Conrad Szaküzlet 1067 Budapest, Teréz krt. 23. Tel: (061) 302-3588 Conrad Vevőszolgálat 1124 Budapest, Jagelló út 30. Tel: (061) 319-0250
CONRAD ADVENTI NAPTÁR, 2010 Rendelési szám: 19 20 10
Előszó Idén is új Conrad elektronikus naptárral indul az adventi időszak, amely egy kettős műveleti erősítőt és egyéb elektronikus építőelemeket tartalmaz. A műveleti erősítő (OP, operational amplifier) egy integrált áramkör, amely egy közös lapkán (chip) levő mintegy 50 tranzisztorból és számos ellenállásból áll. Sok, diszkrét elemekből felépíthető kapcsolás az integrált műveleti erősítővel modernebb, jobb és egyszerűbb módon megvalósítható. A 24 kis ajtó mögött 24 kísérlethez rejtőznek a megfelelő alkatrészek. Mindössze egy 9V-os elem kell még hozzájuk. Ráadásul nemcsak egyszerű műveleti erősítős kapcsolások, hanem speciális áramkörök is megvalósíthatók, egészen a fényvezérelt LED-es villogóig, december 24-re pedig végül egy remek elektronikus ékszert rakhat a karácsonyfára. Mindegyik kísérlethez kapcsolási- és elrendezési rajz van mellékelve. Az ábrázolt felépítés javaslatnak tekintendő. Az alkatrészek másképp is elrendezhetők – ameddig a kapcsolási rajzhoz tartjuk magunkat. A naptárajtók legkönnyebben úgy nyithatók, ha befelé nyomjuk, majd kihajtjuk őket. Maga az alkatrész egy vékony kartonból készült környezetbarát fedél alatt van, ami megbízhatóan a helyén tartja. A fedél levételéhez azt először befelé kell nyomni.
A rögtöni kezdéshez az első ajtó mögött két alkatrész van, később pedig mindig egy-egy darabot talál az új kísérlethez. Számítson meg magának decemberben naponta egy kis kísérletezési időt, és építse meg gondosan az összes áramkört a leírás szerint. A pillanatnyilag nem használt alkatrészeket gondosan őrizze, később még szüksége lesz rájuk. Természetesen az alkatrészekkel a leírt 24 kísérletnél még sokkal több is megvalósítható. Legyen kreatív! Boldog és fantáziadús karácsonyt kívánunk! 1. nap LED-teszt Noha a naptár főszereplője a műveleti erősítő, a világítódióda (LED) a legfontosabb alkatrész az OP kapcsolások vizsgálatához. Ezért fontos a LED megfelelő kezelése. A két legfontosabb pontot az alábbi kísérlet mutatja meg. 1. A LED-et nem szabad közvetlenül feszültségforrásra kapcsolni, ehhez mindig szükség van egy ellenállásra is. A soros ellenállás nélkül a LED-et a túl nagy áram tönkreteheti. 2. A LED-et helyes irányban kell bekötni. Két különböző kivezetése van: a rövidebbik láb a mínusz pólus (katód), a hosszabbik a plusz (anód). Beépített LED-nél nehéz megállapítani, melyik a rövidebb láb. Ebben egy másik ismertetőjegy segít: A kiálló alsó peremen a katód oldala le van csapva.
Az 1. ajtó mögött egy piros LED és egy ellenállás van. Szükség van még egy 9V-os elemre. Az első kísérletet különös óvatossággal kell végezni. Ügyeljen, hogy a két LED kivezetés ne érinthesse egyszerre az elem csatlakozókat! Mindig sorba kell kapcsolni az ellenállást. Illessze ezt a két alkatrészt az ábra szerint az elemhez. Az elektronikus áramköröket kapcsolási rajzokkal lehet áttekinthetően ábrázolni. Az egyes alkatrészeket speciális szimbólumokkal jelzik. A LED anódját háromszög, katódját egyenes vonás mutatja - ez utal az áramirányra. A fénykibocsájtást két rövid nyíl jelzi. Az ellenállást téglalap alak ábrázolja. Az ellenállások határozott értékkel rendelkeznek: 1 000 Ω = 1 kΩ (1 kiloohm, a kapcsolási rajzon röviden „1k“). Magán az alkatrészen színkódolás van (barna, fekete, piros = 1 000, arany = +/-5 % tűrés). A kapcsolási rajzon soros kapcsolás látható. Az áram az elemen, ellenálláson és LED-en át folyik. Az ellenállás feladata az áram korlátozása egy elfogadható értékre. Minél nagyobb az ellenállás, annál kisebb az áram. Az előtétellenállás akkor is fontos, ha a LED műveleti erősítőről működik. 2. nap A dugaszolós panel használata A 2. ajtó mögött egy elemcsatlakozó klip és egy labor dugaszolós panel található. Ez egyszerűsíti a komplikáltabb áramkörök megépítését. A 2,54 mm raszteres, 270 kontaktusos érintkezőfelület biztosítja az alkatrészek biztos összekötését. A dugaszoló felület középső részén 230 kontaktus van, 5-5 kontaktus vezetőfóliával összekötve. A peremen összesen 40 rugós kontaktus van a tápellátáshoz, melyekből 20-20 össze van kötve, így a dugaszoló felület két független tápsínnel rendelkezik. Az alkatrészbeültetéshez viszonylag nagyobb erő kell. A kivezetések ekkor könnyen megtörnek. Fontos, hogy a lábakat pontosan felülről vezessük be - ehhez egy csipeszt vagy kis fogót lehet használni. A kivezetést lehetőleg röviden a panel fölött fogjuk meg, és függőlegesen nyomjuk lefelé. Így érzékenyebb csatlakozóvezetékek, pl. az elem klipnél a leónozott vég, törés nélkül beültethetők.
3. nap Kapcsolható LED-lámpa Építsen LED-lámpát kapcsoló kontaktussal. A bonyolultabb áramkörökhöz huzalozásra is szükség lehet. A hozzávaló vezetéket a 3. ajtó mögött találja. Fogóval, ollóval vágjon le kb. 3 cm-es darabot. Csupaszolja le a végeket kb. 5 mm hosszan. Ehhez hasznos lehet, ha a szigetelést éles késsel körkörösen bemetszi. Figyelem! Ennek során maga a vezeték nem sérülhet, mert a megsértett helyen könnyebben törik. A huzallal egyszerű kapcsoló is készíthető. Ez két csupasz vezetékdarabból áll, melyek ujjal való megnyomásra érintkeznek. Vágjon ehhez 2 cm-es darabokat, és teljesen távolítsa el a szigetelést. Egy másik rövid vezetékdarab kihúzásgátlónak építendő be, a gyenge csatlakozóvezetékek védelmére. Az elem klip maradjon mindig bekötve, a csatlakozások igénybevételének csökkentésére.
A kísérlethez az LM358 IC-nek csak az egyik erősítőjét használjuk, az 1...3 kivezetéseken. A másik műveleti erősítő (5...7 lábak) szabadon marad. Szükség van még tápfeszültségre is, amit a 4 (mínusz) és 8 (plusz) lábakra kell kötni. A Si-dióda nem okvetlenül szükséges, de jó védelmet biztosít a műveleti erősítőnek arra az esetre, ha az elemet fordítva illesztenék a kliphez. Tipp a dugaszolós panelhoz való könnyebb illesztéshez: vágja le ferdén a vezetékvégeket, evvel egy élesebb hegyet kap, amit könnyebb a kontaktusokba dugni. Ugyanez a módszer alkalmazható a világítódiódáknál, ellenállásoknál és más alkatrészeknél, megakadályozva a kivezetés megtörését a dugaszoláskor. 4. nap Egy elektromos szelep A 4. ajtó mögül kerül elő egy 1N4148 szilíciumdióda. Illessze a soros kapcsolásba a diódát. Itt is fontos a beépítési pozíció. A dióda katód kivezetését fekete gyűrű jelöli. Ha a diódát fordítva ülteti be, a LED nem világít. Ugyancsak nem világít a LED, ha az elem rosszul van csatlakoztatva. A további kísérletekben a dióda ugyanígy használatos. Evvel megakadályozható az elem fordított behelyezéséből származó hiba, ami a műveleti erősítő tönkremenését okozhatná. Hagyja tehát a Si-diódát és az elem csatlakozót változatlanul a bedugaszolási helyén.
6. nap Érintés érzékelő A 6. ajtó mögül egy meglehetősen nagyértékű (2,2 MΩ, piros, piros, zöld) ellenállás kerül elő. Az áramkörnek két csatlakozása van, melyeket ujjal kell érinteni. Ekkor egy kis áram folyik keresztül az ujjon és a 2,2 MΩ-os ellenálláson. Az ellenálláson levő feszültség megnő. A műveleti erősítő erősítése nagy visszacsatolásnál 1-gyel egyenlő (a kimenet közvetlenül össze van kötve az invertáló bemenettel). Ez azt jelenti, hogy a feszültség nem lesz erősítve, a bemeneti áram viszont igen. Az igen kis érzékelő áram tehát bekapcsolja a LED-et. Érintse különböző erővel az érintkezőket: a LED fényereje ezzel együtt változik.
7. nap Késleltetés vezérlés A 7. kis ajtó mögött egy elektrolit kondenzátor (elkó) van, 10 μF-os (mikrofarad). Beépítéskor ügyeljen a polaritásra. A mínusz pólus fehér csíkkal van jelölve, és ez a rövidebbik láb. A kondenzátor elektromos energiát tárol. Magában is képes arra, hogy egy rövid fényvillanást létrehozzon. Ebben az áramkörben viszont az elkót 2,2-MΩ-os ellenálláson keresztül, igen lassan sütjük ki. A műveleti erősítő adja a LED-hez szükséges nagyobb áramot. Nyomja egyszer röviden a kapcsolót. A LED kb. 20 másodpercre bekapcsol, majd fokozatosan kialszik. 5. nap A műveleti erősítő Az 5. ajtó mögött egy nyolc lábú integrált áramkör (IC) vár: az LM358 kettős műveleti erősítő. Az IC-ben két teljes erősítő van univerzális célokra. Mindkét erősítő komplex integrált áramkör, kb. 50 tranzisztorral. Sok feladat jóval könnyebben megoldható műveleti erősítővel, mint diszkrét félvezetőkkel. Az integrált áramkör nyolc lábát először kissé szét kell hajlítani, majd párhuzamosra állítani. Ez után az IC könnyen beilleszthető a panelba. Ha ki akarja venni, óvatosan emelje meg egy csavarhúzóval, úgy, hogy a lábak ne törjenek meg. A műveleti erősítőknek két bemenete és egy kimenete van. A két bemenet közti feszültségkülönbséget az erősítő mintegy 100 000-szeresére erősíti. Ha az invertáló bemeneten (-) levő feszültség kisebb, mint a neminvertálón (+) levő, akkor a kimeneti feszültség pozitív. Az első kísérletben a plusz bemenetet a pozitív tápfeszültségre kötjük, a mínuszt a negatív tápfeszültségre. A kimeneten ekkor a pozitív tápfeszültséghez közeli feszültség jelenik meg. A LED világít.
8. nap Villanófény Az áramkör a kapcsoló minden megnyomására egy rövid fényvillanást produkál. Új villanást csak 20 másodpercnyi szünet után lehet kapni. A kísérlethez egy második ellenállás kell (1 kΩ, barna, fekete, piros), amit a 8. ajtócska mögött talál.
9. nap Beállítható villanási tartam A 9. ajtó mögött egy változtatható ellenállás (potenciométer, röviden potméter) van. Értéke összesen 100 kΩ, és van egy harmadik kivezetése, ami a csúszkához kapcsolódik, és vele a teljes ellenállás egy részét lehet levenni. A csúszka (közép) és a másik két kivezetés egyike között tehát 0 kΩ és 100 kΩ közötti ellenállás kapható. A rajz szerinti beültetéshez a potméter lábait kissé befelé kell hajlítani. A beállításhoz kis csavarhúzó használható. Jobbra forgatással hosszabb villanást kapunk.
11. nap Időkésleltetés A 11. kis ajtó mögött egy 100 nF kerámia kondenzátor várakozik bevetésre. Kapacitása 100-szor kisebb, mint a 10 μF-os elkóé. Az elkótól eltérően a kerámia kondenzátor tetszőleges irányban beköthető. Építse be a kondenzátort az előző napi áramkörbe. A fényérzékelő ekkor lassabban reagál. Nagyobb fényerőnél a LED néhány másodperc alatt kialszik. A fény kikapcsolásakor akár 10 másodpercig tarthat, míg a LED ismét bekapcsol. Az áramkör tehát rövidebb leárnyékolásokra már nem reagál. A piros LED csak akkor kapcsol be, ha elég hosszan sötét van.
12. nap Ellenütemű fényérzékelő Egy újabb piros LED-et talál a 12. rekeszben. Ezzel megvalósítható két LED ellentétes reakciója: nagy fényerőnél a felső LED kapcsol be, kis fényerőnél az alsó. 10. nap Fényérzékelő Nyissa ki a 10. rekeszt. Itt egy zöld LED tűnik elő. Az eddigi kísérleteket ezekután a piros helyett a zöld LED-del is el lehet végezni. A jelen kísérletnél viszont a LED nem világít, hanem fényérzékelőként van alkalmazva. A LED-et most záróirányban kötjük be, vagyis az anód kerül a negatív tápfeszültségre. Amikor a LED fényt kap, egy kis áram folyik. A kísérlet ebben a formában nem minden műveleti erősítővel működik, de az LM358-cal igen. Ezen típus bemenetein egy kis áram folyik, mintegy 50 nA (0,00005 mA). Nyitott bemenetnél tehát nagy bemeneti feszültség áll elő. Csekély fényerőnél világít a piros LED. Amint elegendő fény esik az érzékelő LED-re, az levezeti a bemeneti áramot, így a bemeneti feszültség csökken. Vegyen egy erős zseblámpát. Kis távolságból való közvetlen megvilágításnál a műveleti erősítő kikapcsolja a piros LED-et.
13. nap Fényerő összehasonlítás A műveleti erősítő nagy erősítése lehetővé teszi a két bemenet feszültségének összehasonlítását. Amikor a feszültség a plusz bemeneten nagyobb, mint a mínusz bemeneten, a LED kigyullad. Már 1 mV (a V ezredrésze) elegendő az egyértelmű válaszhoz. A zöld LED ismét fényérzékelőként működik, de most más módon van bekötve. A LED fotocellaként működik, és 1,5 V-ig terjedő feszültséget ad le. A potméteren most be lehet állítani ugyanezt a feszültséget, hogy a legkisebb eltéréseket is érzékeljük. A beállítási tartományt kb. a tápfeszültség negyedére lehet szűkíteni, ha beteszünk egy 330 kΩ-os ellenállást (narancs, narancs, sárga), amit a 13-as ajtó mögött találunk. Állítsa be úgy a potmétert, hogy a LED éppen kialudjék. Ha a fényerő nő, a LED kigyullad.
Kinek melegebb a keze? A kérdés megválaszolásához még egy hőmérséklet érzékelő szükséges. A 16. ajtó mögött akad még egy tranzisztor, a BC547B. A kapcsolás egy érzékeny komparátor. Két LED mutatja, hogy a két érzékelő közül melyik a magasabb hőmérsékletű. Ha a baloldali tranzisztor melegebb, akkor a felső LED világít, ha a jobboldali tranzisztor melegebb, akkor pedig az alsó. Az egyik tranzisztor megérintésével az állapot átbillenthető. Ha az érzékelőket két különböző személy érinti, látható, kinek magasabb a hőmérséklete. A tranzisztor jellemzők szórása miatt adódhat egy kis különbség a feszültségek között, úgyhogy bizonyos esetekben valamivel nagyobb hőmérsékletkülönbség szükséges a LED-ek állapotának megváltoztatásához.
14. nap Szürkületi kapcsoló A 14. ajtó mögött egy tranzisztor, a BC547B rejtőzik. Szerepe: áramerősítés a LED-es fényérzékelőhöz. A zöld LED itt is fotoelem, és egy kis áramot szolgáltat. A tranzisztor nagy áramerősítése miatt már kis környezeti fény is elég a LED kikapcsolásához. Szürkületi kapcsolóként való használatkor este a LED automatikusan felgyullad.
17. nap LED-villogó A következő kapcsoláshoz egy közepes értékű ellenállásra lesz szükség (10 kΩ, barna, fekete, narancs) ami a 17. rekeszben található. Most a műveleti erősítővel egy elektronikus villogót építünk. A kondenzátor töltődik, míg az áramkör a Ki állapotba nem billen. Ez után ugyanannyi idő kell ahhoz, hogy a kisülés során a feszültség a pozitív bemenethez képest alacsonyabbá váljék, és a műveleti erősítő Be állapotba billenjen. A LED, mindent összevéve, kb. másodpercenként egyszer villan.
15. nap Hőmérséklet érzékelő Ehhez a kísérlethez még egy ellenállás szükséges (330 kΩ, narancs, narancs, sárga) a 15. rekeszből. Itt a tranzisztort nem a szokásos módon, erősítőként használjuk, hanem mint hőmérséklet érzékelőt. A tranzisztor bázisa és kollektora össze van kötve. Az emitter és kollektor között így a szokásos, kb. 0,6 V-os bázisfeszültséget mérhetjük, amely melegedéskor kissé csökken. A különbséget a feszültség összehasonlító (komparátor) üzemben használt műveleti erősítő értékeli ki. Állítsa be úgy a potmétert, hogy a LED még éppen ne kezdjen világítani. Melegítse a tranzisztort az ujjával. A LED felgyullad. Mihelyt a tranzisztor kissé lehűlt, a LED ismét kialszik.
18. nap Egy lazább villogó Az éles átmenet helyett most a LED fokozatosan válik világosabbá vagy sötétebbé. Ehhez még egy 100 nF-os kondenzátor kell, a 18. ajtó mögül. Most már felhasználjuk az LM358 másik műveleti erősítőjét is, erősítésre. Kimenetén ugyanaz a feszültség jelenik meg, mint a töltőkondenzátoron, amely itt két párhuzamosan kapcsolt 100 nF-os kerámia kondenzátorból áll. A második műveleti erősítő puffer erősítőként működik. A nagyohmos bemenet nem terheli a villogó kapcsolást, a kisohmos kimenet pedig elegendő áramot tud adni a LED-nek.
16. nap Hőmérséklet összehasonlítás
19. nap Gyorsabb villogó A 19-es kis ajtó mögött egy újabb ellenállás van (10 kΩ, barna, fekete, narancs). A villogó kapcsolásban ez gyorsításra szolgál. Az eddig használt 100 nF-os kondenzátorral a villogási frekvencia olyan nagy volna, hogy azt folyamatos világításként érzékelnénk. Ezért kell a 10 μF-os elkót betenni. A LED ezek után kb. másodpercenként kétszer villog.
20. nap Lágyabb átmenetek A 20. ajtó megintcsak egy ellenállást rejt (2,2 MΩ, piros, piros, zöld). A villogóban az a szerepe, hogy az átmeneteket még finomabbá tegye. A villogó generátor és az azt követő erősítő közé egy aluláteresztő szűrő van iktatva. A jel nagyfrekvenciás összetevőit ez csillapítja, amivel simábbá teszi az átmeneteket.
Vegyen elő még egy 1N4148 diódát, a 22. rekeszből. Ez a kapcsolás újabb variációja a már ismert LED-es villogónak, itt azonban nagyon rövid piros felvillanások keletkeznek. A dióda segítségével lesznek különböző hosszúságúak a töltési- és kisütési idők. A zöld LED fényérzékelő, melynek áramát a tranzisztor erősíti. A villogási frekvencia a fényerőtől függ. Erős lámpával való közvetlen megvilágításnál a villogás folyamatos világításba megy át.
23. nap Hazugságvizsgáló Még egy 100 kΩ (barna, fekete, sárga) ellenállás vár a 23. ajtó mögött. A kísérlet a bőrellenállást vizsgálja a személyek izgatottságától függően. Használja itt is a 21. kísérlethez való lecsupaszított drótokat. Tekerjen két hurkot nem túl feszesen a vizsgált személy balkezének középső- és kisujja köré. Állítsa be úgy a potmétert, hogy a LED még éppen ne kezdjen világítani. Néhány percnyi közömbös lazító beszélgetés után csavarja a potmétert még egyszer utána úgy, hogy a LED éppen ne világítson. Tegyen fel egyre inkább személyes kérdéseket. Amíg a kísérleti személy nem feszült, a LED nem világít. Amint valaki hazudik, növekszik izgatottsága, és ezzel együtt a bőr nedvessége. Ekkor a LED világítani kezd. A kísérleti személy úgy érzi, rajtacsípték, és még inkább izzad. A kísérletnek természetesen nincs bizonyító ereje, és inkább szórakoztató játéknak való.
21. nap Feszültségoldó fény Újabb ellenállás (100 kΩ, barna, fekete, sárga) található a 21. rekeszben. A következő kísérlet eredménye egy lassú, kímélő villogó, melynek frekvenciáját a bőrellenállástól függően vezéreljük. Kettős aluláteresztő szűrő biztosítja a lágy átmeneteket. A zöld és a piros LED ellenfázisban villog. Tegyen két dróthurkot a balkeze középső- és kisujja köré. Ehhez vágjon le két, kb. 15 cm-es drótdarabot, és egyik végükről távolítsa el a szigetelést 10 cm hosszan. A villogási frekvencia a bőrellenállástól és a dróthuroktól függ. Ha kezét ökölbe szorítja, a drót szorosabban fekszik fel, az ellenállás csökken, és a frekvencia nő, és megfordítva: a villogás lassul, amikor a kezét ellazítja. Próbálja a villogási frekvenciát a légzési ritmusához hangolni. Figyelje a két LED-et, és próbálja meg magát ellazítani. Fokozatosan csökken a légzési frekvenciája és egyúttal a villogási frekvencia is. Az ellazulás fokozódik. Egyik oka, hogy az izmok egyre inkább lazulnak, a másik pedig a bőr nedvességének csökkenése. 24. nap Lobogó gyertyák December 24-én egy különlegesen szép és és finoman működő ellenütemű villogót építünk két piros LED-del. Az áramkörhöz egy harmadik 100 nF-os kondenzátor szükséges, ami a 24. ajtó mögül bukkan elő. Ezzel egy javított aluláteresztő szűrőt építünk. A végeredmény egy enyhe fel-le fényerő változás, ami a valódi gyertyák lobogására emlékeztet. Ha tetszik ez a világítás, feltűzheti a karácsonyfa csúcsára, ahol a díszhelyet foglalhatja el. Teljesülhet azonban más kívánsága is, ez találékonyságától függ. Kísérletezzen különféle alkatrészekkel, míg az eredmény tetszése szerint nem alakul.
22. nap Fényvezérelt villogás
Conrad adventi naptár 24 kísérlettel Elég már az unalmas csokoládés adventi naptárakból! Az elektronikai adventi naptárral érdekes kísérletekkel rövidítheti meg a karácsonyi várakozást. Minden nap újabb alkatrészt találhat a kis ajtók mögött. A mellékelt útmutató minden napra újabb kísérletet kínál – forrasztás nélkül, tökéletesen alkalmasan hobby, iskola, tanulmányok, képzés, hivatás céljára! December 24-én aztán az összegyűlt alkatrészekből egy nagyobb projekt összeállítására kerül sor, amellyel a karácsonyfa díszíthető. Több tanács nincs, de szabad izgulni! Előzetes ismeretek nem szükségesek, ha minden lépéshez megfogadja az útmutató tanácsait. A végére a kezdők is megszerzik az alapvető elektronikai és kapcsolástechnikai ismereteket. Kiváló lehetőség, hogy fiatalokat is elragadjunk ezzel az érdekfeszítő témával! Az egyetlen, amire még szükség van: egy 9V-os elem. Plusz! Karácsonyi bónusz A know-how-igazolás 2010 Kísérletezés, tanulás – továbbképzés! December 24. után kipróbálhatja megszerzett ismereteit, és ingyen hozzájuthat az éves bizonyítványhoz www.conrad.de/zertifikat alatt. Evvel nemcsak barátai csodálatát vívhatja ki, hanem elektronikai tudásáról is meggyőződhet. Plusz! Gyűjtő-bónusz A praktikus tudáskártyák December 24. után vágja ki az infókat a naptár hátuljából. Ezek karácsony után is jó szolgálatot tehetnek. A gyűjtőkártyákkal évről évre bővítheti elektronikai szaktudását.
