STAVEBNÍ NÁVODY 1 pro činnost v elektro a radio kroužcích a klubech

Transkript

1 STAVEBNÍ NÁVODY 1 pro činnost v elektro a radio kroužcích a klubech Nejjednodušší stavební návody Verze V.4, stav k 5. prosinci Byl upraven Stavební návod na Cvrčka. Víte o dalších zajímavých návodech? Napište o nich na dpx@seznam.cz, budou zařazeny do další verze tohoto souboru. Tyto Stavební návody můžete libovolně šířit, uveďte zdroj, jímž je Figurky z elektronických součástek Rozvoj manuální zručnosti, výuka pájení, rozpoznávání součástek, rozvoj tvůrčí fantazie, zhotovení suvenýru Ze starších součástek, pro které již není využití, lze zhotovit spoustu zábavných figurek, které se mohou hodit jako dárek rodičům, sourozencům, nebo paní učitelce jako vzpomínka z letního tábora. Přitom je to nenásilný způsob, jak se naučit správně pájet, což se nám bude mooc hodit později, při stavbě složitejších zapojení. Je totiž důležité, aby součástky držely dokonale pohromadě, protože viklavý spoj by mohl znamenat FATAL ERROR. A takové chyby se špatně hledají. Vyrobily děti na letním táboře SALAŠ

2 Brambory rozsvítí LEDku Elektrická energie z ovoce či zeleniny a různých materiálů Co potřebujeme: a) Brambory, citrony, jablka atd. b) Různé kovy a materiály: železné hřebíky, měděné dráty, hliníkové pásky, uhlíkové tyčinky z ploché baterie, zinkový obal z ploché baterie atd. c) Multimetr, propojovací vodiče, drobné spotřebiče. Zkoušíme různé kombinace kyselého prostředí a materiálů, měříme získané napětí a zkratový proud, výsledky zapisujeme do tabulky. Nejlepší výsledky pak realizujeme na více kusech článků stejného provedení. Takto vytvořenou netradiční baterií rozsvítíme LEDku, napájíme oscilátor, jednoduchý zesilovač a podobně. Vyrobily děti na letním táboře SALAŠ 2008 Převozník Logická elektronická hádanka Převozník stojí na břehu řeky spolu s kozou, vlkem a hlávkou zelí. Má loďku, ve které je místo jen pro převozníka a jednu věc či zvíře. Převozník má za úkol dostat kozu, zelí i vlka na druhý břeh. Nesmí se ale stát, že by koza a zelí zůstaly na některém břehu bez převozníka, protože v takovém případě koza zelí sežere. Nesmí na jednom břehu zůstat ani koza s vlkem, jinak vlk kozu sežere. Jak tedy převozník dostane všechny tři bezpečně na druhý břeh? Logický problém lze simulovat elektrickým zapojením. Když převozník udělá chybu, rozsvítí se žárovka, nebo začne ječet sirénka. Zapojení je instalováno v papírové, nebo plastové krabici. Pozor v původním pramenu je chyba v popisu přepínačů! < Toto je opravené schéma. Jaroslav Kyzlink, Sestroj si doma, Albatros Praha, 1977 OK1VEN 2011,

3 Blikač První konstrukce na plošném spoji Jde o astabilní klopný obvod, který se periodicky překlápí z jednoho stavu do druhého a zpět. Někdy se označuje jako astabilní multivibrátor. Po připojení napájecího napětí se vlivem tolerance součástek otevře jeden z tranzistorů rychleji, např. T1. Napětí na jeho kolektoru bude téměř nulové. Přes vybitý kondenzátor C1, představující dočasný zkrat, se uzemní báze tranzistoru T2, který tak zůstane zavřený. Kondenzátor C2 se rychle nabije přes rezistor R4 a přechod B-E tranzistoru T1. Přes rezistor R2 se nabíjí kondenzátor C1. Jakmile dosáhne prahového napětí, tranzistor T2 se začne otevírat a napětí na jeho kolektoru klesá. Tento pokles se přenáší kondenzátorem C2 na bázi tranzistoru T1, který se začne zavírat. Na jeho kolektoru roste napětí, kondenzátorem C1 se přenáší na bázi tranzistoru T2 a zrychluje tak překlápění obou tranzistorů. Na bázi tranzistoru T1 je nyní záporné napětí, vytvořené nabitým kondenzátorem C2. Přes rezistor R3 se kondenzátor C2 nabíjí na kladné napětí. Po dosažení prahového napětí opět dochází k lavinovému překlopení obvodu. Destička plošného spoje má rozměry např. 50 x 70 mm. Mezery lze zhotovit listem z pilky na kov, starším plochým pilníčkem vhodně přibroušeným, nebo vyřazenou zubolékařskou škrabkou, říká se jí kuřecí dráp. OK1WMR 3

4 Konstrukce na ploché baterii Jak realizovat nejjednodušší zapojení bez plošných spojů Abychom se vyhnuli použití plošných spojů, pokusili jsme se konstrukci přístrojů pro začátečníky maximálně zjednodušit. Plochá baterie je použita jako zdroj i jako základna mechanické konstrukce. Odpadá plošný spoj i krabička. Vypínač, příp. konektor pájíme přímo na jeden z vývodů baterie. Větší součástky, např. sluchátko, se připevňují k baterii gumičkou. U ostatních součástek (rezistory, kondenzátory, tranzistory) zkrátíme vývody asi na polovinu a v prostoru je pospojujeme pájením. Taková stavba trvá jen několik minut, je přehledná a levná. Děti mají před sebou schéma a vzorový výrobek, podle kterého staví. Pomáhají si navzájem ve dvojicích. Zapojení s tranzistorem je velmi jednoduchý RC generátor s 8 součástkami, počítáno včetně baterie a sluchátka. Používáme jej pro nácvik telegrafní abecedy. Zapojení se dvěma hradly je blikač s 10 součástkami. Použili jsme integrovaný obvod UCY7402, protože jsme jich měli značné množství. Využita je zde jen polovina hradel. Některé vývody integrovaného obvodu ohýbáme do stran a nahoru, abychom pájení usnadnili. Přívody napájení k integrovanému obvodu děláme ze silnějšího Cu drátu, protože nesou celou konstrukci. Vhodný je Ø 0,8 mm. Ostatní spoje jsou tvořeny vývody součástek, nebo z Cu drátu Ø 0,5 mm. Zapojení se čtyřmi hradly je blikač a bzučák se 17 součástkami. Toto zapojení je však již poměrně složité a montáž je obtížná. Po zhotovení přístrojů jsme dětem vysvětlovali funkci zapojení i funkci jednotlivých součástek. Tím děti získávaly zájem o stavbu dalších přístrojů. Praktická elektronika a radio, č. 4/2007 4

5 Elektronický cvrček Hledáme cvrčka pod skříní, v posteli, v kredenci Po připojení baterie zkratovací propojkou J2 (tzv. jumper) se ozve zvuk cvrčka. Zkratovací propojkou J1 se volí, zda se zvuk bude ozývat za denního světla (propojeny piny 1 a 2) nebo naopak za tmy (propojeny piny 2 a 3). Zapojení obsahuje dva integrované obvody CMOS. U1 obsahující čtyři dvouvstupová Schmittova hradla s logickou funkcí NAND a U2 obsahující dvě čtyřvstupová hradla NOR. Z hradel integrovaného obvodu U1 jsou sestaveny čtyři astabilní mutivibrátory s různou periodou. U1A generuje obdélníkové kmity s periodou několik khz, U1B s periodou cca 10 Hz, U1C s periodou 1 Hz a U1D s periodou několik vteřin. Diody D1 a D2 umožňují nastavit rozdílnou střídu stabilního multivibrátoru. První ze vstupů každého hradla je použit pro blokování činnosti multivibrátoru. Je-li na tomto vstupu log. 1, multivibrátor bude generovat obdélníkové kmity, je-li na tomto vstupu log. 0, bude multivibrátor vypnut a na jeho výstupu bude trvale log. 0. Není-li multivibrátor vypnut jeho prvním vstupem, pracuje hradlo jako invertor, tedy je-li na jeho druhém vstupu log. 0, je na jeho výstupu log. 1 a naopak. Multivibrátory pracují takto: Předpokládejme, že kondenzátor Cx je vybitý a na výstupu invertoru U1x je log. 1, na jeho vstupu pak log. 0. Přes rezistor Rx se začne Cx nabíjet a napětí na vstupu U1x začne od nuly pomalu růst. Až napětí na vstupu U1x přesáhne polovinu napájecího napětí plus malý přídavek (způsobuje ho Schmittův vstup použitého hradla), změní se logické stavy na všech výstupech. Na výstupu U1x tedy bude log. 0 a na jeho vstupu pak log. 1. Napětí na vstupu U1x bude tedy součtem napětí log. 1 ze vstupu U1x a napětí na nabitém Cx. Cx se začne přes Rx pomalu vybíjet až napětí na vstupu U1x poklesne pod polovinu napájecího napětí mínus malý přídavek (opět vliv Schmittova vstupu). Znovu se změní logické stavy na všech výstupech a děj se periodicky opakuje. Výstupy jednotlivých multivibrátorů jsou sečteny čtyřvstupovým hradlem U2A a výsledný signál je přes trimr P1 umožnující řízení hlasitosti přiveden na piezoelektrický měnič EA1, který vytváří výsledný zvuk, připomínající cvrčka. Blokovací vstupy multivibrátorů jsou buzeny buď přímo z děliče napětí Q1-R6, jehož dělicí poměr je závislý na úrovni osvětlení fototranzistoru Q1 a nebo z výstupu investoru sestaveného ze zbylého hradla U2B. Tím lze volit, zda bude cvrček slyšet za světla nebo za tmy. OK1XGL 5

6 6

7 Pískle Lze použít i jako hlídací zařízení, či optický maják Bzučák Pískle je jednoduchý generátor jednoho tónu. Zasunutím zkratovací propojky (tzv. jumper) se změní na blikač s akustickou signalizací. Je určen pro nácvik telegrafie, ale dá se využít např. jako zkratmetr, jednoduché zabezpečovací zařízení či optický maják. Zapojení využívá integrovaný obvod 555, který obsahuje přesný časovač. Okolními součástkami je nastavena frekvence časovače, tedy výška tónu, či kmitočet blikání. Zapojení funguje takto: Po stisknutí tlačítka se napětí z baterie přes ochrannou diodu D1 dostane na vlastní bzučák. Ochranná dioda brání zničení integrovaného obvodu při opačně zapojené baterii. Kondenzátor C1 se začne pomalu nabíjet přes sériové rezistory R1 a R2. Napětí na kondenzátoru začne pomalu stoupat, dokud nedosáhne 2/3 napětí baterie. Na výstupu OUT integrovaného obvodu je napětí baterie. LED dioda D2 nesvítí. Po dosažení 2/3 napětí baterie na kondenzátoru C1, integrovaný obvod uvnitř spojí svůj vývod DISCH se zemí (záporný pól baterie) a na výstupu OUT nastaví zem. LED dioda D2 svítí. Kondenzátor se začne pomalu vybíjet přes rezistor R2. Napětí na kondezátoru začne klesat, dokud neklesne na 1/3 napětí baterie. Poté integrovaný obvod uvolní svůj vývod DISCH a na výstup OUT nastaví napětí baterie. Kondenzátor C1 se opět začne nabíjet přes rezistory R1 a R2 a celý děj se neustále opakuje. LED dioda D2 díky tomu bliká a z piezoelementu je slyšet buď klapání, nebo tón, podle rychlosti nabíjení a vybíjení kondenzátoru. Je-li připojen jen kondenzátor C1, je rychlost opakování děje velká a bzučák generuje tón. Připojením kondenzátorů C2 a C3 zkratovací propojkou J1 se kapacita kondenzátoru výrazně zvětší a tím se opakování děje zpomalí. LED dioda D2 bude viditelně blikat a z piezoelementu se bude ozývat jen klapání. OK1XGL 7

8 Smajlík Přívěšek - Krátké záblesky po velmi dlouhou dobu Zapojení pracuje jako zábleskový blikač. Předpokládejme, že jsou tranzistory Q1 a Q2 uzavřeny a kondenzátory C1 a C2 vybity. Po připojení napájecího napětí se kondenzátor C2 začne nabíjet přes rezistory R4 a R5. Napětí na rezistoru R5 během nabíjení kondenzátoru C2 klesá. Klesající napětí se přes rezistor R2 projeví i na bázi tranzistoru Q1. Bude-li napětí na bázi tranzistoru Q1 o cca 0,7 V nižší než napětí na jeho emitoru, tranzistor Q1 se otevře. Následně se otevře i tranzistor Q2, který připojí kladný pól kondenzátoru C2 na zemní pól baterie. Napětí na LED diodách D1 a D2 je nyní větší než napájecí napětí o napětí na kondenzátoru C2. Proud tekoucí diodami LED vybíjí kondenzátor C2 a LED diody vydají intenzívní záblesk. Proud diodami LED teče jen po krátkou dobu, neboť otevřením tranzistoru Q1 se též začne nabíjet kondenzátor C1. Nabíjení C1 způsobí pokles napětí na emitoru tranzistoru Q1 pod napětí na jeho bázi a tranzistor Q1 se uzavře. Následně se uzavře i tranzistor Q2 a kondenzátor C2 se opět začne nabíjet přes rezistory R4 a R5 a napětí na bázi tranzistoru Q1 začne klesat. Kondenzátor C1 se začne vybíjet přes rezistor R3 a napětí na emitoru tranzistoru Q1 začne růst. Bude-li napětí na bázi tranzistoru Q1 o cca 0,7 V nižší než napětí na jeho emitoru, tranzistor Q1 se otevře a celý děj se periodicky opakuje. Hlavní výhodou tohoto zapojení je nízká spotřeba a schopnost pracovat již od napětí 1,5 V. Na použitou 3V baterii bude blikač pracovat po mnoho týdnů. Klasické zapojení multivibrátoru by na použitou baterii pracovalo sotva několik hodin. OK1XGL 8

9 Srdíčko 1 Přívěšek Blikající motiv lze tlačítkem měnit Po připojení baterie zkratovací propojkou (tzv. jumper) se náhodně rozblikají jednotlivé LED. Stiskem tlačítka lze blikající motiv měnit. Zapojení obsahuje dva integrované obvody CMOS. U1 obsahující čtyři dvouvstupová hradla s logickou funkcí XOR a U2 obsahující funkci posuvného registru. Z hradel U1A, U1B a U1D je sestaven astabilní multivibrátor, který slouží jako hodinový signál CLK pro posuvný registr. Jeden ze vstupů hradel XOR je připojen na napájení, čímž vznikne funkce invertoru. Obvod změní log. 0 přivedenou na zbylý vstup hradla na log. 1 na jeho výstupu a naopak. Multivibrátor pracuje takto: Předpokládejme, že kondenzátor C1 je vybitý a na výstupu hradla U1D je log. 1, na jeho vstupu pak log. 0. Přes rezistor R10 se začne C1 nabíjet a napětí na vstupu U1A začne od nuly pomalu růst. Až napětí na vstupu U1A dosáhne zhruba poloviny napájecího napětí (rozhodovací úroveň hradla CMOS), změní se logické stavy na všech výstupech. Na výstupu U1D tedy bude log. 0 a na jeho vstupu pak log. 1. Napětí na vstupu U1A bude tedy součtem napětí log. 1 ze vstupu U1D a napětí na nabitém C1. C1 se začne přes R1 pomalu vybíjet až napětí na vstupu U1A opět dosáhne zhruba poloviny napájecího napětí. Opět se změní logické stavy na všech výstupech a děj se periodicky opakuje. Hodinový signál CLK je přiveden do posuvného registru U2, kde každá jeho vzestupná hrana (přechod z log. 0 na log. 1) způsobí, že se logický stav ze vstupu A přesune na výstup Q1, logický stav Q1 se přesune na výstup Q2 atd. Logický stav Q8 je přes hradlo U1C přiveden zpět na vstup A, čímž vznikne kruhový posuvný registr. Není-li stisknuto tlačítko SW1, U1C signál z Q8 propouští beze změny, tedy posuvný registr bude stále dokola posouvat logické stavy, které jsou v něm nahrány. Stiskem SW1 bude U1C pracovat jako invertor, tedy log. 1 z Q8 bude na vstup A posuvného registru změněna na log. 0 a naopak. Nahrané logické stavy v posuvném registru se tedy změní. LED svítí tehdy, pokud je na příslušném výstupu Q log. 1. OK1XGL 9