Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_15.pdf

(2443 KB) Pobierz
PRAKTYCZNY
KURS
cz. 15
ELEKTRONIKI
Oto piętnasta część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zainaugurowaliśmy w MT 2/2013 i będziemy
kontynuować w kolejnych wydaniach. Zainteresowanie kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydowaliśmy się umoż-
liwić czytelnikom dołączenie do niego w dowolnym momencie. Wszystkie poprzednie części są dla wszystkich do-
stępne w formacie PDF na stronie www.mt.com.pl. Można z nich korzystać w komputerze lub sobie je wydrukować.
Można też kupić wszystkie archiwalne numery MT na www.ulubionykiosk.pl. Publikacja każdej kolejnej części jest
zawsze poprzedzona jedną stroną wstępnych informacji (jest to właśnie ta strona), żeby nowi czytelnicy mogli zapo-
znać się z zasadami KURSU i dołączyć do kursantów. ZAPRASZAMY!
Jeśli nie masz bladego pojęcia o elektronice, ale chętnie
byś poznał jej podstawy, to nadarza Ci się niepowtarzalna
okazja. We współpracy z bratnią redakcją miesięcznika
„Elektronika dla Wszystkich” publikujemy w „Młodym
Techniku” cykl fascynujących lekcji dla zupełnie początku-
jących. Jest to
Praktyczny Kurs Elektroniki
(PKE) z akcen-
tem na
Praktyczny,
gdyż każda lekcja składa się z projektu
i wykładu
z ćwiczeniami,
przy czym
projekt
to konkretny
układ elektroniczny samodzielnie montowany i urucha-
miany przez „kursanta”. Pewnie myślisz sobie – pięknie,
ale jak ja mam montować układy, nie mając lutownicy
ani żadnych części elektronicznych. Otóż jest rozwiązanie!
Lutownicy nie będziesz w ogóle używać, gdyż wszystkie
układy będą montowane na
płytce stykowej,
do której
wkłada się „nóżki” elementów na wcisk.
I rzecz najważniejsza!
Wydawnictwo AVT przy-
gotowało zestaw
EdW09,
zawierający płytkę stykową
i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania
kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw
EdW09
można kupić w sklepie internetowym
www.sklep.avt.pl
lub w sklepie firmowym AVT
(Warszawa, ul. Leszczynowa 11) – cena brutto 47 zł.
Ale Ty nie musisz kupować!
Dostaniesz ten zastaw
za darmo,
jeśli jesteś prenumeratorem MT lub wykupisz
wkrótce prenumeratę. Wystarczy wysłać na adres:
prenumerata@avt.pl
dwa zdania:
„Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny
zestaw EdW09. Mój numer prenumeraty: ......................”
Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 28 kwietnia
2014 r., to zestaw
EdW09
wyślemy Ci w połowie maja
2014 r., wraz z czerwcowym numerem MT.
Szkoły prenumerujące MT otrzymują
Pakiety Szkolne
PS EdW09,
zawierające po
10 zestawów EdW09
(każdy
z nich zawiera komplet elementów z płytką stykową)
skalkulowane na zasadach non profit w promocyjnej
cenie 280 zł brutto za jeden pakiet PS EdW09 (tj. z ra-
batem 40% – 28 zł brutto za pojedynczy zestaw EdW09,
którego cena handlowa wynosi 47 zł). Upewnij się, czy
Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszystkie szkoły
ponadpodstawowe i wiele podstawowych otrzymują
MT w prenumeracie sponsorowanej przez Ministerstwo
Nauki i Szkolnictwa Wyższego) i przekaż nauczycielom
informację o Praktycznym
Kursie Elektroniki
z promo-
cyjnymi dostawami
Pakietów Szkolnych PS EdW09
do ćwiczeń praktycznych.
Zestaw EdW09 zawiera następujące
elementy (specyfikacja rodzajowa):
Diody prostownicze
4 szt.
Układy scalone
4 szt.
Tranzystory
8 szt.
Fotorezystor
1 szt.
Przekaźnik
1 szt.
Kondensatory
22 szt.
Mikrofon
1 szt.
Diody LED
11 szt.
Przewód
1m
Mikroswitch
2 szt.
Piezo z generatorem
1 szt.
Rezystory
64 szt.
Srebrzanka
1 odcinek
Zatrzask do baterii 9V
1 szt.
Płytka stykowa prototypowa
840 pól stykowych
1 szt.
Cena zestawu
EdW09
– 47 zł brutto
(www.sklep.avt.pl)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Uwaga Szkoły
Uwaga uczniowie!
Tylko dla szkół prenumerujących
„Młodego Technika”
przygotowano
Pakiety Szkolne
zawierające
10 zestawów EdW09
(PS
EdW09)
w promocyjnej
cenie 280 zł brutto,
tj. z rabatem 40%.
Autorem
Praktycznego Kursu Elektroniki
jest
Piotr
Górecki,
redaktor naczelny kultowego w świecie hob-
bystów – elektroników miesięcznika „Elektronika dla
Wszystkich”, autor legendarnych cykli artykułów i ksią-
żek uczących elektroniki od podstaw.
75
Na warsztacie
Poziom tekstu: średnio trudny
SZKOŁA
Projekt 15
Iluminofonia selektywna
Na fotografii wstępnej pokazany jest model selektywnej, pasmowej iluminofonii, reagujący na dźwięki
z zakresu około 70...280 Hz. Powodują one zaświecanie dwóch białych diod LED. Układ zawiera skutecz-
ny filtr pasmowy, który nie tylko przepuszcza, ale też około 10-krotnie wzmacnia sygnały w paśmie prze-
pustowym, a silnie tłumi sygnały o innych częstotliwościach. W rezultacie układ zupełnie nie reaguje na
sygnały o „obcych” częstotliwościach. Wyróżnia się tym spośród typowych układów iluminofonicznych,
w których z reguły stosowane są proste i mało skuteczne filtry, reagujące także na silne przebiegi „obce”.
W prezentowanym układzie częstotliwość filtru można bardzo łatwo zmieniać przez wymianę czterech
jednakowych kondensorów. Czułość iluminofonii można łatwo korygować za pomocą jednego rezysto-
ra. Model z fotografii wstępnej ma dużą czułość. Przy głośnej muzyce można zmniejszyć wzmocnienie,
usuwając zupełnie R7, a gdyby nadal było za duże, można też zmniejszyć wartość R1.
W Elportalu (www.elportal.pl/pke) zamieszczony jest filmik pokazujący pracę modelu z fotografii
tytułowej.
Schemat ideowy jednokanałowej iluminofonii pasmowej pokazany jest na
rysunku A.
Mikrofon elektre-
towy ME pracuje w typowym układzie pracy z rezystorem obciążenia R1 i filtrem R4C2. Sygnał z mikro-
fonu przechodzi przez C1 i jest wzmacniany w przedwzmacniaczu z tranzystorami T1, T2. Wzmocnienie
tego stopnia wyznaczone jest przez stosunek rezystorów R6/R7 i można je zmieniać w szerokim zakresie,
modyfikując wartość R7 (220 V…10 kV).
Wzmocniony sygnał podawany jest na dwustopniowy filtr ze wzmacniaczami operacyjnymi U1A
i U1B. Jest to filtr pasmowy o częstotliwości środkowej 140 Hz i 3-decybelowym paśmie przenoszenia
100k+22k
R1
4,7k
R4 1k
R5
10k
T1
BC548
C3
100µF
R3
100k
R7
*
1k
T2
BC558
C4
4,7k+
+2,2k
R9
(6,94k)
R11
(121k)
C5
C8
10µF
R12
220k
2
3
+
+
Opis układu dla „zaawansowanych”
+9V...15V
C4-C7=100nF
2,2k+
+1k+
+470Ω
(3,59k)
C6
R16
C7
(62,5k)
47k+
10k+
4,7k
6
5
+
8
7
R2
100k
C1
1µF
LED1
LED2
białe
R17
22k
+
R6 10k
U1A
LM358
1
R19
R20
2 x 470Ω
T4 BC558
T3
BC548
10nF
C10
+
R14
sztuczna masa
+
C2
100µF
R18
47k
1N4148
ME
R8
4,7k
R10
(2,94k)
2,2k+
+470Ω+
+220Ω
U1B
4
LM358
C9
10µF
76
m.technik
- www.mt.com.pl
+
R13
220k
R15
(1,52k)
1k+470Ω
D1
A
PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI
B
też wynoszącym 140 Hz.
Rysunek B
pokazuje charakterystykę amplitudową filtru i jego schemat. Na
rysunku B podane są idealne wartości elementów, wyliczone przez program projektowy. Te wartości są
zaznaczone na rysunku A kolorem niebieskim. Odchyłki od tych wartości skutkują nie tylko przesunię-
ciem częstotliwości, ale też zdeformowaniem charakterystyki. W takich filtrach z reguły stosuje się re-
zystory o tolerancji 1% i kondensatory o możliwie wąskiej tolerancji, najlepiej dobierane. My stosujemy
kondensatory C4–C7 nieselekcjonowane, „wprost z pudełka”, a potrzebne wartości rezystancji składamy
z dwóch lub trzech rezystorów. Na rysunku A wartości te podane są kolorem czerwonym.
Omawiany dwustopniowy filtr wydziela z odbieranych dźwięków tylko składniki o częstotliwościach
ze „swojego” pasma. Sygnały te są podawane przez rezystor R17 i kondensator C9 na rezystor R18 i na
aktywny prostownik z tranzystorem T3. Dioda D1 zapewnia symetryczną pracę prostownika. Rezystor
R18 jest potrzebny choćby tylko po to, żeby po włączeniu zasilania szybko naładować C9 – by zbyt długo
nie świeciły wtedy diody LED.
Jeżeli sygnały zmienne z wyjścia wzmacniacza będą mieć na bazie T3 amplitudę powyżej 0,6 V, wtedy
tranzystor ten będzie otwierany w dodatnich szczytach sygnału. Przepływ prądu kolektora T3 otworzy
wtórnik na tranzystorze T4 i zaświeci białe diody LED1, LED2. C10 jest filtrem tego aktywnego prostow-
nika. Bez kondensatora C10 diody świeciłyby tylko w dodatnich szczytach sygnału, a jego obecność
przedłuża świecenie diod LED. Wartość C10 można zmieniać według upodobania (0 nF…1 mF).
Filtr pasmowy ze wzmacniaczami operacyjnymi U1A, U1B jest tak zaprojektowany, żeby można było
łatwo zmienić jego częstotliwość. Wystarczy zmienić jednakowe kondensatory C4...C7. Z kondensatora-
mi o pojemności 100 nF częstotliwość środkowa wynosi około 140 Hz. Zmieniając pojemności na 470 nF,
otrzymamy filtr najniższych częstotliwości, reagujący na sygnały z pasma 15 Hz...60 Hz. Wymieniając
C4...C7 na 22 nF, otrzymamy filtr o częstotliwości środkowej 640 Hz i paśmie około 320 Hz...1,28 kHz.
Z kondensatorami 4,7 nF pasmo wyniesie około 1,5 kHz...6 kHz, a z kondensatorami 1 nF otrzymamy
filtr najwyższych częstotliwości o paśmie około 7 kHz...28 kHz. Poszczególne pasma nie zachodzą na
siebie – zachowana jest separacja kanałów, co pokazuje
rysunek C.
My musieliśmy zastosować kondensatory
100 nF, bo w zestawie EdW09 mamy odpo-
C1...C4
C1...C4
C1...C4
C1...C4
C1...C4
wiednią liczbę tylko tego nominału. Trzeba
100nF
22nF
4,7nF
1nF
470nF
też pamiętać, że wzmacniacze operacyjne
z kostki LM358 zawartej w zestawie EdW09
300
30
10
100
1k
10k
30k
3k
Częstotliwość [Hz]
są powolne i nadają się jedynie do filtrów
C
77
Na warsztacie
niskich częstotliwości (30 Hz i 140 Hz, najwyżej
640 Hz). Realizując filtry o wyższych częstotliwoś-
ciach, trzeba zastosować szybsze wzmacniacze opera-
cyjne, a przedwzmacniacz, zamiast na tranzystorach,
też można byłoby zrealizować na takim szybkim
wzmacniaczu operacyjnym.
Układ można zmodyfikować, zmieniając wartości ele-
mentów prostownika i stosując tranzystor T4 o większej
mocy. Wtedy aż prosi się zastosować diody LED o dużej
mocy. Taką modyfikację można przeprowadzić według
rysunku D,
dobierając według upodobania C10 i stosu-
jąc szeregowe rezystory ograniczające prądu, stosownie
do użytych diod LED. Trzeba też zadbać o skuteczne
chłodzenie diod LED mocy – popu-
larne diody w obudowie Star (foto-
grafia E),
niezależnie od ich mocy
maksymalnej, bez dodatkowego
radiatora mogą rozproszyć do 1 W
ciepła, czyli pracować z prądem do
350 mA.
Można wykonać oddzielne, auto-
nomiczne moduły iluminofonii na
różne pasma częstotliwości i z dio-
dami o różnych kolorach. Można też
zrealizować wspólny przedwzmac-
niacz z jednym mikrofonem oraz
pięć oddzielnych filtrów i układów
wykonawczych z różnokolorowymi
lampami. Czułość poszczególnych
kanałów iluminofonii zapewne trze-
ba będzie dobrać indywidualnie (za
pomocą R7), zależnie od warunków
pracy i rodzaju muzyki.
+9V...15V
SZKOŁA
*
- wartości dobierane
LED
mocy
Filtr
R17
*
2,2k
+
+
*
BC548
T3
1N4148
*
PNP
mocy
np.
BD244
U1B
C9
22µF
R18
4,7k
D1
Poziom tekstu: średnio trudny
*
D
E
Wykład z ćwiczeniami 15
Poznajemy elementy i układy elektroniczne
W wykładzie 10 mówiliśmy o „wspomaganiu”, gdy omawialiśmy filtry drugiego rzędu. Realizowaliśmy
tam filtry w konfiguracji Sallena-Keya z wtórnikiem tranzystorowym.
Filtry VCVS.
Poznane wcześniej filtry o konfiguracji Sallena-Keya można z powodzeniem zrealizo-
wać na wzmacniaczu operacyjnym według
rysunku 1.
Są one odmianą filtrów zwanych VCVS (Voltage
Controlled Voltage Source), czyli ze źródłem napięciowym sterowanym napięciem. Tym źródłem ste-
rowanym może być nie tylko
wtórnik, ale też wzmacniacz
a)
Sallen-Key’a dolnoprzepustowy
b)
Sallen-Key’a górnoprzepustowy
nieodwracający – wtedy filtr
wy we
R2
we
R1
wy
będzie dodatkowo wzmac-
wtórnik
wtórnik
niał przepuszczane sygnały.
C2
C1
Ogólny schemat filtru VCVS
C2
C1
pokazany jest na
rysun-
R2
R1
ku 2a,
a rysunki 2b,
2c
i 2d
przedstawiają filtry o róż-
R1
R2
C1
C2
we
we
nych charakterystykach.
wy
wy
Filtry MFB.
Filtr o danej
charakterystyce można zrea-
C2
C1
R1
R2
lizować na wiele sposobów.
Prostą i popularną konfi-
gurację mają filtry zwane
78
m.technik
- www.mt.com.pl
+
+
1
PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI
a)
we
Z1
R
B
R
A
b)
wy
we
R1
dolnoprzepustowy
R
B
R
A
wy
+
C2
c)
C1
we
górnoprzepustowy
R
B
C2
+
R
A
wy
d)
we
R1
pasmowy
R
B
C2
+
R
A
wy
Z3
+
Z4
R2
Z2
C1
R1
R2
2
C1
R2
R3
MFB (Multiple FeedBack), czyli filtry wielopętlowe, filtry z wielokrotnym sprzężeniem zwrotnym.
Ogólny schemat filtru MFB pokazany jest na
rysunku 3a. Rysunki 3b, 3c, 3d
pokazują filtry o różnych
charakterystykach.
Zwróć uwagę, że filtry z rysunku 2d i 3d są filtrami środkowoprzepustowymi, które preferują tylko
jedną częstotliwość – ich charakterystyka jest pojedynczą „górą”. Zależnie od wartości elementów,
szczyt tej „góry” może być mniej lub bardziej stromy i wąski. Bardziej wąski i stromy jest w filtrach
o dużej dobroci (oznaczanej literą Q) – rysunek 4. Początkujący na podstawie innych życiowych analo-
gii często uważają, że czym większa dobroć Q, czyli czym węższa charakterystyka częstotliwościowa,
tym lepiej. W rzeczywistości sytuacja wcale nie jest tak prosta. Duża dobroć oznacza jednocześnie
a)
Z4
we
Z1
Z3
wy
Z2
+
Z5
b)
we
R1
dolnoprzepustowy
R3
R2
wy
C1
+
C2
c)
we
C1
górnoprzepustowy
C3
R2
we
C2
wy
+
d)
C2
pasmowy
R3
R1
R1
C1
R2
wy
+
3
dużą skłonność do „dzwonienia” po zaniku sygnału wejściowego, co w niektórych aplikacjach jest
niedopuszczalne. Ponadto często bardzo wąskie pasmo nie jest wcale zaletą, bo potrzebne jest szersze
pasmo przepustowe, ale jednocześnie wymagane są ostre, strome zbocza charakterystyki poza pas-
mem przenoszenia. Potrzebnej charakterystyki nie można uzyskać w pojedynczym filtrze, zmieniając
jego dobroć. Trzeba zastosować dwa lub więcej filtrów o niedużej dobroci, by wspólnie wyznaczyły
charakterystykę. W praktyce poszczególnych filtrów nie łączy się równolegle, tylko kaskadowo – jeden
za drugim, czyli niejako w szereg, przy czym częstotliwości środkowe są odpowiednio rozsunięte.
Łączenie kaskadowe polepsza stromości zboczy. Dla poszerzenia pasma rozsuwa się odpowiednio
częstotliwości poszczególnych filtrów według
rysunku 5a,
ewentualnie jeszcze bardziej, jeżeli nie
przeszkadza niewielkie „siodło” według
rysunku 5b.
Przy odpowiedniej dobroci i rozsunięciu czę-
0
stotliwości filtrów składowych można
uzyskać szerokie, zupełnie płaskie pasmo,
niejako „płaskowyż” o dużej szerokości.
–5
Jednak w takich przypadkach „szerokiego
Q=1
płaskowyżu” być może prościej będzie
–10
zastosować kaskadowe połączenie filtru
dolno- i górnoprzepustowego według
rysunku 6.
–15
Nie ma jednego jedynego, prostego
wzoru na obliczenie wartości elementów
–20
filtrów o zadanych parametrach. Zarówno
Q = 10
dla filtrów VCVS (Sallena-Keya), jak też
–25
MFB i innych, zależnie od wartości ele-
mentów, filtry o tej samej częstotliwości
granicznej będą mieć odmienne właściwo-
–30
ści, jeśli chodzi o przesunięcie fazy, tzw.
opóźnienie grupowe oraz dobroć związa-
–35
ną ze wspomnianą wcześniej skłonnością
do „dzwonienia”. W zależności od stosun-
–45
ku wartości elementów możemy otrzymać
0.1f
0
f
0
10f
0
filtry o tej samej częstotliwości granicz-
Częstotliwość znormalizowana
nej, ale o charakterystykach Bessela,
4
|A| —
Gain
— dB
79

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin