Adventní kalendář Conrad Components Franzis 2016, od 14. let. Obj. č

Transkript

1 Adventní kalendář Conrad Components Franzis 2016, od 14. let Obj. č den / Test s LED V prvním pokusu dojde k rozsvícení LED. V žádném případě LED nepřipojujte přímo ke zdroji napětí. K tomu je zapotřebí použití předřadného rezistoru. Bez tohoto rezistoru dojde k nevratnému zničení LED v důsledku příliš vysokého proudu, protékajícího obvodem a LED. Každá LED musí být navíc do obvodu zapojena při zachování správné polarity. V opačném případě diodou nemůže protékat proud a tím pádem se ani nerozsvítí. Běžná LED má celkem 2 vývody. Kratší vývod (katoda K) připojte k zápornému pólu zdroje. Delší vývod (anoda A) pak připojte ke kladnému pólu. Uvnitř průhledného pouzdra LED navíc katodu snadno poznáte podle větší plošky s hranou. Za prvními dvířky kalendáře se nachází červená LED a zároveň i odpovídající rezistor. K experimentu bude zapotřebí 9 V baterie. Při tomto prvním pokusu musíte být obzvlášť pečliví. Vyhněte se vždy přímému kontaktu zraku se světlem LED na kratší vzdálenost než je 1 m, vzhledem k tomu, že tyto svítivé diody mohou svým světlem způsobit vážné poškození sítnice. Zabraňte kontaktu obou vývodů LED s jedním pólem baterie. Pro rozsvícení této LED použijte vždy předřadný odpor jinak dojde k jejímu nevratnému zničení. Oba komponenty do obvodu zapojte přesně podle následujícího schématu. Vážený zákazníku, děkujeme Vám za Vaši důvěru a za nákup stavebnice adventního LED kalendáře. Tento návod k obsluze je nedílnou součástí tohoto výrobku. Obsahuje důležité pokyny k uvedení výrobku do provozu a k jeho obsluze. Jestliže výrobek předáte jiným osobám, dbejte na to, abyste jim odevzdali i tento návod k obsluze. Ponechejte si tento návod, abyste si jej mohli znovu kdykoliv přečíst. Společnost Conrad, stejně v minulých letech, vydává další adventní kalendář tentokrát pro rok Kalendář zahrnuje celkem 24 experimentů na téma digitální elektronika. Pro většinu experimentů je použito časovače CMOS Tento integrovaný obvod poskytuje celkem 14 digitálních obvodů Flip-Flop a oscilátor. K dispozici jsou tak velmi zajímavá a univerzální zapojení a aplikace, které slouží nejen pro zdokonalení znalostí v oblasti elektroniky, ale experimentální formou nabízejí i spoustu zábavy. Výsledný obvod tak imituje například plamen a padající hvězdu. Vlastní sestavený kalendář pak bude doplňovat emotivní atmosféru Vánoc. Všechny elektronické obvody se zapojují podle příslušných schémat, ve kterých má každý komponent své zastoupení v rámci schématické značky. Symbol pro LED sestává z trojúhelníku, který představuje anodu a čárky, kterou je označována katoda. Tímto symbolem je i přehledně naznačen směr toku elektrického proudu. LED má navíc 2 malé šipky, které představují vydávající světlo. Stejně jako LED je v obvodu označen i rezistor a jeho hodnota elektrického odporu. Na schématu shora je rezistor o hodnotě Ohmů = 10 kilo ohmů = 10 kω, ve schématech označován jen jako 10k. Rezistory mají na svém pouzdře barevné proužky, které označují jejich skutečnou hodnotu. V tomto případě má rezistor barvy proužků: hnědá, černá, oranžová. Zlatý proužek na okraji pak udává toleranci ± 5 % v přesnosti udávané hodnoty. Ve schématu je zakresleno sériové zapojení obou použitých komponentů. Proud z baterie teče skrze rezistor a LED. Hlavní funkce rezistoru je omezit průtok proudu obvodem na požadovanou hodnotu. Platí úměra čím větší hodnota rezistoru, tím menší proud protéká obvodem. Rezistor o hodnotě 10 kω omezuje průchod proudu na minimální hodnoty potřebné pro rozsvícení LED. Přesto v tomto případě bude LED svítit dostatečně jasně. Na výběr bude z několika možností, jakým způsobem kalendář aplikovat. Můžete jej jednoduše sestavit, aniž byste se podrobněji zajímali o bližší princip a funkci jednotlivých komponentů. Veškeré experimenty jsou v návodu popsány velmi jednoduše a srozumitelně tak, aby tento kalendář dokázal sestavit prakticky každý. V návodu se dozvíte základní informace o technických parametrech a funkci jednotlivých komponentů, použitých v návodu. Velkou spoustu zábavy zažijete nejen při samotném spuštění hotového obvodu kalendáře, ale stejně tak i při samotné přípravě a sestavování celého experimentu. Dospělí mohou navíc dětem předávat své vlastní zkušenosti a probudit tak v nich velký zájem o elektroniku. Stavebnice zahrnuje elektronické komponenty, které jsou běžně dostupné a prostřednictvím kterých si sami můžete sestavit i celou řadu jiných projektů. Zájem, který tato stavebnice dokáže v každém probudit, může přinést prohloubení dalších znalostí a sestavení vlastních aplikací. Vlastní vynalézavosti a invenci se meze nekladou! S tímto kalendářem jistě zažijete veselé a pohodové Vánoce!

2 2. den / Připojení zdroje (baterie) Za druhými dvířky se skrývá klip pro připojení k 9 V baterii. V tomto experimentu dojde k použití obvodu z prvního dne. Klip připojte k dodávané baterii. Červený vodič je připojen ke kladnému pólu baterie, černý vodič je pak záporný pól baterie. Zabraňte vzájemnému propojení tzv. zkratování obou vodičů klipu po jeho připojení k baterii. V případě přímého zkratování obou pólů může dojít k velmi rychlému ohřevu baterie a v krajním případě i k její následné explozi. Zkratování baterie navíc výrazně snižuje její provozní životnost. Rezistor 10 kω v tomto zapojení zajišťuje omezení proudu na výslednou hodnotu přibližně 2 V, což je hodnota napětí, které červenou LED rozsvítí. Napětí 7 V je tak na rezistoru a 2 V na LED. Výsledná hodnota proudu, který protéká obvodem a LED je 0,7 V. Většina LED je konstruována pro optimální provozní proud o hodnotě 20 ma. Přesto zejména červená LED bude dostatečně svítit i při nižších hodnotách proudu. Sestavte tento obvod na kontaktním poli. Jedná se o sériové zapojení rezistoru s LED. Při sestavování obvodu pečlivě sledujte shora uvedené schéma. 3. den / Sestavení obvodu do kontaktního, nepájivého pole Za třetími dvířky naleznete desku spojů nepájivé pole, které je konstruované pro velmi jednoduché a rychlé vytvoření obvodu bez potřeby cínového pájení. Pole má celkem 270 kontaktů (pinů), které jsou od sebe vzdáleny v rastru 2,54 mm (0,1 palce). Připojování komponentů a vodičů do pole je tak vysoce komfortní a navíc i velmi kvalitní a bezpečné. V hlavní středové části pole je 230 kontaktů, které jsou v jednotlivých řadách po 5. pinech vzájemně vodivě propojeny. Na obou delších okrajích pole je pak celkem 40 kontaktů, které jsou však vzájemně propojeny v celé řadě. Tyto krajní kontakty pole se používají pro připojení obou pólů zdroje (baterie). 4. den / Spínač Za čtvrtými dveřmi naleznete všechny vodiče nezbytné pro další experimenty. V obvodě vytvořte velmi jednoduchý spínač z kusu vodiče. Použijte vodič o délce přibližně 4 cm a na obou koncích jej zbavte základní izolace v délce 5 mm. Vodič bude sloužit ke spínání, rozsvěcování LED. Další kratší vodič v délce asi 2 cm bude sloužit jako fixace vodičů vedoucích z baterie a zároveň pro jejich odlehčení v tahu. Baterii pak můžete k obvodu ponechat připojenou trvale. Spínač bude složen ze 2 kusů zcela odizolovaného vodiče a jeho sepnutí provedete pouze dotykem prstu. 5. den / Ochranná dioda Další červenou LED naleznete po otevření dvířek číslo 5. Do obvodu budou připojeny obě LED. Znovu dbejte na připojení LED do správné polohy a polarity. Při nesprávném zapojení nebudou LED svítit. Naopak při správném sériovém zapojení budou obě LED jasně svítit. Přestože jsou LED zapojeny do série, intenzita světla první červené LED zůstane nezměněna. Připojení komponentů do pole vyžaduje určité úsilí a cit. Před vložením vodiče do konkrétního kontaktu upravte jeho konec tak, aby došlo k přesnému zasunutí vodiče shora. Pro vkládání vodiče proto použijte například malou pinzetu nebo vhodné kleště s kulatými čelistmi. Základní izolaci vodičů pak odstraňte jen v potřebné délce tak, aby měl vodič dostatečný kontakt s pinem v desce a zároveň aby nemohlo dojít k nežádoucímu zkratování s jiným komponentem nebo vodičem na povrchu obvodu. K desce můžete připojit i velmi tenké drátky aniž by došlo k jejich zlomení. Druhá LED použitá v obvodu hraje v tomto experimentu velmi důležitou roli. Plní zde funkci ochranné diody při nesprávném připojení obvodu ke zdroji (přepólování). Dioda přitom reaguje velmi citlivě a chrání celý obvod a jeho další komponenty před poškozením. LED se v takovém případě používá coby jednoduchý indikátor napájení a správné funkce celého obvodu.

3 6. den / Digitální obvod Za šestými dvířky naleznete nejdůležitější komponent celého adventního kalendáře, integrovaný obvod CMOS-IC Tento integrovaný obvod má celkem 16 vývodů (pinů). IC 4060 disponuje 14 Flip-Flop obvody a jedním víceúčelovým oscilačním obvodem. Při pohledu na IC a jeho nápis je pin 1 označen malým kolečkem. Jako další jsou číselně označeny piny 8, 9 a nakonec až pin 16. Při zapojování IC do desky bude nezbytné provést nepatrnou úpravu jednotlivých pinů a velmi opatrně je ohnout podle potřeby. Samotné vložení IC pak bude znovu vyžadovat přesnost a cit. Upozornění! Při nesprávném zapojení IC do obvodu (přepólování) dojde k jeho nevratnému zničení! Pin 8 je určen pro připojení negativního pólu (GND) a pin 16 pro připojení kladného pólu (Vcc). V případě nesprávného zapojení IC před jeho zničením neochrání ani instalovaná ochranná dioda. Ochranná dioda slouží pouze jako ochrana zdroje (baterie) před zkratem a zničením. V prvním experimentu, kde bude použit IC, bude aktivován oscilační obvod na pinech 10 a 11. Vstup OSC1 bude připojen k GND (negativní pól, logická nula). Na výstupu OSC2 je pak LED zapojena s rezistorem v sérii. Při správném zapojení se LED rozsvítí. Pro většinu testů prováděných s IC 4060 musí být použit resetovací vstup (RES) připojený k GND. Červená LED potom slouží jako indikátor provozního napětí a ochrana zdroje proti přepólování. Při správném zapojení se obě LED rozsvítí za shodné intenzity světla. 7. den / Open Input Pod 7. dvířky naleznete rezistor 22 MΩ (22 mega ohmů, barvy proužků: červená, červená, modrá). Tento rezistor bude použit v několika následujících experimentech v oscilačních obvodech. Rezistor je připojen na vstup OSC1 pouze jedním vývodem a má tak jeden otevřený vstup open input. Celý obvod pak funguje jako náhodný generátor úrovně 1 nebo 0 po stisku tlačítka, podle čehož se pak i rozsvěcuje LED. Přitom ani nemusí dojít k přímému dotyku prstu spínače. Obvod se přepne do jiné úrovně i ve chvíli, kdy se prstem pouze přiblížíte na vzdálenost několik centimetrů od spínače. Lidské tělo a prst poskytují statický náboj a elektrické pole pak působí změny v přepínání obvodu. Stav obvodu se změní dotykem prstu. LED se přitom buď rozsvítí nebo zhasne. Při sepnutí obvodu se obě LED rozsvítí, při vypnutí pak musí obě LED současně zhasnout. Celý obvod nemá vysoké nároky na spotřebu energie. Přesto může nastat situace za které zůstane obvod trvale deaktivovaný a IC přesto spotřebovává nepatrné množství energie. Jedná se o stav, při němž vstupní napětí není přesná 0 a ani provozní napětí. Toto napětí je na hodnotě někde mezi těmito dvěma hodnotami. Po dobu, kdy je vstup obvodu aktivovaný, je možné upravovat jas LED, přičemž LED budou blikat. Jas je redukován díky tomu, že lidské tělo pak v jednotlivých krocích odvádí malý střídavý proud běžné elektrické sítě s frekvencí 50 Hz.

4 8. den / Feedback Za dvířky č. 8 naleznete rezistor 10 kω (barvy proužků: hnědá, černá, oranžová), který bude plnit roli ochranného rezistoru na vstupu do IC. Rezistor 22 MΩ spojuje druhý výstup oscilačního obvodu. LED v tomto případě bude svítit nebo bude zhasnutá. Tento stav bude zcela nepředvídatelný. Doba trvání aktuálního stavu pak bude mít náhodnou délku. Stav je možné měnit připojením 3 vývodů na vstupu k pozitivnímu nebo k negativnímu pólu. Navíc se vám může podařit rozsvítit nebo zhasnout LED jednoduchým stiskem rezistoru pomocí prstu nebo kusu odizolovaného vodiče, který budete držet mezi prsty. V tomto obvodu jsou umístěny 2 invertory do série. Do úrovně 0 na vstupu se obvod přepne po první změně stavu a zpět do úrovně 0 po druhé změně. Jedná se o zpětnou vazbu, při které je úroveň 0 udržována jako vstupní hodnota. Pakliže se obvod přepne do určitého stavu, nebude v aktuálním stavu přetrvávat i nadále a přepne se do opačného stavu. K tomu vždy slouží jen velmi krátký impuls, ke kterému dochází po dotyku prstu a přenosu elektrického náboje. Tento obvod je také nazýván Trigger circuit nebo Flip-Flop. Jedná se navíc o obvod s digitální pamětí o velikosti 1 bitu. Pakliže odstraníte LED (na obrázku vpravo) na výstupu OSC3 z obvodu, dojde k tomu, že obvod nebude prakticky napájen pro jeden ze stavů. Druhá LED tak zůstane trvale deaktivována. Proud může obvodem protékat po jeho sepnutí a přitom se i rozsvítí LED. 9. den / LED blikač Za dalšími dvířky naleznete keramický kondenzátor s kapacitou 100 nf. Označení 104 tak představuje hodnotu pf (piko faradů) a tedy 100 nf (nano faradů). Pomocí kondenzátoru vytvoříte oscilátor, který automaticky přepíná stav v obvodu. Výsledkem bude slabé blikání LED. Negativní zpětnou vazbu v tomto případě vytváří vysoko-impedanční rezistor 22 MΩ umístěný mezi OSC1 a OSC2. Rezistor 10 kω zapojený v sérii s kondenzátorem 100 nf tvoří zpětnou vazbu. Rychlost přepínání obvodu závisí na hodnotě použitého kondenzátoru (v tomto případě 100 nf) a rezistoru (22 MΩ). Oba uvedené komponenty mají časovou konstantu 0,1 µf * 22 MΩ = 2,2 s. Ve skutečnosti však oba stavy obvodu přetrvávají po dobu 2 sekund. Během jedné minuty tak obvod zaznamená přibližnou změnu 15x rozsvícení a 15x zhasnutí LED. Pakliže se prstem dotknete obou vývodů rezistoru 22 MΩ, dojde k vytvoření paralelního odporu lidského těla o hodnotě přibližně 1 MΩ (mega ohm) a tím i redukci časové konstanty. Čím pevněji se rezistoru budete dotýkat, tím rychleji bude LED blikat. Na ochranné LED pak můžete spatřit průtok proudu ještě před samotným přepnutím obvodu do opačného stavu. K tomu dochází díky malému napětí trvale přítomnému na vstupu obvodu. Pakliže odstraníte z obvodu LED (na obrázku vpravo), můžete i přesto sledovat pravidelný nárůst proudu.

5 11. den / 16. násobný dělič Pod dvířky 11. dne najdete keramický kondenzátor 10 nf (označení na pouzdře je 103). Tento kondenzátor plní podpůrnou funkci a je umístěný mezi pozitivním a negativním pólem zdroje. Jedná se o standardní opatření prováděné ve všech digitálních obvodech, které má za úkol zabránit přechodu signálů (tranzienci). Oscilátor se přepne zpět do nízké rozhodovací úrovně a druhá LED je v té chvíli připojena do série s rezistorem na výstupu Q4. LED pak spíná za frekvence 30x on / off. Na rozdíl od předchozích zapojení je v tomto případě IC připojený přímo k baterii. Pakliže všechna dosavadní zapojení fungovala správně, můžete přejít k vlastnímu experimentování i bez ochrany proti přepólování. Druhá LED v tomto případě bude indikovat aktuální frekvenci. Mezi oscilátorem a Q4 jsou 4 dělící kroky, které dělí frekvenci hodinového signálu dvěma. Na výstup je tak přidáván 1 impulz prostřednictvím impulzů 16. hodinového signálu. Základní perioda oscilátoru je 4 sekundy a cca 1 minuta na výstupu Q den / Rychlý LED blikač Dvířka č. 10 skrývají rezistor 100 kω (barvy proužků: hnědá, černá, žlutá). Tento rezistor můžete použít namísto rezistoru 22 MΩ v oscilačním obvodu. Blikání LED pak bude velmi rychlé a bude se spíše jevit jako trvalé rozsvícení. Nejvíce patrný rozdíl v blikání LED bude při opětovné záměně rezistorů. Časová konstanta tohoto obvodu je 100 kω * 100 nf = 10 ms. Výstup obvodu je tedy 10 ms pro sepnutí a stejně tak i pro vypnutí LED. Výsledkem je časový interval 10 ms za frekvence 50 Hz, tedy stejné jako je frekvence elektrické sítě. Pro lidský zrak je však možné zaznamenat blikání nejvýše při frekvenci 16 Hz. Za vyšší frekvence se pak lidskému zraku jeví blikání spíše jako trvalé rozsvícení.

6 12. den / Counter 0 3 Dvířka 12. dne skrývají další rezistor 10 kω (barvy proužků: hnědá, černá, oranžová), který se použije v oscilačním obvodu pro zvýšení frekvence na cca 50 Hz. V tomto experimentu je LED umístěna do výstupu Q5, který rozděluje hodinový signál 32x. Jedna z LED pak bliká velmi rychle a druhá naopak o něco pomaleji. Oba signály je pak možné zaznamenat jako 2-bitové binární číslo. 13. den / 3-bitový čítač (do 7) Za dvířky 13. dne naleznete žlutou LED, díky které se obvod čítače rozšíří na 3 bity. Obvod tak bude disponovat celkem 8. různými stavy čítače mezi 000 (nula) a 111 (sedm). Obě červené LED na výstupu Q5 a Q6 jsou připojeny k sériovému rezistoru. Blikání LED za nižší frekvence zajišťuje Q6. Pro 2 LED je možné použít rezistoru. Díky tomu bude v obvodu aplikován i speciální efekt. Červená LED na výstupu Q6 disponuje 2. úrovněmi jasu. Po dobu aktivace výstupů Q5 a Q6 dochází k vlastnímu napájení proudem obou LED skrze sériový rezistor. V prvním experimentu bylo záměrně použito rezistoru s vyšším odporem (10 kω). Jas LED tak můžete sami upravovat prostřednictvím rezistoru a jeho rozdílné hodnoty. Dbejte však při tomto experimentování nato, aby nedošlo k oslnění prostřednictvím světla LED. Celý obvod je navíc upraven tak, aby co nejvíce šetřil energii baterie. Tento obvod čítač nepřetržitě odpočítává od 0 do 3. Po dosažení 3 se znovu vrátí na začátek a pokračuje od 0. LED se rozsvěcuje v krocích 0, 8, 16 a 24. První 3 kroky slouží jako pre-scaler a poskytují hodinový signál o frekvenci přibližně 6 Hz. Blikání za této frekvence je pro lidský zrak velmi dobře patrné. Pro ještě pomalejší blikání můžete do obvodu použít rezistor o hodnotě 22 MΩ. Stav čítače se tím přepne zhruba do periody ½ minuty. V tomto případě se jedná o vytvoření velmi jednoduchého hodinového signálu. Výstup Q5 Výstup Q4 Hodnota (a tak dále)

7 3/4 takt Za dvířky 14. dne se skrývá další rezistor 10 kω (barvy proužků: hnědá, černá a oranžová). Rezistor umístěte mezi piny Vcc a RES a 2 LED přemostěte z Q5 a Q6 do vstupu resetu. Důležité: Katody LED připojte k výstupům IC. Výsledkem bude obvod s velmi zvláštním blikáním ve 3. stavech blikání ve 3/4 taktu. 15. Pozastavený čítač Dvířka 15. dne skrývají tlačítko / spínač. Při jeho instalaci dbejte vždy na správnou orientaci. Kontakty spínače jsou vždy umístěné mezi dvěma příslušnými piny. Pomocí tlačítka v tomto obvodu dojde k pozastavení oscilace. Čítač se 3. výstupy rozpozná celkově 8 různých stavů. Hlavním úkolem tohoto experimentu bude pozastavit čítač přesně v momentě, kdy budou svítit všechny 3 LED. V tomto obvodu je vstupní puls rozdělen dvěma (16, 32, 64 atd.) až do hodnoty max na výstupu Q14. Při použití resetovacího vstupu a dalších diod, je pak možné dosáhnout libovolného rozdělení signálu. Rezistor zajišťuje navýšení hodnot nulovacího vstupu. Připojené diody pak udržují nízké napětí po dobu, dokud se některý z výstupů nepřepne do úrovně 0. Funkce čítače v tomto případě probíhá po dobu sepnutí Q5 a Q6. Po resetu dojde k vynulování čítače zpět na hodnotu 0. Pro 2 výstupy to znamená pouze možnost následujících stavů: 00, 01 a 10. Jedná se tak o dělitel třemi. Tímto principem pak můžete dosáhnout libovolného dělícího poměru. Například pomocí 2 diod můžete vytvořit dělitele 5. nebo 9. Pro oscilaci bude v obvodu použit malý kondenzátor 10 nf, který vytvoří 10. násobně vyšší frekvenci a zachycení požadovaného stavu bude o to těžší. Při stisku tlačítka dojde k aplikaci provozního napětí do vstupu oscilátoru a tím se zabrání další oscilaci v obvodu. Po uvolnění tlačítka pak oscilace obvodu bude dále pokračovat.

8 16. den / Hrací kostka (High-Speed) 17. den / Světelný senzor Další žlutou LED naleznete za dvířky 17. dne. Obě žluté LED budou v tomto obvodu tvořit světelný senzor. Po dopadu dostatečného množství světla na obě žluté LED, zaznamenáte blikání červených LED. Za šera pak bude blikání jen velmi pomalé. Za dvířky č. 17 naleznete rezistor o hodnotě 4,7 kω (barvy proužků: žlutá, fialová, červená). Oscilační obvod bude v tomto případě znovu konvertován a pro lidské vnímání bude při aktuální frekvenci znovu nemožné zpozorovat blikání LED. Trvalé rozsvícení některé LED pak bude otázkou náhody, stejně tak jako při házení hrací kostkou. Po stisku tlačítka se kostka zastaví na jedné z osmi hodnot, v tomto případě stavu obvodu. Stejně jako u skutečné hrací kostky, stavy 000 (nula), a 111 (7) nesmí nastat. Zapotřebí je dosažení všech ostatních výsledků, čísel od 1 do 6. Výsledky je pak možné zaznamenat do binárního zápisu následovně: 1 = 001b, 2 = 010b, 3 = 011b, 4 = 100b, 5 = 101b, 6 = 110b Oscilátor bez použití kondenzátoru se může zprvu chovat poněkud zvláštně. Použijte proto do obvodu kondezátor s malou kapacitou (4 pf). S použitím rezistoru 22 MΩ se dosáhne frekvence přibližně 5 khz. Na výstupu Q6 se frekvence dělí 64x na frekvenci zhruba 80 Hz (78 Hz). Lidský zrak však tuto změnu v blikání LED ani nepostřehne. Oscilace obvodu se zvýší při použití rezistoru o hodnotě 100 kω. Oscilační obvod pracuje s kondenzátorem o velmi malé kapacitě a rezistorem o hodnotě 22 MΩ. Výsledkem budou velmi vysoké frekvence. Obě žluté LED tvoří rezistor, který je závislý na okolních světelných podmínkách. Obě LED jsou navíc zapojeny do série, takže jedna z nich stále funguje v opačném směru. Po dopadu světla na krystal LED se LED bude chovat jako fotodioda a v tomto případě bude jen velmi malé množství proudu diodou procházet v opačném směru. Čím více bude dopadat světla na obě LED, bude jimi procházet i větší proud a tím se zároveň zvýší frekvence celého oscilačního obvodu. Výsledná oscilace je pak okolo 600 khz a efekt tohoto obvodu nejvíce zaznamenáte v interferencích poblíž rádia, které přijímá střední vlny. Oscilace, kterou generuje IC CD4060 s použitím dodávaných komponentů je v rozsahu 0,25 Hz 600 khz. Pokud však chcete generovat přesnou frekvenci 50 Hz použijte proto přímý dotyk prstu na vstup obvodu. V tomto experimentu pak bude blikání o poznání pomalejší.

9 18. den / Tlačítkový čítač Ve dvířkách 18. dne bude rezistor 4,7 kω (barvy proužků: žlutá, fialová, červená). Díky tomuto rezistoru do obvodu použijeme další LED, která bude vydávat velmi vysoký jas. Všechny 4 použité LED pak tvoří 4 bity binárního čísla a v obvodu tak může být zastoupeno celkem 16 čísel v rozmezí 0 až 15. V tomto případě se však čítač sám nespustí, pulz pro jeho spuštění bude po stisku spínače. Pulsy, které IC 4060 generuje jsou kratší, než 1 mikrosekunda. Kondenzátor 100 nf společně s rezistorem 10 kω mají časovou konstantu 1 milionsekundu, která je 1000x delší. To je doba, po kterou se kondenzátor vybíjí po rozpojení obvodu (po uvolnění tlačítka). I přesto, že dojde k rychlejšímu stisku tlačítka, čítač přesto zaznamená pouze jeden impulz. Jedná se spolehlivý 4-bitový čítač, který může reprezentovat i daleko vyšší čísla při použití vyšších hodnot na výstupu. To znamená stisků tlačítka pro všechny výstupy, včetně výstupu Q14, pro návrat čítače do stavu jako při jeho spuštění. Po každém 8. stisku tlačítka pak bude stav v obvodu na výstupu Q4 velmi dobře patrný a to především proto, že ke změnám dochází daleko častěji. Ve většině případech pak k viditelným změnám v obvodu dochází po každém 3. a 4. stisku tlačítka. Příčinou toho je konstrukce tlačítka a jeho pružný spínací kontakt, který zajišťuje vícenásobné přepínání stavu v obvodu i po jediném stisku. Každým krátkým stiskem tak dochází ke generování několika impulzů, které čítač zaznamenává. 20. den / Multi-Flash LED Ve dvířkách 20. dne se skrývá rezistor 1 kω (barvy proužků: hnědá, černá, červená). Rezistor bude po zapojení do série sloužit k získání maximálního jasu LED a navíc tím obvod bude fungovat za velmi zvláštního blikajícího schéma. Každá žlutá LED problikne v řadě 4x za sebou a poté zhasne. Po této době bude blikat další žlutá LED. 19. den / Zpoždění oscilace Za dvířky 19. dne naleznete rezistor o hodnotě 2,2 kω (barvy proužků: červená, červená, červená). Pomocí tohoto rezistoru pak dosáhnete ještě vyššího jasu. Nejpatrnější změna pak nastává díky použití kondezátoru v paralelním zapojení do vstupu OSC1, který zajišťuje zpoždění oscilace. Po každém stisku tlačítka bude zaznamenáván jeden pulz. Po každém 8. stisku pak dochází ke změnám na výstupu Q4. Po obdržení každého 128. pulzu se čítač vrací do spouštěcího stavu. Zvláštní blikající schéma vznikne díky tomu, že LED propouští proud pouze jedním směrem. LED, umístěná na kontaktním poli v dolní části, svítí pouze při deaktivovaném vstupu Q7 a současně přitom kdy je výstup Q4 aktivován. Vytvořit můžete různá barevná schémata s LED připojenými do výstupu. V každém případě můžete připojit LED přímo mezi 2 výstupy bez rezistoru. Při provozním napětí 9 V výstupní tranzistory IC 4060 mají impedanci 300 Ω. Oba výstupy mají tedy dohromady impedanci 600 Ω. Výsledný proud pro LED je okolo 10 ma, což je výrazně nižší hodnota proudu, než maximálně přípustných 20 ma.

10 22. den / Barevný blikač Za dvířky č. 22 se nachází elektrolytický kondenzátor s kapacitou 100 µf (mikro faradů), který má 1000x větší kapacitu, než keramický kondenzátor 100 nf použitý v předchozích experimentech. Jeho použitím docílíte větší nabíjecí proud, který se projeví na blikání LED. Zelená a žlutá LED pak blikají v delších intervalech. Probliknutí trvá přibližně 1/2 sekundy. V tomto oscilačním obvodu je zároveň použit kondenzátor s kapacitou 10 nf. Na červené LED je přitom indikováno rozdělení pulzního signálu. 21. den / 4-stupňový jas LED Dvířka 21. dne skrývají zelenou LED. V tomto experimentu pak bude tato LED a její jas upravován v celkem 4. krocích (0, 1, 2 a 3), které budou probíhat v jednotlivých sekvencích. Červená LED navíc bude indikovat probíhající pulz. Tento obvod je funkce obdobný jako digitálně-analogový převodník, který konvertuje digitální hodnoty do analogové podoby napětí a proudu. Výstup Q7 spíná větší proud prostřednictvím rezistoru 1 kω a zajišťuje přepínání úrovně On a Off. Výsledkem je vysoká úroveň jasu LED. Naopak výstup Q6 generuje nižší proud a přepíná úrovně On a Off prostřednictvím rezistoru 2,2 kω. Výsledný efekt se promítne na celkovém jasu LED v jednotlivých úrovních.

11 23. den / Blikající světlo (4. úrovně) 23. dvířka skrývají bílou LED. V tomto experimentu budou zapojeny 4 LED v pořadí, kdy 2 LED nikdy nebudou blikat ve stejnou chvíli. K tomu je využito čítače pouze se 2. výstupy. Výstupy Q12 a Q13 generují jen velmi pomalé změny. Oscilátor znovu generuje velmi vysokou frekvenci díky použitému kondenzátoru s kapacitou 10 nf. 24. den / Oheň a padající hvězdy Za posledními dveřmi naleznete další rezistor 1 kω (barvy proužků: hnědá, černá, červená), který bude sloužit pro dotvoření slavnostního osvětlení, které je možné použít na Vánoční stromeček. Dvě červené LED a dvě žluté LED budou vytvářet dojem hořícího dřeva, přičemž světlo těchto LED bude generovat relativně konstantní světlo za pouze velmi slabého blikání. Padající hvězdu pak bude reprezentovat zelená nebo bílá LED. Obvod používá dekodér 1 z 4, který dekóduje jednotlivý stav z dostupných binárních čísel u 2 výstupů. V těchto případech je většinou zapotřebí některý logický obvod. V našem experimentu jej však díky IC 4060 nebude zapotřebí. Tento obvod funguje díky malému triku a principu, který zakládá se na různém provozním napětí LED. Červená LED vyžaduje napájení max. 1,8 V. Zelená a bílá LED pro dosažení optimálního jasu vyžadují 2 V. Po aktivaci výstupu Q13 dojde k napájení zelené LED, do které protéká proud před rezistor 10 kω. Pakliže je ve stejnou dobu výstup Q12 přepnutý do úrovně 0, červená LED je prakticky v paralelním zapojení se zelenou LED a odebírá proud, odpovídající jejímu nižšímu provoznímu napětí. Na výstupu Q12 potom dochází k rozhodování, zda se rozsvítí zelená nebo červená LED. Za určitého stavu na výstupu Q13 tedy bude buď svítit bílá nebo červená LED. Základní jas červených a žlutých LED je zajištěn prostřednictvím dvou rezistorů 1 kω. Rezistory 4,7 kω a 10 kω poskytují menší proud z různých výstupů čítače a vytvářejí nepravidelné blikání. Světelný efekt tohoto obvodu má uklidňující účinek a poskytuje velmi zajímavou podívanou. Nepravidelné blikání je generováno výstupem Q10 a zároveň pomocí elektrolytického kondenzátoru 100 µf. V obvodu můžete velmi jednoduše provádět své vlastní úpravy. Experimentujte s jinými hodnotami rezistorů a výstupy čítače. Vytvoříte si tím vlastní Vánoční osvětlení! Poznámka: Ve schématech je u LED použito označení rt pro červenou LED, označení ge pro žlutou LED, označení gn pro zelenou LED a označení ws pro bílou LED. Rozsah dodávky 2 červené LED + 4 rezistory 10 kω Klip baterie Nepájivé pole IC CD4060 Rezistor 22 MΩ Kondenzátor 100 nf Rezistor 100 kω Kondenzátor 10 nf 2 žluté LED Tlačítko (Switch) 2 rezistory 4,7 kω Rezistor 2,2 kω 2 rezistory 1 kω Zelená LED Elektrolytický kondenzátor 100 µf Bílá LED vodiče Recyklace Pokud si nebudete vědět rady, jak tuto experimentální sadu správně a bezpečně používat a v tomto návodu k obsluze nenaleznete všechny potřebné informace, obraťte se na naši technickou podporu, nebo požádejte o radu kvalifikovaného odborníka. Elektronické a elektrické produkty nesmějí být vhazovány do domovních odpadů. Likvidujte odpad na konci doby životnosti výrobku přiměřeně podle platných zákonných předpisů. Šetřete životní prostředí! Přispějte tak k jeho ochraně!