíkonu 200 W, což bohatì vyhovuje.
Pøedpokladem správné funkce obvodu je, že není aktivován ihned po pøipojení napájecího napìtí nebo po vypnutí spínaèe S. Kondenzátor C3 se
musí nejprve nabít.
Také pokud by byl spínaè S zapnut
jen krátce, po jeho vypnutí by žárovka
asi 2 s blikala. Pøi sepnutí spínaèe na
dobu delší než 3 s tento jev nenastane,
kondenzátor C3 se již staèí dostateènì
vybít.
Doba svitu žárovky od okamžiku
zapnutí svìtlem automobilu závisí na
32
R1
R2, R3
R4
R5
R6
C1
C2
C3
D1
D2
D3, D7
D4, D5
D6
T1
Ty
IO1
Ft
1,5 MΩ, miniaturní
1,5 MΩ, miniaturní
120 kΩ/0,6 W
680 kΩ, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
4,7 µF/16 V, radiální
220 µF/16 V, radiální
470 µF/16 V, radiální
1N4148
BZX83V012 (Zenerova
dioda 12 V/0,5 W)
1N4007
1N4148
LED
MPSA44
MCR100-8
40106
fototranzistor SFH309-5
DPS stojí 19 Kè, souèástky 98 Kè.
Jednoduché
šachové hodiny
Šachisté se potøebují mimo jiné nauèit hospodaøit s èasem. Na turnajích
se èasto hrají bleskové partie, kdy každý hráè má na partii 5 minut, a po pøekroèení tohoto intervalu prohrává. Zatímco v mistrovských partiích je limit
2,5 hod/40 tahù, u mnoha turnajù v nižších kategoriích se z organizaèních dùvodù hraje se zkráceným èasovým limitem.
Následující pøípravek sice není plnohodnotnou náhradou šachových hodin,
mùže však dobøe sloužit tìm, kteøí tyto
hodiny nemají a nechtìjí si je poøizovat.
Jeho výroba je velmi jednoduchá, oživení rovnìž.
Popis funkce
Obvod, jehož schéma je na obr. 13,
se skládá z astabilního multivibrátoru,
spoleèného dìlièe kmitoètu s pøepínaèem, pøepínacího obvodu pro jednotlivé
hráèe a binárních èítaèù, které pomocí
LED zobrazují spotøebovaný èas. Pøi
pøeteèení jednoho z èítaèù se ozve
písknutí.
Multivibrátor s IO1a je osazen jedním z èasovaèù NE556. Jeho kmitoèet
je 400 Hz a lze jej urèit podle vztahu:
f = 1,44/ [(2·R2 + R1)·C1]
[Hz, Ω, F].
Obvod 4024 (IO2) je sedmistupòový
binární dìliè kmitoètu. Ètyønásobným
pøepínaèe DIP S1-4 mùžeme zvolit èasový limit na partii (pro oba hráèe stejný), a to 5, 10, 20 a 40 minut.
Impulsy se pøepínají do jednoho ze
dvou binárních èítaèù, které jsou tvoøeny obvody 4020 (IO3, IO4). Jedná se
o tøináctistupòové dìlièe kmitoètu. Jejich výstupy Q12, Q11, Q10, Q9 ,Q8, Q7
(pøípadnì i další) jsou vyvedeny k indikaèním LED D1 až D12, které zobrazují spotøebovaný èas v binárním kódu.
Zobrazení èasu je relativní a není
pøíliš komfortní, ale je velmi jednoduché. Pøi menším poètu LED je dostateènì pøehledné a je možné si na nì
snadno zvyknout. Vìtší pøesnost znamená použít více LED. Pro lepší ètení
doporuèuji zvolit LED rùzných barev a
na ménì významné bity použít LED
menšího prùmìru.
Pøi úrovni H na nìkterém z výstupù
Q13 u IO3 nebo IO4 pøijde na bázi tranzistoru T2 kladný impuls, T2 se otevøe
a pískne piezomìniè. U hráèe, který
pøekroèil limit, budou v té chvíli zhasnuté všechny LED.
Pøepínat jednotlivé hráèe je možné
buï pomocí dvou páèkových pøepínaèù
(druhý pøepínaè umožní partii pøerušit),
nebo pomocí tlaèítek.
Bohužel na trhu není tøípolohový
páèkový pøepínaè, který by uprostøed
mìl polohu vypnuto pro oba hráèe.
Páèkové pøepínaèe však nejsou pøíliš
vhodné ani z mechanických dùvodù,
protože pøi rychlém pøepínání by se
malá krabièka s šachovými hodinami
posouvala po stole.
Vhodnìjší jsou proto tlaèítka, kterými je øízen klopný obvod R-S. Ten
máme k dispozici jako IO1b ve druhé
polovinì obvodu NE556.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Obr. 13. Jednoduché šachové hodiny
Pøi stisknutí tlaèítka Tl1 bude na
vstupech IO1b napìtí vìtší než 2/3 napájecího napìtí a výstup IO1b se pøeklopí do úrovnì L. Stisknutím tlaèítkaTl2
bude na vstupech IO1b napìtí menší
než 1/3 napájecího napìtí a výstup
IO1b se pøeklopí do úrovnì H. Není-li
žádné tlaèítko stisknuto, je na vstupech
IO1b polovina napájecího napìtí a stav
obvodu se nemìní. Rezistor R26 brání
zkratu napájecího napìtí pøi pøípadném
souèasném stisknutí obou tlaèítek. Tlaèítka v tomto zapojení není nutné chránit proti zákmitùm.
LED D13 a D14 indikují blikáním,
kterému hráèi bìží èas. Spínaè STOP
(S5) zastaví kmitání multivibrátoru
IO1a, LED nebudou blikat, spotøebovaný èas zùstane zaznamenán a partii je
možné pøerušit. K úplnému vypnutí a
vynulování pamìti je zde spínaè S6.
Velikost napájecího napìtí není kritická, obvody CMOS pracují s napìtím
3 až 15 V. Podle použitého napájecího
napìtí je pouze nutné upravit pøedøadné odpory pro LED. Kmitoèet multivibrátoru s èasovaèem NE556 je na napájecím napìtí témìø nezávislý.
Obr. 14. Obrazec plošných spojù šachových hodin
(mìø.: 1 : 1)
Odbìr napájecího proudu je dán
pøedevším spotøebou LED a mùžeme
jej minimalizovat použitím LED s vìtší svítivostí. Spotøeba obvodù CMOS je
zanedbatelná.
Konstrukce
Šachové hodiny jsou zkonstruovány z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji.
Obrazec spojù je na obr. 14, rozmístìní
souèástek na desce je na obr. 15.
Desku hodin mùžeme umístit do
krabièky KM33C. Desku upevníme
Obr. 15. Rozmístìní souèástek na desce
šachových hodin
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
33
k hornímu dílu krabièky prostøednictvím
pøepínaèù a jednoho šroubu (umístìného na opaèném kraji desky). Pøepínaèe
S5 a S6 doporuèuji k desce fixovat
epoxidovým lepidlem nebo Lukoprénem. Pod otvor pro displej mùžeme
umístit LED i pøepínaèe DIL. V krabièce
je prostor i pro baterii 9 V.
Pøi oživování nastavíme úpravou
odporu rezistoru R2 co nejpøesnìji kmitoèet multivibrátoru 400 Hz.
Seznam souèástek
R1, R2, R3,
R4, R5
R6 až R16
R17
R18
R19
R20, R21
R22, R23
R24
R25
R26
C1, C2, C3
C4
C5
D1 až D15
D16
D17
D18, D19, D20
T1, T2
IO1
IO2
IO3, IO4
Tl1, Tl2
S1 až S4
S5, S6
120 kΩ, miniaturní
2,7 kΩ, miniaturní
1,2 kΩ, miniaturní
30 kΩ, miniaturní
1,2 kΩ, miniaturní
120 kΩ, miniaturní
4,7 kΩ, miniaturní
1,2 kΩ, miniaturní
2,7 kΩ, miniaturní
200 Ω, miniaturní
10 nF, keramický
100 nF, keramický
100 µF/16 V, radiální
LED
BZX83V005.1
1N4007
1N4148
BC547B
556C
4024
4020
tlaèítka DT6
spínaè DIP 4x
páèkový pøepínaè KNX1
Následující konstrukce umožní opravit takový èasový spínaè, ve kterém
jsem pùvodní obvod se spáleným relé
nahradil obvodem s optotriakem.
Zpoždìné zapínání síových spotøebièù mùže mít samozøejmì více rùzných využití.
Popis funkce
Schéma èasového spínaèe je na
obr. 16. Optotriak S26MD01 má maximální napìtí 600 V a spíná pøi budicím
proudu LED 3 až 4 mA. Nemùžeme jej
však použít pro spínání indukèní zátìže
(cívka stykaèe), protože napìové špièky vzniklé pøi vypínání proudu tekoucího
cívkou by jej mohly znièit.
Optotriak typu S26M002 spíná zátìž pøi prùchodu napìtí nulou, potom
toto nebezpeèí nehrozí. K sepnutí tohoto optotriaku je však nutný proud minimálnì 7 mA. Je-li využit spínaè zapojený mezi vývody 6 a 8, zátìž se odpojí
ihned po vypnutí budicího proudu. Je-li
využit spínaè zapojený mezi vývody 5 a
8, bude sepnut i po odpojení budicího
proudu, a zátìž se odpojí až pøi odpojení svého napájecího napìtí.
Budicí proud vytvoøíme nejjednodušším zpùsobem ze síového napìtí
pøedøadným kondenzátorem C1. Pøi
použití optotriaku S26MD02 musí být
jeho kapacita minimálnì 330 nF. Proud
I tekoucí kondenzátorem o kapacitì C
v obvodu støídavého proudu o kmitoètu
f a napìtí U lze urèit podle vzorce:
I = U·2·π·f·C
DPS stojí 60 Kè, souèástky 269 Kè.
Èasový spínaè
pro elektrické
pøímotopné
spotøebièe
Elektrická pøímotopná zaøízení a
bojlery jsou ovládány dálkovì pomocí
øídicích signálù pøenášených po síovém vedení (HDO), které v urèitých èasech zapínají a vypínají tato zaøízení.
Souèasnì se u dvoutarifových elektromìrù pøepíná levný a drahý proud.
Souèasné zapnutí mnoha takových
spotøebièù pùsobí v elektrorozvodné síti
problém. Zapínání proto musí probíhat
postupnì. Odbìratelé z toho dùvodu
musí používat èasové relé. Topná tìlesa jsou rozdìlena do dvou nebo tøí
okruhù, které jsou pøipojovány s urèitým zpoždìním (zhruba jedné minuty).
Konstrukce
Èasový spínaè je zkonstruován
z vývodových souèástek na desce
s jednostrannými plošnými spoji.
Obrazec spojù je na obr. 17, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 18.
Seznam souèástek
R1
R2
R3
C1
C2, C3
D1, D2
D3
D4
Op
T1, T2
DPS stojí 19 Kè, souèástky 185 Kè.
Obr. 17. Obrazec plošných spojù
èasového spínaèe (mìø.: 1 : 1)
[A; V, Hz, F].
V našem pøípadì je f = 50 Hz a U = 230 V.
Kondenzátor musí být dimenzován
na efektivní napìtí 275 V. Rezistor R1
omezuje proud pøi zapnutí. Pro jistotu
jej mùžeme složit ze dvou rezistorù zapojených do série, miniaturní rezistory
nejsou dimenzovány na síové napìtí.
Støídavé napìtí je dále usmìròováno,
filtrováno a stabilizováno na 12 V souèástkami D1, D2, C1 a D3. Pøes rezistor
R2 se jím nabíjí kondenzátor C3. Èasová konstanta nabíjení je dána souèinem
R2·C3. Za dobu 0,7·R2·C3 se kondenzátor C3 nabije na polovinu napájecího
napìtí. S uvedenými hodnotami souèástek je spínání zpoždìno asi o 30 s.
Tranzistory T1 a T2 v Darlingtonovì
zapojení zesilují proud tekoucí rezistorem R2. Rezistor R3 omezuje budicí
proud optotriaku (proud je také omezen
velikostí kapacity C1).
Dioda D4 mùže být buï LED, která
indikuje zapnutí obvodu, nebo Zenerova
dioda, která posouvá napìtí, a tím prodlužuje dobu prodlevy, než se optotriak
otevøe. Na infraLED v optotriaku je úbytek napìtí 1 V.
Obr. 18. Rozmístìní souèástek
na desce èasového spínaèe
Závìr
Objednávky stavebnic konstrukcí
ze všech kapitol a dotazy ke všem kapitolám vyøizuje autor na adrese:
Ing. Jiøí Vlèek, Tehov 122, 251 01
Øíèany u Prahy.
Tel.: 323 641 563 veèer
Mobil: 723 799 875
E-mail: [email protected]
Internet: www. vlcek.aktualne.cz
Obr. 16.
Èasový
spínaè
pro elektrické
pøímotopné
spotøebièe
34
2x 200 Ω, miniaturní
240 Ω, miniaturní
330 Ω, miniaturní
330 nF/275VAC
(CFAC 330a)
220 µF/16 V, radiální
1N4007
BZX 83V012 (Zenerova
dioda 12 V/0,5 W)
LED
Optotriak S26MD02
BC 547B
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
ÈÍSLICOVÝ MILIOHMMETR
S FUNKCÍ ZKRATMETRU
Jedná se o malý kompaktní èíslicový pøístroj s napájením ze síového adaptéru, který byl zkonstruován jako analogová obdoba Miliohmmetru s procesorem PSoC CY27443, popisovaného v AR 12/2005.
Který z obou pøístrojù je vhodnìjší pro amatérskou realizaci, to nech posoudí ètenáø.
Úvod
Miliohmmetr má dva mìøicí rozsahy, a to 2 Ω s rozlišením 1 mΩ a 20 Ω
s rozlišením 10 mΩ. Namìøený odpor
se zobrazuje na 3,5-místném displeji
LCD. Mìøený odpor se pøipojuje ètyøvodièovì, odhadovaná pøesnost mìøení
je 0,5 %.
Funkce zkratmetru je umožnìna
tím, že k mìøení odporu se používá jen
malé napìtí (napìtí na mìøicích svorkách je omezeno na maximálnì asi
100 mV), takže pøi zjišování kontinuity
nebo vyhledávání zkratu plošných spojù se nemohou otevírat pøechody polovodièových souèástek pøipájených ke
spojùm a nemohou ovlivòovat mìøení.
Funkci zkratmetru doplòuje vypínatelná
akustická indikace odporu menšího než
asi 4 Ω na rozsahu 2 Ω a menšího
než asi 40 Ω na rozsahu 20 Ω.
Pøístroj je vestavìn v malé ploché
plastové skøíòce o rozmìrech 129 x
x 94 x 25 mm a váží asi 0,2 kg.
Miliohmmetr je napájen z vnìjšího
zdroje (napø. ze síového adaptéru nebo
akumulátoru) napìtím 12 až 16 V, napájecí proud je nejvýše 50 mA.
Popis funkce
Schéma miliohmmetru je na obr. 1.
Odpor se mìøí lineární metodou. Do mìøeného odporu Rx se zavádí konstantní
proud a voltmetrem se mìøí úbytek napìtí na Rx, který je podle Ohmova zákona pøímo úmìrný velikosti Rx. Voltmetr
Obr. 1.
Èíslicový
miliohmmetr
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
35
má nastavenou takovou citlivost, že jeho
údaj pøedstavuje pøímo odpor Rx.
Konstantní mìøicí proud se zavádí
do mìøeného odporu proudovými zdíøkami K1 a K2 (oznaèenými jako I+ a I-),
napìtí se z mìøeného odporu snímá
napìovými zdíøkami K3 a K4 (oznaèenými jako U+ a U-). Toto tzv. ètyøvodièové pøipojení mìøeného odporu vyluèuje chybu mìøení, zpùsobenou úbytky
napìtí na pøechodových odporech mìøicích zdíøek.
Pøístroj obsahuje následující funkèní
bloky:
- svorkovnici pro pøipojení mìøeného odporu se zdíøkami K1 až K4 a ochrannými diodami D5 až D8, D10 a D11,
- zdroj mìøicího proudu s IO2, IO3B, T1
a T2,
- omezovaè napìtí na mìøeném odporu s IO3A a T3,
- indikaèní obvody omezovaèe napìtí
s T4 a IO5D až IO5F,
- snímací zesilovaè s IO4,
- modul 3,5-místného digitálního milivoltmetru (DVM) M1,
- napájecí zdroj pro DVM s IO5A až
IO5C,
- stabilizátor napájecího napìtí s IO1.
Svorkovnice pro pøipojení mìøeného
odporu obsahuje proudové zdíøky K1,
K2 a napìové zdíøky K3 a K4. Mezi
zdíøkami jsou zapojeny ochranné diody
D5 až D8 a D10 a D11, které zabraòují
poškození miliohmmetru v pøípadì, že
by na zdíøky byla pøivedena statická
elektøina nebo vìtší napìtí z nabitého
kondenzátoru. Pokud používáme miliohmmetr jako zkratmetr, mohly by tyto
diody zpùsobit v zapnutém promìøovaném pøístroji zkrat a pøístroj pøípadnì
poškodit. Proto zkratmetrem promìøujeme odpory spojù vždy jen ve vypnutých pøístrojích.
Pomocné rezistory R7 a R8 zajišují, aby i pøi odpojeném mìøeném rezistoru Rx byl na napìových svorkách
správný potenciál. Po pøipojení Rx se
tyto rezistory neuplatòují.
Zdroj mìøicího proudu zavádí do
proudových zdíøek K1 a K2 konstantní proud 25 mA na rozsahu 2 Ω a
2,5 mA na rozsahu 20 Ω.
Zdroj proudu obsahuje operaèní zesilovaè (OZ) IO3B, který porovnává
úbytek napìtí na boènících R5 nabo R6
(boèníky se pøepínají pøepínaèem mìøicích rozsahù S1A) s referenèním napìtí 2,5 V z referenèního zdroje IO2, a
ovládá Darlingtonovu dvojici tranzistorù
T1, T2 tak, aby úbytek napìtí na boènících byl vždy roven referenènímu napìtí. Protože proud báze T1 je nejménì
10 000x menší než proud emitoru T2,
teèe z kolektorù T1 a T2 do proudových
zdíøek K1, K2 proud, který je s dostateènou pøesností shodný s proudem
tekoucím boèníky R5 nebo R6. Tento
proud oznaèujeme jako konstantní, protože nezávisí na kolektorovém napìtí
T1, T2, tj. na rozdílu napìtí mezi proudovými zdíøkami K1 a K2 (pokud samo-
36
zøejmì tento rozdíl napìtí není pøiliš
velký a T1 a T2 pracují v lineárním režimu).
Aby zdroj proudu nekmital, je OZ
IO3B doplnìn souèástkami C1, R3 a
pracuje jako integrátor. Rezistor R4
omezuje proud báze T1.
Jako zdroj referenèního napìtí 2,5 V
je použit kvalitní a pøitom levný referenèní obvod TL431 (IO2) v základním
zapojení.
Kvùli možnosti použít miliohmmetr
jako zkratmetr byly mìøicí proudy zvoleny tak, aby se na obou rozsazích vytváøel na mìøeném odporu úbytek
napìtí maximálnì 50 mV (napø. na
rozsahu 2 Ω vytváøí mìøicí proud 25 mA
na odporu 2 Ω úbytek napìtí pøesnì
50 mV), který nemùže otevøít žádné
pøechody polovodièových souèástek
(ani germaniových). Pøechody polovodièových souèástek v promìøovaném
zaøízení se však nesmí otevøít ani v
pøípadì, když je mezi proudovými zdíøkami miliohmmetru „nekoneèný“ odpor.
Ani v takovém pøípadì nesmí být mezi
proudovými zdíøkami natolik velké napìtí, aby pøechody otevøelo. Proto je
mezi proudové zdíøky zapojen omezovaè napìtí na mìøeném odporu.
Velikost omezeného napìtí byla
zvolena asi 100 mV. Takové napìtí
ještì znatelnì neotevírá ani pøechod
Schottkyho diody, ale poskytuje dostateènou rezervu pro úbytek napìtí na
pøechodových odporech mezi proudovými zdíøkami a mìøeným odporem.
Omezovaè napìtí obsahuje OZ
IO3A, který porovnává napìtí ležící
mezi proudovými zdíøkami K1 a K2
s referenèním napìtím asi 100 mV, pøivádìným na invertující vstup OZ, a
ovládá spínací tranzistor T3 tak, aby
napìtí mezi proudovými zdíøkami nepøekroèilo velikost referenèního napìtí.
Rovnìž tento regulaèní obvod pracuje
jako integrátor s kondenzátorem C2
v obvodu záporné zpìtné vazby OZ
IO3A.
Protože na velikosti omezeného napìtí pøíliš nezáleží, je referenèní napìtí
pro omezovaè stabilizováno zelenou LED
D4. Na potøebnou velikost asi 100 mV je
zmenšováno dìlièem s R10 a R11.
Je-li omezovací obvod napìtí aktivní, napø. pøi pøíliš velkých pøechodových
odporech mezi proudovými zdíøkami a
mìøeným odporem (souèet pøechodových odporù a mìøeného odporu mùže
být na rozsahu 2 Ω až 4 Ω a na rozsahu 20 Ω až 40 Ω), neprotéká proudovými zdíøkami plný mìøicí proud, ale jeho
èást protéká tranzistorem T3. V takovém pøípadì je mìøení odporu chybné, i když údaj na displeji miliohmmetru se jeví jako normální.
Abychom byli na tuto chybu upozornìni, je aktivní stav omezovaèe napìtí
indikován svitem LED D2, která je
oznaèená nápisem ERR (= error =
chyba). LED D2 je vybuzena pøes tranzistor T4 vysokou úrovní z výstupu OZ
IO3A.
Zmìny stavu omezovaèe napìtí je
využito i k akustické indikaci „zkratu“ pøi
funkci zkratmetru. Akustická indikace
musí být aktivní, když je mezi proudovými zdíøkami pøipojen dostateènì malý
odpor, tj. v neaktivním stavu omezovaèe napìtí (když je zhasnutá LED D2).
Akustický indikátor „zkratu“ je tvoøen
multivibrátorem se tøemi invertory
40106 (IO5D až IO5F), který generuje pravoúhlý signál o kmitoètu asi
1,9 kHz pro elektroakustický piezomìniè SP1. Když je omezovaè napìtí
v aktivním stavu a je sepnut tranzistor
T4, je oddìlovací diodou D3 multivibrátor zablokován a akustický signál
není generován. Po pøechodu omezovaèe napìtí do neaktivního stavu tranzistor T4 vypne, multivibrátor se rozebìhne a z piezomìnièe se ozve tón (pøi
sepnutém spínaèi S2). Pokud by tón
obtìžoval, mùžeme spínaèem S2 akustickou indikaci vypnout.
Snímací zesilovaè s OZ IO4 zesiluje 4x napìtí z napìových zdíøek K3 a
K4. Èíselnì vyjádøená velikost napìtí
na bìžci trimru R22 pak odpovídá
desetinnému násobku velikosti mìøeného odporu Rx. Napø. na rozsahu
2 Ω se mìøicím proudem 25 mA vytvoøí na mìøeném odporu Rx = 1 Ω úbytek napìtí 25 mV. Toto napìtí je pøes
zdíøky K3, K4 pøivádìno na OZ IO4 a
po zesílení 4x je mezi bìžcem trimru
R22 a zdíøkou K4 napìtí 100 mV. Napìtí z trimru R22 je digitálním voltmetrem M1 s rozsahem 200 mV a aktivní
desetinnou teèkou P3 zobrazováno
jako 1.000, což pøímo vyjadøuje velikost mìøeného odporu 1,000 Ω.
Ve snímacím zesilovaèi je použit
OZ IO4 typu OP07, který má výbornou
stabilitu vstupní napìové nesymetrie
(údaj pøipojeného DVM M1 dlouhodobì
kolísá o jednotku na nejnižším místì).
Vstupní napìová nesymetrie je kompenzována trimrem R25, kterým se nastavuje nulový údaj DVM M1 pøi nulovém mìøeném odporu Rx. Trimr R25
je oznaèen jako ZERO = nula a je pøístupný z pøedního panelu. Aby bylo nastavení nuly dostateènì jemné, je rozsah kompenzace omezen rezistory
R24 a R26.
Zesílení samotného OZ IO4 je urèeno zpìtnovazebním dìlièem s rezistory
R20 a R21 a je 4,1. Celkové zesílení 4
se nastavuje trimrem R22 v odporovém dìlièi na výstupu zesilovaèe. Trimrem R22 se kalibruje citlivost celého
miliohmmetru.
Protože u OZ typu OP07 se nemùže vstupní ani výstupní napìtí rovnat
jeho zápornému napájecímu napìtí,
je signálová zem OZ IO4 posunuta asi
o +2 V oproti napájecí zemi, se kterou
je spojen záporný napájecí vývod 4
IO4. Tohoto posuvu je dosaženo vložením zelené LED D9 mezi proudovou
zdíøku K2 a napájecí zem. Prùtokem
mìøicího proudu diodou LED D9 vzniká
na D9 potøebný úbytek napìtí asi 2 V.
Napìtí z výstupu snímacího zesilovaèe je zobrazováno digitálním voltmetrem M1 s 3,5 místným displejem LCD
a s citlivostí 200 mV. Tento voltmetr se
prodává v GM Electronic jako modul
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
Obr. 2. Obrazec plošných spojù na desce MOE
miliohmmetru (mìø.: 1 : 1, rozmìry 80,0 x 61,0 mm)
Obr. 4. Rozmístìní vývodových souèástek na stranì
souèástek na desce miliohmmetru
Obr. 3. Rozmístìní souèástek SMD na stranì spojù na desce miliohmmetru
HD-3438 za ménì než 100 Kè. Pøíslušné desetinné teèky na displeji DVM se
aktivují druhou sekcí pøepínaèe rozsahù
S1B.
Plovoucí napájecí napìtí, potøebné
pro DVM M1, je získáváno v pulsním napájecím zdroji. Zdroj se skládá z multivibrátoru tvoøeného invertory 40106
(IO5A až IO5C), oddìlovacích kondenzátorù C5 a C6 a z usmìròovaèe se
souèástkami D12, D13 a C7.
Všechny obvody miliohmmetru
jsou napájeny asymetricky vnitøním napájecím napìtím +9 V. Toto napìtí je
získáváno stabilizátorem 7809 (IO1)
z vnìjšího napájecího napìtí 12 až
16 V, které se do pøístroje pøivádí pøes
napájecí konektor K5. Napájecí proud
je menší než 50 mA. Stabilizátor IO1
je chránìn proti pøepólování vnìjšího napájecího napìtí Schottkyho diodou D1.
Konstrukce a oživení
Vìtšina souèástek miliohmmetru je
umístìna na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji, která nese název
MOE. Konektory a nìkolik dalších souèástek je pøipevnìno pøímo na plastové
skøíòce pøístroje.
Aby se deska MOE vešla do zvolené skøíòky U-KP05, byly pøi jejím návrhu
použity pøevážnì souèástky SMD. Pouze OZ IO3 a IO4 jsou ve vývodových
pouzdrech DIP, aby je bylo možné vložit do objímek a jejich výmìnou v objímce vybrat kusy s nejlepšími parametry.
Vývodový je také precizní trimr R22 a
LED D4 a D9. Kvùli bìžné dostupnosti
a pøíznivé cenì je deska osazena i nìkterými dalšími vývodovými souèástkami (D1, IO1, C5, C6, D12, D13, R5,
R6, R20, R21 a R23), které však mají
zkrácené a vytvarované vývody a jsou
pøipájeny jako souèástky SMD.
Obrazec plošných spojù na desce
MOE je na obr. 2, rozmístìní souèástek SMD na desce na stranì spojù je
na obr. 3, rozmístìní vývodových souèástek na desce na stranì souèástek
je na obr. 4.
Do desky vyvrtáme ètyøi upevòovací
díry o prùmìru 3,2 mm, zbývající díry
mají prùmìr 0,8 mm.
Na stranì spojù osadíme souèástky
SMD i upravené vývodové souèástky.
Pak na stranì souèástek osadíme precizní objímky pro IO3 a IO4, trimr R22 a
LED D4 a D9 (pouzdra LED pøitlaèíme
na doraz k desce). Vedle IO3 je drátová
propojka, zhotovená z uštípnutého vývodu rezistoru.
Po osazení desky souèástkami si
pøipravíme skøíòku. Z jednoho dílu, který
zvolíme jako horní, odstraníme stranovými štípacími kleštìmi všechny nálitky
a ostrým dlátem zarovnáme vnitøní
stranu horní stìny do roviny. Pak podle výkresu na obr. 5 vyvrtáme a vypilujeme do horní stìny potøebné díry. Na
výkresu jsou u dìr uvedena i oznaèení
souèástek (napø. K5, D2 atd.), které
jsou do nich upevnìny. Prùmìry dìr na
výkresu jsou orientaèní, napø. nìkteré
páèkové pøepínaèe mají prùmìr závitu
5,8 a jiné 6,3 mm, podobnì se liší i prùmìry rùzných izolovaných zdíøek apod.
Dále zhotovíme subpanel ze skelného laminátu o tloušce 1 mm oboustrannì plátovaného mìdí, který je zevnitø
pøiložen na horní stìnu skøíòky. Subpanel má orientaèní rozmìry 91 x 71 mm.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
37
38
K5 ∅ 8
∅3
19
M1
S2
∅6
S1 ∅ 6
K4
K3
K1
∅3
K2
5
15
30
129
37,5
35
30
52,5
∅3
27,25
1
27,25
17,5
19
R25 ∅ 5
32,5
52,5
56
D2 ∅ 6
32,5
Mìl by doléhat k okrajùm vnitøní strany
horní stìny (jeho pøední rohy je nutné
pøipilovat) a musí konèit asi 1 mm od
okénka pro DVM M1. Také je vhodné
asi o 3 mm ubrat okraj subpanelu u díry
pro trimr R25. Podle dìr na skøíòce vyvrtáme do subpanelu potøebné díry. Navíc do subpanelu vyvrtáme u pøepínaèù
S1 a S2 díry o prùmìru 2 mm pro výstupky podložek, které zajišují orientaci pøepínaèù. Všechny díry ve skøíòce
i v subpanelu odhrotujeme jehlovými
pilníky a oèistíme mìï na vnitøní stranì
subpanelu, aby byla dobøe pájitelná
(osvìdèilo se ji obrousit hrubou houbièkou na nádobí).
Subpanel vložíme do horního dílu
skøíòky a na horní díl pøišroubujeme
všechny souèástky. Jeden volný roh
subpanelu upevníme ke skøíòce tavným
lepidlem. Do skøíòky zatlaèíme DVM M1
a zajistíme ho též tavným lepidlem.
Tøemi kapkami tavného lepidla pøilepíme nastojato pod pøíslušnou díru trimr
R25. Vývody trimru smìøují k DVM M1.
Pracujeme peèlivì, aby ovládací šroubek trimru byl uprostøed díry. K tavení
lepidla se mi osvìdèila podžhavená
pistolová pájeèka. Na díru o prùmìru
3 mm pod DVM M1 pøilepíme ètyømi
kapkami tavného lepidla piezomìniè
SP1. Pohlídáme, aby díra v pouzdru
mìnièe byla souosá s dírou v horní stìnì skøíòky. Piezomìniè je orientován
tak, aby z nìj vývody vycházely smìrem k pøepínaèi S2. Do zbývajících
dvou dìr o prùmìru 3 mm pøišroubujeme distanèní sloupky DI5M3x20 o délce
20 mm, které jsou urèeny k upevnìní dolního dílu skøíòky. Protože vnitøní
výška skøíòky je 22 mm, musíme
sloupky podložit potøebným poètem
podložek.
Z vnitøní strany dolního dílu skøíòky
odstraníme všechny nálitky a vyzkoušíme, že jde pøiložit k hornímu dílu skøíòky a doléhá na èela upevòovacích distanèních sloupkù. Pak do dolního dílu
vyvrtáme díry pro upevòovací šrouby,
pøilepíme na nìj samilepicí pøístrojové
nožièky GF7 a vlepíme do nìj tavným
lepidlem pøední a zadní boèní stìnu
skøíòky. Tyto stìny je vhodné opilovat a
ztenèit (obroušením na smirkovém
plátnu), aby šly snadno zasouvat do
drážek na horním dílu skøíòky.
Máme-li takto skøíòku pøipravenou,
upevníme na subpanel do horního dílu
skøíòky desku MOE. K desce pøišroubujeme na stranu souèástek ètyøi distanèní sloupky DI5M3x10 o délce
10 mm. Pak desku položíme stranou
souèástek s distanèními sloupky na
subpanel tak, aby její boèní okraj (poblíž
kterého jsou vývody M1 až M3) byl
vzdálen 9 mm od vnitøního boèního
okraje skøíòky a její dolní okraj (poblíž
kterého jsou diody D7, D8) byl vzdálen
12,5 mm od vnitøního dolního okraje
skøíòky (okraje subpanelu). Umístìní
desky MOE na subpanelu není pøíliš kritické, nesmí však nastat „prùnik“ piezomìnièe s pouzdrem IO4 nebo R22. Po
usazení pøitiskneme desku k subpanelu
4x ∅ 8
5
20
94
Obr. 5. Vrtání horního dílu skøíòky U-KP05 miliohmmetru (bez mìøítka). Vedle dìr
je uvedeno oznaèení souèástek, které jsou do nich upevnìny. Prùmìry a
rozmístìní dìr je nutné upravit podle rozmìrù skuteènì použitých souèástek!
a postupnì k nìmu pøipájíme všechny
distanèní sloupky.
K pájení sloupkù je podle názoru
autora nejvhodnìjší pøežhavená pistolová pájeèka (pøipojená k regulaènímu
transformátoru). Na pøístupný bok
sloupku poblíž subpanelu naneseme
malou kapku dobré „pájecí vodièky“ a
do tohoto místa na sloupek pøiložíme
hrot pájeèky s vìtší kapkou pájky. Pøitom pájená plocha subpanelu musí být
pøibližnì vodorovná a sloupek od ní
musí smìøovat vzhùru. Po nìkolika sekundách se pájka rozteèe po sloupku a
zateèe mezi èelo sloupku a subpanel.
V tom okamžiku pájeèku vypneme a
odtáhneme. Získáme tak kvalitní spoj,
aniž bychom pøehøáli materiál subpanelu.
Po pøipájení distanèních sloupkù
desku MOE odšroubujeme, omyjeme
zbytky tavidla lihem a subpanel natøeme
pájecím lakem, aby nekorodoval.
Pak propojíme souèástky na panelu
mezi sebou a s deskou. Vhodná jsou
rùznobarevná lanka s prùøezem mìdi
0,15 mm2, ménì zatížené spoje lze
provést jednotlivými žílami plochého
šedého zaøezávacího kabelu BELDEN
AWG28. Délku lanek volíme takovou,
aby bylo možné desku vyklopit vedle
skøíòky a mìli jsme dobrý pøístup ke
všem souèástkám.
Aby lanka držela pohromadì, protahujeme je krátkými kousky tlustší bužírky nebo je mùžeme dodateènì svázat
nìkolika smyèkami izolovaného drátu
se zkroucenými konci.
Popsané vniøní uspoøádání pøístroje
ilustrují obrázky na zadní stranì obálky
tohoto èasopisu.
Také si zhotovíme ètyøi mìøicí kablíky pro pøipojení mìøeného rezistoru.
Osvìdèila se lanka o délce asi 100 mm
s prùøezem mìdi 0,5 mm 2 a rùznobarevnou izolací PVC, která mají na jednom konci pøipájen kvalitní banánek a
na druhém kvalitní krokosvorku.
Po zapojení všech souèástek a spojù pøístroj oživíme. Pøipojíme napájecí
napìtí 12 V a digitálním multimetrem
(DMM) zkontrolujeme vnitøní napájecí
napìtí +9 V.
Nejprve oživíme zdroj mìøicího proudu. Do objímky vložíme OZ IO3 a propojíme navzájem proudové zdíøky K1 a K2.
Ovìøíme referenèní napìtí 2,5 V ±2 %
mezi vývody 1 a 2 IO2. V obou polohách pøepínaèe rozsahù zmìøíme napìtí na rezistorech R5 a R6. Liší-li se
maximálnì o nìkolik mV od referenèního napìtí, je zdroj proudu v poøádku.
Pøi vìtší odchylce zkusíme vybrat jiný
kus OZ IO3 s menší vstupní napìovou
nesymetrií. Také ovìøíme úbytek napìtí
na LED D9. Na rozsahu 2 Ω bylo na
D9 namìøeno napìtí 2,291 V a na rozsahu 20 Ω napìtí 1,903 V.
Dále zkontrolujeme èinnost omezovaèe napìtí na mìøeném odporu. Rozpojíme zdíøky K1 a K2. Na LED D4 by
mìlo být napìtí asi 1,75 V, na rezistoru
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
R11 napìtí asi 0,11 V a mezi zdíøkami
K1 a K2 na obou rozsazích také asi
0,11 V. S odpory rezistorù R10 a R11
z øady E12 nelze dosáhnout pøesného
omezeného napìtí 0,10 V, o jakém byla
øeè v popisu funkce. Velikost omezeného napìtí mùžeme na 0,10 V upravit
tím, že paralelnì k R11 pøipojíme další
rezistor s vhodným odporem (u rezistorù SMD to jde snadno).
Je-li omezovaè v poøádku, ovìøíme
funkci indikaèních obvodù. Sepneme S2.
Pøi rozpojených zdíøkách K1, K2 musí
svítit LED D2 a mlèet piezomìniè SP1.
Po propojení zdíøek K1, K2 musí LED
D2 zhasnout a SP1 musí zaèít pískat.
Pro kontrolu také zmìøíme napìtí na
výstupu 1 OZ IO3A. V aktivním stavu
omezovaèe (pøi rozpojených K1, K2)
bylo na realizovaném vzorku namìøeno mezi vývodem 1 IO3A a anodou D9
na rozsahu 2 Ω napìtí 1,789 V a na
rozsahu 20 Ω napìtí 0,708 V. Pøi spojených K1, K2 je vývod 1 IO3A o nìkolik
mV kladnìjší než katoda D9.
Po omezovaèi oživíme a nastavíme
snímací zesilovaè a DVM M1. Osciloskopem zkontrolujeme, že multivibrátor
s IO5A až IO5C kmitá na kmitoètu asi
40 kHz a multimetrem zmìøíme napìtí
asi 8 V na kondenzátoru C7 (pøi zatížení napájecím proudem asi 1 mA pøipojeného DVM M1). Na displeji M1 musí
být nìjaký údaj a pøepínaèem rozsahù
S1 musí být možné pøepínat desetinné teèky P2 a P3.
Ke zdíøkám K1 až K4 pøipojíme ètyøvodièovì mìøicími kablíky nulový mìøený odpor. Jako nulový odpor použijeme
asi 5 cm dlouhý kus holého mìdìného
elektroinstalaèního drátu o prùøezu
2,5 mm2. Na rozteèi asi 2 cm k nìmu
pøipojíme krokosvorky od proudových
zdíøek, mezi nì co nejblíže k sobì pøipojíme krokosvorky od napìových zdíøek. Do objímky vložíme OZ IO4. Trimrem R25 nastavíme nulu na displeji
DVM M1. Zkontrolujeme, že nula je nastavena asi uprostøed regulaèního rozsahu R25, jinak použijeme jiný kus
OZ IO4.
Nakonec zkalibrujeme citlivost miliohmmetru. Ètyøvodièovì pøipojíme normálový mìøený odpor 10 až 18 Ω//0,1 %
(lze jej zakoupit v GM Electronic) nebo
mìøicí odporovou dekádu a na rozsahu
20 Ω nastavíme trimrem R22 odpovídající údaj na displeji DVM M1. Po pøipojení mìøeného rezistoru se údaj DVM
ustaluje asi 1 s.
Tím je oživování a nastavování pøístroje ukonèeno.
Poznatky z praxe
S dokonèeným vzorkem miliohmmetru byla pro zajímavost uskuteènìna
øada ovìøovacích mìøení.
Byl pøipojen nulový mìøený odpor a
v rùzných èasových intervalech byl bìhem jednoho týdne sledován posuv
nuly. Pøi všech mìøeních byl údaj na
displeji v rozmezí -1 až +1, posuv nuly
tedy zpùsobuje chybu ±0,05 % z plného údaje.
Pohled na pøední panel dokonèeného miliohmmetru
Byla ovìøována reprodukovatelnost
mìøení. U ètyøvodièovì pøipojených drátových rezistorù byly zmìøeny odpory
10,08 Ω, 1,005 Ω a 0,100 Ω. Pak byl pøístroj vypnut a mìøicí kablíky vytaženy
ze zdíøek. Další den byly kablíky v jiném
poøadí zapojeny, pøístroj byl zapnut a
u týchž rezistorù byly namìøeny odpory
10,08 Ω, 1,005 Ω a 0,101 Ω. Je vidìt,
že reprodukovatelnost mìøení odporu
je výborná.
Byl mìøen odpor mìøicích laboratorních kablíkù o délce asi 0,5 m
s krokosvorkami, protože u nìkterých
kablíkù se projevoval pøechodový odpor. Pøi ètyøvodièovém pøipojení mìly
kablíky s pøipájenými krokosvorkami
stabilní odpor asi 0,03 Ω (pøi prùøezu
mìdi 0,35 mm 2 ) nebo asi 0,02 Ω (pøi
prùøezu mìdi 0,5 mm 2 ). U zakoupených kablíkù s krimplovanými krokosvorkami byl zmìøen nestabilní odpor
v rozmezí 0,1 až 1 Ω. Tak se potvrdilo,
že krimplované kablíky jsou nepoužitelné.
Byly mìøeny pøechodové odpory
v nepájivem poli. Do dvou nejvzdálenìjších dìr jednoho kontaktu byly zasunuty mìdìné pocínované dráty o prùmìru 0,6 mm a k nim byl ètyøvodièovì
pøipojen miliohmmetr. Odpor dvou takto vytvoøených pøechodù drát-kontakt
zapojených v sérii byl 0,015 až 0,035 Ω
a mìnil se, když se s dráty pohnulo. Pøi
promìøování jiných kontaktù bylo dosaženo podobných výsledkù. Z mìøení
vyplývá, že i když jsou pøechodové od-
pory v nepájivém poli nedefinované,
jsou natolik malé, že je mùžeme u slaboproudých aplikací zanedbat.
V neposlední øadì byla ovìøována
i funkce zkratmetru. Protože ètyøvodièové pøipojení k mìøenému spoji je nepraktické, bylo testováno dvouvodièové
pøipojení pomocí mìøicích hrotù. Ke
každému hrotu byly pøipájeny dva kablíky o délce asi 1 m, zakonèené banánky. Kablíky od jednoho hrotu byly pøipojeny do zdíøek K1 a K3, kablíky od
druhého hrotu do zdíøek K2 a K4. Když
byly hroty tìsnì vedle sebe lehce pøitisknuty k oèištìné mìdìné fólii plošného spoje, byl zmìøen odpor 0,12 Ω, pøi
silném pøitisknutí se odpor zmenšil na
0,028 Ω. U zkorodovaného plošného
spoje byl po lehkém pøitisknutí hrotù
tìsnì vedle sebe namìøen odpor
0,3 Ω, po zesílení pøítisku se odpor
zmenšil na 0,029 Ω. Z uvedeného vyplývá, že pøi promìøování odporu spojù
musíme hroty vždy dostateènì zarýt
do spoje a že od namìøeného odporu
musíme odeèíst odpor sond, který byl
v uvedeném pøípadì 0,028 Ω. Pøi dodržení tìchto zásad mùžeme pozorovat,
že zvláštì u úzkých spojù se jejich odpor zøetelnì mìní s délkou, takže je
možné snadno identifikovat místo jejich
vzájemného zkratu apod.
Pøi bìžném používání zkratmetru
s akustickou indikací, kdy nemìøíme
pøesnì odpor vodièe, je funkce spolehlivá, protože pøechodové odpory nikdy
nepøesáhnou 1 Ω.
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006
39
Seznam souèástek
Souèástky na desce MOE
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
R16
R17
R18
R19
R20
R21
R22
R23
R24
R26
R27
R28
PP1
C1
3,9 kΩ/1 %, SMD 1206
2,2 kΩ/5 %, SMD 1206
2,2 kΩ/5 %, SMD 1206
1 kΩ/5 %, SMD 1206
1 kΩ/0,1 %/0,6 W, metal.
100 Ω/0,1 %/0,6 W, metal.
100 Ω/5 %, SMD 1206
100 Ω/5 %, SMD 1206
33 kΩ/5 %, SMD 1206
180 kΩ/1 %, SMD 1206
12 kΩ/1 %, SMD 1206
10 kΩ/5 %, SMD 1206
10 kΩ/5 %, SMD 1206
47 kΩ/5 %, SMD 1206
2,2 kΩ/5 %, SMD 1206
33 kΩ/5 %, SMD 1206
180 kΩ/1 %, SMD 1206
330 Ω/5 %, SMD 1206
1,5 kΩ/5 %, SMD 1206
2 kΩ/1 %/0,6 W, metal.
6,2 kΩ/1 %/0,6 W, metal.
10 kΩ, trimr 20 otáèek
(PM19)
180 kΩ/1 %/0,6 W, metal.
4,7 kΩ/5 %, SMD 1206
4,7 kΩ/5 %, SMD 1206
33 kΩ/5 %, SMD 1206
33 kΩ/5 %, SMD 1206
0 Ω, SMD 1206
100 pF/NPO, SMD 1206
Napájecí zdroj
pro ruèní
radiostanice
Na obr. 1 je schéma stabilizovaného zdroje ss napìtí 13 nebo 8,8 V s výstupním proudem do 2 A, který byl navržen napájení menších radiostanic.
Základem zdroje je monolitický stabilizátor LM338 (IO1), který má maximální výstupní proud 5 A a výstupní napìtí nastavitelné v rozsahu 1,2 až 32 V.
Protože výstupní proud zdroje je tavnou
pojistkou F1 omezen na 2 A, nemùže
být stabilizátor nikdy pøetížen.
Stabilizátor je napájen nestabilizovaným napìtím ze síového napájeèe,
který je tvoøen transformátorem TR1,
100 pF/NPO, SMD 1206
1 nF/NPO, SMD 1206
220 pF/NPO, SMD 1206
470 nF/63 V, fóliový (CF1)
470 nF/63 V, fóliový (CF1)
22 µF/20 V, tantalový,
SMD (rozmìr D)
22 µF/20 V, tantalový,
SMD (rozmìr D)
100 nF/X7R, SMD 1206
100 nF/X7R, SMD 1206
100 nF/X7R, SMD 1206
1N5819
1N4148, SMD
LED zel., 2 mA, 3 mm
1N4007, SMD
1N4007, SMD
1N4007, SMD
1N4007, SMD
LED zel., 2 mA, 3 mm
1N4007, SMD
1N4007, SMD
BAT48
BAT48
BC856B (kód 3B)
BC856B (kód 3B)
BC817-40 (kód 6C)
BC846B (kód 1B)
7809 (TO220)
TL431D SMD (SO8)
LM358 (DIP8)
OP07 (DIP8)
40106 SMD (SO14)
precizní objímka DIL8
2 kusy
deska s plošnými spoji è. MOE
mùstkovým usmìròovaèem s diodami
D11 až D14 a vyhlazovacím kondenzátorem C4. Primární vinutí transformátoru je jištìno tavnou pojistkou F2.
Diody D4 a D5 umožòují vybíjení
kondenzátorù C1 a C2. Dioda D8 a pojistka F1 chrání stabilizátor v pøípadì,
že by se na výstup pøipojilo vnìjší napìtí s nesprávnou polaritou. Kondenzátor C1 filtruje referenèní napìtí pro
stabilizátor IO1 a zajišuje potlaèení
brumu na výstupu zdroje 86 dB.
Zdroj poskytuje výstupní napìtí 8,8
nebo 13 V, které lze volit pøepínaèem
S1A. Zvolené výstupní napìtí je indikováno svitem jedné z LED D2 nebo D3.
Nižší výstupní napìtí zdroje použijeme
tehdy, když chceme snížit výkon vysílaèe zdrojem napájené radiostanice.
Pokud by pøi pøerušení R1 nebo R2
napìtí na výstupu IO1 pøekroèilo velikost asi 13,6 V, pootevøe se ochranný
tranzistor T2 a pøes øídicí vstup IO1 udrží na výstupu IO1 napìtí 13,6 V.
Tranzistor T1 ovládá LED D6, která
indikuje pøerušení pojistky F1. Po pøerušení F1 je na bázi T1 nízká úroveò, T1
se otevøe a LED D6 se rozsvítí.
Proti pøepìtí na výstupu je zdroj
chránìn tyristorem TY1. Pokud by pøi
poruše stabilizátoru IO1 výstupní napìtí
zdroje pøekroèilo asi 16 V, otevøe se
TY1, zkratuje výstup a pøepálí pojistku
F1. Díky tomu se napájená radiostanice nemùže poškodit.
Protože se jedná o lineární stabilizátor s malou úèinností, je nutné, aby
IO1 byl dùkladnì chlazen hliníkovým
žebrovaným chladièem.
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
D1
D3
D4
D5
D6
D7
D8
D9
D10
D11
D12
D13
T1
T2
T3
T4
IO1
IO2
IO3
IO4
IO5
Ostatní souèástky
10 kΩ, trimr 20 otáèek
(PM19)
D2
LED èervená, 2 mA,
3 mm, v kovovém šroubovacím pouzdru (L-R723)
SP1
piezomìniè
∅24 x 5 mm
(KPT2038FW), viz text
M1
modul DVM 200 mV,
LCD, 3,5-místný
(HD-3438)
S1
pøepínaè páèkový dvojpólový (P-B068EP)
S2
pøepínaè páèkový dvojpólový (P-B068EP)
K1 až K4
zdíøka 4 mm, izolovaná
K5
napájecí zásuvka
2,1 mm, na panel
plastová skøíòka U-KP05
1 kus
pøístrojové nožièky
samolepicí GF7
4 kusy
distanèní sloupky DI5M3x10
4 kusy
distanèní sloupky DI5M3x20
2 kusy
spojovací materiál, vodièe atd.
R25
(souèástky jsou oznaèeny podle katalogu firmy GM Electronic)
Z-H
Elektor 7-8/2000
Obr. 1. Napájecí zdroj pro ruèní radiostanice
40
Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006