Transkript

1 ROÈNÍK XI/2006. ÈÍSLO 3 Dìjiny Z dìjin pøenosu vìdyzpráv a na techniky dálku Historie elektøiny a magnetizmu 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 Indikátor obsazení koleje Ovladaè návìstí Signalizaèní obvod pro pøejezd Automobilové a letecké modeláøství.. 16 Nabíjeè èlánkù Li-Ion a Li-Pol Rotující svìtlo Svìtla na køižovatce DOPLÒKY K DOMOVNÍMU TELEFONU Úvod Dvoutónový zvonek Pøídavný zvonek, Vypínaè zvonku, Obvod zpoždìného zapnutí zvonku Optický zvonek, Zkušební telefon Zpožïovací obvod pro el. zámek Domácí telefon UŽITKOVÁ ELEKTRONIKA Barevná hudba s LED Èelovka s baterií 9 V Aut. rozsvìcení svìtla v garáži Jednoduché šachové hodiny Èasový spínaè pro pøímotopy ÈÍSLICOVÝ MILIOHMMETR KONSTRUKÈNÍ ELEKTRONIKA A RADIO Vydavatel: AMARO spol. s r. o. Redakce: Zborovská 27, Praha 5, tel.: , tel./fax: Šéfredaktor ing. Josef Kellner, sekretáøka redakce Eva Marková, tel 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, Praha 5, tel./fax: , Distribuci pro pøedplatitele také provádí v zastoupení vydavatele spoleènost Mediaservis s. r. o., Abocentrum, Moravské námìstí 12D, P. O. BOX 351, Brno; tel: ; fax: ; abocentrum@mediaservis.cz; reklamace - tel.: Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o., Šustekova 8, Bratislava, tel.: / predplatne@press.sk ; Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou poštou - øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96 ze dne ). Inzerci v ÈR pøijímá redakce, Zborovská 27, Praha 5, tel.: , tel./fax: Inzerci v SR vyøizuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o., Šustekova 8, Bratislava, tel.: / ; Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor (platí i pro inzerci). Nevyžádané rukopisy nevracíme. pe@aradio.cz ISSN , MK ÈR E 7443 AMARO spol. s r. o. Ernst Mach - Machovo èíslo 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. Titulní list Machovy knihy Die Mechanik in ihrer Entwicklung, vydané roku 1933 v Lipsku Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006 1

2 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. 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 [2] Internetové stránky: Machovo èíslo, Ernst Mach. [3] Poincaré, H.: Der Wert der Wissenschaft. B. G. Treubner, Leipzig [4] Tjapkin, A; Šibanov, A.: Puankare. Molodaja gvardija, Moskva [5] Mach, E.: Die Mechanik in ihrer Entwicklung. F. A. Brockhaus, Leipzig Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

3 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 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

4 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 I K má být omezen na zhruba 5 až 6 A podle požadované zatižitelnosti zdroje. Požadovaný odpor boèníku R5 pak vypoèteme podle Ohmova zákona: R5 = U R5 MAX /I K [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. P MAX = U VÝST MAX I VÝST MAX /4 [W; V, A]. Obr. 2. Obrazec plošných spojù na desce lineárního napájecího zdroje (mìø.: 1 : 1) Obr. 3. Rozmístìní souèástek na desce lineárního napájecího zdroje Na tento výkon musí být dimenzován chladiè T1. Pro 20 W ztrátového výkonu je potøebná chladicí plocha svislého èernìného chladièe pøibližnì 1 dm 2, 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. R1 2,7 kω, miniaturní R2 240 kω, miniaturní R3 43 kω, miniaturní R4 1,5 MΩ, miniaturní R5 viz text R6 680 Ω, miniaturní R7, R8, R9 4,7 kω, miniaturní R Ω, miniaturní R Ω, miniaturní R12 R kω, miniaturní R14 4,7 kω, miniaturní P1 100 kω, PT10 VK100 C1 220 µf/25 V, radiální C µf/16 V, radiální D1 až D4 1N5408 D5 1N4007 D6 LED (zelená) D7 LED (èervená) D8 1N Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

5 D9 1N4007 T1 TIP122 (Darlington) T2 BC557B T3, T4,T5 BC547B IO1 TL071 (MAB356) Re RELEF (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

6 Obr. 7. Zpožïovaè rozjezdu a zastavování lokomotivy R1 2,7 kω, miniaturní R2 240 kω, miniaturní R3 43 kω, miniaturní R4 1,5 MΩ, miniaturní R5 viz text, drátový R6 680 Ω, miniaturní R7, R8, R9 4,7 kω, miniaturní R Ω, miniaturní R11, R12 R kω, miniaturní R14, R17 4,7 kω, miniaturní R15 R16 10 kω, miniaturní P1 100 kω, PT10VK100 C1 220 µf/25 V, radiální C µf/16 V, radiální C3 470 pf D1 až D4 1N5408 D5, D9 1N4007 D6 LED (zelená) D7 LED (èervená) D8 1N4148 T1 TIP122 (Darlington) T2 BC557B T3, T4, T5 BC547B IO1 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 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- 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 6 Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

7 Obr. 10a. Rozmístìní vývodových souèástek na 1. desce zpožïovaèe 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. 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- R6 120 kω, SMD 1206 R7 680 kω, SMD 1206 R8, R9 4,7 kω, SMD 1206 R10 viz text, SMD 1206 nebo vývodový P1, P2 100 kω, PT10HK100 P3 25 kω, PT10HK025 C1, C2 100 µf/16 V, radiální C3 470 pf, keramický, vývodový IO1 Tl072 T1, T2 IRF530 D1, D2 1N5820 (Schottkyho dioda) D3, D4 BAS21, SOT23 D5, D6 BZX84C15, SMD D7 BZX84C5,1V, SMD D8, D9 BAS21, SOT23 DPS (2 ks) 29 Kè, souèástky 193 Kè. 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 transformátoru). 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- jení napájecího napìtí zaène rozjíždìt. Seøízení jednotlivých trimrù závisí vždy na konkrétních podmínkách (na výkonu motorku, hmotnosti vlaku apod). R1 30 kω, SMD 1206 nebo vývodový R2, R3, R4 4,7 kω, SMD 1206 R5 30 kω, SMD 1206 Obr. 11. Symetrický napájeè kolejištì Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006 7

8 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 I P a odporem rezistorù R2 nebo R4 platí vztah: 0,6 = R2 I P ; 0,6 = R4 I P [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. 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. Tab. 1. Pøevodní charakteristika regulátoru PWM U vst U výst [V] [V] 1,5 1,69 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 2,5 3,58 U zhotoveného pulsního regulátoru PWM jsem zmìøil pøevodní charakteristiku, vysledky mìøení jsou v tab. 1. Velièina U vst v tabulce je napìtí z regulovatelného laboratorního zdroje, který byl zapojen místo kondenzátoru C4 na vstup OZ IO1A. Napìtí U výst 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 3,5 4,25 5,0 5,40 7,2 6,92 9,6 8,57 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. R1, R3 2,7 kω, miniaturní R2, R4 4x 1Ω (paralelnì), miniaturní R5 30 kω, miniaturní R6 R7 680 kω, miniaturní R8 10 kω, miniaturní R9 30 kω, miniaturní R10, R11 2,7 kω, miniaturní R12, R Ω, miniaturní P1 10,1 9,88 10 kω/n, lineární potenciometr TP 160 P2 1 kω, trimr TP 095 Obr. 12. Obrazec plošných spojù na desce symetrického napájeèe (mìø.: 1 : 1) Obr. 13. Rozmístìní souèástek na desce symetrického napájeèe 8 Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

9 C1, C2 100 µf/16 V, radiální C3 220 pf, keramický C4 220 µf/25 V, radiální C5, C µf/16 V, radiální D1 až D4 1N5408 D5, D6 1N4148 D7, D8 BZX 83V015 D9, D10 BZX 83V012 D11, D12 1N4148 T1 IRF9530 T2 BC557 B T3 IRF530 T4 BC547 B IO1 TL072 S1 B069E, páèkový pøepínaè, dvoupólový 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 Q18 Q19 Q20 Q21 Q22 Q23 Q24 Dìlicí pomìr 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. 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. (varianta s vývodovými souèástkami) R1 R2 15 kω, miniaturní R3, R4, R5 1,2 až 4,7 kω, miniaturní R6 680 Ω, miniaturní C1 470 pf, keramický C2 100 µf/35 V, radiální Obr. 14. Ovladaè osvìtlení budov D1 BZX 83V012 D2 až D4 LED s velkou svítivostí USM B250C1500 IO DPS stojí 17 Kè, souèástky 49 Kè. 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 Obr. 16c. Rozmístìní vývodových souèástek na desce druhé varianty ovladaèe osvìtlení budov Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006 9

10 (varianta se souèástkami SMD) R1 120 kω, SMD 1206 R2 15 kω, SMD 1206 R5 4,7 kω, SMD1206 C1 470 pf, SMD 805 D1 1N4007, SMD Minimelf D4 LED s velkou svítivostí, vývodová Usm B250C1500 IO 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 Obr. 17. Vysílaè a pøijímaè dálkového ovládání 10 Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

11 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/

12 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. (pøijímaè) R1 4,7 kω, miniaturní R2 12 kω, miniaturní R3 4,7 kω, miniaturní R4, R5 2,7 kω, miniaturní R6 4,7 kω, miniaturní R7 30 kω, miniaturní R8, R9, R10 2,7 kω, miniaturní R11 R kω, miniaturní R13, R14, R15 R Ω, miniaturní R17 R18 33 kω, miniaturní R19 R20 4,7 kω, miniaturní R21 R22 R23 R24 R25 R26 C1 100 µf/25 V, radiální C2 1 µf/16 V, keramický C3 100 nf, keramický T1 BC547B T2 BC557B IO1 TL074 IO IO3,IO IO5, IO IO D1 1N4148 D2,D4 BZX83V012 D3 BZX83V006.2 DPS stojí 63 Kè, souèástky 192 Kè. (vysílaè) R Ω, miniaturní R52 1,6 kω, miniaturní R53 3,9 kω, miniaturní R54 10 kω, miniaturní R55 R56 18 kω, miniaturní R57 R58 8,2 kω, miniaturní P51 5 kω/n, potenc. TP 160 Tl51 až Tl58 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 zvláš, 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 12 Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

13 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 + - bez zdroje Konstrukce Indikátor je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Kvùli širším možnostem využití je deska navržena ve dvojím provedení: Obr. 23. Obrazec plošných spojù indikátoru obsazené koleje s napájecím zdrojem (mìø.: 1 : 1) Obr. 24. Rozmístìní souèástek na desce indikátoru obsazené koleje s napájecím zdrojem 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 ) 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. 25. Obrazec plošných spojù indikátoru obsazené koleje bez napájecího zdroje (mìø.: 1 : 1) Cl + - Obr. 26. Rozmístìní souèástek na desce indikátoru obsazené koleje bez napájecího zdroje Konstrukèní elektronika A Radio - 3/

14 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. R1, R9, R11, R12 R2 200 Ω, miniaturní R3 4,7 kω, miniaturní R4, R10 1,5 MΩ, miniaturní R5, R6, R7, R8 2,7 kω, miniaturní R13 viz text R14 8,2 kω, miniaturní C1 100 µf/25 V, radiální C2, C3 100 nf, keramický D1 až D4 1N4007 D5, D7, D9 1N4148 D6 BZX 83V013 (Zenerova dioda 13 V/0,5 W) D8, D11 1N4148 D10 LED (s vìtší úèinností) D12, D13 1N4148 T1, T2, T3 BC 547B IO DPS stojí 32 Kè, bez zdroje 25 Kè, souèástky 99 Kè, bez zdroje 75 Kè. Op1 TR1 Deska optotriaku MOC 3010 (optotriak) T410/600T(triak) 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 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. Popis funkce 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. Obr. 28. Ovladaè návìstí 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 Výhodou IO 4011 je lepší sluèitelnost s ostatními 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 Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

15 Obr. 31. Obrazec plošných spojù druhé varianty ovladaèe návìstí s IO 74HC00 (mìø.: 1 : 1) 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 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. R1 až R8 miniaturní - viz text R9 R10 až R Ω, miniaturní R14 podle napájecího napìtí C1 100 nf, keramický D1, D2 1N4148 D3 BZX83V012 (1. var.) BZX83V005.1 (2. var.) IO (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). Obr. 33. Signalizaèní obvod pro železnièní pøejezd 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 (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- Konstrukèní elektronika A Radio - 3/

16 Obr. 34. Obrazec plošných spojù signalizaèního obvodu pro železnièní pøejezd (mìø.: 1 : 1) 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. R1 10 kω, miniaturní R2 15 kω, miniaturní R3 4,7 kω, miniaturní R4 680 kω, miniaturní R5, R6 10 kω, miniaturní R7 viz text R8 viz text C1, C2 100 µf/16 V, radiální C3 100 nf, keramický C4 100 µf/25 V, radiální D1, D2, D3 1N 4148 D4 BZX83V015 D5, D6 LED èervená D7 LED bílá Usm. B250C1500 IO Piezo KPT1540W DPS stojí 24 Kè, souèástky 99 Kè. Automobilové a letecké modeláøství 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. Nabíjeè èlánkù Li-Ion a Li-Pol 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 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 U max 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: U max = 0,6 (R1 + R2)/R1 [V; V, Ω]. Maximální proud I max omezovaèem vypoèítáme podle vzorce: I max = 4,2/R4 [A; V, Ω]. Odpor rezistoru R4 (R4 = 2,2 Ω) je zvolen tak, aby I max byl asi 2 A. LED D1 indikuje èinnost omezovaèe. Zaèíná svítit pøi proudu: I ind = (1,7 + 1)/R4 = 1,2 A. Úpravou odporu rezistoru R4 mùžeme I max a I ind 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 , nejsou vlastnosti tohoto omezovaèe úplnì ideální. Napø. pokud pøi napìtí 4,1 V teèe ome- 16 Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

17 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 zahøívat. 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/

18 Obr. 37. Obrazec plošných spojù nabíjeèe dvou èlánkù (mìø.: 1 : 1) Obr. 38. Rozmístìní souèástek na desce nabíjeèe dvou èlánkù 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 dm 2 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. R1, R Ω/1 %, miniaturní R2, R12 4,7 kω/1 %, miniaturní R3, R13 30 kω, miniaturní R4, R14 2,2 Ω/ 5 W, drátový R5, R Ω, miniaturní R6, R16 1,2 kω, miniaturní R Ω/1 %, miniaturní R21 3,9 kω/1 %, miniaturní R Ω, miniaturní R Ω, miniaturní R24 viz text R25, R Ω, miniaturní Term1, Term2 10 kω, termistor K164NK010 C nf, keramický D1, D11 LED D20, D25 1N5821 (1N5408) D21 LED (zelená) D22 BZX83V009.1 D23 LED (zelená) D24 BZX83V005.1 T1, T11 BC557B T2, T12 TIP122 (Darlingtonùv tranzistor) TyMC100-8 Op1, Op11 4N25 IO20 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: U výst = 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. Abychom 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 18 Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

19 (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 +U n = 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 napìtí 4 V. Pro vstupní napìtí +U n = 5,2 V je úèinnost mìnièe 75 %, což je u tohoto tytu zapojení bez zvláštního výbìru souèástek normální. Pøi malém vstupním napìtí (+U n = = 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 nemìl, 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/

20 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 dm 2 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. R1, R11, R Ω/1 %, miniaturní R2, R12, R22 4,7 kω/1 %, miniaturní R3, R13, R23 30 kω, miniaturní R4, R14, R24 2,2 Ω/5 W, drátový R5, R15, R Ω, miniaturní R6, R16, R26 1,2 kω, miniaturní R30 1,8 kω/1 %, miniaturní R Ω/1 %, miniaturní R Ω, miniaturní R33 4x 1 Ω, miniaturní R Ω, miniaturní R35 1,5 Ω/2 (5) W, drátový R36 Term1, Term2 200 Ω, miniaturní 10 kω, termistor K164NK010 C30, C µf/16 V, radiální C32, C 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 zesi- Obr. 42. Rotující svìtlo 20 Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006