5/2019 MAJ • CENA 12zł (w tym 5% VAT) • NAKŁAD: 14 990 egz. www.elportal.pl

Szkoła Konstruktorów – Układ bezpiecznika elektronicznego IN

DEKS

333

62X

ISSN

142

5-16

98

Copyright AVT-Korporacja Sp. z o.o., Warszawa, ul. Leszczynowa 11.Projekty publikowane w „Elektronice dla Wszystkich” mogą być wykorzystywane wyłącznie do własnych potrzeb. Korzystanie z tych projektów do innych celów, zwłaszcza do działalności zarobkowej, wymaga zgody redakcji „Elektroniki dla Wszystkich”. Przedruk oraz umieszczanie na stronach internetowych całości lub fragmentów publikacji zamieszczanych w „Elektronice dla Wszystkich” jest dozwolone wyłącznie po uzyskaniu pisemnej zgody redakcji.Redakcja nie odpowiada za treść reklam i ogłoszeń zamieszczanych w „Elektronice dla Wszystkich”.

Miesięcznik

www.elportal.pl

(12 numerów w roku)jest wydawany we współpracy

z kilkoma redakcjami zagranicznymi.

Wydawca:Wiesław Marciniak

Adres Wydawcy: AVT-Korporacja sp. z o.o.

ul. Leszczynowa 1103-197 Warszawatel.: (22) 257 84 99fax: (22) 257 84 00

Redaktor Naczelny: Piotr Górecki, pg@elportal.pl

Redaktorzy Działów: Andrzej Janeczek

sp5aht@swiatradio.com.pl

Opracowanie graficzne, skład: Ewa Górecka-Dudzik

Okładka, zdjęcia, skanowanie: Piotr Górecki jr

Sekretarz Redakcji Ewa Górecka-Dudzik

ewa.dudzik@elportal.pltel.: (22) 783 00 20

(w godzinach 10:00 – 15:00)

Dział Reklamy:Katarzyna Gugała

katarzyna.gugala@elportal.pltel.: (22) 257 84 64

Klasyczne listy i paczki(projekty i Szkoła Konstruktorów)

prosimy adresować:

AVT – EdWul. Leszczynowa 1103-197 Warszawa

(+dopisek określający zawartość)

Korespondencja elektroniczna:

e-maile do Redakcji EdW:edw@elportal.pl

e-maile do Szkoły Konstruktorów:szkola@elportal.pl

rozwiązania konkursów – e-maile:konkursy@elportal.pl

uwagi do rubryki Errare:errare@elportal.pl

Prenumerata:W Wydawnictwie AVT

tel: (22) 257 84 22e-mail: prenumerata@avt.pl

W RUCH S.A.tel: 801 800 803, (22) 717 59 59e-mail:prenumerata@ruch.com.pl

www.prenumerata.ruch.com.pl

Stali współpracownicy:

Michał AdamusArkadiusz Bartold

Szymon Janek Krzysztof KawaRafał Orodziński Michał Pędzimąż

Michał Stach Szymon Trygar Adam Sobczyk Piotr Świerczek Piotr Wójtowicz

Fir myprezentujące swoje oferty

w niniejszymwydaniu EdW

PRODUCENT AUTOMATYKI GRZEWCZEJ

ARTRONIC . . . . . . . . . . . . . . . 1

SEMICON . . . . . . . . . . . . . . . 37

PW KEY . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

PIEKARZ . . . . . . . . . . . . . . 1, 47

GTB-SOLARIS . . . . . . . . . . . 77

FERYSTER . . . . . . . . . . . . . . 57

EX-OR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

ELMAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

str. 20

str. 32

str. 15

str. 42

Czujnik smogu IoTW ostatnich latach problem smogu w miastach i na wsiach staje sięcoraz bardziej dotkliwy. Osoby, którechcą mieć aktualne informacje lokalne,mogą wykonać opisywane urządzenie,wykorzystujące fabryczny czujnik.

Kurs Arduino– kłopoty z Arduino Pro Mini StrongMiniaturowe płytki Mini, Micro i Nanookazują się bardzo pożyteczne i wygodnew użyciu, ale niektóre wykonania mogąsprawiać poważne kłopoty, a ich (nie)działa-nie może być niemal niewytłumaczalne.

Wzmacniacze klasy D, część 1Wstępna część obszernego cykluo wzmacniaczach klasy D przynosizaskakujące informacje o pierwszychimpulsowych wzmacniaczach audio,które pojawiły się na rynku jużw połowie lat... 60. XX wieku

str. 36Przetwornice indukcyjne

„rezonansowy Royer”Choć określenie „rezonansowy układ Royera”

jest nieścisłe i wprowadzające w błąd, to jednak tak nazywane układy nadal są popularne,

więc trzeba dobrze poznać jakie są zasadyich działania oraz jaki mają zalety i wady.

Różnicowa sonda oscyloskopowa 20MHzRóżnicowe sondy oscyloskopowe to bardzo pożyteczne i cenne dodatki do oscyloskopu.

Niestety, ich ceny są wysokie. Prezentowany projekt udowadnia, że samodzielnie

i niewielkim kosztem można wykonać sondę różnicową o bardzo dobrych prametrach.

++

cewka L

kondensator C

S1

A Bobwódrezonansowy

transfor-mator

C

S1

A B

Tr

a) b)

Maj

W maju na okładce mamy czujnik smogu. Cóż, temat niezmiernie aktualny, więc nie mu-szę zachęcać do zapoznania się z projektem.Bardzo się cieszę, że w tym numerze dwa ko-lejne projekty to przystawki do sprzętu po-miarowego: sonda różnicowa do oscyloskopu o paśmie aż 20MHz oraz pożyteczne dodat-ki do częstościomierza. Po części w związkuz tymi projektami jako podstawę kolejnego zadania głównego Szkoły Konstruktorów wy-korzystałem propozycję związaną z tego ro-dzaju przystawkami – dodatkami do fabrycz-nego sprzętu, nie tylko pomiarowego. Tylko oczywiście w Szkole Konstruktorów rozwią-zania nie muszą być aż tak zaawansowane. Mogą być jedynie teoretyczne. W każdym ra-zie tematyka „dodatków” do najrozmaitszego sprzętu fabrycznego nadal jest jak najbardziej godna zainteresowania.Cieszę się, że wreszcie w tym numerze zaczy-namy cykl dotyczący wzmacniaczy klasy D. Na początek niezbędna „rozbiegówka” z za-skakującymi informacjami historycznymi.Na publikację czekają też kolejne materiały: cykle dotyczące MPPT, najpopularniejszych współczesnych interfejsów oraz „elektroni-ki orgodniczo-rolniczej”, w tym nawadnianiai „chemicznych” pomiarów pH metodami elektronicznymi. Czeka też na publikację nowy Szablon dla Autorów piszących do EdW oraz wskazówki dotyczące przygotowania rysunków płytek. W najbliższych numerach będziemy więc publikować na przemian po-szczególne cykle. Zachęcam do kontaktówz redakcją (edw@elportal.pl) oraz do udziału w Szkole Konstruktorów i w innych konkur-sach EdW!

Serdecznie pozdrawiam

Projekty

Projekty AVT

Czujnik smogu IoT, część 1 ................................................................... 15DIRECTOR9001, część 3 ....................................................................... 18Różnicowa sonda oscyloskopowa 20MHz ............................................ 20Akcesoria do częstościomierza, część 1 ................................................. 24Infinity – system automatyki domowej. Protokół komunikacyjny magistrali RS485, część1 ............................... 27

Elektronika 2000

Eliminator trzasków do wzmacniacza słuchawkowego ......................... 60Selektor wejść audio ............................................................................... 62

Szkoła KonstruktorówZadanie główne 279Zaproponuj elektroniczny układ dowolnej przystawki .......................... 51Rozwiązanie zadania głównego 274Zaproponuj układ bezpiecznika elektronicznegoalbo elektronicznego układu zabezpieczającego. ................................... 52Druga klasa Szkoły Konstruktorów Co tu nie gra? 279, 274..............56Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów Policz 279, 274 .........................58

Artykuły różne

Sieci komputerowe i Internet,czyli o matrioszkach i wyspach Bergamutach, część 5 .......................... 30 Kurs Arduino, odcinek 15 ....................................................................... 32Przetwornice indukcyjne, część 28 ......................................................... 36Automatyka grzewcza, czyli elektronika w systemach ogrzewania, część 7............................... 39Wzmacniacze klasy D, część 1 ............................................................... 42Poznaj układy PLD, część 5 ................................................................... 44Silniki prądu stałego, część 9 ................................................................. 48LTspice łagodnie, ale po barbarzyńsku, część 4 ..................................... 64 Bezdotykowa klawiatura do mikrokomputera CA80 ............................. 66

Rubryki stałe

Nowości, ciekawostki .............................................................................. 6Poczta ..................................................................................................... 10Skrzynka porad ........................................................................................12Prenumerata ...............................................................................................8Księgarnia AVT ........................................................................................80Miniankieta ..............................................................................................76 Reklamy ...................................................................................................77Oferta handlowa AVT ............................................................................ 82

KonkursyJak to działa? ............................................................................................69Co to jest? ................................................................................................74 Krzyżówka ...............................................................................................75

Maj 5 (281)

Prenumerata– naprawdę warto!

Maj 2019

Nowości, ciekawostki

Elektronika dla Wszystkich6

ELEKTRYCZNY SUV OD VWSamochody elektryczne to już nie tylko ciekawostka. To

przyszłość, z której zdają sobie sprawę najwięksi produ-cenci. Coraz silniej postępująca rozbudowa miast, ogra-niczone zasoby paliw kopalnych oraz dbałość o ekologię wymuszają u wytwórców samochodów poszukiwania nowych rozwiązań technologicznych w kwestii napędu. Nic więc dziwnego, że coraz więcej koncernów stawia na mobilność elektrycz-ną oraz odnawialne źródła energii.

Wśród nich jest także Volkswagen, który w szybkim tem-pie poszerza rodzinę swoich elektrycz-nych pojazdów. Po kompaktowym mode-lu ID, dynamicznym I.D. Crozz, oraz prze-stronnym I.D. Buzz, n iemiecka marka

PIERWSZE INFORMACJE O PS5 Wszystko wskazuje na to, że powinniśmy powoli żegnać

się z wysłużonym PlayStation 4. W wywiadzie na wyłączność dla redakcji Wired, twórca najnowszej konsoli Sony – Mark Cerny, zdradził wyjątkowo dużo szczegółów.

Cerny potwierdził, że prace nad PlayStation 5 trwają od 4 lat, a niektórzy deweloperzy otrzymali już dev-kity i pracują nad swoimi pierwszymi grami. Sony przyspiesza teraz budo-wę stacji produkcyjnych, by pozostałe firmy także mogły spró-bować wprowadzenia na rynek następnej generacji. Konsolaz całą pewnością nie pojawi się w sprzedaży w tym roku. Dalej nieznane są powody, dla których firma odpuści tegoroczne E3 i niestety nie wiemy też czy zorganizuje w tym roku specjalne wydarzenie.

Wewnątrz znajdziemy ponownie układ od AMD. Będzie on oparty na architekturze Zen 2 z wykorzystaniem modeli Ry-zen 3. generacji, wykonany zostanie w technologii 7nm. Dalej będzie wyposażony w 8 rdzeni, ale tym razem znacznie po-tężniejszych. Układ graficzny skorzysta z kolejnej generacji kart od czerwonych, o nazwie kodowej „Navi”, wspierając przy tym ray-tracing. Co więcej, PlayStation 5 ma wspierać rozdzielczość nawet do 8K (tutaj trzeba być bardzo ostrożnymw interpretacji co to naprawdę oznacza).

Mark pochwalił się także udoskonaleniami dysku twardego. Wreszcie SSD trafi do konsol w podstawowej wersji, ale nie będzie to taki zwykły dysk. Firma planuje tutaj stworzenie cze-goś niezwykłego – być może wbudowanego w płytę główną. Możliwe jest także wykorzystanie złącza PCI-E, lecz nie wiemy jeszcze w której wersji (może już 4.0?). Czekamy do 2020!

GALAXY S10 Z NAJLEPSZYM APARATEM

Ranking DxOMark dotyczący aparatów w smartfonach traci na znaczeniu, tak jak kiedyś sukcesywnie zmniejszało się znaczenie benchmarków mierzących wydajność proce-sorów zainstalowanych w telefonach. Nie przeszkadza to jednak producentom chwalić się wynikami tych testów. Do-kładnie tak jest w wypadku Samsunga, który modelem Ga-laxy S10 5G pokonał fotograficznie wynik dotychczasowego lidera Huawei P30 Pro.

Samsung Galaxy S10 5G w testach osobnych aparatów wyprzedził P30 Pro pod względem punktacji aparatu głów-nego, przedniego oraz w testach wideo, osiągając w tym ostatnim poziom 100 punktów. To pierwszy smartfon, który dobił do tej magicznej granicy.

Aby ocenić wydajność aparatu Galaxy S10 5G, DxOMark testował ekspozycję i kontrast, kolor, autofokus, teksturę, szum, artefakty, zoom i rozmywanie tła w warunkach słabe-go oświetlenia, oświetlenia zewnętrznego i wewnętrznego. Smartfon został pochwalony za dobry balans bieli i przy-jemną kolorystykę barw, dobry zakres dynamiczny i godny zaufania autofokus czy kontrolę nad szumami. W minusach wspomniano o widocznych artefaktach, utracie ostrości na krawędziach obrazu czy spadku szczegółowości obrazu przy dużym powiększeniu.

Metody badawcze DxOMark bywają kry-tykowane, zaś system naliczania punktów jest dyskusyjny, stąd niektó-rzy producenci w ogóle nie udostępniają swoich smartfonów do testów prowadzonych przez ten zespół. Praktyka pokazu-je jednak, że wyniki DxO zwykle pokrywają sięz subiektywnymi ocena-mi najbardziej szanowa-nych recenzentów.

zaprezentowała pierwszy model elektrycznego SUVa – model ID. ROOMZZ.

ID. ROOMZZ to całkowicie bezemisyjny pojazd, który ma służyć zarówno jako samochód rodzinny, jak i bizne-sowa limuzyna. Volkswagen wyposażył go w dwa silniki elektryczne o łącznej mocy 225 kW oraz stały napęd na cztery koła 4MOTION. Dzięki temu SUV przyspiesza od 0

do 100 km/h w ciągu 6,6 sekundy i osiąga prędkość maksymalną 180 km/h.

Głównym sercem pięciometrowego samochodu ma być oczywiście akumu-lator o pojemności 82 kWh. Przy pełnym naładowaniu ma on wystarczyć na przeje-chanie dystansu do 450 km. Volkswagen zapewnia także, że dzięki systemowi szybkiego ładowania o mocy 150kW, wspomniany akumulator można nałado-wać do 80 procent pojemności w ciągu zaledwie pół godziny. Model ma trafić do sprzedaży już w 2021 roku. Niestety początkowo pojawi się tylko w... Chinach.

Maj 2019Elektronika dla Wszystkich 7

Nowości, ciekawostki

fii ultrafioletowej w modelowaniu metalowych warstw i redukcji warstwy maski, można było uzyskać „wyższą wierność”, czyli zmniejszenie szansy na błędy w obliczeniach logicznych. Dużą korzyścią z punktu widzenia klientów zamawiających nowe ukła-dy od firmy Samsung jest fakt, że zmniejszenie rozmiarów tech-

nologicznych nie tylko przyśpie-szy sam proces ale także obniży koszty jego późniejszego wdro-żenia, co ma olbrzymie znacze-nie dla producentów elektroniki.

Nowe układy Samsunga pojawią się na rynku mobilnym najprawdopodobniej już w przy-szłym roku. To bardzo ciekawa informacja, szczególnie w kon-tekście zmagań Intela, który od kilku lat nie może na dobre wdrożyć swojego 10nm procesu litograficznego. Konkurencja tej firmy ze świata ARM wydaje się pozostawiać Intela daleko w tyle.

PROCES LITOGRAFICZNY 5NMSamsung właśnie się pochwalił, że jego 5-nanometrowa

technologia FinFET jest już gotowa i firma jest w stanie zacząć dostarczać próbki zainteresowanym klientom strategicznym.

W porównaniu z wcześniejszym 7-nanometrowym procesem technologicznym nowa technologia FinFET oparta na procesie z udziałem EUV (ekstremalny ultrafiolet) zapewni aż 25-pro-centowy wzrost wydajności obszaru logicznego przy znacz-nie niższym zużyciu energii, bo aż 20-procentowym, który moż-na zamienić na wzrost wydaj-ności na poziomie 10% przy jednoczesnym utrzymaniu efek-tywności energetycznej znanejz poprzednich technologii.

To nie są wszystkie nowości jakie ma dla nas do zaofero-wania Samsung przy tym „niż-szym” procesie technologicz-nym. Przy wykorzystaniu litogra-

LEICA Q2 Rynek aparatów cyfrowych zmienił się w ostatnich 10 la-

tach wyjątkowo szybko. Wszystko za sprawą smartfonów, które na dobre wyparły budżetowe aparaty kompaktowe,a powoli walczą też z segmentem średnim. Renesans prze-żywają jednak urządzenia klasy premium, a szczególnie aparaty pełnoklatkowe. Jednym z ekstremalnych przykła-dów tego zjawiska jest seria Q od niemieckiej firmy Leica. Niedawno ukazała się druga generacja tego modelu, która charakteryzuje się tym samym obiektywem Summilux f/1.7o ogniskowej 28mm i niemal identycznym kształtem.

Co zatem się zmieniło? Najważniejszą nowością jest 47-megapikselowa matryca, która w porównaniu z matrycą 24Mpx pierwszej generacji nie tylko robi wrażenie na pa-pierze, ale też charakteryzuje się mniejszymi szumami przy wysokich wartościach ISO. Drugą ważną nowością jest od-porność na zachlapania i kurz, co jest przydatne szczególnie dla osób lubiących podróżować. A właśnie do takich odbior-ców przeznaczony jest ten model. Q2 wyposażono równieżw większą i bardziej pojemną baterię oraz mocniejszy proce-sor, który jest w stanie bez problemu poradzić sobie z więk-szą liczbą pikseli. Leica Q2 to również możliwość nagrywa-nia wideo 4K, ale z uwagi na dość wolny autofokus w trybie ciągłym oraz brak możliwości ustawiania czasu i przesłony w trybie wideo sprawiają, że na pewno nie będzie to urządze-nie przeznaczone dla fanów wideografii.

Cena? Na polskim rynku to ponad 20 000 zł, czyli o ponad 3000 zł więcej niż pierwsza generacja w dniu premiery.

NOWE SŁUCHAWKI BEATS AUDIO Dla wszystkich fanów Apple rozczarowanych premierą

drugiej generacji AirPodsów pojawiły się dobre informacje. Warto zainteresować się nową propozycją firmy Beats, która od dłuższego czasu należy do giganta z Cupertino. Zaprezen-towała ona słuchawki Powerbeats Pro, które podobnie jak od-świeżone AirPodsy, zostały wyposażone w procesor H1 ma-jący zapewnić wygodną współpracę z iPhonem, MacBookiem czy smartwatchem Apple Watch.

Słuchawki Apple pierwszej generacji nie były produktem idealnym. Pojawiło się wiele głosów, że za 800 złotych powin-ny oferować wyższą jakość dźwięku. Dodatkowo mogłyby za-pewniać odporność na wodę, tłumienie dźwięków otoczeniaa także bezprzewodowe ładowanie. Niektórzy liczyli, że wszystko to zostanie usprawnione w nowej generacji. Apple jednak pozbył się tylko ostatniej wymienionej wady – nowe AirPodsy można ładować bezprzewodowo. Za taki komfort firma Tima Cooka życzy sobie aż 1000 zł.

Słuchawki Beats Powerbeats Pro oferują dłuższy czas pra-cy na jednym ładowaniu niż AirPodsy. Według danych pro-ducenta różnica jest naprawdę zauważalna. Nowe AirPodsy Apple zapewniają 5 godzin słuchania muzyki. Z kolei Power-beats Pro to już 9 godzin pracy. Etui, z którym sprzedawane są nowe słuchawki, pełni rolę powerbanku. Zgromadzonaw nim energia pozwala na kilkukrotne naładowanie akumulato-rów, dostarczając łącznie ponad 24 godziny słuchania muzyki.

Wady? Brak obsługi bezprzewodowego ładowania, złącze Lightning zamiast USB typu C i jeszcze wyższa cena. Power-beats Pro zostały wycenione na 1129 złotych.

Prenumerujesz nieprzerwanieod minimum roku? Przedłużaj prenumeratę

ze zniżką lojalnościową(po zalogowaniu na www.avt.pl)

P R E N U M E RUJP R E N U M E RUJ

do 50% zniżkido 50% zniżkiza lojalnośćza lojalność

prenumeratę zamówisz:prenumeratę zamówisz:• na www.avt.pl • mailowo – prenumerata@avt.pl • telefonicznie – 22 257 84 22

• wpłacając na konto: AVT Korporacja sp. z o.o., ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa,ING Bank Śląski 18 1050 1012 1000 0024 3173 1013

W PRENUMERACIE:

▶ wygodna dostawa (wprost do skrzynki pocztowej) ▶ przesyłka gratis!

prenumerata

jeśliprenumerujesznieprzerwanieod:

jeśli jeszcze nie jesteśPrenumeratorem

roku

roczna dwuletnia

132 złzniżka 8%

120 złzniżka 16%

108 złzniżka 25%

96 złzniżka 33%

3 lat

2 lat

5 lat

192 złzniżka 33%

168 złzniżka 41%144 złzniżka 50%

C e n y p r e n u m e r a t s t a n d a r d o w y c h :

prenumerata roczna

1 wydanie gratis132 zł

prenumerata dwuletnia

8 wydań gratis192 zł

e-prenumerata roczna

zniżka 15%87,70 zł

e-prenumerata dwuletnia

zniżka 30%144,40 zł

Szanowny Kliencie, od 25 maja 2018 roku w krajach Unii Europejskiej obowiązuje Ogólne rozporządzenie o ochronie danychosobowych (RODO). Zachęcamy do zapoznania się z poniższą klauzulą informacyjną.

Administratorem Twoich danych jest AVT-Korporacja sp. z o.o. z siedzibą ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa, e-mail: prenumerata@avt.pl. Chodzi o dane osobowe, które zbieramy, aby móc wysłać Ci nasze czasopisma w formie drukowanej lub elektronicznej oraz inne towary

(np. prezenty), a także w innych prawnie usprawiedliwionych celach, w tym marketingu bezpośredniego naszych produktów i usług (tzw. uzasadniony interes administratora). Podanie danych jest dobrowolne, ale niezbędne do zrealizowania zamówienia na prenumeratę.

Twoje dane osobowe mogą być przekazane Poczcie Polskiej, która będzie dostarczać do Ciebie przesyłki. Bez Twojej zgody nie przekażemy i nie będziemy dokonywać obrotu (nie użyczymy, nie sprzedamy) Twoich danych osobowych innym osobom lub instytucjom. Twoje dane

osobowe możemy przekazać jedynie podmiotom uprawnionym do ich uzyskania na podstawie obowiązującego prawa (np. sądy lub organy ścigania) – ale tylko na ich żądanie w oparciu o stosowną podstawę prawną. Będziemy przetwarzać Twoje dane osobowe przez 5 lat

od zakończenia roku obrachunkowego, w którym wystąpiła ostatnia płatność. Dane osobowe do celów marketingowych będziemy przetwarzać do czasu wycofania przez Ciebie zgody na przetwarzanie lub do czasu usunięcia danych.

Informujemy, że masz prawo do żądania od administratora dostępu do Twoich danych, ich sprostowania, usunięcia, ograniczenia ich przetwarzania, wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych lub ich przenoszenia. W każdej chwili możesz odwołać

zgodę na przetwarzanie Twoich danych osobowych oraz możesz zażądać, by Twoje wszystkie dane zostały przez nas usunięte.

prenumerata łączona:

prenumerata papierowa(standardowa

lub ze zniżką lojalnościową)+ równoległa e-prenumerata EdW

ze zniżką 80%ze zniżką 80%

roczna e-prenumerata równoległa20,60 zł

dwuletnia e-prenumerata równoległa41,20 zł

do 50% zniżki na www.sklep.avt.pl do 50% zniżki na www.UlubionyKiosk.pl bezpłatne czasopisma dla prenumerujących minimum dwa tytuły Wydawnictwa AVT (szczegóły na avt.pl/klub)

prezent za zaprenumerowanie magazynu

jeśli zamawiasz prenumeratę po raz pierwszy lub jeśli zamówisz jąpo zalogowaniu na www.avt.pl, otrzymasz

kody na bezpłatne e-wydaniadowolnych naszych czasopism:

. . . i ko r z y s t a j. . . i ko r z y s t a jZ P R Z Y W I L E J Ó WZ P R Z Y W I L E J Ó W

krok 1:

jeśli przedłużasz prenumeratę

zaloguj się na www.avt.pl zamów prenumeratę EdW na www.avt.pl

przedłuż swoją prenumeratę utworzymy Twoje konto Prenumeratora

po odnotowaniu wpłaty przyznamy Ci pulę kodów na darmowe e-wydaniado wykorzystania na www.UlubionyKiosk.pl (kody będą dostępnepo zalogowaniu na www.avt.pl)

jeśli jesteś nowym Prenumeratorem

krok 2:

krok 3:

rabaty i gratisyw Klubie AVT Elektronika

Każdorazowo opłacenie prenumeraty jest premiowane prezentem.

W tym numerze są to: koszulka z logo „Elektroniki dla Wszystkich”

(rozmiar L, XL) płyta Ingolfa Wundera „300” Zamów swój prezent mailowo

(prenumerata@avt.pl).

W rubryce „Poczta” zamieszczamy fragmenty Waszych listów oraz nasze odpowiedzi i komentarze. Prosimy o listy dotyczące bieżą-cych wydań EdW, a także o listy z Waszymi komentarzami, propo-zycjami, problemami, pytaniami, oczekiwaniami względem nas,

z propozycjami tematów do opracowania, itp. Autorzy najcie-kawszych, wartościowych listów otrzymują upominki, najczęś-ciej w postaci drobnych kitów AVT. Piszcie do nas, bardzo ceni-my Wasze listy, choć nie wszystkie prośby możemy zrealizować.

Elektronika dla WszystkichMaj 201910

Poczta edw@elportal.pl

UWAGA! UWAGA!

Potwierdzamy otrzymanie każdego e-maila. Zachęcamy do wykorzystywania opcji: Żądaj potwierdzenia doręczenia. Jeśli ktoś nie otrzyma potwierdzenia w ciągu tygodnia, proszony jest o wysłanie swojej wiadomości jeszcze raz – do skutku. A gdyby przypuszczalnym powodem skasowania e-maila przez serwery poczty były potencjalnie groźne załączniki (np. typu .exe. bas, itp.), bardzo prosimy wysłać informację o tym bez żadnych załączników.

Do części projektów publikowanych w EdW firma AVT pro-ponuje kompletne zestawy elementów albo tylko płytki dru-kowane. Na początku i końcu takich artykułów-projektów podana jest informacja o numerze kitu AVT. Jeżeli w artykule numeru kitu nie ma, a Czytelnicy byliby zainteresowani naby-ciem zestawów albo samych płytek, jest to możliwe.AVT uruchomi realizację kitów/płytek, o ile tylko gotowość zakupu wyrazi przynajmniej kilku chętnych. Zgłoszenia i py-tania w tej sprawie należy nadsyłać wprost na adres:

kity@avt.pl

Dzień dobry.Bardzo podoba mi się cykl artykułów zawarty w Szkole Kon-struktorów na temat zasad obliczania i szacowania parame-trów termicznych układów elektronicznych. Materiały na ten temat pomogły mi zrozumieć te zagadnienia. Kierując się zasadami zawartymi we wspomnianych artykułach, starałem się obliczyć zależności termiczne zachodzące w płytkach PCB z LED-ami SMD służącymi do oświetlenia, niestety bez skutku. Bo jak zabrać się za liczenie tych zależności w LED-ach?Producenci podają temperaturę złącza oraz rezystancję ter-miczną od złącza do punktu lutowniczego. I tu zaczynają się przysłowiowe schody. By dalej liczyć, trzeba znać rezystancję termiczną: złącze lutownicze – lutowie, następnie rezystancję termiczną lutowia (zakładam, że grubość pasty ma znaczenie) oraz rezystancję złącza: lutowie – płytka PCB.Diody służące do oświetlenia mają różne wymiary, a co za tym idzie powierzchnię styku. Mają różną gęstość upakowania na płytce (zdjęcie w załączniku). Poza tym mamy różne pasty lu-townicze o niższej i wyższej temperaturze topnienia, co jest związane z ich składem chemicznym a to zapewne przekłada się na ich rezystancję termiczną.Idąc dalej, mamy laminat, który dzieli się na zwykły i z metali-zacją o różnej grubości warstwy miedzi i samej płyty. Laminat jest następnie przykręcany do aluminiowej obudowy lampy lub przyklejany termoprzewodzącą taśmą klejącą.Nie orientuję się, czy producenci laminatów podają jego para-metry termiczne, a jeżeli nawet, to czy pokrywają się one z rze-czywistością. Zastanawiam się, czy mając kawałek laminatu da się zmierzyć jego rezystancję termiczną?Podsumowując, próby policzenia tego typu układu przerosły

mnie, a temat wydaje mi się bardzo ciekawy. Dlatego jeżeli jest to możliwe, proszę o wyjaśnienie tego typu zagadnień, może jako rozszerzenie wspomnianego cyklu artykułów. Jestem przekonany, że te informacje zainteresują wielu czytelników.

PozdrawiamMarcin

PSPrzypuszczam, że do układu termicznego COB należy podejść tak jak do tranzystora mocy, ponieważ mamy tu wyprowadzony styk do odprowadzania ciepła. Niestety w karcie katalogowej producenta: Xicato dla modułu np. XTM19954030CCA, nie znalazłem informacji o jego rezystancji termicznej.W załączniku przesyłam kilka kart katalogowych diod LED.

Cykl dotyczący aspektów termicznych elektroniki i doboru radiatorów został przerwany, ponieważ został „wypchnięty” przez inne artykuły i cykle, o które się upominaliście. Zacyto-wany list jest jednak dowodem, że w okresie, gdy diody LED wypierają inne źródła światła, koniecznie trzeba powrócić do tego ważnego tematu. Do omówienia pozostaje kilka ważnych zagadnień, w tym sposób charakteryzowania właściwości ter-micznych za pomocą specyficznego parametru zwanego psi (Ψ), parametru zbliżonego do rezystancji termicznej. Drugi ważny temat to kwestie zastosowania płytki drukowanej w roli radiatora. Jest to nie tylko możliwe, ale coraz częściej wyko-rzystywane. W grę wchodzi jednak szereg czynników, które trzeba uwzględnić, w tym liczba i grubość warstw miedzi.

Dzień dobry,Po chwili przerwy mały, ale chyba pocieszny drobiazg na te-mat mojego ulubieńca CA80 – materiały w załączniku, może wpasuje się w prima aprilis. A przy okazji zapraszam na nieco odświeżoną stronkę o CA80: http://bienata.waw.pl/ca80/

Pozdrowienia wiosenne załączam,Natasza Biecek

Nadesłanego materiału nie udało się zamieścić w numerze kwiet-niowym. Z przyjemnością przedstawiamy go w tym numerze.

Szanowna Redakcjo!Przyznane mi upominki otrzymałem, za co bardzo dziękuję!Największą frajdę sprawił mi dołączony egzemplarz „Młodego Technika”. Jest to pismo moich młodych lat, kiedy w połowie lat 50. ubiegłego wieku zaczynałem poznawać świat techniki. Najbardziej pasjonowała mnie elektronika, więc następnym pismem był „Radioamator i Krótkofalowiec”, później „Radio-elektronik”, radzieckie „Radio” i wiele innych pism z dziedzi-ny elektroniki. Wreszcie przyszła emerytura, a że Wasze pismo ma w tytule... dla wszystkich, więc jest też i dla mnie.

Pozdrawiam i życzę pomyślnego krzewieniawiedzy i kultury technicznej

Wiesław

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 11

Poczta

Witam (...) Chciałem się dowiedzieć, czy wiadomo coś o układzie dla prostownika Baster – BZA24/25, o którym pi-sałem [w numerze marcowym EdW] (...)

PozdrawiamStanisław

Niestety, po publikacji listu do redakcji nie napłynęło ani jed-no zgłoszenie z informacją albo propozycją pomocy. Sprawa jest jednak jak widać nadal aktualna.

Witam (...) od jakiegoś czasu zacząłem pasjonować się elektroniką, mam ponad 35 lat. Nigdy nie miałem styczności z elektroniką. dlatego pytam: OD CZEGO ZACZĄĆ?Moja przygoda zaczęła się od oglądania REDUKTORA SZU-MU I RS ELEKTRONIKA pana Krzysztofa Bilewicza i jakoś mnie wessało...Proszę o jakieś podstawowe wytyczne.Ja zacząłem od zakupu „Praktyczny Kurs Elektroniki” 01/18 oraz „Elektronika dla Wszystkich” 03/19. Czy dla laika to jest dobry początek?Jeżeli Pan coś doradzi, BĘDĘ WDZIĘCZNY.

Pozdrawiam Grzegorz

Zeszyt „Praktyczny Kurs Elektroniki” to bardzo dobry wybór. Przede wszystkim trzeba się skoncentrować na realizacji pro-ponowanych tam układów – ćwiczeń. Drugą, pokrewną ścież-ką są dwie książki autorstwa naszego Naczelnego, „Wyprawy w świat elektroniki”, wydane przez WKiŁ. W obu przypad-kach kluczowe znaczenie ma budowanie układów, najprościej właśnie na płytkach stykowych. Realizacja układów, nawet tych prostych, daje najbardziej cenne doświadczenie prak-tyczne oraz satysfakcję i zachętę, że w ciągu kilku minut „po-wstaje coś z niczego”. Elektronika to jednak bardzo obszerna dziedzina. Drobne, proste układy to znakomity wstęp. Ale wypadałoby też zapoznać się szerzej z różnymi dziedzinami elektroniki. I wtedy najpopularniejszym wyborem jest zakup dwóch tomów książki „Sztuka elektroniki”, którą przedsta-wialiśmy w numerze marcowym EdW (str 68).Obecnie elektronika nieuchronnie ulega cyfryzacji, więc na jakimś etapie rozwoju trzeba też koniecznie zainteresować się programowaniem mikroprocesorów i językiem C, co chyba najłatwiej zrobić w oparciu na Arduino.

Dzień dobry, zwracam się z prośbą do Państwa o udostępnie-nie programu źródłowego do (...). Sterownik zakupiłem w skle-pie AVT-Korporacja Sp. z o.o. kilka dni temu (...) Chciałbym lekko zmodyfikować program o wyświetlacz ze wskazaniami kilku wartości oraz w razie czego (uszkodzenia uC) na nowo zaprogramować. Bardzo mi na tym zależy, mogę ewentualnie jakąś kwotę zapłacić za ten program.

Z góry serdecznie dziękuję.Radosław

Do większości projektów „mikroprocesorowych” ich Autorzy udostępniają pełną dokumentację, w tym projekty płytek oraz programy źródłowe. Są one dostępne w Elportalu na stronie z materiałami dodatkowymi:https://elportal.pl/materialy-dodatkowe/W takich przypadkach wystarczy tylko znaleźć na tej stronie materiały do numeru EdW, w którym opisywany był dany układ.W nielicznych przypadkach Autorzy projektów z takich czy innych względów udostępniają w Elportalu jedynie program

wynikowy (HEX), który należy tylko wpisać do proceso-ra. Większość zainteresowanych to w pełni satysfakcjonuje. Jeżeli jednak w takim programie ktoś chciałby wprowadzić zmiany, powinien zwrócić się w pierwszej kolejności nie do redakcji EdW, tylko do Pracowni AVT (serwis@avt.pl), bo za-zwyczaj tam uzyska dalsze informacje. Jeśli jednak się okaże, że i w Pracowni AVT nie są dostępne programy źródłowe, po-zostaje bezpośredni kontakt z Autorem projektu.Na końcu artykułu – projektu, pod podpisem Autora zawsze zamieszczany jest adres e-mailowy. Bezpośredni kontakt z Autorem może być zresztą pierwszym, jedynym i najlep-szym krokiem we wszelkich przypadkach, gdy ktoś chce roz-winąć projekt – być może wcześniej inni Czytelnicy już zapro-ponowali lub wprowadzili jakieś zmiany, a może Autor już ma nowszą, bogatszą wersję programu.

Dzień dobry (...)Zmagam się z naprawą urządzenia stosowanego w kosmeto-logi, opartego na procesorze Keila SM8952A. Jestem raczej laikiem. Urządzenie „wariuje”, czyli nie reaguje na przyci-ski i pokazuje losowe bzdury na wyświetlaczu LED. Nie mam oscyloskopu i trochę nie wiem, jak to ugryźć.Ale nie o poradę proszę.Pożądany by był artykuł albo kurs w EdW diagnostyki urzą-dzeń elektronicznych opartych na mikrokontrolerze, czyli jak „ugryźć” taki przypadek jak mój od strony serwisu.Mam też pomysł zadania do szkoły: „Zaproponuj układ elek-troniczny, zastępujący oryginalne fabryczne rozwiązanie, któ-re jest niemożliwe lub nieopłacalne w naprawie”

Pozdrawiam Janusz Pańczyk

Z serwisem jest coraz większy problem, ponieważ coraz trud-niej zdobyć jakąkolwiek dokumentację techniczną urządzeń elektronicznych i zawierających obwody elektroniczne. Nie-dostępne sa też „wsady” do mikroprocesorów. Niemniej bar-dzo chętnie zamieścimy w EdW artykuły przedstawiające, jak radzicie sobie z serwisem w takich przypadkach.

WitamMam chyba dziwne pytanie, ale [w tabelce Szkoły Konstrukto-rów] nie rozumiem tego całego znaku zapytania „?”„Znak zapytania oznacza, że ewentualna publikacja nastą-pi dopiero po nadesłaniu ostatecznych materiałów”. Niby wszystko jasne, ale wydaje mi się, że nie mam czego dosyłać :) chyba czegoś tu nie rozumiem. Tak tylko pytam. :) (...)

Takie zapytanie już dość dawno temu nadesłał jeden z Kolegów, który wziął udział w Szkole Konstruktorów. Bardzo często ma-teriały nadsyłane jako rozwiązanie głównego zadania Szkoły Konstruktorów są bardzo interesujące. Z konieczności w roz-wiązaniu danego zadania te nadesłane rozwiązania omawiane są tylko pobieżnie. A wiele z nich jest na tyle interesujących, że aż prosi się, żeby szerzej przedstawić szczegóły. I właśnie znak zapytania pojawia się wtedy, gdy nadesłane materiały są inte-resujące, ale są niekompletne, co uniemożliwia ich publikację. Dlatego zamieszczamy przypomnienie, że materiały powinny być przygotowane na podstawie Szablonu dostępnego w El-portalu. Ostatnio Szablon został zmodyfikowany i dostosowa-ny do aktualnych potrzeb. W jednym z najbliższych numerów przedstawimy ten nowy Szablon i inne szczegóły.

Upominki za listy do Poczty otrzymują w tym miesiącu:Marcin i Wiesław.

W ru bry ce przed sta wia ne są od po wie dzi na py ta nia nade sła ne do Re dak cji. Są to spra wy, które, na szym zda niem, za in te re su ją szer sze gro no Czy tel ni ków.

Jed no cze śnie in for mu je my, że Re dak cja nie jestw sta nie od po wie dzieć na wszy st kie nade sła ne py ta nia, do ty czą ce róż nych drob nych szcze gółów.

12

Skrzynka Porad

Elektronika dla WszystkichMaj 2019

(...) nie mam żadnego doświadczenia z silnikami (...)muszę kupić (...) najlepiej używany (...) zrobić napęd z przekładnią – reduktorem (...) jaki silnik na 220V

będzie trwały (...) żeby było łatwiej regulować: prądu sta-łego czy zmiennego? (...)Pytanie nadesłane do redakcji dotyczyło konkretnej sytuacji i specyficznych potrzeb, jednak problem wyboru i sterowa-nia silników jest interesujący dla każdego elektronika, dlate-go warto nieco rozszerzyć odpowiedź. Ale wcześniej trzeba byłoby też określić, co to znaczy „regulacja”? Czy chodzi tylko o zmianę kierunku obrotów? Czy o płynną zmianę prędkości obrotowej? Czy też o jedno i drugie?

Ogólnie biorąc, tematyka napędów z wykorzysta-niem różnych silników jest bardzo obszerna i trudna. Elektronik musiałby włożyć dużo wysiłku, żeby dobrze opanować te zagadnienia. Nie ma możliwości omówienia tego w skrócie. Niemniej warto podkreślić pewne aspek-ty ważne dla hobbystów, którzy chcieliby zrealizować zadanie jak najtaniej. A główna linia podziału wcale nie przebiega między silnikami prądu stałego i zmiennego.

Generalnie łatwiejsze do sterowania są silniki prądu stałego. Trzeba jednak zauważyć, że większości elektro-ników silniki prądu stałego kojarzą się przede wszystkim, a często wyłącznie, z małymi silnikami z magnesami trwa-łymi (PMDC – Permanent Magnet Direct Current Motors) o mocach od kilku do kilkudziesięciu watów. Cechą charak-terystyczną jest w nich po pierwsze obecność komutatora i szczotek, po drugie pole magnetyczne wytwarzane jest przez magnesy trwałe umieszczone w stojanie. Regulacja polega na zmianie napięcia zasilającego wirnik. Napięcie to może być stałe, ale mogą to być impulsy i wtedy regulacja prędkości polega na zmianie wypełnienia impulsów.

W literaturze silnikami o mocy ułamkowej i mikrosilni-kami są nazywane silniki o mocach poniżej 750W...1000W. Trzeba więc wiedzieć, że istnieją też silniki prądu stałego większe i dużo większe (o mocach nawet kilku megawa-tów). Też mają komutator i szczotki, ale nie zawierają magnesów. Zamiast magnesów trwałych mają umieszczone w stojanie uzwojenie(-a). Prąd stały płynący przez uzwoje-nie( -a) wytwarza niezbędne pole magnetyczne. To dodatko-we uzwojenie, zwane uzwojeniem wzbudzenia, może być dołączone równolegle do wirnika (silniki bocznikowe) albo włączone w szereg z wirnikiem (silniki szeregowe). Często to uzwojenie składa się z dwóch części i wtedy można uzy-skać silnik szeregowo-bocznikowy. Właściwości – charak-terystyki silnika zależą od sposobu połączenia, a ponadto można wtedy zastosować różne inne sposoby regulacji, ale to odrębny, szeroki temat.

Jeżeli wystarczy silnik o mocy do stu watów, to najproś-ciej wykorzystać silnik PMDC i zastosować impulsowy regulator, w praktyce chiński moduł za kilkanaście, najwy-żej kilkadziesiąt złotych. I oczywiście odpowiedni zasilacz

prądu stałego. Przy mocy do stu watów nie ma kłopotu z zakupem odpowiedniego silnika, zasilacza i regulatora PWM, bo oferta jest ogromnie szeroka.

Przy mocach kilkuset watów i większych zaczyna się problem z silnikami prądu stałego. Takie silniki prądu sta-łego o większej mocy są dostępne, ale są mniej popularne, a przez to bardziej kosztowne. Z reguły mają one napięcie zasilania ponad 100 woltów, co znacząco komplikuje kwe-stię sterowania, bo oprócz silnika potrzebny jest i odpowied-ni zasilacz prądu stałego, i regulator impulsowy (nie ma natomiast problemu ze zmianą kierunku obrotów, wystarczy odwrócić biegunowość, choćby za pomocą przekaźnika).

Dlatego przy większych mocach atrakcyjniejsze, nie tylko dla hobbystów, mogą okazać się popularne silniki prądu zmiennego na 230V. W otaczających nas urządzeniach znajdziemy mnóstwo silników prądu zmiennego, ale w róż-nym stopniu nadają się one do regulacji.

Istnieje mnóstwo rodzajów silników prądu zmiennego, ale w pierwszym przybliżeniu możemy je podzielić na dwa rodzaje: komutatorowe i bezkomutatorowe.

Najprościej biorąc, komutatorowe silniki prądu zmien-nego, które stosowane są powszechnie w elektronarzę-dziach i pralkach, są łatwe do sterowania. Do regulacji prędkości wystarczy prosty, popularny regulator fazo-wy z triakiem. Kierunek obrotów można łatwo zmie-niać, przełączając końcówki uzwojenia wzbudzenia (albo komutatora).

Krótko mówiąc, najprostsze do regulacji są silniki komutatorowe, zarówno prądu stałego, jak i zmienne-go. Takie silniki pochodzące z różnych urządzeń można nabyć po okazyjnych cenach, często za darmo. Wygląda to na rozwiązanie idealne dla hobbysty.

Być może...Trzeba jednak wziąć pod uwagę ważny problem: pod-stawową wadą wszelkich silników komutatorowych jest problem zużywania się, wycierania szczotek i komu-tatora. Widocznym efektem jest to, że okolice silnika w danym urządzeniu z czasem pokrywają się groźnie wyglądającym czarnym nalotem. Wbrew przypuszcze-niom wielu mniej zorientowanych, ten czarny nalot, który okazuje się pyłem z zużytych, startych szczotek, ani nie jest groźny, a nawet jego ilość nie jest bezpośrednim świa-dectwem stanu silnika. W większych silnikach z reguły producent przewidział możliwość wymiany szczotek i w przypadku silników z odzysku szczotki mogły być wymieniane, nawet kilkakrotnie. W sumie w używanych silnikach zwykle nie szczotki są problemem, tylko stan komutatora. Szczotki łatwo wymienić, a „zdarty” komu-tator nie zawsze można poprawić. A stan tych elementów określa nie tylko przewidywany dalszy czas pracy, ale też decyduje o poziomie generowanych zakłóceń (co wynika z iskrzenia komutatora).

13

Skrzynka Porad

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019

Pozyskanie używanego silnika komutatorowego zazwy-czaj jest łatwe i tanie, ale warto zastanowić się, na ile będzie on niezawodny, ile czasu jeszcze popracuje i czy nie będzie zakłócał pracy pobliskich urządzeń elektronicznych.

W związku z tymi kwestiami być może także hobbysta powinien zwrócić uwagę na bezkomutatorowe (indukcyj-ne) silniki prądu zmiennego. Brak komutatora i szczotek powoduje, że są one wielokrotnie trwalsze i zdecydowa-nie bardziej niezawodne, ponieważ jedynymi ruchomymi, zużywającymi się elementami są łożyska. Popularne indukcyjne silniki prądu zmiennego sa niemal wieczne.

Niestety, bezkomutatorowe silniki AC są zdecydowanie trudniejsze do sterowania. Owszem, prędkość niektórych można regulować przez zmianę napięcia zasilania (w prak-tyce przez zastosowanie prostego regulatora z triakiem). Ale zwykle taki sposób regulacji nie daje zadowalających wyników, a w przypadku wielu silników i obciążeń prądu zmiennego jest wręcz niemożliwy. Jeśli nawet najprost-szy sposób regulacji przez zmianę wartości napięcia jest w ogóle możliwy, to tylko przy specyficznym obciążeniu, głównie w wentylatorach. A i wtedy inne wady, jak nieprzy-jemne buczenie, często dyskwalifikują takie rozwiązanie.

Skuteczne rozwiązanie istnieje: prędkość obrotową bezkomutatorowych silników prądu zmiennego można regulować przez zmianę częstotliwości przebiegu zasi-lającego, ale to wymaga zastosowania skomplikowanego

sterownika – konkretnie falownika o parametrach dosto-sowanych do silnika (1- albo 3-fazowego).

Trzeba podkreślić, że zastosowanie bezkomutatoro-wego silnika AC, choćby popularnego asynchronicznego klatkowego, w połączeniu z odpowiednim falownikiem, to znakomite rozwiązanie, pozwalającej uzyskać trwa-łość i precyzję regulacji. Podstawowym ograniczeniem jest jednak cena falowników, które jak na razie są dość drogie. I może być też kłopot z przełączaniem kierun-ku wirowania. W niektórych jednofazowych silnikach prądu zmiennego zmiana kierunku obrotów jest możliwa (i bardzo łatwa). Przykładem łatwej zmiany kierunku obrotów są „symetryczne” silniki prądu zmiennego 230V z kondensatorem, stosowane w siłownikach do napędu bram. W innych jednofazowych silnikach AC sterowanie kierunkiem obrotów może być niemożliwe, zależnie od kilku czynników. To bardzo szeroki temat i o szczegóły trzeba pytać doświadczonych praktyków.

Jest też jeszcze jedna dobra droga: aktualnie coraz większą popualrność zyskują silniki BLDC (BrushLess DC): bezkomutatorowe z magnesem trwałym, ale bez szczotek. W istocie są to trójfazowe silniki prądu zmiennego, wyma-gające odpowiednio skomplikowanego sterownika. Silniki takie i sterowniki do nich stają się coraz tańsze i jest to bar-dzo interesująca alternatywa, choćby z uwagi na praktycznie nieograniczoną trwałość i małe rozmiary.

Prenumerujesz

Elektronik Praktyczn +

Elektronik dla Wszystkich?

Skorzystaj z promocji

1 + 1 = 3i zamów bezp atn

prenumerat Elektronika

Prenumerujesz

Elektronik Praktyczn +

Elektronik dla Wszystkich?

Skorzystaj z promocji

i zamów bezp atn

prenumerat Elektronika

na www.avt.pl/prenumerata

100% elektroniki

Felieton

Elektronika dla WszystkichMaj 201914

Pierwszą lampę elektronową wykorzy-stywaną praktycznie zbudował w 1904 roku John Fleming. W istocie była to żarówka z dodatkową blaszką-elek-trodą wewnątrz. Miała ona szczegól-ną właściwość – mimo panującej we-wnątrz próżni, prąd „magicznie” prze-pływał od blaszki do włókna, ale w dru-gą stronę już nie. Elektrody tej lampy nazwano stosownie do funkcji: dodat-nią blaszkę – anodą a ujemne włókno – katodą. Całe zaś urządzenie, jako że miało dwie elektrody, otrzymało na-zwę dioda. W 1907 roku Lee De Forest wstawił pomiędzy katodę i anodę trze-cią elektrodę – metalową siatkę. Taką trójelektrodową lampę nazwano triodą. Przykładając do siatki ujemny poten-cjał względem katody, można sterować przepływem prądu pomiędzy anodą a katodą. Ale to nie magia. Za prze-pływ prądu w lampie odpowiedzialny jest strumień elektronów emitowanych przez rozgrzaną katodę, które pędzą do przyciągającej je dodatniej anody. Odpychający elektrony potencjał siatki skutecznie ten ruch hamuje. Właśnie od tych elektronów powstała nazwa lampa elektronowa, a całą nową dziedzinę na-zwano elektroniką.

Do czasu opracowania i spopulary-zowania tranzystorów lampy elektro-nowe były stosowane we wszelkich urządzeniach elektronicznych: odbior-nikach radiowych i telewizyjnych, układach automatyki, a nawet w kom-puterach. Po latach odstawienia lampy powróciły jednak do łask za sprawą grupy audiofi lów, którzy dźwiękowi lampowych wzmacniaczy przyznają nieomal magiczne właściwości, niedo-stępne dla wzmacniaczy tranzystoro-wych. W czym tkwi ta wyjątkowość?

Każdy wzmacniacz można opisać szeregiem parametrów technicznych,

takich jak pasmo przenoszenia, moc czy zawartość zniekształceń harmo-nicznych. W latach 70., kiedy wzmac-niacze lampowe ustąpiły pola urządze-niom tranzystorowym, konieczne stało się znormalizowanie tych parametrów. Powstała wówczas norma HiFi (od ang. High Fidelity – wysoka wierność). Ustalono, że sprzęt audio HiFi ma mieć pasmo przenoszenia od 20Hz–16kHz oraz zawartość zniekształceń harmo-nicznych nieprzekraczający 1%. Obec-nie produkowane urządzenia, nawet niskiej klasy, z łatwością osiągają te parametry. Ich pasmo przenoszenia się-ga od 15Hz do ponad 20kHz, a poziom zniekształceń mieści się poniżej 0,1%. Spora część domowych wzmacniaczy (stereo czy kina domowego) ma moc powyżej 2x40W. O ile pasmem prze-noszenia wzmacniacze lampowe nie ustępują urządzeniom tranzystorowym, o tyle ich moc rzadko jest większa niż 2x20W, a poziom zniekształceń harmo-nicznych sięga poziomu 1% i więcej. Dlaczego więc, pomimo tych gorszych parametrów, uważane są za lepsze?

Otóż wyjątkowość wzmacniacza lampowego tkwi w charakterze tych zniekształceń. Jak wiemy, każdy prze-bieg okresowy, również dźwięk, roz-pisać można jako złożenie wielu skła-dowych przebiegów sinusoidalnych o różnych częstotliwościach i ampli-tudach. Czysty ton podany na wejście po przejściu przez tor wzmacniacza jest zawsze „wzbogacony” o pewną dawkę zniekształceń, których poziom można już zmierzyć za pomocą analizato-ra. Wzmacniacze tranzystorowe mają przewagę składowych harmonicznych nieparzystych, a lampowce parzystych. Ucho ludzkie dobrze toleruje harmo-niczne parzyste, które odbierane są jako ocieplenie, złagodzenie dźwięku.

Harmoniczne nieparzyste zaś odczuwa się jako nienaturalne, metaliczne wy-ostrzenie dźwięku.

Drugą cechą wzmacniaczy lampo-wych jest odporność na przesterowa-nie. We wzmacniaczach tranzystoro-wych przy zbyt wysokim poziomie głośności następuje gwałtowny wzrost zniekształceń, będący skutkiem obci-nania wierzchołków sygnału. Sinusoida zmienia się w przebieg trapezowy, co objawia się jako nieprzyjemne char-czenie. Wzmacniacze lampowe poziom zniekształceń zwiększają stopniowo, przy czym przebieg sinusoidalny nie zostaje obcięty, ale niejako poszerzony u podstawy – trapez z zaokrąglonymi krawędziami. Taki rodzaj zniekształ-ceń jest wyjątkowo dobrze tolerowany przez słuch, odbierany jako wspomnia-ne ocieplenie. Dodatkowo taki sygnał jest odczuwany jako głośniejszy niż czysta sinusoida o tej samej amplitu-dzie. Dlatego wzmacniacze lampowe grają głośno pomimo niskiej mocy. Po-ziom zniekształceń może przy tym się-gać nawet 10%, ale to nie przeszkadza, przeciwnie, wprowadza więcej „ma-gicznego ocieplenia”.

Są jeszcze dwie swoiste cechy wzmac-niaczy lampowych. Po pierwsze, uro-kliwa poświata od żarzących się lamp elektronowych. Wpływa ona korzystnie na nastrój, a przez to pośrednio także na doznania słuchowe. Po drugie, realne ocieplenie od nagrzewających się lamp. Wiele spośród audiofi lskich wzmacnia-czy pracuje w „szlachetnej” klasie A, w której większość dostarczanej energii zamieniana jest w ciepło. Zatem rośnie temperatura i emocje – czyż to nie magia?

Sławomir Węgrzynbsw@poczta.onet.pl

www.bsw.cba.pl

Wzmacniacze lampowe –Wzmacniacze lampowe –trochę historii, magii i... teoriitrochę historii, magii i... teorii

Zachęcamy do nadsyłania podobnych tekstów!Podziel się z innymi Czytelnikami swoimi wspomnieniami albo przemyśleniami, dotyczącymi

historii, współczesności czy spodziewanego rozwoju elektroniki!Pomyśl, napisz (powyższy materiał ma około 750 słów) i przyślij zwykłym listem lub na adres edw@elportal.pl!

Materiał może dotyczyć „elektronicznych wspomnień”, ale też dowolnego innego aspektu elektroniki.

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 15

Projekty AVT

Temat smogu jest ostatnio bardzo popu-larny. Smog jest w Polsce od dawna, ale od kilku lat dużo się o nim mówi i prze-de wszystkim mierzy się jego poziom. W sezonie zimowym w mediach poda-wane są poziomy pyłów PM2,5 i PM10, ogłaszane są komunikaty alarmowe, gdy przekraczane są ich krytyczne wartości. Powstały też specjalne sieci czujników i strony internetowe, gdzie można spraw-dzić jakość powietrza. Jednak mimo że na dużym obszarze, np. miasta, będzie ona dobra, to wystarczy jeden sąsiad palący węglem złej jakości lub po prostu śmie-ciami, aby tę jakość lokalnie drastycznie obniżyć. Dlatego warto mieć swój własny czujnik poziomu pyłów zawieszonych i samemu kontrolować powietrze w swo-jej okolicy. Własny czujnik przyda się też tam, gdzie publiczne sieci czujników nie docierają, czyli np. na obszarach wiejskich. A to tam wbrew pozorom jakość powietrza może być zimą znacznie gorsza z powodu braku ciepła sieciowego i gazu do ogrze-wania. Właśnie żeby umożliwić własne pomiary, opracowałem projekt przydo-mowego czujnika smogu. Co czujnik tak naprawdę mierzy? Czym jest smog?

Smog, pył zawieszony, aerozole atmo-sferyczne to bardzo drobne cząstki stałe unoszące się (zawieszone) w powietrzu. W komunikatach słyszmy o PM2,5 oraz PM10 – to oznaczenia średnicy cząstek pyłu podanej w mikrometrach, czyli tysięcznych częściach milimetra. Zanie-czyszczenia, które wdychamy do płuc, są dla nas niebezpieczne, negatywnie wpływają na zdrowie. Te większe PM10 szkodzą głównie na płuca, mniej-sze PM2,5 są już tak małe, że mogą przenikać do krwiobiegu i wpływać na cały organizm.

Poziomy pyłów zawieszonych są poda-wane w mikrogramach na metr sześcienny powie-trza. Oczywiste jest, że im mniej, tym lepiej i pożą-dana wartość to ta bliska zeru, co zdarza się np. latem. Ale żeby określić, kiedy powietrze jest już dobre, a kiedy niezdrowe, powstały normy. Są one różne w różnych krajach. Niestety w Polsce mniej

restrykcyjne niż w innych krajach, np. w Europie Zachodniej. Ja w moim urzą-dzaniu przyjąłem normy według tabeli 1, są one zgodne z tymi stosowanymi w komunikatach podawanych w mediach.

Projekt składa się z dwóch urządzeń: czujni-ka smogu, który umiesz-czamy na zewnątrz budyn-ku – nazwanego SMOG TX, oraz opcjonalnego urządzenia umieszczanego w domu, wyświetlające-go orientacyjnie wartości PM2,5 i PM10 – nazwa-nego SMOG RX. Oba urządzenia komunikują się bezprzewodowo, poprzez domową sieć Wi-Fi. SMOG TX, poza czuj-nikiem pyłów zawieszonych, ma również czujnik mierzący: temperaturę i wilgotność powietrza oraz ciśnienie atmosferyczne. Część odbiorcza jest opcjonalna, ponieważ wszystkie wyniki pomiarów można spraw-dzić za pomocą dowolnego urządzenia z przeglądarką internetową. SMOG TX ma serwer WWW i prezentuję prostą stronę z wynikami pomiarów i oceną zanieczysz-czenia powietrza, taką jak na rysunkach 1, 2, 3. Na rysunku 1 widać bardzo dobre

wyniki, były one zarejestro-wane na początku grudnia, około południa w słoneczną sobotę. Powietrze pachniało świeżością, w komunikatach podawanych przez media jakość powietrza oceniana była jako świetna. Na rysun-ku 2 pomiar wykonany po północy, było czuć i widać, że sąsiad zapalił „nocne śmie-ci”. Nocne, czyli takie, z któ-rych leci czarny dym i już strach palić nimi w dzień. Rysunek 3 to pomiar wyko-nany następnego dnia rano, w styczniową niedzielę. Tego dnia media ogłaszały alarm smogowy i informowały, żeby nie wychodzić z domu. Dzień był bezwietrzny i sło-

neczny. Od sąsiada dym nie leciał. Powie-trze na węch wydawało się czyste.

To właśnie dlatego warto mieć czuj-nik lub chociaż obserwować pomiary podawane w mediach. Na węch czujemy substancje chemiczne, które są w dymie,

a pyłów zawieszonych nie poczujemy. Czyli może nam się wydawać, że powietrze jest czyste, a w rzeczywi-stości takie nie jest. Czuj-nik mierzy również poziom PM1, jednak ponieważ dla tak małych pyłów nie zna-lazłem sensownych norm, te wartości są pokazywane bez słownej i „kolorowej” oceny.

Opis układuOba urządzenia wykorzystują moduły z układem ESP8266, który moim zdaniem jest rewelacyjnym rozwiązaniem do budo-wy urządzeń IoT. Zawiera on jednocześnie mikrokontroler i radio Wi-Fi, w dalszej części artykułu będę go nazywał po prostu mikrokontrolerem, mimo że jest to zde-cydowanie więcej. Można o tym układzie śmiało mówić SoC – czyli System on Chip. ESP8266 można wykorzystywać na wiele rożnych sposobów. Większość modułów z tym układem jest dostarczana z wgranym gotowym oprogramowaniem pozwalają-cym na pracę jako moduł łączności Wi-Fi. Wtedy główne oprogramowanie pracuje na innym układzie i steruje układem ESP za pomocą komend AT, znanych jeszcze z czasów modemów analogowych i nadal wykorzystywanych w różnych modułach komunikacyjnych. Jednak o wiele ciekaw-sze i efektywne (zwłaszcza kosztowo) jest wykorzystanie wewnętrznego, wbudo-wanego mikrokontrolera ESP do urucha-miania swojego oprogramowania. Tutaj też mamy kilka możliwościowi. Możemy wykorzystać środowisko IDE dostarczane przez producenta układu - firmę Espressif. Możemy wgrać interpreter języka LUA i potem to w nim tworzyć skrypty ste-rujące pracą naszego urządzenia. Może-my też skorzystać z Arduino IDE. To bardzo dobre moim zdaniem środowisko

Tabela 1

Czujnik smogu IoTCzujnik smogu IoT część 1część 1

Rys. 2

Rys. 1

Rys. 3

Projekty AVT

Elektronika dla WszystkichMaj 201916

powstało dla mikrokontrolerów z rdzeniem AVR, ale obecnie dostępnych jest wiele wersji dla innych układów. Co najlepsze, z punktu widzenia programisty to dalej to samo środowisko, znane biblioteki działają tak samo, a tylko „pod spodem” znajdu-ją się kompilatory dla zupełnie innych architektur i sporo kodu dla odmiennego sprzętu. Z mojego doświadczenia Arduino „przeniesione” na ESP8266 działa bardzo dobrze, a łatwość pisania kodu „sieciowe-go” z wykorzystaniem gotowych biblio-tek jest zachwycająca. Dlatego właśnie oprogramowanie obu urządzeń powstało w Arduino IDE.

Smog TX – nadajnik. Urządzenie musi pracować na dworze, dlatego obudowa powinna zabezpieczyć je przed warunkami atmosferycznymi. Jednak w tym przypad-ku nie może to być szczelna obudowa np. klasy IP67, bo dla czujnika niezbędny jest swobodny przepływ mierzonego powie-trza. Moje urządzenie zamontowane jest na częściowo zadaszonym tarasie, dzięki temu nie jest aż tak narażone na opady. Dlatego zdecydowałem się na obudowę osłaniającą elektronikę od góry i z boków, ale otwartą od dołu. Obudowa pochodzi z odzysku, z urządzenia służącego do cyklicznego automatycznego rozpylania zapachów. Fotografia 1 przedstawia zamontowane na ścianie urządzenie, a fotografia 2 – obu-dowę od spodu. SMOG TX jest zamon-towany na uchwycie, na którym wcześ-niej była antena satelitarna. Elementem montażowym jest typowa obejma służąca do mocowania rur. Kabel koncentryczny,

który również jest pozostałością po instalacji satelitarnej, służy do doprowadzenia zasilania do czujni-ka. Dzięki temu nie musiałem pro-wadzić nowych połączeń z domu na zewnątrz, a wcale nie jest to zastosowanie nietypowe dla tego typu kabla, ponieważ konwerter LNB jest zasilany z dekodera sate-litarnego właśnie poprzez kabel sygnałowy.

Rysunek 4 pokazuje schemat urządzenia SMOG TX, a fotogra-fia 3 widok płytki. Najważniej-szy element SMOG TX to czujnik pyłów zawieszonych typu PM7003. Jest to złożony moduł. Powietrze do wnętrza jego obudowy jest zaciągane przez wentylator. W komorze pomiarowej znajduje się laser. Jeżeli powietrze zassane do czujnika zawiera drobiny pyłu zawie-szonego, światło lasera odbije się od niego i będzie padać na elementy fotoelektryczne. Układy analogowe wzmacniają powstający w nich sygnał i podają na mikrokontro-ler z rdzeniem ARM Cortex-M0, który oblicza na ich podstawie stężenia PM1, PM2,5 oraz PM10. Wyniki są wysyłane na zewnątrz modułu przez łącze szeregowe. Pozostałe elementy na schemacie to raczej typowy układ z mikrokontrolerem. Dioda D1 zabezpiecza przed odwrotną polaryza-cją napięcia zasilającego. Układ ESP8266 wymaga napięcia 3,3V, natomiast czujnik PMS7003 5V. Te napięcia są wytwarzane przez stabilizatory liniowe typu LM2937: U2 oraz U3. Gdybym projektował drugą wersję urządzenia, zastąpiłbym je prze-twornicami. Ciepło wytwarzane przez sta-bilizatory liniowe zakłóca bowiem pomiar temperatury – podnosi ją w obudowie o kilka stopni. W tym wypadku problem został rozwiązany programowo przez odję-cie arbitralnie ustalonej wartości, ponieważ

pomiar temperatury w tym przypadku jest tylko dodatkiem do głównej funkcjonalno-ści. Ale w urządzeniu, w którym byłby on kluczowy, należy zwrócić baczną uwagę, jak układy zasilania oraz inne wpływają na temperaturę we wnętrzu obudowy.

Układ ESP8266 jest zamontowany na gotowym module z anteną wykona-ną w postaci ścieżki na płytce. Moduł typu ESP8266-WROOM-02 pochodzi od producenta układu scalonego i jako jeden z niewielu na rynku ma certyfika-ty FCC oraz CE. Zaletą w porównaniu np. do popularnego ESP-01 jest też duża liczba dostępnych wyprowadzeń układu ESP8266.

Czujnik PMS7003 jest dołączony do mikrokontrolera przez łącze szeregowe. Sprzętowy UART ESP8266 jest wykorzy-stywany do jego programowania i przy-datny przy debugowaniu kodu, dlatego czujnik dołączyłem do innych linii GPIO i wykorzystałem programową obsługę portu szeregowego. Prędkość komunikacji czujnika jest nieduża (9600bps), nie wysy-ła on wiele danych (32 bajty maksymalnie 5 razy na sekundę), więc takie rozwiązanie

Fot. 1

Rys. 4

Fot. 3

Fot. 2

17

Projekty AVT

jest wystarczające. Połączenie szeregowe jest dwukierunkowe, ale mikrokontroler wyłącznie odbiera dane od czujnika, komu-nikacja w drugą stronę nie jest wykorzysty-wana. Wejście SET czujnika jest dołączone do mikrokontrolera. Niski stan podany na nie wprowadza czujnik w stan uśpienia. Z zasady działania czujnika, obecności elementów mechanicznych – wentylatora, a także źródła światła laserowego wynika jego ograniczona żywotność. Ciągły prze-pływ powietrza przez czujnik może rów-nież powodować gromadzenie się zanie-czyszczeń w jego wnętrzu. Dlatego można wykorzystać wejście SET do okresowego wyłączania czujnika pomiędzy pomiarami. Ja jednak nie skorzystałem z tej możliwo-ści w moim oprogramowaniu.

Czujnik ciśnienia, temperatury i wilgot-ności to BME280. Ponieważ występuje on w bardzo małej obudowie typu QFN, dla uproszczenia montażu został wykorzystany gotowy moduł z Chin. Co ciekawe, moduł kupiony w ten sposób jest łatwiej dostępny i tańszy niż sam układ scalony! Czujnik łączy się z mikrokontrolerem magistralą I2C. Rezystory podciągające dla linii SCL i SDA nie są wymagane, ponieważ już są zamontowane na module.

Smog RX – odbiornik. Fotografia 4 przedstawia urządzenie odbiorcze, rysu-nek 5 jego schemat, a fotografia 5 widok płytki. Została ona specjalnie zaprojekto-wana do obudowy pozyskanej z zewnętrz-nego modemu telefonicznego. Obudowa jest wykonana z aluminium, bardzo solidna i elegancka. Do zamontowania w przed-niej części wskaźników wychyłowych oraz diody LED został przygotowany nowy panel czołowy. Natomiast płytka drukowa-na została tak zaprojektowana, żeby wyko-rzystywane złącza i przyciski znalazły się w otworach panelu tylnego, co widać na

fotografii 6. SMOG RX jest przystosowany do zasilania 5V, ma gniazdo microUSB, czyli można wykorzystać np. łado-warkę od nieużywanego tele-fonu komórkowego. W proto-typie gniazdo było zbyt mocno odsunięte od krawędzi płytki i nie mogło być dobrze przy-lutowane. Dlatego dla mecha-nicznego wzmocnienia został wykorzystany klej na gorąco. W udostępnionych w Elportalu plikach projektu ten błąd został już poprawiony. Napięcie 3,3V dla układu ESP8266 jest wytwarzane za pomocą synchronicznej przetwornicy obniżającej typu ADP2108. To bardzo energooszczędny układ, który sam pobiera tylko 18μA, ma też bardzo dużą sprawność. W tym przypadku nie jest to niezbędne, ponieważ mamy zasilanie sieciowe, ale ten układ zasilania skopio-wałem z innego projektu na ESP8266, gdzie ma on być zasilany z 4 baterii AA, a procesor ma większość czasu pozosta-wać w trybie uśpienia. Jest on w ESP8266 bardzo skuteczny – układ pobiera zaledwie 10μA w trybie Deep Sleep. Jeżeli konstru-ujemy urządzenie, które budzi się tylko na kilka sekund, żeby pobrać paczkę danych z serwera, a potem śpi powiedzmy przez pół godziny, to korzystając z trybu uśpie-nia i dobrego układu zasilania (takiego jak właśnie ta przetwornica), można wykonać urządzenie z łącznością Wi-Fi, które może pracować na bateriach typu AA przez wiele

miesięcy. Przetwornica synchroniczna różni się od zwykłej tym, że w miej-sce diody zastosowany jest tranzy-stor MOSFET, co zmniejsza straty energii. ADP2108 jest bardzo prosta w zastosowaniu, poza kondensatorami na wejściu i wyjściu jedyny wymaga-ny element zewnętrzny to cewka L1. W SMOG RX użyty jest inny moduł z ESP8266 niż w TX, mianowicie

ESP07S. Użyta obudowa jest metalowa, a więc niezbędna jest antena zewnętrzna, a ten moduł ma typowe gniazdo antenowe typu μFL. ESP07S również posiada wszel-kie wymagane certyfikaty.

Dwa wykorzystane mierniki wychy-łowe to mikroamperomierze. Do wyge-nerowania pożądanego napięcia wyko-rzystana jest modulacja PWM (funkcja analogWritew Arduino) a rezystory R5, R6 oraz potencjometry montażowe RV1 oraz RV2 zostały tak dobrane, aby dla 100% wypełnienia PWM móc osiągnąć maksy-malne wychylenie wskazówek. Potencjo-metry służą do skalibrowania wychylenia w trakcie uruchamiania układu. Konden-satory C8 i C9 tworzą z tymi rezystorami filtr dolnoprzepustowy. Dioda LED błyska po każdym poprawnym odbiorze danych z SMOG TX. Przycisk SW1 służy do wprowadzenia urządzenia w tryb kalibracji wskaźni-ków wychyłowych. SW2 wybiera tryb konfiguracji sieci Wi-Fi, a SW3 wpro-wadza urządzenie w tryb wgrywania oprogramo-wania przez złącze K1.

W drugiej części arty-kułu omówimy oprogra-mowanie i kwestie mon-tażu.

Paweł Hoffmannpawelhoffmann@gmail.com

Fot. 4

Fot. 5

Fot. 6

Rys. 5

Projekty AVT

Elektronika dla WszystkichMaj 201918

Kontynuujemy opis możliwości rozmai-tego wykorzystania modułu „dyrektora”.

Modyfikacjaodtwarzacza CDModyfikację przedstawię na przykładzie odtwarzacza Marantz CD 1020. Oczywi-ście dla każdego modelu będzie ona prze-biegać trochę inaczej, ale procedura będzie zbliżona. Uszkodzony odtwarzacz kupi-łem na aukcji specjalnie na potrzeby tego artykułu. Jest to model ze średniej półki, produkowany w połowie lat dziewięćdzie-siątych. Konstrukcyjnie bardzo zbliżony do innych modeli Marantza z tego okresu: CD43/53/63. Jego wyróżnikiem jest elek-trycznie podnoszona i opuszczana klapka zasłaniająca cały panel czołowy. Gdy jest ona podniesiona, widoczny jest wyłącznie wyświetlacz, włącznik zasilania oraz pole dotykowe do sterowania mechanizmem podnoszenia klapki. Marantz produkował również wzmacniacz i magnetofon z tej serii z identycznym rozwiązaniem. Pamię-tam, że jako dziecko widziałem te urządze-nia w jednym z pierwszych sklepów popu-larnej sieci elektromarketów i wtedy uwa-żałem je za coś z bardzo wysokiej półki. Dzisiaj wylicytowałem taki odtwarzacz za kilkadziesiąt złotych i przedstawię, jak przerobić go na przetwornik DAC. Front odtwarzacza widać na fotografii 3 z nume-rem 4. W modyfikacji bardzo pomocna będzie instrukcja serwisowa odtwarzacza lub sam schemat. Dla CD 1020 nie znala-złem instrukcji w Internecie. Jednakże jest dostępna instrukcja bliźniaczych modeli CD43/53/63. Wiele odtwarzaczy produkcji Philipsa, Marantza czy Grundiga bazowa-ło na układach Philipsa i jego projekcie referencyjnym, dlatego ich budowa była zbliżona. Z tego powodu można skorzystać ze schematu podobnego urządzenia bazu-jącego na tych samych układach. Jeżeli nie możemy znaleźć żadnego zbliżone-go schematu, wystarczająca będzie nota katalogowa zastosowanego układu DAC. Pierwszym krokiem do modyfikacji jest identyfikacja jego typu. W CD 1020 jest to SM5872BS produkcji Nippon Precision Circuits Inc. (NPC). W modelach wartych modyfikacji może to być np. TDA1541 lub TDA1543 produkcji Philipsa. Mogą to być też układy z serii PCM produkcji Burr Brown (obecnie Texas Instruments). Układ przetwornika łatwo rozpoznać, podąża-jąc od wyjść RCA odtwarzacza. Pierwsze

układy to wzmacniacze operacyjne pracujące w filtrach wyjściowych i/lub zamieniające sygnał prądowy na napięciowy i/lub desymetryzujące wyj-ście, a następny układ to już zazwyczaj przetwornik.

W większości przypadków będzie trzeba zmienić konfigurację ukła-du DAC. W tym odtwarzaczu należało wykonać kilka czynności. Po pierwsze układ SM5872BS był skonfigurowany tak, aby główny mikrokontroler odtwarza-cza (MN187164) ustawiał parametry jego pracy. Ponieważ nie wiemy, co mikrokon-troler tak naprawdę ustawia, trzeba zmienić tryb pracy przetwornika na konfigurowany poprzez podanie stanów logicznych na jego wejścia. Wiele układów DAC ma takie opcje, zwykle są one opisane jako konfigu-racja programowa albo sprzętowa. Należy wybrać sprzętową. W tym przypadku za ten wybór odpowiada pin numer 7. Ma on stan wysoki, co oznacza tryb programowy. Na szczęście większość sygnałów, które należy zmienić, jest doprowadzana przez rezystory dołączane albo do procesora ste-rującego pracą odtwarzacza, albo do zasila-nia. Dzięki temu nie trzeba nawet przecinać ścieżek, wystarczy wylutować rezystory i dołączyć pin do wymaganego poziomu logicznego. W tym wypadku do masy.

Kolejna zmiana to układ resetu prze-twornika. Jest to pin 14 i jest on połączo-ny z mikrokontrolerem. Podczas pracy odtwarzacza zmierzyłem na nim stan niski. Oznacza to, że mikrokontroler utrzymuje przetwornik w stanie resetu, najprawdopo-dobniej do czasu pomyślnego rozpoczęcia odtwarzania płyty CD. Odłączyłem połą-czenie z mikrokontrolerem. Pin ma już stan wysoki – czyli normalna praca prze-twornika. Poza tym do pinu resetu dołączony jest kondensator, który zapewnia zerowanie układu po włączeniu zasilania. Dokumenta-cja informuje, że zega-ry interfejsu I2S muszą być już stabilne, gdy przetwornik wychodzi z resetu po włączeniu zasilania. Gdyby tak nie było, należy zwięk-szyć wartość konden-

satora, aby wydłużyć czas resetu. W moim przypadku nie było to konieczne.

W odtwarzaczu kwarc o wartości 16,934MHz (wielokrotność 384 razy czę-stotliwość próbkowania płyty CD) jest pod-łączony do układu przetwornika (piny 1 i 28), a wyjście zegara z przetwornika (pin 4) taktuje układ dekodera (SAA7345). Ponie-waż po modyfikacji to DIRECTOR9001 ma taktować przetwornik zegarem MCLK, kwarc XD01 oraz sąsiadujące elementy (kondensatory CD03 i CD04 oraz rezy-stor RD02) należy usunąć i sygnał MCLK podać na pin XTI (28). Kolejny krok to odłączenie sygnałów interfejsu audio, tzn: LRCLK (pin 8), BLCK (pin 9) oraz DATA (pin 10) od dekodera SAA7345 i podłą-czenie do DIRECTOR9001. Zmodyfiko-waną okolicę przetwornika DAC od spodu płytki drukowanej odtwarzacza widać na fotografii 9. Nasz dekoder należy prawid-łowo skonfigurować, tzn. wybrać (zgodnie z tabelami 1 oraz 2) mnożnik zegara Fs * 384 oraz interfejs 16 bit dosunięte do pra-wej. Zasilanie DIRECTOR9001 najlepiej pobrać z kondensatora filtrującego dla sta-bilizatora 5V w odtwarzaczu. W tym przy-padku jest to C813, na którym występuje napięcie 11,9V. W tym momencie po podłą-czeniu zasilana i podaniu na odbiornik syg-nału S/PDIF powinniśmy usłyszeć muzykę ze wzmacniacza podłączonego do wyjść odtwarza. I tak zapewne będzie, ale poziom sygnału będzie bardzo niski. Winę ponoszą

tranzystory wyciszają-ce, montowane tuż przy wyjściach RCA odtwa-rzacza. W tym modelu jest ich aż po trzy sztuki na kanał. Odpowiadają one za wyciszanie wyj-ścia podczas włączania i wyłączania urządze-nia, a także pomiędzy utworami. Zazwyczaj są one sterowane przez mikrokontroler odtwa-rzacza lub układ deko-

Fot. 9

DIRECTOR9001DIRECTOR9001część 3część 3

32353235

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 19

Projekty AVT

dera oraz dodatkowe układy odpowiadające za wyciszenie podczas włączania i wyłącza-nia. W moim przypadku gdy wyłączyłem odtwarzacz na chwilę i potem szybko włą-czyłem, tranzystory przestawały przewo-dzić i zwierać sygnał wyjściowy do masy, więc dźwięk miał normalny poziom. Żeby był on taki za każdym razem, tranzystory po prostu usunąłem. Oczywiście można je pozostawić i zmodyfikować układ ste-rujący ich bazami tak, aby działały tylko podczas włączania i wyłączania. Ja wybra-łem jednak prostsze rozwiązanie. Nie ma ono negatywnych skutków poza tym, że podczas włączania i wyłączania odtwa-rzacza/przetwornika lepiej wzmacniacz przełączyć na inne wejście, aby uniknąć nieprzyjemnych efektów dźwiękowych. Marantz CD 1020 ma także klucz analo-gowy typu LC4966 zamontowany tuż przy wyjściu audio. Wygląda na to, że procesor sterujący może odłączyć wyjścia przetwor-nika od wyjścia RCA. Klucze były tak wysterowane, że wyjścia były dołączone, jednakże uznałem, że jest on zbędny i go usunąłem, a odpowiednie piny połączyłem za pomocą kawałków srebrzanki. Dzięki temu mam gwarancję, że procesor sterujący odtwarzacza nie odłączy wyjść, a sygnał audio przechodzi przez jeden układ scalony mniej. Związane z układem kluczy były też dodatkowe kondensatory elektrolityczne odcinające składowa stałą sygnału (kolejne w szeregu w ścieżce sygnału). Ponieważ

były niepotrzebne, również zostały usunię-te, a ich wyprowadzania zwarte. Po tych modyfikacjach przetwornik odtwarza pod-łączony sygnał. Ma bardzo przyjemne, dość basowe brzmienie.

Kolejne modyfikacje są już bardziej mechaniczne. Płytkę DIRECTOR9001 należy jakoś zamocować w odtwarzaczu, a jej złącza wejściowe wyprowadzić na zewnątrz obudowy. Posłużyły do tego złą-cza przewodowego zdalnego sterowania (dwa gniazda RCA wejściowe i wyjścio-we). Są one zbędne, a ich rozstaw paso-wał prawie idealnie. Złącza RCA zostały wylutowane z płytki odtwarzacza, a jeden z otworów powiększony pilnikiem tak, aby miał kształt prostokąta pasującego do złącza toslink. Otwór na wkręt mocujący złącza również pasuje i to właśnie w ten sposób płytka odbiornika jest zamocowa-na, trzyma się na złączu, co prezentuje fotografia 10, natomiast fotografia 11 pokazuje całe wnętrze zmodyfikowanego odtwarzacza. Na panel przedni wyprowa-dziłem przełącznik wejść dekodera, tzn. sygnał z JP1 oraz diody LED sygnalizujące odbiór sygnału S/PDIF oraz czy zawiera on dane niekompresowane. Aby nie zabu-rzać wyglądu panelu, umieściłem je na tacce napędu, jak widać na fotografii 12. Wyświetlacz fluorescencyjny można by wyłączyć poprzez odpięcie taśmy łączącej go z płytą główną odtwarzacza, jednak pozostawiłem go jako kontrolkę zasilania.

W wielu odtwarzaczach można całkowicie odciąć zasilanie pro-cesora sterującego i wielu innych układów. W tym przypadku pozostawiłem zasilanie, ponie-waż procesor kontroluje elek-trycznie opuszczaną klapkę na froncie, która jest jego głównym wyróżnikiem i atrakcyjnym ele-mentem tego odtwarzacza.

Poza uszkodzonymi odtwa-rzaczami CD, w podobny sposób można uratować inne urządzenia z przetwornikiem DAC lepszej klasy. Jeszcze zanim powstał DIRECTOR, zainstalowałem inny odbiornik S/PDIF w Philip-sie FT990. Jest to odbiornik cyfro-wego radia satelitarnego DSR. System ten nie zyskał popularności i upadł. Dlatego nie powstały popularne odbiorniki niskiej klasy, a urzą-dzenia, które wypro-dukowano, pochodzą w początków systemu i miały pokazać jego zalety, dlatego bazo-

wały na solidnych komponentach. FT990 wykorzystuje przetwornik TDA1541. Jestem bardzo zadowolony z jego brzmie-nia. Poza tym Philipsem, był też np. odbiornik Sony DAR-1000ES linii ES, czyli wysokiej klasy, Denon i Grundig też mieli swoje urządzenia. Ponieważ są to odbiorniki nieistniejącego systemu, można je zakupić w bardzo atrakcyjnych cenach – o ile jeszcze je znajdziemy, bo jest ich coraz mniej na rynku. Np. piękny REVOX H7 był niedawno dostępny na portalu aukcyj-nym za 79zł. Poza tym można wykorzystać np. odtwarzacze MiniDisc z uszkodzo-ną mechaniką bądź laserem. Oczywiście w przypadku rzadkich urządzeń trzeba się zastanowić, czy jednak lepiej ich nie odra-tować. Zachęcam do poszukiwania urzą-dzeń, którym można dać drugie życie jako przetwornik DAC lepszej klasy.

Chętnych do budowy własnego prze-twornika DAC muszę ostrzec, że może ona mieć też negatywne skutki. Niektóre źródła muzyki cyfrowej mogą okazać się niewystarczające do ujawnienia się zalet. Mówię tu o kompresji stratnej dźwięku. Sygnał zbyt silnie skompresowany nie będzie raził, gdy posłuchamy go z głoś-ników laptopa, bo to one głównie rujnują jakość dźwięku. Jednak po użyciu dobrego przetwornika, wzmacniacza i głośników taka jakość materiału źródłowego może już nie być akceptowalna. Jeżeli ktoś jeszcze posiada kolekcję MP3 z bitrate 128kbps, to po przesłuchaniu jej na lepszym sprzę-cie najprawdopodobniej będzie szukał tych samych utworów w lepszej jakości. Na szczęście w popularnych serwisach stre-amingowych chociaż kompresja jest strat-na, to jest na tyle dobrej jakości, że nawet na lepszym sprzęcie muzyka brzmi dobrze. Można odróżnić ją od kompresji bezstrat-nej, jednak dla większości słuchaczy będą to różnice subtelne, a dla wielu wręcz nie-

wyczuwalne.Na koniec zachęcam Czy-

telników do opracowania i opisania na łamach EdW innych modułów przetwor-nika audio, np. lampowego stopnia wyjściowego.

Paweł Hoffmannpawelhoffmann@gmail.com

Fot. 10

Fot. 12

Fot. 11

w

tiins

Projekty AVT

Elektronika dla WszystkichMaj 201920

W ostatnich latach ceny oscyloskopów spadły do tego poziomu, że ich zakup jest już w zasięgu przeciętnego amatora. 1000zł wystarczy, aby stać się posiada-czem cyfrowego dwukanałowego oscy-loskopu o paśmie 50MHz. Około 1800zł trzeba dać za czterokanałowy. Ceny są stosunkowo, a nawet zaskakująco niskie, biorąc pod uwagę stopień skomplikowa-nia i możliwości. Niestety, nie można tego powiedzieć o sondach różnicowych, które kosztują od 800zł do 8000zł, a nawet więcej, co przekracza koszt tań-szego oscyloskopu. Biorąc pod uwagę, że w niektórych przypadkach takich sond potrzeba kilka, okazują się one zupełnie nieosiągalne dla amatorów czy nawet małych firm. Jest jednak dobra wiado-mość: jeżeli pasmo sondy 20MHz będzie wystarczające, można ją wykonać samo-dzielnie za 100...150zł. Ten projekt jest tego dowodem.

Opisywana sonda umożliwia badanie sygnałów różnicowych do ±450V warto-ści szczytowej, tłumi sygnał w stosunku 100:1 lub 10:1, zależnie od ustawienia przełącznika wzmocnienia. Sondy róż-nicowe są bardzo wygodne, a czasem wręcz niezbędne przy pracach z urządze-niami zasilanymi napięciem sieci ener-getycznej, tym bardziej że w większo-ści oscyloskopów przewód uziemiający PE jest połączony z masą oscyloskopu. Przydatne są także do kontrolowania magistrali różnicowej takiej jak na przy-kład RS485/422.

Opis układuSonda została zbudowana na podstawie znalezionych w Internecie skanów arty-kułu, sądząc ze sposobu narysowania schematu prawdopodobnie z „Elektora”. Ten oryginalny schemat jest pokazany na rysunku 1a.

Zmodyfikowany został układ zasi-lania oraz projekt płytki drukowanej,

która została dostosowana do obudowy KM-80. Schemat zmodyfikowanej kon-strukcji widoczny jest na rysunku 1b.

Najważniejszym elementem sondy jest szerokopasmowy wzmacniacz opera-cyjny U2. Wzmacniacz ten zawiera dwa wzmacniacze operacyjne i bufor. Rezy-story R15, R16 ustalają wzmocnienie 2V/V. P1 wraz z R8 i R14 umożliwiają kompensację napięcia niezrównowa-żenia wzmacniacza. Rezystancja R14 jest w przybliżeniu równa rezystancji równolegle połączonych R15, R16, co niweluje napięcie niezrównoważenia wzmacniacza. Wartości R15, R16 nie są krytyczne, ale mają wpływ na pasmo przenoszenia, pobór prądu i wzmoc-nienie, dlatego nie należy zanadto ich zmieniać wartości.

Charakterystyka:Dzielnik: 1:100 / 1:10Rezystancja wejściowa: 2MΩmPojemność wejściowa: 2,5pFNapięcie różnicowe: 450VNapięcie wspólne: 700 (450V *)Pasmo: 20MHz (1:100) 15MHz (1:10)CMRR: 80dB (do 1kHz) 60dB (do 1MHz) 40dB (do 10MHz)Dokładność: 0,6–4,2%

Różnicowa sonda Różnicowa sonda oscyloskopowa 20MHzoscyloskopowa 20MHz

Rys. 1a

32413241

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 21

Projekty AVT

Ze względu na wyma-ganą precyzję zaleca się rezystory 0,1%. Godząc się na mniejszą dokładność, można zastosować rezysto-ry 1%. W żadnym wypadku nie powinny to być popu-larne 5% ze względu na ich słabą stabilność temperatu-rową, co może spowodować niemożność skalibrowania sondy lub szybkie jej rozka-librowanie.

Badany sygnał jest tłu-miony w dzielniku złożo-nym z R5, R6, R7, R11 oraz R10, R11, R13, P2 wno-szącym tłumienie 201:1. Jeśli tłumienie miałoby być równe dokładnie 200, należałoby zasto-sować inne wartości rezystorów. Przy aktualnych wartościach sumaryczne tłu-mienie odbiega od założonego o 0,5% i niecelowe wydaje się dążenie do dosko-nałości.

Dlaczego R5, R6 i odpowiadające im R10, R11 są połączone szeregowo? Można byłoby zastosować jeden rezy-stor 1MΩ i nieznacznie zwiększyć R7 i R13. Można, ale zostałaby przekro-czone napięcie przebicia standardowego rezystora. Należałby zastosować rezystor wysokonapięciowy, który jest drogi i byłyby kłopoty z zakupem takiego rezy-stora o tolerancji 0,1% czy nawet 1%. Połączenie rezystorów w szereg pozwala rozwiązać ten problem stosunkowo tani-mi rezystorami precyzyjnymi.

Kondensatory włączone równolegle do rezystorów dzielnika zapewniają kompensację częstotliwościową sondy. Dokładne skompensowanie umoż-liwiają trymery C6 i C12, natomiast P2 umożliwia zrównoważenie sondy. Wszystkie rezystory w obwodach tłumi-ków i rezystorach sprzężenia zwrotnego wzmacniaczy operacyjnych powinny mieć tolerancję 0,1%, ostatecznie 1%, aby parametry sondy nie zmieniały się w czasie np. pod wpływem tempera-tury. Przed chwilą napisano, że tłu-

mienie dzielnika wynosi około 200:1, a we wstępie artykułu, że sonda tłumi sygnał 100:1 i 10:1. Nie trzeba się niepokoić, nigdzie nie ma błędu, ponie-waż wzmocnie U2 ustawione jest na 2V/V, co sumarycznie daje tłumienie 100:1. Sygnał z U2 jest buforowany w U3, którego wzmocnienie może przyjąć dwie wartości 1 lub 10. To daje, razem z tłumieniem dzielników wejściowych i wzmocnieniem U2, sumaryczne tłumie-nie 100:1 i 10:1.

Można się zastanowić, czy przy pracy z podziałem 10:1 nie lepiej byłoby zmniejszyć stopień podziału tłumików na wejściu U2, zamiast wzmacniać tłu-miony sygnał w U3? Praca z więk-szym napięciem roboczym to mniejsze szumy. Niestety, mógłby wtedy zadzia-łać wewnętrzny układ ograniczający w U2 i pogorszyć tłumienie sygnałów wspólnych. Innym problemem byłaby kompensacja częstotliwościowa, którą należałoby przeprowadzić osobno dla każdego zakresu tłumienia.

Drobną niedogodnością wynikającą ze stosowania U3 jest odwracanie prze-biegu wejściowego. Problem rozwią-zuje możliwość zanegowania sygnału w oscyloskopie. Można też zamienić między sobą oznaczenia zacisków wej-ściowych sondy.

R20 dopasowuje impedancję wyjścio-wą wzmacniacza do impedancji prze-wodu koncentrycznego. Można byłoby zamiast jednego rezystora zastosować dwa 100Ω połączone równolegle, ale nie ma to większego sensu, ponieważ standardowe o tolerancji 5% mogłyby przyjąć wartości z zakresu 47,5...52,5R. Jeśli z jakichś powodów rezystancja ta ma być bardzo bliska 50Ω, to lepiej zastosować 1% rezystor 49,9R z szere-gu E96. Sonda jest zasilana napięciem ±15V uzyskanym z asymetrycznego napięcia 30V. Podział napięcia zapew-nia układ U1A, którego wyjście jest masą pozorną układu. Dioda D1 chroni sondę przed uszkodzeniem w przypadku zamiany biegunowości zasilania. R4, D2, T3, D3, D4 tworzą obwód wskaźni-ka napięcia zasilającego.

Uwagi dodatkowe: 0,1-procentowa dokładność R5, R6, R7, R11 i R10, R11, R13 oraz 1-procentowa dokład-ność R15, R16 pozwalają uzyskać wypadkową dokładność sondy około 4%. Zastosowanie R15, R16 o toleran-cji 0,1% pozwoli uzyskać dokładność całkowitą 0,6% przy tłumieniu 100/:1 i 1,6% przy 10:1. Rezystory o toleran-cji 1% w obwodzie tłumika znacząco zmniejszą dokładność i tłumienie syg-nałów wspólnych!

J4Out

GND

R20

51R

B

CE

T3

BC857

D2

5V6

D45V6

D3Power

R4 1k8

-15

+15

GNDR5

470k 1%1

J2

+

1J3

_

R6

470k 1%

C34,7pF/400V

C44,7pF/400V

R74k7 1%

R1210R 1%

GND

C5

330p

C6120p

R10

470k 1%

R11

470k 1%

C94,7pF/400V

C104,7pF/400V

R134k7 1%

GND

C11330p

C12120p

P220R

R8330k1%

R14240R 1%

P1

20k+15

-15

X11

X22

Y13

V+ 8

V- 5Y24

OUT 7+

-

+

-

U2

AD830JRZ

GND

R16470R 1%

GND

R15470R1%

+15

-15

C7100n

C13100n

-15

R181k 1%

R19

1k 1%

R17110R 1%

+3

-26

74

+-

U3

AD844

GND C14100n

-15

+15C8

100n

GND

GND

GND

S1Gain

+15

-15

+3

-21

84

+-

U1ATL072

+15

-15

R110k

R210k

C2

10uF

D1 SM4007

C1100uF Z1

0R GND12

J1

30V

Vzas max 12V dla AD801424V dla AD8021

+5

-67

U1B

TL072

GND

Rys. 1b

Projekty AVT

Elektronika dla WszystkichMaj 201922

Montaż i uruchomienie Montaż układu na płytce, pokazanej na rysunku 2, należy rozpocząć od elementów R, C oraz U1 i pozostałych ele-mentów, jak złącza. Na tym wstępnym etapie NIE należy montować kluczowych układów scalonych U2 i U3. Po zamontowaniu wymienionych na początku elementów należy podłączyć zasilanie ok. 30V i zweryfikować obecność napięć ±15V na wyprowadzeniach U2 i U3. Dopiero jeśli napięcia są poprawne, można wlutować U2, oczywiście przy wyłączo-nym napięciu zasilającym. Następnie należy podać na wej-ście sondy sygnał z generatora o częstotliwości kilku kHz o amplitudzie 10V. Na wyjściu wyprowadzeniu 7 U2 powinien pojawić się przebieg o amplitudzie 100mV. Jeśli wzmacniacz pracuje poprawnie, można zamontować U3 i ponowić test. Przy rozwartym S1 amplituda sygnału na J4 wynosi 100mV, po zwarciu S1: 1V.

Po wstępnym teście sondę należy skalibrować. Kalibrację należy przeprowadzić po około 15-minutowym wygrza-niu sondy. Najpierw zwieramy wejścia sondy do masy. Przypominam, że masą „użytkową” jest masa sondy, a nie ujemny biegun zasilacza. Przy ustawionym tłumieniu 10:1 potencjometrem P1 należy ustawić zerowe napięcie stałe na wyjściu sondy. Regulacja przy ustawionym tłumieniu 10:1 (praca ze wzmocnieniem 10 U3) jest konieczna, ponieważ napięcie niezrównoważenia U3 jest wtedy bardziej widocz-ne niż przy wzmocnieniu 1 U3 (tłumienie 100:1). Następnie należy podać stałe lub wolno zmieniające się (0,1..1Hz) napięcie 10...20V na oba wejścia sondy. Regulując P2, należy doprowadzić do minimalnego napięcia na wyjściu sondy. Na koniec, na jedno z wejść należy podać sygnał prostokątny ok. 1kHz 10...20V. W tym czasie drugie wejście należy zewrzeć z masą. Trymerem należy skompensować tłumik tak, aby uzyskać jak najdokładniejszy wygląd prze-biegu prostokątnego na ekranie oscyloskopu. Rysunek 3 pokazuje poprawnie skompensowaną sondę. Rysunek 4 za małą pojemność trymera, a rysunek 5 – za dużą. Ze względu na to, że pojemność dłoni może wpływać na kompensację, regulację powinno się przeprowadzić po zmontowaniu płyt-ki w obudowie przez otwory w niej. Do regulacji należy użyć plastikowego wkrętaka. Ten sam zabieg należy prze-prowadzić dla drugiego wejścia.

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

Rys. 5

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 23

Projekty AVT

Na płytce, pokazanej na rysunku 6 (oraz na wcześniejszym rysun-ku 2) przewidziano otwory umożliwiające zamontowanie blaszek ekranujących. Jednak ze względu na mon-taż SMD ekranowa-nie takie nie jest bez-względnie konieczne.

Gdy uruchomienie przebiegło prawidło-wo i gdy sonda pracu-je prawidłowo, zaleca się pokrycie jej lakie-rem izolacyjnym.

Płytka pasuje do obudowy KM-80, w której należy wyciąć otwory pod złącza, LED, przełącznik. Obudowa sondy powinna być ekrano-wana. Wystarczające ekranowanie można zrealizować grafitem w sprayu lub osta-tecznie samoprzylep-ną folią aluminiową. Otwór montażowy w pobliżu złącza BNC jest połączony z masą, dlatego należy zadbać, aby grafit czy taśma aluminiowa znalazła się na kołkach mon-tażowych w obudo-wie. Obwód ekranu musi być połączony z masą, w przeciwnym wypadku ekranowanie nie będzie skuteczne.

Działanie sondy sprawdzono z kilko-ma sygnałami. Rysu-nek 7 przedstawia sygnał prostokąt-ny 1MHz, tłumienie sondy ustawione było na 1:10. Rysunek 8 pokazuje przebieg 2,5MHz. Rysunek 9 przedstawia sygnał sinusoidalny 15MHz. Rysunek 10 – prosto-kąt 10MHz. Niebieski przebieg pochodzi z generatora, fioletowy na wyjściu sondy. Ze względu na bardzo słabą jakość sygnału prostokątnego z gene-

ratora, zbadanie z jego pomocą wyglą-du przebiegów prostokątnych ponad 2,5MHz mija się z celem, co widać na ostatnim oscylogramie. Potrzebny byłby lepszej jakości generator prze-biegu prostokątnego.

Uwaga1!Trzeba pamiętać, że punktem odnie-

sienia jest masa sondy (np. obudowa złącza BNC), a nie masa zasilacza!

Uwaga2!W przypadku trudności z zakupem

U3 można zastosować inny wzmac-niacz, np. AD8021 lub AD8014, pamię-tając o zmniejszeniu zapięcia zasilają-cego do 24 dla AD8021 lub 12V dla AD8014.

Zmieniając napięcie zasilające na 12V, należy zmodyfikować także układ sygnalizujący obecność zasilania (zmienić diody Zenera na 3,3V).

SaSsas@elportal.pl

Rezystory 1206:Z1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0ΩR18,R19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1kΩ 1%R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,8kΩR7,R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,7kΩ 1%R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Ω 1%R1,R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10kΩR14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240Ω 1%R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330kΩ 1%R15,R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470Ω 1%R5,R6,R10,R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470kΩ 1%R17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Ω 1%R20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51ΩPotencjometry mont. wieloobrotowe:P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20kΩ typ 3266WP2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Ω typ 3266WKondensatory 1206:C7,C8,C13,C14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100nC5,C11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330pKondensatory przewlekane:C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100uFC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10uFC3,C4,C9,C10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7pF/400VC6,C12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120p trymer 2..25pFU2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . AD830JRZ SO08U3 . . . . . . AD844 SO08 (opcjonalnie AD8021, 8014)U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TL072 SO8D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SM4007D2,D4 . . . . . . . . . . 5V6 MINIMEL (opcjonalnie 3,3V)D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dioda LED zielonaT3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BC857 SOT-23TJ1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .NS25-G2 J4 . . . . . . . . . . . . . . . . gniazdo BNC kątowe do druku J2,J3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . gniazdo BNCS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . przełącznik SW-DPDT

Wykaz elementów

Płytka drukowana jest dostępna w Sklepie AVT jako AVT3241

Rys. 8

Rys. 9

Rys. 10

Rys. 7

Rys. 6

Projekty AVT

Elektronika dla WszystkichMaj 201924

Częstościomierz (miernik częstotliwo-ści) jest podstawowym przyrządem uży-wanym przez radioamatora. W artykule opisano szereg układów zwiększających zarówno komfort obsługi częstościomie-rza, dokładność pomiarów, jak i możli-wości pomiarowe: płytkę wzorca czę-stotliwości z automatycznym wyborem sygnału wzorcowego, generator termo-kompensowany, preskaler rozszerzający zakres pomiarowy do 7,5GHz (a nawet do 28GHz, po dodaniu zewnętrznego preskalera) oraz sondę wysokoimpedan-cyjną, umożliwiającą pomiar układów wrażliwych na obciążenie. Opisane dalej układy wykorzystano w częstościomie-rzu według S53MV opisanym w EdW 6/2015, ale oczywiście można je zasto-sować w innych konstrukcjach i to bez jakiejkolwiek adaptacji.

Płytka generatora wzorcowegoi przełącznika sygnałówW popularnych częstościomierzach wzorzec częstotliwości wykonany jest najczęściej na przypadkowym rezona-torze kwarcowym i zlinearyzowanej bramce wchodzącej w skład mikrokon-trolera. Wadą takiego rozwiązania jest mała stabilność długoterminowa wzorca,

pozwalająca na uzyskanie dokładności pomiaru jedynie na poziomie 5 cyfr znaczących pola odczytowego. W bar-dziej zaawansowanych rozwiązaniach częstościomierzy używa się wzorca kwarcowego termokompensowanego (TCXO) lub stabilizowanego termicz-nie (OCXO), a dla najdokładniejszych pomiarów – wzorca zewnętrznego o dużej dokładności, np. generatora OCXO synchronizowanego sygnałem GPS lub generatora rubidowego.

Opisany dalej układ zastępuje rezo-nator kwarcowy znajdujący się na płyt-ce częstościomierza, podłącza się go do wejścia zlinearyzowanej bramki mikroprocesora. Zmontowany układ przełącznika sygnałów pokazany jest na fotografiach 1 i 2, schemat ideowy na rysunku 3. Gdy podłączymy sygnał zewnętrzny do opisanego układu, syg-nałem wzorcowym dla mikroprocesora jest sygnał generatora zewnętrznego. W przypadku gdy sygnał zewnętrzny jest niepodłączony lub zaniknie, to sygnałem

wzorcowym jest sygnał generatora znajdującego się na płytce drukowanej (wzorzec wewnętrzny). Zastosowany generator powinien charakteryzo-wać się jak największą stabilnością częstotliwo-ści, możliwością korekcji częstotliwości oraz mieć obudowę DIP14. Często-tliwość pracy generatora musi oczywiście odpo-wiadać częstotliwości wzorcowej zastosowa-nej w częstościomierzu. W układzie można użyć zarówno generatorów przestrajanych za pomocą trymera znajdującego się na płytce generatora lub napięciowo. W przypad-

ku przestrajania napięciowego wymaga-ną stabilność napięcia przestrajającego zapewnia wysokostabilne, regulowane źródło napięcia odniesienia o napięciu wyjściowym 5V zrealizowane na ukła-dzie TL431. Napięcie przestrajające regulowane jest za pomocą potencjo-metru wieloobrotowego podłączonego do wyprowadzenia 1 generatora. Sygnał z generatora zewnętrznego wzmacniany jest we wzmacniaczu ze wspólnym emi-terem – tranzystor T1. Amplituda sygna-łu wzorca zewnętrznego powinna wyno-sić pomiędzy 200 a 500mVpp. Tłumik 3dB na wejściu wzmacniacza zapobiega wzbudzeniu wzmacniacza. Punkt pracy wzmacniacza ustalony jest elementami R4, R5. Wzmocniony sygnał wielkiej częstotliwości prostowany jest w ukła-dzie podwajacza napięcia na diodach BAT62. W jednej obudowie znajdują się dwie diody Schottky’ego połączone ze sobą odwrotnie równolegle. Kondensa-tory C10, C11 filtrują napięcie wypro-stowane w podwajaczu napięcia. Wypro-

AkcesoriaAkcesoriado częstościomierzado częstościomierza

część 1część 1

Fot. 2

Fot. 1

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 25

Projekty AVT

stowane napięcie załącza tranzystor T2 pracujący jako inwerter, który steruje elektro-nicznym prze-łącznikiem syg-nałów zrealizo-wanym na ukła-dzie 74LVC2G53. Rezystory R9, R10 polaryzują wejście multi-pleksera, zmniej-szając tłumienie wnoszone przez układ. Konden-satory C6, C9 separują składową stałą. W przypadku braku sygnału wielkiej częstotliwości na wejściu generatora zewnętrznego, na wyjściu inwertera panuje stan wysoki, więc na wyjściu multipleksera wystę-puje sygnał wzorca wewnętrznego. Gdy zewnętrzny sygnał wielkiej częstotliwo-ści jest podłączony, a jego amplituda jest odpowiednio duża, to na wyjściu inwer-tera panuje stan niski, co sygnalizowane jest świeceniem diody LED – na wyjściu multipleksera występuje sygnał wzor-ca zewnętrznego. Układ podłączony jest z mikroprocesorem za pomocą odcinka kabla koncentrycznego o impedancji 50 omów. Na płytce znajduje się dodatko-wo zasilacz stabilizowany 5V, zasilający układ częstościomierza.

Generator termokompensowany 10MHzW przypadku trudności z zakupem gene-ratora wzorcowego o odpowiedniej sta-bilności częstotliwości możemy wyko-nać go samodzielnie. Najczęściej stoso-waną częstotliwością wzorcową w ukła-dach częstościomierzy jest częstotliwość 10MHz, rzadziej używa się częstotliwości 5 i 20MHz. Zmontowany układ w pier-wotnej wersji pokazany jest na fotogra-fiach 4, 5, schemat ideowy na rysunku 6. Opisany układ umożliwia uzyskanie częstotliwości 10MHz i 20MHz, zapew-nia stabilność długoterminową na pozio-mie 1ppm na rok. Zmiany częstotliwości w zakresie temperatur od –30 do 50 stopni Celsjusza nie przekraczają 2ppm. Koszt wykonania układu stanowi ułamek ceny wzorca o częstotliwości 10MHz o podobnych parametrach. Stabilność układu jest zdecydowanie lepsza niż sta-bilność przypadkowego rezonatora kwar-cowego współpracującego z procesorem. Sercem układu jest generator VCTCXO

(Voltage Controlled Thermo Compen-sation Xtal Oscillator) o częstotliwości 40MHz stosowany w układach GPS. Dzięki masowej produkcji, miniatury-zacji układu (małe zużycie materiałów uzyskane dzięki wysokiej częstotliwości wzorcowej) układ jest stosunkowo tani, można kupić go w cenie wynoszącej kilkanaście złotych za sztukę. Moduł zaprojektowano w taki sposób, by mógł zastąpić dowolny generator w typowej obudowie DIP14. Kolorem czerwonym na schemacie zaznaczone są wyprowa-dzenia układu, odpowiadające wyprowa-dzeniom generatora w obudowie DIP14.

Układ generatora zasilany jest z wyso-kostabilnego źródła napięcia odniesie-nia TL431 połączonego w taki sposób, by uzyskać napięcie 2,5V lub dowolne napięcie z zakresu 2,5–3,3V. Napięcie 2,5V uzyskuje się, wlutowując w miej-sce opornika R5 rezystor o wartości 0Ω i nie montując opornika R6. W przypad-ku potrzeby uzyskania wyższych napięć dobiera się odpo-wiednio dzielnik R5, R6. Zasady doboru dzielnika zainteresowani znajdą w karcie katalogowej ukła-du TL431. Syg-nał wyjściowy z generatora ma amplitudę kilku-set mV i postać odkształconego przebiegu sinuso-idalnego. Rezy-stancja obciąże-nia układu nie powinna być mniejsza niż 10 kilomów. Pra-widłowe obciąże-

nie układu generatora zapewnia wtór-nik źródłowy na tranzystorze FET typu SST310. Sygnał z wyjścia wtórnika wzmacniany jest we wzmacniaczu na

Fot. 4

Fot. 5

Rys. 3

Rys. 6

Projekty AVT

Elektronika dla WszystkichMaj 201926

tranzystorze MMBT3904 w układzie wspólnego emitera. Dzięki zastosowa-niu sprzężenia stałoprądowego między wzmacniaczem a dzielnikiem często-tliwości oraz stosunkowo wysokiej amplitudzie sygnału na wyjściu opisany wzmacniacz jest w stanie wysterować układy w technologi CMOS zasilane z napięcia 5V. Częstot liwości 20MHz i 10MHz uzyskuje się przez podział częstotliwości 40MHz za pomocą prze-rzutników typu D (układy 74LVC2G74). W przypadku gdy chcemy uzyskać czę-stotliwość 20MHz, układu IC2 nie nale-ży montować, a sygnał 20MHz dopro-wadzić za pomocą odcinka przewodu (np. kynaru) do wyjścia generatora. Wejście przestrajające odsprzężone jest za pomocą kondensatorów C11, C12. Największy dryft częstotliwości wzorco-wej występuje w pierwszych 2–3 minu-tach od załączenia zasilania. Czułość przestrajania w przypadku zastosowane-go przez autora generatora zmienia się w zakresie 7–16 ppm/V w zależności od napięcia przestrajającego.

Sonda wysokoimpedancyjnaSonda ma wysoką rezystancję i małą pojemność wejściową, dzięki czemu praktycznie nie obciąża badanego ukła-du. Stosowanie sondy wyskoimpedancyj-nej jest szczególnie ważne, gdy mierzy-my częstotliwość wyjściową generatora bezpośrednio, z pominięciem układów separujących. Niska impedancja wyj-ściowa sondy pozwala na bezpośrednie

podłączenie sondy do wejścia niskomowe-go częstościomierza. Impedancja wyjścio-wa układu jest zbliżo-na do 50 omów.

Z m o n t o w a n y układ pokazany jest na fotografii 7, 8, schemat ideowy na rysunku 9. Wysoką impedancję wejścio-wą zapewnia wtórnik źródłowy obciążony źródłem prądowym na tranzystorach polowych SST310 wraz z kaskadowo połączonymi wtórnikami emiterowymi na tranzystorach bipolarnych BFT92. Szerokie pasmo pracy, wysoką rezy-stancję wejściową oraz niską pojemność wejściową uzyskano dzięki zastosowa-

niu elementów o wysokiej częstotliwości granicznej i odpowiednio zaprojektowa-nej płytce drukowanej. Pod wejściem wtórnika usunięto powierzchnie masy, dzięki czemu zminimalizowano pojem-ność wejściową układu. Izolację skła-dowej stałej zapewnia kondensatory C1, C2. Elementami R1, R2, C3, C4, R10, C11 można kompensować charaktery-stykę amplitudowo-częstotliwościową układu. Kondensatory między zasila-niem a masą odsprzęgają zasilanie ukła-du. Zasilanie układu doprowadzane jest złączem mini jack, które znajduje się na płycie czołowej częstościomierza. Sonda zasilana jest napięciem 12V przez miniaturową przetwornicę podwyższa-jącą napięcie zasilające 5V, kupioną na jednym z portali aukcyjnych, ale do zasi-lania jej można używać również oddziel-nego zasilacza. Autor używał opisanej sondy do 450MHz.

W drugiej części artykułu omówiony zostanie preskaler rozszerzający pomiary do kilku, a nawet kilkunastu gigaherców. Podane zostaną też wskazówki dotyczą-ce montażu i uruchomienia.

Rafał Orodziński, SQ4AVSsq4avs@gmail.com

Fot. 7

Fot. 8

Rys. 9

R E K L A M A

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 27

Projekty AVT

Do tej pory w poświęconym automaty-ce domowej cyklu Infinity został opisany najbardziej złożony element systemu, mia-nowicie serwer stron www. Rozumiem, że było i jest to spore wyzwanie dla tych Czy-telników, którzy z poruszoną tematyką spo-tykają się po raz pierwszy. Często w roz-mowach pozwalam sobie na taki żarcik: Rzeczy proste to można kupić w kiosku, nam do zbudowania pozostały rzeczy złożone. Ta złożoność jest pojęciem relatywnym, gdyż jak coś poznamy w wystarczającym stop-niu, to okazuje się, że nie taki diabeł strasz-ny. Kolejne części będą bardziej „luzackie”, tym bardziej, że wszystkie pozostałe ele-menty systemu automatyki bazują na popu-larnej rodzinie mikrokontrolerów, jakimi są AVR-y. Biorąc pod uwagę fakt, że mój system powstawał na przestrzeni wielu lat, na jego początkach nie było specjal-nie innej oferty. Mam na myśli nie tylko to, czy można było wtedy zakupić inne mikrokontrolery: istotny był (nawet może najbardziej) dostęp do bezpłatnych narzędzi pozwalających na tworzenie oprogramo-wania. Do mikrokontrolerów z rodziny ATMEGA dostępne jest na stronach firmy ATMEL (która obecnie stała się częścią firmy Microchip) oprogramowanie narzę-dziowe. Wszystkie moje moduły, bazujące na mikrokontrolerach z rodziny AVR, mają program oparty na oprogramowaniu narzę-dziowym AVR STUDIO w wersji 4 (nie jest to wersja najnowsza, pogoń za najnow-szym oprogramowaniem narzędziowym nie zawsze jest celowa).

RS485Jak było już wspomniane, serwer www jest „zasilany” informacjami poprzez port szeregowy. Wszelkie dane ser-wowane dla przeglądarki mają swoje źródło w wielu dedy-kowanych modułach pomiaro-wych lub sterujących. W stan-dardzie RS232 nie istnieje moż-liwość prostego równoległego

łączenia. Konieczne staje się znalezienie innego rozwiązania. Nie trzeba jednak szukać daleko. Istnie-je coś, co nazywa się RS485 (literki „RS” w nazwie pochodzą od „Recomended Standard”). Ów standard pozwala na równo-ległe dołączenie wielu modu-łów do wspólnej linii. Jest to możliwe dzięki temu, że wyj-ścia mogą zostać postawione w stan wysokiej impedancji (logicznie stają się odłączone).

Z pracą interfejsu szeregowego (tego układu do konwersji napięć) RS485 wiążą się dwa pojęcia: transmisja pełnoduplek-sowa oraz transmisja półdupleksowa. W pierwszym przypadku (pełny dupleks) oznacza to, że dane mogą być jednocześ-nie nadawane i odbierane (jak typowo dzieje się to w przypadku RS232) lub (półdupleks) dane mogą być nadawane albo odbierane, a nie jest możliwe jedno-czesne nadawanie i odbieranie. W moich urządzeniach został zastosowany układ scalony o symbolu SN75176, który zawie-ra w sobie pojedynczy interfejs komu-nikacyjny, który może spełniać funkcję nadajnika lub odbiornika (rysunek 1). Jest to zależne od wysterowania linii DE (pin 3) oraz RE (pin 2). Często obie linie są łączone razem i wtedy uzyskuje się funkcję odbiornika (dla stanu zera logicznego na liniach DE+RE) lub nadajnika (w sytuacji odwrotnej). Dane są nadawane jako T+/R+ oraz T–/R–. Warto tu zauważyć, że wyjście jest „dwudrutowe” bez potencjału

odniesienia (bez masy GND). Wysterowanie układu do funk-cji nadajnika oznacza, że sygnał przechodzi z wejścia D (pin 4) na parę różnicową (T+/R+ i T–/R–). Przy wysterowaniu do funkcji odbiornika, poza przej-

ściem samego nadajnika do stanu wysokiej impedancji, by nie wnosić zakłóceń na liniach transmisyjnych,

sygnał przechodzi z pary różnicowej na wyjście R (pin 1). Typowe „przypięcie” tego układu do mikrokontrolera polega na połączeniu wyjścia danych szerego-wych (z mikrokontrolera) na wejście D w SN75176, wejścia danych szerego-wych (w mikrokontrolerze) z wyjściem R w SN75176 i połączeniu równoległym sygnału DE i RE z dowolnym pinem jakie-gokolwiek portu do przełączania funkcji układu na nadajnik/odbiornik.

Obsługa transmisji pełnodupleksowej (czyli przykładowo z wykorzystaniem interfejsu RS232) jest wystarczająco szczegółowo opisana w różnych publi-kacjach. Pewnego komentarza wymaga obsługa transmisji z użyciem interfejsu RS485 w trybie półdupleksowym. Jej ideę pokazuje rysunek 2, gdzie dane są albo nadawane, albo odbierane. Wszystkie linie transmisyjne (linia T+/R+ i T–/R–) połączone są ze sobą równolegle. Takie rozwiązanie sprawia wrażenie, że w ukła-dzie występuje konflikt logiczny, gdyż jak można się spodziewać, jednoczesne nadawanie kilku interfejsów może się wzajemnie zakłócać. By nie dopuścić do zaistnienia takiej sytuacji, należy zadbać, by w danej chwili mogło nadawać najwy-żej jedno urządzenie. W spoczynku każdy

Infinity Infinity – – system automasystem automatyki domowejtyki domowejProtokół komunikacyjny Protokół komunikacyjny magistrali RS485 cz.1magistrali RS485 cz.1

33232232

DE

D

R

RE

VCC

1

2

3

4

5

67

8

T+/R+T-/R-

GND

DE

D

R

RE VCC

GND

DE D RRE DE D RRE DE D RREMASTERSLAVE 1 SLAVE 2 SLAVE n

Rys. 2

Rys. 1

Projekty AVT

Elektronika dla WszystkichMaj 201928

z interfejsów może odbierać dane, co przy okazji generuje pewien drobny problem sprzętowy, gdyż w przypadku, gdy „wszy-scy słuchają”, żyły linii mają nieokreślone potencjały. Ten problem rozwiązuje się w ten sposób, że jeden, wybrany interfejs rezystorami wymusza określony poziom napięć w żyłach linii (cisza transmisyjna).

Jeżeli jakieś urządzenie ma potrzebę wysłania swoich danych, to po prostu prze-łącza swój interfejs RS485 na nadawanie i realizuje transmisję. Po jej zakończeniu wraca do funkcji odbierania. Wysłane infor-macje docierają do wszystkich urządzeń przyłączonych do wspólnej linii transmisyj-nej. Ta prosta koncepcja niesie dość istotny problem zagwarantowania, żeby najwyżej jedno urządzenie nadawało. Możliwym rozwiązaniem jest technika, którą można określić jako „krążący żeton”. W takiej minisieci przekazywany jest umowny żeton i jeżeli posiadasz żeton, to możesz wysłać swoje dane. Można zaproponować wiele rozwiązań związanych z synchronizacją dostępu urządzenia do magistrali. Zasto-sowane w moim rozwiązaniu sprowadza się do tego, że jedno wybrane urządzenie jest wyróżnione, na rysunku 2 nazwane MASTER, oraz występuje szereg urzą-dzeń podpiętych do wspólnej magistrali, które określone są SLAVE 1...SLAVE N. To taki król (MASTER) i jego poddani (SLAVE). Z powodu wyjątkowości urzą-dzenia MASTER to ono zawiera wspo-mniane rezystory wymuszające określone potencjały spoczynkowe na przewodach oraz jest tym „władcą”, który rozdaje żeto-ny. Polega to na tym, że w trakcie pracy sterownik z funkcjonalnością MASTER cyklicznie wysyła do poszczególnych ste-rowników SLAVE zezwolenie na wysłanie swoich danych. Z punktu widzenia elek-trycznego oznacza to, że MASTER na czas wysyłania danych przełącza swój interfejs RS485 do funkcji nadawania (wprowadza na linie magistrali własny sygnał). Po jej zakończeniu interfejs jest przestawiony do funkcji odbierania, dając w ten sposób możliwość wybranemu, zaadresowanemu sterownikowi SLAVE na aktywny dostęp do magistrali komunikacyjnej. Na tę opera-cję jest zarezerwowany określony interwał czasu, po upłynięciu którego MASTER powtarza te czynności w stosunku do kolej-nego modułu SLAVE. Ta idea wymaga znajomości listy elementów typu SLAVE przyłączonych do wspólnej magistrali.

Czytelnicy, którzy spotkali się ze stan-dardem MODBUS lub pokrewnymi, łatwo zauważą, że nie jest on tu wykorzystywany. Ja proponuję inny sposób działania.

Każdy z modułów przyłączonych do magistrali RS485 musi mieć możliwość

stwierdzenia, czy dana informacja przesy-łana szeregowo jest adresowana do niego. Dlatego każdy moduł ma przydzielony uni-kalny identyfikator (numer, adres). Przesy-łane komunikaty mają następujący format:<identyfikator adresata>:<identyfikator nadawcy>:<polecenie>.<parametr><CR>

gdzie:<identyfikator adresata> – identyfikator sterownika będącego miejscem docelo-wym przesyłanych danych jest ciągiem liter oraz cyfr<identyfikator nadawcy> – identyfikator sterownika będącego źródłem przesyła-nych danych jest ciągiem liter oraz cyfr<polecenie> – identyfikator polecenia (ciągu składającego się z liter)<parametr> – parametr lub ciąg para-metrów rozdzielonych znakiem kropki, w przypadku, gdy polecenie nie zawiera parametrów, część <parametr> nie wystę-puje (łącznie ze znakiem kropki będącej separatorem pomiędzy identyfikatorem polecenia a listą parametrów),

<CR> – znak kontrolny (CR) o kodzie 0D w zapisie szesnastkowym jako znak kończący całe polecenie.

Jako identyfikatora adresata można użyć słowa „GENERAL” oznaczającego „każdy” (to forma trybu rozgłoszeniowe-go do wszystkich). Ponieważ poleceniami wymieniają się sterowniki lub odpowied-nie oprogramowanie w komputerze PC, analizator poleceń jest mocno uproszczony. Jest wrażliwy na pisownię małymi oraz wielkimi literami (polecenia mają być zapi-sane dokładnie tak, jak wymaga tego adre-sat; we wszystkich przypadkach występuje pisownia wielkimi literami). Co dość istot-ne, nie jest zrealizowana funkcjonalność znaku Backspace. Oznacza to, że prowa-dząc dialog ze sterownikiem poprzez emu-lator terminalu, choćby w fazie testów lub elementarnej konfiguracji, należy wpisać dane starannie, bez pomyłek. Innym roz-wiązaniem ułatwiającym konfigurowanie modułu jest opracowanie uruchamianego w komputerze PC specjalizowanego pro-gramu pozwalającego na dialog z modułem (i taką możliwość zaproponuję Ci, drogi Czytelniku, do wykorzystania, można go będzie pobrać w przyszłym miesiącu jako materiały dodatkowe z Elportalu).

Do funkcji synchronizacji dostępu do magistrali RS485 stosowane są dwa pole-cenia (właściwie to jedno polecenie i jedna odpowiedź). Jest to:<identyfikator SLAVE>:<identyfikator MASTER>:REPLY<CR>

Powyższe polecenie jest przekazaniem żetonu do określonego sterownika SLAVE, jako zezwolenie na aktywny jego dostęp do magistrali RS485, ma identyczną strukturę

jak wszystkie polecenia i jest prośbą modu-łu MASTER (identyfikowanego przez <identyfikator MASTER>), by moduł SLAVE (identyfikowany przez <identyfi-kator SLAVE>) się „odezwał”. W przypad-ku gdy moduł SLAVE ma coś do wysłania poprzez magistralę RS485, to po prostu wysyła swoje dane. W sytuacji przeciwnej wysyła stwierdzenie, że „nie ma nic do powiedzenia”. Wygląda to następująco:<identyfikator MASTER>:<identyfikator SLAVE>:NODATA<CR>

Moduł określony przez <identyfikator SLAVE> informuje moduł zarządzają-cy identyfikowany przez <identyfikator MASTER> (gdyż to on jest nadawcą pole-cenia REPLY), że nie ma nic do wysłania.

Omówione wyżej dwa komunikaty przesyłania magistralą RS485 są używane do synchronizacji dostępu do niej. Nie wyczerpuje to wszystkich możliwości. Kompletny zestaw poleceń można powie-dzieć, że... nie istnieje, bo zawsze można dobudować kolejny funkcjonalnie odmien-ny moduł posiłkujący się własnym zesta-wem poleceń. W tej całej mojej koncepcji istotnych jest jedynie kilka szczegółów: każdy moduł musi dostosować się do para-metrów transmisji szeregowej obowiązu-jącej na magistrali RS485 (jest to 38400 – prędkość transmisji i N81 – transmisja 8-bitowa bez bitu parzystości z jednym bitem stopu), formatu poleceń (wysyłać i odbierać polecenia „trzymające” wyżej wymienioną postać) i obsługiwać „wspól-ną część” poleceń (polecenie REPLY). Każdy z modułów przyłączany do całości dysponuje swoim indywidualnym zesta-wem poleceń, jednak wiele z nich realizuje identyczną funkcjonalność, toteż nie widzę powodu, by coś, co oznacza to samo, dla innego moduły miało inną nazwę. Wymu-sza to istnienie grupy poleceń o tym samym identyfikatorze i realizującą tę samą ope-rację. Polecenia specyficzne dla danego modułu mogą mieć unikalne nazwy.

Wracając do koncepcji przekazywania danych od grupy modułów do serwera www: zajmuje się tym specjalizowany moduł określany jako procesor komunika-cyjny (będący jednocześnie sterownikiem MASTER). Obsługuje on dwa interfejsy szeregowe, jeden jako RS232 łączy się z serwerem, drugi jako RS485 zarządza komunikacją w obrębie tej magistrali. Sche-mat jednostki centralnej pokazuje rysunek 3. Użyty jest mikrokontroler AVR zawie-rający dwa niezależne kontrolery obsługu-jące asynchroniczną transmisję szeregową o symbolu ATMEGA164 (U201). Takto-wany jest sygnałem z rezonatora kwarco-wego (X101). Kolejne elementy tworzą złącze do programowania mikrokontro-

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 29

Projekty AVT

lera w aplikacji (P101) oraz obwód do generowania sygnału reset w momencie włączenia zasilania dla mikrokontrolera, składający się z diody (D101), rezystora (R101) oraz kondensatora (C101). Obwód jest uzupełniony mikroprzyciskiem pozwalającym na resetowanie procesora w dowolnym momencie. Wybrane piny portu A są przeznaczone do sterowania lampkami LED, które służą do sygnali-zacji określonych stanów oraz czynności realizowanych przez procesor. Kanał sze-regowy USART0 służy do komunikacji via interfejs RS232 (układ U202, rysu-

nek 4). Ponieważ z a s t o s o w a n y układ umożliwia obsługę 4 linii (2 sygnały nadawa-ne oraz 2 sygnały odbierane), dwie linie (z punktu widzenia elektro-nicznego dowol-ne) są przezna-czone do pracy jako linie mode-

mowe, jako dodatkowe sygnały w złączu RS232 (serwer www udostępnia wszystkie linie modemowe, więc istnieje możliwość wykorzystania tej cechy w oprogramowa-niu). Drugi kanał transmisji szeregowej jest poprzez układ interfejsu RS485 (U401, rysunek 5) wykorzystany do komunikacji za pośrednictwem magistrali RS485.

Rozwiązanie sprzętowe interfejsu RS232 (rysunek 4) jest typowe. Zastosowany układ MAX232 jest użyty zgodnie z jego dokumenta-cją (ma przyłączone niezbędne do pracy cztery kondensatory: C203, C204, C205 i C206). Sygnały, wraz z liniami modemowymi, są udo-

stępnione na zewnątrz poprzez 9-pinowe złącze żeńskie typu D-SUB (P201). Łącze szeregowe w standar-dzie RS232 jest nie-symetryczne (zawiera trzy linie wyjściowe oraz pięć linii wejściowych), więc użyty wariant w proce-sorze komunikacyjnym odpo-wiada funkcji „wyposażenia modemowego”. Oznacza to, że do połączenia z serwerem www (który odpowiada „wyposaże-niu komputerowemu”, zawiera

złącze D-SUB męskie) wymaga-ny jest przewód zakończony złą-

czem męskim oraz żeńskim zawie-rający wszystkie żyły bez przeplotów

(typowy przewód do połączenia z mode-mem). Jeżeli zrezygnujemy z funkcjonal-ności linii modemowych, przewód łączący serwer www z opisywanym procesorem komunikacyjnym może zostać zredukowa-ny do 3-żyłowego (zawierającego sygnał Rx, Tx i GND).

Drugi interfejs (RS485) jest pokazany na rysunku 5. Sam układ (U401) jest użyty zgodnie z wyżej określoną sugestią, oba wejścia sterujące (sygnał DE, pin 3 oraz sygnał RE, pin 2) są połączone razem i połączone (jako sygnał DIR) z określo-nym wyprowadzeniem mikrokontrolera, poprzez które będzie przełączany kierunek transmisji. Linie te są wstępnie podciągnię-te do VCC przez rezystor (R402), którego zadaniem jest utrzymanie określonego, sta-bilnego stanu, zanim mikrokontroler nie skonfiguruje właściwie swoich portów do pracy w wymaganym środowisku, zapo-biega to stanom nieustalonym na magistrali RS485. Również linia danych odbieranych jest podciagnięta do VCC, wymuszając stan pasywny („ciszy transmisyjnej”) na linii danych odbieranych (należy pamiętać, że sygnał wyjściowy R, pin 1 w sytuacji przełączenia układu do pracy jako nadaj-nik, jest w stanie wysokiej impedancji, czyli nie jest źródłem sygnału). Wyjście interfejsu, sygnał T+/R+ (na schemacie oznaczone jako A) oraz T–R– (na schema-cie oznaczone jako B) jest spolaryzowane rezystorami R403, R404 i R405 do stanu pasywnego dla magistrali RS485 i poprzez złącze P401 jest udostępnione na zewnątrz

modu-

łu. Jest to 6-pinowe złącze typu Micro Fit, które jednocześnie doprowadza do modułu napięcie zasilające (+12V).

Wspomniane wyżej lampki LED (zamontowane na małej płytce PCB peł-niącej rolę frontpanelu) są przyłączone do procesora komunikacyjnego przez złącza P301 i P302 (rysunek 6). Jedna lampka (D805) sygnalizuje zasilanie modułu (jest włączona na stałe), pozostałe są sterowane przez program. Ich znaczenie jest nastę-pujące: D801 – mrugająca lampka statusu (sygnalizuje „rytm serca”), D802 – lampka sygnalizująca transmisję (nadawanie oraz odbiór) poprzez interfejs RS232, D803 – lampka sygnalizująca transmisję (nadawa-nie oraz odbiór) poprzez interfejs RS485, D804 – lampka sygnalizująca zapis danych konfiguracyjnych do pamięci EEPEOM oraz D805 – lampka sygnalizująca pracę w trybie konfiguracyjnym (stan connect opisany w dalszej części).

Moduł może być zasilany ze źródła napięcia o wartości od 8V do 40V. Dzięki zastosowanemu impulsowemu stabiliza-torowi napięcia (rysunek 7) ma wysoką sprawność przetwarzania energii. Biorąc pod uwagę, że moduł jest przeznaczony do pracy ciągłej, warto zadbać o mini-malizację strat energii. Przed stabilizato-rem zastosowana dioda D501 zabezpie-cza układ przed niewłaściwą polaryzacją (w wyniku pomyłki, bo człowiek to istota omylna i czasami może przez nieuwagę narobić sobie problemów). Samo rozwią-zanie układowe stabilizatora napięcia jest zgodne z dokumentacją producenta (dla zainteresowanych Czytelników opraco-wałem dodatkowy dokument opisujący możliwości zastosowanego układu, który można pobrać jako materiały dodatkowe ze strony Elportalu). Wypracowane napię-cie wyjściowe poprzez zworkę P502 jest udostępnione do zasilania całego modułu. W drugiej części artykułu opisane zostanie montaż, uruchomienie i oprogramowanie.

Andrzej Pawluczukapawluczuk@vp.pl

X101

7.3728MHz

C101

1uR10110k

VCC

VCC

C102

15p

C103

15p

SW101RES

1 23 45 67 89 10P101

PROGR

D101BAT54C

LTXDLRXD

DIR

TXDRXD

CTSRTS

XTAL18

XTAL27

RESET4

PD0(RXD0/PCINT24)9

PD1(TXD0/PCINT25)10

PD2(INT0/RXD1/PCINT26)11

PD3(INT1/TXD1/PCINT27)12

PD4(XCK1/OC1B/PCINT28)13

PD5(OC1A/PCINT29)14

PD6(OC2B/ICP/PCINT30)15

PD7(OC2A/PCINT31)16

PB0(XCK0/T0/PCINT8)40

PB1(T1/CLK0/PCINT9)41

PB2(AIN0/INT2/PCINT10)42

PB3(AIN1/OC0A/PCINT11)43

PB4(SS/OC0B/PCINT12)44

PB5(MOSI /PCINT13)1

PB6(MISO/PCINT14)2

PB7(SCK/PCINT15)3

PA0(ADC0/PCINT0)37

PA1(ADC1/PCINT1)36

PA2(ADC2/PCINT2)35

PA3(ADC3/PCINT3)34

PA4(ADC4/PCINT4)33

PA5(ADC5/PCINT5)32

PA6(ADC6/PCINT6)31

PA7(ADC7/PCINT7)30

PC0(SCL/PCINT16)19

PC1(SDA/PCINT17)20

PC2(TCK/PCINT18)21

PC3(TMS/PCINT19)22

PC4(TDO/PCINT20)23

PC5(TDI /PCINT21)24

PC6(TOSC1/PCINT22)25

PC7(TOSC2/PCINT23)26

AVCC27

AREF29

U101 ATMEGA164

VCC

VCC

CB101A

100n

VCC

CB101B

100n

VCC

CB101C

100n

VCC

CB101D

100n

LED0LED1LED2LED3LED4

Rys. 3

DIRLRXD

LTXD

VCC VCC

VCC

VCC

R40110k

R403

150

R404150

R405150

R40210k

D4

DE3

R1

RE2

A6

B7

U401SN75C176

CB401 100n

+12VDC

T-/R-T+/R++12VDC0VDC

1 23 45 6

P401

MX-430450-6

VCC

C203

10u

C20410u

C20510u

C20610u

C1+1

V+ 2C1-3

C2+4

C2-5 V- 6

T2OUT 7

R2IN 8R2OUT9

T2IN10 T1IN11

R1OUT12 R1IN 13

T1OUT 14

U202MAX232

IN PC(2) RXD [PIN 2 - INPUT]

(7) RTS [PIN 7 - OUTPUT](3) TXD [PIN3 - OUTPUT](8) CTS [PIN 8 - INPUT]

594837261

P201

DB9/F

TXD

RXDCTS

RTS

Rys. 5

R301220

R302220

R303220

R304220

R305220

R306470

VCC D301LY

D302LY

D303LY

D304LY

D305LY

D306LG

12345678

P301H8

12345678

P302H8

LED0LED1LED2LED3LED4

C501220u

C502100n

R503

3k

R5041k

D502SS14

L501 150u

C506

1000u/10V/LI

C507100n

1 2

P502 H2

VCC

1

P501H1

D501SS14

VI1

GN

D3

ON/OFF5FB 4

VO 2SHIE

LD

6

U501 LM2575S-ADJ+12VDC

Rys. 6

Rys. 7

Rys. 4

Komputery

Elektronika dla WszystkichMaj 201930

W poprzednim odcinku mówiliśmy o małych, domowych, lokalnych sieciach komputerowych. Wiemy, że i w nich cała komunikacja opiera się na stosie protokołów TCP/IP, co jest zadaniem wieloetapowym i wydaje się porażająco skomplikowane i trudne. Protokoły istot-nie są bardzo skomplikowane i ogólnie biorąc, są realizowane przez inteligen-tne, złożone programy (a niektóre przez bardzo skomplikowane specjalizo-wane układy scalone).

Tak, ale protokoły obejmu-ją wszelkie aspekty związane z transmisją także w dużych sie-ciach komputerowych, w szcze-gólności lokalizowanie adresa-ta i zapewnienie niezawodnej transmisji w każdych warunkach. Dobra wiadomość jest taka: mnó-stwo z tych zagadnień nie ma żadnego zastosowania, jeżeli chcemy zrealizować transmisję w małej domowej sieci lokalnej. Jeżeli pokażemy tylko podsta-wowy sens i przebieg tych etapów (i praktyczny sens warstw stosu), to cała sprawa okaże się zaskakująco pro-sta. Zacznijmy od najwyższej warstwy aplikacji, gdzie jak pamiętamy, można wykorzystywać różne protokoły, takie jak na przykład HTTP, SMTP, FTP, Telnet, SNMP, DNS, itd.

HTTP – hipertekstowy protokółW kontekście automatyki domowej kluczowe znaczenie ma protokół HTTP (Hypertext Transfer Protocol), nieod-łącznie związany z miliardami stron internetowych www.

Na początek załóżmy, że mamy jakiś komputer, który potrafi wykorzystywać protokół HTTP i będzie pełnił funkcję klienta. Załóżmy, że komputer ten jest na stałe połączony z urządzeniem do pomiaru wilgotności względnej, które

też potrafi wykorzystywać protokół HTTP i które będzie pełnić funkcję ser-wera. Obrazowo można to przedstawić jak na rysunku 1a, natomiast ze strony informatycznej sytuację przedstawia-my jak na rysunku 1b, gdzie ze stosu TCP/IP dobrze widzimy tylko górną warstwę aplikacji z protokołem HTTP, a resztę na razie całkiem pomijamy, traktując jak czarną skrzynkę.

Mamy tu stałe połączenie dwóch punk-tów. Nie potrzebujemy żadnego adreso-wania, więc jeżeli za pomocą kompute-ra (klienta) chcielibyśmy sprawdzić wilgotność, to z komputera-klienta wyślemy do serwera www zapytanie--żądanie: przyślij informację.

Jeśli mamy wykorzystać przezna-czony właśnie do takich celów proto-kół HTTP, to użyjemy jego najpopular-niejszego polecenia (metody): GET, co możemy rozumieć jako: podaj, przy-ślij, a co niektórzy Czytelnicy zapewne przetłumaczyliby na zapodaj.

Oczywiście serwer ma przysłać do klienta informację o wilgotności, tylko w jakiej postaci?

Możliwości jest wiele. Mógłby przysłać jakiś obrazek (.jpg, .gif, .png). Mógłby przysłać zwykły tekst skła-dający się ze znaków ASCII. Mógłby przysłać tekst unikodowy zakodowa-

ny np. w UTF-8. Owszem mógłby, ale protokół HTTP, zgodnie ze swoją nazwą (Hypertext Transfer Protocol), ma służyć przede wszystkim do prze-syłania hipertekstu.

Najprościej mówiąc, hipertekst to coś o wiele „bogatszego”, lepszego od „zwykłego tekstu”. Może to być

tekst po pierwsze sformato-wany na różne sposoby, a do tego zawierający obrazki i inne „dodatki”. Koncepcję i zasady hipertekstu można sobie wyob-rażać rozmaicie, jednak w sie-ciach komputerowych jest on realizowany za pomocą sposobu, kodu, języka, zwanego HTML.

Skrót HTML pochodzi od Hypertext Markup Langua-ge i oznacza język znaczników hipertekstowych. Opiera się na znacznikach, zwanych też tagami (ang. tags). Znów kon-

cepcja jest zaskakująco prosta: plik html to zasadniczo zwykły tekst, tylko zawie-rający wspomniane znaczniki, które między innymi formatują to, co ma być wyświetlone, czyli zmieniają wielkość, rodzaj czcionki, kolor, itp. Niektóre znaczniki zdecydowanie rozszerzają możliwości prezentacji, bo na przy-kład zawierają linki do innych zaso-bów, w tym do obrazków. Rozwijający się od kilkudziesięciu lat język HTML dziś ma ogromne możliwości tworzenia efektownych stron (internetowych), ale jego podstawy są zaskakująco proste. Do HTML zapewne wrócimy, a na razie omówmy próbę użycia komputera do sprawdzenia wilgotności w układzie z rysunku 1. Komputer (klient) wyśle do serwera zapytanie (Request), korzy-stając z metody GET, a serwer wyśle mu informację w postaci pliku z rozsze-rzeniem .htm albo .html.

Sieci komputerowe i Internet,Sieci komputerowe i Internet,czyli o matrioszkachczyli o matrioszkachi wyspachi wyspachBergamutachBergamutach

część 5część 5

komputermalutki serwer www

aplikacji (application layer)

transportowa (transport layer)

internetowa (internet layer)Warstwy modelu TCP/IP

aplikacji (application layer)

transportowa (transport layer)

internetowa (internet layer)

komputer

transportowa (transport layer)

internetowa (internet layer)

transportowa (transport layer)

internetowa (internet layer)

a)

b)

Rys. 1

Komputery

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 31

W najprostszym przypadku mogłoby to wyglądać mniej więcej tak: komputer (klient) wysyła zapytanie (Request) w postaci następującego tekstu, ciągu znaków ASCII:

GET /wilg.htm HTTP1.0

Na początku wiadomości mamy tu nazwę metody GET, obowiązkowo pisaną dużymi literami, następnie obo-wiązkowy ukośnik, potem nazwę pliku (albo ścieżkę do pliku) z informacją o wilgotności, który ma być przysłany (wilg.htm) i na końcu wersję protokołu HTTP (1.0 albo 1.1). W tym przypadku nie ma (nie potrzeba) żadnego adresu, bo założyliśmy, iż mamy stałe połącze-nie dwóch punktów.

Na takie żądanie serwer wyśle do klienta odpowiedź (Response), która w najprostszym przypadku mogłaby wyglądać tak:

HTTP/1.0 200 OK <html><body>RH=75%</body></html>

Taka odpowiedź w pierwszej linii zawiera informację o wersji protoko-łu (HTTP1.0), następnie trzycyfrową liczbę, która jest, powiedzmy, kodem błędu. W tym przypadku błędu nie ma, więc kod to 200 i jest on powtórzony słownie: OK. Druga linia odpowiedzi jest pusta, co oddziela jej nagłówek (header) od jej ciała (body). A tym cia-łem jest... strona internetowa!Tak! Serwer wysyła do klienta stronę internetową w postaci pliku HTML, w tym wypadku bardzo skromną:<html><body>RH=75%</body></html>

Taka odpowiedź trafia w kompu-terze do przeglądarki, a ta wyświet-la dostarczoną stronę (kod HTML) w postaci niezbyt imponującej, nie-mniej w pełni użytecznej, mniej więcej jak na rysunku 2.

Proste? Zaskakująco proste!Oczywiście w praktyce zarówno

zapytanie (Request), jak i odpowiedź (Response) mogą zawierać i najczęś-ciej zawierają dodatkowe opcjonalne informacje, których wcale nie musisz rozumieć. A kod HTML zwykle nie jest aż tak skromny.

Gdyby kod HTML odpowiedzi był „bogatszy”, na ekranie komputera zobaczylibyśmy bardziej efektowny, zapewne dłuższy tekst, z czcionkami różnej wielkości i kroju, z kolorami, ewentualnie z jakimś obrazkiem czy obrazkami. To jednak są drugorzędne szczegóły.

Najważniejsze jest to, że wykorzy-stanie metody GET z protokołu HTTP jest naprawdę bardzo proste, co ma ogromne znaczenie dla elektronika. Otóż określenie serwer www zwykle kojarzy się z czymś ogromnie skom-plikowanym. A oto okazuje się, że jego głównym zadaniem jest przygotowa-nie prościutkiej strony „hatemelowej”, z czym poradzi sobie nawet najskrom-niejszy mikroprocesor.

W naszym przykładowym żądaniu zawarta jest nazwa pliku (wilg.htm), ale nie musi to być i wcale nie jest gotowy, statyczny plik, przechowywa-ny w jakiejś pamięci. W naszym przy-padku potrzebny kod HTML zostaje na bieżąco stworzony przez mikropro-cesor serwera www (przez program) z użyciem najświeższej, odczytanej z czujnika wartości wilgotności.

Najogólniej biorąc, kluczowym zadaniem serwera www jest przygoto-wanie odpowiedzi (Response) w posta-ci najzwyklejszego tekstu. W naj-prostszym przypadku może to pole-gać na dodaniu dwóch cyfr aktualnego wyniku pomiaru do stałego łańcucha znaków ASCII. Przy stałym połączeniu według rysunku 1, bez konieczności adresowania, mogłoby to być jedy-ne zadanie serwera, banalnie proste. W rzeczywistości aż tak prosto nie jest.

Kwestia adresowaniaKonieczność adresowania i wykorzysta-nia stosu protokołów TCP/IP niewątpli-wie komplikuje sytuację, ale znów elek-tronik zainteresowany wykorzystaniem sieci komputerowej w inteligentnym domu wcale nie musi znać wszystkich szczegółów. Musi rozumieć tylko podsta-wowe zasady a d r e s o w a -nia, a potem te zasady wykorzystać w praktyce.

W poprzednim odcinku dowiedzie-liśmy się, że każda domowa lokalna sieć komputerowa ma „swój numer”. Z reguły dwie pierwsze liczby numeru--adresu takiej sieci IP to 192.168. Trzecia liczba może być dowolna w zakresie od 0...255. Czwarta liczba w nume-rze sieci to zawsze 0. Bardzo często domowe sieci mają „niskie” numery 192.168.0.0...192.168.10.0. W każdej takiej małej sieci lokalnej (która ma maskę 255.255.255.0) możemy mieć ponad 250 urządzeń.

Jeżeli przykładowo sieć ma numer 192.168.1.0, to wszystkie pracujące w niej urządzenia mają (muszą mieć) adresy IP w zakresie 192.168.1.1...192.168.1.254.

Wróćmy teraz do wcześniejsze-go przykładu starej prostej sieci LAN, gdzie dodajemy prosty serwerek www obsługujący czujnik wilgotności według rysunku 3.

Jak w każdej sieci komputerowej, także i tu każde dołączone urządzenie ma przydzielony adres-numer IP. Dodany właśnie serwer www niech ma numer 192.168.1.23 – dobry jak każdy inny. Każde z urządzeń sieciowych pracują-cych w ethernetowej sieci LAN ma też jakiś „fabryczny” numer-adres MAC. Jak mówiliśmy wcześniej, w danej sieci LAN mamy powiązania sprzętowego numeru MAC z logicznym numerem IP. W naszym prościutkim przypadku adresy MAC teoretycznie nie byłyby konieczne, bo komunikacja zasadniczo odbywa się w oparciu o adresy IP, ale z różnych względów nawet w najmniej-szych i najprostszych sieciach kompute-rowych wykorzystujemy wszystkie war-stwy stosu TCP/IP, więc trzeba posługi-wać się parami adresów IP + MAC.

Najprościej biorąc, w przypadku z rysunku 3, gdybyśmy chcieli za pomo-cą komputera A sprawdzić wilgotność, to oczywiście musiałby on wysłać zapy-tanie GET, ale trzeba byłoby też dodać informacje adresowe. Omówimy tow następnym odcinku.

Piotr Górecki

komputer AIP: 192.168.1.5

MAC:xx-xx-xx-xx-xx-xx

drukarka

IP: 192.168.1.6MAC:

xx-xx-xx-xx-xx-xx

kamera IPIP: 192.168.1.9

MAC:xx-xx-xx-xx-xx-xx

komputer BIP: 192.168.1.7

MAC:xx-xx-xx-xx-xx-xxcentralka alarm.

IP: 192.168.1.8MAC:

xx-xx-xx-xx-xx-xx

serwer wwwIP: 192.168.1.23

MAC:xx-xx-xx-xx-xx-xx

Rys. 3

Rys. 2

Programowanie

Elektronika dla WszystkichMaj 201932

W poprzednim odcinku wstępnie zapoznaliśmy się z płytką Arduino Pro Mini. Teraz chcemy na jej pod-stawie zbudować taki rejestrator, jak w poprzednich ćwiczeniach.

W czasie normalnej pracy rejestrator nie będzie dołączony do komputera PC. Ale płytkę Arduino trzeba zaprogra-mować. Dlatego najpierw za pomocą konwertera USB/TTL połączymy kom-puter z Arduino i zaprogramujemy pro-cesor. W tym czasie procesor, a nawet cały system będą zasilane z komputera za pośrednictwem konwertera USB. Potem odłączymy konwerter USB/TTL od komputera i do końcówek złącza programującego płytki Arduino dołączymy moduł OpenLog. Wtedy płytkę trzeba będzie zasilić z jakiegoś oddzielnego źródła, np. z zasilacza 5V.

W takim rozwiązaniu podczas pracy systemu (podczas rejestracji) nie ma komunikacji z komputerem, więc teraz już można i wręcz trzeba wykorzystać sprzętowe złącze szerego-we i dedykowane piny Arduino RXI, TXO. Schemat układu pokazany jest na rysunku 1. Jest to ten sam układ, co na rysunku 4 w odcinku 13, tylko wyko-rzystujemy sprzętowe łącze szeregowe.

Zwróć uwagę, że piny RXI, TXO wyprowadzone są na „złą-cze programujące”, a Twórca OpenLog zadbał, żeby dołącze-nie rejestratora do Arduino Pro Mini było bajecznie proste.

Z wcześniejszego programu A1303.ino usunąłem fragmenty dotyczące programowego łącza szeregowego (SoftwareSerial). Powstał program A1501.ino (kluczowe fragmenty pokazuje szkic 1). Także i tu wyko-rzystujemy obiekt (złożoną zmienną) typu String o nazwie mojRekord i najpierw groma-dzimy w niej dane z jedne-go pomiaru trzech czujników, a potem całość przesyłamy łączem szeregowym do Open-Log. Jak pokazuje rysunek 2, program po kompilacji zajmie 37% pamięci programu i 23% pamięci RAM.

Ponieważ moduł OpenLog zbiera odebrane dane w bufo-rze o pojemności 512 bajtów i dopiero wtedy zapisuje taką porcję na karcie, zamiast wykorzystywać pamięciożerny obiekt typu String, możemy obejść się

bez niego i kolejne dane bezpośrednio wysyłać do modułu OpenLog, nie gro-madząc ich w zmiennej mojRekord ani w żadnej innej.

Kurs Arduino Kurs Arduino odcinek 15odcinek 15

DQ4,7kR1

D

VGG

TR

Arduino Pro Mini

9 6 5 48 7 3

RST RXI

TXO2

GN

D

10 13 A0 A111 12 A2 RST

GN

DR

AW

A3 VCCA4GND

A6A7

GND

+5V

32K

SDAVCCGND

SQWSCL

VCCGND

SCLSDA

POWER

A0 A1 A2

DS3231

24C32

+5V

VDD

GN

DD

Q

DS18B20

VDD

GN

DD

Q

DS18B20

VDD

GN

DD

Q

DS18B20

GND

+5V

GND

+5V

GND

A2

S1

LEDRED

1k

1k

LEDBLUE

1N4148

R2

R3

GND

GRN

VCCGNDBLK

RXITXO

OpenLog

A5

GND

zasi

lani

e 5V

SDASCL

// NIE wykorzystujemy programowego łącza szeregowego!#include <Wire.h> // biblioteka I2C#include <RtcDS3231.h> // RTC - DS3231#include <OneWire.h>#include <DallasTemperature.h>RtcDS3231<TwoWire> zegar(Wire); //obiekt zegar RTC OneWire obiektOneWire(A0); //wykorzystujemy pin A0DallasTemperature czujniki(&obiektOneWire);int liczbaCzujnikow; DeviceAddress tmpAdresyCzujnikow;

void setup(void) { zegar.Begin(); //inicjalizacja Serial.begin(9600); czujniki.begin(); liczbaCzujnikow = czujniki.getDeviceCount(); /* tu pozostaje ustawianie czasu RTC */ } void loop(void) { if (digitalRead(A2) == LOW) { delay(100); } else { RtcDateTime czasAktualny = zegar.GetDateTime(); czujniki.requestTemperatures(); String mojRekord = ""; //obiekt typu String mojRekord += String(czasAktualny.Year()); mojRekord += '-'; mojRekord += String(czasAktualny.Month()); mojRekord += '-'; mojRekord += String(czasAktualny.Day()); mojRekord += 'T'; // wstawiamy literkę T mojRekord += String(czasAktualny.Hour()); mojRekord += ':'; mojRekord += String(czasAktualny.Minute()); mojRekord += ':'; mojRekord += String(czasAktualny.Second()); mojRekord += ','; for(int i=0;i<liczbaCzujnikow; i++) { czujniki.getAddress(tmpAdresyCzujnikow, i); float tempC = czujniki.getTempC(tmpAdresyCzujnikow); mojRekord += String(tempC); mojRekord += ","; } //koniec odpytywania czujników Serial.println(mojRekord); delay(1000); } }

Rys. 1

Szkic 1

Rys. 2

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 33

Programowanie

Taka wersja programu zawarta jest w szkicu A1502.ino, a zmieniona pętla loop() pokazana jest w szkicu 2.

Jak widać na rysunku 3, usunięcie zmiennej typu String znacząco odchu-dziło program, który zajmuje tylko 29% pamięci programu i nadal 23% pamięci RAM. Zmienne typu String są bardzo wygodne w użyciu, ale niestety okupione jest to poważnym zwiększe-niem objętości programu, ponieważ nie są to „proste zmienne”, tylko obiekty o skomplikowanej obsłudze (ale przy-jazne dla użytkownika). Przypomnijmy dla porównania, że nasz pierwszy pro-gram rejestratora bez OpenLog, tylko z modułem czytnika kart SD, zajmował 66% pamięci programu i 64% pamięci RAM (odcinek 13, rysunek 1).

Pierwszą wersję rejestratora do tego ćwiczenia zrealizowałem na płytce Arduino Pro Mini, będącej tanim chiń-

skim klonem o „kanonicz-nych” rozmiarach, która jest mniejsza od zastosowanego modułu RTC z DS3231, co jest pokazane na fotografii 4. Na tej fotografii widać też opisane w poprzednim odcinku połączenie płytki Arduino (w którą wluto-wana jest listwa kątowych goldpinów) z modułem OpenLog (gdzie wlutowa-na jest listwa z nasadką z otworami).

Na fotografii 4 widać też moduł miernika z podwójnym cztero-cyfrowym wyświetlaczem, który został włączony w obwód zasilania i pokazuje aktualne napięcie zasilania i pobór prądu. Ten moduł ma po cztery cyfry, więc rozdzielczość pomiaru prądu to 1mA, a napięcia 10mV.

W tej wersji zarówno progra-mowanie, jak i rejestracja z wyko-rzystaniem obu omówionych szki-ców nie sprawiła żadnych proble-mów: przebiegły jak po maśle.

Postanowiłem też wykorzystać inną wersję, chiński klon Arduino Pro Mini w postaci kwadrato-wej płytki. Tego rodzaju odmiany oznaczane są strong (fotografia 5), a w opisach handlowych zwy-kle pojawia się liczba 14.

Warto wiedzieć, że dostępne są tego rodzaju „kwadratowe” wersje Arduino Nano, Arduino Pro Micro (fotografia 6), a także innych odmian, w tym z ESP8266 z interfejsem Wi-Fi.

Dla wielu osób cenną zale-tą takich wersji jest duża liczba

otworów/pinów masy i zasilania VCC, bowiem przy wykorzystaniu „kanonicz-nych” płytek Mini/Micro, zawsze prob-lemem jest właśnie zbyt mała liczba końcówek VCC i GND.

Niestety, przy próbie wykorzystania kwadratowej płytki w wersji „strong” z modułem OpenLog pojawiła się prze-dziwna zagadka. Procesor na tej płyt-ce został prawidłowo zaprogramowany szkicem A1501.ino, ale po odłączeniu programatora, dołączeniu OpenLog i uruchomieniu rejestracji na karcie nic nie zostało zapisane. Rozwiązanie tego i kilku innych problemów zajęło mi wiele czasu. Ponieważ są to typowe problemy, związane z wykorzystaniem tak bardzo popularnych w naszym kraju tanich chińskich modułów związanych z otwartym i „bezpłatnym” systemem Arduino, koniecznie trzeba je opisać szerzej. Będzie to ostrzeżeniem, przy-gotowaniem, z czym trzeba się liczyć oraz zachętą i wskazówką, jak sobie z tym radzić.

void loop(void) { if (digitalRead(A2) == LOW) { delay(100); } else { RtcDateTime czasAktualny = zegar.GetDateTime(); czujniki.requestTemperatures(); Serial.print(czasAktualny.Year()); Serial.print('-'); Serial.print(czasAktualny.Month()); Serial.print('-'); Serial.print(czasAktualny.Day()); Serial.print('T'); // wstawiamy literkę T Serial.print(czasAktualny.Hour()); Serial.print(':'); Serial.print(czasAktualny.Minute()); Serial.print(':'); Serial.print(czasAktualny.Second()); Serial.print(','); for(int i=0;i<liczbaCzujnikow; i++) { czujniki.getAddress(tmpAdresyCzujnikow, i); float tempC = czujniki.getTempC(tmpAdresyCzujnikow); Serial.print(tempC); Serial.print(","); } //koniec odpytywania czujników Serial.println(); delay(1000); } }

Rys. 3

Fot. 5

Fot. 6

Szkic 2

Fot. 4

Programowanie

Elektronika dla WszystkichMaj 201934

Zanim omó-wimy proble-my z układem z fotografii 7, najpierw o innych przykrych nie-s p o d z i a n k a c h , na jakie natrafi-łem.

Otóż do tej pory zasilaliśmy płytkę Ardui-no i dołączone moduły z gniazda USB komputera. Płytka cały czas była dołączona do komputera. Do wstępnych testów jest to bardzo wygodne, ale w prak-tycznych układach trzeba zapewnić zasilanie zewnętrzne. Zasadniczo wystarczy jakikolwiek zasilacz, nawet niestabilizowany, bo płytki Arduino mają wbudowane stabilizatory.

Ja, chcąc mieć na bieżąco kontrolę nad sytuacją, do starego transformatorowego (nie impulsowego, celowo!) zasilacza stabilizowanego 5V 500mA dołączyłem moduł monitora napięcia i prądu w wer-sji z 4-cyfrowym wyświetlaczem, co na jednym zakresie pozwala sprawdzać napięcie z rozdzielczością 10mV i prąd z rozdzielczością 1mA. Podłączenie jest proste. Niestety ujawnił się problem przy najmniejszych prądach: w zakresie prądów do kilku miliamperów wska-zanie mojego egzemplarza jest równe zeru. Pokazany na wyświetlaczu wynik pomiaru rzędu kilku czy kilkunastu miliamperów jest więc poważnie zafał-szowany. Z uwagi na inne pilne zajęcia pozostawiłem ten problem do rozwiąza-nia w przyszłości.

Inna przykra niespodzianka dotyczy-ła małej liczby pinów GND i VCC „kanonicznej” wersji. Do realizacji układu testowego z małymi płytka-mi Arduino (fotografia 4) wykonałem więc „rozgałęziacze” (fotografia 8). Niestety, nie było to łatwe! Okazało się, że moje tanie prze-wody z nasadkami (tzw. Dupont), pokazane na fotografii 9, nie są

wykonane z miedzi (tylko prawdopodobnie ze stopu aluminium i magnezu). Można je zaciskać, ale za żadne skarby nie można było ich pobielić i przy-lutować. Straciłem niema-ło czasu, wypróbowując wszystkie posiadane top-niki, także te agresyw-ne. Poddałem się dopiero po wykonaniu telefonu do przyjaciela, który zajmuje się importem elektroniki z Chin i zetknął się już z tym problemem.

Trzeba było wymienić przewo-dy. Wymagało to wyjęcia styków z plastikowych nasadek, odcięcia ory-ginalnych nielutowalnych przewodów i przylutowania do styków nowych przewodów miedzianych. Operacje te trzeba przeprowadzać ostrożnie i deli-katnie, żeby nie uszkodzić, nie pogiąć delikatnych blaszek.

Inną przykrą niespodzianką było to, że jeden z dwóch posiadanych modułów OpenLog (fotografia 10) nie chciał pracować, przez co też straciłem sporo czasu. Przypuszczam, że może jest to

tylko wina oprogramowania, ale nie drążyłem sprawy i znalezienie odpo-wiedzi też pozostawiłem na później. Wymieniłem moduł na drugi, spraw-ny. Podobny problem może dotyczyć wszelkich innych modułów. Dlatego bardzo dobrze jest posiadać co naj-mniej dwa jednakowe moduły, najle-piej pochodzące od różnych sprzedaw-ców. W razie problemów pozwoli to zaoszczędzić mnóstwo czasu, bo praw-dopodobieństwo, że oba będą uszko-dzone, jest bardzo małe.

A teraz największy, symptomatycz-ny problem, wynikający ze specyfi-

ki Arduino. Wersja rejestratora z kwadratowym modułem Ardui-no Pro Mini Strong przedstawiona na fotografii 7 stworzyła zagad-kę, której zbadanie i rozwiązanie pochłonęło mnóstwo czasu.Taki układ nie działał. Tu muszę dodać, że wcześniej, po pierwszym podłączeniu zasila-nia, w tym kwadratowym module Arduino migała dioda LED dołą-czona do pinu 13 (SCK). Był to dowód, że producent wpisał do procesora prościutki program, co

Fot. 8

Fot. 9

Fot. 10

Fot. 7

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 35

Programowanie

jest powszechną godną pochwały prak-tyką, bo od razu pokazuje użytkowni-kowi, że moduł jest sprawny.

Aby przekonać się, że wszystko dzia-ła, dołączyłem konwerter USB/TTL do „złącza programującego”, które ma oznaczenia identyczne jak „kanonicz-na” płytka Arduino Pro Mini, co widać na fotografii 11. Zmodyfikowałem przykładowy szkic Blink.ino, zmienia-jąc rytm pulsowania diod i zaprogramo-wałem płytkę. Ten prosty eksperyment udowodnił, że programowanie za pomo-cą konwertera USB/TTL działa prawid-łowo, identycznie jak w „kanonicznej” płytce Arduino Pro Mini z fotografii 4.

Jednak po zaprogramowaniu szkicem A1501.ino i po zestawieniu rejestratora według schematu z rysunku 12 i foto-grafii 7, gdzie do złącza programujące-go został podłączony OpenLog, system nie działał, a konkretnie po próbie reje-stracji karta pozostawała całkiem pusta. Okazało się, że OpenLog nie zapisywał na niej nawet pliku config.txt.

Okolicznością, która mnie zmyliła było to, że jedna z dwóch diod OpenLog migała, ale w innym rytmie niż normal-nie podczas rejestracji.

Jeśli dioda LED świeci, a rejestrator OpenLog nie pracuje, to narzuca się dość oczywisty wniosek, że zasilanie jest w porządku. Podejrzenie pada na linie cyfrowe złącza programu-jącego. A jak widać na fotografii 7, OpenLog z przylutowaną nasadką, wpięty na kołki „złącza programu-jącego”, miał podłączone nie tylko masę GND, zasilanie VCC (+5V) i linię RXI, ale też linie DTR i TXO. Podejrzenie padło na te właśnie linie złącza programującego.

Aby odciąć się od złącza pro-gramującego, najpierw dołączyłem moduł OpenLog w wersji mini-malistycznej, a więc tylko trzema przewodami, jak to robiliśmy przy pierwszych eksperymentach Open-Log z płytką Arduino Uno. W przy-

padku Arduino Uno oraz „kanonicznej” płytki Arduino Pro Mini (rysunek 13) rejestrator działał prawidłowo.

Jednak w układzie z fotografii 7 po takim samym dołączeniu przewoda-mi do złącza programu-jącego „stronga”, według rysunku 14, OpenLog nie pracował.

Wiadomo, że w Ardu-ino cyfrowy pin 0 (D0) to wejście RXI, a pin 1 (D1) to TXO. Jed-nak po przepięciu linii danych według rysunku 15 rejestrator nadal nie działał!

O zgrozo, rejestrator nie działał też po prze-pięciu obu linii zasi-lania według rysun-ku 16 i fotografii 17! A przecież sprawdzałem, że ten moduł OpenLog jest sprawny! Wszystko wskazywało, że problem jest gdzieś na kwadrato-wej płytce „strong”.

Tylko gdzie?

O ile dobrze pamiętam ze swojej wczes-nej młodości, Mark Twain w książ-ce Przygody Tomka Sawyera napisał o detektywie, który przybył do miasta, by schwytać Indianina Joego. Otóż ten detektyw wpadł na trop, ale tropu nie powiesisz zamiast mordercy, więc detektyw po tym zdumiewającym rezul-tacie odjechał...

Po opisanych właś-nie testach poczułem się dokładnie jak ten detektyw z St. Louis: też wpadłem na trop. Ale zachowanie systemu było absolutnie nieocze-kiwane! I niemal niewy-tłumaczalne!

W trakcie dalszego badania sprawy zaczęła się ujawniać zaskakująca historia detektywistycz-na. Problem okazał się obszerny, wielowątko-wy, a niektóre elementy układanki wywoływa-ły uśmiech. Szczegóły i rozwiązanie omówimy w następnym odcinku.

Piotr Górecki

DTR

5VGNDGND

TXDRXD

0 3 4 51 2 6 7 S V GSVG

GVS

A7 A4 A3 A2A6 A5 A1 A0

AREF

1110

9

1312

8

+-

ArduinoPro Mini„strong”

DQ4,7kR1

GND

32K

SDAVCCGND

SQWSCL

VCCGND

SCLSDA

POWER

A0 A1 A2

DS3231

24C32

+5V

VDD

GN

DD

Q

DS18B20

VDD

GN

DD

Q

DS18B20

VDD

GN

DD

Q

DS18B20

GND

GND

+5V

GND

A2

S1

LEDRED

1k

1k

LEDBLUE

1N4148

R2

R3 GND

zasi

lani

e 5V

SDASCL

GRN

VCCGNDBLK

RXITXO

Open

Log

+5VGND

DQ

DTR

5VGNDGND

TXDRXD

0 3 4 51 2 6 7 S VGSVG

GVS

A7 A4 A3 A2A6 A5 A1 A0

AREF

11109

1312

8

+-

ArduinoPro Mini„strong”

GRN

VCCGNDBLK

RXITXO

Open

Log

+5VGND

zasilanie

DTR

5VGNDGND

TXDRXD

0 3 4 51 2 6 7 S VGSVG

GVS

A7 A4 A3 A2A6 A5 A1 A0

AREF

11109

1312

8

+-

ArduinoPro Mini„strong”

GRN

VCCGNDBLK

RXITXO

Open

Log

+5VGND

zasilanie

LED

1TXR

X

ICSP

ICSP2

ON

RESET

1312111098765432

5V

A0

ANALO

G IN

AREFGND

RESET3V3

A1A2A3A4A5

VINGNDGND

DIG

ITAL (PWM

= )

IOREFPO

WER

01TX0

RX0

Arduino Uno

GND

+5V

+5V

GRN

VCCGNDBLK

RXITXO

OpenLogGND

DANE

DANED

VGG

TR

Arduino Pro Mini

9 6 5 48 7 3

RST RXI

TXO2

GN

D

10 13 A0 A111 12 A2 RST

GN

DR

AW

A3 VCC

A4GNDA6A7

+5V

GRN

VCCGNDBLK

RXITXO

OpenLog

A5

GND zasilanie

DTR

5VGNDGND

TXDRXD

0 3 4 51 2 6 7 S VGSVG

GVS

A7 A4 A3 A2A6 A5 A1 A0

AREF

11109

1312

8

+-

ArduinoPro Mini„strong”

GRN

VCCGNDBLK

RXITXO

Open

Log

+5VGND

zasilanie

Rys. 12

Fot. 11

Rys. 13

Rys. 14

Rys. 15

Rys. 16

Fot. 17

Podstawy

Elektronika dla WszystkichMaj 201936

W poprzednim odcinku omawialiśmy różne odmiany generatora Royera i do-szliśmy do wersji, zawierających dodat-kowy dławik w obwodzie zasilania i do-datkowy kondensator, dołączony rów-nolegle do uzwojenia roboczego. Przy-pomnijmy, że już w roku 1959 w pracy P.J. Baxandalla, wśród wielu innych oscylatorów, pojawiła się koncepcja po-kazana na rysunku 1, gdzie z koniecz-ności zaproponowano wykorzystanie bipolarnych tranzystorów PNP.

I pojawia się kluczowe pytanie: dla-czego już trzeci miesiąc grzebie-my się w takich starociach sprzed kilkudziesięciu lat, realizowanych na przestarzałych tranzystorach ger-manowych? Po co omawiamy układy, których działanie zależy od szeregu trudno uchwytnych czynników, które zależnie od parametrów elementów być może działają, a być może nie...

Otóż zajmujemy się tym archaicz-nymi układami sprzed dziesięcioleci nie z jednego, tylko z kilku ważnych powodów. Już chyba zauważyłeś, że podobne układy bywają wykorzysty-wane do dziś i to zaskakująco często. Są używane, działają, ale przytłaczają-ca większość użytkowników nie wie, jak działają, co owocuje zabawnymi pomyłkami i lękiem przed zmianami typów i wartości elementów.

Zajmujemy się nimi także z powo-du nazwiska twórcy, a ściślej jednego z twórców: Georga H. Royera. Na nie-których wcześniejszych rysunkach po-kazane są schematy układów, nazywa-nych przetwornicami Royera, a wszyst-kie zawierają dodatkowy kondensator bocznikujący uzwojenie główne. Podo-bieństwo schematu jest, ale układy te nie pracują na zasadzie „prawdziwego” generatora Royera! Rdzeń zastosowa-nego w nich transformatora nie wcho-dzi w nasycenie i zasada pracy jest zupełnie inna od wcześniej omawianej,

bo podstawą jest... obwód re-zonansowy. Te różnice są przy-czyną niemałego i dość poważ-nego zamieszania. Ponadto przy pracy rezonansowej można zde-cydowanie zmniejszyć straty, stosując tzw. przełączanie ZVS (zero voltage switching), czyli przełączanie przy zerowym na-pięciu. A kwestie ZVS i ZCS (zero current switching) są bar-dzo ważne właśnie ze względu na silne dążenie do uzyskania maksymalnej sprawności i wią-żą się z tzw. przetwornicami rezonansowymi, które wyko-rzystują odmienną, zaskakującą zasadę działania. Choćby tylko z uwagi na te czynniki musimy dokładniej zgłębić temat.

Rysunek 2 pokazuje sche-mat przetwornicy z roku 1973, wykorzystanej do wytwarzania napięcia żarzenia dla lampy oscylo-skopowej (Tektro-nix). We wtórnym uzwojeniu trans-formatora indu-kuje się przebieg zmienny, który zasila grzejnik lampy.

Rysunek 3 przedstawia zna-leziony gdzieś w Internecie sche-mat podgrzewa-cza (pieca) induk-cyjnego. Tu nie widać uzwojenia wtórne-go. Podczas pracy jałowej układ pracuje jedynie jako oscylator i rzeczywiście nie ma wtedy uzwojenia wtórnego, do które-go przekazywana byłaby energia. Jednak włożenie metalowego (dobrze przewo-dzącego prąd) przedmiotu w ob-szar pola magnetycznego cewki powoduje, że zaczyna on pełnić funkcję nietypowego uzwojenia wtórnego. Mianowicie w tym przedmiocie, w objętości metalu indukują się prądy wirowe. Prądy te, płynąc przez rezystancję meta-lu powodują zamianę energii elek-trycznej na ciepło, co podgrzewa metal i przy odpowiednio dużej mocy może go nawet stopić. Nie-duże hobbystyczne konstrukcje

według schematów podobnych jak na rysunku 3 pozwalają bez problemu roz-grzać do czerwoności gruby gwóźdź czy wkrętak.

Z kolei rysunek 4 pokazuje schemat prościutkiego systemu przekazywania

Przetwornice indukcyjnePrzetwornice indukcyjne część 28część 28

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 37

Podstawy

energii na odległość (kilku do kilku-nastu centymetrów). Od niedawna jak najbardziej praktycznym zastosowa-niem jest realizacja bezprzewodowych ładowarek dla smartfonów. W tej chwi-li najpopularniejsze są standardy nazy-wane Qi (WPC) oraz PMA (AirFuel), gdzie wykorzystywane są znacznie bardziej skomplikowane rozwiązania – chętni mogą zbadać ten interesujący i aktualny temat samodzielnie.

Tematyka przekazywania energii na odległość (wireless power transfer – WPT) cieszy się dużym zainteresowa-niem i otoczona jest mgłą tajemniczo-ści. Wielu amatorów uważa, że słynny Nikola Tesla potrafi ł przesyłać energię elektryczną na duże odległości i że jego tajemnica zaginęła. Prawda jest taka, że przy użyciu prostych metod i częstotli-wości do kilku megaherców transmisja energii na odległość ma sens wtedy, gdy ta odległość nie jest większa od średnicy cewki nadawczej. Układ z ry-sunku 4 jest przykładem prostej rea-lizacji – więcej informacji choćby na stronie: https://bit.ly/2V064cz.

Jednak najpopularniejszą obec-nie wersję przetwornicy omawianego właśnie rodzaju pokazuje rysunek 5.

Jest to tak zwany Mazilli ZVS driver (oscillator/converter/driver), nazwany tak od nazwiska pomysłodawcy: Vla-dimiro Mazzilli. Dwa tranzystory MO-SFET, garstka elementów dyskretnych i transformator pozwalają zbudo-wać przetwornicę o dużej sprawno-ści energetycz-nej, powszechnie wykorzystywaną do wytwarzania wysokich napięć (bardzo często

z wykorzystaniem transformatorów ze starych kineskopowych telewizorów albo innych transformatorów).

Budowa i uruchomienie tego rodza-ju przetwornicy zazwyczaj nie spra-wia problemów nawet początkującym, a uszkodzenia zdarzają się stosunkowo rzadko. Nie przeczy temu znaczna licz-ba wpisów na forach dotyczących prob-lemów, ponieważ z zasady zgłaszane są niemal wszystkie kłopoty, a tylko nie-wielka liczba sukcesów.Takie przetwornice pracują, wytwarza-ją widowiskowe efekty (łuk elektrycz-ny, grzanie indukcyjne, itp.), tylko na-suwa się pytanie: jak działają?

Nazywane są układami Royera, ale to określenie wprowadza w błąd, bo nie ma tu nasycania rdzenia, tylko jest to prze-twornica rezonansowa. Nazywane są często ZVS fl yback driver, co rodzi pyta-nia zarówno o szczegóły dotyczące ZVS, czyli przełączania przy zerowym napię-ciu, jak i o to, dlaczego pojawia się słowo fl yback, jeżeli układ bardzo przypomina przeciwsobną przetwornicę forward?

W niektórych źródłach można znaleźć następujące uproszczone i nie do końca ścisłe informacje. Mówi się, że układ można porównać do klasycznego mul-

tiwibratora i jest w tym sporo praw-dy. Najbardziej uproszczony schemat analizowanej przetwornicy zawiera transformator z odczepem w połowie uzwojenia pierwotnego i synchro-nicznie sterowany przełącznik we-dług rysunku 6a. Układ jest bardzo podobny do wcześniej omawianej przetwornicy forward push-pull, tyl-ko mamy dodatkowo kondensator, który z indukcyjnością uzwojeń two-rzy obwód rezonansowy.

Dla ułatwienia analizy możemy pomi-nąć zarówno obciążenie, jak i wtórne uzwojenie transformatora i rozpatrywać tylko uzwojenie pierwotne, które ma jakąś indukcyjność L według rysunku 6b. Wyraźnie widzimy tu obwód rezo-nansowy LC. A wspomniane synchro-niczne sterowanie przełącznika-klucza polega na tym, że to obwód rezonanso-wy określa częstotliwość oscylacji i to obwód rezonansowy powoduje przełą-czanie. Na obwodzie rezonansowym, między punktami A, B, występuje prze-bieg sinusoidalnie zmienny, którego średnia wartość jest równa zeru. Przez połowę okresu napięcie w punkcie B jest dodatnie względem punktu A i wte-dy punkt A jest zwarty do masy według rysunku 7a. W ciągu tego półokresu w punkcie B napięcie jest dodatnie, a konkretnie występuje tam połówka sinusoidy dodatnia względem masy.

Przez drugą połowę okresu biegu-nowość napięcia na obwodzie LC jest odwrotna. Nie mówimy, że jest ujem-na, ponieważ wtedy punkt B jest zwar-ty do masy i zgodnie z rysunkiem 7b w punkcie A pojawia się napięcie... dodatnie względem masy. A konkretnie drugi półokres sinusoidy.

Przypomina to działanie prostowni-ka dwupołówkowego. Owszem, ale nas interesują dwa proste fakty:

Po pierwsze, w każdej połowie okre-su do masy zwarty jest jeden z punktów A, B i wtedy napięcie w tym punkcie równa się zeru (nie jest i nie może być ujemne, jak przypuszczają niektórzy mniej zorientowani).

Po drugie w każdej połowie okresu w tym punkcie, który akurat nie jest zwarty do masy, występuje dodatnia połówka sinusoidy.

I tu od razu BAR-DZO WAŻNY szcze-gół: jaką amplitudę ma ta połówka sinusoidy?

Tylko zupełnie nie-zorientowani mogą przypuszczać, że am-plituda jest równa wartości napięcia za-silającego. NIE!

Rys. 5

+ +

cewka L

kondensator C

S1

A Bobwód

rezonansowy

b)sinusoidalnena obwodzie

rezonansowymjeden

drugimasa

jeden

tczas

tczas

cewka L

kondensator C

S1

A Bobwód

rezonansowy

c)

masatczas

U

drugi

a)

++

cewka L

kondensator C

S1

A Bobwódrezonansowy

transfor-mator

C

S1

A B

Tr

a) b)Rys. 6

Rys. 7

Podstawy

Elektronika dla WszystkichMaj 201938

W rzeczywistości jest dużo większa!Na razie przeprowadzamy bardzo

uproszczoną (i niezbyt prawdziwą) analizę, wiec można to wytłumaczyć tak: jeżeli jeden z punktów A, B jest zwarty do masy, to całe napięcie zasi-lania występuje nie na „całym” obwo-dzie rezonansowym, tylko na połowie uzwojenia. A więc na drugiej połowie uzwojenia powinno występować takie samo napięcie. Już mamy podwójną wartość napięcia zasilania.

Dodatkowo mamy do czynienia z ob-wodem rezonansowym, który z prosto-kąta robi sinusoidę inaczej mówiąc, wydziela z prostokąta pierwszą harmo-niczną. Przebieg prostokątny jest zło-żeniem nieparzystych harmonicznych i amplituda tej pierwszej jest większa niż amplituda „prostokąta”. W efekcie amplituda półsinusoid w punktach A, B jest w idealnym przypadku π (ok. 3,14) razy większa od napięcia zasilającego.

W rzeczywistości zamiast przełącz-nika pracują dwa klucze załącz/wyłącz w postaci dwóch MOSFET-ów. Ich au-tomatyczne przełączanie rzeczywiście realizowane jest przez obwód rezo-nansowy w zaskakująco prosty sposób. Uproszczona wersja schematu takiej przetwornicy rezonansowej pokazana jest na rysunku 8.

Można sobie wyobrazić, że w chwili włączenia zasilania chciałyby przewo-dzić oba MOSFET-y, jednak z uwagi na nieuniknione różnice, jeden z nich okaże się szybszy, a gdy zacznie on przewodzić, to napięcie na jego drenie będzie bliskie zeru, co wyłączy drugi tranzystor i rozpocznie wytwarzanie oscylacji.

Załóżmy teraz, że podczas normalnej pracy w pełni ot-warty jest tranzystor T1, więc punkt A jest zwarty do masy. Gdyby nie było kondensatora C, w przetwornicy nierezona-sowej przez połówkę uzwojenia płynąłby liniowo rosnący prąd, który doprowadziłby do nasyce-

nia rdzenia i uszkodzenia tranzystora(--ów). Kondensator C wraz z całkowi-tą indukcyjnością uzwojenia tworzy obwód rezonansowy LC, a w takich obwodach charakterystyczne jest, że energia krąży między pojemnością i in-dukcyjnością i występują sinusoidalne przebiegi napięcia i prądu (wzajemnie przesunięte o ćwierć okresu).

Najprościej mówiąc, przy zwarciu punktu A do masy napięcie w punkcie B najpierw będzie rosnąć, a potem będzie się zmniejszać zgodnie z zależnością sinusoidalną. W każdym razie napięcie dodatnie w punkcie B (dodatnia połów-ka sinusoidy) będzie utrzymywać T1 w stanie przewodzenia.

Pamiętamy, że typowe tranzystory mocy MOSFET mają napięcie progo-we (UGSth) wynoszące mniej więcej 3V. Możemy przyjąć, że gdy napięcie bramki, czyli napięcie w punkcie B, jest większe niż te 3V, to tranzystor T1 jest otwarty, nasycony. Gdy jednak pod koniec półokresu malejące napięcie w punkcie B zmniejszy się poniżej 3V, nastąpi zatkanie tranzystora T1.

Ponieważ w obwodzie LC nadal trwa proces rezonansowy, napięcie na tym obwodzie rezonasowym zmieni kierunek (biegunowość), a to będzie powodować pojawienie się dodatniego napięcia w punkcie A, przewodzenie tranzystora T2, czyli zwarcie punktu B do masy. Teraz dodatnia połówka sinu-soidy w punkcie A będzie utrzymywać w stanie przewodzenia klucz T2, a pod koniec półokresu zmniejszające się do zera napięcie wyłączy T2 i włączy T1, co powtórzy cykl pracy.

W układach z rysunków 2...5 realiza-cja układu jest nieco inna, mianowicie bramki nie są bezpośrednio podłączone do drenów „przeciwstawnych” tranzy-storów, tylko są polaryzowane przez rezystory dołączone do plusa zasilania, natomiast dodatkowe diody zapewniają wyłączanie. Ponadto w obwodzie zasi-lania umieszczony jest dławik, jak po-kazane jest na rysunku 9.

Nie zmienia to zasady działania, a wręcz polepsza (umożliwia) pra-cę, bo rezystor podciągający otwiera tranzystor, gdy choć trochę wzrośnie napięcie na drenie właśnie zatykanego przeciwległego tranzystora. O dławiku w obwodzie zasilania zwykle pisze się, że wygadza on przebieg prądu i w ten sposób polepsza działanie układu.

W realnych rozwiązaniach (rysunek 10) obowiązkowo stosowane są dodat-kowo dwie diody Zenera (o napięciu 10V...18V), które ograniczają napięcie na bramkach MOSFET-ów i w ten spo-sób zabezpieczają je przed przebiciem. Dopuszczalne napięcie bramki UGSmax to tylko ±20V, a jak wiemy, amplituda półsinusoid na drenach jest około 3,14 razy większa od napięcia zasilania. Według opisów dwa dodatkowe 10-ki-loomowe rezystory mają zabezpieczać przez zatrzaśnięciem (latchup). Prze-biegi zmierzone w realnym układzie (według rysunku 5) na bramce i drenie jednego z tranzystorów pokazane są na rysunku 11.

Takie mocno uproszczone, uspoka-jające informacje wystarczają wielu użytkownikom, którzy cieszą się, że ich przetwornica działa. Jednak u osób do-ciekliwych takie „wyjaśnienia” rodzą więcej pytań niż odpowiedzi. Dlatego w kolejnym odcinku nadal będziemy zajmować się tym bardzo pożytecznym i popularnym układem.

Piotr Górecki

+

cewka L

kondensator C

T1 T2

A Bobwódrezonansowy

+

cewka L

D1 D2

konden-sator C

T1 T2

A B

R1 R2

+470

10k 10kDZ12V

DZ12V

cewka L

470

D1 D2

konden-sator C

T1 T2

A B

Rys. 8

Rys. 9Rys. 11

Rys. 10

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 39

Podstawy

Zajmijmy się teraz najbardziej „magicz-nymi” źródłami ciepła, jakimi są pom-py ciepła. Podczas rozmowy z jednym z użytkowników pompy ciepła spotka-łem się ze stwierdzeniem, że nie jest on w stanie zrozumieć, jak pompa ciepła może wytwarzać ciepło z zimna. Spróbuje-my w tym artykule rozwiązać tę zagadkę, a jednocześnie pomóc zainteresowanym w wyborze odpowiedniego urządzenia oraz w prawidłowej konfi guracji instalacji grzewczej w domu, gdy źródłem ogrzewa-nia jest pompa ciepła. Okaże się również, że pompę ciepła ma w domu, i to od daw-na, każdy z nas. Do głównych zalet pomp ciepła należy zaliczyć: niską awaryjność oraz bezobsługowe działanie. Pompa cie-pła wymaga jedynie okresowych przeglą-dów serwisowych. Jak w przypadku in-nych urządzeń, tak również w przypadku pomp ciepła nigdy nie należy samodziel-nie modyfi kować nastaw serwisowych urządzenia ani tym bardziej konstrukcji instalacji, gdyż grozi to jej uszkodzeniem.

Budowa i działaniePompa ciepła w swoim najprostszym wykonaniu składa się z dwóch wymien-ników ciepła. Sprężarki, nazywanej też kompresorem, zaworu rozprężnego oraz medium wypełniającego układ, nazywa-nego czynnikiem chłodniczym. Schemat blokowy najprostszej pompy ciepła po-kazany jest na rysunku 1.

W dużej części pomp ciepła stosuje się również zawór czterodrogowy, pozwalają-cy odwrócić kierunek przepływu czynnika chłodniczego w układzie. Zawór rozpręż-ny ogranicza ilość środka chłodniczego w fazie ciekłej, która ulega odparowaniu, ograniczając ilość czynnika dostającą się do parownika. W jednym z wymienni-ków ciepła zachodzi proces parowania cieczy (parownik), w drugim zaś proces jej skraplania (skraplacz). Czynnik chłod-niczy jest substancją, która ma zdolność wrzenia w niskich temperaturach – na-wet ujemnych. W warunkach normalnych czynnik chłodniczy jest gazem. W pompie ciepła znajduje się on w obiegu zamknię-tym, a ciepło (chłód) do innych mediów przekazywane jest przez wymienniki cie-pła. Czynnik chłodniczy w pompie ciepła jest zamknięty pod wysokim ciśnieniem, dlatego może być cieczą lub gazem.

Zmianom stanu skupienia substancji parowanie/skraplanie towarzyszy wy-dzielanie lub pobieranie energii.

Na przykład, aby spowodować wrzenie substancji, czyli zmianę jej stanu skupie-nia ze stanu ciekłego na gazowy, trzeba do układu dostarczyć energii. Z kolei energię tę odzyskamy, skraplając odparowany gaz do postaci ciekłej. Energia skraplania jest równa co do wartości energii parowania. Energia, jaka jest potrzebna do zmiany sta-nu skupienia ze stanu ciekłego w gazowy, jest zaskakująco duża, można powiedzieć

niezbyt ściśle, że znacznie większa niż energia potrzeb-na do dużego podgrzania powstałego gazu.

Jeżeli potrafi my przepro-wadzić w systemie paro-wanie i skraplanie, to w pa-rowniku pobieramy energię z otoczenia, w skraplaczu odzyskujemy ją. Aby sprę-żyć gaz, musimy dostarczyć energię, co też podwyższa temperaturę. Co bardzo ważne, ilość energii po-trzebna do sprężenia gazu (czynnika chłodniczego) jest znacznie niższa niż ilość energii pobierana z otoczenia w procesie za-miany cieczy w gaz.

Otoczenie, z którego pobieramy energię cieplną, nazywamy dolnym źródłem. Skroplony czynnik przekazuje ciepło do górnego źródła, którym jest płytowy wymiennik ciepła, przekazujący ciepło dalej do wody lub glikolu w instalacji i do grzejników.

Pompa ciepła nie jest więc żadnym perpetuum mobile. Energię uzyskuje-my, pobierając ją od dolnego źródła, a samo dolne źródło w trakcie procesu odparowania cieczy oziębia się. Zada-niem sprężarki jest jedynie podniesie-nie temperatury gazu do odpowiednio wysokich wartości tak, by można było uzyskać temperatury użyteczne z punk-tu widzenia instalacji grzewczej. Za-daniem zaworu czterodrogowego jest zamiana między sobą rolami parownika i skraplacza. Przełączenie zaworu powo-duje, że parownik staje się skraplaczem, a skraplacz parownikiem. Obieg czynni-ka ulega odwróceniu, a my mamy moż-liwość np. usunięcia nadmiaru ciepła na zewnątrz budynku – chłodzenia. Praca powietrznej pompy ciepła w trybie grza-nia pokazana jest na rysunku 2 a w try-bie chłodzenia na rysunku 3. Przepływ czynnika chłodniczego i wody (glikolu) zaznaczony jest za pomocą strzałek. Wyższym temperaturom odpowiada ko-lor czerwony o większej intensywności, niższym temperaturom bardziej inten-sywny niebieski kolor.

Wspomnianą pompą ciepła, którą ma każdy z nas w domu, jest... lodów-ka. W lodówce odbieramy ciepło z jej wnętrza i usuwamy je na zewnątrz. Moc cieplna (moc grzania) pompy ciepła jest zawsze wyższa niż jej moc chłodnicza. Wynika to z faktu, że ciepło wytwarza-ne przez pracujący kompresor w grza-niu stanowi dodatkowe źródło ciepła. Natomiast podczas chłodzenia ciepło z niego jest balastem, który trzeba usu-nąć. Głównym konsumentem prądu w pompie ciepła jest sprężarka. Moc pobierana przez nią wynosi nawet kilka kW, a sama pompa często zasilana jest z instalacji trójfazowej. Zainteresowani teorią pracy pomp ciepła więcej wiedzy zdobędą, analizując obieg Lindego.

Automatyka grzewcza,Automatyka grzewcza,czyli elektronika czyli elektronika w w systemach ogrzewaniasystemach ogrzewania

część 7część 7

Sterownik zaworu

spr

arka

parownik

skraplacz

zaw

ór ro

zpr

nyel

ektro

nicz

ny

T P

Rys. 1

Podstawy

Elektronika dla WszystkichMaj 201940

Sprawność pomp ciepłaSprawności pomp ciepła jest charakteryzo-wana przez wartość współczynnika COP (ang. Coeffi cient of Performance – współ-czynnik wydajności). Wartość współczynni-ka COP wylicza się, dzieląc wartość wytwo-rzonej energii cieplnej przez pobraną moc elektryczną. Wartość współczynnika COP jest tym wyższa, im mniejsza jest różnica temperatur górnego i dolnego źródła. Aby móc porównać sprawność pomp ciepła, wartość współczynnika COP podaje się dla standardowych warunków, np. temperatury dolnego źródła (powietrza) równej 7 stop-ni Celsjusza i wyjściowej wody równej 35 stopni Celsjusza. Obniżenie wartości tem-peratury dolnego źródła przy zachowaniu stałej temperatury wody na wyjściu pompy ciepła powoduje obniżenie wartości współ-czynnika COP. Tak samo jak podniesienie temperatury wody (górnego źródła), przy zachowaniu stałej temperatury dolnego źródła. Im wyższa jest temperatura dolnego źródła podczas grzania, tym większą spraw-ność ma pompa ciepła i wyższy współczyn-

nik COP. Z po-wyższego opisu wynika również, że porówny-wanie wartości współczynnika COP bez poda-nia warunków, w których został on zmierzony, nie ma sensu.

Pompa ciepła jest typowym niskotemperatu-rowym źródłem ciepła i nie umoż-liwia uzyskania wysokich tempe-ratur grzejników. Najlepiej spraw-dza się więc z ogrzewaniem wielkopłaszczy-znowym np. pod-łogowym. Trady-cyjne ogrzewa-nie grzejnikowe w połączeniu z pompą ciepła jest za mało sku-teczne ze wzglę-du na znacznie większą wyma-ganą temperaturę wody w instala-cji. Ze względu na niską spraw-ność pomp ciepła

dla wysokich temperatur górnego źródła pompy ciepła nie za bardzo nadają się do modernizacji starszych budynków z grzej-nikami wysokotemperaturowymi. Czasami stosuje się w ogrzewaniu pompami ciepła tzw. grzejniki niskotemperaturowe o dużej powierzchni wykonane z kilku płyt. Pompy ciepła są natomiast znakomitym wyborem w przypadku nowo budowanych budynków z ogrzewaniem podłogowym oraz uzupełnia-jącym ogrzewaniem za pomocą grzejników niskotemperaturowych. Wyższe temperatu-ry, z zadowalającą sprawnością, można uzy-skać w pompach ciepła wykorzystujących jako czynnik chłodniczy dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym – pompy tego typu są jednak bardzo drogie i rzadko stosowane w budownictwie mieszkaniowym.

Dolne źródłoDolne źródło to źródło niskotemperatu-rowe, z którego pobieramy ciepło.

Gruntowe pompy ciepła. Najtań-szym i najczęściej stosowanym dolnym źródłem ciepła jest... powietrze atmo-

sferyczne. Wadą powietrza jako dolnego źródła w naszej strefi e klimatycznej jest najmniejsza możliwa do otrzymania war-tość sezonowego współczynnika COP. W powietrznej pompie ciepła powietrze omiata parownik, element ten przypomina radiator o bardzo rozwiniętej powierzch-ni, przepływ powietrza wymuszają wen-tylatory. Spotyka się również powietrzne pompy ciepła pracujące bez wentylatora, wykorzystujące zjawisko resublimacji pary wodnej. Wadą powietrza jako dolne-go źródła jest duża zmienność temperatur, zarówno w ciągu roku, jak i doby. Zaletą zaś są najniższe koszty wykonania insta-lacji. Para wodna znajdująca się w po-wietrzu skrapla się na wymienniku (pro-cesowi parowanie cieczy i rozprężania gazu towarzyszy obniżenie temperatury wymiennika). Niestety, w chłodniejszych porach roku zamarza na parowniku, obla-dzając go i powodując tym samym spadek sprawności pompy ciepła. Lód usuwa się z parownika, odwracając obieg czynnika chłodniczego i rozmrażając wymiennik gorącym gazem. Regulator powietrznej pompy ciepła sam określa konieczność rozmrażania wymiennika. Woda ze sto-pionego lodu ścieka z parownika i za-marza tuż pod wymiennikiem, powodu-jąc oblodzenie powierzchni pod pompą ciepła. Zjawisku temu można zapobiec, umieszczając matę elektryczną o małej mocy tuż pod wymiennikiem oraz odpo-wiednio montując pompę ciepła. Ogrze-wanie maty załączane jest zwykle równo-legle z rozmrażaniem pompy ciepła.

Powietrzne pompy ciepła wykonuje się jako tzw. splity lub mononblocki. W pom-pach split parownik znajduje się na ze-wnątrz budynku (jednostka zewnętrzna), a skraplacz w jego wnętrzu (jednostka wewnętrzna). W przypadku pomp typu monoblock i parownik, i skraplacz znaj-dują się na zewnątrz budynku. Jeśli pom-pa pokazana na rysunku 2/3 znajduje się w jednej obudowie, mamy do czynienia z pompą typu monoblock, jeśli rozdzielimy ją na dwie części w miejscu oznaczonym linią przerywaną, otrzymamy pompę typu split. Zawór trójdrogowy pokazany na rysunku 2/3 montowany jest często poza samą pompą ciepła. Przykładowa jednost-ka zewnętrzna pompy typu split pokazana jest na fotografi i 4. Czynnik chłodniczy w pompie typu split nie ma możliwości za-marznięcia. Pompy ciepła typu monoblock znajdują się na zewnątrz budynku, więc w obiegach grzewczych należy zastosować czynnik niezamarzający – wodne roztwory glikolu. W przypadku pompy monoblock, gdy nie zastosujemy odpowiedniego nie-zamarzającego roztworu w instalacji, na-

SK

RA

PLA

CZ

PO

MPA

OB

IEG

OW

AZA

WÓ

R

3-D

RO

GO

WY

ZAW

ÓR

4-

DR

OG

OW

YSP

RA

RK

A

ZAWÓRROZPRZ NY

JEDNOSTKA ZEWN TRZNA JEDNOSTKA WEWN TRZNA

POMPA CIEP A POWIETRZE/WODA - W TRYBIE GRZANIA

PAR

OW

NIK

GRZA KA

POWRÓTCWU

BUFOR

SK

RA

PLA

CZ

POWRÓT

PO

MPA

OB

IEG

OW

AZA

WÓ

R

3-D

RO

GO

WY

GRZA KA

ZAW

ÓR

4-

DR

OG

OW

Y

ZAWÓRROZPRZ NY

JEDNOSTKA ZEWN TRZNA JEDNOSTKA WEWN TRZNA

POMPA CIEP A POWIETRZE/WODA - W TRYBIE CH ODZENIA

BUFOR

PAR

OW

NIKSP

RA

RK

A

CWU

Rys. 2

Rys. 3

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 41

Podstawy

rażamy się na utratę gwarancji producenta. Nieliczni producenci pozwalają wykorzy-stać wodę w układach typu monoblock, stosując szereg dodatkowych zabezpieczeń powodujących zwiększone zużycie prądu, wymagają stosowania podtrzymania zasilania pomp obiegowych za pomocą zasilaczy UPS oraz ograniczają maksymal-ny czas pracy układu bez zasilania sieciowego. Stosu-je się również rozwiązanie z pośrednim wymiennikiem ciepła. W układzie takim jednostka zewnętrzna pompy ciepła wypełniona jest gli-kolem, a ciepło przekazuje do wody za pomo-cą dodatkowego wymiennika ciepła umieszczonego w ogrzewanym pomieszczeniu. Rozwiązanie takie zmniejsza ilość kosz-townego glikolu w instalacji a jednocześnie zapobiega za-marznięciu w niej wody. Pom-py typu monoblock są znacznie łatwiejsze w serwisie i mogą być zainstalowane przez typowego instalatora. Do ich zainstalowa-nia nie są wymagane specjalne uprawnie-nia jak w przypadku pomp typu split. Pom-py monoblock w dużej części wypierają pompy split z rynku w związku z nowymi regulacjami prawnymi nakazującymi uży-wanie nowych czynników chłodniczych o niższym wpływie na efekt cieplarniany. Te nowe czynniki są często palne i ich sto-sowanie w pomieszczeniach jest zakazane. Czynnikiem takim jest np. propan stosowa-ny w butlach gazowych (masa propanu w instalacji chłodni-czej jest kilkukrotnie niższa niż jego masa w dużej butli

gazowej). Powietrzne pompy ciepła małej mocy wykorzystuje się rów-nież jako podgrzewacze ciepłej wody użytkowej.

Gruntowe pompy ciepła zapewnia-ją większą wartość sezonowego współ-czynnika COP niż pompy powietrzne. Pompy gruntowe dzielą się na pompy z poziomym i pionowym wymienni-kiem gruntowym. W pompach z po-ziomym wymiennikiem gruntowym dolne źródło stanowi wymiennik zako-pany na małej głębokości, równolegle do powierzchni ziemi. Powierzchnia obszaru wymiennika poziomego jest zwykle kilkukrotnie większa niż po-wierzchnia domu. Ciepło odbierane jest z gruntu za pomocą rur, w których płynie niezamarzający płyn, który

przekazuje ciepło czynnikowi chłodnicze-mu za pomocą dodatkowego wymiennika płytowego takiego samego jak w skraplaczu pompy powietrznej. Wymiennik ten oddzie-

la obieg glikolu z wymiennika gruntowego i obieg czynnika chłodniczego. Obieg gliko-lu z wymiennika gruntowego wymuszany jest za pomocą pompy obiegowej – rysunek 5. Drugim stosowanym rozwiązaniem jest wykorzystanie pomp ciepła z bezpośred-nim odparowaniem. W rurach wymiennika gruntowego znajduje się czynnik chłodniczy, układ ten więc jest bardzo podobny do pom-py powietrznej. W pompach z bezpośrednim odparowaniem wyeliminowano dodatkowy wymiennik, co podnosi nieco sprawność pompy ciepła. Pompy z wymiennikiem po-ziomym mają możliwość tzw. pasywnego chłodzenia. W chłodzeniu pasywnym nad-miar ciepła w okresie letnim oddawany jest do gruntu z ominięciem sprężarki, a tylko z wykorzystaniem odpowiedniego układu hydraulicznego i pompy obiegowej – rysu-nek 6. Praca pompy ciepła z chłodzeniem pasywnym w trybie grzania pokazana jest na rysunku 7. Chłodzenie pasywne, w przeci-wieństwie do aktywnego, pobiera znacznie

mniej mocy, nie można go jednak stosować w układach z bezpośrednim odparowa-niem czynnika. Chłodzenie pasywne jest znacznie mniej efektywne niż chłodzenie aktywne, powoduje jednak regenerację gruntu, pod-grzewając go. Pod koniec lata efektywność chłodze-nia pasywnego silnie spada w związku ze wzrostem temperatury gruntu. Dalsze informacje w kolejnym od-cinku.

Rafał Orodziński

sq4avs@gmail.com

SK

RA

PLA

CZ

PO

MPA

OB

IEG

OW

AZA

WÓ

R

3-D

RO

GO

WY

ZAW

ÓR

4-

DR

OG

OW

YSP

RA

RK

A

ZAWÓRROZPRZ NY

POMPA CIEP A WODA (GLIKOL)/WODA - W TRYBIE GRZANIA

GRZA KA

POWRÓTCWU

BUFOR

PAR

OW

NIK

POMPA DOLNEGO

RÓD A

PO

MPA

W

YM

IEN

NIK

AG

RU

NTO

WE

GO

ZAWÓR 3-DROGOWY

WYMIENNIKCIEP A

CH ODZENIAPASYWNEGO

ZAW

ÓR

3-

DR

OG

OW

Y

OG

RZE

WA

NIE

PO

DO

GO

WE

GRUNTOWA POMPA CIEP A - ODZENIE PASYWNE

ZAS

ILA

NIE

OB

IEG

U P

OD

OG

OW

EG

O

POW

RÓ

T O

BIEG

U P

OD

OG

OW

EGO

POMPACIEP A

PAROWNIKGRUNTOWEJ

POMPY CIEP A

PO

MPA

W

YM

IEN

NIK

AG

RU

NTO

WE

GO

ZAWÓR 3-DROGOWY

WYMIENNIKCIEP A

CH ODZENIAPASYWNEGO

ZAW

ÓR

3-

DR

OG

OW

Y

OG

RZE

WA

NIE

PO

DO

GO

WE

GRUNTOWA POMPA CIEP A - GRZANIEZA

SIL

AN

IE O

BIE

GU

PO

DO

GO

WE

GO

POW

RÓ

T O

BIEG

U P

OD

OG

OW

EGO

POMPACIEP A

PAROWNIKGRUNTOWEJ

POMPY CIEP A

Rys. 6Rys. 7

Fot. 4

Rys. 5

Podstawy

Elektronika dla WszystkichMaj 201942

Na naszych oczach do-konuje się kolejny prze-łom, wręcz eksplozja: impulsowe wzmacnia-cze klasy D wypierają inne rodzaje wzmacnia-czy audio. Powszechnie znane są ilustracje, po-kazujące podstawową koncepcję wzmacniacza klasy D. Jak obrazuje rysunek 1, analogowy sygnał audio jest przekształcany w ciąg impulsów prostokątnych o stosunkowo dużej częstotli-wości tak, żeby ich średnia war-tość odpowiadała wejściowemu przebiegowi audio. Impulsy te o dużej amplitudzie są podawa-ne na dolnoprzepustowy fi ltr LC, który przywraca pierwotny kształt (wzmocnionego) sygnału audio i podaje go na głośnik.

W literaturze bardzo często spotykany jest schemat z rysun-ku 2, pokazujący sposób reali-zacji klasycznego wzmacniacza klasy D z wykorzystaniem ge-neratora przebiegu trójkątnego lub piłokształtnego, komparatora i dwóch tranzystorów MOSFET, pełniących tylko funkcję kluczy – wyłączników.

Podstawy są łatwe do zrozumienia, ale inne dostępne informacje zadziwia-ją pod różnymi względami, a praktycz-ny kontakt ze wzmacniaczami klasy D często związany jest z wieloma roz-licznymi niespodziankami, różnymi poważnymi kłopotami, przykrymi roz-czarowaniami, a już na pewno budzi mnóstwo pytań. Podstawowe informa-cje nie wystarczają, a przy próbie wej-ścia w tę tematykę okazuje się, iż jest ona ogromna i zamiast odpowiedzi po-jawia się coraz więcej pytań.

Tematyka dotycząca nowych wzmac-niaczy okazuje się zaskakująco szeroka i niełatwa. W nowym cyklu Wzmacnia-cze klasy D kolejno omówimy liczne aspekty zagadnienia, a choć niektóre szczegóły są trudne, kluczowe infor-macje będą podane, o ile to możliwie, najbardziej przystępnie. Cykl będzie obejmował szereg odcinków, ponieważ trzeba omówić wiele aspektów tego in-teresującego zagadnienia.

HistoriaHistoria wzmacniaczy klasy D sięga lat 40. i 50., czyli epoki lampowej. Już wte-dy przedstawiono pomysły na wzmac-niacze, które pracowałyby impulsowo, gdzie elementy czynne (lampy) byłyby na przemian albo w pełni otwierane, albo całkowicie zamykane. Trudno do-trzeć do dokładnych danych. Doniesie-nia są skąpe. Można napotkać informa-cje, że pierwsze wzmacniacze impulso-

we (klasy D) zaproponowano w roku 1958, ale nie były to wzmacniacze audio, tylko... sterowniki do silników. Można też znaleźć skąpe, wyrywkowe doniesienia, że pierwsze wzmacnia-cze audio klasy D, czyli impulsowe, pojawiały się w latach 60., 70. i 80., ale nie przyjęły się na rynku. W tym kontekście dużym zaskoczeniem może być jak najbardziej wiarygodna infor-macja, że koncepcja wzmacniacza im-pulsowego pojawiła się na początku lat 60., a konkretnie w bardzo popu-larnym wśród hobbystów czasopiśmie „Wireless World” 2/1963 str. 76, gdzie zamieszczone były między innymi ilu-stracje pokazane na rysunku 3 (całość do ściągnięcia spod adresu https://www.americanradiohistory.com/Ar-chive-Wireless-World/60s/Wireless--World-1963-02.pdf, w skrócie https://bit.ly/2DG3d4b).

Niedługo potem, bo już w roku 1964 (tak!) fi rma Sinclair Radionics Ltd., czyli w sumie bardzo słynny swego czasu Clive Sinclair, wprowa-dziła na rynek głośno reklamowany wzmacniacz, który dziś nazwalibyśmy wzmacniaczem klasy D, i to w posta-ci zestawu do samodzielnego montażu. Był to wzmacniacz X-10 o schemacie pokazanym na rysunku 4. W reklamach podawano, że jego moc wynosi 10W, jednak problemem dla użytkowników było to, że w rzeczywistości moc była dużo mniejsza, co najwyżej 2,5 wata, a ponadto podczas pracy występowały poważne problemy, na przykład silne zakłócenia radiowe. Głównym źródłem kłopotów było to, że w (stosunkowo ta-nich) zestawach oferowanych klientom wykorzystywano tańsze tranzystory

Wzmacniacze klasy DWzmacniacze klasy Dczęść 1część 1

modulator mocyfiltr

a)

-V

+V

A

B

C

K

b)A

B

C+V

-V

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 43

Podstawy

o parametrach gorszych niż pełnowar-tościowe egzemplarze zastosowane wcześniej do budowy prototypów. Młodych Czytelników należy poinfor-mować, że w latach 50. i 60. z uwagi na duży rozrzut technologiczny, po-wszechną praktyką było, że wszystkie wyprodukowane egzemplarze tranzy-storów selekcjonowano i egzemplarze lepsze sprzedawano drożej do zastoso-wań komercyjnych, a te gorsze sprze-dawano taniej, głównie hobbystom.

Z uwagi na słabe parametry, zupełnie niezgodne z oczekiwaniami oraz dużą liczbę zwrotów i reklamacji, wzmacniacz X-10 nie był sukcesem rynkowym, podob-nie jak jego następca, teoretycznie 20-wa-towy X-20 o schemacie z rysunku 5.

Później pojawiły się zdecydowanie bardziej skomplikowane wzmacnia-cze impulsowe innych producentów,

przeznaczone dla klientów innych niż hobbyści elektronicy. Na przeło-mie lat 60./70. wzmacniacze impul-sowe SWAMP (Switching AMPlifi er) o mocy nawet 250W/kanał konstruował John Ulrick (w fi rmach Infi nity, później Spectron) – rysunek 6. W roku 1978 ukazał się wzmacniacz impulsowy Sony TA-N88 (2 x 200W) z niewiele wcześniej wprowadzonymi na rynek tranzystorami 2SJ28 i 2SK82 – foto-grafi a 7. Tranzystory te (fotografi a 8) to specyfi czne tranzystory polowe, na-zwane SIT (Static Induction Transistor) o charakterystykach podobnych do lamp elektronowych, do dziś cieszące się zainteresowaniem audiofi lów.

W latach 80. wzmacniacze klasy D próbował spopularyzować Brian Att-wood. Poza pewnymi niszowymi za-stosowaniami (np. w aparatach słucho-

wych), wzmacniacze impul-sowe nie ostały się wówczas na rynku. Przez długie lata największym problemem był brak dobrych elemen-tów przełączających – tran-zystorów i niezbyt dobre rozwiązania układowe. Gwałtowny rozwój i upo-wszechnianie wzmacnia-czy klasy D rozpoczęło się dopiero na początku XXI wieku, gdy opanowano nie tylko produkcję tanich i do-brych tranzystorów MOS-FET, ale też kilka różnych koncepcji realizacyjnych takich wzmacniaczy.

W następnym odcinku zaczniemy bli-żej przyglądać się zasadzie pracy oraz problemom, wyzwaniom związanym ze wzmacniaczami klasy D.

Piotr Górecki

Rys. 4

Rys. 5

Fot. 7

Fot. 8

Rys. 6

Programowanie

Elektronika dla WszystkichMaj 201944

Modularyzacja. Modularyzację można rozumieć na dwa sposoby. Po pierwsze jako pogrupowanie komponentów two-rzących pewną logiczną całość w taki sposób, by grupa wyraźnie odcinała się od pozostałych składników układu. Po drugie jako wyodrębnienie powtarzają-cych się składników układu i zamknięcie ich w specjalizowane komponenty. Oba te aspekty są dobrze wspierane przez PSoC Creator. W każdym z nich chodzi „tylko” o wyraźne podkreślenie intencji jego twórcy, m.in. poprzez podniesienie czytelności schematu. Osiąga się to jed-nak innymi środkami. Choć dzięki modu-laryzacji nie osiągniemy niczego więcej, niż potrafiliśmy zrobić do tej pory, to po stopniu opanowania przede wszystkim tej techniki można poznać, czym „jakość” różni się od „jakoś”. Bardzo pouczają-cym sprawdzianem jest powrót po upły-wie kilku miesięcy do własnego projek-tu i próba odgadnięcia, co poeta miał wówczas na myśli. Zawodowcy wiedzą dobrze, że programów nie pisze się dla komputerów, tylko dla ludzi – a jeśli sami nie będziemy rozumieli siebie, to jak wymagać tego od innych?

Przejdźmy do rzeczy: na początek zajmijmy się pierwszym aspektem, bo mamy już niemal wszystkie potrzebne narzędzia. Wnikliwi Czytelnicy zauwa-żyli już pewnie, że arkusz schematu po utworzeniu domyślnie nazywa się „Page 1”. A skoro jest strona pierwsza, to zapewne może być i druga. Istot-nie, po kliknięciu prawym klawiszem myszki nad etykietką arkusza pojawi się menu zarządzania arkuszami (rysunek 1). Nazwy Add Schematic Page, Delete Page i Rename Page mówią same za sie-

bie. Możemy dodać do schematu dowol-nie wiele arkuszy, a dzięki ostatniej opcji ich nazwy uczynić znaczącymi, np. Zasi-lacz. Podkreślam, że arkusze są jedynie elementem prezentacyjno-edycyjnym: do syntezy wsadu dla układu PLD jest brany ich pełny komplet, który podlega prze-twarzaniu jako całość. Niemal, bo wybra-ne arkusze można wyłączyć z procesu syntezy dzięki czwartej opcji z menu: Disable Page. Dzięki temu możemy nie tylko umieszczać niezbędne bloki funk-cjonalne na dedykowanych arkuszach, ale też tworzyć np. arkusze z opcjonalnymi elementami diagnostycznymi, potrzeb-nymi tylko w fazie uruchamiania układu oraz usuwania błędów. Układ docelowy może być ich pozbawiony bez potrzeby fizycznego usuwania komponentów ze schematu – nigdy nie wiadomo, kiedy diagnostyka znów stanie się potrzebna.

Jedyną wątpliwość może wzbudzić sposób przekazywania sygnałów pomię-dzy dwoma arkuszami. Nie ma prze-cież możliwości narysowania połączenia pomiędzy nimi. Rozwiązaniem przy-jętym w PSoC Creatorze jest mecha-nizm nazwanych sygnałów. Każde połą-czenie na schemacie ma jakąś nazwę, choć zazwyczaj nie interesujemy się nią i pozostawiamy jej wygenerowanie narzędziu. Tak jednak być nie musi, dwukrotne kliknięcie na wybrane połą-czenie przywołuje wizard (rysunek 2), w którym możemy nadać połączeniu własną nazwę w polu (2), po uprzednim „odptaszeniu” kontrolki (1). PSoC Crea-tor uznaje wtedy, że jeśli dwa połączenia nazywają się tak samo, to w istocie są tym samym połączeniem, niezależnie od arkuszy, na których się znajdują. „Wiszą-ce przewody” nie wyglądają jednak este-tycznie i mogą sugerować, że praca nad danym arkuszem nie została jeszcze zakończona, więc w celu jasnego wyra-żenia intencji PSoC Creator dostarcza nam „wirtualnego” komponentu – dia-mentu, który pełni funkcję „terminatora”

takich połączeń. Mieliśmy z nim już styczność w poprzednim odcinku, choć użyliśmy go w innym celu: ukrywania połączeń niezbędnych, lecz „zaciemnia-jących” schemat.

Skorzystajmy z okazji, że jesteśmy przy wizardzie połączeń i omówmy go do końca. W sekcji Indices (3) domyślną opcją jest None, bo zazwyczaj mamy do czynienia z pojedynczym połącze-niem. Wybierając opcję Bus, możemy jednak utworzyć całą grupę logicznie powiązanych połączeń – szynę, podając zakresy indeksów zaczynające się od 0. Zwyczajowo lewy indeks jest tym większym. Dziwić może nadmiarowa możliwość podawania obu indeksów, skoro tworzymy szyny wielobitowe, np. 32-bitowe. Nazwa szyny będzie postaci np. DATA[31:0], więc po co komu prawy indeks? Istotnie, informacja ta jest nad-miarowa, dopóki tworzymy nową szynę, ale co w sytuacji, gdy z istniejącej szyny chcielibyśmy wybrać tylko interesują-cy nas podzbiór przewodów, np. grupy DATA[31:16] oraz DATA[15:0]? Wów-czas prawy indeks okazuje się niezbędny, a wymuszenie jego podania prowadzi do jednolitego interfejsu zarówno na pozio-mie graficznym, jak i w Verilogu.

część 5część 5Poznaj układy PLDPoznaj układy PLD

Rys. 1

Rys. 2

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 45

Programowanie

Procedura podziału jest bardzo intuicyjna: po prostu rysuje się nowe połączenie i łączy je z większą szyną. Następnie w wizardzie tego połączenia możemy podać potrzeb-ny zakres i wszystkie połączenia między szynami powstaną automatycznie. Jeżeli interesuje nas podłączenie się do tylko jednego sygnału z szyny, wybieramy opcję Bit i podajemy numer interesującego nas przewodu.

Prościej się już tego chyba zrobić nie dało. Przykładowe możliwości pokazuje rysunek 3.

Dzięki „diamentowi” i podziałowi schema-tu urządzenia na dobrze określone bloki funkcjonalne, zawarte na osobnych arkuszach, możemy znacz-nie poprawić czytelność projektu. Może się jednak okazać, że podczas wyko-nywania podziału zdamy sobie sprawę, że wydzielony właśnie blok nadaje się do samodzielnego istnienia i będzie go można użyć również w innych projek-tach. Może też się okazać, że w projekcie istnieje wiele replik tego samego bloku i nie ma sensu kilkakrotnie klonować identycznej funkcjonalności. Dlaczego więc nie spróbować zamknąć schematu bloku w osobnym „pudełku” i dalej posługiwać się już tylko tym pudełkiem, bez potrzeby szczegółowego wnikania w jego realizację układową?

Jest to jak najbardziej słuszny wnio-sek, który prowadzi nas wprost do two-rzenia własnych komponentów. Konkret-nie do ich najprostszej postaci, zwanej komponentem schematowym.

Każdy komponent dostępny w PSoC Creatorze składa się z interfejsu, para-metrów i tworzących go plików; może też istnieć w kilku wersjach. Plików wchodzących w skład komponentu może być wiele: implementacja warstwy sprzę-towej w Verilogu, pliki w C dostarczające API do wygodnego dostępu do egzem-plarza komponentu w programie, doku-mentacja podręczna w PDF (jeśli zdecy-dujemy się ją napisać i dostarczyć) itp. Ale po kolei. Najprościej będzie nauczyć się tego na przykładzie. Otwórzmy więc archiwum zawierające projekt dołączo-ny do odcinka marcowego (timer 555) i spróbujmy przekształcić zawarty w nim schemat timera w komponent. Kompo-nenty można trzymać razem z innymi elementami projektu, ale lepiej wydzielić dla nich osobny projekt biblioteczny. Zaznaczamy więc Workspace ‘EdW03’ w zakładce Workspace Explorer i w menu dostępnym pod prawym klawiszem myszy wybieramy Add→ New project.

W wizardzie tworzenia projektu wybie-ramy ‘Library project’ i przechodzimy dalej. Na następnej stronie należy zazna-czyć architektury CPU, na których mają działać nasze komponenty. Kosztem większego wysiłku można tworzyć kom-ponenty uniwersalne, ale w chwili obecnej interesuje nas tylko właściwy dla rodzi-ny 5LP rdzeń Cortex M3. W następnej

zakładce podajemy ścieżkę do projektu (ja zostawiłem zaproponowaną przez narzę-dzie) oraz nazwę projektu – ja swój nazwałem Custom. Otrzymaliśmy pusty projekt, do którego możemy doda-

wać teraz komponenty. Przechodzimy na zakładkę Components (rysunek 4), zaznaczamy „Project Custom” i z menu wybieramy Add Component Item. Będzie-my chcieli skorzystać z edytora symboli, więc w wizardzie zazna-czamy Symbol→Symbol Wizard. W polu Component name wpisu-jemy „EDW555”. Jeżeli do nazwy dodamy sufiks postaci „_vX_Y”, gdzie X jest numerem wersji, a Y podwersji, PSoC Creator rozpozna ten wzorzec i przyjmie, że zamie-rzamy skorzystać z wersjonowania komponentu. To użyteczna włas-ność, więc nazwę komponentu zmieniamy na „EDW555_v1_0” i klikamy Create New. Prowadzi to nas do etapu edycji symbolu komponentu (rysunek 5).

W zakładce Terminal name (1) podajemy nazwę wyprowadzenia kom-ponentu, a w zakładce Type (2) jego rodzaj. Dopuszczalne typy są opisane intuicyjnie na rozwijanej liście związa-nej z danym wyprowadzeniem, więc nie ma potrzeby ich szerszego omawiania. Za pomocą kontrolek (4) można zmie-niać wzajemne położenie wyprowadzeń (co zmienia ich kolejność na „obudo-wie” komponentu), kasować niepotrzeb-ne wyprowadzenia oraz zmienić kolor belki tytułowej symbolu komponentu. Podgląd symbolu jest dostępny na bie-żąco w okienku (3). Po wypełnieniu listy potrzebnych wyprowadzeń klikamy OK.

PSoC Creator prowadzi nas do dru-giego poziomu edytora symboli, gdzie możemy zmienić proporcje elementów komponentu, przesunąć wyprowadzenia itp. Ja powiększyłem nieco ramkę kom-ponentu, wprowadzi-łem większe odstępy między wyprowadze-niami i skorygowałem zawartość belki tytuło-wej (rysunek 6).

Jeżeli w toku prac symbol komponen-tu będzie wymagał modyfikacji, zawsze możemy wrócić do niniejszego edytora poprzez otwarcie związanego z kompo-nentem pliku symbolu *.cysym (w naszym przypadku EDW555_v1_0.cysym) w wizardzie nawigacji po składowych projektu po lewej stronie okna głównego.

Drugą istotną cechą edytora symbolu jest możliwość określenia właściwości komponentu. Należy kliknąć prawym klawiszem myszy poza symbolem kom-ponentu i z menu wybrać Properties.

W wizardzie właściwości można wpisać między inymi informacje o auto-rze, ale są tam i inne istotne ustawie-nia. Pierwsze służy do określenia loka-lizacji, w której komponent zostanie umieszczony w katalogu.

W Symbol→ Doc.CatalogPlace-ment klikamy na ‘...’ i wpisujemy napis

postaci „/MojaZakładka/MojaKategoria/”. Ja wpi-sałem „/Moje/Generato-ry/”. Uwaga na ukośniki, program zwraca na nie uwagę!

Rys. 3

Rys. 5

Rys. 4

Rys. 6

Programowanie

Elektronika dla WszystkichMaj 201946

Komponent jest już dostępny, choć PSoC Creator ukrywa go przed nami z powodu braku implementacji – jak dotąd mamy jedynie symbol. Jeśli pomimo tego chcemy komponent zoba-czyć, musimy zrobić dwie rze-czy. Po pierwsze, PSoC Crea-tor nie wie, że projekt główny (ne555) zależy od zawartości biblio-teki Custom. Wracamy więc do wido-ku projektu (zakładka source w wizar-dzie Workspace Explorer), zaznaczamy „Project ‘ne555’ i z menu pod prawym klawiszem myszy zaznaczamy Depen-dencies. W sekcji User Dependencies pojawi się nasza biblioteka Custom i musimy „zaptaszyć” ją w kolumnie Components. Następnie w głównym menu Tools→Options→Design Entry→ Component Catalog wybieramy Show Hidden Components. Elementy ukryte to takie, których nie możemy lub – zda-niem PSoC Creatora – nie powinniśmy widzieć. Nie możemy, bo brakuje im implementacji lub nie są przeznaczone dla naszej platformy. Nie powinniśmy, bo są to skomplikowane i trudne do uży-cia komponenty niskopoziomowe, przez obudowanie których powstają „przy-jaźniejsze” warianty przeznaczone dla mniej doświadczonych użytkowników. Dobre pojęcie o różnicach daje porów-nanie np. „nagiego” komponentu Analog Primitives → SAR [v2.0] z „przyjaznym” Analog→ADC→SAR ADC [v3.10]. My do początkujących już nie należymy, więc perspektywa poznania prawdy o komponentach nas nie przeraża. :)

W wyniku powyższych działań w kata-logu komponentów pojawiła się nowa zakładka (rysunek 7), a w niej nasz timer.

Sukces!Co prawda jeszcze niepełny, bo PSoC Creator słusznie protestuje, że kompo-nent bez implementacji jest bezużytecz-ny. Pozwala go jednak przeciągnąć na schemat i podłączyć, więc ewidentnie osiągnęliśmy postęp.

Dodajmy teraz brakujące elemen-ty. Wracamy do zakładki Compo-nents, zaznaczamy Project ‘Custom’ →EDW555_v1_0 i z menu pod prawym klawiszem wybieramy Add Component Item. Implementacja będzie opierała się na schemacie, więc dokładnie to wybie-ramy: Implementation→Schematic i kli-kamy Create New. Narzędzie zapyta nas o rozmiar planszy schematu: ja zaznaczy-łem zaproponowaną wielkość domyślną. Przełączamy się na zakładkę Source i ze schematu projektu głównego TopDesign.cysch wycinamy wszystkie wnętrzno-

ści układu 555, ale bez pinów: po objęciu zaznaczeniem całej kolorowej podkładki wciskamy Ctrl-X. Następ-nie wracamy do Project ‘Custom’ →EDW555_v1_0.cysch i wklejamy wyciętą zawartość poprzez Ctrl-V. Zauważamy też, że menu rysowa-nia schematów powiększyło się nam o paletę terminali (rysunek 8). Trzeba więc dodać do schematu termina-le o odpowiednich nazwach i odpo-wiedniego typu, a następnie połą-czyć je z pozostałą częścią układu. Efekt końcowy pokazują rysunki 9 (wnętrzności układu) i 10 (przykła-dowe użycie).

Możemy teraz spróbować uruchomić syntezę projektu – zakończy się ona nie-powodzeniem, ale okazuje się, że proces zaszedł zaskakująco daleko i zatrzymał się dopiero na kompilacji pliku main.c, która jest jednym z ostatnich etapów syn-tezy. Konkretnie, brakuje definicji funkcji VDAC8_1_Start(); itp., które stanowiły część oryginalnego projektu i zostały auto-matycznie wygenerowane przez kompila-tor na podstawie schematu marcowej wer-sji układu EDW555. Oczywiście wszystkie użyte wtedy bloki dalej są potrzebne, ale teraz nie są już one częścią projektu, lecz częścią komponentu. Komponent z kolei jest czarną skrzynką, któ-rej zawartość z zasa-dy nie jest ujawniana użytkownikowi, stąd właściwe skonfigu-rowanie tej zawarto-ści jest obowiązkiem komponentu, a nie użytkownika. W tym celu w skład definicji komponentu wchodzi nie tylko utworzony już przez nas sche-mat, ale również pliki w C, których zadaniem jest udostępnienie użytkow-nikowi interfejsu (API, Application Programming Interface) do komuni-kacji z komponentem. Częścią takiego API jest m.in. wspomniana już funkcja VDAC8_1_Start(), która „magicznie” pojawiła się po użyciu przetwornika DAC. Opanowanie podstaw tej magii jest właśnie naszym następnym celem.

Dla osób mających pewne doświad-czenie w programowaniu w C nie będzie niczym zaskakującym, że API komponentu składa się z (co najmniej) dwóch plików. Pierwszy z nich to tzw. plik nagłówkowy (header, zwyczajo-wo noszący rozszerzenie *.h), który zawiera deklaracje wszystkich funk-cji udostępnionych użytkownikowi przez autora komponentu. Drugi (*.c) zawiera implementacje tych funkcji. Dokładnie tak wygląda to w przypadku gotowych komponentów bibliotecz-nych (vide katalog Generated Source w zakładce nawigacji po składowych projektu), więc i my będziemy się trzymali tej konwencji. Jest to jednak tylko konwencja, więc jeżeli Czytel-nikowi odpowiada zupełnie inny pro-jekt struktury logicznej plików API, to PSoC Creator nie narzuca tu żadnych istotnych ograniczeń.

No to do dzieła!Z bieżącego Source wracamy do widoku Components nawigatora projektów i po zaznaczeniu EDW555_v1_0 z prawego menu wybieramy Add Component Item. Z listy wybieramy API→ API Header File, zmieniamy mu nazwę z mało czy-telnego header01.h na EDW555.h i klika-my Create New. Pojawił się plik, który należy następnie wypełnić treścią. API naszego timera jest skrajnie proste i skła-da się z tylko jednej funkcji, której zada-niem jest uruchomienie wszystkich skła-dowych komponentu – dokładnie tak, jak w odcinku marcowym. Nazwijmy ją więc

Rys. 8

Rys. 9

Rys. 10

Rys. 7

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 47

Programowanie

EDW555Start(). Z powodów technicz-nych warto też zabezpieczyć plik nagłów-kowy przed wielokrotnym włączeniem, dodając linijkę #pragma once. Treść całe-go pliku składa się z dwóch linijek, więc wyjątkowo przytoczę ją poniżej:#pragma oncevoid EDW555Start();

Ponownie przeprowadzamy kompi-lację projektu i (nie przejmując się chwilowo błędami) widzimy, że w kata-logu Generated Source pojawił się katalog o nazwie Timer, która odpo-wiada nazwie egzemplarza komponentu na schemacie, a w nim automatycznie wygenerowany plik Timer_EDW555.h o treści identycznej z powyższym nagłówkiem. Widzimy więc, że dla każ-dego egzemplarza komponentu PSoC Creator automatycznie generuje pliki API o nazwie NazwaEgzemplarza_NazwaPlikuAPI. Tak naprawdę nasz oryginalny plik EDW555.h nie jest więc nagłówkiem, lecz szablonem nagłówka!

Jest to bardzo istotna informacja, bo szablony mogą być parametryzowalne i plik wynikowy nie zawsze będzie pro-stą kopią szablonu. Omówimy to dokład-niej w następnym odcinku, teraz jednak doprowadźmy nasz projekt do kompi-lowalności. Z pliku main.c wycinamy fragment odpowiedzialny za inicjalizację składowych komponentu (przyda się za chwilę) i zastępujemy go prostym wywo-łaniem funkcji EDW555Start(). Teraz to komponent ma wiedzieć, jak się poprawnie uruchomić; użytkownik tylko czytelnie wskazuje intencje, wybierając właściwą funkcję.

Ponowna kompilacja kończy się błędem Undefined reference to ‘EDW555Start’, zgłoszonym przez lin-ker. Istotnie, jak dotąd jedynie zapowie-dzieliśmy kompilatorowi istnienie takiej funkcji gdzieś w projekcie, ale jej nie zaimplementowaliśmy.

Czas naprawić ten brak: Add Com-ponent Item, ale tym razem wybieramy API C File, nadajemy plikowi nazwę EDW555.c i wypełniamy treścią. Imple-mentacja powinna wiedzieć o deklara-cjach, więc plik zaczniemy od linijki #include „EDW555.h”. Kompila-cja ujawni jednak, że takiego pliku nie ma, choć przecież dopiero go utworzyli-śmy! Jest tak dlatego, że do kompilacji są brane wyłącznie wyniki parametryzacji szablonu pliku (tj. Timer_EDW555.h), a nie same szablony. Ale... przecież to bez sensu, bo skąd autor komponentu ma wiedzieć, jaką nazwę egzemplarzowi komponentu nada użytkownik?!

Słuszne spostrzeżenie!

Otóż… nie wie tego użytkownik, ale PSoC Creator już tak. Nazwa ta jest zawar-ta w parametrze `$INSTANCE_NAME`, którego można użyć w szablonach pli-ków API, zamiast samodzielnie podawać nazwę egzemplarza. PSoC Creator auto-matycznie zastąpi każde wystąpienie tego parametru w pliku wejściowym właściwą w danym kontekście nazwą egzemplarza komponentu. Jeśli więc napiszemy #include „`$INSTAN-CE_NAME`_EDW555.h”, to po tłu-maczeniu otrzymamy właśnie potrzeb-ną nam linijkę #include „Timer_EDW555.h”. Można się o tym prze-konać poprzez uruchomienie kompilacji i lekturę treści wygenerowanego pliku Timer_EDW555.c.

Rozwiązanie już mamy, ale musimy zastosować je w kilku różnych miejscach. Pierwsze już poprawiliśmy powyżej, korygując nazwę włączanego nagłówka. Drugie to nazwy komponentów uży-tych do zbudowania naszego timera (tj. komparatory i przetworniki DAC). Pod-czas tworzenia schematu komponentu nie zmieniliśmy im nazw i dalej mamy np. komparator Comp_1. Ale to już nie jest ten sam komparator, co w odcinku marcowym! Wtedy w strukturze pro-jektu mieliśmy odwzorowanie jeden do jednego pomiędzy nazwą komponentu na schemacie a blokiem sprzętowym w strukturze procesora. Teraz jednak budujemy komponent z myślą o poten-cjalnym wielokrotnym jego użyciu w projekcie. Gdyby utrzymać poprzed-nią konwencję i na schemacie umieścić dwa egzemplarze timera EDW555, z któ-rych każdy zawiera komparator Comp_1, to do którego egzemplarza Comp_1 będziemy odnosić się w szablonach API? Komparatora właściwego dla danego egzemplarza timera, czy też może jakie-goś wspólnego, co oznaczałoby kata-strofę? Nas interesuje pierwszy wariant i problem znów rozwiązujemy parame-trem `$INSTANCE_NAME`. Spójrzmy uważniej na katalog z automatycznie wygenerowanymi plikami projektu. Nie ma w nim już katalogu Comp_1, jest za to Timer_Comp_1. A więc to tak, PSoC Creator automatycznie prefiksuje nazwy komponentów składowych nazwą kom-ponentu je zawierającego...U nas są tylko dwa poziomy zagnieżdże-nia, ale gdyby było ich więcej, to schemat generowania nazw by się odpowiednią liczbę razy powtórzył – zasada jest czy-telna. Z tego właśnie powodu w naszym szablonie API nie możemy wywołać Comp_1_Start(), lecz `$INSTAN-CE_NAME`_Comp_1_Start().

Trzeci problem to niejawna deklaracja tej funkcji: kompilator zgłasza ostrzeże-nie. To prawda, brakuje nam nagłów-ków API komponentów składowych. Im również nie będziemy wpisywali pełnej nazwy ręcznie, lecz #include „`$INSTANCE_NAME`_Comp_1.h”.

Czwarty, ostatni problem to opisany właśnie problem drugi, ale tym razem w odniesieniu do samego komponen-tu timera, a nie do jego komponentów składowych. W wyniku powyższych poprawek treść (tzw. ciało) funkcji EDW555Start() sama w sobie jest już poprawna, ale problem jest z nazwą. No tak, gdybyśmy użyli większej liczby egzemplarzy timera, to PSoC Creator dostarczy wielu jej definicji i projekt się nie skompiluje. Powód jest oczywi-sty, nazwa funkcji nie zależy od nazwy egzemplarza. Poprawka jest trywialna: zmieniamy jej nazwę na `$INSTANCE_NAME`_Start(), choć pamiętamy, by zrobić to w dwóch miejscach: w pliku EDW555.h oraz EDW555.c. Nasz plik API finalnie wygląda więc tak:

#include „`$INSTANCE_NAME`_EDW555.h”#include „`$INSTANCE_NAME`_VDAC8_1.h”#include „`$INSTANCE_NAME`_VDAC8_2.h”#include „`$INSTANCE_NAME`_Comp_1.h”#include „`$INSTANCE_NAME`_Comp_2.h”

void `$INSTANCE_NAME`_Start() {

`$INSTANCE_NAME`_VDAC8_1_Start(); `$INSTANCE_NAME`_VDAC8_2_Start(); `$INSTANCE_NAME`_Comp_1_Start(); `$INSTANCE_NAME`_Comp_2_Start(); }

W pliku main.c wystarczy wywołać już tylko Timer_Start() i wszystkie skła-dowe komponentu Timer uruchomią się automatycznie. Jesteśmy w pełni zgodni z konwencją stosowaną w komponentach bibliotecznych, a nasz element nie odróż-nia się od nich w projekcie. Mamy nowy, w pełni funkcjonalny i spójny z resztą klocek. Czas więc po raz ostatni skom-pilować projekt i zaprogramować płytkę. Jak można się przekonać na oscylogramie (rysunek 11), układ działa poprawnie.

Uff!Opisana właśnie procedura wydaje się zawiła i skomplikowana, ale wrażenie to wynika jedynie ze szczegółowości opisu tworzenia komponentu. Po nabraniu nie-wielkiej nawet wprawy dodawanie nowych komponentów okazuje się procesem bar-dzo szybkim i intuicyjnym, warto więc nieco poćwiczyć.

Ciąg dalszy na stronie 63

Podstawy

Elektronika dla WszystkichMaj 201948

Zgodnie z zapowiedzią w tym odcinku mamy omówić rolę sterownika przy pracy w funkcji prądnicy oraz przy hamowaniu.

Prądnica i hamowanieZacznijmy od bodaj najprostszego przy-kładu silnika bez żadnego regulatora, dołą-czonego wprost do akumulatora, gdzie nie ma żadnego sprzęgła i gdzie silnik jest stale połączony z kołami. Załóżmy, że w jakimś prymitywnym wózku golfowym silnik elektryczny jest dołączany wprost do aku-mulatora, bez żadnego regulatora.

Jak wyglądałaby sytuacja, gdyby silnik i akumulator były idealne, bez żadnych re-zystancji szeregowych?

Nie ma wątpliwości, że podczas wjazdu pod górkę napięcie akumulatora powoduje pracę silnika. Załóżmy na początek dla uła-twienia analizy, że w silniku i w wózku nie ma strat tarcia (rysunek 1a).

W takiej sytuacji podczas wjazdu pod górkę cała energia elektryczna pobiera-na z akumulatora będzie zamieniana na energię mechaniczną, a ta zostanie zu-żyta na zwiększanie energii potencjalnej pojazdu. Wózek na szczycie pagórka będzie miał większą energię potencjal-ną, niż miał u jego podnóża. Cała ener-gia elektryczna pobrana z akumulatora zwiększy energię potencjalną wózka, bez żadnych strat. Nas teraz interesuje to, że przy idealnym silniku (o zerowej rezystancji strat RS) obroty silni-ka byłyby jednakowe, niezależne od stromości podjazdu, a tylko wartość prądu byłaby proporcjo-nalna do nachylenia (stromości) pagórka. Byłyby jednakowe, bo zasada pracy (idealnego) silnika polega na tym, że jest on jedno-cześnie prądnicą i obroty rosną na tyle, żeby napięcie prądnicy dorównało napięciu akumulato-ra, co wytworzy stan równowagi.

Podkreślmy, że podczas wjazdu pod górkę obroty idealnego silnika byłyby wyznaczo-ne przez napięcie zasilania, a „wbudowana prądnica” cały czas wytwarzałaby napięcie dokładnie równe napięciu zasilania.

Proste i jasne!A podczas zjazdu?

Każdy narciarz doświadcza faktu, że pod-czas zjazdu energia potencjalna zamienia się w kinetyczną – przy małych oporach ślizgu narciarz coraz bardziej przyspiesza. Owszem, narciarz podczas zjazdu przy-spiesza, ale nasz idealny wózek z idealnym silnikiem – NIE! Otóż także przy zjeździe z dowolnie stromego pagórka prędkość silnika i wózka zawsze byłaby jednakowa. A co z energią potencjalną?

Podczas zjazdu naszego idealnego wózka w miarę obniżania traci on energię potencjalną i chciałby przyspieszać, a to zwiększyłoby napięcie wytwarzane przez prądnicę. A zwiększenie napięcia prądni-cy oznacza odwrócenie kierunku prądu i ładowanie akumulatora. Zakładamy, że akumulator też jest idealny, czyli że ma zerową rezystancję wewnętrzną, więc pod-czas ładowania jego napięcie nie wzrasta, niezależnie od wartości prądu ładującego.

I właśnie ustalone napięcie akumula-tora spowoduje, że wózek będzie zjeżdżał z taką samą prędkością, jak wjeżdżał. Z prędkością wyznaczoną przez napięcie

akumulatora. Wprawdzie zjeżdżający wó-zek chciałby się rozpędzić, podobnie jak narciarz, ale nie pozwala na to akumulator. Mianowicie w idealnym przypadku już znikome zwiększenie prędkości powodo-wałoby duży wzrost prądu ładowania: cały aktualny ubytek energii potencjalnej wóz-ka byłby zamieniany w prądnicy na energię elektryczną przekazywaną do akumula-tora. Prędkość ruchu będzie zawsze taka sama i nietrudno się domyślić, że wartość prądu ładowania będzie zależeć od stromo-ści górki. Zjazd z łagodnej górki oznacza ładowanie mniejszym prądem (rysunek 1b). Zjazd ze stromej górki to szybka utra-ta energii potencjalnej wózka i ładowanie akumulatora odpowiednio większym prą-dem (rysunek 1c). W idealnym przypad-ku bez rezystancji strat i tarcia, w każdym przypadku przy zjeździe odzyskalibyśmy całą energię pobraną podczas wjazdu. Ale to nie jest główny wątek artykułu. Dla na-szych rozważań istotne jest pytanie: czy widać tutaj, że podczas zjazdu silnik do-łączony do akumulatora jest hamowany?

I to właśnie jest bardzo ważny szcze-gół naszych rozważań! Możemy to ująć prosto: gdy silnik pełni funkcję prąd-nicy, wtedy jest hamowany tym silniej, im większy prąd płynie z prądnicy na zewnątrz. W sumie jednak nie chodzi o prąd, tylko o moc i energię:

Silniki prądu stałeSilniki prądu stałegogo część 9część 9

+

+

B

RS

UP

UAK

U

US = I * RS

I

+

+

+

B

RS

UP

UAK

U

US = I * RS

I

+

+

+

B

RS

U PU AKU

US = I * RS

I

+

+

+

BRS

U P

U AKU

US = I * RS+UP < UAKU

UP > UAKU

UP < UAKU

UP > UAKU

I

akumulator zasila silnik

akumulator zasila silnikb)a)

+

+

BU P

U AKU

I+

+

UP = UAKU

+

+

B

UP

UAK

U

I ++

UP = UAKU

+

+

B U P

U AKU

I+

+

UP = UAKU

b)Rys. 1

Rys. 2

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 49

Podstawy

(idealny) silnik pracujący w roli prądni-cy jest hamowany tym silniej, im więcej energii mechanicznej zamienia się w nim na elektryczną. Ogólnie biorąc, siła ha-mowania odpowiada mocy elektrycznej wytwarzanej w prądnicy i „wysyłanej z niej na zewnątrz”, w naszym przypadku do akumulatora. To chyba jest jasne.

Ponieważ interesuje nas hamowanie, więc kontynuujmy nasz eksperyment myślowy. Przeanalizujmy przypadek, gdy akumulator jest idealny, ale silnik jest rzeczywisty, czyli ma niezerową re-zystancję szeregową RS.

Gdy płynie przezeń prąd, na rezystan-cji tej występuje spadek napięcia, wprost proporcjonalny do wartości prądu. Dlatego podczas wjazdu pod górkę napięcie wytwa-rzane przez „prądnicę” będzie niższe od na-pięcia akumulatora UAKU o spadek napię-cia I*RS. Sytuację ilustruje w uproszczeniu rysunek 2a. Czym bardziej stromy będzie pagórek, tym większy będzie pobór prądu, większy spadek napięcia na RS i mniejsze napięcie na silniku-prądnicy – rysunek 2b. Napięcie wytwarzane przez prądnicę jest teraz mniejsze od napięcia akumulatora o spadek napięcia na RS. Do wytworzenia tego mniejszego napięcia prądnicy wystar-czą mniejsza prędkość obrotowa, dlatego wózek będzie wjeżdżał wolniej niż przy zerowej rezystancji RS.

Gdy później ten wózek zacznie zjeżdżać z pagórka, też nastąpi ładowanie akumula-tora. Ale podczas ładowania także wystąpi spadek napięcia (o przeciwnej biegunowo-ści) na rezystancji silnika RS według ry-sunku 2c. Aby akumulator był ładowany, napięcie wytwarzane przez prądnicę musi być wyższe od napięcia akumulatora. A to oznacza, że przy zjeździe wózek będzie miał prędkość większą niż podczas wjazdu. Zjazd z bardziej stromej górki (rysunek 2d) spowoduje zwiększenie prądu ładowa-nia, a to spowoduje większy spadek napię-cia na RS. Ponieważ napięcie (idealnego) akumulatora jest niezmienne, prądnica wy-tworzy jeszcze większe napięcie.

Czym większa rezystancja RS, tym większa będzie różnica między prędkością zjeżdżania i podjeżdżania. Ale to nie jest

dla nas istotne. Ważne jest to, że także i tu podczas zjazdu mamy do czynienia z ha-mowaniem za pomocą silnika, a siła hamo-wania jest proporcjonalna do energii, którą prądnica „oddaje na zewnątrz”. Tym razem podczas zjazdu energia potencjalna będzie zamieniana przez silnik-prądnicę na ener-gię elektryczną i ...- część tej energii elektrycznej będzie łado-wać akumulator (P = I * UAKU),- część energii elektrycznej zostanie zamie-niona (zmarnowana) na ciepło w rezystan-cji RS (P = I2 * RS).

A jeżeli tak, to możemy rozważyć jesz-cze jeden przypadek. Otóż załóżmy, że podczas zjazdu odłączamy silnik od aku-mulatora i pozostawiamy niepodłączony według rysunku 3a. Wtedy prąd nie może płynąć, nie ma hamowania, więc wózek po-dobnie jak narciarz jadący „na krechę” roz-pędza się i zjeżdża coraz bardziej (energia potencjalna zamienia się na kinetyczną). Silnik obraca się coraz szybciej, wytwarza coraz większe napięcie, ale hamowania nie ma, bo nie płynie prąd i prądnica nie może „przekazać energii na zewnątrz”.

A jeżeli podczas zjazdu dołączymy sil-nik-prądnicę do potężnego potencjometru (reostatu), to będziemy mogli zmieniać siłę hamowania. Jeżeli nastawiona rezystancja potencjometru będzie duża (rysunek 3b), to popłynie przez nią niewielki prąd i nie-wielka będzie moc (P = UP * I) przekazy-wana z prądnicy „na zewnątrz” . Niewielka będzie też siła hamowania. Gdy ustawimy małą rezystancję potencjometru-reostatu (rysunek 3c), popłynie duży prąd i siła ha-mowania będzie duża.

Podkreślmy, że możemy regulować siłę hamowania przez zmianę prądu, pobiera-nego z silnika-prądnicy.

Największą możliwą siłę hamowania uzyskamy, gdy zewrzemy silnik, według rysunku 3d. Wtedy całe napięcie stałe wytwarzane przez prądnicę wystąpi na re-zystancji szeregowej RS i cała moc zosta-nie wydzielona w postaci ciepła właśnie w rezystancji RS, czyli w sumie głównie w rezystancji uzwojeń silnika (co przy dłu-gotrwałym hamowaniu może doprowadzić do przegrzania silnika). To na pewno jest

niekorzystne, ale ten szczegół pominie-my.

Nie bę-dziemy też a n a l i -z o w a ć sytuacji według rysunku 4, gdy na czas zjazdu z bardzo stromej górki dołą-czymy akumulator, ale zmienimy biegunowość napięcia zasilania.

I jeszcze jedno: na wszelki wypadek nie pytaj, jak byłoby z hamowaniem przez zwarcie zacisków idealnego silnika bez rezystancji szeregowej RS. Przyjmij, że na szczęście takich silników nie ma i nie mu-simy analizować takiego mocno kłopotli-wego przypadku...

Podsumujmy: hamowanie wynika z prostego (ale nie dla wszystkich oczywi-stego) faktu, że energia jest przekazywana z silnika-prądnicy na zewnątrz. W przy-padkach z rysunków 1b, 1c, 2c, 2d przynaj-mniej część tej energii jest przekazywana do akumulatora. Wtedy mówimy o hamo-waniu regeneracyjnym – odzyskowym. Ale podczas hamowania energia może też być tracona, zamieniana na ciepło w rezy-stancjach według rysunku 3.

Może się zastanawiasz, dlaczego w cy-klu o elektronicznych sterownikach silni-ków tyle uwagi poświęcamy hamowaniu?

Otóż w niektórych przypadkach sy-stem mechaniczny ma dużą bezwładność, a potrzebna jest duża precyzja sterowania. Sterownik silnika powinien nie tylko za-pewniać napęd, ale też hamowanie. Naj-lepiej, żeby to był i regulowany napęd, i regulowane hamowanie.

W następnym odcinku zaczniemy oma-wiać szczegóły, a Ty już teraz pomyśl, jak w elektronicznym sterowniku silnika zrea-lizować regulację hamowania.

Piotr Górecki

+

+

B

RS

UP

UAKU

+

+

B RSU P

U AKU

I=0

I=0

+

+

B RS

U P

I

I=0

R +

+

B RS

U P

I

I=0

R +

+

B RS

U P

II=0

R

Rys. 3

Rys. 4

Elektronika dla WszystkichMaj 201950

Szkoła Konstruktorów

W Szkole Konstruktorów może wziąć udział każdy Czytelnik EdW, także i Ty!

Możesz zostać stałym uczestnikiem Szkoły, ale możesz tylko jednorazowo nadesłać pojedyncze rozwiązanie jednego zadania, które Cię najbardziej zainteresowało. Nie trzeba się zapisywać, nie ma żadnych zobowiązań – można tylko zyskać. Co miesiac przydzielane są punkty, upominki, nagrody i kupony do Sklepu AVT, a raz na rok najaktywniejsi uczestnicy Szkoły Konstruktorów są nagradzani dodatkowo. W każdym numerze zamiesz-czane są zadania trzech klas (Zadanie główne, Co tu nie gra? oraz Policz).

W terminie dwóch miesięcy możesz więc nadesłać e-mailem na adres: szkola@elportal.pl (szkola, a nie szkoła),rozwiązanie jednego, dwóch albo wszystkich trzech zadań Szkoły z danego numeru.

Potwierdzam otrzymanie rozwiązań, nadsyłanych e-mailem. Jeśli w terminie dwóch tygodni nie otrzymasz mojego potwierdzenia, prześlij rozwiązanie jeszcze raz (o przyczynach ewentualnych kłopotów przeczytasz na początku rubryki Poczta na stronie 10).

Bardzo proszę: dla ułatwienia segregacji niech tytuł Twojego e-maila (i nazwa każdego ewentualnego załącznika),oprócz nazwy konkursu oraz numeru zadania, zawiera też Twoje nazwisko (najlepiej bez typowo polskich liter), na przykład: Szko279Kowalski, Policz279Zielinski, NieGra279Malinowski, Jak05Krzyzanowski. Chodzi o to, żeby w tytule e-maila i w nazwach wszystkich załączników była zarówno informacja o zadaniu, jak i o Autorze. Bardzo też proszę, żeby jeden Twój e-mail zawierał rozwiązanie tylko jednego konkursu, a nie kilku, co znacznie mi ułatwi segregowanie poczty.

Do wysyłki nagród i upominków potrzebny jest Twój adres pocztowy. Oszczędzisz mi sporo niepotrzebnej pracy, jeśli podasz go w jednej linii: Imię Nazwisko ulica nr XX kod pocztowy Miejscowość e-mail

Jeśli na łamach czasopisma nie chcesz ujawniać imienia i nazwiska – napisz, a zachowam dyskrecję, podając albo pseudonim, albo imię i pierwszą literę nazwiska, ewentualnie miejscowość zamieszkania. Jeśli nadeślesz rozwiązanie zadania głównego, możesz dołączyć swoją fotografi ę (portret), która będzie zamieszczona przy rozwiązaniu zada-nia. Zachęcam też do podawania roku urodzenia, a w przypadku uczniów i studentów także informacji o szkole/kla-sie lub uczelni. Jest to pomocne przy opracowywaniu i ocenie rozwiązań (Twoje dane nie są nigdzie przekazywane, tylko wykorzystywane w redakcji EdW wyłącznie w związku z oceną prac i przydzielanymi nagrodami).

Najbardziej cieszę się z krótkich i zwięzłych rozwiązań, bo to ułatwia ich opracowanie. Ale jeżeli Twoje roz-wiązanie będzie obszerniejsze, mam prośbę dotyczącą kwestii technicznych: Nie umieszczaj ilustracji w tekście! Wszystkie ilustracje (fotografi e i rysunki) prześlij w e-mailu jako oddzielne pliki – załączniki. Bardzo proszę też o przysyłanie schematów, projektów płytek i wszelkich innych rysunków w popularnych formatach, na przykład PDF, SVG, JPG, GIF czy PNG, i to także wtedy, gdy przysyłasz oryginalny, źródłowy plik z danego programu pro-jektowego (.sch, .pcb, .brd, .ddb, itp.).Jeżeli w ramach zadania głównego zrealizujesz rozwiązanie praktyczne, czyli zbudujesz konkretny układ-model, mam następujące wskazówki i prośby:Nie przysyłaj modelu do redakcji! Nie ma też potrzeby nadsyłania papierowych wydruków, płyty CD/DVD, ani modelu – całkowicie wystarczą załączone do e-maila pliki i fotografi e zrobione przez Ciebie. Przygotowując opis skorzystaj z szablonu dostępnego pod adresem: www.elportal.pl/szablon.Więcej wskazówek na temat przygotowania materiałów i prawidłowego fotografowania modeli znajdzieszw Elportalu na stronie: https://elportal.pl/zostan-wspolautorem-elektroniki-dla-wszystkich/.Twoje praktyczne rozwiązanie głównego zadania Szkoły może być później opublikowane jako artykuł w EdW, za który otrzymasz honorarium. Dlatego w treści e-maila umieść wtedy tekst: Oświadczam, że materiał, który przesyłam w tym e-mailu do redakcji „Elektroniki dla Wszystkich”, jest moim osobistym opracowaniem i nie był wcześniej nigdzie publikowany.

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 51

Szkoła Konstruktorów

Podstawą zadania 279 jest nadesłana już dawno propozycja Adama Mazura z Drawska:

(…) Elektroniką zajmuję się ama-torsko, nie mam niestety dostępu do, nierzadko drogich, urządzeń pomiaro-wych, które wielokrotnie ułatwiłyby to, jakże wspaniałe, hobby. Moją propozy-cją na temat zadania jest: „Zaproponuj układ elektroniczny, będący przystawką do multimetru, oscyloskopu lub innego urządzenia pomiarowego, rozszerzają-cą jego możliwości, zmieniającą jego parametry lub zastosowanie”.

Niekoniecznie muszą to być urzą-dzenia służące jedynie do wykonywa-nia pomiarów elektrycznych, równie dobrze mogą to być gry, gadżety czy wskaźniki wielkości nieelektrycznych (stacje pogody, termometry, liczniki czasu). Myślę że zainteresowanie tema-tem jest duże i znajdzie się wiele cieka-wych rozwiązań. (…) Pozdrawiam.

Propozycja ta długo leżała w pocze-kalni i najwyższy czas, żeby stała się podstawą zadania Szkoły Konstrukto-rów. Tym razem temat jest bardzo sze-roki, więc każdy chętny może przed-stawić rozwiązanie w pełni spełniające warunki zadania.

A oto temat zadania 279:

Zaproponuj elektroniczny układ dowolnej przystawki.

Sensowna przystawka może rozwiązać wiele problemów. Może też być zna-komitym uzupełnieniem i ulepszeniem urządzenia fabrycznego. Dlatego ser-decznie zapraszam do udziału w tym, zawsze bardzo praktycznym, zadaniu.

Najpierw trzeba jednak wpaść na dobry pomysł: do czego ma służyć taka przystawka i z jakim urządzeniem ma współpracować.

I tu przede wszystkim warto zastano-wić się nad przyrządami pomiarowymi. W grę na pewno wchodzi multimetr. Przystawka do multimetru może być mniej lub bardziej skomplikowanym pomiarowym układem elektronicznym, gdzie multimetr, zapewne dołączony do gniazd bananowych, będzie tylko wskaźnikiem, pokazującym wynik pomiaru. Układ elektroniczny przy-stawki możecie wymyślić samodzielnie od zera, ale może to być modyfikacja/realizacja jakiegoś układu z literatury. Tu najważniejsze jest by przystaw-ka ułatwiła/umożliwiła elektronikowi pomiary. A jeśli to jest celem, to przy-stawka wcale nie musi być aktywnym układem. Dziś powszechnie wykorzy-stywane są elementy SMD więc przy-stawka może też być prostym układem pasywnym, którego jedynym zadaniem będzie wygodne mierzenie maleńkich elementów. Albo jakichś innych, np. dowolnych diod LED.

Trudniejsza może wydawać się rea-lizacja przystawki do oscyloskopu. Owszem, ale i tu warto rozważyć, jaka przystawka przydałaby się do przepro-wadzania specyficznych pomiarów, na przykład mocy.W tym numerze EdW znajdziecie projekty przystawki do oscyloskopu (Sonda różnicowa 20MHz) oraz opis kilku przystawek do częstościomierza. Rozwiązania zadania 279 nie muszą być aż tak zaawansowane – mogą być zdecydowanie prostsze.

Oprócz przystawek do sprzętu pomia-rowego pomyślcie o przystawkach do telewizora, komputera, laptopa, smart-fona czy do sprzętu audioOczywiście spodziewam się rozwiązań praktycznych, ale jak zawsze, czekam też na propozycje teoretyczne.

Do udziału w tym interesującym zadaniu zapraszam także i Ciebie!

Piotr Górecki

Nadsyłajcie propozycje zadań!Autorzy propozycji zadań, które zostaną wykorzystane w Szkole,otrzymują jako nagrodę kupon 100zł na zakupy w sklepie AVT:

www.sklep.avt.pl.Koszty przesyłki pokrywa AVT.

Dobra propozycja nie powinna być ani zbyt trudna, ani zbyt ogólna, ani zbyt wąsko ukierunkowana.Dobre zadanie Szkoły powinno mieć na tyle szeroki zakres, żeby mogli w nim wziąć udział

zarówno doświadczeni elektronicy, jak i początkujący, w tym najmłodsi. Zachęcam do nadsyłania propozycji następnych zadań Szkoły!

Uwaga!Uwaga!Każdy Autor, nadsyłając rozwiąza-Każdy Autor, nadsyłając rozwiąza-nie zadania głównego, może dołą-nie zadania głównego, może dołą-czyć też swoją fotografię (portret). czyć też swoją fotografię (portret). Fotografia zostanie opublikowana Fotografia zostanie opublikowana w artykule, omawiającym nadesłane w artykule, omawiającym nadesłane

rozwiązania.rozwiązania.

Zadanie główne 279

UWAGA! UWAGA! UWAGA! UWAGA! UWAGA! UWAGA! UWAGA! UWAGA! UWAGA! UWAGA!

Zachęcamy także Ciebie, drogi Czytelniku, żebyś w ramach działu „Wokół Arduino”

opublikował swoją realizację projektu lub artykułu związanego z platformą Arduino. Chętnie zaprezentujemy na łamach EdW Twój własny projekt albo Twoją realizację projektu z Internetu,

wykorzystującego dowolne moduły lub moduły rozszerzeń Arduino,a także wartościowe artykuły, pokazujące rozmaite aspekty korzystania z tej interesującej platformy.

Bliższe informacje: www.elportal.pl/arduino, a w razie pytań i wątpliwości śmiało pisz: edw@elportal.pl

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla WszystkichMaj 201952

Temat grudniowego zadania 274 brzmiał: Zaproponuj układ bezpieczni-ka elektronicznego albo elektroniczne-go układu zabezpieczającego.W pierwszej chwili zadanie mogło wydać się trudne, jednak jak było wspomnia-ne, obejmuje ono wszelkie rozwiązania, dotyczące elektronicznych zabezpieczeń dla prądów stałych i zmiennych. To wyjątkowo praktyczne i z życia wzięte zadanie wzbudziło duże zainteresowa-nie. Oto przegląd nadesłanych prac.

Stanisław Wasilewski z Pokrzyw-nicy napisał: (...) żarówka, żarówka i jeszcze raz żarówka. Do pierwszego włączenia nowych i reperowanych ukła-dów najlepsza jest zwykła żarówka. Ograniczy prąd i jednocześnie pokaże wielkość prądu, a to jest pierwszą naj-ważniejszą wiadomością na temat ukła-du po włączeniu. Zwykła żarówka jest dużo lepsza od opornika, bo na zimno ma małą oporność i nie przeszkadza, a oporność rośnie ze wzrostem prądu i chroni układ, a po kolorze żarzenia można poznać z grubsza wielkość prądu (...) [nadaje się] tak samo dobrze do prądu stałego i zmiennego. (...) [warto mieć] kilka żarówek o różnym napięciu 6V, 12V, 24V, 220V i różnej mocy od 1 wata do 100W (...) można dolutować przewody z bananami (...) przyzwyczai-łem się (...) dobrze się sprawdzają od lat (...) [ostatnio też] zaczynam się przeko-nywać do bezpieczników polimerowych, które się nie palą (...) tylko nie widać, czy się włączył czy nie (...)

Krzysztof Smoliński z Poznania poruszył ten sam temat: Witam. Chciał-bym się podzielić bardzo prostym, ale i bardzo przydatnym patentem zwią-zanym z bezpiecznikami. Kilkanaście lat temu pracowałem jako elektryk samochodowy (głównie w autach cię-żarowych). Jedną z częstszych uste-rek były awarie świateł w aucie lub naczepie. Poszukiwanie uszkodzenia bywało żmudne. Wyłączanie kolejnych obwodów by zawęzić miejsce gdzie

jest zwarcie, kosztowało każdorazowo spalenie bezpiecznika. Chęć przyspie-szenia pracy i oszczędności bezpiecz-ników, pchnęła mnie do opracowania skuteczniejszej metody. Jej efektem jest pokazany na fotografii 1 prosty obwód z bezpiecznikiem i żarówką 21W/24V. Żarówka celowo 24V, żeby urządze-nie mogło pracować zarówno w oso-bówkach jak i ciężarówkach. Zasada pracy jest prosta. Wkładamy urządzenie zamiast spalonego bezpiecznika i obser-wujemy zachowanie żarówki. Żarówka będzie świecić tak długo, jak długo w obwodzie jest zwarcie. Wygaszenie żarówki oznacza, że zwarcie zostało usunięte. Proste ale bardzo skuteczne! Zwłaszcza że można wykorzystać dłuż-sze przewody, by żarówka była widocz-na (...) podczas gdy my pracujemy przy tylnych lampach naczepy. Oszczędność na pustych przebiegach i bezpieczni-kach ogromna :) No i metoda w pełni bezpieczna w przeciwieństwie do metod z wkładaniem za dużego bezpiecznika (czy wręcz drutowaniem go) i spraw-dzaniem, która lampa nie świeci, albo w którym miejscu zaczyna śmierdzieć spaloną izolacją ;)Zwykłe żarówki mogą być też pomoc-niczym zabezpieczeniem w bardziej zaawansowanych rozwiązaniach.

Łukasz Kojro z Gdańska napisał: (...) chciałbym przywołać układy scalo-ne ST serii STEF oraz (...) rozwiązanie opierające się na ADC na mikrokontro-lerze. Układy ST serii STEF pozwalają na ograniczone zabezpieczenie odbior-ników przed nadmiernym prądem, oraz przed lekkimi przepięciami. Możliwe jest również dobieranie czasu zwłoki ich zadziałania przez dobór elemen-tów biernych. Mają również zewnętrzne wyprowadzenie sygnału resetu – ponow-nego załączenia przepływu prądu – po ustaniu przeciążenia/powrocie układu do temperatury roboczej. Zmieniają-ce się napięcie na tym wyprowadzeniu informuje również o aktualnym stanie

pracy scalaka (https://bit.ly/2IiF3PA). (...) ST STEF jest raczej ciężko dostępny w naszym kraju (...)

Rozwiązaniem „na szybko” (ale nie-koniecznie precyzyjnie) może być wyko-rzystanie mikrokontrolera z ADC. Pod ADC należałoby podpiąć odpowiednio dobrany bocznik prądowy. Dla sprosta-nia wymaganiom rozłączania odbiornika należałoby go przepuścić przez sterowa-ny mikrokontrolerem styk przekaźnika bądź bramkę tranzystora, a na wejście mikrokontrolera wprowadzić przycisk służący resetowaniu przekaźnika. W naj-prostszym wariancie wykrycie przecią-żenia byłoby możliwe przy załączonym przepływie prądu (wówczas przez bocz-nik będzie płynął mierzony prąd). Nie ma wówczas możliwości detekcji ustania stanu przeciążenia po stronie odbiorni-ka. Warto by zastanowić się nad zabez-pieczeniem wejścia ADC przed przepię-ciem z powodu nieprzewidzianego wzro-stu napięcia mierzonego. Wykorzystanie mikrokontrolera daje nam nieograniczo-ne możliwości tworzenia algorytmu dzia-łań zabezpieczających/przełączających, działań pośrednich. Trzeba rozważyć opłacalność takiego rozwiązania, gdy są dostępne dedykowane do tego układy. Pozdrawiam!Rysunek 1 pokazuje schemat blokowy jednego z układów STEF.

Adam Ples z Jaworzna napisał: (...) Jest to owoc mojego postanowienia noworocznego, aby częściej coś do Szko-ły przysyłać – zwykle udział kończył się dla mnie na przeczytaniu zadania i zaprojektowania paru układów w gło-wie, ewentualnie poszperaniu w inter-necie. Tym razem zmusiłem się do pój-ścia o krok dalej, do zaprojektowania konkretnego urządzenia, i okazało się to trudniejsze niż przypuszczałem. Przesy-łam co mi z tego wyszło, nawet jeśli nie polecałbym pójścia dokładnie w moje ślady. Na pewno sporo się po drodze nauczyłem i mam nadzieję, że uda mi się tę passę kontynuować i nadesłać jeszcze parę rozwiązań w tym roku. (...) Pozdra-wiam serdecznie!

Rozwiązanie zadania głównego 274

Fot. 1Rys. 1

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 53

Szkoła Konstruktorów

Elegancko wykonany model pokazany jest na fotografii 2. Materiały, starannie przy-gotowane według wskazówek z Szablonu, kieruję do publikacji w Forum Czytel-ników. Nawet jeżeli Autor nie do końca zadowolony jest z finalnego efektu, pub-likacja ma sens z kilku powodów. Otóż praktycznie każdy układ można jeszcze ulepszyć. Ulepszać można w nieskończo-ność, ale chodzi o to, żeby nie było to poprawianie schematu na papierze, polega-jące na rysowaniu kolejnych wersji. W tym przypadku powstał układ, zawierający interesujące rozwiązania układowe i całość jest estetycznie wykonana. Jest to dobra baza, by ewentualnie w przyszłości Autor mógł ulepszyć „wnętrzności” urządzenia.

Rafał Równiak z Maciejowa zaczął tak: Witam. Tematyka (...) idealnie nawią-zuje do mojego projektu „Moduł urucho-mieniowy”, który niedawno został opubli-kowany (...) najprostszy sposób to pomiar spadku napięcia na rezystorze szerego-wym. (...) Ja sięgnąłem po moduł oparty na układzie ACS712 firmy Allegro. Jest to scalony czujnik przepływającego prądu wykorzystujący efekt Halla. (...) Na wyjściu pojawia się napięcie proporcjonalne do prądu płynącego przez sensor. Brak prądu daje na wyjściu dokładnie połowę napięcia zasilającego (...) [Dla wersji ±20A] każdy amper to ±100mV w zależności od kie-runku płynącego prądu. (...) Początkowo chcia-łem mieć duży zakres prądu regulacji, ale okazało się, że nie jest to zbyt praktyczne (...) Więc skróciłem zakres do ok. 3,2A. Większe prądy bardzo rzadko są potrzebne, (...) a częś-ciej zachodzi potrzeba ustawienia zabezpiecze-nia na np. 300mA bądź 900mA. Czas zwłoki można regulować od ok 0,5ms (...) do ok. 500ms. (...) schemat (...) jest nieco rozbudowany. Postanowiłem go zrea-

lizować bez użycia mikrokontrolera (...) działa od razu po montażu (...) Z mikrokon-trolerami jest jedna subtelna sprawa (...) mianowicie istnieje ryzyko „zawieszenia” się mikrokontrolera (...) Owszem, są sposo-by radzenia sobie z takimi problemami (np watchdog) ale to wymaga pewnego czasu, a tego możemy nie mieć podczas obsługi nagłego wzrostu natężenia. Oczywiście nie twierdzę, że mikrokontrolery się tu nie nadają, wręcz przeciwnie. Ale tym razem wybrałem rozwiązanie dyskretne, wręcz oldschoolowe. (...) Pierwszy etap to detek-cja zrealizowana przy użyciu komparatora okienkowego. Potem dwa timery mono-stabilne. (...) przerzutnik typu RS zatrza-skujący się (...) I na końcu element wyko-nawczy, czyli przekaźnik. Nie jest to może najdoskonalsze rozwiązanie ponieważ sam przekaźnik wprowadza zwłokę (...) i istnieje ryzyko zespawania styków bądź pojawie-nia się chwilowego łuku prądowego. (...) oferuje on niesłychaną wygodę (...) Układ działa, ale jest nadal w testach. (...) muszę wykonać szereg pomiarów oscyloskopem (...) czy nie występują jakieś problemy w sytuacjach brzegowych (...) Pozdrawiam serdecznie!Model pokazany jest na fotografii 3. Dal-szych szczegółów nie podaję, ponieważ chętnie zaprezentuję na łamach EdW final-ną wersję zabezpieczenia.

Fot. 2

Fot. 3

R

E

K

L

A

M

A

Nowy numer już w sprzedażywww.ulubionykiosk.pl

Koniecznie odwiedź mobilny serwis na smartfony i tablety MT NEWS 24/7:

m.mlodytechnik.pl

Lubimy myśleć, że w Internecie jesteśmy panami (i paniami) własnych poczynań – szukamy, czego chcemy, kiedy chcemy i jak chcemy. Przymykamy nieco oko na manipulujące nami przeglądarki czy pleniące się coraz bardziej profilowane pod nas reklamy, doceniamy bowiem całą resztę, czyli oferowaną nam wciąż wolność docierania do rozmaitych treści i podejmowania ostatecznych decyzji. Ciężko nam przyzwyczaić się do myśli, że ktoś nam to kiedyś, a może nawet wkrótce, skradnie. Że sieć zostanie przymknięta, ograniczona, może nawet podzielona na różne wersje. W niektórych częściach świata ten scenariusz jest już realizowany, ale wierzymy, że przynajmniej w Europie, oazie wolnej myśli, będzie „po staremu”. Tymczasem z Internetem jest, lub może być, jak niemal ze wszystkim. Nic w nim nie jest dane na zawsze. Co więcej, podlega on nieustannie dynamicznym przemianom, których kierunek nie musi być wcale przewidywalny. Znajdujemy się tylko na pewnym etapie, a jakie będą następne? W najnowszym Temacie numeru próbujemy nakreślić możliwe scenariusze rozwoju sytuacji.

Lubimy myśleć, że w Internecie jesteśmy panami (i paniami) własnych poczynań – szukamy, czego chcemy, kiedy chcemy i jak chcemy. Przymykamy nieco oko na manipulujące nami przeglądarki czy pleniące się coraz bardziej profilowane pod nas reklamy, doceniamy bowiem całą resztę, czyli oferowaną nam wciąż wolność docierania do rozmaitych treści i podejmowania ostatecznych decyzji. Ciężko nam przyzwyczaić się do myśli, że ktoś nam to kiedyś, a może nawet wkrótce, skradnie. Że sieć zostanie przymknięta, ograniczona, może nawet podzielona na różne wersje. W niektórych częściach świata ten scenariusz jest już realizowany, ale wierzymy, że przynajmniej w Europie, oazie wolnej myśli, będzie „po staremu”. Tymczasem z Internetem jest, lub może być, jak niemal ze wszystkim. Nic w nim nie jest dane na zawsze. Co więcej, podlega on nieustannie dynamicznym przemianom, których kierunek nie musi być wcale przewidywalny. Znajdujemy się tylko na pewnym etapie, a jakie będą następne? W najnowszym Temacie numeru próbujemy nakreślić możliwe scenariusze rozwoju sytuacji.

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla WszystkichMaj 201954

Rafał Orodziński z Białegostoku napi-sał: (...) Testowałem takie rozwiązania przy konstrukcji zasilacza stabilizowa-nego o napięciu wyjściowym 0,1V do 24V i regulowanym prądzie wyjścio-wym od 0,05 do 2,5A. Wbrew pozorom skonstruowanie zasilacza o dobrych parametrach jest zadaniem bardzo trud-nym. Jednym z problemów (...) była kon-strukcja zabezpieczenia nadprądowego. Zastosowałem standardowe rozwiązanie z pomiarem spadku napięcia na rezysto-rze w masie. Tutaj pojawiły się jednak dodatkowe problemy, jak np. nanoszenie zakłóceń wywołanych pracującymi wen-tylatorami. (...) Pomiar prądu wykona-no wykorzystując specjalizowany układ scalony MAX471, dostępny na porta-lach aukcyjnych, będący klonem układu Maxima. (...) Mając taki sygnał zasto-sowano typowe rozwiązanie z kompara-torem (...) Interesujące zabezpieczenie można wykonać wykorzystując układy INA201 i podobne z tej serii. Zasilając układ INA201 z –5V można zrealizować zabezpieczenie nadprądowe pracujące praktycznie od 0V do kilkudziesięciu V. Ciekawą cechą układu jest możliwość pomiarów prądów w dodatnim napię-ciu zasilania nawet kilkadziesiąt woltów powyżej napięcia zasilania układu INA. (...) Funkcję wyłącznika pełni tranzystor MOSFET z kanałem typu P. Zabezpie-czenie kasowane jest za pomocą mikro-włącznika. Jeśli układ spotka się z zain-teresowaniem, można ten układ opisać w EdW, bazuje on na karcie katalogowej układu ina201 rysunek 29 po odpowied-nich modyfikacjach (...)

Fotografia 4 pokazuje prototyp. Chętnie przed-stawimy w EdW zapre-zentowane rozwiązania.Znany z łamów EdW Piotr Wyderski napi-sał: Witam (...) chciałbym podzielić się swoją kon-strukcją. Jest to element zabezpieczający urządze-

nia zasilanego z sieci 230V. (...) główną funkcją układu jest ultraszybkie zabez-pieczenie nadprądowe o budowie trójpo-ziomowej.

Pierwszy poziom tworzy izolowany 12-bitowy przetwornik ADC, który milion razy na sekundę dokonuje równoczesnego pomiaru pobieranego prądu (na rezysto-rze 100 miliomów) oraz napięcia siecio-wego. Znajdująca się po stronie bezpiecz-nej logika programowalna może zrealizo-wać zabezpieczenie o dowolnej potrzeb-nej charakterystyce, zwłaszcza zwłocznej. Drugi poziom omija ADC i testuje, czy prąd znajduje się w zakresie –10...+10A. W tym celu został on wyposażony w autonomiczną ścieżkę odcięcia zasilania sieciowego, na wypa-dek awarii układu PLD. Trzecią, ostatnią linię obrony, zapewnia fizyka: napięcie bramkowe zosta-ło precyzyjnie dobrane w taki sposób, by prąd nasycenia tran-zystorów MOSFET ustalił się na poziomie ~20A. Testy pokazują, że zabezpieczenie potrafi odłą-czyć zasilanie w czasie ~2us,

przy założeniu konstrukcyjnym 10us. Układ pełni również równolegle funkcję zabezpieczenia nad/podnapięciowego (...) tylko opartego na ADC i PLD. Sam nazy-wam tę płytkę bezpiecznikiem, ale w rze-czywistości jest to wysokowydajny układ monitorowania warunków zasilania (...) służy (...) celom prezentacyjnym (...)[Fotografia 5] pokazuje płytkę cztero-warstwową, 55x21mm, przystosowaną do łatwej wymiany. (...) również propo-zycje teoretyczne (...) warto wspomnieć też o mało znanym dziś transforma-torze parametrycznym, czyli dziwolą-gu, w którym transfer energii ze sporą sprawnością zachodzi pomimo faktu, że strumienie magnetyczne uzwojenia pierwotnego i wtórnego nie przechodzą przez siebie wzajemnie [rysunek 2]. „Paraformer” zapewnia jednocześnie: transformację napięcia, galwaniczne rozłączenie, stabilizację napięcia wyj-ściowego, filtrację, zabezpieczenie prze-tężeniowe obciążenia (...)” ([W orygi-nale] nie napisano, że ma wbudowaną

Rys. 2

Fot. 4

Fot. 5

Michał Stach Kamionka Mała . . . . . . . 143Dawid Placha Rdzawa . . . . . . . . . . . . . . 129Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . . 107Daniel Turbasa Kraków . . . . . . . . . . . . . 82Sławomir Węgrzyn Dziekanowice. . . . . 74Łukasz Dachowski Cymbark . . . . . . . . . 72Aleksander Bernaczek Magnuszowice . 69Szymon Trygar Szczecin . . . . . . . . . . . . . 66Artur Bereit Barcin . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Robert Szolc Bytom . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Andrzej Herbut Siekierczyn . . . . . . . . . . 52Adam Sobczyk Warszawa . . . . . . . . . . . . 50Sebastian Jarmosiewicz Motwica . . . . . 50Radosław Smalec Zabrze . . . . . . . . . . . . 49

Krzysztof Smoliński Poznań . . . . . . . . . . 47Łukasz Olszok Tarnowskie Góry . . . . . . 45Krzysztof Kawa Lubcza . . . . . . . . . . . . . 44Paweł Hoffmann Wrocław . . . . . . . . . . . 44Szymon Czepiel Pisarzowice . . . . . . . . . 43Michał Pędzimąż Stara Słupia . . . . . . . . 41Piotr Gajdosz Grybów . . . . . . . . . . . . . . . 41Maciej Zieliński Kraków . . . . . . . . . . . . 26Rafał Rówiak Słaboszów. . . . . . . . . . . . . 22Tomasz Zaorski Kalinówka . . . . . . . . . . 21 Jakub Gajda Kraków . . . . . . . . . . . . . . . 20Marian Gabrowski Polkowice . . . . . . . 19Teodor Woźniak Łódź . . . . . . . . . . . . . . . 19Marian Caruk Lubań . . . . . . . . . . . . . . 17

Roman Braumberger Bytom . . . . . . . . . 16Łukasz Nowak Warszawa . . . . . . . . . . . . 16Adam Ples Jaworzno . . . . . . . . . . . . . . . . 14Marcin Malich Wodzisław Śl. . . . . . . . . 13Paweł Sablik Pisarzowice . . . . . . . . . . . . 13Rafał Orodziński Białystok . . . . . . . . . . 12Paweł Mysłowice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Łukasz Kojro Gdańsk . . . . . . . . . . . . . . . 10Leszek Galos Oleśnica . . . . . . . . . . . . . . . . 8Mateusz Raczyński Warszawa . . . . . . . . . 8Andrzej Adamczyk Ostrowiec Św . . . . . . 7Jacek Rączka Połomia . . . . . . . . . . . . . . . . 7Damian Ząbczyk Nowa Osuchowa . . . . . 7Piotr Świerczek Bielsko-Biała . . . . . . . . . 6

Punktacja Szkoły Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 55

Szkoła Konstruktorów

również funkcję zabezpieczenia pod- i nadnapięciowego (...)„Paraformer”, czyli transformator para-metryczny to rzeczywiście dziwoląg, a nieco więcej szczegółów można znaleźć we wspomnianym oryginale, dostępnym pod adresem: https://bit.ly/2P8ZuyZ A jeżeli chodzi o układ zabezpieczenia nadprądowego, to chętnie go przedstawi-my w EdW, jeśli Autor znajdzie czas na przygotowanie materiałów do publikacji.Na koniec fragment e-maila od Micha-ła Stacha z Kamionki Małej: Przesyłam (...) układ zabezpieczający do instalacji

fotowoltaicznej. Jest to ochronnik PV klasy B+C na niskie napięcie do 50VDC, czyli pod typowe mikroinstalacje składają-ce się z jednego, dwóch paneli. Ochronniki PV poza tym że są przesadnie drogie, to niestety w han-dlu dominują wersje dla

instalacji kilkusetwoltowych (kilka, kilka-naście paneli połączonych w szereg).Fotografia 6 pokazuje model, a dalszych szczegółów celowo nie podaję, ponieważ kieruję materiał do publikacji.

Aktualne informacje o punktacji oraz rozdziale nagród, upominków i kuponów podane są w tabelkach. Znak zapytania oznacza, że ewentualna pub-likacja nastąpi dopiero po nadesłaniu ostatecznych materiałów. Osoby nagro-dzone kuponami otrzymują z naszej redakcji stosowny e-mail z informa-cją i wskazówkami, a dopiero potem

zamawiają w sklepie AVT (wrzucają do koszyka pod znanym adresem www.sklep.avt.pl) towary za przydzieloną sumę, a w uwagach piszą, że jest to kupon ze Szkoły Konstruktorów. Kupony za zadania z kolejnych mie-sięcy można sumować, by kupić sprzęt o większej wartości. Istnieje też możli-wość dopłaty różnicy cen w przypadku zamówienia na sumę większą niż przy-dzielony kupon. Ale uwaga: kupon ważny jest tylko 12 miesięcy – po tym terminie traci ważność i przepada.

Serdecznie zapraszam do udziału w zadaniu głównym 279, a także w dru-giej i trzeciej klasie naszej Szkoły Kon-struktorów! Zachęcam uczestników, żeby praktyczne rozwiązania zadań Szkoły przygotowywali według Szablonu ze stronyhttp://elportal.pl/zostan-wspolautorem--elektroniki-dla-wszystkich/

Piotr Górecki

R E K L A M A

Fot. 6

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla WszystkichMaj 201956

Na rysunku B pokazany jest, zamieszczony w EdW 12/2018, uproszczony schemat monofoniczne-go wzmacniacza mocy audio klasy D.

Zadanie zasadniczo nie było trudne, bowiem na schemacie łatwo znaleźć przynajmniej jedną usterkę. Jednak z uwagi na brak szczegółowego opisu, należało rozważyć różne możliwości.

I tak część uczestników zastanawia-ła się, czy aby nie jest to wzmacniacz dwukanałowy, stereofoniczny. Gdyby tak było, na wyjściach potrzebne byłyby dwa głośniki a nie jeden.

Taki pomysł można było rozważyć, ale oznaczenia + i – na wejściach i wyj-ściach są bardzo mocnym argumentem, że nie jest to wzmacniacz dwukana-łowy, tylko wzmacniacz monofonicz-ny z dwoma zaciskami wejściowymi i dwoma wyjściowymi. W przypadku wzmacniaczy klasy D jest to bardzo popularne rozwiązanie.

Uznanie, że jest to wzmacniacz monofoniczny nie rozwiązuje innej kwestii. Czy jest to kompletny moduł, czy wzmacniacz „niekompletny”?

Jeżeli jest to wzmacniacz „niekom-pletny”, to ewidentnym błędem jest brak kondensatorów fi ltrujących obwód zasi-lania. Jest to wyjątkowo ważne właśnie w przypadku wzmacniacza klasy D!

Jednak trudno przyjąć, że zielony prostokąt na rysunku reprezentuje sam układ scalony. Wersją najbardziej praw-dopodobną jest uznanie, iż chodzi o jakiś gotowy moduł monofonicznego wzmac-niacza klasy D, zasilanego napięciem pojedynczym. A jeżeli jest to gotowy moduł zawierający kompletny wzmac-niacz, to nasuwa się pytanie czy potrzeb-ne są kondensatory wejściowe C1, C2?

Z reguły takie moduły mają kondensa-tory wejściowe, i nie tylko wejściowe, zamontowane na płytce.

Wobec tego oba kondensatory C1, C2 byłyby zbędne. Z reguły tego rodzaju wzmacniacze mają na wyjściu potrzebny filtr LC, albo takiego filtru nie wymaga-ją. Dlatego pojawiły się opinie, że zupeł-nie niepotrzebne są „elementy wyjścio-we” i że głośnik powinien być dołączony bezpośrednio do płytki.

Tu jednak sprawa jest dyskusyjna. Rzeczywiście wiele wzmacniaczy rekla-mowanych jest jako „filterless” i nie jest wymagana obecność wyjściowe-go filtru LC. Tak, ale przy dłuższych przewodach prowadzących do głośnika takie wzmacniacze z reguły wytwarzają zakłócenia przekraczające dopuszczalne poziomy. Dlatego nawet we wzmacnia-czach „filterless” producenci zalecają stosowanie filtrów LC, zmniejszających poziom zakłó-ceń. Obecności elementów LF, CF nie można więc uznać za błąd, nawet we wzmacniaczu „bezfiltrowym”.

Podstawowym problemem, mocno rzucającym się w oczy była natomiast obecność kon-densatora wyjściowego COUT i jego biegunowość. To był błąd zgłaszany najczęściej. I słusznie!

Rzeczywiście, we wzmacniaczach klasy D praktycznie nie spotyka się kon-densatorów wyjściowych, których zada-niem byłoby odcinanie składowej stałej.

Dostępne są natomiast liczne poje-dyncze wzmacniacze klasy D, ale są one zasilane napięciem symetrycznym. Wtedy nie ma potrzeby stosowania kon-densatora usuwającego składową stałą, ponieważ średnie napięcie na wyjściu powinno być równe zeru.

Jeżeli jednak wzmacniacz z rysunku B byłby jakimś zupełnie nietypowym rozwiązaniem pojedynczego wzmacnia-cza zasilanego niesymetrycznie, to rze-czywiście kondensator odcinający skła-dową stałą byłby konieczny. Przykładem takiego bardzo nietypowego rozwiązania jest schemat samooscylującego wzmac-niacza klasy D, pokazany na rysunku C, który został znaleziony gdzieś w odmę-tach Internetu, a jak się okazało, pocho-dzi z Elektora 5/1980 (potem w Elekto-rze 6/2009 ukazał się jeszcze prostszy układ z jedną kostką 4050 i dwoma MOSFET-ami: https://bit.ly/2X2mbHC).Jednak przy takim założeniu względem rysunku B nasuwają się dodatkowe wąt-pliwości i niejasności.

Druga klasa Szkoły Konstruktorów

Co tu nie gra? Zadanie 279

Co tu nie gra? Rozwiązanie zadania 274

Odpowiedź oznacz NieGra279_Nazwisko i nadeślij w terminie 60 dni od ukazania się tego numeru EdW. Podaj też od razu swój adres pocztowy, żebym nie musiał pytać, gdy przydzielę upominek. Możesz jeszcze przysłać rozwiązania zadania Nie-Gra z poprzedniego miesiąca. Uczestnicy konkursu otrzymują upominki, a najaktyw-niejsi uczestnicy są co rok nagradzani bez-płatnymi prenumeratami EdW lub innego wybranego czasopisma AVT.

R R R

R1

R2

C C C

U1

Rys. ANa rysunku A przedstawiony jest sche-mat prostego, popularnego układu.

Jak zwykle pytanie brzmi:Co tu nie gra?

Nawet gdy w układzie jest kilka usterek, możesz zgłosić tylko jedną. Bardzo pro-szę o możliwie krótkie odpowiedzi.

LF

+COUT

CF

SP

+Uzas

4

Wzmacniaczklasy DC2

1uF

IN

C1

1uF

GND

VCC

–

+

–

+

Rys. B

Rys. C

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 57

Szkoła Konstruktorów

Jeden z uczestników napisał, że kon-densator COUT „powinien być włączony odwrotnie i na dodatnim wyjściu”.

Inny uczestnik napisał, że „we wzmac-niaczu klasy D mamy przebieg impulso-wy o częstotliwości ponadakustycznej, wiec pojemność COUT może być bardzo mała i nie musi to być elektrolit”.

Jeżeli przy tym punkt wyjściowy ozna-czony znakiem minus byłby dołączony do masy, to biegunowość kondensatora byłby nieprawidłowa. Ale taka ewentual-ność jest bardzo mało prawdopo-dobna, ponieważ istnieje mnóstwo wzmacniaczy klasy D, które są zasilane napięciem pojedynczym. Są to jednak wzmacniacze mostko-we. Mają dwa tory, dwie końcówki mocy i dwa wyjścia, między które włączany jest głośnik. Bardzo czę-sto takie wzmacniacze mają też podwójne, symetryczne wejście. Przykładem mogą być popular-ne moduły z kostkami PAM8403 według rysunku D, a jeszcze bar-dziej PAM8610 z symetrycznymi wejściami – patrz rysunek E.

Takie wzmacniacze mostkowe nie wymagają włączania na wyj-ściu kondensatora odcinającego składową stałą.

Nie wymagają. Ale czy jest błędem dołączenie takiego kon-densatora „na wszelki wypadek”? A jeżeli błędem nie jest, to czy biegunowość ma znaczenie?

To jest bardzo ważny szcze-gół, na który zwrócił uwagę tylko jeden z uczestników.

Kwestia jest interesująca. Otóż w przypadku klasycznego, liniowe-go wzmacniacza mostkowego klasy AB dołączenie w szereg z głośni-kiem kondensatora nie jest błędem. Nie jest błędem ale jest niepotrzeb-ne. Zwiększa koszt, a niewiele, praktycznie nic nie daje.

Ściślej biorąc, spoczynkowe napięcie stałe na obu wyjściach wzmacniacza nie jest idealnie równe. Występuje tam napięcie niezrównoważenia.

Przykładowo takie wyjściowe napięcie niezrównoważenia popu-larnego wzmacniacza samochodo-wego TDA1554 wynosi według karty katalogowej maksymalnie 100mV, jak pokazuje rysunek F.Według tej karty katalogowej spo-czynkowy prąd pobierany przez wzmacniacz to typowo 80mA, mak-symalnie 160mA. Pomiędzy zaciski wyjścia włączony jest 4-omowy

głośnik, więc w najgorszym przypadku 100-miliwoltowego offsetu przez głośnik popłynie niepożądany prąd stały o warto-ści 25mA, który zwiększy prąd spoczyn-kowy (typ. 80mA) o nie więcej niż 32%. Obliczenia dotyczą największego możli-wego offsetu, w rzeczywistości zapewne będą znacznie mniejsze.Jednak tu ktoś mógłby twierdzić, że jednak można dodać na wyjściu „duży elektrolit”, żeby uniemożliwić przepływ takiego niepożądanego dodatkowego

prądu. Tak, jeśli komuś bardzo zależało-by na niezwiększaniu prądu spoczynko-wego, mógłby taki kondensator dodać, zwiększając koszt całego wzmacniacza o złotówkę lub dwie.

Co ważne, we wzmacniaczu most-kowym klasy AB biegunowość takiego kondensatora mogłaby być dowolna! Kondensatory elektrolityczne aluminiowe mogą bowiem prawidłowo pracować przy niewielkim napięciu stałym o „odwrotnej” biegunowości. A zgodnie z rysunkiem F,

na kondensatorze wystąpi napięcie stałe nie większe niż 100mV. Dlaczego więc nie dopuścić takiego kondensatora we wzmacniaczu klasy D?

W świetle przedstawionych właś-nie informacji, kondensator taki nie powinien przeszkadzać w pracy, a jego biegunowość nie miałaby znaczenia.

Na pozór tak, ale to była pułapka! A „odwrotna” biegunowość kondensa-tora COUT miała tylko odwrócić uwagę od podstawowego problemu.

Otóż we wzmacniaczu klasy D na wyjściu występuje ciąg silnych impul-sów prostokątnych o dużej amplitudzie. Obecność impulsów napięcia sama w sobie jeszcze nie jest problemem.

Pytanie brzmi: czy prąd wyjściowy wzmacniacza też ma charakter impul-sów o dużej częstotliwości, czy też prąd wyjściowy jest „gładki” i ma kształt przebiegu audio?

Podstawowym zadaniem filtru LF, CF jest spowodowanie, żeby na głośniku nie występowały impulsy napięcia ani prądu, żeby prąd głośnika miał kształt przebiegu audio. Po pierwsze, filtr ten nie realizuje tego w sposób doskonały. Po drugie, waż-nym elementem filtru jest kondensator CF. Uśrednia on napięcie na głośniku w ten sposób, że zwiera składowe o wysokich częstotliwościach. Te impulsy o często-tliwości ponadakustycznej płyną przez kondensator CF, a omijają głośnik, który też ma znacząca indukcyjność.

W kontekście układu z rysunku B ważne jest to, że między dwoma zaci-skami wyjściowymi niewątpliwie płyną impulsy prądowe. Nie płyną przez głośnik, tylko właśnie przez kon-densator CF.

Ich amplitudę i stromość zboczy ogranicza indukcyjność filtru LF, nie są to więc impulsy prostokątne, ale nie-wątpliwie przez kondensator elektro-lityczny COUT płyną dość silne impul-sy prądu o częstotliwości taktowania wzmacniacza, czyli co najmniej kilka-dziesiąt kiloherców.

Ciąg dalszy na stronie 65

Rys. D

Rys. E

Rys. F

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla WszystkichMaj 201958

W EdW 12/2018 przedstawione było zadanie Policz274 o treści: W angielskojęzycznym opisie instalacji akumulatorowego rezerwowego zasi-lania znaleźliśmy niejasną informację o przewodzie (fotografia B). Opis zawie-rał takie określenia jak: stranded, AWG, „hook-up wire” i liczbowe oznaczenia 100/35, 10. W ramach zadania Policz274 należało:- zaproponować dostępny w kraju

zamiennik dla tego przewodu.Zasadniczo zadanie było dość łatwe.

Tym bardziej, że w numerze grudniowym na stronie 36 zamieszczony był artykuł „Tajemnice AWG...”, gdzie można było znaleźć potrzebne informacje.

Określenia „hook-up wire” i stranded wskazywały niedwuznacznie, że chodzi o linkę, giętki przewód połączeniowy, montażowy. Oznaczenie 100/35 słusz-nie mogło skojarzyć się z liczbą żyłek w lince (100) i ich grubością (35AWG), dlatego liczbę 10 należało połączyć ze skrótem AWG.

Takie rozumowanie wskazywało, że chodzi o dość grubą linkę.

Przewód 10AWG według tabel ma przekrój 5,26mm2, wiec niewątpliwie najbliższym odpowiednikiem produko-wanym według standardów metrycznych jest linka o przekroju 6mm2.

I w zasadzie taki wniosek jest naj-prostszą odpowiedzią na pytanie posta-wione w zadaniu Policz274.W zadaniu były jednak dwa „haczyki”, które zauważyli najbardziej dociekliwi.

Oba były dość dobrze zakamuflowane. Osoby, które dokładnie przyjrzały się fotografii czerwonego przewodu upew-niły się, że niewątpliwie chodzi o prze-wód 10AWG, bo właśnie taki (biały) napis widać wyraźnie w kilku miej-scach na przewodzie. Jak najbardziej, ale można tam też zobaczyć inny napis, mianowicie: 200°C. Pokazane jest to

w powiększeniu na fotografi i C.

To mogło i powinno wzbu-dzić czujność. Otóż najpopu-larniejsze prze-wody nie są przeznaczone do pracy w aż tak wysokiej tempe-raturze +200°C. Takie oznacze-nie wskazuje, że chodzi o prze-

wód z izolacją bardziej odporną, niż typowa izolacja PCV. O tym za chwilę.

Drugim „haczykiem” była wzmianka w teści zadania, iż szukamy zamiennika przewodu niejasno opisanego w jakimś angielskojęzycznym źródle. Bliższa ana-liza doprowadziła kilku uczestników do słusznego wniosku, że angielskojęzyczny opis nie tylko był niejasny, ale zawierał pewien drobny błąd, który mógł utrudnić poszukiwania. Otóż w treści zadania były podane liczby 100/35, a prawidłową wartością powinno być 105/30. Foto-grafia B (i fotografia C) potwierdza, że niewątpliwie chodzi o przewód 10AWG, a w EdW 12/2018 na stronie 38 był zamieszczony rysunek 4, powtórzony tu jako rysunek D, gdzie można było znaleźć informacje o takim przewodzie (różowa podkładka).

Jeden z uczestników zbadał dogłęb-nie ten błąd. Skorzystał (...) z rysunku 2 ze strony 37, gdzie jest podane, że przewód 35AWG ma przekrój 0,016mm2, natomiast przewód 30AWG ma prze-krój 0,0509mm2. 100 żyłek 35AWG daje przekrój 1,6mm2 (100 x 0,016mm2), co jest błędne. Czeski błąd z zamianą piąt-ki wyjaśnia wszystko: nie 100/35, tylko 105/30, ponieważ 105 żyłek 30AWG daje przekrój 5,3445mm2 (105 x 0,0509mm2), czyli praktycznie tyle samo, co podawany w tabelach przekrój 10AWG = 5,26mm2. Wracamy do problemu wysokiej tem-peratury. Na przewodzie niewątpliwie umieszczony jest napis 200°C, a w kata-logach bez trudu można znaleźć infor-

Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów

Policz – zadanie 279

Policz – rozwiązanie zadania 274

+

+

12V

12V

I

I=0

R

masa 200kgnachylenie 30°

czas zjazdu 20 sekund

P=?Rys. AW związku z artykułem o silnikach (i prądnicach) PMDC (str. 48) chcemy mieć pojęcie o mocy przy hamowa-niu według rysunku A. Dla ułatwienia zakładamy teoretyczną sytuację idealną, bez żadnych strat, gdy wózek z instalacją 12V, o masie 200kg zjeżdża z pagór-ka o nachyleniu 30° i wysokości 30m. Aby wózek się zbytnio nie rozpędził, tak dobierzemy rezystancję hamującą R, żeby czas zjazdu wynosił 20 sekund (co da prędkość nieco ponad 10km/h).

W ramach zadania Policz279 należy:- obliczyć jaka powinna być obciążal-

ność (moc) rezystora „hamującego” R.- jaki byłby prąd ładowania przy

hamowaniu odzyskowym?Zapraszam do udziału zarówno elek-troników doświadczonych jak i począt-kujących, którzy jeszcze nie potrafią przeanalizować wszystkich subtelności układu. Z uwagi na specyfikę zadania proszę o podawanie swojego wieku oraz miejsca nauki czy pracy.

Odpowiedź nadeślij w terminie 60 dni od ukazania się tego numeru EdW. Tytuł e-maila powinien zawierać nazwę konkursu i numer zadania oraz Twoje nazwisko (Policz279_Nazwisko). Jeżeli chcesz uczestniczyć w podziale upominków, w e-mailu podaj od razu swój adres pocztowy. Możesz też jeszcze przysłać rozwiązania zadania NieGra278 z poprzedniego miesiąca.

Fot. B

Fot. C

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 59

Szkoła Konstruktorów

macje o zakresie temperatur popular-nych przewodów w izolacji polwinitowej (PCV). Rysunek E pokazuje fragment karty katalogowej popularnych linek LgY (H07V-K, 450/750V).

Jak widać, nie ma mowy o pracy w tem-peraturze 200°C, bo nawet w awaryjnych warunkach zwarcia maksymalna dopusz-czalna temperatura żyły to +160°C, a maksymalna temperatura otoczenia

podczas pracy to –30°C...+70°C.Dobierając zamiennik, wypada-

łoby zainteresować się przewodami o izolacji nazywanej silikonową. Powszechnie wiadomo, że izolacja z gumy silikonowej jest dużo bar-dziej odporna na skrajne temperatury: w niskich nie twardnieje i nie pęka, a w wysokich nie mięknie i nie topi się, jak izolacja PCV i pokrewne. Przewody w izolacji silikonowej są też odporne na szereg substancji che-micznych.

Rysunek F pokazuje fragmen-ty katalogu Bitner, dotyczące linki LGs w izolacji z gumy silikonowej. Tu zakres temperatur pracy sięga +180°C, a krótkotrwale do +220°C.

Z treści zadania wynika, że przewód ma pracować w instalacji rezerwowe-go zasilania akumulato-rowego, wiec wystarczy cieńsza izolacja i wersja LGs 300/500V 6mm2. Na rysunku F uwagę zwra-ca parametr: Minimalny promień gięcia, równy 15 średnicom kabla.

Tu w grę wchodzi kolejna kwestia, istotna w niektórych zastosowaniach. Nie ulega wątpliwości, że przewód z pojedynczą żyłą (drutem) jest sztywny. Linka, która składa się z wielu cienkich żyłek, jest bardziej giętka. Czym więcej żyłek, tym bardziej giętka jest linka. Garść szczegółów zawarta jest na rysun-ku G. Do tego dochodzi sztywność izolacji. Izolacja z gumy silikonowej jest miękka, więc taki przewód może być w sumie zaskakująco miękki i giętki. Cecha ta ma znaczenie tam, gdzie prze-wód jest ruchomy i podlega zginaniu.

Cieszymy się, że według warun-ków zadania Policz274 znaleźliśmy dość dokładny odpowiednik przewodu z fotografi i B. Jak najbardziej, tylko jeżeli ma on pracować w instalacji akumulatorowego rezerwowego zasila-nia, to można się zastanawiać, czy tam naprawdę niezbędny jest przewód z izo-lacją silikonową i na ile znaczenie ma jego miękkość? Czy narażony będzie na wysokie temperatury i promienio-wanie UV? Czy będzie sie bardzo grzał pod wpływem płynącego prądu? To byłby poważny błąd i należałoby zwiększyć przekrój. W przedstawio-nym zastosowania wewnątrz budynku prawdopodobnie wystarczy „zwykła” linka LGY, a do układania na stałe wystarczy drut DY o przekroju 6mm2. Instalacja zewnętrzna powinna być wykonana przewodem zapewniającym trwałość. Dwóch uczestników zapro-ponowało linkę HELUKABEL 713569 SOLARFLEX®-X:

https://bit.ly/2UdzyDlWszystkie nadesłane odpowiedzi mogłem uznać za poprawne. Szczególne gratulacje należą się tym uczestnikom, którzy zwrócili uwagę na omówione właśnie dodatkowe szczegóły.

Nagrody-upominki za zadanie Policz274 otrzymują:Ryszard Magdycz – Wrocław,Adam Kalisz – Ruda,Daniel Turbasa – Kraków.Wszystkich uczestników dopisuję do listy kandydatów na bezpłatne prenu-meraty.

Piotr Górecki

AWG Budowa

n x AWGBudowa

metryczniePrzekrój

mm² mm

om/km

AWG Budowa

n x AWGBudowa

metryczniePrzekrój

mm² mm

om/km24 drut drut 0,205 0,511 89,424 7/32 7 x 0,203 0,227 0,610 76,424 10/34 10 x 0,160 0,201 0,582 85,624 19/36 19 x 0,127 0,241 0,610 69,224 41/40 41 x 0,078 0,196 0,582 84,022 drut drut 0,324 0,643 55,322 7/30 7 x 0,254 0,355 0,762 48,422 19/34 19 x 0,160 0,382 0,787 45,122 26/36 26 x 0,127 0,330 0,762 52,320 drut drut 0,519 0,813 34,620 7/28 7 x 0,320 0,562 0,965 33,820 10/30 10 x 0,254 0,507 0,889 33,920 19/32 19 x 0,203 0,615 0,940 28,320 26/34 26 x 0,160 0,523 0,914 33,020 41/36 41 x 0,127 0,520 0,914 32,918 drut drut 0,823 1,020 21,818 7/26 7 x 0,404 0,897 1,219 19,218 16/30 16 x 0,254 0,811 1,194 21,318 19/30 19 x 0,254 0,963 1,245 17,918 41/34 41 x 0,160 0,824 1,194 20,918 65/36 65 x 0,127 0,823 1,194 21,0

16 drut drut 1,310 1,290 13,716 7/24 7 x 0,511 1,440 1,524 12,016 65/34 65 x 0,160 1,310 1,499 13,216 26/30 26 x 0,254 0,317 1,499 13,116 19/29 19 x 0,287 1,229 1,473 14,016 105/36 105 x 0,127 1,330 1,499 13,114 drut drut 2,080 1,630 8,614 7/22 7 x 0,643 2,238 1,854 7,614 19/27 19 x 0,361 1,945 1,854 8,914 41/30 41 x 0,254 2,078 1,854 8,314 105/34 105 x 0,160 2,111 1,854 8,212 drut drut 3,31 2,05 5,412 7/20 7 x 0,813 3,63 2,438 4,812 19/25 19 x 0,455 3,09 2,369 5,612 65/30 65 x 0,254 3,292 2,413 5,712 165/34 165 x 0,160 3,316 2,413 5,210 drut drut 5,26 2,59 3,410 37/26 37 x 0,404 4,74 2,921 3,610 49/27 49 x 0,363 5,068 2,946 3,610 105/30 105 x 0,254 5,317 2,946 3,28 49/25 49 x 0,455 7,963 3,734 2,28 133/29 133 x 0,287 8,604 3,734 2,0

H07V-K, LgY 450/750 V

Izolacja PVC miedziana 5 (linka)

12

cie znamionowe 450/750 Vcie prób 2,5 kV

Najw a dopuszczalna temp przewodz cej +70 °C

Temperatura pra - zakres

Najw a dopuszczalna tempprzewodz cej w warunkach zwarcia

H07V-K: +5 °CLgY: -5 °C

-35 °Cto-zielon , ,

zow , czarn , czerwon ,

+160 °C

od -30 do +70 °C

k Przekrój[mm2] Klasa 2 Klasa 5 Klasa 6

0,14 ~18 x 0,1 ~18 x 0,10,25 ~14 x 0,15 ~32 x 0,10,34 ~19 x 0,15 ~42 x 0,10,5 7 x 0,3 ~16 x 0,2 ~28 x 0,150,75 7 x 0,37 ~24 x 0,2 ~42 x 0,15

1 7 x 0,43 ~32 x 0,2 ~56 x 0,151,5 7 x 0,52 ~30 x 0,25 ~84 x 0,152,5 7 x 0,67 ~50 x 0,25 ~140 x 0,154 7 x 0,85 ~56 x 0,3 ~224 x 0,156 7 x 1,05 ~84 x 0,3 ~192 x 0,210 7 x 1,35 ~80 x 0,4 ~320 x 0,216 7 x 1,70 ~128 x 0,4 ~512 x 0,2

W polsk (PN) jak i zynaro owy (IEC) rozró ery k kklasy 1 i 2 y kabli i przew ów uk na e, klasy 5 i 6 y przew ów rników my i prz ny

Norma PN-EN 60228 okr kilka klas gKlasa wykonane jako zy

w k rz zony o eKlasa owe prz zony

uk e we g kie bar zo g kie owe

LGs LGs LGs

y miedzian wielodrutow ocynowan /odporno

PRZEWODY SILIKONOWEJ

Parametry

T y

Napi

Napi

gi cia

°C

°C

V

V

+180°C

300/500450/750

5000

Jednostka

: :Przekrój Przekrójrednica

zewn trznarednica

zewn trzna2 2

2,952,55

3,22,80

3,923,52

4,654,25

5,24,9

6,556,15

1,01,0

1,51,5

2,52,5

44

66

1010

[mm] [mm]

-60°C do +180°C/krótkotrwale/ +220°C

Rys. D

Rys. E

Rys. F

Rys. G

Elektronika 2000

Elektronika dla WszystkichMaj 201960

Do czego to służy?Zjawiska dźwiękowe wywołane stana-mi nieustalonymi przy włączaniu i wy-łączaniu wzmacniacza akustycznego są uciążliwe nie tylko dla słuchaczy, ale przede wszystkim dla dołączonych do wyjścia wzmacniacza przetworników (głośników, słuchawek). Takie udary, choć nie zawsze muszą być przyczyną uszkodzenia przetworników, na pew-no przyczyniają się do skrócenia czasu ich eksploatacji. Ideowo proste zadanie zapobiegania takim trzaskom sprowa-dza się do dołączenia przetworników (głośników, słuchawek) po chwili (sto-sownym opóźnieniu) od włączenia za-silania wzmacniacza i jak najszybszym ich odłączeniu po wyłączeniu zasilania. Scalone układy wzmacniaczy mocy zwykle są wyposażone w wejście ste-rujące umożliwiające „ciche” włączanie i wyłączanie. Przy budowie końcówek mocy z wykorzystaniem wzmacnia-czy operacyjnych i/lub tranzystorów tłumienie stanów nieustalonych meto-dami elektronicznymi jest stosunkowo trudne i nie zawsze możliwe. Obwody takie (nie mogą pogarszać parametrów wzmacniacza) w dużej mierze zależą od topologi wzmacniacza, tj. od „rozmiesz-czenia” w nim źródeł i luster prądowych i ładowanych przez nie pojemności. Pętle sprzężeń zwrotnych (lokalne, glo-balne) również nie ułatwiają zadania.

Nie zawsze da się włączyć, wyłą-czyć kluczowe źródło prądowe bez generowania skoku napięcia na wyjściu wzmacniacza. Potrzebne są wtedy obwody cichego włącza-nia/wyłączania ingerujące w kilku miejscach wzmacniacza naraz, co przekłada się na ich skomplikowa-nie, przewyższające komplikację układową samego wzmacniacza mocy. Najprostszym i przy tym dość uniwersalnym rozwiązaniem jest zastosowanie sterowanego elektronicznie przekaźnika (elementu elektromechanicznego) jako elemen-tu dołączającego obciążenie do wyjść wzmacniacza. Prezentowany prosty układ z przekaźnikiem jest przeznaczo-ny do zastosowania we wzmacniaczach słuchawkowych, gdzie dostępne jest sta-bilizowane napięcie zasilające.

Jak to działa?Schemat układu widoczny jest na rysun-ku 1. W roli elementu włączającego prze-kaźnik mógłby być zastosowany tran-zystor NPN o dużym wzmocnieniu np. darlington. Jednak zastosowanie układu TL431 w aplikacji komparatora umoż-liwia dwustanową sygnalizację optycz-ną (dwie intensywności świecenia LED D1, która pełni funkcję wskaźnika zasi-lania układu) stanu układu. Na rysun-

ku 2 widoczne są kluczowe przebiegi w układzie, gdy jest podłączony do wzmacniacza według rysun-ku 3. Po włą-czeniu zasilania w z m a c n i a c z a napięcie UCC

stromo narasta. Suma napięć UF D1 oraz UZ D3 jest tak dobrana, że do napięcia mniejszego o około 2V od nominalnego UCC=15V (dla którego są wyliczone wartości elementów na schemacie) D4 jest spolaryzowana przepustowo, kon-

Prosta realizacja układu wyciszają-cego „stuki” w słuchawkach powsta-łe na skutek stanów nieustalonych wzmacniacza przy jego włączaniu

i wyłączaniu.

Eliminator trzasków Eliminator trzasków do wzmacniacza do wzmacniacza słuchawkowegosłuchawkowego

Rys. 1

Rys. 3

Rys. 2

32443244

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 61

Elektronika 2000

densator C1 nie jest ładowany przez R1. Większe UCC powoduje polaryzację zaporową D4 uniemożliwiając rozłado-wywanie C1, który jest wolno ładowany przez R1. Wartość pojemności C1 i re-zystancji R1 wyznaczają opóźnienie, po jakim wyjścia wzmacniacza zostaną do-łączone do słuchawek. Zwłoka trwa, do-póki napięcie na C1 jest mniejsze od war-tości napięcia referencyjnego UREF koń-cówki referencyjnej (1) U1 (UREF=2,49V, odpowiednik UBE w tranzystorze NPN). Przez czas opóźnienia napięcie na kato-dzie (3) U1 jest zbliżone do napięcia za-silania pomniejszonego o spadek napię-cia (1V) na rezygnacji cewki przekaźnika (1kΩ). Można przyjąć że U1 jest zatkany, podobnie jak tranzystor NPN, z tą różni-cą, że do katody wpływa niewielki prąd zasilający przez cewkę przekaźnika PK1. Fakt że podczas opóźnienia prąd zasilają-cy U1 jest mniejszy niż zalecany w nocie

katalogowej TL431 prąd minimalny moż-na pominąć, ponie-waż nie powoduje to błędnego działania układu. Prąd wyzna-czany głównie przez UZ D3 i R3 (2mA) powoduje, że LED D1 świeci z małą in-tensywnością, syg-nalizując zasilanie układu i wyciszenie wyjścia wzmacnia-cza. Gdy napięcie na C1 osiągnie war-tość progową U1 (UREF=2,49V), ten zadziała jak tranzy-stor NPN o napięciu nasycenia zbliżonym do USAT=2V. Włączo-ny zostaje przekaźnik PK1, dołączając wyj-ścia wzmacniacza do gniazda wyjściowego J1 (do podłączonych do J1 słuchawek). Jednocześnie wzra-

sta prąd płynący przez LED D1 (7mA), zwięk-szając intensywność jej świecenia, co sygnali-zuje gotowość wzmac-niacza do odsłuchu. Po wyłączeniu zasilania

wzmacniacza UCC spada z szybkością zależną od pojemności kondensatorów fi ltrujących dodatnią szynę zasilania i prądu z niej pobieranego. Spadek na-pięcia UCC o 2V od nominalnego 15V

powoduje polaryzację przepustową D4. Kondensator C1 zostanie szybko rozła-dowany przez R3 i napięcie na końcówce referencyjnej U1 spadnie poniżej progu przełączania. Tym samym U1 wyłączy przekaźnik PK1, odłączając słuchawki od wyjść wzmacniacza. Przykre efekty towarzyszące wyłączaniu wzmacniacza (występujące przy dużo większym niż 2V spadku napięcia UCC zasilającego wzmacniacz) nie będą słyszalne. Rolą D2 jest ochrona U1 przed indukowanymi w cewce przekaźnika napięciami w mo-mencie jego wyłączania.

Montaż i uruchomienieMozaika obwodu drukowanego widocz-na jest na rysunku 4. Montaż elementów jest typowy. Czas, po którym zostaną dołączone słuchawki do wyjść wzmac-niacza, można ustalić (w szerokich gra-nicach), dobierając wartość R1.

Dla wartości R1 jak na schemacie wy-nosi on ok 2,5s. Oczywiście wyboru war-tości R1 należy dokonać przed montażem gniazda J1, które trzeba montować jako ostatnie, po uruchomieniu układu. Do-łączenie układu do wzmacniacza należy przeprowadzić, jak pokazuje wcześniej-szy rysunek 3.

Przy okablowaniu trzeba zwrócić uwagę na rozdzielone prowadzenie mas sygnałowej i zasilania. Ekrany przewo-dów sygnałowych (T, R) powinny być dołączone w jednym punkcie masy, tj. przy wzmacniaczu lub przy gnieździe J1. Masy zasilania O1 i sygnałową do styku (S) gniazda J1 należy poprowadzić od-dzielnymi przewodami z odpowiednich punktów we wzmacniaczu. Podana w wy-kazie elementów średnica LED D1 odno-si sie do elementu montowanego na PCB. Oczywiście przy montażu D1 na panelu czołowym (z użyciem przewodów) jej średnica i kształt mogą być dowolne.

Gdy wartość napięcia UCC we wzmacniaczu jest inna niż 15V (jednak nie większa niż maksymalne napięcie UKA<=36V U1), należy zmienić D3 na taką o napięciu Zenera zapewniającym prawidłowe działanie układu. W takim przypadku również typ przekaźnika PK1 powinien być odpowiednio dobra-ny (napięcie pracy cewki) do napięcia ULPK=UCC-U1SAT(2V). Przy innej war-tości UCC może być potrzebna korek-ta prądu D1 (intensywności świecenia) przez dobór wartości R2.

Cyprian Kamil Kowalskic4v2@o2.pl

R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1kR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,2kR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10uF/25V tantalD1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LED zielona ø3mmD2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9V1D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BAT42U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TL431J1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TRS6,3mmPK1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przekaźnik (12V) AZ822

Wykaz elementów

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny w Sklepie AVT jako zestaw AVT3244

Rys. 4

Elektronika 2000

Elektronika dla WszystkichMaj 201962

Samodzielnie zbudowany wzmacniacz lub regulator głośności można rozbudo-wać o elegancki selektor źródeł sygnału. Znacznie poprawi to ich funkcjonalność!

Do czego to służy?Układ ten służy do wyboru jednego z czterech źródeł sygnału audio stereo. Ma wbudowane złącza RCA. Wyjście wybranego sygnału dostępne jest na pią-tym złączu RCA oraz kostce zaciskowej, do której można dołączyć przewody pro-wadzące w głąb obudowy.

Jak to działa?Schemat ideowy można zobaczyć na ry-sunku 1. Składa się z czterech jednako-wych bloków zawierających przekaźnik oraz jego otoczenie.

Każdy przekaźnik jest sterowany za pośrednictwem tranzystora. Podanie na-pięcia stałego na odpowiednie wyprowa-dzenie złącza J7 wprowadza dany tran-zystor w nasycenie, przez co przekaźnik załącza się, dołączając dane źródło do wyjścia selektora. Prąd bazy ogra-niczają rezystory 3,3kΩ. Rezystor 10kΩ przynależący do danego wej-ścia (R11, R13, R15 oraz R17) utrzy-

muje dany tranzystor w stanie zatkania po zaniku napięcia nim sterującego.

Wartości rezystorów redukujących prądy baz tranzystorów zostały tak do-brane, aby układ reagował prawidłowo na sygnały sterujące o napięciu 1,8V lub więcej. Z kolei największe napięcie, jakie można podać na wejścia sterujące jest rzędu 24V. Daje to dużą swobodę w doborze układu sterującego, którym najczęściej jest mikrokontroler.

Niektóre źródła sygnału (np. mają-ce na wyjściu kondensatory szeregowe, które nie są prawidłowo spolaryzowane) źle pracują, kiedy ich wyjście jest nieob-ciążone. Aby temu zapobiec, styki NC przekaźników przełączają nieużywane wejście do rezystorów R1–R8. Można tych rezystorów nie montować.

Z tego samego powodu zostało prze-widziane miejsce na rezystory R9 i R10. Ich rolą jest obciążenie aktualnie wy-

branego źródła oraz ściągnięcie wyjścia selektora do masy w momencie przełą-czania się przekaźników, co zapobiega

brzydkiemu stukowi w głośnikach. Jeżeli za selektorem znajduje

się obwód o ustalonej rezystancji wejścio-wej (np. potencjo-metr), ich stosowanie nie jest konieczne.

Na płytce znalazła się zworka JP1, któ-ra służy do połącze-nia mas: sygnałowej i sterującej. Niekiedy takie połączenie jest potrzebne, aby ogra-niczyć poziom prze-

SelektorSelektorwejść audiowejść audio

Rys. 1

Rys. 2

32403240

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 63

Elektronika 2000

nikających do sygnału zakłóceń. Czasem znaj-duje się ono w innym miejscu układu, a cza-sem jest w ogóle zbęd-ne, dlatego można do-konać wyboru zwykłą zworką.

Montaż i uruchomienieUkład został zmonto-wany na jednostron-nej płytce druko-wanej o wymiarach 120x55mm, której wzór ścieżek oraz sche-mat montażowy przed-stawia rysunek 2.

Przed przystąpie-niem do montażu ele-mentów (polecam za-cząć od rezystorów), należy w płytkę wluto-wać cztery małe zwor-ki z drutu. Znajdują się one nieopodal przekaź-ników. Pozostałe elementy można już montować w dowolnej kolejności.

Prawidłowo zmontowany układ nie wymaga żadnych czynności uruchomie-niowych i jest od razu gotowy do pracy. Na wyprowadzenia złącza J7 opisane jako +12V i GND należy podać napięcie zasilające. Pozostałe cztery wyprowadze-nia włączają odpowiednie przekaźniki:1 – K1, 2 – K2 itd.

Rysunek 3 przedstawia roz-mieszczenie złą-czy RCA oraz otworów monta-żowych na płyt-ce. Ułatwi to wy-konanie otworów w obudowie.

W złączu J6 zacisk oznaczony jako 1 (bliżej ot-

woru montażowego) prowadzi do dolne-go gniazda RCA (białe), a 2 do górnego (czerwone).

Pobór prądu ze źródła zasilającego 12V przy wyłączonych przekaźnikach jest niemal zerowy. Po załączeniu jed-nego z przekaźników osiąga wartość ok. 17mA. Z kolei pobór prądu przez wejście sterujące zależy od napięcia do niego przyłożonego: przy 1,8V będzie to ok.

0,5mA, przy 5V ok. 1,8mA, a przy 24V ok. 9,5mA.

Michał Kurzelamichal.kurzela@ep.com.pl

R1-R10 . . . . . . . . . . . . . . . . . 10k (opis w tekście)R11, R13, R15, R17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10kR12, R14, R16, R18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,3kC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100nFC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220μF/25VD1-D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1N4148T1-T4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BC548CJ1-J5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . RCA_PIONJ6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ARK3 5mmJ7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . goldpin 6pin 2,54mmJP1 . . . . . . . . . . . . goldpin 2pin 2,54mm + zworkaK1-K4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . JRC27F/12 SDrut na zwory

Wykaz elementów

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny w Sklepie AVT jako zestaw AVT3240

Rys. 3Skala 70 %

Ciąg dalszy ze strony 47

Osiągnęliśmy dziś bardzo ważny etap: z biernych użytkowników bibliotecznych

gotowców stając się twórcami! To na-prawdę ogromny sukces! Jednak daleko nam jeszcze do pełnego wykorzystania potencjału tkwiącego w modularyzacji,

więc w ko-lejnym od-c i n k u o m ó w i m y szczegóło-wo następ-ne bardzo silne na-rzędzie – parametry-zację kom-ponentów. Uzbrojeni w tę wie-dzę wró-cimy do p o z n a w a -

nia kolejnych tajników sprzętowych układów 5LP. Gdyby jednak Czytelnik chciał wy-przedzić plan n i n i e j s z e g o cyklu i samo-dzielnie zgłę-bić tematykę komponentów na poziomie z a a w a n s o -wanym, to oprócz pro-jektu demon-s t r a c y j n e g o w materiałach na Elportalu umieściłem PSoC_Creator_Component_Author_Guide.pdf.

Piotr Wyderskipiotr.wyderski@gmail.com

Rys. 11

Projektowanie

Elektronika dla WszystkichMaj 201964

Biblioteki symboli grafi cznych elemen-tów są w LTspice bardzo ubogie. Dlate-go w czwartej części artykułu omówimy samodzielne tworzenie symboli elemen-tów. Generalna wskazówka jest taka: warto wykorzystywać (modyfi kować, kopiować) całe elementy lub ich frag-menty z istniejących plików .asy. Ale oczywiście można też tworzyć symbole elementów od zera.Spróbujmy stworzyć symbol przycisku. Z menu wybieramy: File – NewSymbol. Na ekranie mamy siatkę oraz „krzyżyk z kółkiem”, który jest dla tego elementu punktem zerowym, punktem odniesienia. Możemy rysować...

Tylko w jakiej skali?No właśnie, znów jest kłopot ze skalą, ale możemy na wcześniejszych rysun-kach sprawdzić, że „długość rezystora” to pięć oczek siatki (czyli 80 jednostek), a kondensatorów: cztery oczka (czyli 64 jednostki). Rozsądne jest, by przy-cisk miał podobną wielkość jak rezystor. Za pomocą klawiszy L (linia) i C (kółko – circle) możemy określić wygląd ele-mentu. Do rysowania kółek (elips) trze-ba się przyzwyczaić, a po narysowaniu można dowolnie zmienić kształt za po-mocą F8, chwytając za czerwone kółecz-ka. Podobnie jest z rysowaniem łuków – fragmentów okręgu (klawisz A): dwa kliknięcia myszki określają elipsę/okręg, trzecie kliknięcie pokazuje, gdzie ma się zaczynać widoczna część łuku, a czwarte kliknięcie kończy rysowanie. Też można potem wszystko zmienić, przeciągając czerwone kółeczka z użyciem F8. Warto pamiętać, że po naciśnięciu F7 albo F8 i wybraniu obiektu można go też obracać (Ctrl+R) i odbijać (Ctrl+E). Podczas rysowania elementu mamy w zasadzie pełną dowolność: cztery przykładowe możliwości pokazane są na rysunku 1. Trzeba jednak kluczowe linie zaczynać w oczkach siatki, bo potem na schemacie nie da się do nich dociągnąć linii.

Jeśli chcesz zobaczyć, jak to będzie się prezentować na schemacie, zapisz sym-bol jako plik, np. przycisk.asy, koniecz-nie w „bibliotecznym” katalogu Do-kumenty – LtspiceXVII\lib\sym\ (może być potrzebne ponowne uruchomienie LTspice). Po „przymiarkach” wybierz jedną z wersji i skasuj pozostałe. Aby na schemacie taki element miał oznaczenie (numer), wprowadź je w tabelce, która pokaże się po naciśnięciu Ctrl+A (Edit – Attributes). Ja wpisałem S w polu Prefi x, dodałem polski opis (Description) i wstępnie wpisałem wartość: przy-cisk, jak pokazuje rysunek 2.

Niestety, tak dodane atrybuty nie będą widoczne na schemacie. Aby to zmienić, należy nacisnąć Ctrl+W (Edit – Attributes – Attribu-tes Window) i w otwartym oknie klik-nąć – zaznaczyć jeden z atrybutów,

jak na rysunku 3. Kliknięcie OK spowo-duje pojawienie się na ekranie oznaczenia S z trzema literkami nnn (na trzycyfrową liczbę – numer) i napis ten można umieścić w dowolnej pozycji względem symbolu. Przykład na rysunku 4. Kolejne naciśnię-cie Ctrl+W pozwoli zaznaczyć, uczynić widocznym i umieścić na rysunku kolejny napis. W przypadku symbolu przycisku nie bardzo ma sens widoczność pola Value – wartość, co jest absolutnie niezbędne przy innych elementach.

W zasadzie mamy element zdefi niowa-ny, ale wielkość liter/cyfr byłaby za mała. Dlatego trzeba jeszcze kliknąć prawym przyciskiem myszki na atrybucie – napi-sie, by otworzyć okienko, gdzie zgodnie z wcześniejszymi ustawieniami trzeba zwiększyć wielkość napisu (Font Size) do domyślnej 1,5 – rysunek 5.

Element należy zapisać i będzie on do-stępny w bibliotece (potrzebny może być tylko restart LTspice). Po umieszczeniu na schemacie tak stworzony element będzie wyglądał jak na rysunku 6. Element jest pełnowartościowy w tym sensie, że ma też „właściwości elektryczne”, a konkretnie

Rys. 1

część 4

R110k

R210k

R310k R4

10k

R510k

C110n

Q1PNP

Q2PNP

Q3NPN

V1

9

R210k

R310k

R410k R5

10k

R610k

C210n

Q1PNP

Q2PNP

Q3NPN

V1

9

R110k

R210k

R310k R4

10k

R510k

C110n

Q1PNP

Q2PNP

Q3NPN

V1

9

R110k

R210k

R310k R4

10k

R510k

C1

10n

Q1PNP

Q2PNP

Q3NPN

V1

9V

R110k

C110n

Q3NPN

R2R10k

R610k

C210n

Q3NPN

R110k

R510k

C1

10nQ3NPNLTspice łagodnie,LTspice łagodnie,

ale po barbarzyńskuale po barbarzyńsku

Rys. 2

Rys. 3 Rys. 4

Rys. 5

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 65

Projektowanie

piny. Jednak aby go ewentualnie wykorzy-stać do symulacji, trzeba jeszcze wskazać na jego „właściwości symulacyjne”, co jest odrębnym, szerokim zagadnieniem, wykraczającym poza zakres „barbarzyń-skiego” wykorzystania LTspice. Widocz-ność i wielkość poszczególnych atrybutów – napisów elementów (symboli) można też zmieniać później na schemacie, naciskając Ctrl i klikając prawym przyciskiem mysz-ki na elemencie (lub na napisie – symbolu), co otworzy okno jak na rysunku 7.

Oprócz widocznych atrybutów, symbol elementu może zawierać tekst, wstawiany po naciśnięciu klawisza T. O ile atrybu-ty można edytować na schemacie, tekst w symbolu, wstawiony klawiszem T, jest niezmienny i stanowi stałą część symbolu.

Informacje podane w tym i poprzednim odcinku pozwalają dostosować wygląd symboli LTspice do „stylu EdW”. Poświę-ciłem trochę czasu, żeby zmodyfi kować wygląd niektórych popularnych elemen-tów. Efekt pokazuje rysunek 8. Symbole te w postaci plików .asy są dostępne w El-portalu, zarówno wśród materiałów dodat-kowych do tego numeru, jak też na stronie ze wskazówkami dla osób piszących dla EdW (https://elportal.pl/zostan-wspo-lautorem-elektroniki-dla-wszystkich/). A jeżeli Ty analogicznie zmodyfi kujesz

elementy, możesz przysłać je do redakcji (edw@elportal.pl) – udostępnimy je w El-portalu innym Czytelnikom.W przedstawionym czteroodcinkowym ar-tykule zawartych jest wiele szczegółowych informacji, które mogą z czasem ulecieć z pamięci. Aby przypomnieć to, co najważ-niejsze, w nastepnym numerze EdW za-

mieszczona zostanie skrócona „ ściągaw-ka”, którą można skserować lub wyciąć i zawsze mieć pod ręką.

Jeżeli ktoś zechce wykorzystać LTspi-ce do tworzenia i drukowania w ten spo-sób ładnych schematów, musi liczyć się z koniecznością stworzenia wielu nowych symboli. Jest to niezbedne z uwagi na nie-wielką liczbę elementów w istniejących bibliotekach. Na szczęście tworzenie sym-boli jest bardzo łatwe.

Na pomysł poprawiania wyglądu sche-matów z LTspice wpadli też autorzy stronyhttp://reaylabs.com/tools/SchematicVie-wer/SchematicViewer.html#Warto wstawić tam swój schemat i spraw-dzić efekt. A w EdW w niedalekiej przy-szłości planowana jest seria artykułów, prezentujących główną funkcjonalność LTspice, czyli symulację.

Piotr Górecki

L1L

X1D1

D

J1NJF

M1NMOS

J2PJF

M2NMOS

D2

D

C1

C

U1

Q1PNP

Q2

NPN

V1

V

C2

C

IN

GND

OUTU5 stab

Rys. 6

Rys. 7

Rys. 8

Ciąg dalszy ze strony 57We współczesnych wzmacniaczach klasy D impulsy te zawsze mają częstotliwość ponad 300kHz, często powyżej 1MHz.

I te impulsy prądu płyną przez zastęp-czą rezystancję szeregową ESR kondensa-tora elektrolitycznego COUT. A jak wiado-mo, w kondensatorach elektrolitycznych, zwłaszcza aluminiowych, rezystancja ta jest stosunkowo duża. Co gorsze może ona rosnąć wraz ze wzrostem częstotliwości, bo nie jest to „klasyczna rezystancja”, tylko rezystancja zastępcza, reprezentująca straty różnego pochodzenia.

Przepływ impulsów prądu o często-tliwości co najmniej setek kiloherców przez rezystancję ESR takiego elektro-litycznego kondensatora wyjściowego spowoduje wydzielanie w nim znacz-nej mocy strat, co będzie powodowało wzrost temperatury i znaczne skracanie trwałości tego kondensatora.

Choćby tylko z uwagi na impulsy na wyjściu wzmacniacza klasy D, już sam fakt włączenia „elektrolita” według rysunku B, niezależnie od jego bieguno-wości, jest ewidentnym błędem!Jeśli jednak ktoś miałby niepohamo-waną chęć by odciąć niewielką skła-dową stałą na wyjściu wzmacniacza

i wyeliminować przepływ prądu stałe-go przez głośnik, mógłby ewentualnie włączyć taki kondensator „za filtrem”, w szereg z głośnikiem według rysunku G. (porównaj też rysunek C). Wersję z kondensatorem, ale we wzmacnia-czu pojedynczym, można też znaleźć w materiałach Maxim Integrated: https://bit.ly/2IfSdwA.

Jednak takiej propozycji dla wzmac-niacza mostkowego najprawdopodob-niej nie znajdziemy w żadnym katalogu, ani w firmowych układach aplikacyj-

nych wzmacniaczy klasy D. Choćby z uwagi na mizerny efekt. Przykładowo dla popularnej kostki PAM8610 katalog podaje typową wartość spoczynkowe-go prądu zasilania 20mA (maksymalnie 30mA) oraz typową wartość wyjściowe-go napięcia niezrównoważenia 30mV. Przy głośniku 8-omowym daje to wzrost prądu spoczynkowego o mniej niż 4mA, czyli mniej niż 20%.

Naprawdę nie ma o co walczyć!Zadanie NieGra274 wzbudziło duże zainteresowanie, ale dla niektórych uczestników okazało się trudne z uwagi na brak wiedzy o wzmacniaczach klasy D i szczegółach ich działania. Niewąt-pliwie wiele zaskakujących informacji przyniesie nowy cykl dotyczący wzmac-niaczy audio klasy D, którego pierwszy odcinek zamieszczony jest w tym nume-rze na stronie 42.

Nagrody-upominki za zadanie Nie-Gra274 otrzymują:Maciej Skrodzewicz – Szczecin,Marcin Wójcik – Kraków,Jan B. – Piotrków Tryb.Wszystkich uczestników dopisuję do listy kandydatów na bezpłatne prenu-meraty.

Piotr Górecki

LF +COUT

CF

SP

LF +COUT

CF

SP

dowolna

+Uzas

4

Wzmacniaczklasy DIN

GND

VCC

–

+

–

+

+Uzas

4

Wzmacniaczklasy DIN

GND

VCC

–

+

–

+

Rys. G

Różne

Elektronika dla WszystkichMaj 201966

Ośmiobitowego komputerka CA80 (fotografi a 1) przedstawiać Czytelni-kom raczej nie muszę, pojawiał się już wcześniej jako ciekawostka wzmianko-wana w Poczcie EdW. Ta oparta na jed-nostce centralnej Zilog Z80 konstrukcja zyskała w ostatnich latach status kulto-wej i w kręgach wielbicieli komputerów retro jest równie wartościowa jak żywe okazy C64, ZX Spectrum czy małego Atari. Jest też (to moja osobista opinia) najlepiej udokumentowanym polskim zestawem do samodzielnego monta-żu, a fakt, że opracowano współczesną wersję płyty głównej tego komputerka, świadczy dobitne o tym, że przetrwał on próbę czasu i dalej ma grono wier-nych użytkowników. Moje egzemplarze CA80 pochodzą z różnych lat i choć wiekowe, to dalej wytrwale pomagają w różnych warsztatowych zajęciach, szczególnie gdy potrzeba mi programo-walnego sterownika do czasem ryzy-kownych eksperymentów.

Dalsza treść to nieco uporządkowane notatki, które powstały na okazję mini-projektu, jaki całkiem niedawno przypadł mi w udziale. Zadanie polegało na opra-cowaniu sposobu zdalnego pobudzania klawiatury w pewnym przemysłowym sterowniku. Tak dokładnie to urządzenie miało myśleć, że guziki na panelu opera-torskim wciska mu człowiek, całość mia-ła być łatwo sterowalna z poziomu kom-putera PC. Rozwiązań takiego problemu jest kilka. Możemy symulować zwarcie styków klawiatury elementami elektro-nicznymi typu transoptory czy elektro-mechanicznie np. przekaźniczkami lub kontaktronami. Możemy też podawać sterownikowi spreparowane sekwencje sygnałów tak, że zostaną one zinterpre-towane jako wciśnięcia zadanych klawi-szy. Do opisania tutaj wybrałam drugie rozwiązanie, a w roli poletka doświad-czalnego do budowy prototypu wystąpił CA80 w starej wersji, na trzech jedno-stronnych laminatach.

Teoria wciskania klawiszaChcąc podłączyć się gościnnie do kla-wiatury obcego systemu mikroproceso-rowego, wypada gruntownie zaznajomić się z zasadami obsługi matrycy klawiszy, dużym ułatwieniem były tu schematy

CA80 (broszura MIK05B) oraz listing oprogramowa-nia systemowego zawarty w tomiku MIK08 dokumen-tacji. Działa to następująco: klawiaturka CA80 (przypomi-nam – pracuję ze starą wersją komputera) to matryca 3x10 linii cyfrowych, na przecięciu których osadzone są klawisze kontaktronowe. Schemat samej matrycy zaczerpnięty z dokumentacji widzimy na rysunku 1. Kolumny matrycy wybierane są dekode-rem 4/10 typu 7442, to układ U1 widocz-ny na schemacie (rysunek 2), również zaczerpniętym z broszurek MIK. Bieżąca kolumna wskazywana jest niskim stanem logicznym, zgodnie z czterobitową liczbą binarną podaną dekoderowi z najmłod-szych bitów portu PC układu wejścia/wyjścia typu 8255, to właśnie spora kost-ka U7 na rozważanym schemacie. Rzędy matrycy to trzy linie podciągnięte do Ucc rezystorami R6...R8 i jed-nocześnie przyłączone do trzech (6–4) bitów portu PA układu 8255. Spraw-dzenie, czy jakikolwiek klawisz został naciśnięty i jaki to jest klawisz, jest dość proste – wystarczy przeskanować kolum-ny klawiatury. Wciśnię-ty w kolumnie przycisk przeniesie niski stan lo-

giczny na jeden z rzędów klawiatury, co można wykryć, badając stan bitów 6...4 portu PA układu 8255. Przebiegi cyfrowe na liniach dekodera kolumn klawiatury przedstawia rysunek 3, dość wyraźnie widać schodki w wykonaniu logicznego zera przesuwającego się na osi czasu i po kolejnych wyjściach dekodera. Na pod-stawie kombinacji wartość bitów PC3...0 oraz PA6...4 portu 8255 można precy-zyjnie zlokalizować zwarte przyciskiem linie matrycy, a następnie przetłumaczyć tak pozyskaną liczbę na kod klawisza, wygodny i czytelny dla użytkownika. Tym wszystkim zajmuje się program

Fot. 1

Rys. 2

Bezdotykowa klawiaturaBezdotykowa klawiaturado mikrokomputera CA80do mikrokomputera CA80

Rys. 1

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 67

Różne

Monitora zaszyty w EPROM CA80. Aby nam ułatwić życie, dostępne są specjalne procedurki do sprawdzania stanu klawia-tury np. CSTS oraz pobierania z niej ko-lejnych znaków jak przykładowo CI.

Z powyższych informacji wniosek jest prosty – jeżeli w odpowiednim mo-mencie podamy na wejścia 6...4 portu PA niski stan logiczny, to CA80 pomyśli, że wciśnięto klawisz, jego kod wyliczy so-bie ze stanu dekodera 4/10 i kombinacji starszych bitów portu PA. I jest tu jeden główny problem: symulacja wciśnięcia musi nastąpić dokładnie w chwili skano-wania wybranej kolumny klawiatury, nie wolno nam zmienić stanu linii, których w danej chwili czasowej nie dotyczy ska-nowanie, bo zostanie to mylnie zinterpre-towane przez komputer jako wciśnięcie np. dwóch klawiszy naraz. Czasu na to jest niewiele, rysunek 3 bezlitośnie poka-zuje około 100us na kolumnę w jednym cyklu skanowania klawiatury.

Jako zadajnik wciśnięć będzie praco-wało Arduino, z powodów prozaicznych: większość niskopoziomowych spraw mam dzięki temu z głowy, schemat pod-łączenia Ardu do systemu CA80 przed-stawia rysunek 4. Tu potrzeba niewiel-kiego komentarza, głównie uzasadniają-cego obecność kostki 74147 – enkodera priorytetowego 10/4. A mianowicie – mój CA80 jako złącza klawiatury, wyświetla-cza i systemowe ma podwójne, kątowe

grzebyki gold-pin, pospina-ne wiązkami elastycznych p r z e w o d ó w (fotografi e 2 i 3). To poza ła-twością w roz-łączaniu płytek daje mi też dru-gi kompletny zestaw sygna-łów, z których mogę swobod-

nie korzystać, podłączając różnora-kie dziwadła do swego komputerka. Jeżeli ktoś jeszcze „na zawsze” nie wlutował tych kilkudziesięciu prze-wodów pomiędzy płytkami kompu-tera, to polecam takie podejście, na-prawdę się sprawdza! Wracając do kostki 74147 – wykorzystałam ten układ, aby w miarę prosto odzyskać dane o aktualnie wybranej linii kla-wiatury, które ustawiane są na por-cie PC3...0 układu 8255. Zauważ-my, że na wyjściach S3...0 enkodera ‘147 mamy praktycznie to samo, co na wejściach D...A dekodera ’42,

a pozyskanie tych danych nie wymaga-ło ingerencji w elektronikę CA80. Pod-łączenie samej kostki ‘147 do CA80 to raptem dziewięć przewodów, potem do Ardu idą tylko cztery dla wybieranych kolumn klawiatury i trzy dla rzędów. Nie przekracza to możliwości I/O typowe-go Uno (a nawet Nano), a resztę pracy wykonuje sprytny program. Wywody o części sprzętowej zakończę rysunkiem 5, to tabelka, która była podstawą do ma-powania numerów linii złącza klawiatury na kombinacje bitów obsługiwane przez program w Ardu.

Sam program w Ardu nie jest zbyt skomplikowany, choć zawiera rozwiąza-nia niekoniecznie zgodne z ogólnie przy-jętą fi lozofi ą Arduino. Mam tu na myśli rezygnację z wykorzystania funkcji di-gitalRead / digitalWrite na rzecz bezpo-średniego dostępu do portów procesora AVR. Aplikacja jest dość specyfi czna i bardziej zależa-ło mi na zwinnym manipulowaniu całymi paczkami bitów niż na za-bawie w zmianę wybranych linii pojedynczo. Cały program pokaza-ny jest na listingu 1, który umiesz-czony jest w El-

portalu wśród materiałów dodatkowych do tego numeru EdW. Działanie jest następujące: po odebraniu znaku ASCII z łącza szeregowego traktowany jest on jako matrycowy kod klawisza CA80, od-powiadająca mu kombinacja bitów okre-ślająca stan rzędów (stałe ZK_1...3) jest ładowana do elementu tablicy kbdSta-te[] pod indeks wskazywany numerem przydzielonej mu kolumny klawiatury (stałe ZK_4...ZK_13). Jednocześnie star-tuje wewnętrzny czasomierz, który po zadanym czasie sprowadzi rzeczony ele-ment do stanu domyślnego – wszystkie klawisze zwolnione. Indeks do wybie-rania elementów z kbdState[] pochodzi wprost z CA80, zostaje wypracowany w enkoderze ‘147 i pobrany portem wej-ściowym C, program w Ardu cały czas jakby nadąża za CA80 skanującym swo-ją klawiaturę i w stosownych momentach podkłada mu informacje o ewentualnym wciśnięciu przycisku. Ot cała sztuczka. Program w Ardu musi dość sprawnie zadawać wartości na bity rzędów klawia-tury, stąd te wszystkie skróty z PORTD i PINC. Dodatkowo wprowadziłam opcję zawłaszczenia klawiatury CA80 przez

Rys. 4

Rys. 3 Fot. 2

Fot. 3

Rys. 5

Różne

Elektronika dla WszystkichMaj 201968

Ardu, choć tak naprawdę to efekt ubocz-ny pracy aplikacji. Polega to na tym, że gdy Ardu wystawi trwale same 1 na linie PA6...4 układu 8255, to wciskanie klawi-szy na fi zycznej klawiaturze CA80 nic już nie da – w chwili wciskania klawi-sza wysoki stan logiczny z Ardu będzie prądowo dominował nad stanem L gene-rowanym przez pokładowy dekoder ’42 i komputer nie będzie w stanie zauwa-żyć wciśnięcia przycisku. Aktywność tej funkcji sygnalizowana jest świeceniem małego LED-a, który także widzimy na schemacie (rys. 4) Pa-r a d o k s a l n i e powyższe ma pewne zastoso-wanie, nie od dziś przecież wiadomo, że na wszelkich pokazach czy prezentacjach programy działają znacznie stabilniej, gdy tylko zabie-rze się człowiekowi dostęp do klawiatury. I dotyczy to nie tylko ma-łego CA80. Finalnie uzyskałam efekt, który możemy zobaczyć na rysunku 6 – to okno terminalu PuTTY wyświetlające echo kolejnych wciśnięć klawisza wysy-łanych i obsługiwanych na bieżąco przez CA80. Znacznie ciekawiej wygląda to na fi lmiku, zapraszam zatem: https://youtu.be/CXFCj8x3VkY.

Wszystko samo za mnie się dziejeW zasadzie na tym etapie miniprojekt zdalnego sterowania klawiaturą systemu mikroprocesorowego mógłby się zakoń-czyć, ale piosenka grupy Strachy Na La-chy, z której refrenu pochodzi śródtytuł, natchnęła mnie do dalszej pracy, choć lepiej napisać wprost – zabawy. Skoro mam możliwość zdalnego „wciskania” klawiszy w CA80 to można pokusić się o aplikację, która na przykład wpisze za mnie skompilowany do *.hex program, ewentualnie wyda inne typowe polece-

nia. Przygotowanie ta-kiego programiku pracu-jącego z linii poleceń nie

było zbyt trudne, cały projekt ca80typer (napisany w Free Pascal) znajdziecie w Elportalu, w materiałach dodatkowych do tego tekstu. Tutaj, na rysunku 7, za-prezentuję tylko zrzut z konsoli tekstowej – widać proces zerowania pamięci zlece-niem „E”, wpisania kodu maszynowego programu do RAM CA80 zleceniem „D” oraz jego uruchomienia komendą „G”, całą zabawkę bardziej na żywo zoba-czymy na fi lmiku: https://youtu.be/FU-Kro3aVGXw.

Ocalić od zapomnieniaTakie właśnie, tchnące łzawym senty-mentem słowa pojawiają się czasem w kontekście komputerka CA80 i ja za-zwyczaj kontruje je pytaniem – ale ja-kiego zapomnienia? Biorąc pod uwagę doskonałą dokumentację (także w for-mie elektronicznej) a także dostępność wszelkich elementów do budowy CA80, zapomnienie tej konstrukcji na pewno nie grozi. Dla procesora Z80 wszelkich

narzędzi programistycznych jest wręcz ogrom (ja upodobałam sobie SB-Assem-bler), a duże wsparcie społecznościowe zapewnia, że w przypadku problemu zawsze znajdzie się dobra dusza, mają-ca wiedzę i chęć, aby pomóc. Odnośnie do tytułowej, bezdotykowej klawiatu-ry – poza rozpoznaniem tematu, o które mnie drzewiej poproszono, takie połą-czenie Ardu-CA80 przydaje mi się wy-śmienicie do testowania programów dla CA80, szczególnie gdy konieczna jest interakcja z człowiekiem i wpisywanie różnych wartości z klawiatury. Po prostu – monotonnym klikaniem zajmuje się te-raz skrypt powłoki. Na koniec opowieści – fotografi a 4, czyli stary, ponadczasowy polski komputerek CA80 wyświetlający stylizowany napis „hello.EdW” po wpi-saniu programu (listing 2) klawiaturą sterowaną przez oryginalne (od Keyestu-dio) chińskie Arduino. Takich to czasów doczekaliśmy...

Natasza Bieceknatasza.biecek@gmail.comhttp://bienata.waw.pl/ca80/

Rys. 7

Fot. 4

.cr Z80 .tf hello_edw.hex,INT .lf hello_edw.lst .in ca80.inc ; deklaracje systemowe .sm CODE ; kod w RAM od C000 .or $C000main: ld SP,$ff66 ; ustaw stos ld HL, msg1 ; adres komunikatu call SYS_PRINT ; pokaz .db $80 ; na caly wyswietlacz.loop: jp .loop ; while(1) ; hello.edwmsg1: .db $74, $79, $38, $38 .db $dc, $79, $5e, $1c .db EOM

Listing 2

Rys. 6

R E K L A M A

W numerze 1/2019 przedstawiony był, pokazany na rysunku B, prosty układ z transoptorem, który jest detektorem przejścia napięcia sieci przez zero. Tym razem pytanie było nietypowe: Jaka jest (i dlaczego) przypuszczalna długość impulsu wyjściowego?

Układ ten był już wstępnie omówiony w rozwiązaniu zadania w styczniu. Już wtedy stało się jasne, że jest to oszczędny układ wykrywania przejścia przez zero, zapewniający izolację galwaniczną, jed-nak dla uczestników niejasne pozostały pewne ważne szczegóły. Jest to jeden z układów opisanych w nocie aplikacyjnej On Semiconductor AND9282/D „Mains Synchronization for PLC Modems”.

I tak w zamieszczonej tam nieco prostszej wersji z rysunku C możli-wa jest poprawa parametrów i redukcja mocy strat w stosunku do rozwiązań najprostszych. Konieczne jest jednak użycie wysokonapięciowego tranzysto-ra Q2 (np. MPSA44 400V 300mA) z uwagi na napięcie na kondensato-rze C1, równe szczytowemu napięciu sieci (około 325V). Tranzystor Q2 jest źródłem prądowym o wydajności około

1,3mA (0,6V/470Ω), co wyznaczone jest przez wartość rezystora R1, na którym podczas pracy napięcie wynosi nieco ponad 0,6V.

Kolejną, ulepszoną propozycją jest właśnie układ z rysunku B, który ma jeszcze mniejszą moc strat i wytwarza

impulsy o dokładniej określonych parametrach.

W prostych, wcześniej omawia-nych układach detektorów przejścia przez zero, także w układzie z rysun-ku C, czas trwania impulsu wyjścio-wego to połowa okresu sieci. W wer-

sji z rysunku B jest inaczej. Różnice i ważne konsekwencje wynikają głów-

nie z chęci redukcji mocy strat. Jednak na pierwszy rzut oka, na

rysunku C nie widać problemu dotyczą-cego mocy strat: wydaje się, że w razie potrzeby można dowolnie zmniejszać straty przez zwiększanie wartości rezy-storów, co zmniejszy też wartości prądów.

I tu zaczyna się problem, o którym całkiem zapomina większość elektro-ników! Mianowicie popularne tran-soptory nie są przewidziane do pracy przy małych prądach.

W przypadku transoptorów najważ-niejsze są trzy parametry: wytrzyma-łość napięciowa, która jest rzędu kilku kilowoltów, szybkość przełączania, która zwykle jest rzędu mikrosekund oraz sto-sunek prądu wyjściowego do wejściowe-go („przekładnia”), oznaczany zwykle CTR (Current Transfer Ratio) i wyrażany w procentach. W omawianym kontekście kluczowe znaczenie ma właśnie prze-kładnia CTR, która niestety zmniejsza się wraz ze zmniejszaniem prądu.

Przykładem może być dobrze znany CNY17 o schemacie wewnętrznym poka-zanym na rysunku D. Na rysunku E zamieszczone są informacje dotyczące przekładni CTR. Jej bezwzględna wartość nie ma większego znaczenia. Znaczenie ma fakt, że przy mniejszych prądach prze-kładnia znacząco maleje. Jak widać, przy zmniejszeniu prądu wejściowego z 10mA do 1mA gwarantowana (minimalna) war-tość przekładni zmniejsza się mniej wię-cej trzykrotnie. A przy jeszcze mniejszych prądach, poniżej 1mA?

Zmniejsza się jeszcze bardziej, a co ważne, producent wtedy niczego nie gwarantuje. W przypadku innych tanich i popularnych transoptorów może być jeszcze gorzej. W skrajnie nieko-rzystnym przypadku przy małym prądzie

T1MPSA44

T2BC848 470

R610k

C13n3

R2

330kR3

43k

L1

R4

2M

R5

150k

T3BC848

D3

D2

D1

X 3.3 V

R1

Q1MPSA44

Q2BC848 470

R410k

C122n

R2

330kR3

43k

Phase

To PLCmodem

D1

D2

stg 3.3V

R1

CNY17B

C

E

A

C

NC

1

2

3

6

5

4

B

C

D

69Elektronika dla Wszystkich Maj 2019

Na rysunku A przedstawiony jest nieskomplikowany układ z kilkoma MOSFET-ami.

Jak zwykle zadanie konkursowe polega na rozszyfrowaniu:

Jak działa i do czego służy taki układ?

Odpowiedzi, koniecznie oznaczone dopiskiemJak5,

należy nadsyłać w terminie 45 dni od ukazania się tego numeru EdW.

Nagrodami w konkursie będą 3 cenne książki wydawnictwa BTC

Charles Kitchin, Lew Counts Wzmacniacze ope-racyjne i pomiarowe. Przewodnik projektanta

Rozwiązanie zadania Jak to działa z EdW 1/2019

Rysunek A

Jak to działa

70 Elektronika dla WszystkichMaj 2019

diody przekładnia okaże się tak mała, że układ w ogóle nie zadziała, bo fototran-zystor wyjściowy nie podciągnie wyjścia do plusa zasilania nawet przy zwięk-szeniu wartości rezystora wyjściowe-go dołączonego do masy. Nawet gdyby zadziałał, przy małych prądach pracy wystąpi duży rozrzut parametrów między egzemplarzami, zwłaszcza przy zasto-sowaniu transoptorów pochodzących z różnych serii produkcyjnych i od róż-nych producentów. Ten rozrzut dotyczy nie tylko wartości CTR, ale też czasów przełączania, co ma znaczenie w wyma-gających aplikacjach, gdy wykrywamy moment przejścia napięcia sieci przez zero. Ponadto trzeba uwzględnić zmiany CTR związane ze starzeniem i zmianami temperatury.

Przy jakim prądzie diody wejściowej na wyjściu zmieni się stan logiczny? Nie sposób tego określić, bo zależy to od właściwości użytego transoptora i warun-ków jego pracy. W idealnym przypadku, gdyby przełączanie nastąpiło już przy pojawieniu się w diodzie transoptora maleńkiego prądu, zapewne odbyłoby się to bardzo blisko momentu rzeczywiste-go przejścia napięcia sieci przez zero. Ale gdyby przełączenie nastąpiło dopie-ro wtedy, gdy prąd transoptora wzroś-nie do wartości rzędu 0,5mA, będzie to miało miejsce 0,2...0,3 milisekundy później (wcześniej przy napięciu opada-

jącym) niż przejście napięcia sieci przez zero. Ten błąd jest dużo większy niż ewentualne rozrzuty i zmiany czasu prze-łączania transoptora, które są rzędu dziesiątek mikrosekund. Ponadto przy takiej małej czu-łości transoptora przełączanie nie będzie nagłe, tylko płynne i zbocze na wyjściu transoptora nie będzie strome.

Zmniejszanie prądów w układzie z rysunku C nie jest więc sensownym pomysłem. Tym bardziej że przełączanie transoptora nie ma następować przy mak-symalnych wartościach napięcia sieci, tylko wprost przeciwnie, przy wartościach jak najmniejszych, jak najbliżej momentu przejścia napięcia przez zero. W układzie z rysunku C z uwagi na rozrzuty „prze-kładni” CTR trzeba się liczyć z błędami rzędu 0,2...0,3 milisekundy, a gdyby war-tości R1, R2 zostały zwiększone, błąd będzie jeszcze większy albo nawet układ przestanie pełnić swoją funkcję, bo nawet jeżeli będzie przełączał, to daleko od chwili przejścia napięcia przez zero.

Częściową poprawę zapewni zasto-sowanie transoptorów, mogących pra-widłowo pracować także przy małych prądach, mniejszych niż 1mA. Ale takie czulsze transoptory są droższe. W kar-tach katalogowych transoptorów 6N138 i 6N139, które na wyjściu mają układ Darlingtona, a przez to wyższą przekład-nię CTR (typowo ponad 1000%), poka-zane są gwarantowane parametry przy prądzie wejściowym 0,5mA. Jak widać na rysunku F, dla wersji niskoprądowej, czyli 6N139, przy prądzie wejściowym 0,5mA producent gwarantuje CTR co najmniej 400%.

Przy jeszcze mniejszych prądach mogą prawidłowo pracować transopto-ry HCPL4701 i pokrewne, które

też mają układ Darlingtona na wyjściu. Rysunek G pokazuje, że przy prądzie wejściowym 40 mikroamperów prze-kładnia CTR nie będzie niższa niż 700%.

Na rysunku H zestawione są odpo-wiednie charakterystyki wymienionych transoptorów. Widać, że tylko niektóre mogą prawidłowo pracować przy małych prądach wejściowych.

Na marginesie: klasyczne transopto-ry są stosunkowo powolne. Przykładowo w przypadku CNY17 typowe czasy włą-czania/narastania są rzędu kilku mikrose-kund, a czasy wyłączania/opadania rzędu kilkunastu do ponad 20 mikrosekund. W przypadku 6N139 i HCPL4701 czasy i rozrzut między egzemplarzami mogą być jeszcze większe. Oznacza to, że na wyjściu takiego transoptora na pewno nie uzyskamy impulsów o czasie trwania kilku mikrosekund, a tym bardziej nanosekund.

Jeżeli urządzenie ma być tanie i pro-dukowane seryjnie, należałoby zastoso-wać w nim popularne, tanie elementy, a to w omawianych układach wymusza pracę przy prądach transoptora co naj-mniej 1mA. I tak jest w układzie z rysun-ku B, gdzie transoptor pracuje przy prą-dzie mniej więcej 1,3mA.

Główna idea jest dość prosta, ale nie-stety w szczegółach można się zaplątać. Trzeba zwrócić uwagę na zaskakująco małą wartość kondensatora magazynują-cego C1 – tylko 3,3nF. Już to może suge-rować, że impulsy będą krótkie. W wersji z rysunku C kondensator magazynują-cy C1 jest ładowany podczas dodatniej połówki sinusoidy sieci. Natomiast spo-sób włączenia diody D1 na rysunku B wskazuje, że kondensator C1 zostanie naładowany do napięcia około 325V podczas ujemnej połówki napięcia sieci, gdy nie przewodzi żaden z tranzystorów!

Można się domyślać, że ten mały kondensator staje się źródłem zasilania i że to właśnie on okre-śli czas trwania impul-su wyjściowego: gdy napięcie sieci przekroczy zero i stanie się dodatnie, zostanie włączone źród-ło prądowe T1, T2 (Q1, Q2) i prąd płynący przez transoptor rozładuje małą

CNY17CURRENT TRANSFER RATIO (Tamb = 25°C, unless otherwise specified)PARAMETER CONDITION PART SYMBOL MIN.TYP. MAX. UNIT

IC/IF

VCE = 5V

F = 10mA

VCE = 5VF = 1mAI

I

E

6N138, 6N139CURRENT TRANSFER RATIOPARAMETER TEST CONDITION PART SYMBOL MIN. TYP. MAX. UNITCurrent transfer ratio IF = 1.6 mA, VO = 0.4 V, VCC

Current transfer ratioIF = 0.5 mA, VO = 0.4 V, VCC

IF = 1.6 mA, VO = 0.4 V, VCCF

Symbol Min. Typ. Max.Units Test ConditionsF = 40 μA O =0.4

VrefsnarT CC = 4.5 VF = 0.5mA,

VCC = 4.5 VF = 40μAF = 0.5mA

HCPL4701 i podobne

Ratio

V V

0

0.2

0.6

0.4

0.8

1.0

1.2

0011.0IF - Forward Current (mA)

CTR

Nor

m - N

orm

aliz

ed C

TR (s

at)

1 10

Tamb = - 55 °C

Tamb = - 40 °CTamb = 0 °C

Tamb = 25 °C

Tamb = 50 °C

Tamb = 75 °C

Tamb = 110 °C

VCE = 0.4 V

Tamb = 100 °C

IF = 10 mA

NO

RM

ALIZ

ED C

UR

REN

T TR

ANSF

ER R

ATIO

0.01

1.25

0

IF – FORWARD CURRENT – mA10

0.75

0.5

0.25

0.1 1.0

1.0 25°C70°C

0°C

NORMALIZEDIF = 40 μAVO = 0.4 VVCC = 5 V

CNY17 6N139 HCPL4701

G

H

Konkurs

71Elektronika dla Wszystkich Maj 2019

Konkurs

pojemność C1. Wydaje się, że z uwagi na małą pojemność C1 obwód z tranzysto-rem T3 (Q3) nie jest konieczny! Rzeczy-wiście, prosta wersja według rysunku J może pracować. Wytworzy ona impuls, którego rosnące zbocze będzie tylko o kilkadziesiąt mikrosekund opóźnione względem momentu przejścia napięcia sieci przez zero.

To jaką funkcję ma pełnić obwód z tranzystorem T3 (Q3)? Dociekliwi uczestnicy zadania sprawdzili stosun-ki podziału dzielników R2, R3 oraz R4, R5. Stwierdzili, że tranzystor T1 (Q1) zacznie się otwierać przy chwi-lowym napięciu sieci (w punkcie L1) około +5,2...+6V, natomiast T3 (Q3) przy napięciu +8,6...+9V. Tu nasuwa się prosty wniosek, że najpierw otworzy się źródło prądowe i prąd popłynie przez transoptor, a po jakiejś krótkiej chwili otworzy się tranzystor T3 (Q3) i przejmie prąd płynący przez transoptor, skracając czas impulsu. Jeżeli zgodnie z rysun-kiem K przyjęlibyśmy „okrągłą” war-tość szybkości narastania napięcia sieci przy przejściu przez zero równą 100V/ms, czyli 0,1V/mikrosekundę, prowadzi-łoby to do wniosku, że impuls na wyj-ściu pojawi się około 60 mikrosekund, a skończy się około 90 mikrosekund po faktycznym przejściu przez zero. Czyli impuls będzie trwał mniej więcej 30 mikrosekund.

Ze znanego uproszczonego wzoru CU=It (C*ΔU=I*Δt) możemy łatwo

obliczyć, że napięcie na kondensatorze 3,3nF, rozładowywanym niezmiennym prądem około 1,3mA w czasie 30 mikro-sekund, zmniejszy się o około

ΔU = I * Δt /CΔU = 1,3mA * 30us / 3,3nFΔU = 12VA kondensator C1 wcześniej nałado-

wany był do napięcia ponad 300 woltów, więc 30-mikrosekundowy impuls pobrał-by drobną część zgromadzonej energii.

Nietrudno obliczyć, że czas rozła-dowania kondensatora 3,3nF naładowa-nego do napięcia 324V niezmiennym prądem 1,3mA wyniósłby

Δt = C * ΔU / IΔt = 3,3nF * 324V / 1,3mAΔt = 822usCzy taki byłby czas trwania impulsu

w układzie z rysunku S?Niestety, tak nie jest. Takie na pozór

logicznie dobrane wartości rezystorów w dzielnikach R2, R3 i R4, R5 mogły wprowadzić w błąd. Gdyby takie było działanie, to pod pewnymi warunkami układ mógłby wytwarzać krótkie impul-sy nie tylko po pojawieniu się dodatniej połówki przebiegu, ale też przed jej zakoń-czeniem. A w rzeczywistości tylko po pojawieniu się dodatniej połówki wytwa-rza impuls, który w układzie z rysun-ku S trwałby znacznie dłużej niż 822us, a w układzie z rysunku B trwa o znacznie dłużej niż 30us. Powody są dwa.

Po pierwsze w układzie z rysunku J trzeba uwzględnić jeszcze jeden czyn-nik. Załóżmy na chwilę, że kondensator magazynujący C1 jest pusty w chwili, gdy napięcie sieci z ujemnego staje się dodatnie (bo na przykład dołączyliśmy układ do sieci 230V dokładnie w chwili przejścia przez zero podczas rosnącego zbocza). Pytanie brzmi: jaka będzie sytu-acja w układzie z rysunku L?

Zgodnie z wcześniejszą analizą tran-zystor Q1 otworzy się dopiero po wzro-ście napięcia sieci powyżej 6 woltów, czyli po mniej więcej 60 mikrosekun-dach po momencie przejścia napięcia przez zero. W tym czasie kondensator C1 będzie pusty. Przy dalszym wzroście napięcia tranzystor Q1 zostanie otwarty, co otworzy drogę przepływu prądu przez kondensator C1, który odtąd będzie się

ładował. Gdyby tranzystor Q1 potrak-tować jako zwarcie do masy, czyli prze-wodu neutralnego sieci, zmiany napięcia wystąpią na kondensatorze C1, co spo-woduje przepływ prądu ładującego. Jak pokazuje nieco uproszczony rysunek M, prąd ładowania będzie największy na początku półokresu i zmaleje do zera w chwili osiągnięcia szczytu napięcia sieci (w pierwszej ćwiartce okresu sieci). Szczytową wartość prądu ładowania możemy określić, przyjmując wcześniej-szą wartość szybkości narastania przy przejściu przez zero, równą 100V/ms. Jeśli na kondensator (3,3nF) podamy napięcie rosnące z szybkością 100V/ms, to przez kondensator popłynie prąd:

I = C * ΔU/ΔtI = 3,3nF * 100V/1msI = 330uATo samo otrzymamy, gdybyśmy do

obliczeń wzięli reaktancję Xc. Konden-sator 3,3nF przy częstotliwości sieci 50Hz ma reaktancję:

Xc = 1 / 2πfCXc = 1 / (2*π*50Hz*3,3nF)Xc = 964575ΩPrzy napięciu sieci 230V wartość sku-

teczna prądu kondensatora wyniesieIRMS = 230V / 964575IRMS = 238,44uAa to daje wartość szczytową sinusoidyIpeak = IRMS * √2Ipeak = 238,44uA * 1,41Ipeak = 336uAWracając do meritum – w układach

z rysunków B, J, L na początku dodat-niego półokresu sieci wcześniej nała-dowany kondensator C1 z jednej strony będzie się rozładowywał prądem około 1,3mA wyznaczanym przez źródło prą-dowe, ale jednocześnie będzie podła-dowywany prądem ładowania około 0,33mA, wynikającym z występowania dodatniego, rosnącego zbocza napięcia sieci. To podładowywanie spowoduje, że w układzie z rysunku J czas impulsu będzie trwał dłużej niż wcześniej wyli-czone 822 mikrosekundy. Nie sposób obliczyć, o ile dłużej, bo to będzie zale-żało od czułości transoptora. Na razie wyjaśniliśmy, dlaczego w uproszczonym układzie z rysunku J czas impulsu byłby dłuższy od spodziewanego. A w układzie z rysunku B z tranzystorem T3?

Q1MPSA44

Q2

BC848 470

R610k

C13n3

R2

330kR3

43k

Phase

To PLCmodem

D2

D1 stg 3.3V

R1

X

Y

UA

ampl

ituda

ok.

324

V

A

t

przebieg

Q1MPSA44

Q2

BC848 470

C1

3n3

R2330kR343k

Phase

R1

dodatniaprzebiegu

+324V

0V

X

Yna C1

C1

3n3

Phasedodatnia

przebiegu

+324V330uA

przebieg

C1

0

I

C1

Yna C1

X

J

K

L

M

72 Elektronika dla WszystkichMaj 2019

Wcześniej słusznie stwierdziliśmy, że tranzystor T3 otwiera się przy napięciu na dzielniku R4, R5 około 9 woltów. A jeśli się otworzy, to przejmie prąd diody tran-soptora i skróci impuls wyjściowy. Jak najbardziej, tylko tranzystor T3 (Q3) nie przejmuje prądu transoptora w momencie, gdy chwilowe napięcie sieci przekracza 9 woltów. Tak byłoby wtedy, gdyby emiter tranzystora T3 (Q3) był na potencjale „masy wejściowej”, czyli gdyby był połą-czony z emiterem T2 (Q2). A tak nie jest!

Napięcie na emiterze T3 (Q3) jest praktycznie równe (wysokiemu) napięciu w punkcie X (ściśle biorąc, jest niższe od napięcia w punkcie X o spadek napię-cia na podczerwonej diodzie transoptora, czyli o około 1,2 wolta). A to oznacza, że tranzystor T3 wcale nie zostanie otwarty już około 90 mikrosekund po przejściu napięcia sieci przez zero!

I to właśnie są najtrudniejsze szcze-góły w analizowanym układzie, które trzeba jednocześnie uwzględnić. Mia-nowicie szybkość rozładowywania kon-densatora prądem 1,3mA jest większa, niż szybkość jego ładowania podczas rosnącego zbocza połówki napięcia sieci. Połowa okresu przebiegu sieci 50Hz to 10ms. Ćwierć okresu to 5ms, a jak już wcześniej liczyliśmy, czas rozładowania C1 będzie większy niż 0,822ms, ale na pewno mniejszy niż te 5ms. Dla nas naj istotniejsze jest to, że w pierwszej ćwiartce okresu, gdy napięcie sieci roś-nie od zera do maksymalnej wartości 325V, prąd przepływający przez kon-densator C1 na samym początku, przez mniej więcej 60 mikrosekund jest równy zeru, potem po otwarciu T1 staje się równy 1,3mA i taką wartość ma przez czas co najmniej 0,822ms, a potem zgod-nie z rysunkiem M prąd maleje.

Co istotne, na początku dodatniej połów-ki każdego cyklu, jest ono sumą sinusoidal-nego przebiegu sieci i napięcia między końcówkami kondensatora, co sygnalizują rysunki L, M. Przyjmujemy w uprosz-czeniu, że napięcie na kondensatorze C1 pod wpływem prądu źródła prądowego 1,3mA liniowo maleje od około 324V do prawie zera w czasie mniej więcej 0,822 milisekundy. Możemy to przedstawić jak na rysunku N. Dla aktualnych rozważań ważniejsze jest to, jak zmienia się napię-cie w punkcie X, ale mierzone względem masy, czyli neutralnego przewodu sieci. Jako suma wspomnianych napięć ma ono kształt mniej więcej taki, jak pokazuje fio-letowa linia na rysunku O. I tu znajdziemy odpowiedź na pytanie o czas włączenia T3 (Q3) i czas impulsu w układzie z rysunku B. Mianowicie na rysunku O widzimy, że

w pewnym momencie napięcie w punkcie X staje się mniejsze niż chwilowe napięcie sieci (w punkcie Y). W chwili, gdy napięcie w punkcie X stanie się o około 9 woltów niższe niż napięcie w punkcie Y, wtedy zacznie przewodzić T3 i skróci impuls na wyjściu transoptora. Rysunek O wskazuje więc, że czas impulsu będzie dużo większy niż wspomnia-ne 30 mikrose-kund, ale mniej-szy niż wyli-czone 0,822ms. W rzeczywisto-ści czas impul-su może być nawet dłuższy niż 0,822ms z uwagi na wpływ prądu ł a d u j ą c e g o k o n d e n s a t o r C1 według rysunku M. W omawianej nocie aplika-cyjnej (OnSemi AND9282/D) z n a j d z i e m y

przebiegi, pokazane na rysunku P. Górny to przebieg napięcia sieci i napięcia na kondensatorze C1. Środkowy to impuls wyjściowy, a na dolnym mamy impulsy prądu transoptora oraz całkowity pobór prądu przez układ.

Analizowany schemat ma być obwo-dem synchronizacji w modemie komu-nikacyjnym PLC (Power Line Commu-nication), gdzie trzeba wziąć pod uwagę specyficzne potrzeby i wymagania. Układ nie jest natomiast optymalnym rozwią-zaniem dla układów synchronizacji sieci z triakiem czy tyrystorem (gdzie z reguły wystarczają prostsze rozwiązania i gdzie wykrywane są oba przejścia przez zero w ciągu okresu sieci). Układ z rysunku B należy traktować przede wszystkim jako interesującą łamigłówkę: prosty schemat, przy którego analizie trzeba uwzględnić szereg szczegółów.

Zadanie było wyjątkowo trudne i ogromne gratulacje należą się wszyst-kim tym, którzy w ogóle podjęli się próby głębszej analizy tego układu i to nie-zależnie od tego, czy wnioski były do końca prawidłowe. A w dużej części nie były, z różnych powodów, między innymi błędów rachunkowych lub wskutek nie-uwzględnienia pewnych szczegółów.

Dwóch Kolegów odszukało notę apli-kacyjną AND9282/D, z której pochodzą rysunki, co znakomicie ułatwiło im zada-nie. Nagrody – książki wydawnictwa BTC Jacek Przepiórkowski Silniki elektryczne w praktyce elektronika otrzymują:

Szymon Wiśniewski – Wrocław,Jan Stawowski – Przysłup,Leszek Mazur – Szczecin.

Wszyscy uczestnicy konkursu zostają dopisani do listy kandydatów na bez-płatne prenumeraty.

UA

ampl

ituda

ok.

324

V

A

t

napieciena C1

przebieg

sieci

UA

ampl

ituda

ok.

324

V<0,822ms

0,822ms

tczas

UA

ampl

ituda

ok.

324

Vnapiecie

w punkcie Xmierzone

neutralnego)

przebieg

0

10 5 0 5 104003002001000

100200300400

Mai

ns/v

stg

[V]

10 5 0 5 100.50.00.51.01.52.02.53.03.5

Out

put [

V]

10 5 0 5 10Time [ms]0.50.00.51.01.52.0

Cur

rent

[mA

]

UX

O

P

N

Konkurs

E-prenumerata to:

30% – 144,40 zł15% – 87,70 zł

najszybszy dostęp do nowego wydania magazynu wygodne archiwum na www.avt.pl hipertekstowy spis treści i wyszukiwarka wbudowane linki – klikasz i jesteś

na odpowiedniej stronie WWW

www.avt.pl/prenumerata/elektroniczne

Prenumeratorzy wersji drukowanej

za równoległe e-wydania płacą tylko 20% ceny:

20,60 zł/rok i 41,20 zł/2 lata

e-prenumerata dwuletnia z rabatem

e-prenumerata roczna z rabatem

Wolisz wersję papierową? Zamów prenumeratę na www.avt.pl/prenumerata/drukowane

Zamów e-prenumeratę (.pdf) na

Elektronika dla WszystkichMaj 201974

Stały konkurs: Co to jest?

EdW 8/2019Moja własna karta audio USB

Przekonaj się, że dzięki kostce CM119 budowa komputerowej karty dźwiękowej wcale nie jest tak trudna, jak mogłoby się

wydawać. Przy okazji poznaj pokrewne układy scalone C-Media, przydatne także

w mniej tradycyjnych zastosowaniach.

Zadanie CoTo1905

Zadanie konkursowe brzmi:

Jaki układ pokazany jestna fotografii?

Prosimy o krótkie odpowiedzi. Można jednak dołączyć zwięzłe uzasadnienie lub potwierdzenie (dowód) albo też króciutki opis analizy zadania i poszukiwań. E-maile z odpowiedziami należy nadsyłać w ciągu miesiąca od ukazania się numeru na adres:konkursy@elportal.pl, nie zapominając o podaniu adresu niezbędnego do wysyłki upominku.

W tytule e-maila należy podać nazwę konkursu, numer zada-nia i własne nazwisko, np. CoTo1904Kowalski.

Wśród autorów prawidłowych odpowiedzi rozlosowane zostaną 3 kity AVT.

W kolejce na publikację czekają m.in.:EdW 6/2019MiniMeter

Kompaktowe urządzenie z „telefonicz-nym ekranem” nosi nazwę, która wska-

zuje tylko na rozmiary. Gdyby nazwa miała odzwierciedlać możliwości

i pełnione funkcje, urządzenie powinno raczej nazywać się MultiMultiMeter.

Dlaczego? Przekonasz się już niedługo.

W najbliższych numerach EdW planujemy

Simple half-bridge SMPS

Przykład prostej

„dwukierunkowej” przetwornicy forward.

EdW 7/2019Ocieplacz

Moda na lampy elektronowe trwa.Jednak wykonanie wzmacniacza lampo-wego, nawet niedużej mocy, okazuje się

zadaniem trudnym, przede wszystkimz uwagi na brum sieci 50Hz. Znacznie łatwiejszym, a też bardzo atrakcyjnym rozwiązaniem jest budowa... ocieplacza.

Rozwiązanie zadania CoTo1902

Na obrazkuzamieszczonym w EdW 2/2019pokazany był

rejestrator danych OpenLog.

Combo tester...Wokół siebie mamy coraz wię-cej pilotów. Nie tylko pilotów na podczerwień, ale i pilotów radiowych, które ulegają róż-nym uszkodzeniom.

Za prawidłowe odpowiedzi upominki w postaci kitów AVT otrzymują:

Miłosz Sotomski – Kraków, Nikodem Woźniczka – Poznań,Miranda Żywiołek – Szczecin.

Solarna ładowarkaakumulatorów żelowych

Spośród mnóstwa układów przeznaczonych do współpra-cy z panelami fotowoltaiczny-mi, ten znacząco się wyróżnia.

Zaawansowana sonda logiczna 50MHzSonda logiczna, która ma mnóstwo możliwości i jest takżeczasomierzem, częstościomierzem oraz prostym oscyloskopem.

Elektronika dla Wszystkich Maj 2019 75

Krzyżówka

Rozwiązanie krzyżówki z EdW 2/2019 brzmi:STULECIE ODZYSKANIA NIEPODLEGŁOŚCI.

Upominki w postaci kitów AVT otrzymują:Adrian Abraham – Gdynia, Beata Musialik – Sosnowiec, Magdalena Turek-Staniucha – Piotrków Trybunalski.

Rozwiązania z tego numeru (tylko hasło) należy nadsyłać w ciągu 45 dni od ukazania się tego numeru EdW.

E-maile z rozwiązaniami powinny w tytule zawierać nazwę konkursu, numer zadania i nazwisko Czytelnika, np. Krzyżówka1905Kowalski. Listy powinny być opatrzone podobnym dopiskiem.

Natomiast przysyłając propozycję zagadki napiszcie: Krzyżówka – propozycja (żeby nie myliło się z rozwiązaniami). Wraz z propozycją nowej krzyżówki należy przysłać oświadczenie, że krzyżówka jest oryginalnym dziełem podpisanego i że nie była nigdzie publikowana. Redakcja nie ingeruje w treść merytoryczną (precyzję sformułowań) haseł krzyżówki.

AVT sto su je sy stem ra ba tów dla wszy st kich wier nych Czy-tel ni ków EdW, do ko nu ją cych za ku pów w sie ci han dlo wej AVT dro gą sprze da ży wy sył ko wej. Na kle je nie na kar to nik za mówie nia trzech ku po nów wy cię tych z trzech ko lej-nych najnowszych wy dań EdW upraw nia do: 10% zniż ki na za kup ki tów AVT, TSM, Vel le ma na, 10% zniż ki na książ ki w ra mach Księ gar ni Wy sył ko wej AVT. Już za kup na su mę 120 zł po zwa la za o szczę dzić kwo tę rów ną ce nie jednego nu me ru EdW. Uwa ga! Zniż ki do ty czą wy łącz nie za mówień osób pry wat nych.

Kuponrabatowy

EdW5/2019

Kuponrabatowy

EdW5/2019

Kuponrabatowy

EdW5/2019

Autorem krzyżówki jest Robert Jarkiewicz z Podborza.Autor w nagrodę otrzymuje9-miesięczną prenumeratę EdW.

UWAGA! UWAGA!Zostań autorem krzyżówki!

Zachęcamy do nadsyłania krzyżówek, także bardziej rozbudowanych i skomplikowanych (edw@elportal.pl). Mogą to być wykreślanki, krzyżówki panoramiczne, jolki, kwadraty magiczne, łamigłówki, szarady i inne.

Nagrodą dla Autora będzie 6...18 miesięcy prenumeraty EdW, przy czym dotychczasowi prenumeratorzy dodatkowo otrzymają możliwość zamiany na prenumeratę innego czasopisma AVT.

HASŁO:

1. Potocznie funkcja w C++. 2. Typ tranzystora polowego. 3. Język programowania. 4. Pasywny element elektroniczny. 5. ... napięcia odniesienia, np. TL431. 6. Typ diody. 7. Rodzaj mocy w prądzie przemiennym. 8. Zamienia energię elektryczną na mechaniczną. 9. AVR …10. Bateria … polimerowa.11. Potocznie termiczny wyłącznik silnikowy.12. Służy do odmierzania czasu.

Wszystkie użyte w łamigłówce wyrazy są sześcioliterowe.Należy je wpisywać od pola w kształcie kwadratu, oznaczonego cyfrą, w kierunku strzałki, zgodnie z ruchem wskazówek zegara, wokół kwadratu. Litery z pól oznaczonych zielonymi cyframi utworzą rozwiązanie.

7 9 11 121085 642 31 13 14

Elektronika dla WszystkichMaj 201976

W ciągu ostatniego miesiąca niezgłosiliście żadnych błędów w EdW.

Uwaga! Jeśli do końca maja poczta nie dostarczy osobie z powyższej listy przesyłki z nagrodą, prosimy zgłosić ten fakt redakcji (22 783 00 20, ewa.dudzik@elportal.pl)

EdW 5/2019 – lista osób nagrodzonych:EdW 5/2019 – lista osób nagrodzonych:

Transceiver TAPIR wg SP7JHM

TAPIR to najnowszy trzypasmo-wy transceiver HF/SSB (80, 40,

20m) opracowany i wykonany przez SQ7JHM. Urządzenie ma

czułość odbiornika około 0,6μV, niskie szumy własne, względnie

dużą selektywność, moc aku-styczną około 1 W i moc oddawaną na wyjściu od 10W do 14W w zależności

od pasma KF. Generator VFO-DDS oparty jest na syntezie AD9850, a sterowa-nie odbywa się modułem Arduino Nano z mikrokontrolerem Atmega 328.

Lampowy wzmacniacz ZZ-750W artykule przedstawiono lampowy wzmacniacz ZZ-750 na popularnej lam-pie GU74B, którego konstruktorem jest UY5ZZ. PA działa w zakresie 160–10m (obejmuje WARC). Aby uzyskać pełną moc 750W, lampa wymaga doprowa-dzenia do siatki pierwszej 25–30W. Urządzenie ma wbudowany transformato-rowy zasilacz sieciowy 220/230VAC.

Zajrzyj do interesujących materiałów

„Świat Radio” 5/19

Przysyłając rozwiązanie dowolnego konkursu,NIE ZAPOMINAJCIE o podaniu w e-mailu pełnych danych adresowych.

Ich brak uniemożliwia wysłanie, a więc także przyznanie Czytelnikowi nagrody/upominku.

Errare Humanum Est

Adrian Abraham . . . . . . . . . . . GdyniaJan B. . . . . . . . . . . . . . Piotrków Tryb.Marcin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . KętyTomasz Grodzki . . . . . . . . . LimanowaWiesław . . . . . . . . . . . . . . CzęstochowaRobert Jarkiewicz . . . . . . . . PodborzeJanusz Kalinowski . . . . . . . . . . .CzerskAdam Kalisz . . . . . . . . . . . . . . . . . RudaŁukasz Kojro . . . . . . . . . . . . . . GdańskArkadiusz Kruk . . . . . . . . . . . . . RypinRyszard Magdycz. . . . . . . . . . Wrocław

Adam Mazur. . . . . . . . . . . . . . DrawskoLeszek Mazur . . . . . . . . . . . . . SzczecinBeata Musialik . . . . . . . . . . .SosnowiecRafał Orodziński . . . . . . . . . .BiałystokAdam Ples . . . . . . . . . . . . . . . JaworznoRafał Równiak . . . . . . . . . . . MaciejówMaciej Skrodzewicz . . . . . . . . SzczecinKrzysztof Smoliński. . . . . . . . . PoznańMiłosz Sotomski . . . . . . . . . . . .Kraków Michał Stach. . . . . . . . . . . . .KamionkaJan Stawowski . . . . . . . . . . . . Przysłup

Daniel Turbasa . . . . . . . . . . . . .KrakówMagdalena Turek-Staniucha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piotrków Tryb.Stanisław Wasilewski . . . PokrzywnicaSzymon Wiśniewski . . . . . . . . WrocławNikodem Woźniczka . . . . . . . . PoznańMarcin Wójcik . . . . . . . . . . . . .KrakówPiotr Wyderski . . . . . . . . . . . . WrocławMiranda Żywiołek . . . . . . . . . Szczecin

Materiały z EdW 2/2019,które uznaliście za najbardziej interesujące:

- Transformator - załączanie „w zerze”- Przetwornice indukcyjne- Własna energia elektryczna

Upominki w postaci kitów AVT otrzymują:

Janusz Kalinowski – Czersk,Tomasz Grodzki – Limanowa,Arkadiusz Kruk – Rypin.

R E K L A M A

m a r k e t m a r k e t m a r k e t m a r k e t

Jesteś zainteresowany zamieszczeniem ogłoszenia

w rubryce Market?Skontaktuj się:

reklama@elportal.pl tel. 22 257 84 64

www.gtb-solaris.plwww.gtb-solaris.pl

Turbiny wiatrowe, baterie słoneczne, regulatory ładowania, wentylatory

solarne, lampy solarne LED

tel: 22 864 25 36, 606 292 727, e-mail: info@gtb-solaris.plul. Przytyk 6/31, 01-962 Warszawa

m a r k e t m a r k e t m a r k e t m a r k e t

m a r k e t m a r k e t m a r k e t m a r k e t

KS-171212

-

-

KS-160100

KS-151002

KS-170405

KS-160400

KS-170500

KS-161102 KS-150802

KS-161103

-

-

KS-160500

KS-170904

KS-170903

RABAT 10%

dla

prenumeratorów

czasopism AVT

kod KS-150302

, Ty Audronis

kod KS-161101Proste projekty dla

-

kod KS-141001

kod KS-160000

robotów,

kod KS-140600

,

kod KS-170012

kod KS-170200

,

kod KS-150800

kod KS-110207

kod KS-150500

kod KS-140888

kod KS-170201

KS-160500 Elektronika. Od praktyki do teorii. Wydanie II 69,00

KS-160501 49,00

KS-160700 44,00

KS-160701 69,00

KS-161100 49,00

KS-161101 30,00

KS-161102 40,00

KS-161103 49,00

KS-170004 41,00

KS-170005 64,00

KS-170006 54,00

KS-170007 57,00

KS-170008 58,00

KS-170012 Drony-teoria i praktyka 39,00

KS-170200 39,00

KS-170201 59,00

KS-170400 75,00

KS-170401 75,00

KS-170402 73,00

KS-170403 79,00

KS-170404 75,00

KS-170405 89,00

KS-170500 39,00

KS-170600 67,00

KS-170601 45,00

KS-170900 39,00

KS-170901 59,00

KS-170902 69,00

KS-170903 49,00

KS-171212 49,00

KS-180100 77,00

KS-180300 225,00

KS-180400 89,00

kod KS-160700

kod KS-150100kod KS-170402

,

-

-

-

KS-180300

Produkty z oferty i wyroby AVT

22 257 84 55,

Miejsce nakupon

rabatowyEdW 3/2019

Miejsce nakupon

rabatowyEdW 4/2019

Miejsce nakupon

rabatowyEdW 5/2019

Leszczynowa 11

o f e r t a , f o r m u l a r z z a m ó w i e n i a