No title

Dìjiny pøenosu Z dìjin vìdyzpráv dálku ana techniky ROÈNÍK XI/2006. ÈÍSLO 3

Historie elektøiny a magnetizmu Ernst Mach - Machovo èíslo

ROÈNÍK LV/2006. ÈÍSLO 3

V TOMTO SEŠITÌ

Z dìjin vìdy a techniky ............................. 1

ELEKTRONIKA V MODELÁØSTVÍ

Železnièní modeláøství .......................... 3 Lineární napájecí zdroj ............................ 3 Pulsní napájecí zdroj .............................. 5 Zpožïovaè rozjezdu a zastavení ............. 6 Symetrický napájeè kolejištì ................. 7 Ovladaè osvìtlení budov ......................... 9 Dálkové ovládání ................................... 10 Indikátor obsazení koleje ...................... 12 Ovladaè návìstí .................................... 14 Signalizaèní obvod pro pøejezd ............. 15 Automobilové a letecké modeláøství .. 16 Nabíjeè èlánkù Li-Ion a Li-Pol ............... 16 Rotující svìtlo ....................................... 20 Svìtla na køižovatce ............................. 21

DOPLÒKY K DOMOVNÍMU TELEFONU

Úvod ..................................................... 23 Dvoutónový zvonek ............................... 24 Pøídavný zvonek, Vypínaè zvonku, Obvod zpoždìného zapnutí zvonku ...... 25 Optický zvonek, Zkušební telefon ......... 26 Zpožïovací obvod pro el. zámek .......... 27 Domácí telefon ..................................... 28

UŽITKOVÁ ELEKTRONIKA

Barevná hudba s LED ........................... 29 Èelovka s baterií 9 V ............................ 30 Aut. rozsvìcení svìtla v garáži ............. 31 Jednoduché šachové hodiny ................. 32 Èasový spínaè pro pøímotopy ............... 34

ÈÍSLICOVÝ MILIOHMMETR ............ 35

KONSTRUKÈNÍ ELEKTRONIKA A RADIO Vydavatel: AMARO spol. s r. o. Redakce: Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10. Šéfredaktor ing. Josef Kellner, sekretáøka redakce Eva Marková, tel. 2 57 31 73 14. Roènì vychází 6 èísel. Cena výtisku 36 Kè. Rozšiøuje PNS a. s., Transpress spol. s r. o., Mediaprint & Kapa a soukromí distributoøi. Pøedplatné v ÈR zajišuje Amaro spol. s r. o. - Michaela Hrdlièková, Hana Merglová (Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel./fax: 2 57 31 73 13, 2 57 31 73 12. Distribuci pro pøedplatitele také provádí v zastoupení vydavatele spoleènost Mediaservis s. r. o., Abocentrum, Moravské námìstí 12D, P. O. BOX 351, 659 51 Brno; tel: 5 4123 3232; fax: 5 4161 6160; [email protected]; reklamace - tel.: 800 800 890. Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o., Šustekova 8, 851 04 Bratislava, tel.: 00421 2 / 6720 1931 - 33 email: [email protected] ; www.press.sk Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou poštou - øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96 ze dne 9. 1. 1996). Inzerci v ÈR pøijímá redakce, Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10. Inzerci v SR vyøizuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o., Šustekova 8, 851 04 Bratislava, tel.: 00421 2 / 6720 1931 - 33 ; www.press.sk Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor (platí i pro inzerci). Nevyžádané rukopisy nevracíme.

http://www.aradio.cz; E-mail: [email protected] ISSN 1211-3557, MK ÈR E 7443

© AMARO spol. s r. o.

Ernst Mach se narodil 18. února 1838 v Chrlicích u Brna. Rodièe jeho matky tam sloužili v arcibiskupském zámku, a tam se také Ernst narodil. Byl velmi nadaný, takže již v devíti letech zaèal studovat na gymnáziu u Vídnì, ale nedokonèil je, ponìvadž mìl problémy s klasickými jazyky. Pak se pokusil dostudovat na piaristickém gymnáziu v Kromìøíži, a to se mu podaøilo. Od roku 1855 studoval Mach matematiku, filozofii a fyziku na univerzitì ve Vídni, kde mohl svùj talent teprve rozvinout. Po pìti letech získal doktorát a zaèal pùsobit jako soukromý docent, tedy jako neplacená síla. Jeho první výzkumy byly poznamenány nedostatkem finanèních prostøedkù. Záhy však získal povìst vynikajícího pedagoga. V roce 1864 odešel do Grazu a tam intenzivnì pøednášel mimo matematiky a fyziky také fyziologii a psychologii a zaèal publikovat výsledky svých výzkumù. Dokonce se angažoval i v chemii. V roce 1867 získal místo profesora experimentální fyziky na pražské univerzitì, poznal Purkynìho a Palackého, v roce 1879 se stal dokonce rektorem univerzity. Jeho výzkum se soustøeïoval na vlnìní, pùsobené rychle letícími tìlesy a také na zrakové a sluchové vnímání, jak lidé vnímají podobnost tvarù, transponování melodií apod. V Praze mìl výborné podmínky pro vìdeckou práci, ponìvadž mimo platu mu univerzita platila i náklady na provoz laboratoøe. Na druhé stranì však nedobøe nesl pražský nacionalismus a antisemitismus. I když sám židem nebyl, mìl mnoho židovských pøátel. Velkým zklamáním pro nìj bylo setkání s J. E. Purkynìm, od kterého si sliboval, že budou diskutovat o zrakovém vnímání. Místo vìdce však v nìm uvidìl Moravana - tedy èlovìka angažujícího se v národnostních otázkách, který místo vìdecké diskuse zaèal o politice - navíc èesky, èemuž nìmecky vychovávaný Mach rozumìl jen velmi málo. Jako vìdci mu byly vzájemné národnostní tøenice naprosto lhostejné. Podobnì dopadl i s Palackým. Ovšem po vìdecké stránce byl velice úspìšný, i když nìkteré z jeho pøedstav byly pøijímány spíše s rozpaky. Snažil se napø. o sjednocení jednotlivých vìdních oborù do jednoho, nejvíce se snažil o vybudování psychofyziky

jako vìdního oboru, který mìl zkoumat vztah mezi fyzikálními podnìty a smyslovými poèitky. Ve své knize „Die Mechanik in ihrer Entwicklung“, vydané v roce 1883, Mach kritizuje newtonovské pojetí fyziky a byl dokonce odpùrcem teoretické fyziky, která prý nic nepøináší a je za hranicemi lidského vnímání. Samotný Einstein mu napsal, že jeho kniha na nìj velmi zapùsobila. Pøesto i jeho pozdìjší názory na Einsteinovu speciální teorii relativity mají k pokrokovému vìdeckému vnímání daleko. Za jeho pùsobení ve funkci rektora univerzity šel vývoj rychle k rozdìlení univerzity na èeskou a nìmeckou (1882 až 1883) a Mach se stal rektorem na nìmecké univerzitì. Ponìvadž se rozpory mezi obìma univerzitami zvìtšovaly a na obou stranách sílilo nacionalistické hnutí, a také vzhledem k útokùm na øadu jeho pøátel - Židù, které velmi tìžce nesl, na tuto funkci nakonec rezignoval. Pravdìpodobnì jedním z dùvodù bylo i jeho ateistické pøesvìdèení, které sice veøejnì neproklamoval, ale bylo možné je dovodit z øady jeho zveøejnìných statí a knih. Nakonec se v roce 1895 odstìhoval do Vídnì, kde pøijal místo profesora induktivní filozofie. Takovýto podivný název jeho profesury byl zvolen proto, že de facto nemìl v oboru filozofie akademické vzdìlání a také jeho názory byly mnohdy kontroverzní. Pøesto se stává známou osobností i ve filozofii s mnoha stoupenci (celému klanu tìchto pøívržencù se øíkalo Machisté) i odpùrci.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Titulní list Machovy knihy „Die Mechanik in ihrer Entwicklung“, vydané roku 1933 v Lipsku

1

V konci 90. let 19. století zaèal mít vážné zdravotní problémy, ochrnul na polovinu tìla, což mu další èinnost velmi znesnadòovalo. Pak jen projektoval rùzné experimenty, které realizovali jeho pomocníci. Zaèátkem 20. století navíc zaèaly sílit hlasy jeho oponentù - dokonce i Einsteina, který byl døíve zastáncem nìkterých jeho myšlenek. Zcela nepokrytì jej nakonec napadl Max Planck, a není se èemu divit. Mach odmítl atomovou teorii jako takovou; atom byl pro nìj pojmem, který nelze pomocí poèitkù definovat, nìco, co jen komplikuje vysvìtlování mnoha jevù, a je tedy jako pojem neekonomický a zbyteèný. Mach se sice kritice bránil, ale marnì. I pøes tyto negace je Machùv pøínos vìdì pøesto významný již jen proto, že byl schopen uvažovat jinak, než øada ostatních. Na jedné stranì jako jeden z prvních vìdcù uvažoval o možném vícedimenzionálním prostoru, na druhé pochyboval o absolutnosti a homogenitì fyzikálních promìnných, i jiných, již v té dobì pro vìtšinu vìdcù samozøejmých skuteènostech, jako že je rychlost svìtla nepøekroèitelná, u teploty neuznával absolutní nulu. Mach zásadnì neuznával jinou možnost poznávání, než fyzické poèitky, proto nakonec své døívìjší úvahy o prostoru o více dimenzích zavrhl. Také nikdy nepøijal teorii relativity. Nejvýznamnìjší úspìchy dosáhl na poli fyziky. Již zmiòovaná kniha Mechanika ve svém vývoji mìla ohromný ohlas a je oznaèována za zlom pro další vývoj fyzikální vìdy. Jeho filozofické názory jsou obsaženy v knize Analýza poèitkù - zdá se, že byl silnì ovlivòován Kantem, jehož díla èetl již od mládí. Vìøil, že negativní jevy budou všude - i ve spoleènosti - stále více potlaèovány, a rozum nakonec bude slavit vítìzství. Jeho myšlenky pozdìji našly znaèný ohlas v Americe. Je známo, že ovlivnily také øadu ruských revolucionáøù, kteøí studovali ve Švýcarsku, ale zásadnì je naopak odmítl Lenin, i když Kant napø. zavrhoval význam náboženství. Ve svém díle materialismus a empiriokriticismus potírá Machùv filozofický pohled, a tam, kde nakonec pøevládly ideje marxismu, nemìly Machovy myšlenky možnost uspìt, naopak, byly jako nežádoucí zavrženy. Pøeci jen vìdecký svìt uznal, že ve své dobì pøispìl pozitivnì vìdì, a byla po nìm pojmenována velièina M, udávající násobek rychlosti zvuku. V matematickém vyjádøení je to: M = v/c

[-; m/s, m/s],

tj. M je pomìr rychlosti tìlesa v a rychlosti zvuku c v atmosféøe. Je však možné, že jeho význam jako filozofa èi psychologa byl vìtší, než se obecnì uznává, protože souèasnì s dalším filozofem (ale každý zcela samostatnì) položili základy empiriokriticismu, a vyprovokoval tak mnoho dalších filozofù - nìkteré k obhajobì, nìkteré ke kritice svých názorù.

2

Ernst Mach zemøel 19. února 1916 v Nìmecku, ve Vaterstettenu.

Jules Henri Poincaré Tento muž, který patøí k nejvìtším postavám v dìjinách matematiky 19. století, se narodil 29. dubna 1854 ve francouzském mìstì Nancy, ve známé, a i pozdìji významné rodinì. Jeho otec Léon tam byl tehdy uznávaným profesorem medicíny na univerzitì, pøesto že mu bylo teprve 26 let. Rodina dala Francii více významných osobností - Raimond Poincaré jako syn nejstaršího Léonova bratra Antoineho se stal francouzským ministerským pøedsedou a za 1. svìtové války dokonce francouzským presidentem, jeho další syn Lucien byl prorektorem univerzity a Henriho sestra se provdala za významného filozofa spiritualistického smìru. Henri navštìvoval od roku 1862 lyceum v Nancy, které dnes nese jeho jméno. Po celých 11 let patøil k nejlepším studentùm a jeho profesor matematiky jej nazval „matematickým monstrem“, když vyhrál v soutìži mezi všemi francouzskými školami první cenu. V letech 1873 až 1875 navštìvoval polytechniku, kde se mimo matematiky zajímal také o fyziku a o hudbu. Z té však se vìnoval jen poslechu, ponìvadž jeho snaha nauèit se hrát na klavír skonèila neúspìšnì. Po dokonèení polytechniky studoval dále dùlní inženýrství a teprve potom se vìnoval plnì matematice. Doktorát matematiky získal v Paøíži roku 1878 a ihned zaèal vyuèovat matematickou analýzu na univerzitì v Caen. V roce 1886 získal místo profesora fyzikální matematiky na Sorbonì a studentùm pøednáší o optice, elektøinì, matematických vztazích v elektrotechnice, astronomii, termodynamice, svìtle a o dalších zajímavých oborech souvisejících s fyzikou. Ve tøiceti letech se zabývá øešením funkcí komplexní promìnné. Studiem aplikované matematiky se seznamuje s problémy optiky i telegrafie, vzlínavosti, termodynamiky a zaèíná tušit o teorii relativity. V astronomii se napø. zabýval problémy souvisejícími se stabilitou sluneèní soustavy, se vztahy urèujícími obìžné dráhy planet apod. Pøi studiu øešení diferenciálních rovnic používal hojnì neeuklidovskou Lobaèevského geometrii a do principù nebeské mechaniky aplikoval nìkteré výsledky své doktorské dizertaèní práce, které, mimochodem, témìø nikdo z pøísedících pøi dizertaci nerozumìl. Byl jedním z prvních, kdo poznal, že rychlost svìtla je omezená a že hmotnost závisí na rychlosti, takže byl jen krùèek od definování speciální teorie relativity, i když vlastnì její princip formuloval. Poincaré vyslovil základní teorém, že každý izolovaný mechanický systém se vrací do výchozího stavu v èase, který lze definovat (poincarého opakující se èasový interval) a tento teorém je výchozím pro analýzy entropie.

Titulní list Poincarého knihy „Der Wert der Wissenchaft“, vydané roku 1906 v Lipsku. Hodnì se ale též vìnoval filozofickým problémùm vìdy obecnì, a zvláštì základù matematiky, a ještì za svého života publikoval tøi významná díla, ve kterých se tìmito problémy zabýval; další vyšla až po jeho smrti. Na rozdíl od svých pøedchùdcù i souèasníkù prosazoval, že nìkteré jevy lze definovat, i když je zatím svými nedokonalými mìøicími metodami a pøístroji nemùžeme mìøit èi urèit. Teprve ve druhé polovinì minulého století byly nìkteré jeho myšlenky, týkající se napø. atmosféry, potvrzeny, a podobnì je tomu u studia fraktálù, jejichž teorie byla rozpracována až témìø jedno století poté, co jejich princip naznaèil Poincaré. Jeho velkým úspìchem bylo získání ceny vypsané švédským králem za vyøešení nìkterých vìdeckých problémù. Otázkou, kterou se zabýval, bylo zjištìní, zda sluneèní soustava, definovaná Newtonem, je dynamicky stabilní - tehdy vyslovil myšlenky dynamického chaosu, èímž otevøel nové obzory v oblasti nebeské mechaniky. Poincaré byl E. T. Bellem nazván „posledním univerzalistou“ - vìdcem širokého zábìru - obdobnì, jako byl Gauss. Poincaré ovšem na rozdíl od nìj své myšlenky a ideje publikoval, a to nejen pro vìdecký svìt, ale snažil se o popularizaci i mezi širokou veøejností. Zemøel 17. èervence 1912 v Paøíži. QX

Literatura [1] J. T. Blackomore: Ernst Mach - His Work, Life and Influence. University of California Press, London 1972. [2] Internetové stránky: Machovo èíslo, Ernst Mach. [3] Poincaré, H.: Der Wert der Wissenschaft. B. G. Treubner, Leipzig 1906. [4] Tjapkin, A; Šibanov, A.: Puankare. Molodaja gvardija, Moskva 1979. [5] Mach, E.: Die Mechanik in ihrer Entwicklung. F. A. Brockhaus, Leipzig 1933.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

ELEKTRONIKA V MODELÁØSTVÍ Ing. Jiøí Vlèek Prudký rozvoj elektroniky a její stálé rostoucí možnosti se nevyhnuly ani železniènímu, automobilovému a leteckému modeláøství. V následujících návodech se zabývám pøedevším elektronikou v oblasti železnièního modeláøství, nìkteré návody se týkají i jiných témat (øízení svìtel na køižovatce, nabíjení akumulátorù vhodných pro letecké modeláøství). Miniaturizace obvodù a použití mikroprocesorù umožòují digitální øízení kolejištì. Realizace takových obvodù je doménou profesionálních firem (viz www.lenz.de). Následující konstrukce používají starší analogový zpùsob øízení, který vede k jednodušším zapojením, jejichž vývoj a výroba je v silách amatérù. Chci zde podìkovat panu Josefu Dobešovi z firmy Pradomodel za konzultace, poskytnuté námìty a za pomoc pøi zkoušení funkèních vzorkù. Popisované konstrukce dodává autor jako stavebnice - desku s plošnými spoji (DPS) a souèástky. Adresa autora, na které mùžete stavebnice objednat, je na str. 34.

Železnièní modeláøství U všech modelových železnic se používá stejnosmìrné napájecí napìtí 12 V a støídavé napìtí 16 V. Stejnosmìrné napìtí 12 V je získáváno dvoucestným usmìrnìním støídavého napìtí ze síového transformátoru, není filtrováno (má pulsní prùbìh), a slouží k napájení motorù trakèních vozidel. Støídavým napìtím 16 V se napájí osvìtlení budov a ulic nebo øídicí a zabezpeèovací obvody. Trakèní vozidla se napájejí prostøednictvím kolejnic. Motorové vozidlo obsahuje jeden i více stejnosmìrných motorkù. Velikostí napájecího napìtí je urèována rychlost otáèek motorku a tím i rychlost jízdy, polaritou napájecího napìtí je urèován smìr jízdy. Vìtší kolejištì se pak skládá z rùzného poètu vzájemnì izolovaných úsekù, které jsou napájeny z jednoho nebo i z více zdrojù. Tímto systémem je umožnìna jízda nìkolika vlakù souèasnì. Modernìjší a samozøejmì i finanènì nároènìjší systémy s digitál-

ním øízením mají kolejištì napájeno stálým stejnosmìrným nebo støídavým napìtím. Zde se po napájecím vedení a kolejemi pøenášejí souèasnì i ovládací informace (data) k jednotlivým dekodérùm v lokomotivách nebo vozech a tøeba i k dekodérùm pro stavìní výhybek a návìstidel.

Lineární napájecí zdroj Nejjednodušším a také nejpoužívanìjším zdrojem napìtí je síový transformátor s vìtším poètem odboèek na sekundárním vinutí. Pøepínáním odboèek se reguluje rychlost jízdy lokomotivy. Zdroj dále obsahuje mùstkový usmìròovaè a dvoupólový pøepínaè nebo relé pro zmìnu polarity výstupního napìtí (smìru jízdy). Nároènìjší modeláøùm nejjednodušší napájeèe nevyhovují. Vyžadují plynulý rozjezd, plynulou zmìnu rychlosti a plynulé zastavení. K napodobení setrvaènosti skuteèných vlakù, kterou

modely nemají, se používají elektronické obvody. Na kondenzátoru, který se postupnì nabíjí pøes odpor, se pomalu zvyšuje napìtí. To potom plynule zvìtšuje výkon motoru a rychlost lokomotivy. Hmotnost vlaku a jeho setrvaènost se tak nahrazuje pøechodovým jevem nabíjejí a vybíjení kondenzátoru, efekt je podobný. U vìtších kolejiš pøijde vhod dálkové ovládání, kterým je možné z libovolného místa øídit i nìkolik napájecích zdrojù souèasnì. Napájecí zdroj, jehož schéma je na obr. 1, je navržen tak, aby uvedeným požadavkùm vyhovoval. Jedná se o klasický lineární zdroj v bìžném zapojení.

Popis funkce K regulaci výstupního napìtí je použit výkonový Darlingtonùv tranzistor T1, který pracuje jako sledovaè napìtí z výstupu operaèního zesilovaèe IO1. Na emitoru T1 je napìtí o 1,2 V menší než napìtí pøivádìné na bázi T1. OZ IO1 je zapojen jako neinvertující zesilovaè a zesiluje pøibližnì 3x øídicí napìtí, kterým se ovládá výstupní napìtí zdroje. Na invertující vstup OZ se pøivádí pøedpìtí asi +1,8 V ze zelené LED D6, které zajišuje lineární pracovní re-

Obr. 1. Lineární napájecí zdroj

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

3

žim OZ. LED D6 stabilizuje pøedpìtí a souèasnì mùže indikovat zapnutí zdroje. Pøedpokládám, že øídicí napìtí bude vždy výraznì vìtší než pøedpìtí +1,8 V, jinak by vlak nejel. Øídicí napìtí se odebírá buï z bìžce potenciometru P1 (rezistory R2 a R3 urèují minimální a maximální výstupní napìtí zdroje a tím i nejnižší a nejvyšší možnou rychlost lokomotivy), nebo se pøivádí z obvodu dálkového ovládání pøes svorku Øízení. Øídicí napìtí se pøivádí na vstup OZ pøes integraèní èlánek, který je tvoøen odporem R4 (popø. vnitøním odporem obvodu dálkového ovládání) a kapacitou C2. Pozvolným nabíjením nebo vybíjením kondenzátoru C2 je simulována setrvaènost vlaku. K napájení potenciometru P1 a OZ IO1 jsem použil jednoduchý filtraèní obvod s  kondenzátorem C1, který se nabíjí pøes diodu D5 na špièkovou velikost napájecího napìtí. Stabilizaci tohoto napìtí nepovažuji za nezbytnou, dùležitìjší je nesnižovat napájecí napìtí OZ, aby výstupní napìtí zdroje bylo dostateènì velké. Zdroj musí mít ochranu proti zkratu na výstupu, aby se pøi zkratu nemohl znièit regulaèní tranzistor T1. Velikost výstupního proudu se zjišuje pomocí boèníku R5. Když pøi zvìtšování výstupního proudu zdroje dosáhne úbytek napìtí na boèníku R5 velikosti asi 0,6 V, zaènou se otevírat tranzistory T2, T3 a T4 a zaènou snižovat výstupní napìtí zdroje tak, aby pøi dalším zmenšování zatìžovacího odporu zùstával výstupní proud konstantní. Otevøením tranzistoru T4 se rozsvítí èervená LED D7, která indikuje režim omezení výstupního proudu (pøetížení zdroje). Pøi zkratu na výstupu zdroje je na R5 úbytek napìtí U R5 MAX ≈ 0,65 V. Zkratový proud IK má být omezen na zhruba 5 až 6 A podle požadované zatižitelnosti zdroje. Požadovaný odpor boèníku R5 pak vypoèteme podle Ohmova zákona: R5 = UR5 MAX /IK

[Ω; V, A].

Rezistor R5 musí být dimenzován na výkon odpovídající maximálnímu neomezenému proudu. U vìtších kolejiš kategorie 0 musíme pøedpokládat odbìr proudu 2 až 4 A, u menších kolejiš bude odbìr menší. Též musíme dostateènì chladit tranzistor T1. Maximální výkon je na T1 tehdy, je-li výstupní napìtí zdroje rovno polovinì vstupního napájecího napìtí, a rovná se jedné ètvrtinì maximálního pøíkonu zátìže. PMAX = UVÝST MAX ·IVÝST MAX /4 [W; V, A]. Na tento výkon musí být dimenzován chladiè T1. Pro 20 W ztrátového výkonu je potøebná chladicí plocha svislého èernìného chladièe pøibliž-

4

Obr. 2. Obrazec plošných spojù na desce lineárního napájecího zdroje (mìø.: 1 : 1)

Obr. 3. Rozmístìní souèástek na desce lineárního napájecího zdroje nì 1 dm2, u lesklého chladièe musí být jeho plocha dvojnásobná. Pøes diodu D8 je možné vnìjším kladným napìtím (pøivedeným na svorku Stop) zdroj vypnout z obvodu dálkového ovládání (tlaèítkem Panika), aniž se zmìní nastavené hodnoty. Na výstupu zdroje je relé Re, které pøepíná polaritu výstupního napìtí, a tím smìr jízdy. Relé je øízeno z obvodu dálkového ovládání pøes svorku Smìr a tranzistor T5. Dioda D9 chrání tranzistor T5 pøed poškozením napìovými špièkami pøi vypínání proudu cívkou relé. Místo relé by bylo možné použít i dvoupólový pøepínaè, který by byl umístìn mimo desku s plošnými spoji. Na desce zdroje je vìtší poèet výstupních svorek - výstupní napìtí se rozdìluje pro napájení jednotlivých úsekù kolejištì. Napìtí na kondenzátoru C2 v popisovaném zdroji mùžeme mìnit pomocí tlaèítek v obvodu dálkového ovládání (tlaèítkem Tl 55 se vlak zrychluje a tlaèítkem Tl 56 se zpomaluje). C2 se nabíjí pøes potenciometr P51 v obvodu vysílaèe dálkového ovládání. Nastavením potenciometru P51 se mìní setrvaènost vlaku. Napìtí z P51 se dostává na kondenzátor C2 pøes multiplexer v pøijímaèi dálkového ovládání.

Podrobnì je obvod dálkového ovládání popsán na str. 10.

Konstrukce Zdroj je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Deska se jmenuje „model napajec“. Obrazec spojù je na obr. 2, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 3.

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7, R8, R9 R10 R11 R12 R13 R14 P1 C1 C2 D1 až D4 D5 D6 D7 D8

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

2,7 kΩ, miniaturní 240 kΩ, miniaturní 43 kΩ, miniaturní 1,5 MΩ, miniaturní viz text 680 Ω, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 680 Ω, miniaturní 200 Ω, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 240 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 100 kΩ, PT10 VK100 220 µF/25 V, radiální 1000 µF/16 V, radiální 1N5408 1N4007 LED (zelená) LED (èervená) 1N4148

D9 T1 T2 T3, T4,T5 IO1 Re

1N4007 TIP122 (Darlington) BC557B BC547B TL071 (MAB356) RELEF4052-12 (12 V, 2x pøepínací)

DPS stojí 64 Kè, souèástky 268 Kè.

Pulsní napájecí zdroj K øízení otáèek ss motorkù mùžeme používat i obdélníkový signál s promìnou støídou (s pulsní šíøkovou modulací - PWM), který je dále popsán. Jeho hlavní výhodou jsou výraznì menší tepelné ztráty než u lineárního zdroje. Pulsní princip ale nemusí vyhovovat všem motorkùm. Pravoúhlý signál mùže být i zdrojem rušení, zejména je-li napájen prostý ovál kolejí, který pak funguje jako ideální dipólová anténa.

Popis funkce Schéma pulsního zdroje je na obr. 4. Zapojení je velmi podobné pøedcházejícímu lineárnímu zdroji a má stejné funkce. Øídicí napìtí je ze stejnosmìrného zesilovaèe IO1a pøivedeno na napìtím øízený multivibrátor IO1b. Pøi nízkém

vstupním napìtí je na výstupu IO1b úroveò L a tranzistor T1 je zavøený. S rostoucím vstupním napìtím zaèíná multivibrátor kmitat. Mìní se støída kmitù a prodlužuje se doba, po kterou je tranzistor T1 otevøený, takže vzrùstají otáèky motorku. Nakonec je tranzistor T1 úplnì otevøen a motorek se toèí plnou rychlostí. Vidíme, že na rozdíl od lineárního zdroje, ve kterém T1 pracoval jako promìnný odpor, zde pracuje jako spínaè. Jeho tepelné ztráty jsou zhruba o jeden øád nižší. Obejdeme se proto bez chladièe, pøípadnì jen s velmi malým chladièem. Kmitoèet multivibrátoru není kritický, musí však být vyšší než 1 kHz, jinak motor cuká. V tomto zapojení má multivibrátor kmitoèet asi 25 kHz. Pøi nižších kmitoètech než 16 kHz by mohlo být slyšet pískání. Za zmínku stojí zapojení proudové pojistky, která omezuje napìtí už na vstupu IO1b. Jinak by tranzistor v režimu proudového omezení pracoval lineárnì a pøehøíval by se.

Konstrukce Zdroj je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Deska se jmenuje „model napajec puls“. Obrazec spojù je na obr. 5, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 6.

Obr. 5. Obrazec plošných spojù na desce pulsního napájecího zdroje (mìø.: 1 : 1)

Obr. 4. Pulsní napájecí zdroj

Obr. 6. Rozmístìní souèástek na desce pulsního napájecího zdroje

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

5

Obr. 7. Zpožïovaè rozjezdu a zastavování lokomotivy

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7, R8, R9 R10 R11, R12 R13 R14, R17 R15 R16 P1 C1 C2 C3 D1 až D4 D5, D9 D6 D7 D8 T1 T2 T3, T4, T5 IO1

2,7 kΩ, miniaturní 240 kΩ, miniaturní 43 kΩ, miniaturní 1,5 MΩ, miniaturní viz text, drátový 680 Ω, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 680 Ω, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 240 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 10 kΩ, miniaturní 100 kΩ, PT10VK100 220 µF/25 V, radiální 1000 µF/16 V, radiální 470 pF 1N5408 1N4007 LED (zelená) LED (èervená) 1N4148 TIP122 (Darlington) BC557B BC547B TL072

DPS stojí 68 Kè, souèástky 275 Kè.

Zpožïovaè rozjezdu a zastavování Železnièní modely nemají na rozdíl od skuteèných vlakù témìø žádnou setrvaènost. Nároènìjším modeláøùm to vadí, a proto je tøeba hledat øešení. Popisovaný zpožïovaè je umístìn v lokomotivì a zajišuje po pøipojení napájecího napìtí její zpomalený rozjezd. Zpomalení jízdy pøed zastavovacím úsekem (izolovaný úsek kolejí, který se odpojuje od napájení) se realizuje pomocí infraèervené LED, umístìné v kolejích, a fototranzistoru na lokomotivì. Velikost zpožïovaèe, a tím i složitost jeho zapojení, je omezená místem v lokomotivì (47 x 23 x 11 mm). Obvod je napájen trakèním napìtím z kolejištì (dvoucestnì usmìrnìným nevyfiltrovaným napìtím s promìnným rozkmitem a polaritou).

Popis funkce Zpoždìní pøi rozjezdu realizujeme nabíjením kondenzátoru C1 proudem

6

tekoucím z výstupu OZ IO1a. OZ IO1b pracuje jako astabilní multivibrátor s promìnnou støídou výstupních impulsù. Multivibrátorem jsou buzeny výkonové tranzistory NMOS, které spínají proud do trakèního motorku. Výkon motorku je øízen, podobnì jako u pulsního zdroje, šíøkovou modulací budicích impulsù (PWM). Kmitoèet multivibrátoru je dán hodnotami souèástek R5 a C4 a není kritický. Doporuèuji, aby byl mírnì nad 20 kHz. Pøi nízkých kmitoètech mùže motor cukat, pøi kmitoètech v akustickém pásmu se ozývá nepøíjemné pískání a pøi kmitoètech mnohem vyšších než 20 kHz by zase vzrùstaly ztráty na výkonových tranzistorech. Výkonové spínací tranzistory musí být dva, každý pro jednu polaritu napájecího napìtí. V druhé polaritì napájecího napìtí je každý tranzistor pøemostìn Schottkyho diodou D1 a D2, na které je malý úbytek napìtí (pøi proudech jednotek ampér do 0,5 V) a tím i mala ztráta výkonu. Výkonové spínací tranzistory jsem použil v provedení NMOS, které mají v otevøeném stavu odpor zhruba 0,3 Ω a na kterých je za provozu úbytek napìtí asi 0,1 až 0,5 V. To je dùležité pøedevším proto, že v malém prostoru není místo na chladièe tranzistorù. Naopak možná bude nutné pouzdra tìchto tranzistorù (TO220) trochu zmenšit odøíznutím chladicí plošky. Jejich provozní teplota pøesto zùstane normální. Po pøipojení napájecího napìtí se kondenzátor C1 zaène nabíjet pøes souèástky P1 a D4 z výstupu OZ IO1a. Impulsy na výstupu OZ IO1b se prodlužují a vlak se pomalu rozjíždí. Pokud jedoucí lokomotiva narazí na paprsek z infraèervené LED, která je umístìna v kolejišti a napájena usmìrnìným støídavým napìtím, otevøe se fototranzistor Ft. Napìtí na invertujícím vstupu OZ IO1a vzroste a napìtí na výstupu IO1a klesne na 1 až 2 V. K vhodnému pøizpùsobení  infraèervené LED a fototranzistoru použijeme rezistor R10. Není-li fototranzistor osvìtlen, dìliè R10, R1 nastaví na invertujícím vstupu menší napìtí, než je polovina napájecího napìtí. Pro zaèátek doporuèuji odpor rezistoru R10 zvolit 43 až 68 kΩ, jeho zmìny nejsou vylouèeny. Proto je možné rezistor R1

a R10 použít jak v SMD, tak ve vývodovém provedení. Po otevøení fototranzistoru se na výstupu OZ IO1a objeví nízká úroveò napìtí a kondenzátor C1 se zaène pøes souèástky P2 a D3 vybíjet, což se projeví zkracováním impulsù na výstupu IO1b a tím i zpomalováním vlaku. Tento stav se udrží díky diodì D9, která zajišuje trvalé pøeklopení OZ IO1a do té doby, než se odpojí napájecí napìtí, i když na fototranzistor již nedopadá záøení z LED. Prùbìh vybíjení C1 pøípadnì upravíme zapojením sériové kombinace LED a rezistoru o odporu 2,7 kΩ mezi body A a B (na obr. 7). Aby se po pøipojení napájecího napìtí zaèal vlak ihned rozjíždìt, je kon-

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Obr. 8a. Obrazec plošných spojù na 1. desce zpožïovaèe (mìø.: 1 : 1)

Obr. 8b. Obrazec plošných spojù na 2. desce zpožïovaèe (mìø.: 1 : 1)

Obr. 9a. Rozmístìní souèástek SMD na 1. desce zpožïovaèe

Obr. 9b. Rozmístìní souèástek SMD na 2. desce zpožïovaèe

R6 R7 R8, R9 R10 P1, P2 P3 C1, C2 C3 IO1 T1, T2 D1, D2

Obr. 10a. Rozmístìní vývodových souèástek na 1. desce zpožïovaèe

D3, D4 D5, D6 D7 D8, D9

120 kΩ, SMD 1206 680 kΩ, SMD 1206 4,7 kΩ, SMD 1206 viz text, SMD 1206 nebo vývodový 100 kΩ, PT10HK100 25 kΩ, PT10HK025 100 µF/16 V, radiální 470 pF, keramický, vývodový Tl072 IRF530 1N5820 (Schottkyho dioda) BAS21, SOT23 BZX84C15, SMD BZX84C5,1V, SMD BAS21, SOT23

DPS (2 ks) 29 Kè, souèástky 193 Kè.

Obr. 10b. Rozmístìní vývodových souèástek na 2. desce zpožïovaèe denzátor C1 rychleji nabíjen pøes diodu D8 na urèité poèáteèní napìtí, pøi kterém se motor ještì neroztoèí. Rezistory R2 a R3 a Zenerovy diody D5 a D6 chrání tranzistory T1 a T2 proti pøepìtí (napìtí mezi jejich elektrodami G a E musí být vždy menší než 15 V). Trakèní napìtí z kolejí je pro napájení zpožïovaèe usmìròováno mùstkovým usmìròovaèem USM a vyhlazováno kondenzátorem C2. Pokud nejsou rozjezd a zastavení dostateènì plynulé, mùžeme experimentovat se zvìtšováním kapacity kondenzátoru C3, ale jen potud, aby nás nerušilo pískání motoru.

Symetrický napájeè kolejištì V pøedchozím textu popsané napájecí zdroje pracují s nesymetrickým napájecím napìtím. Kolejištì má jednu kolej (tzv. nulovou) spoleènou a druhá kolej je dìlena na úseky. Každý úsek je napájen ze samostatného zdroje. Pokud chceme mìnit smìr jízdy nezávisle v nìkolika úsecích, musí být napájeny z oddìlených zdrojù, tedy ze samostatných transformátorù (popø. ze samostatných vinutí jednoho trans-

formátoru). Smìr jízdy pøepínáme dvoupólovým pøepínaèem. Pokud bychom tuto podmínku nedodrželi, nastával by pøi pøepólování jednoho napájeèe zkrat. Následující konstrukce pøedstavuje symetrický napájecí zdroj, který má následující výhody: 1) Jedna kolej (zem) mùže být spoleèná pro celé kolejištì, tak jako v pøedešlém pøípadì. 2) Všechny regulátory mùžeme napájet z jednoho transformátoru s dvojitým vinutím. 3) K pøepínání smìru nám staèí jednopólový pøepínaè.

Popis funkce Symetrický napájecí zdroj pracuje na principu PWM (pulsní šíøková modulace), podobnì jako obvod pro zpoždìné zastavení a rozjezd nebo již uvedený pulsní zdroj. Pulsní regulátor ve zdroji je dvojitý, pracuje s jedním multivibrátorem pro obì polarity napìtí. Schéma symetrického napájecího zdroje je na obr. 11. OZ IO1a tvoøí napìtím øízený multivibrátor, který je napájen stabilizovaným kladným a záporným napìtím. Ke stabilizaci se používají Zenerovy diody D9 a D10. Kmitoèet multivibrátoru volíme hodnotami souèástek R5 a C3 tak, aby ani pøi rozjezdu nebylo slyšet pískání. Èasová konstanta R9, C4 zajišuje zpož-

Konstrukce Mechanicky je tento obvod realizován na dvou deskách s jednostrannými plošnými spoji, které jsou spolu propojeny prostøednictvím vývodù A, B, C a GND. Kvùli úspoøe místa jsou desky osazeny souèástkami z obou stran (obr. 8 až obr. 10). Desky se musí vestavìt do lokomotivy tak, aby trimry P1, P2 a P3 byly za provozu pøístupné pro nastavení. Trimrem P1 nastavíme dobu rozjíždìní, trimrem P2 dobu zastavování. Trimr P3 nastavuje prahovou hodnotu napìtí potøebnou k rozjezdu. Nastavíme jím co nejkratší dobu, než se vlak po pøipo-

jení napájecího napìtí zaène rozjíždìt. Seøízení jednotlivých trimrù závisí vždy na konkrétních podmínkách (na výkonu motorku, hmotnosti vlaku apod).

Seznam souèástek R1 R2, R3, R4 R5

30 kΩ, SMD 1206 nebo vývodový 4,7 kΩ, SMD 1206 30 kΩ, SMD 1206

Obr. 11. Symetrický napájeè kolejištì

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

7

dìní a pomalý rozjezd pøi zapnutí. Pøi vypnutí napájecího napìtí mùže být zastavení vlaku rychlejší než rozjezd, proto je k vybíjení kondenzátoru C4 použita dioda D11 (v sérii s ní by pøípadnì mohl být rezistor). Trimr P2 zkracuje prodlevu pøi zapnutí napájecího napìtí, kondenzátor C4 pøes diodu D12 získá rychle potøebné pøedpìtí. Spínací tranzistory jsou typu MOS, protože mají v otevøeném stavu minimální úbytek napìtí a výkonové ztráty. Kladné napìtí na výstupu IO1a (odpovídá jedoucímu vlaku) spíná tranzistor T3. K otevøení tranzistoru NMOS musí být napìtí na jeho øídicí elektrodì o 3 až 5 V kladnìjší než na jeho emitoru. Kladné napìtí je vztaženo k nejzápornìjšímu napìtí v obvodu, mùže být menší než nula. Napìtí z výstupu IO1a je invertováno komparátorem IO1b, aby jím bylo možné napájet tranzistor PMOS T1. T1 je otvírán záporným napìtím 3 až 5 V oproti jeho emitoru. Výkonové tranzistory MOS jsou chránìny Zenerovými diodami D7 a D8, které nedovolí, aby napìtí mezi øídicí elektrodou a emitorem tranzistoru pøekroèilo 15 V. Napìtí z výstupù OZ IO1A a IO1B je pro buzení tranzistorù T1 a T3 pøizpùsobeno odporovými dìlièi s rezistory R11, R3 a R10, R1. Tranzistory T2 a T4 pracují jako proudová pojistka. Pøi pøekroèením povoleného proudu vznikne na rezistorech R2 nebo R4 úbytek napìtí vìtší než 0,6 V, a to má za následek, že pøestane kmitat multivibrátor IO1a. Mezi povoleným proudem IP a odporem rezistorù R2 nebo R4 platí vztah: 0,6 = R2·IP ; 0,6 = R4·IP

[V; Ω, A].

Pøepínaèem S1 se pøepíná polarita výstupního napìtí, vždy mùže pracovat pouze jedna èást zdroje. Je použit dvoupólový pøepínaè s obìma póly zapojenými paralelnì, aby se zvìtšila proudová zatížitelnost a mechanická stabilita (pøepínaè je pøipájen do desky s plošnými spoji). Napájecí napìtí ze síového transformátoru je usmìròováno diodami D1 až D4 a musí být dobøe filtrováno, jinak se objevují problémy s funkcí napájeèe. Kapacitu kondenzátorù C5 a C6 doporuèuji zvolit 1000 až 2200 µF na každý ampér odebíraného proudu. Kondenzátorù mùžeme zapojit i více ze strany spojù. Z jednoho transformátoru mùžeme napájet vìtší poèet regulátorù, diody D1 až D4 jsou pro všechny regulátory spoleèné, každý regulátor by mìl obsahovat odpovídající filtraèní kondenzátory.

Tab. 1. Pøevodní charakteristika regulátoru PWM Uvst

[V]

1,5

2,5

3,5

5,0

7,2

9,6

10,1

Uvýst

[V]

1,69

3,58

4,25

5,40

6,92

8,57

9,88

Pouzdro potenciometru P1 je umístìno ze strany spojù a od desky musí být vhodným zpùsobem odizolováno, aby nezkratovalo plošné spoje. Vývody P1 jsou k desce pøipojeny krátkými drátky. Pokud chceme desku symetrického napájeèe pøišroubovat pomocí pøepínaèe S1 k pøednímu panelu skøíòky napájeèe, nemìla by výška kondenzátorù C5 a C6 pøekroèit 16 mm. Rozmìrnìjší kondenzátory, jejichž kapacitu mùžeme zvolit vìtší, než je uvedeno v rozpisce, umístíme ze strany spojù. Tranzistory T1 a T3 pøišroubujeme k desce, chladiè není nutný.

Namìøení hodnoty U zhotoveného pulsního regulátoru PWM jsem zmìøil pøevodní charakteristiku, vysledky mìøení jsou v tab. 1. Velièina Uvst v tabulce je napìtí z regulovatelného laboratorního zdroje, který byl zapojen místo kondenzátoru C4 na vstup OZ IO1A. Napìtí Uvýst je støední hodnota výstupního pulsního napìtí z OZ IO1b, které jsem integroval èlánkem RC s velkou èasovou konstantou a mìøil digitálním voltmetrem. Napájecí napìtí bìhem tohoto mìøení bylo +12 V. Z namìøených hodnot v tab. 1 vyplývá, že tento regulátor má i pøes velmi jednoduché zapojení ve støední èásti dobrou linearitu a že není pøíèinou pøíliš

rychlého rozjezdu. Pøevodní charakteristika není lineární pouze na okrajích, což je zpùsobeno limitací výstupního signálu. Jako integraèní èlánek se chová i motor lokomotivy. Úèinky prùbìhu napìtí o dostateènì vysokém kmitoètu jsou stejné jako úèinky stejnosmìrného napìtí. Motor se chová, jako by byl napájen stejnosmìrným napìtím, jehož velikost se mìní potenciometrem. Motor, který je zatížen, potøebuje k rozbìhu vìtší proud a napìtí než pro udržení chodu. Odbìr proudu pøi rozbìhu je vìtší než pøi trvalém chodu. Proto pøi velké zátìži není rozbìh nikdy úplnì plynulý. Pro plynulý rozjezd nutné, aby byl motorek dostateènì výkonovì dimenzován. Pokud není, elektronický regulátor nemùže uèinit žádný zázrak.

Seznam souèástek R1, R3 R2, R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10, R11 R12, R13 P1 P2

2,7 kΩ, miniaturní 4x 1Ω (paralelnì), miniaturní 30 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 680 kΩ, miniaturní 10 kΩ, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 2,7 kΩ, miniaturní 200 Ω, miniaturní 10 kΩ/N, lineární potenciometr TP 160 1 kΩ, trimr TP 095

Obr. 12. Obrazec plošných spojù na desce symetrického napájeèe (mìø.: 1 : 1)

Konstrukce Všechny souèástky symetrického napájeèe s jedním pulsním regulátorem (vèetnì pøepínaèe S1 a potenciometru P1) jsou umístìny na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 12, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 13.

8

Obr. 13. Rozmístìní souèástek na desce symetrického napájeèe

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

C1, C2 C3 C4 C5, C6 D1 až D4 D5, D6 D7, D8 D9, D10 D11, D12 T1 T2 T3 T4 IO1 S1

100 µF/16 V, radiální 220 pF, keramický 220 µF/25 V, radiální 1000 µF/16 V, radiální 1N5408 1N4148 BZX 83V015 BZX 83V012 1N4148 IRF9530 BC557 B IRF530 BC547 B TL072 B069E, páèkový pøepínaè, dvoupólový

Obr. 14. Ovladaè osvìtlení budov

DPS stojí 53 Kè, souèástky 198 Kè.

Ovladaè osvìtlení budov Pro zvìtšení vìrohodnosti modelu je vhodné, aby v domcích okolo trati nesvítila svìtla pouze trvale, ale aby se obèas nìkteré z nich rozsvítilo a za chvíli zhaslo. To samé je vítáno i pøi osvìtlení vagónkù. Obvod, jehož schéma je na obr. 14, tuto funkci realizuje velmi jednoduše. Interval blikání mùže být i desítky minut.

Popis funkce Základem obvodu podle obr. 14 je 24-stupòový binární dìliè kmitoètu 4521 (IO1), který rovnìž obsahuje aktivní èást RC oscilátoru (multivibrátoru). Oscilátor mùže pracovat na relativnì vysokém kmitoètu, takže pøi jeho realizaci vystaèíme s keramickým kondenzátorem a rozmìry obvodu mohou být díky tomu minimální. Z IO1 jsou vnì vyvedeny pouze výstupy Q18 až Q24. Na jednotlivých výstupech má obvod 4521 kmitoèet oscilátoru dìlìn v pomìrech podle tab. 2. Kmitoèet f oscilátoru je urèen hodnotami souèástek R1 a C1 a lze jej pøibližnì vypoèítat podle vztahu: f = 1/(2,3·R1·C1)

[Hz; Ω, F].

Po dosazení hodnot R1 a C1 podle seznamu souèástek je kmitoèet oscilátoru 7,71 kHz a na výstupu Q22 je signál s periodou pøibližnì 9 minut. Signály mùžeme samozøejmì odebírat z více výstupù souèasnì a navzájem je kombinovat tak, že jednotlivé LED zapojíme mezi rùzné výstupy IO1, a nejen mezi pøíslušný výstup a Tab. 2. Dìlicí pomìry obvodu 4521 Výstup

Dìlicí pomìr

Q18 Q19 Q20 Q21 Q22 Q23 Q24

262 144 524 288 1 048 576 2 097 152 4 194 304 8 388 608 16 777 216

zem. LED doporuèuji použít s vìtší svítivostí. Pøedpokládám, že ve vìtšinì pøípadù bude na modelovém kolejišti obvod napájen ze zdroje støídavého napìtí asi 16 V. Proto je zde i Zenerova dioda D1, rezistor R6 (jeho odpor zvolíme v závislosti na napájecím napìtí), filtraèní kondenzátor C1 a mùstkový usmìròovaè USM. Odpory rezistorù R3 až R5 zvolíme podle napájecího napìtí.

D1 D2 až D4 USM IO1

BZX 83V012 LED s velkou svítivostí B250C1500 4521

DPS stojí 17 Kè, souèástky 49 Kè.

Konstrukce Ovladaè osvìtlení je zkonstruován ve dvou verzích. První varianta je urèena pro ovládání osvìtlení budov a obvod je zapojen s bìžnými vývodovými souèástkami na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 15a, rozmístìní souèástek na desce ja na obr. 15b. Druhá varianta obvodu je miniaturní se souèástkami SMD, aby bylo možné ovladaè umístit do vagónku. Souèástky SMD jsou pøipájeny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 16a, rozmístìní souèástek na obou stranách desky ja na obr. 16b a 16c. Obvod obsahuje pouze jednu LED pøipojenou k výstupu Q22 IO1. Ve vagónku bude obvod asi napájen z trakèního ss napìtí 12 V, jehož polarita se mùže mìnit. Na desce je místo pro jednu LED a jednu SMD diodu D1, která chrání obvod proti zmìnì polarity. Pokud by obvod ve vagónku mìl obsahovat filtraèní kondenzátor, musel by kondenzátor ležet na IO1. Schéma zapojení je pro obì varianty jinak stejné, v provedení SMD jsou nìkteré souèástky vynechány a do série s IO1 je zapojena dioda D1. Pøi osazování desky osadíme nejprve souèástky SMD, potom drátovou propojku, LED, která je umístìna ze strany spojù, a nakonec IO1.

Seznam souèástek

Obr. 15a. Obrazec plošných spojù na desce první varianty ovladaèe osvìtlení budov (mìø.: 1 : 1)

Obr. 15b. Rozmístìní vývodových souèástek na desce první varianty ovladaèe osvìtlení budov

Obr. 16a. Obrazec plošných spojù na desce druhé varianty ovladaèe osvìtlení budov (mìø.: 1 : 1)

Obr. 16b. Rozmístìní souèástek SMD na desce druhé varianty ovladaèe osvìtlení budov

(varianta s vývodovými souèástkami) R1 R2 R3, R4, R5 R6 C1 C2

120 kΩ, miniaturní 15 kΩ, miniaturní 1,2 až 4,7 kΩ, miniaturní 680 Ω, miniaturní 470 pF, keramický 100 µF/35 V, radiální

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Obr. 16c. Rozmístìní vývodových souèástek na desce druhé varianty ovladaèe osvìtlení budov

9

(varianta se souèástkami SMD) R1 R2 R5 C1 D1 D4 Usm IO1

120 kΩ, SMD 1206 15 kΩ, SMD 1206 4,7 kΩ, SMD1206 470 pF, SMD 805 1N4007, SMD Minimelf LED s velkou svítivostí, vývodová B250C1500 4521

DPS (SMD) stojí 9 Kè, souèástky 49 Kè.

Dálkové ovládání Dálkové ovládání mùžeme øešit rùznými zpùsoby: 1) Pomocí infraèervené LED, podobnì jakou napø. u televizních pøijímaèù. Na velkém kolejišti nemusí být tento zpùsob dostateènì spolehlivý. 2) Rádiovým pøenosem (na kmitoètu nejèastìji 27 MHz). Vyvíjet a vyrábìt obvody pøijímaèe a vysílaèe by bylo velmi obtížné, na trhu není dostatek vhodných souèástek (cívky, filtry, integrované obvody) pro vysokofrekvenèní techniku. Naštìstí lze za pøibližnì 200 až 400 Kè zakoupit rùzné dìtské hraèky (autíèka) s dálkovým ovládáním, ve kterých jsou tyto obvody již hotové. Tak je možné si spoustu práce ušetøit. 3) Pomocí kabelu. Krabièku dálkového ovládání musí být možné snadno pøipojit do rùzných míst kolejištì, kde jsou pro ni vytvoøena pøípojná místa. K snadnému pøipojení je nejlépe použít konektor jack stereo 6,3 mm. Z toho vyplývá požadavek, aby obvod dálkového ovládání byl k pøijímacímu obvodu pøipojen maximálnì tøemi vodièi. Z jednoho obvodu dálkového ovládání musí být možné ovládat nìkolik zdrojù.

Popis funkce Popisovaný obvod dálkového ovládání, jehož schéma je na obr. 17, využívá pøipojení ke kolejišti kabelem a umožòuje ovládat ètyøi trakèní napájecí zdroje. Obvod dálkového ovládání obsahuje vysílaè a pøijímaè ovládacích povelù. Souèástky vysílaèe jsou pro pøehlednost znaèeny èísly vìtšími než 50. Vysílaè obsahuje tlaèítka Zrychlit (Tl55) a Zpomalit (Tl56), pomocí kterých se zvìtšuje nebo zmenšuje trakèní napìtí z napájecích zdrojù, a tím ovládá rychlost lokomotivy. Pøes tato tlaèítka se nabíjejí pamìové kondenzátory C2 ve døíve popisovaných zdrojích. Nabíjecí proud protéká pøes potenciometr P51, kterým se reguluje rychlost nabíjení kondenzátoru ve zdrojích a tím se mìní zdánlivá setrvaènost vláèkù. Analogový signál z potenciometru P51 pøichází na vstup B pøijímaèe. Ve vysílaèi jsou dále ètyøi tlaèítka Tl51 až Tl54, která urèují, který ze zdrojù je právì ovládán. Zdroje se volí analogovì pøepínáním napìových úrovní na vodièi A. Vysílaè obsahuje ještì tlaèítka STOP (Tl57) a SMÌR (Tl58), kterými

10

Obr. 17. Vysílaè a pøijímaè dálkového ovládání

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

se vlak zastavuje nebo se mìní smìr jeho jízdy. I povely vydávané tìmito tlaèítky se kódují analogovì úrovnìmi napìtí na vodièi A. Pøijímaèe obsahuje tøi komparátory s hysterezí s operaèními zesilovaèi IO1b až IO1d. Po stisknutí nìkterého z tlaèítek Tl51 až Tl54 ve vysílaèi se úroveò napìtí na vodièi A pøevede na èíslicový signál, který se pøepíše do ètyønásobného klopného obvodu D typu 4076 (IO2). Výstupními binárními signály z IO2 se øídí multiplexer 4051 (IO3), který pøepíná napìtí pro øízení rychlosti lokomotivy z vodièe B na vstup Øízení jednoho ze ètyø zdrojù. Ostatní zdroje jsou zatím øízeny napìtím na svých pamìových kondenzátorech C2. K pøepínání ètyø vstupù Øízení postaèují pouze tøi komparátory. Možné jsou kombinace 111, 110, 100 a 000. V klidovém stavu (žádné z tlaèítek Tl51 až Tl54 není sepnuto) je na vodièi A napìtí asi 6,5 V a výstupy komparátorù IO1b až IO1d jsou v úrovni H. Operaèní zesilovaè IO1a je zapojen jako zesilovaè se zesílením 3. Na jeho výstupu je v klidovém stavu napìtí blízké 6,5 V, tranzistor T1 je otevøen a na taktovacím vstupu CP IO2 je úroveò L. Pøi stisknutí tlaèítka Tl54 ve vysílaèi se napìtí na vodièi A zmenší na 5,2 V a žádný s komparátorù se nepøeklopí. Napìtí na výstupu OZ IO1a se zmenší zhruba na 3 V (pøi stisknutí ostatních tlaèítek Tl51 až Tl53 na 2 V), tranzistor T1 se zavøe a vzestupnou hranou na vstupu CP se do IO2 zapíší binární data 111 (dekadické èíslo 7). Tìmito daty se pøepne multiplexer IO3 tak, že vede analogový signál z vysílaèe z vodièe B pøes svùj výstup Y7 do Zdroje 4. Rozhodovací úroveò spínání tranzistoru T1 je urèována dìlièem R18, R20 a je zvolena zhruba 5 V. Pøi stisknutí tlaèítka Tl53 poklesne napìtí na vodièi A na 4 V a výstup OZ IO1b se pøeklopí do úrovnì L (rozhodovací úroveò komparátoru s OZ IO1b je 4,6 V). Zmenší se i napìtí na výstupu OZ IO1a, zavøe se tranzistor T1 a vzestupnou hranou na vstupu CP se do IO2 zapíší binární data 110 (dekadické èíslo 6). Signál z vodièe B se multiplexerem IO3 pøes jeho výstup Y6 vede do Zdroje 3. Pøi stisknutí tlaèítka Tl52 poklesne napìtí na vodièi A na 2,5 V a do úrovnì L se pøeklopí výstupy OZ IO1b a IO1c (rozhodovací úroveò komparátoru s OZ IO1c je 3,3 V). Do IO2 se zapíší data 100 (dekadicky 4) a signál z vodièe B se vede pøes výstup Y4 IO3 do Zdroje 2. Pøi stisknutí tlaèítka Tl51 poklesne napìtí na vodièi A na 2,5 V a do úrovnì L se pøeklopí výstupy všech OZ IO1b až IO1d (rozhodovací úroveò komparátoru s OZ IO1d je 2,1 V). Do IO2 se zapíší data 000 (dekadicky 0) a signál z vodièe B se vede pøes výstup Y0 IO3 do Zdroje 1. Operaèním zesilovaèem IO1a se musí zavøít tranzistor T1 s urèitým zpoždìním, až se dokonèí sepnutí tlaèítek a ustálí napìtí na vodièi A. Teprve potom

se mohou zapsat data do IO2. Proto je k neinverujícímu vstupu OZ IO1a pøipojen integraèní kondenzátor C2. Èasová konstanta R7·C2 však nesmí být pøíliš dlouhá, jinak by tlaèítko Tl54 bylo nutné tisknout delší dobu. Po zapnutí napájecího napìtí je IO2 vynulován impulsem pøes kondenzátor C3. Tím se IO2 nastaví do stavu 000 a pøednastaví se øízení Zdroje 1. Pøedpokladem spolehlivého vynulování je dostateènì dlouhá èasová konstanta C3·R19 a úplné vybití kondenzátoru C2 v pøijímaèi. U komparátorù s OZ IO1b až IO1d je pomocí rezistorù R13 až R15 vytvoøena slabá hystereze, která zlepšuje odolnost proti zákmitùm tlaèítek. Stisknutím tlaèítka Tl57 STOP ve vysílaèi se uzavøe tranzistor T51 a napìtí na vodièi A se zvìtší o 1 V (nesmí být souèasnì stisknuto žádné jiné tlaèítko). Následkem toho napìtí na výstupu OZ IO1a vzroste o 3 V oproti klidové velikosti 6,5 V, tedy na 9,5 V. Pøes Zenerovu diodu D3 projde kladné napìtí do vstupù Stop všech zdrojù a zablokuje je (lokomotiva zastaví). Stav IO2 se pøi tom nezmìní. Obvody IO4 až IO7 slouží k dálkovému pøepínání smìru jízdy. Stisknutím tlaèítka Tl58 SMÌR ve vysílaèi se uzavøe tranzistor T52 a napìtí na vodièi A se zvìtší o 3 V (opìt nesmí být souèasnì stisknuto žádné jiné tlaèítko). Napìtí na výstupu IO1a vzroste na úroveò kladné saturace, tj. je asi o 1 V menší než napájecí napìtí OZ. Když napìtí na výstupu IO1a pøekroèí 12 V, pøeklopí se hradla IO7b a IO7a a kladným impulsem se pøes multiplexer IO4 pøeklopí jeden ze ètyø klopných obvodù D (IO5 a IO6). Obvody D jsou zapojeny jako dìlièe kmitoètu dvìma, tzn., že každým kladným taktovacím impulsem se zmìní jejich stav na opaèný. Hodinové vstupy obvodù D jsou ošetøeny rezistory R22 až R25.

Pøijímaè je napájen z jednoho ze zdrojù dvoucestnì usmìrnìným napìtím. Pøes diodu D1 se jím nabíjí kondenzátor C1. Zvlnìní napájecího napìtí je minimální, odbìr proudu je malý, asi 6 mA. Napájecí napìtí pro dìlièe a obvody CMOS staèí stabilizovat Zenerovou diodou D2. Operaèní zesilovaè je potøeba napájet vìtším napìtím, asi +15 V, aby jeho výstupního napìtí mìlo dostateèný rozkmit. To, že na výstupech OZ IO1b až IO1D mùže být ponìkud vìtší napìtí než je napájecí napìtí IO2 nevadí, vstupy obvodù CMOS jsou chránìny proti mírnému pøebuzení vnitøním rezistorem o odporu 2 kΩ a upínacími diodami pøipojenými na zem a na kladnou napájecí sbìrnici.

Konstrukce a oživení Obvod dálkového ovládání je zkonstruován z vývodových souèástek na dvou deskách s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec plošných spojù vysílaèe je na obr. 18, rozmístìní souèástek na desce vysílaèe na obr. 19. Obrazec plošných spojù pøijímaèe je na obr. 20, rozmístìní souèástek na desce pøijímaèe na obr. 21. K vysílaèi pøipojíme kabel s vidlicí jack stereo 6,3 mm, ke vstupu pøijímaèe pøipojíme odpovídající zásuvku. Pøi oživování nejprve propojíme pøijímaè s vysílaèem. Je-li vše v poøádku, bude obvod fungovat na první zapojení bez dalšího nastavování. Pro jistotu doporuèuji ovìøit správnou funkci obvodu jeho promìøením. Stiskneme postupnì tlaèítka Tl51 až Tl54 a Tl57 a Tl58 a ovìøíme správnou velikost napìtí na vodièi A. Zkontrolujeme napìtí na invertujících vstupech OZ IO1b, IO1c, IO1d, napìtí na výstupu IO1a v klidovém stavu (6,5 V), pøi stisknutí tlaèítek Tl51, Tl52, Tl53 (2 V), pøi stisknutí tlaèítka Tl54 (3 V), pøi stisknutí tlaèítka Tl57 STOP (9,5 V) a pøi stisk-

Obr. 18. Obrazec plošných spojù na desce vysílaèe dálkového ovládání (mìø.: 1 : 1)

Obr. 19. Rozmístìní souèástek na desce vysílaèe dálkového ovládání

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

11

Obr. 20. Obrazec plošných spojù pøijímaèe dálkového ovládání (mìø.: 1 : 1)

Obr. 21. Rozmístìní souèástek na desce pøijímaèe dálkového ovládání

nutí tlaèítka Tl58 SMÌR (zhruba 15 V). Pøi použití rezistorù s tolerancí 1 % by žádné problémy nastat nemìly.

Seznam souèástek (pøijímaè) R1 R2 R3 R4, R5 R6 R7 R8, R9, R10 R11 R12 R13, R14, R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 R25 R26 C1 C2 C3 T1 T2 IO1 IO2 IO3,IO4 IO5, IO6 IO7 D1 D2,D4

12

4,7 kΩ, miniaturní 12 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 2,7 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 2,7 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 240 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 200 Ω, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 33 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 100 µF/25 V, radiální 1 µF/16 V, keramický 100 nF, keramický BC547B BC557B TL074 4076 4051 4013 4093 1N4148 BZX83V012

D3

BZX83V006.2

DPS stojí 63 Kè, souèástky 192 Kè. (vysílaè) R51 R52 R53 R54 R55 R56 R57 R58 P51 Tl51 až Tl58

680 Ω, miniaturní 1,6 kΩ, miniaturní 3,9 kΩ, miniaturní 10 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 18 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 8,2 kΩ, miniaturní 5 kΩ/N, potenc. TP 160 DT6

DPS stojí 36 Kè, souèástky 195 Kè.

Indikátor obsazení koleje Aby se zjistilo, zda je kolej obsazena, mìøí se odpor jednotlivých kolejových úsekù. Odpor neobsazené koleje se blíží nekoneènu, odpor obsazené koleje je dán odporem motorku lokomotivy, který je øádovì 10 Ω, nebo odporem i jiné zátìže, napø. osvìtlením vagónù èi koncovým svìtlem vlaku. Zejména toto mùže být velmi výhodné, nebo se hlídá, zda úsek opustil celý vlak, nikoliv pouze lokomotiva. Toto mìøení musí probíhat nezávisle na napájení vlaku, jehož polarita se mùže mìnit. Indikátor obsazení koleje proto musí být napájen ze samostatného zdroje galvanicky oddìleného od obvodu, který napájí koleje. K napájení takovýchto pomocných zaøízení (semafory, závory apod.) se zpravidla používá støídavé napìtí 17 V.

Popis funkce Schéma indikátoru obsazení koleje je na obr. 22. Indikátor obsahuje napájecí zdroj, zdroj øídicích impulsù Cl a dva shodné indikaèní obvody pro dvì rùzné koleje. V napájecím zdroji je støídavé napájecí napìtí 17 V ze zvláštního vinutí transformátoru usmìròováno mùstkem s diodami D1 až D4 a stabilizováno Zenerovou diodou D6 na velikost 13 V, vhodnou pro napájení obvodù CMOS (max. 15 V). Øídicí impulsy Cl jsou kladné impulsy s periodou 10 ms, které nabývají úrovnì H v okolí prùchodu síového napìtí nulou. Impulsy jsou generovány pomocí tranzistorù T1 a T2. V okolí prùchodu síového napìtí nulou je T1 uzavøen, takže na jeho kolektoru je plné kladné napájecí napìtí ze Zenerovy diody D6 a na emitoru následujícího emitorového sledovaèe s T2 je vysoká úroveò H. V další èásti pùlperiod síového napìtí je T1 otevøen a na emitoru T2 je úroveò L. Dva shodné indikaèní obvody jsou použity proto, že je totiž tøeba souèasnì vyhodnocovat obsazení izolovaného zastavovacího úseku, na kterém se zastaví lokomotiva (tj. úseku, který je odpojován od napájecího napìtí, chceme-li vlak zastavit) a úseku pøedcházejícího, na kterém se zastaví zadní èást vlaku. Protože se oba úseky napájejí zvl᚝, musí mít i samostatné obvody vyhodnocování. Dále je popsána funkce jednoho z indikaèních obvodù. Odpor koleje se mìøí bìhem vysoké úrovnì impulsù Cl, tj. v okamžicích minim pulsujícího trakèního napájecího

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Cl

napìtí, ve kterých je okamžitá velikost trakèního napìtí menší než 0,6 V. Impulsy Cl se pøivádìjí do koleje pøes diodu D11 a rezistor R6. Odpor koleje se porovnává s odporem rezistoru R6, se kterým tvoøí dìliè napìtí. K porovnávání se používá hradlo NAND typu Schmittùv klopný obvod (H1). Dioda D11 a rezistor R12 chrání vstupy hradla proti pøepìtí. Pokud kolej není obsazena, je po dobu impulsu Cl na obou vstupech hradla H1 úroveò H a výstup hradla je v úrovni L. Impulsy úrovnì L z výstupu hradla H1 jsou upravovány na ss signál úrovnì L špièkovým usmìròovaèem se souèástkami D7, R4 a C2. Bìhem impulsu se pøes diodu D7 rychle vybije kondenzátor C2, na vstupu hradla H2 se objeví úroveò L a výstup hradla H2 se pøeklopí do úrovnì H. Èasová konstanta R4·C2 je mnohonásobnì delší než pùlperioda síového kmitoètu (10 ms), takže C2 se nestaèí v mezerách mezi impulsy nabít a na výstupu hradla H2 je úroveò H trvale. Pokud je kolej obsazena a odpor motoru nebo koncového svìtla apod. je natolik menší než R6, že i bìhem impulsu Cl je na vstupu 5 hradla H1 napìtí menší než dolní rozhodovací úroveò hradla, zùstává výstup hradla H1 trvale v úrovni H. V tom pøípadì je výstup hradla H2 trvale v úrovni L. Podobnì pracuje i indikaèní obvod obsazení druhé koleje. Výstupní signály z hradel H2 a H4 obou indikaèních obvodù se logicky násobí èlenem AND s diodami D12 a D13. Je-li alespoò jedna kolej obsazena, bude na výstupu OUT indikátoru úroveò L. Jsou-li oba úseky volné, jsou na výstupech hradel H2 a H4 úrovnì H a na výstupu OUT je rovnìž úroveò H. Úroveò výstupního signálu mùžeme indikovat diodou LED D10 s velkou svítivostí. Výstupní signál mùžeme dále zpracovat logickými obvody - napø. v ovladaèi návìstí nebo v signalizaèním obvodu pro železnièní pøejezd (viz další konstrukce). Výstupní signál mùžeme pøípadnì invertovat a posílit tranzistorem T3 (logický signál odebíráme z kolektoru T3). Odpor kolektorového rezistoru R13 volíme podle požadovaného výstupního proudu v úrovni H. Výstupní signál též mùžeme vést do dalších obvodù pøes opticky oddìlený spínaè s triakem. Optotriak Op1 potøebuje ke správné funkci proud 5 mA (min 4 mA), k jeho napájení bych použil výstup z tranzistoru T3.

Obr. 22. Indikátor obsazené koleje

P

+ -

Konstrukce Indikátor je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Kvùli širším možnostem využití je deska navržena ve dvojím provedení:

bez zdroje

1) Deska obsahuje všechny obvody podle schématu na obr. 22, tj. spolu s dvojicí indikaèních obvodù jsou na ní umístìny i zdroj napájecího napìtí a øídicích impulsù Cl. Obrazec plošných spojù je na obr. 23, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 24. 2) Na desce je pouze dvojice indikaèních obvodù bez napájecího zdroje. Tato deska je urèena jako doplnìk k pøedchozí desce, aby bylo možné indikovat obsazení vìtšího poètu kolejí. Z jednoho zdroje na pøedchozí desce je

Obr. 23. Obrazec plošných spojù indikátoru obsazené koleje s napájecím zdrojem (mìø.: 1 : 1) Obr. 25. Obrazec plošných spojù indikátoru obsazené koleje bez napájecího zdroje (mìø.: 1 : 1)

Obr. 24. Rozmístìní souèástek na desce indikátoru obsazené koleje s napájecím zdrojem

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Cl + Obr. 26. Rozmístìní souèástek na desce indikátoru obsazené koleje bez napájecího zdroje

13

Obr. 27. Deska s plošnými spoji opticky oddìleného spínaèe s triakem možné napájet vìtší poèet tìchto desek, jejichž odbìr je minimální. Obrazec plošných spojù je na obr. 25, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 26. Vstupní signály z kolejí a napájecí napìtí pøipojujeme k deskám pøes šroubovací svorkovnice s rozteèí vývodù 3,5 mm. Deska opticky oddìleného spínaèe s optotriakem je na obr. 27.

Seznam souèástek R1, R9, R11, R12 R2 R3 R4, R10 R5, R6, R7, R8 R13 R14 C1 C2, C3 D1 až D4 D5, D7, D9 D6 D8, D11 D10 D12, D13 T1, T2, T3 IO1

120 kΩ, miniaturní 200 Ω, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 1,5 MΩ, miniaturní 2,7 kΩ, miniaturní viz text 8,2 kΩ, miniaturní 100 µF/25 V, radiální 100 nF, keramický 1N4007 1N4148 BZX 83V013 (Zenerova dioda 13 V/0,5 W) 1N4148 LED (s vìtší úèinností) 1N4148 BC 547B 4093

DPS stojí 32 Kè, bez zdroje 25 Kè, souèástky 99 Kè, bez zdroje 75 Kè. Deska optotriaku Op1 TR1

MOC 3010 (optotriak) T410/600T(triak)

„Stùj”, nebo zeleným svìtlem, že na hlavním návìstidle svítí „Volno”. V praxi se v mnoha pøípadech sluèuje hlavní návìstí s pøedzvìstí, a proto hlavní návìstí obsahuje žluté svìtlo (tøeba u tzv. traového autobloku). Pokud je úsek støežený daným návìstím volný, svítí zelená, když je i další úsek volný. Žlutá svítí, pokud je vjezd do dalšího úseku uzavøen (na dalším návìstí svítí èervená). Druhé žluté svìtlo nemá s funkcí støeženého úseku pøímou souvislost, je to pøíkaz k omezení rychlosti. Dvì žlutá svìtla obsahuje napø. vjezdové návìstidlo do stanice. Pokud se bude vjíždìt rovnì pøes výhybky na hlavní prùbìžnou kolej, nebude ta druhá žlutá svítit. Pokud se bude vjíždìt do odboèky na vedlejší koleje, bude tato žlutá naøizovat nižší rychlost. K této druhé žluté mùže svítit buï zelená, pokud je dál na odjezdu volno, nebo žlutá, pokud na odjezdu svítí èervená. To je ovšem jen malá èást návìstních pøedpisù dráhy. Samozøejmì existuje tohle všechno ještì složitìjší a širší, ale pro domácí kolejištì to takhle plnì staèí.

Pokud je signál Odjezd v úrovni H, na vstupu Volno je úroveò H a na vstupu Z je úroveò L, bude svítit Zelená. Když je na vstupu Volno úroveò L a na vstupu Z úroveò H, bude svítit Žlutá 1. Èervená v obou pøípadech zhasne. Když bude na vstupu Žl2 úroveò H a nebude svítit èervená (tj. když budou na obou vstupech hradla H4 úrovnì H), bude svítit Žlutá 2 (Žlutá 2 mùže svítit souèasnì se Zelenou nebo Žlutou 1, nesmí však svítit spolu s Èervenou). Ovladaè návìstí jsem realizoval ve dvou variantách. V první variantì, jíž odpovídá schéma na obr. 28, jsem použil hradla NAND typu CMOS 4011. Výhodou IO 4011 je lepší sluèitelnost s ostatními

Popis funkce

Ovladaè hlavního návìstí, kombinovaného s pøedzvìstí Na návìstí se ukazuje základní pøíkaz „Stùj”, tj. èervená barva. Pokud by to bylo jen hlavní návìstí, druhá barva by byla zelená, neboli „Volno”. To by staèilo na pøehledných tratích s malou povolenou rychlostí, na kterých strojvùdce vidí signál „Stùj” z dostateèné vzdálenosti, aby mohl u nìj zastavit. V opaèném pøípadì musí být pøed hlavním návìstím v zábrzdné vzdálenosti další návìst (tzv. pøedzvìst), která informuje žlutým svìtlem, že je tøeba na hlavním návìstí oèekávat signál

14

Obr. 28. Ovladaè návìstí

Obvod, jehož schéma je na obr. 28, slouží k ovládání hlavního návìstí (semaforu) na modelovém kolejišti. Návìstí obsahuje 3 až 4 LED. Èervená znamená zákaz jízdy, Zelená volno, Žlutá 1 obsazení úseku následujícího za úsekem za návìstím, a Žlutá 2 pokyn ke zpomalení. Ovládací obvod je øízen signály Odjezd (úroveò H znamená, že chceme, aby vlak pokraèoval v jízdì za návìstí), Volno (úroveò H znamená, že úsek za návìstím není obsazený), Z (úroveò H znamená, že úsek následující za úsekem za návìstím je obsazený), Žl2 (úroveò H vyjadøuje požadavek ke zpomalení jízdy). Øídicí signály jsou zpracovávány ètyømi hradly NAND (H1 až H4), z jejichž výstupù jsou buzeny návìstní LED. Pokud je signál Odjezd v úrovni L, mohou být na ostatních øídicích vstupech libovolné úrovnì a svítí Èervená.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Obr. 29. Obrazec plošných spojù první varianty ovladaèe návìstí s IO 4011 (mìø.: 1 : 1)

Obr. 30. Rozmístìní souèástek na desce první varianty ovladaèe návìstí s IO 4011

chránìny záchytnými diodami uvnitø integrovaného obvodu. Je-li odpor pøedøadných rezistorù R1, R3, R5 a R7 dostateènì velký, poškození vstupù hradel nehrozí.

Konstrukce Ovladaè návìstí je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec plošných spojù první varianty ovladaèe s IO 4011 je na obr. 29, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 30. Použijeme-li souèástky R14 a D3 pro stabilizaci napájecího napìtí, pøerušíme plošný spoj pod rezistorem R14. Obrazec plošných spojù druhé varianty ovladaèe s IO 74HC00 je na obr. 31, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 32. Místo souèástek R14 a D3 mùžeme pro zmenšování a stabilizaci napájecího napìtí použít monolitický stabilizátor 78L05. Vstup a výstup stabilizátoru pøipojíme na pájecí plošky rezistoru R14, zem stabilizátoru pøipojíme na pájecí plošku anody D3.

Obr. 31. Obrazec plošných spojù druhé varianty ovladaèe návìstí s IO 74HC00 (mìø.: 1 : 1)

Seznam souèástek

Obr. 32. Rozmístìní souèástek na desce druhé varianty ovladaèe návìstí s IO 74HC00 obvody kolejištì, protože jeho maximální napájecí napìtí je +15 V. Pokud je napájecí napìtí pro ovladaè menší než 15 V, nemusíme ho stabilizovat a vypustíme souèástky R14 a D3. V opaèném pøípadì stabilizaèní obvod použijeme. Ve druhé variantì jsou použta hradla NAND typu 74HC00 (HCMOS). Oproti obvodùm CMOS je jejich výhodou vìtší výstupní proud (až 50 mA). Pro napájení LED v návìstí je zapotøebí proud zhruba 10 mA. Zapojení se od pøedchozí varianty liší pouze odlišnými èísly vývodù výstupù hradel (vývody 3, 6, 8, 11). Protože napájecí napìtí IO 74HC00 je maximálnì 6 V, musí být vnìjší napájecí napìtí zmenšováno na 5 V stabilizátorem se souèástkami R14, D3 nebo monolitickým stabilizátorem 78L05. Na všech øídicích vstupech jsou vysokoohmové dìlièe napìtí, které zmenšují vstupní napìtí. Odpory rezistorù v dìlièích zvolíme podle velikosti vstupního napìtí. Napø. když úrovni H odpovídá napìtí 20 V, zvolíme R1 = 120 kΩ a R2 = 39 kΩ. Pøi maximálním vstupním napìtí 5 V ponecháme R1 = R3 = R5 = R7 = = 120 kΩ a rezistory R2, R4, R6 a R8 vynecháme. Pøi návrhu dìlicích pomìrù vstupních dìlièù musíme mít na pamìti, že rozhodovací úroveò hradel CMOS a HCMOS je rovna pøibližnì polovinì jejich napájecího napìtí. Vùèi pøíliš velkému nebo zápornému napìtí jsou vstupy hradel H1 až H4

R1 až R8 R9 R10 až R13 R14 C1 D1, D2 D3 IO1

miniaturní - viz text 120 kΩ, miniaturní 200 Ω, miniaturní podle napájecího napìtí 100 nF, keramický 1N4148 BZX83V012 (1. var.) BZX83V005.1 (2. var.) 4011 (1. varianta) 74HC00 (2. varianta)

Signalizaèní obvod pro železnièní pøejezd Pokud je silnièním vozidlùm vjezd na železnièní pøejezd povolen, bliká na signalizaèním zaøízení bílé svìtlo (asi 40 až 45 kmitù za minutu). Když je silnièním vozidlùm vjezd zakázán, blikají dvì èervená svìtla doprovázena zvonìním (60 kmitù za minutu).

Popis funkce Uvedené funkce signalizace na železnièním pøejezdu napodobuje obvod, jehož schéma je na obr. 33. Periodické signalizaèní signály jsou generovány pomocí multivibrátorù se Schmittovými obvody 40106 (IO1), což je obvodovì nejjednodušší øešení, pokud pøesnost kmitoètu není pøíliš dùležitá. V multivibrátorech jsou využita hradla H3, H4 a H6. Napìtím úrovnì H z výstupu hradla H3 se pøes rezistor R2 nabíjí kondenzátor C2, který je pøipojen ke vstupu hradla H3. Pøekroèí-li napìtí na C2 horní rozhodovací úroveò hradla, výstup hradla se pøeklopí do úrovnì L. Kondenzátor C2 se zaène pøes R2 vybíjet do té doby, než se napìtí na C2 zmenší pod dolní rozhodovací úroveò hradla. V tom okamžiku se výstup hradla znova pøeklopí do úrovnì H. Celý dìj se neustále periodicky opakuje. Vidíme, že podmínkou oscilací je hystereze hradla. Kmitání ustane, pokud na vstup hradla „tvrdì“ vnutíme úroveò H nebo L. Stejným zpùsobem pracují i multivibrátory s hradly H4 a H6. Perioda T kmitù multivibrátoru je dána hodnotami R a C jeho souèástek a lze ji pøibližnì urèit podle vztahu: T = R·C

[s; Ω, F],

má zde ale vliv hystereze obvodu a velikost napájecího napìtí. S klesajícím napájecím napìtím se perioda prodlužuje. Kmitoèet oscilací f lze z periody urèit podle známého vztahu: f = 1/ T

[Hz; s].

Signalizaèní obvod napájíme stejnosmìrným napìtím maximálnì +15 V. Je možné jej napø. napájet z obvodu indikátoru obsazení koleje. K napájení mùžeme rovnìž použít støídavý zdroj napájecího napìtí 16 V, který se na kolejišti používá pro podobné úèely. Støídavé napìtí usmìrníme mùstkovým usmìròovaèem USM, filtrujeme kon-

Obr. 33. Signalizaèní obvod pro železnièní pøejezd

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

15

Konstrukce Signalizaèní obvod je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji (obr. 34, obr. 35). K desce je pøišroubován dvìma šroubky M2 i piezomìniè. Mùže být upevnìn buï ze strany souèástek nad IO1 pomocí distanèních sloupkù, nebo ze strany spojù. Po pøipájení všech souèástek by mìl obvod pracovat na první zapojení. Kmitoèty multivibrátorù mùžeme podle potøeby upravit zmìnou odporu pøíslušných rezistorù.

Obr. 34. Obrazec plošných spojù signalizaèního obvodu pro železnièní pøejezd (mìø.: 1 : 1)

Seznam souèástek R1

10 kΩ, miniaturní

R2 R3 R4 R5, R6 R7 R8 C1, C2 C3 C4 D1, D2, D3 D4 D5, D6 D7 Usm. IO1 Piezo

15 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 680 kΩ, miniaturní 10 kΩ, miniaturní viz text viz text 100 µF/16 V, radiální 100 nF, keramický 100 µF/25 V, radiální 1N 4148 BZX83V015 LED èervená LED bílá B250C1500 40106 KPT1540W

DPS stojí 24 Kè, souèástky 99 Kè.

Automobilové a letecké modeláøství Nabíjeè èlánkù Li-Ion a Li-Pol Obr. 35. Rozmístìní souèástek na desce signalizaèního obvodu pro železnièní pøejezd. Dvì díry nad IO1 jsou pro šrouby k upevnìní piezomìnièe denzátorem C4 a stabilizujeme Zenerovou diodou D4 na 15 V. Odpor rezistoru R8 zvolíme podle napìtí na C4 (které je napø. 20 V) a odbìru signalizaèního obvodu (10 mA) maximálnì 470 Ω, popø. ménì. Odpory rezistorù R3, R5, R6 zvolíme podle toho, jaké LED použijeme, a jaký proud chceme, aby jimi protékal. Hodnoty podle schématu odpovídají použití LED s vìtší úèinností. Signalizaèní obvod øídíme dvoustavovým binárním signálem z indikátoru obsazení koleje. Pokud obsazení koleje odpovídá úroveò H, pøivedeme tento signál na vstup IN1. Pokud bude obsazení koleje odpovídat úroveò L, pøipojíme signál na vstup IN2. V tom pøípadì také pøerušíme spoj mezi výstupem hradla H1 a vstupem hradla H2 (tj. spoj mezi vývody 2 a 3 IO1) a vstup IN1 spojíme s kladným napájecím napìtím nebo se zemí. Bude-li na výstupu hradla H2 úroveò L (volno), kmitá hradlo H3 a bliká bílá LED D7. Hradlo H4 kmitá trvale, ale LED D5 a D6 nemohou svítit. Dioda D2 blokuje kmitání hradla H6. Bude-li na výstupu hradla H2 úroveò H (obsazeno) je na výstupu H3 úroveò L a bílé svìtlo nebliká. Blikají èervené diody D6 a D5. Je-li na výstupu hradla H4 úroveò H, kmitá i hradlo H6. Zvuk vydávaný piezomìnièem a hradlem H6 alespoò pøibližnì nahrazuje zvonìní. Velikostí odporu pøedøadného rezistoru R7 urèíme hlasitost zvuku. Doporuèuji odpor od 5 do 20 kΩ.

16

Tyto èlánky mají jmenovité napìtí 3,7 V, nabíjejí se na maximální napìtí 4,2 V ± 3 %. Jejich kapacita je øádu 1 až 2 Ah. Nabíjejí se proudem 1 až 2 A (podle pokynù výrobce). Uvedené èlánky jsou schopny dávat proud až 20 A, pøi malé hmotnosti se vyznaèují velkým výkonem. Proto se používají mimo jiné i v leteckém modeláøství, ve kterém elektromotory stále èastìji nahrazují benzínové motory. Modeláøi mají nejèastìji dvì sady dvou až tøí èlánkù. Zatímco jednu sadu používají, druhá sada se musí rychle nabít z autobaterie o napìtí 12 V. Výrobci doporuèují nabíjet èlánky ze zdroje konstantního napìtí konstantním proudem o velikosti 1·C (kde C je kapacita akumulátoru v ampérhodinách). Maximální provozní teplota se udává 60 °C. Nedoporuèuje se dobíjet èlánky impulsním napìtím. Dále se nedoporuèuje vybíjet baterii pod 2,5 V/èlánek. Pokud se baterie takto vybije, je nutné ji zpoèátku nabíjet menším proudem. Nabíjíme-li nìkolik èlánkù zapojených v sérii, mìli bychom zajistit jejich rovnomìrné nabití na stejné napìtí, prodlouží se tím jejich životnost. Následující dvì konstrukce v sobì spojují bìžnou nabíjeèku a omezovaè napìtí. Bez omezovaèe by hrozilo, že se nìkterý ze sériovì zapojených èlánkù znièí pøebíjením, zatímco ostatní èlánky ještì nebudou nabité. Omezovaèe napìtí se profesionálnì vyrábìjí (pro 3 èlánky) a je možné je používat ve spojení s libovolnou nabíjeèkou. Bližší informace www.zajic.cz . Domnívám se, že je praktiètìjší mít celý obvod nabíjení v jednom pøístroji a na jedné desce s plošnými spoji. Nìkteré konstrukce umožòují pøepínat nabíjení dvou nebo tøí èlánkù. Z toho

vyplývá, že vìtšina uživatelù používá buï dva, nebo tøi èlánky. Proto jsem se rozhodl pro dvì samostatné jednodušší konstrukce.

Nabíjeè dvou èlánkù Popis funkce Schéma nabíjeèe dvou èlánkù je na obr. 36. Nabíjeè je tvoøen stabilizátorem nabíjecího napìtí s LM317T (IO20) a dvìma shodnými omezovaèi napìtí na èlánku s tranzistory T1, T2 a T11, T12. Nejprve si popíšeme omezovaè napìtí. V této i následující konstrukci jsem použil pro každý èlánek stejný obvod, takže popíšeme pouze jeden z nich. Pøi pøekroèení napìtí Umax na èlánku se otevøou tranzistory T1 a T2, nabíjecí proud zaène téci tranzistorem T2, pøíslušný èlánek se pøestane nabíjet a napìtí na nìm se již dále nezvyšuje. Napìtí a je urèeno vztahem: Umax = 0,6·(R1 + R2)/R1

[V; V, Ω].

Maximální proud Imax omezovaèem vypoèítáme podle vzorce: Imax = 4,2/R4

[A; V, Ω].

Odpor rezistoru R4 (R4 = 2,2 Ω) je zvolen tak, aby Imax byl asi 2 A. LED D1 indikuje èinnost omezovaèe. Zaèíná svítit pøi proudu: Iind = (1,7 + 1)/R4 = 1,2 A. Úpravou odporu rezistoru R4 mùžeme Imax a Iind pøizpùsobit konkrétním požadavkùm. Pøi rozsvícení LED D1 se zároveò otevøe fototranzistor v optronu Op1. Aèkoliv proudové zesílení tranzistoru T1 a Darlingtonova tranzistoru T2 je dohromady asi 100 000, nejsou vlastnosti tohoto omezovaèe úplnì ideální. Napø. pokud pøi napìtí 4,1 V teèe ome-

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Obr. 36. Nabíjeè dvou èlánkù Li-Ion a Li-Pol zovaèem proud 10 mA, bude k otevøení proudem 0,7 A potøebné napìtí 4,2 V. Omezovaè musí být nastaven velmi pøesnì, nesmíme zapomínat ani na pøesnost voltmetru. Za nejlepší považuji použít jako R1 a R2 rezistory s pøesností 1 %. Pøi nastavování pøipojíme tento obvod samostatnì k laboratornímu zdroji. Deska s plošnými spoji v obou konstrukcích to snadno umožòuje. Po nastavení spojíme jednotlivé omezovaèe do série pomocí kapky cínu. Pøepneme laboratorní zdroj do režimu proudového omezení a nastavíme proud, pøi kterém chceme rozsvítit LED D1. Zmìøíme napìtí na omezovaèi a podle potøeby velikost napìtí jemnì nastavíme pøidáním rezistoru paralelnì k R1 (napìtí na omezovaèi se zvìtší) nebo k R2 (napìtí se zmenší). K jemnému dostavení mùžeme pøípadnì použít trimr, který zapojíme paralelnì k rezistoru R2 (asi 100 kΩ). Ve schématu uveden není, ale na desce je na nìj po malé úpravì spoje místo (je oznaèen jako P1). Nastavení omezovacího napìtí je tak sice rychlejší a pohodlnìjší, ale ménì spolehlivé, proto radìji doporuèuji použít paralelní rezistory k R1 nebo R2. Nesmíme zapomenout, že prahové napìtí tranzistorù je silnì tepelnì závislé. Klesá o 2 mV na každý stupeò, o který se zvýší okolní teplota. U tìchto omezovaèù pøedpokládám, že budou nejèastìji používány v rozsahu teplot 10 až 30 °C. K tomu musíme pøipoèítat ohøívání tranzistorù tepelnými ztrátami na tranzistoru T2 a rezistoru R4, které èiní asi 5 W na jeden omezovaè. Proto musíme teplotní závislost kompenzovat termistorem Term1. Jeho odpor se vždy pøi zvýšení teploty o 20 °C zmenší na jednu polovinu pøedchozí velikosti. Minimální teplotní závislost omezovacího napìtí pøesnì nastavíme rezistorem R6. Toto nastavení je

pomìrnì citlivé. Jeho správnost nejsnadnìji ovìøíme pomocí vysoušeèe vlasù. Stabilizátor nabíjecího napìtí pracuje v nabíjeèi dvou èlánky na principu klasického lineárního stabilizátoru. Tento stabilizátor zmenšuje napìtí autobaterie, které se mùže mìnit v rozsahu 10,5 až 14,4 V, na požadovanou velikost nabíjecího napìtí pro dva èlánky 8,4 V. Pøi jmenovitém napìtí akumulátoru 12 V je úèinnost takového zapojení vyhovující (60 až 70 %). Jako stabilizátor napìtí 8,4 až 8,5 V mùžeme použít obvod LM317T (IO20), u kterého se udává maximální výstupní (tj. v našem pøípadì nabíjecí) proud 1,5 A. Namìøil jsem u nìj maximální proud 2 A. Výstupní napìtí je urèováno dìlièem R20, R21. Mezi vývody ADJ a OUT stabilizátoru LM317T je referenèní napìtí 1,25 V. V tomto zapojení jsem pøi použití rezistorù s odpory R20 = 680 Ω a R21 = 3,9 kΩ s tolerancí 1 % namìøil výstupní napìtí 8,58 V. Zmenšit toto napìtí mùžeme pøidáním rezistoru paralelnì k R21, k pøípadnému zvìtšení pøidáme rezistor paralelnì k R20. Na desce je na nì místo. Pokud by nabíjecí proud 2 A ze stabilizátoru LM317T byl pøíliš velký, použijeme jako IO20 obvod 7808, u kterého se udává výstupní proud 1 A. Rezistor R20 vynecháme a R21 bude mít odpor 50 až 100 Ω. Zapojení vývodù obvoru 7808 je ale jiné než u LM317T (IO 7808 má nalevo vstup, uprostøed spoleèný vývod, napravo výstup). Výstupní napìtí obou typù monolitických stabilizátorù je prakticky teplotnì nezávislé a nemìní se ani pøi zmìnách odebíraného proudu. Pokud jsou oba optrony otevøené, napø. kdyby nebyla pøipojena nabíjená baterie, otevøe se tyristor Ty a zmenší se výstupní napìtí stabilizátoru. Obvod se vypne a nebude se zbyteènì zahøí-

vat. Tento stav je indikován zhasnutím LED D23. Tyristor se vypne a èinnost stabilizátoru se obnoví odpojením a opìtovným pøipojením napájecího napìtí z autobaterie. Dioda D20 (nejlépe Schottkyho, aby na ní byl menší úbytek napìtí a menší tepelné ztráty) chrání IO20 proti pøepólování. IO20 pracuje spolehlivì už pøi napìtí 10 V. Pøi pøípadném vybití autobaterie na tuto hodnotu už bychom nemuseli nastartovat. Proto je zde LED D21, která nás zhasnutím upozorní na klesající napìtí autobaterie pod 11 V. Výrobci èlánkù Li-Pol udávají, že pøi hlubokém vybití tìchto èlánkù máme omezit nabíjecí proud až na jednu desetinu doporuèené velikosti. Na tento stav nás rovnìž upozorní LED D23, která zhasne pøi napìtí pod 3,5 V na èlánek. Potom pøipojíme autobaterii pøes rezistor R24. Ten omezí nabíjecí proud pøibližnì tak, aby na vstupu IO20 bylo napìtí o 2 V menší než je napìtí vybitých èlánkù. Napø. pøi napìtí autobaterie 12 V a pøi èláncích vybitých na 6 V bude pro R24 = 20 Ω nabíjecí proud 0,2 A. Pøípadnì bychom mohli mít nìkolik pøedøadných rezistorù R24 a pøepínat jimi nabíjecí proud. Pomalé nabíjení mùžeme používat, pokud s ním nepospícháme. Je to vùèi èlánkùm šetrnìjší. Pøi použití rezistoru R24 nebude svítit LED D21, pokud nebude zapojena pøed R24.

Konstrukce Nabíjeè je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 37, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 38. Souèástky prvního omezovaèe jsou oznaèeny èísly 1 až 9, odpovídající souèástky druhého omezovaèe mají èísla o 10 vyšší. Ostatní souèástky mají èísla vìtší než 20.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

17

Obr. 37. Obrazec plošných spojù nabíjeèe dvou èlánkù (mìø.: 1 : 1) Pøi montáži desky nabíjeèe do skøíòky a pøi používání pøístroje bychom mìli pamatovat na odvod ztrátového tepla. IO20 mùže mít ztrátový výkon až 10 W. Stabilizátor IO20 a tranzistory T2 a T12 musí být umístìny na dostateènì dimenzovaném spoleèném chladièi (na hliníkovém èernìném plechu o ploše 1 dm2 nebo na hliníkovém žebrovaném chladièi), od kterého musí být elektricky izolovány. Teplý vzduch by nemìl proudit okolo termistorù a tranzistorù T1 a T11.

Nastavení a používání nabíjeèe Výstupní napìtí IO20 nastavíme (s odpojenými omezovaèi) na 8,7 V nebo nepatrnì vìtší. Omezovaèe nastavíme postupem, který již byl popsán, na napìtí 4,2 V. Aby je bylo možné nastavovat samostatnì, je mezi nimi pøerušen plošný spoj. Po nastavení jej propojíme kapkou cínu. Diodu D25 pøipojíme rovnìž až po nastavení omezovaèe. Potom teprve vyzkoušíme nabíjeè jako celek a zaèneme jím nabíjet èlánky. Místo z autobaterie mùžeme nabíjeè napájet síovým regulovatelným zdrojem napìtí. Po ukonèení nabíjení se nabíjeè sám vypne a pøestane odebírat proud a zahøívat se. Rovnìž by bylo možné nastavit výstupní napìtí IO20 pøesnì 8,7 V a napìtí omezovaèù 8,25 V. Potom by se obvod po ukonèení nabíjení sám neodpojil a odebíral by urèitý proud až do odpojení uživatelem. V takovém pøípadì bylo by možné vynechat optrony. Pøi nabíjení by se jedna z LED D1 a D11 nemìla rozsvítí výraznìji døíve než druhá. To by signalizovalo nìjakou zmìnu parametrù nabíjených èlánkù, pravdìpodobnì výrazné zmenšení kapacity jednoho èlánku.

Seznam souèástek R1, R11 R2, R12 R3, R13 R4, R14 R5, R15 R6, R16

18

680 Ω/1 %, miniaturní 4,7 kΩ/1 %, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 2,2 Ω/ 5 W, drátový 200 Ω, miniaturní 1,2 kΩ, miniaturní

Obr. 38. Rozmístìní souèástek na desce nabíjeèe dvou èlánkù

R20 R21 R22 R23 R24 R25, R26 Term1, Term2 C20 D1, D11 D20, D25 D21 D22 D23 D24 T1, T11 T2, T12 Ty Op1, Op11 IO20

680 Ω/1 %, miniaturní 3,9 kΩ/1 %, miniaturní 680 Ω, miniaturní 200 Ω, miniaturní viz text 680 Ω, miniaturní 10 kΩ, termistor K164NK010 100 nF, keramický LED 1N5821 (1N5408) LED (zelená) BZX83V009.1 LED (zelená) BZX83V005.1 BC557B TIP122 (Darlingtonùv tranzistor) MC100-8 4N25 LM317T

DPS stojí 50 Kè, souèástky 164 Kè.

Nabíjeè tøí èlánkù Popis funkce Schéma nabíjeèe tøí èlánkù je na obr. 39. Nabíjeè je tvoøen pulsním mìnièem s obvodem MC33063A (IO30), který zvyšuje a stabilizuje napìtí z autobaterie na potøebné nabíjecí napìtí asi 12,6 V pro tøi èlánky, a tøemi shodnými omezovaèi napìtí na èlánku s tranzistory T1, T2, T11, T12 a T21, T22. Zvyšující mìniè s MC33063A je v bìžném zapojení, které jsem již popsal v KE 4/2004. Maximální výstupní proud mìnièe mùže být 1,5 A. Na vývodu 5 IO30 (na vstupu chybového zesilovaèe) má být napìtí rovné referenènímu napìtí, které je 1,25 V. Výstupní napìtí mìnièe je urèováno dìlièem s rezistory R30 a R31 podle vztahu: Uvýst = 1,25·(1 + R30/R31) [V; V, Ω]. Odpory tìchto rezistorù jsem zvolil co možná nejmenší, aby funkce dìlièe nebyla ovlivòována zbytkovým proudem optronù Op1, Op11 a Op21. Aby-

chom pøesnì nastavili výstupní napìtí, mùžeme k tìmto rezistorùm pøidat paralelnì další rezistory (s podstatnì vìtším odporem), na desce je na nì místo. Pøidáním paralelního rezistoru k R31 se výstupní napìtí zvìtší, pøidáním paralelního rezistoru k R30 se výstupní napìtí zmenší. Kondenzátorem C34 je urèován kmitoèet mìnièe, volíme jej v nadakustickém pásmu. Na vstupu a výstupu mìnièe jsou zapojeny filtraèní kondenzátory C30, C31, C32 a C33. Nedoporuèuje se používat staré souèástky s velkým sériovým odporem (ESR). Tlumivku L30 mùžeme koupit hotovou (napø. typ 51V32, která má 80 µH, vnìjší prùmìr jádra 32 mm, 35 závitù mìdìného lakovaného drátu, a prodává ji firma GES). Nebo ji mùžeme zkusit navinout na nìjaké podobné železoprachové toroidní jádro, které najdeme tøeba ve vyøazeném zdroji od PC. Poèet závitù a tím i indukènost cívky nejsou v této aplikaci kritické, pokud se nesnažíme dosáhnout maximální úèinnosti (optimální indukènost je asi 100 µH). Ve funkèním vzorku jsem použil modré toroidní jádro o vnìjším prùmìru 28 mm, na které jsem navinul 55 závitù smaltovaného drátu o prùmìru 0,8 mm. Indukènost takové cívky byla 80 µH. Rezistor R33 slouží ke snímání velikosti výstupního proudu mìnièe, v režimu proudového omezení je na nìm napìtí 0,25 až 0,3 V. Diody D30 a D35 chrání IO30 proti pøípadnému pøepólování vstupního nebo výstupního napìtí. Je-li vstupní napájecí napìtí z autobaterie vìtší než výstupní napìtí mìnièe, bude spínací tranzistor uvnitø IO30 (pøipojený k vývodùm 1 a 2 IO30) trvale uzavøen. Proud prochází pøes D35, R33, L30 a D30 a nabíjí èlánky Li-Pol. V nejnepøíznivìjším pøípadì (autobaterie má napìtí 13,8 V a jednotlivé nabíjené èlánky mají napìtí 3,7 V) musíme nabíjecí proud ještì omezit rezistorem R35. Na Schottkyho diodách D30 a D35 pøedpokládáme úbytek napìtí 0,35 V. Pøedepsanému odporu rezistoru R35 (1,5 Ω) potom odpovídá

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

(proud. omez)

Obr. 39. Nabíjeè tøí èlánkù Li-Ion a Li-Pol proud asi 1 A. V tomto režimu je úèinnost nabíjení velmi vysoká (asi 90 %). Pokud je vstupní napìtí mìnièe stejné nebo pouze o málo menší než výstupní, pracuje mìniè ve zvyšujícím režimu a má rovnìž vynikající úèinnost. Pøi R35 = 1,6 Ω a zkratované diodì D35 jsem mìøil úèinnost mìnièe. Napìtí autobaterie bylo +Un = 12,14 V, na vývodu 6 IO30 bylo napìtí 11,85 V a na výstupu mìnièe na kondenzátoru C30 bylo napìtí 12,66 V. Vstupní proud mìnièe byl 0,42 A pøi zatìžovacím proudu 0,36 A. Úèinnost mìnièe za tìchto podmínek byla 89 %. Samotný mìniè je samozøejmì schopen pracovat už od napájecího na-

pìtí 4 V. Pro vstupní napìtí +Un = 5,2 V je úèinnost mìnièe 75 %, což je u tohoto tytu zapojení bez zvláštního výbìru souèástek normální. Pøi malém vstupním napìtí (+Un = = 10 V) bude již vstupní proud mìnièe výraznì vìtší než výstupní a bude vzrùstat úbytek napìtí na rezistoru R35. To zpùsobí další pokles napìtí na vývodu 6 IO30 a tím i další vzrùst vstupního proudu. Výstupní proud mìnièe potom bude vnitønì omezován a znaèná èást energie se ztratí na rezistoru R35. Proto doporuèuji dimenzovat R35 na výkon 5 W, aby se teplem nepoškodil. Takový provozní režim by však v bìžných podmínkách nastat ne-

mìl, napìtí autobaterie se pohybuje okolo 12 V. LED D33 indikuje správnou velikost vstupního napìti mìnièe. Její zhasnutí nás upozoròuje na klesající napìtí autobaterie. LED D32 indikuje pøi nepøipojené autobaterii pøipojení nabíjených èlánkù. Pokud tato LED nesvítí, jsou èlánky hluboce vybité a autobaterii musíme pøipojit pøes ochranný rezistor R37. Jeho odpor by mìl být pøibližnì 10 Ω. V takovém pøípadì mìniè nekmitá, protože vstupní napìtí je vìtší než výstupní. Takový provozní stav je pøi správném používání baterií velmi nepravdìpodobný.

Obr. 40. Obrazec plošných spojù nabíjeèe tøí èlánkù (mìø.: 1 : 1)

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

19

Obr. 41. Rozmístìní souèástek na desce nabíjeèe tøí èlánkù

Další èástí nabíjeèe jsou tøi shodné omezovaèe napìtí na èláncích. Tyto omezovaèe jsem již popsal v pøedchozí konstrukci. Pokud jsou všechny èlánky nabity a všechny omezovaèe pracují, otevøou se všechny optrony a IO30 pøestane kmitat. Proud do omezovaèù potom teèe pouze v pøípadì, že vstupní napìtí mìnièe je alespoò o 0,7 V vìtší než napìtí výstupní (tj. pøi napìtí autobaterie vìtším než 13,3 V).

Konstrukce Nabíjeè je zkonstruován z vývodových souèástek na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 40, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 41. Souèástky prvního omezovaèe jsou oznaèeny èísly 1 až 9, odpovídající souèástky druhého a tøetího omezovaèe mají èíslo o 10 a o 20 vyšší. Ostatní souèástky mají èíslo vìtší než 30. Tranzistory T2, T12 a T22 musí být (pøes izolaèní podložky) pøišroubovány na chladiè, který je souèástí této desky. Velikost chladièe zvolíme tak, aby pøi nabíjecím proudu 1 A dokázal odvádìt ztrátový výkon 10 W (tj. minimálnì 0,5 dm2 hliníkového èernìného plechu, popø. žebrovaný hliníkový profil). Teplý vzduch by nemìl proudit okolo termistoru a tranzistoru T1.

Nastavení a používání nabíjeèe Výstupní napìtí mìnièe s IO30 nastavíme (s odpojenými omezovaèi) úpravou odporu rezistorù R30 nebo R31 na 12,6 až 12,9 V.

Omezovaèe nastavíme na napìtí 4,2 V. Kvùli tomu jsou na desce pøerušeny spoje mezi omezovaèi. Po nastavení spoje propojíme kapkou cínu. Další postup nastavení a kontroly omezovaèù je stejný jako u pøedcházející konstrukce nabíjeèe dvou èlánkù.

Seznam souèástek R1, R11, R21 R2, R12, R22 R3, R13, R23 R4, R14, R24 R5, R15, R25 R6, R16, R26 R30 R31 R32 R33 R34 R35 R36 Term1, Term2

680 Ω/1 %, miniaturní 4,7 kΩ/1 %, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 2,2 Ω/5 W, drátový 200 Ω, miniaturní 1,2 kΩ, miniaturní 1,8 kΩ/1 %, miniaturní 200 Ω/1 %, miniaturní 180 Ω, miniaturní 4x 1 Ω, miniaturní 200 Ω, miniaturní 1,5 Ω/2 (5) W, drátový 200 Ω, miniaturní

10 kΩ, termistor K164NK010 C30, C31 470 µF/16 V, radiální C32, C33 470 µF/16 V, radiální C34 1,5 nF, keramický D1, D11, D21 LED D30, D35 1N5821 D32, D33 LED (zelená) D31 BZX83V007.5 D34 BZX83V009.1 T1, T11, T21 BC557B T2, T12, T21 TIP122 (Dalington) Op1, Op11, Op21 4N25 IO1 MC33063A DPS stojí 75 Kè, souèástky 258 Kè.

Rotující svìtlo Popis funkce Tento efekt, jehož schéma je na obr. 42, najde využití v modelech reklamních poutaèù, sanitek, hasièských vozù apod. Efekt rotujícího svìtla nejsnadnìji realizujeme pomocí tøí LED, které umístíme na kružnici a navzájem je posuneme o úhel pøibližnì 120 °. LED se postupnì rozsvìcejí v poøadí D5, D4, D3. Obvod se skládá z okénkového diskriminátoru s OZ1b a OZ1c, který je buzen generátorem pøibližnì pilovitého prùbìhu napìtí s OZ1a. OZ1a pracuje jako astabilní multivibrátor, ve kterém se kondenzátor C1 nabíjí pøes rezistor R4. Kapacitou C1 a odporem R4 je urèována doba nabíjení kondenzátoru C1 a tím i rychlost rotace svìtla. Po pøeklopení OZ1a je kondenzátor C1 rychle vybíjen diodou D1. Krátkodobé rozsvícení LED D4 bìhem vybíjení C1 lidské oko pøi dostateèné rychlosti rotace neregistruje. OZ1b a OZ1c nepracují jako komparátory s hysterezí, ale jako zesilovaèe spojitého signálu. LED se potom rozsvìcejí a zhasínají plynule, což zvìtšuje vìrohodnost efektu rotace. Zhasínání LED D5 a rozsvìcení LED D4, resp. zhasínání LED D4 a rozsvìcení LED D3 probíhá plynule a mìkce, zhasnutí LED D3 a rozsvícení LED D5 však vždy probíhá skokovì. Aby byl efekt dokonalý, musí všechny tøi LED svítit pøibližnì po stejnou dobu. Kondenzátor C1 se nabíjí nelineárnì. Porovnávací úrovnì pro zesiObr. 42. Rotující svìtlo

20

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Obr. 43. Obrazec plošných spojù na hlavní desce rotujícího svìtla (mìø.: 1 : 1)

Obr. 44. Rozmístìní souèástek na hlavní desce rotujícího svìtla. Vodorovnými èárami u piezomìnièe je naznaèeno jeho upevnìní šrouby k desce

Seznam souèástek Obr. 45. Obrazec plošných spojù (v mìø.: 1 : 1) a rozmístìní souèástek SMD na desce LED rotujícího svìtla lovaèe OZ1b a OZ1c musíme proto vhodnì zvolit pomocí dìlièe s rezistory R5, R6 a R7. S odpory tìchto rezistorù podle schématu je na vývodu 5 OZ1c napìtí 8 V a na vývodu 10 OZ1b je napìtí 6,2 V. LED D6 a dioda D2 pouze posouvají napìtí, aby LED D4 zbyteènì neprosvítala, když svítí LED D3 nebo LED D5. Zbývající operaèní zesilovaè OZ1d mùžeme (pokud budeme chtít, a budeme mít místo pro piezomìniè) využít jako generátor kolísavého tónu (hasièi, sanitka). Kmitoèet tónu urèují kondenzátor C2 a rezistor R14. K modulaci signálu využíváme výstup komparátoru OZ1b. Hlasitost kolísavého tónu mùžeme pøípadnì zmenšit rezistorem R19, který je v sérii s piezomìnièem. Odpor R19 volíme 4 až 15 kΩ.

R1, R2 120 kΩ, miniaturní R3 30 kΩ, miniaturní R4 2,7 kΩ, miniaturní R5 43 kΩ, miniaturní R6 24 kΩ, miniaturní R7 82 kΩ, miniaturní R8 120 kΩ, miniaturní R9 1,5 MΩ, miniaturní R10 120 kΩ, miniaturní R11 1,5 MΩ, miniaturní R12 2,7 kΩ, miniaturní R13 2,7 kΩ, SMD 1206 R14 30 kΩ, miniaturní R15, R16 120 kΩ, miniaturní R17 2,7 kΩ, miniaturní R18 120 kΩ, miniaturní R19 viz text D1, D2 1N4148 D3, D4, D5 LED SMD 1206, D6 LED zel., 3 mm, vývodová C1 220 µF/16 V, radiální C2 10 nF, keramický C3 22 µF/16 V, radiální OZ1 TL074 Piezo KPT1540W DPS (2 ks) 28 Kè, souèástky 95 Kè.

Konstrukce Obvod je realizován na dvou deskách s jednostrannými plošnými spoji. Øídicí obvod je zkonstruován s bìžnými vývodovými souèástkami, které jsou pøipájeny na hlavní desce. Obrazec spojù je na obr. 43, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 44. LED a R13 jsou v provedení SMD a jsou pøipájeny na malé desce LED, která je s hlavmí deskou propojena ètyømi vodièi. Obrazec spojù a rozmístìní souèástek na desce LED je na obr. 45. Pokud je to úèelné, mùžeme na desku LED pøipájet i vývodové LED s vhodnì vytvarovanými vývody. Díky uvedenému øešení lze hlavní desku umístit napø. do trupu vozidla, kde je dost místa, a destièku s LED mùžeme umístit na vhodném místì na povrchu modelu. Oživení obvodu je bez problému, pøi správném zapojení pracuje na první zapojení. Nelze ale vylouèit, že bude nutné trochu upravit odpory rezistorù R5, R6 a R7, aby rotace svìtelného bodu byla plynulá a stejnomìrná. Hodnoty souèástek na schématu (pøedevším odpory rezistorù R12, R13 a R17, které urèují intenzitu svìtla LED) odpovídají napájecímu napìtí 12 V.

Svìtla na køižovatce Popis funkce Následující konstrukce, jejíž schéma je na obr. 46, umožní napodobit fungování svìtel pro auta (èervená, oranžová, zelená) a svìtel pro chodce (èervená, zelená) na bìžné køižovatce. Oranžová svítí vždy krátce spoleènì s èervenou nebo zelenou. Doba, po kterou svítí èervená a zelená, jsou stejné. K realizaci této funkce staèí jeden ètyønásobný OZ s nesymetrickým napájením. Obvod je navržen pro napájecí napìtí 12 V. Velikost napájecího napìtí ale není kritická, bez vìtších úprav obvodu mùže být 10 až 30 V. OZ IO1a pracuje jako astabilní multivibrátor. Výstupní napìtí OZ se zmenšuje dìlièem R1, R3, který je pøipojen k umìlému støedu napájecího napìtí. Støed napájecího napìtí je vytváøen dìlièem s rezistory R5, R17 a diodami D3 a D4. Na katodì D4 je polovina napájecího napìtí, na každé diodì je úbytek napìtí 0,6 V. Kondenzátor C1 se nabíjí a vybíjí pøes rezistor R2. Porovnává se napìtí na obou vstupech OZ. Je-li napìtí na

invertujícím vstupu vìtší, výstup se pøeklopí do nízké úrovnì a kondenzátor C1 se zaène vybíjet. Zmenší-li se napìtí na invertujícím vstupu pod úroveò napìtí na neinvertujícím vstupu, výstup se pøeklopí do vysoké úrovnì a kondenzátor se zaène nabíjet. Nabíjení trvá tak dlouho, dokud napìtí na invertujícím vstupu nepøesáhne napìtí na neinvertujícím vstupu. Tento dìj se neustále opakuje. Kmitoèet multivibrátoru je urèován souèástkami R2 a C1. Na kondenzátoru C1 je pøibližnì pilovitý prùbìh superponovaný na polovinu napájecího napìtí. Amplituda pilovitého prùbìhu je urèována dìlièem napìtí s rezistory R1, R3. Zmenšíme-li odpor R1 nebo zvìtšíme-li odpor R3, zvìtší se amplituda pilovitého prùbìhu. Tím se trochu zpomalí blikání (nabíjení a vybíjení kondenzátoru C1 trvá déle). Zároveò bude oranžová svítit oproti zelené a èervené relativnì kratší dobu. OZ IO1c a IO1d pracují jako komparátory. Zajišují rozsvícení oranžové LED (D5) v dobì, kdy je pilovité napìtí v rozsahu od Un / 2 + 0,6 V do Un / 2 - 0,6 V. OZ IO1b je komparátor s hysterezí pro pøepínání èervené a zelené. Porovnává pilovité napìtí s polovinou napájecího napìtí. Hysterezi vytváøí rezistor R4 a diody D1 a D2. Úbytek napìtí na diodách D1 a D2 je pøibližnì stejný jako úbytek napìtí na diodách D3 a D4. Proto se blikání èervené a zelené kryje se zhasnutím a rozsvícením oranžové. Z výstupu IO1b jsou napájeny obì èervené i zelené LED v obou ulicích. Proto musí být tyto diody zapojeny paralelnì pøes rezistory R6, R7 a R8, R9. Zelené LED D6 a èervené LED D7 mají odlišná napìtí v propustném smìru, a proto jsou buzeny pøes samostatné rezistory R6 a R7 (totéž platí i pro ostatní LED). Pøi pøímém paralelním spojení zelené a èervené LED a jejich buzení pøes spoleèný rezistor by zelená LED svítila jen velmi slabì, nebo vùbec ne. LED D5 až D13 jsou ve skuteènosti vždy skupiny dvou nebo ètyø paralelnì propojených LED (viz seznam souèástek), které jsou umístìny na pøíslušných pozicích ve všech semaforech na køižovatce (v jednom semaforu pro auta a v osmi semaforech na pøechodech pro chodce). LED jedné barvy musí být vždy stejného typu a všechny LED musí mít co nejvìtší úèinnost, aby dostateènì svítily už pøi proudu 2 mA.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

21

Obr. 46. Svìtla na køižovatce

Výstupní proud použitých OZ je pøi velikosti nad 10 mA omezován a rostou výkonové ztráty v OZ. Proud 10 mA bychom nemìli zbyteènì pøekraèovat. Pøi vìtším proudu už nelze zanedbat úbytek napìtí na výstupním odporu OZ, který by zpùsobil, že napø. LED D8 a LED D6 by svítitily souèasnì. Proto pøed LED zde musí být zapojeny Zenerovy diody D14 a D15, které posunou ss úrovnì signálu. Odpor Rp pøedøadného rezistoru pro skupinu LED v závislosti na velikosti napájecího napìtí Un urèíme podle vztahu: Rp = (Un - UOZ - UZ - ULED)/I LED [Ω; V, A] Za U OZ (saturaèní napìtí OZ) a ULED (napìtí na LED v propustném smìru) dosadíme 1,5 V (u R7 je UOZ saturaèní napìtí dvou OZ, èili 3 V). Zenerovo napìtí UZ diod D14 a D15 volíme zhruba okolo poloviny napájecího napìtí (není kritické). I LED je celkový proud skupiny LED (napø. 2x 2 mA). Odpory pøedøadných rezistorù podle schématu odpovídají napájecímu napìtí 12V a použití LED s vìtší úèinností. Svìtla na pøechodech pro chodce, která obsahují celkem 16 LED (kaž-

Obr. 47. Obrazec plošných spojù svìtel na køižovatce (mìø.: 1 : 1)

22

dá z LED D10 až D13 je vlastnì ètveøice LED, které jsou umístìny v rùzných semaforech), jsou spínána tranzistory T1 a T2. Odpor rezistoru R15 musíme zvolit tak, aby tranzistor T2 spolehlivì sepnul a zároveò aby proud tekoucí do jeho báze nerozsvítil D10 a D11. U skuteèné køižovatky se zelená pro chodce rozsvítí, až když pøestane svítit oranžová, a zhasne o chvíli døív, než zhasne èervená pro auta, aby chodci, kteøí právì pøecházejí, stihli dojít na chodník. V tomto zapojení není tento problém øešen, svìtla pro chodce svítí synchronnì s èervenou a zelenou pro auta, bez ohledu na oranžovou. Dùležitá je zde jednoduchost zapojení. Z následujících namìøených hodnot si mùžeme uèinit pøedstavu, jak souvisí perioda multivibrátoru s napájecím napìtím a s hodnotami souèástek. Pro R2 = 680 kΩ, R1 = 680 kΩ, R3 = 120 kΩ, C1 = 47 µF a Un = 15 V je perioda 57 s, žlutá svítí 6 s. Pøi poklesu Un na 12 V se perioda prodlouží na 62 s, žlutá svítí 7,5 s. Pro R2 = 680 kΩ, R1 = 120 kΩ, R3 = 120 kΩ, C1 = 47 µF a Un = 12 V je

Obr. 48. Rozmístìní souèástek na desce svìtel na køižovatce

perioda 1 min 58 s, žlutá svítí 5 s. Pøi zmenšení R1 se prodloužila perioda, doba, kdy svítí žlutá, zùstala pøibližnì stejná (zvìtšila se amplituda kmitù na vývodu 13 IO1a). Pro R2 = 680 kΩ, R1 = 120 kΩ, R3 = 120 kΩ, C1 = 22 µF a Un = 12 V je perioda asi 1 min, žlutá svítí 2 až 3 s. To asi nejvíce odpovídá reálnému provozu. Èím kratší dobu svítí žlutá, tím ménì je vidìt, že v té dobì svítí zelená pro chodce.

Konstrukce Všechny souèástky (kromì LED) jsou na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji (obr. 47 a obr. 48). LED jsou umístìny v semaforech, propojovací vodièe k LED jsou na desku pøipájeny nebo jsou pøipojeny pomocí šroubovacích svorkovnic. Pøi osazování desky nezapomeneme na drátové propojky pod IO a na propojku mezi D4 a R3. Diodu D4 je možné rovnìž zapojit ze strany spojù a této propojce, která vede pod nìkterými souèástkami, se vyhnout. Obvod musí pracovat na první zapojení.

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 R5, R17 R6, R7, R8, R9 R10, R11, R12, R13 R14 R15 R16 C1 D1, D2, D3, D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14, D15 T1, T2 IO1

120 kΩ, miniaturní 680 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 2,7 kΩ, miniaturní 330 Ω, miniaturní 680 Ω, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 43 kΩ, miniaturní 680 Ω, miniaturní 22 µF/16 V, radiální 1N4148 4x oranžová LED 2x zelená LED 2x èervená LED 2x zelená LED 2x èervená LED 4x zelená LED 4x èervená LED 4x zelená LED 4x èervená LED BZX83V006.2 BC547B TL074

DPS stojí 34 Kè, souèástky 168 Kè.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

DOPLÒKY K DOMOVNÍMU TELEFONU Ing. Jiøí Vlèek Tento pøíspìvek se zabývá úpravami domovních telefonù, kterých jsou v naší zemi statisíce. Tyto úpravy vytváøejí zároveò ideální doplòkovou pracovní pøíležitost pro všechny, kteøí se zabývají instalací a údržbou domovních rozvodù. Amatérská realizace tìchto doplòkù je bez problémù, jedná se o velmi jednoduchá zapojení.

Úvod Následující tématický celek konstrukèních návodù je urèen ke zdokonalení funkce domovních telefonù od výrobce Tesla Stropkov, typ 110 36, kterými je vybavená vìtšina bytových domù v naší republice. Blokové schéma domovního telefonu, který kombinuje bytový zvonek, telefon a elektrický zámek, je na obr. 1. Domovní telefonní pøístroj, umístìný uvnitø bytu (oznaèený na obr. 1 jako Dom. tel.), obsahuje bzuèák (Bz) spoleèný pro zvonkové tlaèítko za dveømi bytu (dále dveøní tlaèítko) a u vchodových dveøí do domu (dále vchodové tlaèítko), mikrofon (Mic) a sluchátko (Sl) pro komunikaci s návštìvníkem u vchodových dveøí do domu, a tlaèítko ovládající elektrický zámek (el. zámek), který tyto dveøe otvírá. Dalšími èástmi rozvodu domovního telefonu jsou zvonková tlaèítka, elektric-

ký vrátný, elektrický zámek, napájeè a kabeláž, které jsou umístìny na chodbách a u vchodových dveøí. Na obr. 2 je uvedena pouze ta èást zapojení domovního telefonu, která má návaznost na dále popisované doplòky. Pro lepší orientaci je ještì na obr. 3 pohled na desku se svorkovnicemi, obsaženou v domovním telefonním pøístroji. Celkové zapojení domovních telefonních rozvodù (napájeèe, elektického vrátného atd.) neuvádím. Napájecí napìtí není do domovního telefonního pøístroje pøivádìno trvale. Napájecí zdroj (který poskytuje ss napìtí pøibližnì 10 V) i zesilovaè signálu elektrického vrátného jsou ve spoleèné èásti u vchodových dveøí pod panelem s vchodovými tlaèítky. Mikrofon i sluchátko z každého bytu jsou pøipojeny k elektrickému vrátnému. Do každého domovního telefonního pøístroje je pøiveden z napájeèe pouze záporný pól stejnosmìrného napájecího napìtí (na svorku 3) a pøes zvonková tlaèítka støídavé napìtí 8 až 9 V (na svorku 4). Støídavé vyzvánìcí napìtí je symetrické oproti zápornému pólu

stejnosmìrného napájecího napìtí, neobsahuje žádnou stejnosmìrnou složku. Z tìchto faktù je tøeba vycházet pøi konstrukci doplòkových obvodù.

Obr. 3. Umístìní dále popisovaných obvodù v domovním telefonním pøístroji

Obr. 2. Èásteèné schéma domovního telefonního pøístroje s vestavìnými doplòky Obr. 1. Blokové schéma domovního telefonu

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

23

Dvoutónový zvonek s LED (rozlišení dveøního a vchodového zvonku) Když vám zazvoní zvonek, je pøíjemné vìdìt, zda je návštìvník pøed dveømi bytu nebo zda èeká pøed vchodem do domu. Abyste to zjistili, musíte nejprve jít k bytovým dveøím a otevøít je, pøípadnì otevøít okno. Následující obvod vám to umožní zjistit pohodlnìji pomocí akustické a optické signalizace. Testa Stropkov dodává tzv. pøídavný zvonek, který umožòuje rozlišit, kde se návštìvník nachází. Je to malá krabièka obsahující diodu, filtraèní kondenzátor a piezomìniè (na stejnosmìrné napìtí), do které se pøivádí støídavé napìtí pøes dveøní tlaèítko. Maloobchodní cena této krabièky je okolo 115 Kè, k ní je nutné pøipoèítat cenu montáže. Ne každému se však bude líbit další krabièka, pøišroubovaná ke zdi vedle domovního telefonního pøístroje. Ne každému bude vyhovovat její hlasitost. Piezomìniè kmitá na frekvenci 500 až 1000 Hz, ve vìtším bytì se tato frekvence hùøe šíøí, napø. pøes zavøené dveøe. Proto zde øeším tento problém pøidáním jednoduchého obvodu, který byl nazván dvoutónový zvonek, do stávajícího telefonního pøístroje bez nutnosti provádìt v nìm mechanické úpravy (neztrácí se záruka). Využívá se stávající bzuèák, který pracuje s kmitoètem 50 Hz a má dostateènou hlasitost. Bzuèák obsahuje cívku s odporem 20 Ω s dìleným jádrem z magneticky mìkké oceli. Støídavý proud zpùsobuje kmitání jádra, což vydává zvuk. Jedná se v podstatì o relé bez kontaktù. Protože se jádro pøitahuje k cívce v každé pùlperiodì budicího síového napìtí, je základní harmonická tónu bzuèáku 100 Hz. Podmínkou pro to, aby bylo možné rozlišit, které ze zvonkových tlaèítek bylo stisknuto, nesmí být vnì bytu obì zvonková tlaèítka spojena paralelnì (u nìkterých rozvodù tomu tak je, takový rozvod je nutné upravit). Schéma obvodu dvoutónového zvonku je uvedeno v rámeèku z èárkované èáry na obr. 2. Napìtí ze zvonkového tlaèítka 1 (vchodového) je pøivádìno pøímo na bzuèák, napìtí z tlaèítka 2 (dveøního) pøichází na bzuèák pøes popisovaný obvod, který je upravuje kvùli rozlišení tlaèítek. Zvuk bzuèáku se pøi stisknutí tlaèítka 2 modifikuje periodickou zmìnou síly a kmitoètu zvuku asi 0,5 s po stisknutí tlaèítka. Vznikne tak kolísavý tón (ho-øí), snadno rozpoznatelný od stálého tónu. Po stisknutí tlaèítka 2 se pøes rezistor R1 a diodu D2 nabíjí kondenzátor C1. Tyristor Ty je vypnutý a do bzuèáku jde pøes diodu D1 pouze jedna pùlvlna støídavého proudu, takže základní har-

24

monická tónu bzuèáku je 50 Hz. Zmìnìná je i hlasitost zvonìní. Po nabití C1 na 10 V (asi za 0,5 s) se otevøe tyristor Ty a nastane poznatelná zmìna zvuku (zvuk nabude pùvodní výšku tónu 100 Hz a hlasitost). Doba nabíjení C1 je dána odporem rezistoru R1. Nabitý kondenzátor C1 se vybíjí pøes R3 a na 10 až 15 s se rozsvítí LED D3. Akustické rozlišení, které samozøejmì nemusí každému úplnì vyhovovat, tak doplòuje optická signalizace. Pøi opakovaném stisknutí zvonkového tlaèítka je nabíjení C1 pochopitelnì kratší, tyristor se sepne døíve a D3 svítí jasnìji. Obvod dvoutónového zvonku je možné do telefonního pøístroje zapojit s libovolnou polaritou. Všechny souèástky obvodu dvoutónového zvonku vèetnì LED D3 jsou pøipájeny na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù varianty obvodu s klasickými vývodovými souèástkami je na obr. 4, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 5. Obrazec spojù varianty obvodu se souèástkami SMD je na obr. 6, rozmístìní souèástek na obou stranách desky je na obr. 7 a obr. 8. Pøi osazování desek neodštipujeme vývody diody D1, ale využijeme je k zapojení obvodu. Vývod katody D1 pøitáhneme pod šroub svorky 4 v telefonu, celá deska pak na nìm drží (vzhledem k jejím rozmìrùm ji není nutné nikam dále pøipevòovat). Vývod anody D1 spojíme s pøívodem od tlaèítka 2 (dveøního). K upevnìní tohoto vodièe mùžeme pøípadnì využít svorku A, je-li k dispozici. LED D3 umístíme tak, aby byla pøes møížku telefonního krytu zvenèí dobøe vidìt. Pokud bude C1 pøipájen na výšku, nesmí být umístìn pod pøepážkou horního krytu. Osazenou a oživenou desku s plošnými spoji (variantu s vývodovými souèástkami ) posílám na dobírku za 60 Kè (adresa autora viz str. 34). K cenì bohužel musím pøipoèítat 65 Kè poštovné (kdo mi pošle v dopise 70 Kè, tomu obvod pošlu rovnìž dopisem). Znovu upozoròuji, že aby stavba nebo koupì obvodu mìla smysl, nesmí být obì zvonková tlaèítka (dveøní a vchodové) v rozvadìèi propojena paralelnì, což se nìkdy mùže stát, zvl᚝ ve starších domech. Z tìchto dùvodù doporuèuji objednat si tento obvod prostøednictvím firmy, která má na starost údržbu domovní elektroinstalace. Zasahovat do domovních rozvodù neoprávnìné osoby nesmí, vyznat se v množství zvonkových drátù by pro neodborníka stejnì nebylo snadné. Pøedpokládám cenu obvodu i s montáží asi 100 až 120 Kè. Montហtohoto obvodu mùže pøedstavovat zajímavou doplòkovou pracovní pøíležitost pro všechny, kteøí se touto problematikou zabývají.

Obr. 4. Obrazec plošných spojù dvoutónového zvonku - varianta s vývodovými souèástkami (mìø.: 1 : 1)

Obr. 5. Rozmístìní souèástek na desce dvoutónového zvonku - varianta s vývodovými souèástkami

Obr. 6. Obrazec plošných spojù dvoutónového zvonku - varianta se souèástkami SMD (mìø.: 1 : 1)

Obr. 7. Rozmístìní vývodových souèástek na desce dvoutónového zvonku - varianta se souèástkami SMD

Obr. 8. Rozmístìní souèástek SMD na desce dvoutónového zvonku - varianta se souèástkami SMD

Seznam souèástek (varianta s vývodovými souèástkami) R1 R2 R3 C1 D1 D2 Ty

100 Ω, miniaturní 240 kΩ, miniaturní 10 kΩ, miniaturní 1000 µF/16 V, radiální 1N4007 1N4148 MCR 100-8

R1 R2 R3 C1 D1 D2 Ty

(varianta se souèástkami SMD) 100 Ω, SMD 1206 240 kΩ, SMD 1206 10 kΩ, SMD 1206 1000 µF/16 V, radiální 1N4007 BAS21, SOT23 MCR 100-8

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

C1 C2 C3 D1 IO1 Piezo

Obr. 9. Pøídavný zvonek

6,8 nF, SMD 1206 100 nF, SMD 1206 22 µF/16 V, radiální 1N4007, SMD NE556, DIL14 viz text

DPS stojí 9 Kè, souèástky 59 Kè.

Pøídavný zvonek Obvod, jehož schéma je na obr. 9, funguje buï jako pøídavný zvonek zapojený paralelnì ke stávajícímu bzuèáku, nebo mùže být použit pro rozlišení dveøního a venkovního zvonkového tlaèítka (jedno tlaèítko je pøipojeno ke stávajícímu bzuèáku, druhé k tomuto pøídavnému zvonku. Jako zdroj zvuku použijeme piezomìniè. Vybereme typ s vyhovující citlivostí. Èím je vìtší citlivost, tím jsou zpravidla vìtší i rozmìry. K dosažení subjektivnì nejvìtší hlasitosti použijeme kmitoèty 1 až 3 kHz, pro které je lidské ucho nejcitlivìjší. Nejvìtší pozornost vyvolá, když je takový tón navíc pøerušován kmitoètem zhruba 2 Hz. Tón zvonku nemusí znít pøíjemnì, dùležité je, aby na nìj èlovìk reagoval. Pøi použití piezomìnièe KPT1540W (o prùmìru 18 mm) je hlasitost zhruba stejná, jako u klasického bzuèáku. Je však tøeba uvážit, že pøes zavøené dveøe se signály vyšších kmitoètù šíøí hùøe. Použití piezomìnièe s vìtší citlivostí rozhodnì není na závadu. K realizaci obvodu pøídavného zvonku se nejlépe hodí dvojitý èasovaè 556, který je pøípadnì schopen vybudit i malý reproduktor. Obvod 556 obsahuje dva astabilní multivibrátory. Kmitoèet vyzvánìcího tónu je urèen vztahem: ft = 1,44/ [(R1 + 2·R2)·C1)] [Hz; Ω, F],

R4 C1 C2 C3 D1 IO1 Piezo

2,2 MΩ, miniaturní 6,8 nF, keramický 100 nF,keramický 22 µF/16 V, radiální 1N4007 NE556, DIL14 viz text

DPS stojí 15 Kè, souèástky 59 Kè. (varianta se souèástkami SMD) R1, R2 30 kΩ, SMD 1206 R3 120 kΩ, SMD 1206 R4 2,2 MΩ, SMD 1206

Obr. 10. Obrazec plošných spojù pøídavného zvonku - varianta s vývodovými souèástkami (mìø.: 1 : 1)

Obr. 11. Rozmístìní souèástek na desce pøídavného zvonku - varianta s vývodovými souèástkami

fp = 1,44/ [(R3 + 2·R4)·C2)] [Hz; Ω, F]. Obr. 12. Obrazec plošných spojù pøídavného zvonku - varianta se souèástkami SMD (mìø.: 1 : 1)

Obr. 13. Rozmístìní souèástek SMD na desce pøídavného zvonku - varianta se souèástkami SMD

Seznam souèástek (varianta s vývodovými souèástkami) R1, R2 30 kΩ, miniaturní R3 120 kΩ, miniaturní

Snad každý si obèas pøeje nebýt nikým rušen a nebýt pro nikoho doma. Týká se to pøedevším tìch, kteøí pracují v noci a ve dne spí. Pøipojit do stávajícího domovního telefonního pøístroje spínaè, který odpojí zvonek, není žádný problém. Na obr. 2 je tento spínaè oznaèen písmenem S. Spínaè je nejvhodnìjší umístit na dolní èásti krytu (aby pøívodní vodièe nemusely být pøíliš dlouhé) na pravém boku nahoøe, kde je dostatek volného místa.

Obvod zpoždìného zapnutí zvonku

obdobnì se urèí i kmitoèet pøerušování:

Obvod pøídavného zvonku je napájen stejnosmìrným napìtím, které získáme ze støídavého napìtí pøivedeného ze zvonkového tlaèítka usmìrnìním diodou D1 a filtrací kondenzátorem C3. Souèástky pøídavného zvonku jsou pøipájeny na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji. Deska je navržena ve dvou variantách - s vývodovými souèástkami a se souèástkami SMD Obrazec spojù varianty s vývodovými souèástkami je na obr. 10, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 11. Obrazec spojù varianty se souèástkami SMD je na obr. 12, rozmístìní souèástek na obou stranách desky je na obr. 13 a obr. 14. Piezomìniè mùže být v obou variantách upevnìn dvìma šroubky M2 nad IO.

Vypínaè zvonku

Obr. 14. Rozmístìní vývodových souèástek na desce pøídavného zvonku - varianta se souèástkami SMD

Pokud chcete nìkdy nebýt doma pouze pro cizí neohlášené návštìvníky a nikoliv pro své blízké, je potøeba spínaè doplnit obvodem zpoždìného zapínání (obr. 2, obvod je umístìn v rámeèku z èárkované èáry). Pøi krátkém stisknutí zvonkového tlaèítka (jak bývá slušné a obvyklé zvonit) se kondenzátor C1 nestaèí nabít a zvonek nezvoní. Protože se kondenzátor C1 prùbìžnì vybíjí pøes R2, nestaèí se C1 ani pøi opakovaném krátkodobém tisknutí tlaèítka nabít a zvonek nezvoní. Teprve po 5 až 10 s trvalého držení tlaèítka se otevøe tyristor Ty (v okamžiku sepnutí tyristoru je na C1 maximálnì 5 V) a zvonek zvoní (teèe do nìj jedna pùlvlna støídavého proudu). Proto se k vám dozvoní pouze ti, kterým informaci o zpoždìném zapnutí zvonku sdìlíte. Doba zpoždìní není vždy stejná pøi výrobì vìtšího poètu kusù obvodu. Rozptyl parametrù je dán tolerancemi použitých souèástek (pøedevším tyristoru) a také kolísáním napájecího napìtí. Aby byl obvod reprodukovatelný, nesmí být odpor rezistoru R1 pøíliš velký. Doba prodlevy by mìla odpovídat maximálnì jedné èasové konstantì R1·C1. Jinak bychom museli dobu zpoždìní nastavovat zmìnou odporu R1. Kdybychom pøípadnì chtìli dobu zpoždìní prodloužit, musíme zvìtšit kapacitu kondenzátoru C1. Pøi sepnutém spínaèi S (zapnuté zvonìní) je obvod zkratován a neuplatní se. Obvod zpoždìneho zapnutí zvonku je zkonstruován z vývodových souèástek na malé destièce s jednostrannými plošnými spoji (obr. 15, obr. 16) Aby byla montហobvodu do telefonního pøístroje co nejjednodušší, je na desku s plošnými spoji pøipájen páèkový pøepínaè, prostøednictvím nìhož je

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

25

Obr. 15. Obrazec plošných spojù obvodu zpoždìného zapnutí zvonku (mìø.: 1 : 1)

Obr. 16. Rozmístìní souèástek na desce obvodu zpoždìného zapnutí zvonku deska pøišroubována ke krytu telefonu. Pozor, použitý typ pøepínaèe je nutné pájet pouze krátce, hrozí jeho poškození teplem. Pøepínaè doporuèuji fixovat k desce epoxidovým lepidlem nebo Lukoprénem. Pøi zapojení obvodu do telefonního pøístroje nezáleží na polaritì pøipojení. Pouze pøi souèasném použití s dvoutónovým zvonkem je potøebné dodržet polaritu uvedenou ve schématu na obr. 2. Tento obvod dodávám za stejných podmínek jako již døíve popisovaný dvoutónový zvonek - osazená a oživená deska se spínaèem stojí 60 Kè (adresa autora viz str. 34).

Seznam souèástek R1 R2 C1 D1 Ty S

30 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 220 µF/6,3 V, radiální 1N4148 MCR100-8 KNX 1

Optický „zvonek“ pro neslyšící Neslyšícím nebo velmi špatnì slyšícím osobám usnadní život obvod, který pøevede elektrický signál ze zvonku na blikání žárovky. Doporuèený výkon žárovky je 60 až 100 W, aby svìtlo bylo viditelné i ve dne. Tuto žárovku spíná kaskáda optotriaku a výkonového triaku, která zároveò zajišuje galvanické oddìlení sítì a zvonkového obvodu. Optotriak je øízen multivibrátorem s obvodem NE555CMOS, který je napájen z domovního telefonu. Kmitoèet multivibrátoru je urèován hodnotami souèástek R1, R2 a C2. Kmitoèet blikání není kritický, volíme jej øádu jednotek Hz.

Obr. 17. Optický „zvonek“ pro neslyšící

26

Ke spolehlivému sepnutí optotriaku je potøebný minimální proud 4 mA. Vlastní odbìr IO1 je zanedbatelný. Obvod je pøipojen k domovnímu telefonu stejnì jako pøídavný zvonek (na polaritì pøívodù nezáleží). Kondenzátor C1 se nabíjí pøi stisknutí zvonkového tlaèítka pøes diodu D1 a rezistor R4, který omezuje maximální proud diodou pøi nabíjení C1. Kapacitu C1 volíme radìji vìtší, aby obvod pracoval ještì nìkolik sekund po uvolnìní zvonkového tlaèítka. Odpor rezistoru R3 urèuje spínací proud optoèlenu a zároveò dobu vybíjení C1. Jeho pøípadným zvìtšením bychom však dobu blikání žárovky neprodloužili. Obvod je zkonstruován na desce s jednostrannými plošnými spoji z vývodových souèástek. Obrazec spojù je na obr. 18, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 19. Deska optického „zvonku“ je umístìna ve skøíòce KPZ11. Jedná se vlastnì o prùchozí síovou zásuvku s vidlicí, která je pøímo zasunuta do síové zásuvky na stìnì. Do zásuvky skøíòky KPZ11 zasuneme pøívod od lampièky se signalizaèní žárovkou. Nulový a ochranný vodiè jsou ve skøíòce vedeny pøímo ze zásuvky do vidlice, fázový vodiè je mezi zásuvkou a vidlicí veden pøes desku optického „zvonku“ (vodièe L na obr. 19). Vodièe mezi zásuvkou a vidlicí musí být dostateènì dlouhé, aby krabièku bylo možné snadno otevøít. Prùøez a izolace vodièù musí odpovídat síovému napìtí. Odpor ochranného vodièe musí být, podobnì jako u síových šòùr, menší než 0,3 Ω. Fáze musí být v síové zásuvce v levé dutince, je-li zemnicí kolík nahoøe. Celý obvod také mùžeme zaøadit napevno do síového pøívodu lampièky a umístit jej do nìjaké levnìjší univerzální krabièky. Je tøeba pøipomenout, že každá žárovka se jednou pøepálí a že nìkdy pøi tom nastává v žárovce zkrat (i když je životnost žárovky minimálnì ve stovkách hodin a zde pracuje pøi každém zazvonìní nìkolik sekund). Obvod bude pøipojen do zásuvkového okruhu jištìného pravdìpodobnì jistièem 16 A. Použitý triak je dimenzován na maximální proud 30 A, aby vydržel i pøípadný krátkodobý zkrat. Vzhledem k tomu, že vypínací doba jistièe je pøíliš dlouhá, bylo by potøebné chránit optický „zvonek“ vlastní rychlou tavnou pojistkou (typu F), dimenzovanou na jmenovitý proud lampièky. Není to ale nezbytné, pravdìpodobnost zkratu na zátìži je zanedbatelná a cena použitého triaku je malá a

Obr. 18. Obrazec plošných spojù optického „zvonku“ (mìø.: 1 : 1)

Obr. 19. Rozmístìní souèástek na desce optického „zvonku“ srovnatelná s cenou pojistkového pouzdra. Další možností je zapojit do série se žárovkou optického „zvonku“ drátový rezistor 10 Ω/2 W pro omezení zkratového proudu. Trvalý proud triaku je 4 A, což je víc než dostateèné. Z tìchto dùvodù by nebylo vhodné použít napø. optotriak S26MD01, který je dimenzován na proud jen 0,6 A. Hotový výrobek v krabièce KPZ11 prodávám za 475 Kè, desku s plošnými spoji za 19 Kè, sadu souèástek za 85 Kè, osazenou a oživenou desku s plošnými spoji za 190 Kè (viz str. 34).

Seznam souèástek R1, R2 R3 R4 C1 C2 D1 IO1 Op Tr

120 kΩ, miniaturní 1,5 kΩ, miniaturní 82 Ω, miniaturní 2 200 µF/16 V, radiální 2,2 µF/16 V, radiální 1N4148 NE555CMOS MOC3021 T410/600T

Zkušební telefon Opraváøùm domovních telefonù je urèena konstrukce zkušebního telefonu, jehož schéma je na obr. 20. Jedná se o univerzální zkušební obvod, kterým se testují domovní telefony a jejich pøipojení. Zkušební telefon obsahuje kromì sluchátka a mikrofonu v bìžném zapojení i dvoubarevnou LED D3, která umožòuje detekovat pøítomnost napìtí (o velikosti okolo 10 V) a jeho polaritu. Svítí-li LED dvoubarevnì, je na ni pøipojeno støídavé napìtí. Zkušební telefon dále obsahuje prozvánìcí obvod pro urèení prùchodnosti vodièù, popø. jejich zkratu. Použil jsem zde èasovaè NE555CMOS (IO1) v bìžném zapojení astabilního multivibrátoru. Spojíme-li vývody 3 a 4 a souèasnì stiskneme tlaèítko, uslyšíme ve sluchátku vysoký tón a LED D3 se rozsvítí

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

vou velikost napájecího napìtí (asi na 12 V, vnitøní odpor zdroje je øádu jednotek ohmù). Pøes rezistor R1 se pomalu nabíjí kondenzátor C2. Když se nabije na 6 až 7 V, otevøe se pøes diodu D3 tranzistor T1 a relé Re sepne. Nabíjení kondenzátoru C2 do okamžiku sepnutí relé trvá pøibližnì:

Obr. 20. Zkušební telefon

T = 0,7·R1·C2

R5 C1, C2 C3 C4

2 kΩ, SMD 1206 100 nF, SMD 1206 22 µF/16 V, radiální 100 nF, keramický, vývodový D1, D2 1N4007, SMD D3 LED dvoubarevná se dvìma vývody IO1 NE555CMOS Držák baterie A306 511 Baterie 12 V  (L1020) Tlaèítko P-RESET

Obr. 21. Obrazec plošných spojù zkušebního telefonu (mìø.: 1 : 1)

DPS stojí 14 Kè, souèástky (bez mikrofonu a sluchátka) 69 Kè.

Zpožïovací obvod pro elektrické otevírání dveøí

Obr. 22. Rozmístìní souèástek SMD na desce zkušebního telefonu

Obr. 23. Rozmístìní vývodových souèástek na desce zkušebního telefonu obìma barvami. Optická indikace zkratu je potøebná, nìkdy se musí pracovat i ve velmi hluèném prostøedí. Pro jistotu je možné chránit IO1 proti pøepìtí Zenerovou diodou D4 typu napø. BZY015 (15 V/2 W/100 mA), která by byla pøipájena pøímo k jeho vývodùm (na desce pro ni místo není). Celý zkušební telefon je umístìn v krabièce telefonního sluchátka. Z rozmìrových dùvodù je baterie 12 V (miniaturní typ) umístìna mimo desku s plošnými spoji ve zvláštním držáku. Kvùli zmenšení rozmìrù je vìtšina souèástek v provedení SMD (kromì IO1, D3, C3, C4 a tlaèítka). Obrazec plošných spojù je na obr. 21, rozmístìní souèástek na obou stranách desky je na obr. 22 a na obr. 23.

Seznam souèástek R1, R2 R3 R4

4,7 kΩ, SMD 1206 1,2 kΩ, SMD 1206 22 Ω, SMD 1206

Pokud chceme pomocí elektronického bzuèáku stisknutím tlaèítka v bytì na domovním telefonním pøístroji otevírat (myšleno odemykat) dvoje dveøe souèasnì (pøední a zadní vchod), a pøipojíme-li k jednomu napájecímu zdroji dva elektrické otevíraèe dveøí (EOD) paralelnì, nemusí tato zaøízení vždy spolehlivì fungovat. Paralelním pøipojením dvou otvíraèù dveøí se napájecí zdroj proudovì pøetíží a klesne na nìm napìtí. Jednoduchý pøístroj, jehož schéma je na obr. 24, proto zajišuje postupné zapínání EOD pomocí zpožïovacího obvodu a pøepínacího relé. První 2 až 3 s po stisknutí tlaèítka v bytì (v domovním telefonním pøístroji se záporný pól stejnosmìrného napájecího zdroje pøipojí na vývod 1 svorkovnice - viz obr. 1 na str. 23) je relé v klidové poloze a pracuje EOD1, takže je možné otevøít pøední dveøe. Poté sepne relé Re, EOD1 se odpojí a zaène pracovat EOD 2, takže je možné otevøít zadní dveøe. Kondenzátor C1 se po stisknutí tlaèítka pøes D1 rychle nabije na špièko-

[s; Ω, F].

Dioda D2 chrání tranzistor T1 pøed poškozením pøi odpojování cívky relé (pøi pøerušení proudu tekoucího cívkou se naindukuje napìová špièka). Kondenzátor C1 zajišuje, aby relé bylo sepnuto i v záporné pùlperiodì napájecího napìtí. Použité relé má napájecí napìtí 12 V (sepne se pøi napìtí 9 V a vypne pøi napìtí 7 V), odpor cívky je 400 Ω, dobu odpadu je 8 ms, mùže spínat trvalý proud 6 A. Všechny souèástky jsou vývodové a jsou pøipájené na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 25, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 26. Pøívody je možné pøipojit pøes šroubovací svorkovnici s rozteèí vývodù 3,5 mm. Osazenou a oživenou desku (vèetnì relé a svorkovnice) dodávám za 90 Kè (adresa autora viz str. 34).

Seznam souèástek R1 30 kΩ, miniaturní C1 100 µF/16 V, radiální C2 100 µF/10 V, radiální D1, D2 1N4148 D3 BZX83V006.2 T1 BC547 B Relé H200SD12 (svorkovnice ARK 550/2 2 kusy)

Obr. 25. Obrazec plošných spojù zpožïovacího obvodu (mìø.: 1 : 1)

Obr. 26. Rozmístìní souèástek na desce zpožïovacího obvodu

Obr. 24. Zpožïovací obvod pro elektrické otevírání dveøí

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

27

Obr. 27. Domácí telefon Obr. 29. Rozmístìní souèástek na desce domácího telefonu

Domácí telefon Popisovaný pøístroj umožòuje komunikaci dvou (a pøípadnì i více) úèastníkù. Nemusí být jen dìtskou hraèkou (podobné pøístroje se prodávají v hraèkáøstvích), ale mùže sloužit pro dorozumívání ve vìtším bytì, rodinném domku nebo na pracovišti. Schéma domácího telefonu s jednou hlavní a dvìma vedlejšími stanicemi je na obr. 27. Každý pøístroj obsahuje mikrofon, sluchátko, spínaè, vyzvánìcí tlaèítko a dále zesilovaè a oscilátor, které jsou tvoøeny dvojitým OZ. Pøístroj nejprve zapneme spínaèem S, potom stiskneme vyzvánìcí tlaèítko Tl. U protistanice zaène sluchátko pískat. Když druhý úèastník svùj telefon zapne, mùže probíhat hovor. Po ukonèení hovoru oba úèastníci pøístroje vypnou. Vyzvánìcí tón, který je vytváøen multivibrátorem IO1b, se pøenáší pøes zesilovaè IO1a a koncový stupeò s tranzistory T1 a T2 do sluchátka protistanice. Zesilovaè IO1a zesiluje mikrofonní signál. Dolní mezní kmitoèet zesilovaèe je asi 200 Hz a je urèen èasovými konstantami C1·R2, C2·R3 a C3·Rsluch. Zesílení je AU = 1 + R4/R3. Zvolil jsem je podle použitého mikrofonu a sluchátka tak, aby pøi bìžné hlasitosti øeèi nebyl signál zkreslován a aby se obvod vlivem akustické zpìtné vazby (když jsou mikrofon a sluchátko blízko sebe) nerozpískal. Protože odpor použitého sluchátka je velmi malý (8 Ω), musí být za operaèním zesilovaèem s maximál-

28

ním výstupním proudem 10 až 20 mA ještì zesilovaè proudu (proudový booster) s tranzistory T1 a T2. Obvod pracuje s nesymetrickým napájecím napìtím, zkoušel jsem jej v rozsahu 6 až 15 V. Obvod virtuální zemì je tvoøen rezistory R7 a R6. Odbìr proudu naprázdno je 3,6 mA, pøi hlasitém hovoru a vyzvánìní je 20 až 50 mA. Oba telefonní pøístroje mají spoleèné napájení z baterie o napìtí 9 nebo 12 V, popø. ze síového adaptéru. Napájecí napìtí je nutné blokovat filtraèním kondenzátorem C4. V klidovém stavu by pøi bateriovém napájení mìly být oba pøístroje vypnuty. Proto je vhodné indikovat zapnutí pøístroje diodou LED D1. Dioda D2 chrání obvod proti pøepólování baterie. Pokud se pøístroj nebude vypínat, mùže sloužit k odposlechu (napø. dìtského pokoje). Oba pøístroje jsou spolu spojeny ètyøžilovým vodièem (telefonním kabelem nebo vícežilovým vodièem). Telefon lze snadno rozšíøit tak, aby hlavní stanice mohla komunikovat s více vedlejšími stanicemi. Na hlavní stanici potom bude pøepínaè, který umožní volbu protistanice. Na trhu bohužel není vhodná krabièka (úzká, dlouhá, jako logická sonda). Svým tvarem trochu pøipomíná telefonní sluchátko krabièka U-KPD04 (27 x x 188 x 59 mm, s pouzdrem na baterii 9 V), která je ale pro tento úèel trochu velká. Pøi troše šikovnosti by nebyl problém desku umístit i do pouzdra od kartáèku na zuby. K napájení by však bylo

Obr. 28. Obrazec plošných spojù domácího telefonu (mìø.: 1 : 1)

nutné použít buï síový adaptér, nebo miniaturní baterii 12 V. Desku s plošnými spoji jsem proto navrhl co nejužší (obr. 28, obr. 29). Na desce je mikrofon, spínaè, vyzvánìcí tlaèítko a místo pro pøipevnìní sluchátka a baterie. Všechny souèástky jsou vývodové. Zapojení hlavní stanice a jedné nebo více protistanic je shodné, je možné použít stejnou desku. Hlavní stanice obsahuje navíc baterii (nebo konektor pro síový adaptér), popø. pøepínaè volby protistanice.

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 R5, R6 R7 R8, R9 C1, C5 C2, C4 C3 D1 D2 T1 T2 IO1 Tl S Mikrofon Sluchátko

30 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 43 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 2,7 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 6,8 nF, keramický 100 nF, keramický 100 µF/16 V, radiální LED s velkou svítivostí 1N4007 BC547B BC557B TL072 tlaèítko P-RESET spínaè B069E MC100 LP21008 (8 Ω; 0,1 W, 21 x 7 mm)

DPS stojí 26 Kè, souèástky 138 Kè (1 kus).

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

UŽITKOVÁ ELEKTRONIKA Ing. Jiøí Vlèek V této kapitole je popisováno nìkolik levných a co nejjednodušších pøístrojù pro domácnost a volný èas. Pøístroje jsou dobøe amatérsky reprodukovatelné, obsahují vìtšinou vývodové souèástky, které jsou pøipájeny na deskách s jednostrannými plošnými spoji. Autor dodává stavebnice popisovaných pøístrojù, adresa autora je na stanì 34.

Barevná hudba s LED Tato konstrukce patøí do kategorie hraèek, které umožní zaèínajícím zájemcùm provádìt v tomto oboru jednoduché experimenty. Moderní LED s velkou svítivostí nahrazují žárovky a mají podstatnì menší odbìr. Není problém takový obvod napájet z baterií nebo ze síového adaptéru. Jediným problémem mùže být pøipojení barevné hudby ke zdroji signálu. Vìtšina kombinovaných pøístrojù - minivìží nemá vyveden vhodný výstup. Nejlepší je výstup pro nahrávání na magnetofon, který je umístìn pøed regulátorem hlasitosti. Ménì vhodný je sluchátkový výstup, na nìmž amplituda signálu je závislá na nastavení regulátoru hlasitosti a korekcí.

nálu pøipojuje bezdrátovì pøes mikrofon. Signál z mikrofonu zesilují samostatné zesilovaèe pro nízké, støední a vysoké kmitoèty s OZ1a až IZ1c. Na výstupech OZ1a, OZ1b a OZ1c je pøibližnì 1000x zesílený nf signál, který je superponován na ss napìtí o velikosti asi 1,5 V. Pøi takto nastaveném pracovním bodu zesiluje OZ pouze kladnou pùlvlnu støídavého napìtí a pùsobí souèasnì jako usmìròovaè, takže nepotøebujeme usmìròovací diody. Jako referenèní zdroj napìtí je použita LED D5. Napìtí, které na ní namìøíme a které je potom i na výstupech 1, 7 a 8 OZ1, nesmí rozsvítit v klidovém stavu LED D1, D2 a D3. Proto použijeme diodu D5 s vìtší úèinností a necháme jí protékat pouze malý proud. Operaèní zesilovaèe jsou napájeny nesymetricky, jejich napìové zesílení AU je dáno vztahem:

Popis funkce

AU OZ1a = 1 + R1/R2,

Popisovaná barevná hudba, jejíž schéma je na obr. 1, se ke zdroji nf sig-

AU OZ1c = 1 + R5/R6.

Obr. 1. Barevná hudba s LED

AU OZ1b = 1 + R3/R4,

Podle potøeby mùžeme zmìnou odporu rezistorù R1 až R6 zesílení OZ zvìtšit. Dìlící kmitoèty fm jednotlivých integraèních a derivaèních èlánkù RC vypoèítáme podle vzorce: fm = 1/(2·π·R·C)

[Hz; Ω, F].

Derivaèní èlánky C9R17, C8R6, C7R15, R2C2, R4C4 a R6C5 tvoøí horní propusti, které potlaèují nízké kmitoèty. Integraèní èlánky C1R1 a C3R3 pracují jako dolní propusti, které potlaèují vysoké kmitoèty. Volba hodnot jednotlivých souèástek není kritická, s dìlicími kmitoèty mùžeme libovolnì experimentovat. OZ1d mùžeme použít pro inverzi basù. Je zapojen jako komparátor. LED D4 svítí, když na vstupu není signál. Když se s rostoucí amplitudou vstupního signálu nabije kondenzátor C6, pøeklopí se komparátor a LED D4 zhasne. Díky delší èasové konstantì R10·C6 bliká LED D4 pomaleji. Velikost napájecího napìtí není kritická, pøedpokládám 12 V. Pøedøadné rezistory R7 až R9 mají malé odpory, aby LED svítily i pøi menším napìtí. Pøetížení LED nehrozí, protože OZ jsou vybaveny proudovými ochranami a jejich maximální výstupní proudy nepøesáhnou 20 mA.

Konstrukce Všechny souèástky barevné hudby jsou vývodové a vèetnì LED jsou pøipájené na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 2, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 3.

Obr. 2. Obrazec plošných spojù barevné hudby s LED (mìø.: 1 : 1)

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

29

Obr. 4. Èelovka s baterií 9 V Obr. 3. Rozmístìní souèástek na desce barevné hudby s LED

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7, R8, R9 R10 R11 R13 R14 R15 R16 R17 R18 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 D1 až D4 D5 OZ1 MIC

680 kΩ, miniaturní 680 Ω, miniaturní 1,5 MΩ, miniaturní 200 Ω, miniaturní 1,5 MΩ, miniaturní 200 Ω, miniaturní 200 Ω, miniaturní 1,5 MΩ, miniaturní 680 Ω, miniaturní 8,2 kΩ, miniaturní 200 Ω, miniaturní 43 kΩ, miniaturní 680 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 1 nF, keramický 22 µF/16 V, radiální 470 pF, keramický 4,7 µF/16 V, radiální 1 µF/16 V, radiální 100 nF, keramický 10 nF, keramický 10 nF, keramický 100 nF, keramický LED LED èervená TL074 MCE100

lovou svítilnu používám, a proto se snažím najít optimální kompromis mezi svítivostí a životností baterií. Není to jen otázka finanèní, pøi delších expedicích tvoøí rezervní baterie zbyteènou váhu navíc a nové nelze vždy snadno koupit. Nové LED, které jsou v popisované èelovce použity, mùžeme používat i pøi proudu okolo 5 mA. Pro vìtšinu èinností, jako je chùze po cestì, pøíprava jídla, stavìní stanu, apod. je takový proud vyhovující. Obèas ale nastane situace, kdy potøebujeme krátkodobì vìtší svìtlo, napø. pøi hledání turistické znaèky a pøi orientaci v neznámém terénu.

Popis funkce

DPS stojí 24 Kè, souèástky 89 Kè.

Èelovka s baterií 9 V Pokrok v oblasti bílých LED jde nezadržitelnì kupøedu a možnosti jejich použití se stále rozšiøují. Roste jejich svítivost pøi zachování stejné ceny. Proto se vyplatí staré èelové svítilny se žárovkami, u kterých se díky velkému proudu žárovky baterie vždy rychle vybily (èasto i po pùl hodinì používání), pøedìlat na bílé LED. Pøi koupi nových výrobkù za nízkou cenu od neznámých výrobcù se vyplatí opatrnost. Øada takových èelovek je sice vybavena rùznými efekty blikání, ale svítí dobøe jen první hodinu provozu, pak svit klesá. LED jsou v nich èasto zapojeny jen pøes odpor a jejich proud je potom silnì závislý na napájecím napìtí. Proud se volí zbyteènì velký, nejdùležitìjší je pøedvést zákazníkovi, že svítilna dobøe svítí. Ekonomiènost provozu zde není pøíliš podstatná. Podrobnì se touto problematikou zabývám v KE 4/2004. Pøi turistice èe-

30

Pøi úpravì starší èelovky jsem se rozhodl pro napájení z destièkové baterie 9 V, která má oproti tøem tužkovým èlánkùm menší rozmìry i váhu. Odpadají také zbyteèné kontakty, které mohou korodovat. Pøi napájecím napìtí 9 V je možné více energie z baterie využít užiteèným zpùsobem, svítilna mùže mít vyšší úèinnost. Menší kapacita destièkové baterie není díky velké úèinnosti LED tolik na závadu. Schéma èelovky s baterií 9 V je na obr. 4. Použil jsem 4 bílé a 2 oranžové LED, které jsou napájeny zdrojem konstantního proudu s tranzistorem T2. Diody D7 a D8 zajišují konstantní napìtí na bázi tranzistoru T2. Pøibližnou velikost konstantního proudu I vypoèítáme podle vzorce: I = (UD7,8 - UBE)/R2 = = (0,5·2 - 0,6)/39 = 0, 01 A, kde UD7,8 je napìtí na diodách D7 a D8 a UBE je napìtí mezi bází a emitorem tranzistoru T2. Zmìnou odporu rezistoru R2 si mùžeme upravit intenzitu osvìtlení podle svých pøedstav a požadavkù. Kdo se vìnuje horolezectví, zvolí asi proud vìtší. To znamená menší odpor rezistoru R2.

Zmìøená závislost odebíraného proudu na napájecím napìtí pøi hodnotách souèástek podle schématu je uvedena v tab. 1. Namìøené hodnoty odpovídají teoretickému pøedpokladu. Pøi dostateèné velikosti napájecího napìtí (> 7 V) kolísá napájecí proud jen minimálnì. Odpor rezistoru R7 nemá proto smysl pøíliš zmenšovat, snižovalo by to úèinnost obvodu. Pøi poklesu napìtí pod 7,8 V by LED pøestávaly svítit, protože souèet jejich prahových napìtí by byl vìtší než napájecí napìtí. Proto se musí zavøít tranzistor T4 a otevøít tranzistor T3. T3 zkratuje oranžové LED D5 a D6. Bílé LED D1 až D4 pak mohou pracovat témìø až do úplného vybití baterie do 6 V, nouzovì až do 5,5 V. Dìlièem R5 a R6 je urèováno napìtí, pøi kterém oranžové LED zhasnou. Odpory rezistorù R5, R6 uvedené na schématu odpovídají napìtí 7,94 V. Pøi vìtším odporu R5 (56 kΩ) by LED zhasly pøi poklesu napájecího napìtí na 7,6 V. Pøed tím by se ale zmenšil proud LED asi na 5 mA a znatelnì by poklesla intenzita osvìtlení. Použití oranžových LED sice pøíliš nezvìtší celkovou intenzitu osvìtlení, dá ale svìtlu pøirozenìjší ménì studený odstín, podobný svìtlu žárovky. Stisknutím tlaèítka Tl se nabije kondenzátor C1 a zaène také pracovat druhý proudový zdroj s tranzistorem T1. LED potom budou svítit s vìtší intenzitou, dokud se kondenzátor C1 nevybije pøes rezistor R3 a tranzistor T1. Èasová konstanta R3·C1 urèuje dobu intenzívnìjšího svícení LED. Pøi napájení obvodu napìtím 9 V z laboratorního zdroje jsem po stisknutí tlaèítka namìøil odbìr proudu 40 mA. Na 20 mA proud poklesl po asi 15 s. Tlaèítkem Tl též mùžeme snadno testovat pokles napìtí baterie pøed jejím úplným vybitím a rùst jejího vnitøního odporu. V dùsledku rostoucího vnitøního odporu baterie je pøírùstek intenzity

Tab. 1. Závislost napájecího proudu èelovky Inap na napájecím napìtí Unap Unap

[V]

9,0

8,5

8,0

7,7

7,0

6,5

6,0

5,5

5,2

Inap

[mA]

8,7

8,5

8,2

7,8

7,9

7,5

6,4

2,0

0,5

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

osvìtlení po stisknutí tlaèítka stále menší. Pøi napìtí 7 V vzroste proud po stisknutí tlaèítka pouze na 20 mA. Èelovku mùžeme osadit jenom tøemi LED, dvìma bílými (D1, D3) a jednou oranžovou (D5). Pøi použití všech šesti LED však bude kužel svìtla širší, pokud LED vhodnì nasmìrujeme (nelépe tak, aby nám svítily pod nohy a zároveò šikmo dopøedu). Se šesti LED je též trochu vìtší intenzita osvìtlení (nebo se to alespoò zdá).

Konstrukce Konstrukci èelovky uvádím ve dvou variantách - jednak v klasickém provedení s vývodovými souèástkami (vìtší rozmìry, snadnìjší osazení, obtížnìjší umístìní v pøístroji), jednak se souèástkami SMD.

Obrazec plošných spojù první varianty s vývodovými souèástkami je na obr. 5, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 6. Obrazec plošných spojù druhé varianty se souèástkami SMD je na obr. 7, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 8 a obr. 9. Pøi osazování desky se souèástkami SMD nejdøíve tenkou vrstvou cínu pocínujeme plošky pro souèástky. Spoj pod R2 pro jistotu doporuèuji odizolovat kapkou barvy, popø. lepidla nebo laku na nehty. Pak osadíme souèástky SMD, drátové propojky, malé vývodové souèástky (R6, D7, D8) a nakonec C1 a LED. Vývodové souèástky jsou na sobì ve dvou vrstvách. Výhodou jsou malé rozmìry desky, kterou do pouzra èelovky snadno upevníme. Po osazení souèástkami pøipojíme desku ke zdroji regulovatelného napìtí a odzkoušíme její správnou funkci.

Seznam souèástek (varianta s vývodovými souèástkami) Obr. 5. Obrazec plošných spojù èelovky - varianta s vývodovými souèástkami (mìø.: 1 : 1)

Obr. 6. Rozmístìní souèástek na desce èelovky - varianta s vývodovými souèástkami

Obr. 7. Obrazec plošných spojù èelovky - varianta se souèástkami SMD (mìø.: 1 : 1)

Obr. 8. Rozmístìní souèástek SMD na desce èelovky - varianta se souèástkami SMD

Obr. 9. Rozmístìní vývodových souèástek na desce èelovky - varianta se souèástkami SMD

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 C1 D1 až D4 D5, D6 D7, D8 T1, T2 T3, T4 Tl S

10 Ω, miniaturní 39 Ω, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 51 kΩ, miniaturní 680 kΩ, miniaturní 56 kΩ, miniaturní 220 µF/10 V, radiální bílá LED 5 mm, 9 cd oranž. LED 5 mm, 4 cd 1N4148 BC557C BC547C tlaèítko PB11 páèkový pøepínaè KNX1

DPS stojí 13 Kè, souèástky 190 Kè. (varianta se souèástkami SMD) R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 C1 D1 až D4 D5, D6 D7, D8 T1, T2 T3, T4 Tl S

10 Ω, SMD 1206 39 Ω, SMD 1206 30 kΩ, SMD 1206 120 kΩ, SMD 1206 51 kΩ, SMD 1206 680 kΩ, miniaturní 56 kΩ, miniaturní 220 µF/10 V, radiální bílá LED 5 mm, 9 cd oranž. LED 5 mm, 4 cd 1N4148, vývodová BC857C, SOT 23 BC847C, SOT23 tlaèítko PB11 páèkový pøepínaè KNX1

DPS stojí 9 Kè, souèástky 190 Kè.

Automatické rozsvìcení svìtla v garáži Vrata do garáže se èasto otevírají dálkovým ovládáním. Øidiè vjede veèer dovnitø a než zhasne svìtla v autì, musí rozsvítit svìtlo v garáži. Jinak by musel auto zamykat potmì.

Popisovaný obvod pøi vjezdu automaticky rozsvítí svìtlo asi na 3 až 5 minut, což umožní v klidu opustit auto. Poté se svìtlo v garáži samo zhasne. Obvod je možné umístit do elektroinstalaèní krabièky spínaèe garážového svìtla nebo do jeho blízkosti. Je tøeba poèítat s tím, že u spínaèe je k dispozici pouze fázový vodiè a jeden pøívod k žárovce. Nulový vodiè snadno k dispozici není, pokud vedle vypínaèe není umístìna i síová zásuvka.

Popis funkce Schéma obvodu pro automatické rozsvìcení svìtla je na obr. 10. Obvod obsahuje fototranzistor, který reaguje na svìtla pøijíždìjícího auta. Od hradla H1 je fototranzistor oddìlen kondenzátorem C1, takže obvod reaguje na rychlé zvìtšení osvìtlení (na pomalé rozednívání nikoliv). Kladný impuls vytvarují hradla H1 a H2 na obdélníkový signál, který pøes diodu D1 rychle nabije kondenzátor C2. C2 se nabíjí pøes vnitøní odpor hradla H2, který je o tøi øády menší než odpor vybíjecího rezistoru R3, takže èasová konstanta vybíjení je asi 1000x vìtší než èasová konstanta nabíjení. Hradla H3 a H4 vytvarují exponenciální prùbìh napìtí na kondenzátoru C2 na obdélníkový signál. Z krátkého impulsu vygenerovaného svìtlem reflektorù automobilu tak vznikne impuls trvající nìkolik minut. Tímto impulsem se pøes tranzistor T1 otevírá tyristor Ty. Tyristor je zapojen paralelnì k síovému spínaèi, kterým se zapíná žárovka osvìtlující garáž. Na vypnutém tyristoru leží plné síové napìtí, proto je nezbytné, aby byl tranzistor T1 vysokonapìový. Pøi sepnutí žárovky pøes tyristor je na žárovku pøivádìna pouze jedna pùlvlna síového napìtí, takže svit žárovky je trochu slabší. K uzamèení auta to ale bohatì staèí. Pøi sepnutí tyristoru se kondenzátor C3 pøestane dobíjet ze sítì pøes rezistor R4, ale naopak je vybíjen proudem tekoucím z výstupu hradla H4 pøes rezistor R5 do báze tranzistoru T1. V obvodu tak vzniká zpìtná vazba pøes napájení, která mùže být pøíèinou nestability. Obvod potom bliká po pøipojení napájecího napìtí nebo žárovka nezhasne, ale zaène blikat. Tento jev jsem odstranil pomocí hradel H5 a H6. Po pøipojení napájecího napìtí je kondenzátor C2 vybit, na vstupu hradla H5 je úroveò L, na vstupu hradla H6 je úroveò H a na výstupu hradla H6 je úroveò L. Nabíjení kondenzátoru C2 tak znemožòuje dioda D5. Pøi otevøení fototranzistoru se na výstupu hradla H2 objeví úroveò L, která se pøes diodu D4 pøenese na vstup hradla H6. Na výstupu hradla H6 bude potom úroveò H. Kondenzátor C2 se mùže nabít a žárovka se rozsvítí. Když žárovka svítí, kondenzátor C3 se pøestane dobíjet síovým napìtím a na vstupu hradla H5 je úroveò

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

31

Obr. 10. Obvod pro automatické rozsvìcení svìtla v garáži

kapacitì kondenzátoru C3. Pøi kapacitì 470 µF podle schématu je to asi 3 minuty. Vzhledem k tomu, že obvod pracuje jen krátce, nepovažuji za nezbytné øešit otázku odrušení.

Obr. 11. Obrazec plošných obvodu pro automatické rozsvìcení svìtla v garáži (mìø.: 1 : 1)

Konstrukce Všechny souèástky vèetnì fototranzistoru jsou pøipájeny na malé destièce s jednostrannými plošnými spoji (obr. 11, obr. 12.), která se bez problémù vejde do elektroinstalaèní krabièky.

Seznam souèástek

Obr. 12. Rozmístìní souèástek na desce obvodu pro automatické rozsvìcení svìtla v garáži H. Napájecí napìtí všech hradel klesá pøi vybíjení kondenzátoru C3 zhruba stejnì rychle, jako napìtí na kondenzátoru C2. Poklesne-li napájecí napìtí hradel pod 2,5 V, je zapotøebí žárovku zhasnout, aby pøi dalším poklesu napájecího napìtí neblikala. Pøi ještì pøípustném poklesu napìtí na C2 se díky posuvu úrovnì napìtí z C2 diodou LED D6 uvede vstup hradla H5 do úrovnì L, výstup hradla H5 se pøeklopí do úrovnì H a výstup hradla H6 do úrovnì L. Kondenzátor C2 se potom pøes diodu D5 rychle vybije a žárovka zhasne. Dioda D7 brání zpìtnému vybíjení kondenzátoru C3 pøes rezistor R4. Obvod mùžeme použít pro žárovku do pøíkonu 200 W, což bohatì vyhovuje. Pøedpokladem správné funkce obvodu je, že není aktivován ihned po pøipojení napájecího napìtí nebo po vypnutí spínaèe S. Kondenzátor C3 se musí nejprve nabít. Také pokud by byl spínaè S zapnut jen krátce, po jeho vypnutí by žárovka asi 2 s blikala. Pøi sepnutí spínaèe na dobu delší než 3 s tento jev nenastane, kondenzátor C3 se již staèí dostateènì vybít. Doba svitu žárovky od okamžiku zapnutí svìtlem automobilu závisí na

32

R1 R2, R3 R4 R5 R6 C1 C2 C3 D1 D2 D3, D7 D4, D5 D6 T1 Ty IO1 Ft

1,5 MΩ, miniaturní 1,5 MΩ, miniaturní 120 kΩ/0,6 W 680 kΩ, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 4,7 µF/16 V, radiální 220 µF/16 V, radiální 470 µF/16 V, radiální 1N4148 BZX83V012 (Zenerova dioda 12 V/0,5 W) 1N4007 1N4148 LED MPSA44 MCR100-8 40106 fototranzistor SFH309-5

DPS stojí 19 Kè, souèástky 98 Kè.

Jednoduché šachové hodiny Šachisté se potøebují mimo jiné nauèit hospodaøit s èasem. Na turnajích se èasto hrají bleskové partie, kdy každý hráè má na partii 5 minut, a po pøekroèení tohoto intervalu prohrává. Zatímco v mistrovských partiích je limit 2,5 hod/40 tahù, u mnoha turnajù v nižších kategoriích se z organizaèních dùvodù hraje se zkráceným èasovým limitem. Následující pøípravek sice není plnohodnotnou náhradou šachových hodin, mùže však dobøe sloužit tìm, kteøí tyto hodiny nemají a nechtìjí si je poøizovat. Jeho výroba je velmi jednoduchá, oživení rovnìž.

Popis funkce Obvod, jehož schéma je na obr. 13, se skládá z astabilního multivibrátoru, spoleèného dìlièe kmitoètu s pøepínaèem, pøepínacího obvodu pro jednotlivé hráèe a binárních èítaèù, které pomocí LED zobrazují spotøebovaný èas. Pøi pøeteèení jednoho z èítaèù se ozve písknutí. Multivibrátor s IO1a je osazen jedním z èasovaèù NE556. Jeho kmitoèet je 400 Hz a lze jej urèit podle vztahu: f = 1,44/ [(2·R2 + R1)·C1]

[Hz, Ω, F].

Obvod 4024 (IO2) je sedmistupòový binární dìliè kmitoètu. Ètyønásobným pøepínaèe DIP S1-4 mùžeme zvolit èasový limit na partii (pro oba hráèe stejný), a to 5, 10, 20 a 40 minut. Impulsy se pøepínají do jednoho ze dvou binárních èítaèù, které jsou tvoøeny obvody 4020 (IO3, IO4). Jedná se o tøináctistupòové dìlièe kmitoètu. Jejich výstupy Q12, Q11, Q10, Q9 ,Q8, Q7 (pøípadnì i další) jsou vyvedeny k indikaèním LED D1 až D12, které zobrazují spotøebovaný èas v binárním kódu. Zobrazení èasu je relativní a není pøíliš komfortní, ale je velmi jednoduché. Pøi menším poètu LED je dostateènì pøehledné a je možné si na nì snadno zvyknout. Vìtší pøesnost znamená použít více LED. Pro lepší ètení doporuèuji zvolit LED rùzných barev a na ménì významné bity použít LED menšího prùmìru. Pøi úrovni H na nìkterém z výstupù Q13 u IO3 nebo IO4 pøijde na bázi tranzistoru T2 kladný impuls, T2 se otevøe a pískne piezomìniè. U hráèe, který pøekroèil limit, budou v té chvíli zhasnuté všechny LED. Pøepínat jednotlivé hráèe je možné buï pomocí dvou páèkových pøepínaèù (druhý pøepínaè umožní partii pøerušit), nebo pomocí tlaèítek. Bohužel na trhu není tøípolohový páèkový pøepínaè, který by uprostøed mìl polohu vypnuto pro oba hráèe. Páèkové pøepínaèe však nejsou pøíliš vhodné ani z mechanických dùvodù, protože pøi rychlém pøepínání by se malá krabièka s šachovými hodinami posouvala po stole. Vhodnìjší jsou proto tlaèítka, kterými je øízen klopný obvod R-S. Ten máme k dispozici jako IO1b ve druhé polovinì obvodu NE556.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Obr. 13. Jednoduché šachové hodiny Pøi stisknutí tlaèítka Tl1 bude na vstupech IO1b napìtí vìtší než 2/3 napájecího napìtí a výstup IO1b se pøeklopí do úrovnì L. Stisknutím tlaèítkaTl2 bude na vstupech IO1b napìtí menší než 1/3 napájecího napìtí a výstup IO1b se pøeklopí do úrovnì H. Není-li žádné tlaèítko stisknuto, je na vstupech IO1b polovina napájecího napìtí a stav obvodu se nemìní. Rezistor R26 brání zkratu napájecího napìtí pøi pøípadném souèasném stisknutí obou tlaèítek. Tlaèítka v tomto zapojení není nutné chránit proti zákmitùm.

LED D13 a D14 indikují blikáním, kterému hráèi bìží èas. Spínaè STOP (S5) zastaví kmitání multivibrátoru IO1a, LED nebudou blikat, spotøebovaný èas zùstane zaznamenán a partii je možné pøerušit. K úplnému vypnutí a vynulování pamìti je zde spínaè S6. Velikost napájecího napìtí není kritická, obvody CMOS pracují s napìtím 3 až 15 V. Podle použitého napájecího napìtí je pouze nutné upravit pøedøadné odpory pro LED. Kmitoèet multivibrátoru s èasovaèem NE556 je na napájecím napìtí témìø nezávislý.

Obr. 14. Obrazec plošných spojù šachových hodin (mìø.: 1 : 1)

Odbìr napájecího proudu je dán pøedevším spotøebou LED a mùžeme jej minimalizovat použitím LED s vìtší svítivostí. Spotøeba obvodù CMOS je zanedbatelná.

Konstrukce Šachové hodiny jsou zkonstruovány z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 14, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 15. Desku hodin mùžeme umístit do krabièky KM33C. Desku upevníme

Obr. 15. Rozmístìní souèástek na desce šachových hodin

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

33

k hornímu dílu krabièky prostøednictvím pøepínaèù a jednoho šroubu (umístìného na opaèném kraji desky). Pøepínaèe S5 a S6 doporuèuji k desce fixovat epoxidovým lepidlem nebo Lukoprénem. Pod otvor pro displej mùžeme umístit LED i pøepínaèe DIL. V krabièce je prostor i pro baterii 9 V. Pøi oživování nastavíme úpravou odporu rezistoru R2 co nejpøesnìji kmitoèet multivibrátoru 400 Hz.

Seznam souèástek R1, R2, R3, R4, R5 R6 až R16 R17 R18 R19 R20, R21 R22, R23 R24 R25 R26 C1, C2, C3 C4 C5 D1 až D15 D16 D17 D18, D19, D20 T1, T2 IO1 IO2 IO3, IO4 Tl1, Tl2 S1 až S4 S5, S6

120 kΩ, miniaturní 2,7 kΩ, miniaturní 1,2 kΩ, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 1,2 kΩ, miniaturní 120 kΩ, miniaturní 4,7 kΩ, miniaturní 1,2 kΩ, miniaturní 2,7 kΩ, miniaturní 200 Ω, miniaturní 10 nF, keramický 100 nF, keramický 100 µF/16 V, radiální LED BZX83V005.1 1N4007 1N4148 BC547B 556C 4024 4020 tlaèítka DT6 spínaè DIP 4x páèkový pøepínaè KNX1

Následující konstrukce umožní opravit takový èasový spínaè, ve kterém jsem pùvodní obvod se spáleným relé nahradil obvodem s optotriakem. Zpoždìné zapínání síových spotøebièù mùže mít samozøejmì více rùzných využití.

Popis funkce Schéma èasového spínaèe je na obr. 16. Optotriak S26MD01 má maximální napìtí 600 V a spíná pøi budicím proudu LED 3 až 4 mA. Nemùžeme jej však použít pro spínání indukèní zátìže (cívka stykaèe), protože napìové špièky vzniklé pøi vypínání proudu tekoucího cívkou by jej mohly znièit. Optotriak typu S26M002 spíná zátìž pøi prùchodu napìtí nulou, potom toto nebezpeèí nehrozí. K sepnutí tohoto optotriaku je však nutný proud minimálnì 7 mA. Je-li využit spínaè zapojený mezi vývody 6 a 8, zátìž se odpojí ihned po vypnutí budicího proudu. Je-li využit spínaè zapojený mezi vývody 5 a 8, bude sepnut i po odpojení budicího proudu, a zátìž se odpojí až pøi odpojení svého napájecího napìtí. Budicí proud vytvoøíme nejjednodušším zpùsobem ze síového napìtí pøedøadným kondenzátorem C1. Pøi použití optotriaku S26MD02 musí být jeho kapacita minimálnì 330 nF. Proud I tekoucí kondenzátorem o kapacitì C v obvodu støídavého proudu o kmitoètu f a napìtí U lze urèit podle vzorce: I = U·2·π·f·C

DPS stojí 60 Kè, souèástky 269 Kè.

Èasový spínaè pro elektrické pøímotopné spotøebièe Elektrická pøímotopná zaøízení a bojlery jsou ovládány dálkovì pomocí øídicích signálù pøenášených po síovém vedení (HDO), které v urèitých èasech zapínají a vypínají tato zaøízení. Souèasnì se u dvoutarifových elektromìrù pøepíná levný a drahý proud. Souèasné zapnutí mnoha takových spotøebièù pùsobí v elektrorozvodné síti problém. Zapínání proto musí probíhat postupnì. Odbìratelé z toho dùvodu musí používat èasové relé. Topná tìlesa jsou rozdìlena do dvou nebo tøí okruhù, které jsou pøipojovány s urèitým zpoždìním (zhruba jedné minuty).

Konstrukce Èasový spínaè je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 17, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 18.

Seznam souèástek R1 R2 R3 C1 C2, C3 D1, D2 D3 D4 Op T1, T2

DPS stojí 19 Kè, souèástky 185 Kè.

Obr. 17. Obrazec plošných spojù èasového spínaèe (mìø.: 1 : 1)

[A; V, Hz, F].

V našem pøípadì je f = 50 Hz a U = 230 V. Kondenzátor musí být dimenzován na efektivní napìtí 275 V. Rezistor R1 omezuje proud pøi zapnutí. Pro jistotu jej mùžeme složit ze dvou rezistorù zapojených do série, miniaturní rezistory nejsou dimenzovány na síové napìtí. Støídavé napìtí je dále usmìròováno, filtrováno a stabilizováno na 12 V souèástkami D1, D2, C1 a D3. Pøes rezistor R2 se jím nabíjí kondenzátor C3. Èasová konstanta nabíjení je dána souèinem R2·C3. Za dobu 0,7·R2·C3 se kondenzátor C3 nabije na polovinu napájecího napìtí. S uvedenými hodnotami souèástek je spínání zpoždìno asi o 30 s. Tranzistory T1 a T2 v Darlingtonovì zapojení zesilují proud tekoucí rezistorem R2. Rezistor R3 omezuje budicí proud optotriaku (proud je také omezen velikostí kapacity C1). Dioda D4 mùže být buï LED, která indikuje zapnutí obvodu, nebo Zenerova dioda, která posouvá napìtí, a tím prodlužuje dobu prodlevy, než se optotriak otevøe. Na infraLED v optotriaku je úbytek napìtí 1 V.

Obr. 18. Rozmístìní souèástek na desce èasového spínaèe

Závìr Objednávky stavebnic konstrukcí ze všech kapitol a dotazy ke všem kapitolám vyøizuje autor na adrese: Ing. Jiøí Vlèek, Tehov 122, 251 01 Øíèany u Prahy. Tel.: 323 641 563 veèer Mobil: 723 799 875 E-mail: [email protected] Internet: www. vlcek.aktualne.cz

Obr. 16. Èasový spínaè pro elektrické pøímotopné spotøebièe

34

2x 200 Ω, miniaturní 240 Ω, miniaturní 330 Ω, miniaturní 330 nF/275VAC (CFAC 330a) 220 µF/16 V, radiální 1N4007 BZX 83V012 (Zenerova dioda 12 V/0,5 W) LED Optotriak S26MD02 BC 547B

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

ÈÍSLICOVÝ MILIOHMMETR S FUNKCÍ ZKRATMETRU Jedná se o malý kompaktní èíslicový pøístroj s napájením ze síového adaptéru, který byl zkonstruován jako analogová obdoba Miliohmmetru s procesorem PSoC CY27443, popisovaného v AR 12/2005. Který z obou pøístrojù je vhodnìjší pro amatérskou realizaci, to nech posoudí ètenáø. Úvod Miliohmmetr má dva mìøicí rozsahy, a to 2 Ω s rozlišením 1 mΩ a 20 Ω s rozlišením 10 mΩ. Namìøený odpor se zobrazuje na 3,5-místném displeji LCD. Mìøený odpor se pøipojuje ètyøvodièovì, odhadovaná pøesnost mìøení je 0,5 %. Funkce zkratmetru je umožnìna tím, že k mìøení odporu se používá jen malé napìtí (napìtí na mìøicích svorkách je omezeno na maximálnì asi

100 mV), takže pøi zjišování kontinuity nebo vyhledávání zkratu plošných spojù se nemohou otevírat pøechody polovodièových souèástek pøipájených ke spojùm a nemohou ovlivòovat mìøení. Funkci zkratmetru doplòuje vypínatelná akustická indikace odporu menšího než asi 4 Ω na rozsahu 2 Ω a menšího než asi 40 Ω na rozsahu 20 Ω. Pøístroj je vestavìn v malé ploché plastové skøíòce o rozmìrech 129 x x 94 x 25 mm a váží asi 0,2 kg.

Miliohmmetr je napájen z vnìjšího zdroje (napø. ze síového adaptéru nebo akumulátoru) napìtím 12 až 16 V, napájecí proud je nejvýše 50 mA.

Popis funkce Schéma miliohmmetru je na obr. 1. Odpor se mìøí lineární metodou. Do mìøeného odporu Rx se zavádí konstantní proud a voltmetrem se mìøí úbytek napìtí na Rx, který je podle Ohmova zákona pøímo úmìrný velikosti Rx. Voltmetr

Obr. 1. Èíslicový miliohmmetr

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

35

má nastavenou takovou citlivost, že jeho údaj pøedstavuje pøímo odpor Rx. Konstantní mìøicí proud se zavádí do mìøeného odporu proudovými zdíøkami K1 a K2 (oznaèenými jako I+ a I-), napìtí se z mìøeného odporu snímá napìovými zdíøkami K3 a K4 (oznaèenými jako U+ a U-). Toto tzv. ètyøvodièové pøipojení mìøeného odporu vyluèuje chybu mìøení, zpùsobenou úbytky napìtí na pøechodových odporech mìøicích zdíøek. Pøístroj obsahuje následující funkèní bloky: - svorkovnici pro pøipojení mìøeného odporu se zdíøkami K1 až K4 a ochrannými diodami D5 až D8, D10 a D11, - zdroj mìøicího proudu s IO2, IO3B, T1 a T2, - omezovaè napìtí na mìøeném odporu s IO3A a T3, - indikaèní obvody omezovaèe napìtí s T4 a IO5D až IO5F, - snímací zesilovaè s IO4, - modul 3,5-místného digitálního milivoltmetru (DVM) M1, - napájecí zdroj pro DVM s IO5A až IO5C, - stabilizátor napájecího napìtí s IO1. Svorkovnice pro pøipojení mìøeného odporu obsahuje proudové zdíøky K1, K2 a napìové zdíøky K3 a K4. Mezi zdíøkami jsou zapojeny ochranné diody D5 až D8 a D10 a D11, které zabraòují poškození miliohmmetru v pøípadì, že by na zdíøky byla pøivedena statická elektøina nebo vìtší napìtí z nabitého kondenzátoru. Pokud používáme miliohmmetr jako zkratmetr, mohly by tyto diody zpùsobit v zapnutém promìøovaném pøístroji zkrat a pøístroj pøípadnì poškodit. Proto zkratmetrem promìøujeme odpory spojù vždy jen ve vypnutých pøístrojích. Pomocné rezistory R7 a R8 zajišují, aby i pøi odpojeném mìøeném rezistoru Rx byl na napìových svorkách správný potenciál. Po pøipojení Rx se tyto rezistory neuplatòují. Zdroj mìøicího proudu zavádí do proudových zdíøek K1 a K2 konstantní proud 25 mA na rozsahu 2 Ω a 2,5 mA na rozsahu 20 Ω. Zdroj proudu obsahuje operaèní zesilovaè (OZ) IO3B, který porovnává úbytek napìtí na boènících R5 nabo R6 (boèníky se pøepínají pøepínaèem mìøicích rozsahù S1A) s referenèním napìtí 2,5 V z referenèního zdroje IO2, a ovládá Darlingtonovu dvojici tranzistorù T1, T2 tak, aby úbytek napìtí na boènících byl vždy roven referenènímu napìtí. Protože proud báze T1 je nejménì 10 000x menší než proud emitoru T2, teèe z kolektorù T1 a T2 do proudových zdíøek K1, K2 proud, který je s dostateènou pøesností shodný s proudem tekoucím boèníky R5 nebo R6. Tento proud oznaèujeme jako konstantní, protože nezávisí na kolektorovém napìtí T1, T2, tj. na rozdílu napìtí mezi proudovými zdíøkami K1 a K2 (pokud samo-

36

zøejmì tento rozdíl napìtí není pøiliš velký a T1 a T2 pracují v lineárním režimu). Aby zdroj proudu nekmital, je OZ IO3B doplnìn souèástkami C1, R3 a pracuje jako integrátor. Rezistor R4 omezuje proud báze T1. Jako zdroj referenèního napìtí 2,5 V je použit kvalitní a pøitom levný referenèní obvod TL431 (IO2) v základním zapojení. Kvùli možnosti použít miliohmmetr jako zkratmetr byly mìøicí proudy zvoleny tak, aby se na obou rozsazích vytváøel na mìøeném odporu úbytek napìtí maximálnì 50 mV (napø. na rozsahu 2 Ω vytváøí mìøicí proud 25 mA na odporu 2 Ω úbytek napìtí pøesnì 50 mV), který nemùže otevøít žádné pøechody polovodièových souèástek (ani germaniových). Pøechody polovodièových souèástek v promìøovaném zaøízení se však nesmí otevøít ani v pøípadì, když je mezi proudovými zdíøkami miliohmmetru „nekoneèný“ odpor. Ani v takovém pøípadì nesmí být mezi proudovými zdíøkami natolik velké napìtí, aby pøechody otevøelo. Proto je mezi proudové zdíøky zapojen omezovaè napìtí na mìøeném odporu. Velikost omezeného napìtí byla zvolena asi 100 mV. Takové napìtí ještì znatelnì neotevírá ani pøechod Schottkyho diody, ale poskytuje dostateènou rezervu pro úbytek napìtí na pøechodových odporech mezi proudovými zdíøkami a mìøeným odporem. Omezovaè napìtí obsahuje OZ IO3A, který porovnává napìtí ležící mezi proudovými zdíøkami K1 a K2 s referenèním napìtím asi 100 mV, pøivádìným na invertující vstup OZ, a ovládá spínací tranzistor T3 tak, aby napìtí mezi proudovými zdíøkami nepøekroèilo velikost referenèního napìtí. Rovnìž tento regulaèní obvod pracuje jako integrátor s kondenzátorem C2 v obvodu záporné zpìtné vazby OZ IO3A. Protože na velikosti omezeného napìtí pøíliš nezáleží, je referenèní napìtí pro omezovaè stabilizováno zelenou LED D4. Na potøebnou velikost asi 100 mV je zmenšováno dìlièem s R10 a R11. Je-li omezovací obvod napìtí aktivní, napø. pøi pøíliš velkých pøechodových odporech mezi proudovými zdíøkami a mìøeným odporem (souèet pøechodových odporù a mìøeného odporu mùže být na rozsahu 2 Ω až 4 Ω a na rozsahu 20 Ω až 40 Ω), neprotéká proudovými zdíøkami plný mìøicí proud, ale jeho èást protéká tranzistorem T3. V takovém pøípadì je mìøení odporu chybné, i když údaj na displeji miliohmmetru se jeví jako normální. Abychom byli na tuto chybu upozornìni, je aktivní stav omezovaèe napìtí indikován svitem LED D2, která je oznaèená nápisem ERR (= error = chyba). LED D2 je vybuzena pøes tranzistor T4 vysokou úrovní z výstupu OZ IO3A. Zmìny stavu omezovaèe napìtí je využito i k akustické indikaci „zkratu“ pøi

funkci zkratmetru. Akustická indikace musí být aktivní, když je mezi proudovými zdíøkami pøipojen dostateènì malý odpor, tj. v neaktivním stavu omezovaèe napìtí (když je zhasnutá LED D2). Akustický indikátor „zkratu“ je tvoøen multivibrátorem se tøemi invertory 40106 (IO5D až IO5F), který generuje pravoúhlý signál o kmitoètu asi 1,9 kHz pro elektroakustický piezomìniè SP1. Když je omezovaè napìtí v aktivním stavu a je sepnut tranzistor T4, je oddìlovací diodou D3 multivibrátor zablokován a akustický signál není generován. Po pøechodu omezovaèe napìtí do neaktivního stavu tranzistor T4 vypne, multivibrátor se rozebìhne a z piezomìnièe se ozve tón (pøi sepnutém spínaèi S2). Pokud by tón obtìžoval, mùžeme spínaèem S2 akustickou indikaci vypnout. Snímací zesilovaè s OZ IO4 zesiluje 4x napìtí z napìových zdíøek K3 a K4. Èíselnì vyjádøená velikost napìtí na bìžci trimru R22 pak odpovídá desetinnému násobku velikosti mìøeného odporu Rx. Napø. na rozsahu 2 Ω se mìøicím proudem 25 mA vytvoøí na mìøeném odporu Rx = 1 Ω úbytek napìtí 25 mV. Toto napìtí je pøes zdíøky K3, K4 pøivádìno na OZ IO4 a po zesílení 4x je mezi bìžcem trimru R22 a zdíøkou K4 napìtí 100 mV. Napìtí z trimru R22 je digitálním voltmetrem M1 s rozsahem 200 mV a aktivní desetinnou teèkou P3 zobrazováno jako 1.000, což pøímo vyjadøuje velikost mìøeného odporu 1,000 Ω. Ve snímacím zesilovaèi je použit OZ IO4 typu OP07, který má výbornou stabilitu vstupní napìové nesymetrie (údaj pøipojeného DVM M1 dlouhodobì kolísá o jednotku na nejnižším místì). Vstupní napìová nesymetrie je kompenzována trimrem R25, kterým se nastavuje nulový údaj DVM M1 pøi nulovém mìøeném odporu Rx. Trimr R25 je oznaèen jako ZERO = nula a je pøístupný z pøedního panelu. Aby bylo nastavení nuly dostateènì jemné, je rozsah kompenzace omezen rezistory R24 a R26. Zesílení samotného OZ IO4 je urèeno zpìtnovazebním dìlièem s rezistory R20 a R21 a je 4,1. Celkové zesílení 4 se nastavuje trimrem R22 v odporovém dìlièi na výstupu zesilovaèe. Trimrem R22 se kalibruje citlivost celého miliohmmetru. Protože u OZ typu OP07 se nemùže vstupní ani výstupní napìtí rovnat jeho zápornému napájecímu napìtí, je signálová zem OZ IO4 posunuta asi o +2 V oproti napájecí zemi, se kterou je spojen záporný napájecí vývod 4 IO4. Tohoto posuvu je dosaženo vložením zelené LED D9 mezi proudovou zdíøku K2 a napájecí zem. Prùtokem mìøicího proudu diodou LED D9 vzniká na D9 potøebný úbytek napìtí asi 2 V. Napìtí z výstupu snímacího zesilovaèe je zobrazováno digitálním voltmetrem M1 s 3,5 místným displejem LCD a s citlivostí 200 mV. Tento voltmetr se prodává v GM Electronic jako modul

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

Obr. 2. Obrazec plošných spojù na desce MOE miliohmmetru (mìø.: 1 : 1, rozmìry 80,0 x 61,0 mm)

Obr. 4. Rozmístìní vývodových souèástek na stranì souèástek na desce miliohmmetru

Obr. 3. Rozmístìní souèástek SMD na stranì spojù na desce miliohmmetru HD-3438 za ménì než 100 Kè. Pøíslušné desetinné teèky na displeji DVM se aktivují druhou sekcí pøepínaèe rozsahù S1B. Plovoucí napájecí napìtí, potøebné pro DVM M1, je získáváno v pulsním napájecím zdroji. Zdroj se skládá z multivibrátoru tvoøeného invertory 40106 (IO5A až IO5C), oddìlovacích kondenzátorù C5 a C6 a z usmìròovaèe se souèástkami D12, D13 a C7. Všechny obvody miliohmmetru jsou napájeny asymetricky vnitøním napájecím napìtím +9 V. Toto napìtí je získáváno stabilizátorem 7809 (IO1)

z vnìjšího napájecího napìtí 12 až 16 V, které se do pøístroje pøivádí pøes napájecí konektor K5. Napájecí proud je menší než 50 mA. Stabilizátor IO1 je chránìn proti pøepólování vnìjšího napájecího napìtí Schottkyho diodou D1.

Konstrukce a oživení Vìtšina souèástek miliohmmetru je umístìna na jedné desce s jednostrannými plošnými spoji, která nese název MOE. Konektory a nìkolik dalších souèástek je pøipevnìno pøímo na plastové skøíòce pøístroje.

Aby se deska MOE vešla do zvolené skøíòky U-KP05, byly pøi jejím návrhu použity pøevážnì souèástky SMD. Pouze OZ IO3 a IO4 jsou ve vývodových pouzdrech DIP, aby je bylo možné vložit do objímek a jejich výmìnou v objímce vybrat kusy s nejlepšími parametry. Vývodový je také precizní trimr R22 a LED D4 a D9. Kvùli bìžné dostupnosti a pøíznivé cenì je deska osazena i nìkterými dalšími vývodovými souèástkami (D1, IO1, C5, C6, D12, D13, R5, R6, R20, R21 a R23), které však mají zkrácené a vytvarované vývody a jsou pøipájeny jako souèástky SMD. Obrazec plošných spojù na desce MOE je na obr. 2, rozmístìní souèástek SMD na desce na stranì spojù je na obr. 3, rozmístìní vývodových souèástek na desce na stranì souèástek je na obr. 4. Do desky vyvrtáme ètyøi upevòovací díry o prùmìru 3,2 mm, zbývající díry mají prùmìr 0,8 mm. Na stranì spojù osadíme souèástky SMD i upravené vývodové souèástky. Pak na stranì souèástek osadíme precizní objímky pro IO3 a IO4, trimr R22 a LED D4 a D9 (pouzdra LED pøitlaèíme na doraz k desce). Vedle IO3 je drátová propojka, zhotovená z uštípnutého vývodu rezistoru. Po osazení desky souèástkami si pøipravíme skøíòku. Z jednoho dílu, který zvolíme jako horní, odstraníme stranovými štípacími kleštìmi všechny nálitky a ostrým dlátem zarovnáme vnitøní stranu horní stìny do roviny. Pak podle výkresu na obr. 5 vyvrtáme a vypilujeme do horní stìny potøebné díry. Na výkresu jsou u dìr uvedena i oznaèení souèástek (napø. K5, D2 atd.), které jsou do nich upevnìny. Prùmìry dìr na výkresu jsou orientaèní, napø. nìkteré páèkové pøepínaèe mají prùmìr závitu 5,8 a jiné 6,3 mm, podobnì se liší i prùmìry rùzných izolovaných zdíøek apod. Dále zhotovíme subpanel ze skelného laminátu o tloušce 1 mm oboustrannì plátovaného mìdí, který je zevnitø pøiložen na horní stìnu skøíòky. Subpanel má orientaèní rozmìry 91 x 71 mm.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

37

38

K5 ∅ 8

∅3

19

M1

S2 ∅6

S1 ∅ 6

K4

K3

K1

∅3

K2

5 15 30

129

37,5 35

30 52,5

∅3

27,25

1

27,25

17,5

19

R25 ∅ 5

32,5 52,5 56

D2 ∅ 6

32,5

Mìl by doléhat k okrajùm vnitøní strany horní stìny (jeho pøední rohy je nutné pøipilovat) a musí konèit asi 1 mm od okénka pro DVM M1. Také je vhodné asi o 3 mm ubrat okraj subpanelu u díry pro trimr R25. Podle dìr na skøíòce vyvrtáme do subpanelu potøebné díry. Navíc do subpanelu vyvrtáme u pøepínaèù S1 a S2 díry o prùmìru 2 mm pro výstupky podložek, které zajišují orientaci pøepínaèù. Všechny díry ve skøíòce i v subpanelu odhrotujeme jehlovými pilníky a oèistíme mìï na vnitøní stranì subpanelu, aby byla dobøe pájitelná (osvìdèilo se ji obrousit hrubou houbièkou na nádobí). Subpanel vložíme do horního dílu skøíòky a na horní díl pøišroubujeme všechny souèástky. Jeden volný roh subpanelu upevníme ke skøíòce tavným lepidlem. Do skøíòky zatlaèíme DVM M1 a zajistíme ho též tavným lepidlem. Tøemi kapkami tavného lepidla pøilepíme nastojato pod pøíslušnou díru trimr R25. Vývody trimru smìøují k DVM M1. Pracujeme peèlivì, aby ovládací šroubek trimru byl uprostøed díry. K tavení lepidla se mi osvìdèila podžhavená pistolová pájeèka. Na díru o prùmìru 3 mm pod DVM M1 pøilepíme ètyømi kapkami tavného lepidla piezomìniè SP1. Pohlídáme, aby díra v pouzdru mìnièe byla souosá s dírou v horní stìnì skøíòky. Piezomìniè je orientován tak, aby z nìj vývody vycházely smìrem k pøepínaèi S2. Do zbývajících dvou dìr o prùmìru 3 mm pøišroubujeme distanèní sloupky DI5M3x20 o délce 20 mm, které jsou urèeny k upevnìní dolního dílu skøíòky. Protože vnitøní výška skøíòky je 22 mm, musíme sloupky podložit potøebným poètem podložek. Z vnitøní strany dolního dílu skøíòky odstraníme všechny nálitky a vyzkoušíme, že jde pøiložit k hornímu dílu skøíòky a doléhá na èela upevòovacích distanèních sloupkù. Pak do dolního dílu vyvrtáme díry pro upevòovací šrouby, pøilepíme na nìj samilepicí pøístrojové nožièky GF7 a vlepíme do nìj tavným lepidlem pøední a zadní boèní stìnu skøíòky. Tyto stìny je vhodné opilovat a ztenèit (obroušením na smirkovém plátnu), aby šly snadno zasouvat do drážek na horním dílu skøíòky. Máme-li takto skøíòku pøipravenou, upevníme na subpanel do horního dílu skøíòky desku MOE. K desce pøišroubujeme na stranu souèástek ètyøi distanèní sloupky DI5M3x10 o délce 10 mm. Pak desku položíme stranou souèástek s distanèními sloupky na subpanel tak, aby její boèní okraj (poblíž kterého jsou vývody M1 až M3) byl vzdálen 9 mm od vnitøního boèního okraje skøíòky a její dolní okraj (poblíž kterého jsou diody D7, D8) byl vzdálen 12,5 mm od vnitøního dolního okraje skøíòky (okraje subpanelu). Umístìní desky MOE na subpanelu není pøíliš kritické, nesmí však nastat „prùnik“ piezomìnièe s pouzdrem IO4 nebo R22. Po usazení pøitiskneme desku k subpanelu

4x ∅ 8 5 20

94 Obr. 5. Vrtání horního dílu skøíòky U-KP05 miliohmmetru (bez mìøítka). Vedle dìr je uvedeno oznaèení souèástek, které jsou do nich upevnìny. Prùmìry a rozmístìní dìr je nutné upravit podle rozmìrù skuteènì použitých souèástek! a postupnì k nìmu pøipájíme všechny distanèní sloupky. K pájení sloupkù je podle názoru autora nejvhodnìjší pøežhavená pistolová pájeèka (pøipojená k regulaènímu transformátoru). Na pøístupný bok sloupku poblíž subpanelu naneseme malou kapku dobré „pájecí vodièky“ a do tohoto místa na sloupek pøiložíme hrot pájeèky s vìtší kapkou pájky. Pøitom pájená plocha subpanelu musí být pøibližnì vodorovná a sloupek od ní musí smìøovat vzhùru. Po nìkolika sekundách se pájka rozteèe po sloupku a zateèe mezi èelo sloupku a subpanel. V tom okamžiku pájeèku vypneme a odtáhneme. Získáme tak kvalitní spoj, aniž bychom pøehøáli materiál subpanelu. Po pøipájení distanèních sloupkù desku MOE odšroubujeme, omyjeme zbytky tavidla lihem a subpanel natøeme pájecím lakem, aby nekorodoval. Pak propojíme souèástky na panelu mezi sebou a s deskou. Vhodná jsou rùznobarevná lanka s prùøezem mìdi 0,15 mm2, ménì zatížené spoje lze provést jednotlivými žílami plochého šedého zaøezávacího kabelu BELDEN AWG28. Délku lanek volíme takovou, aby bylo možné desku vyklopit vedle skøíòky a mìli jsme dobrý pøístup ke všem souèástkám. Aby lanka držela pohromadì, protahujeme je krátkými kousky tlustší bužírky nebo je mùžeme dodateènì svázat

nìkolika smyèkami izolovaného drátu se zkroucenými konci. Popsané vniøní uspoøádání pøístroje ilustrují obrázky na zadní stranì obálky tohoto èasopisu. Také si zhotovíme ètyøi mìøicí kablíky pro pøipojení mìøeného rezistoru. Osvìdèila se lanka o délce asi 100 mm s prùøezem mìdi 0,5 mm 2 a rùznobarevnou izolací PVC, která mají na jednom konci pøipájen kvalitní banánek a na druhém kvalitní krokosvorku. Po zapojení všech souèástek a spojù pøístroj oživíme. Pøipojíme napájecí napìtí 12 V a digitálním multimetrem (DMM) zkontrolujeme vnitøní napájecí napìtí +9 V. Nejprve oživíme zdroj mìøicího proudu. Do objímky vložíme OZ IO3 a propojíme navzájem proudové zdíøky K1 a K2. Ovìøíme referenèní napìtí 2,5 V ±2 % mezi vývody 1 a 2 IO2. V obou polohách pøepínaèe rozsahù zmìøíme napìtí na rezistorech R5 a R6. Liší-li se maximálnì o nìkolik mV od referenèního napìtí, je zdroj proudu v poøádku. Pøi vìtší odchylce zkusíme vybrat jiný kus OZ IO3 s menší vstupní napìovou nesymetrií. Také ovìøíme úbytek napìtí na LED D9. Na rozsahu 2 Ω bylo na D9 namìøeno napìtí 2,291 V a na rozsahu 20 Ω napìtí 1,903 V. Dále zkontrolujeme èinnost omezovaèe napìtí na mìøeném odporu. Rozpojíme zdíøky K1 a K2. Na LED D4 by mìlo být napìtí asi 1,75 V, na rezistoru

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

R11 napìtí asi 0,11 V a mezi zdíøkami K1 a K2 na obou rozsazích také asi 0,11 V. S odpory rezistorù R10 a R11 z øady E12 nelze dosáhnout pøesného omezeného napìtí 0,10 V, o jakém byla øeè v popisu funkce. Velikost omezeného napìtí mùžeme na 0,10 V upravit tím, že paralelnì k R11 pøipojíme další rezistor s vhodným odporem (u rezistorù SMD to jde snadno). Je-li omezovaè v poøádku, ovìøíme funkci indikaèních obvodù. Sepneme S2. Pøi rozpojených zdíøkách K1, K2 musí svítit LED D2 a mlèet piezomìniè SP1. Po propojení zdíøek K1, K2 musí LED D2 zhasnout a SP1 musí zaèít pískat. Pro kontrolu také zmìøíme napìtí na výstupu 1 OZ IO3A. V aktivním stavu omezovaèe (pøi rozpojených K1, K2) bylo na realizovaném vzorku namìøeno mezi vývodem 1 IO3A a anodou D9 na rozsahu 2 Ω napìtí 1,789 V a na rozsahu 20 Ω napìtí 0,708 V. Pøi spojených K1, K2 je vývod 1 IO3A o nìkolik mV kladnìjší než katoda D9. Po omezovaèi oživíme a nastavíme snímací zesilovaè a DVM M1. Osciloskopem zkontrolujeme, že multivibrátor s IO5A až IO5C kmitá na kmitoètu asi 40 kHz a multimetrem zmìøíme napìtí asi 8 V na kondenzátoru C7 (pøi zatížení napájecím proudem asi 1 mA pøipojeného DVM M1). Na displeji M1 musí být nìjaký údaj a pøepínaèem rozsahù S1 musí být možné pøepínat desetinné teèky P2 a P3. Ke zdíøkám K1 až K4 pøipojíme ètyøvodièovì mìøicími kablíky nulový mìøený odpor. Jako nulový odpor použijeme asi 5 cm dlouhý kus holého mìdìného elektroinstalaèního drátu o prùøezu 2,5 mm2. Na rozteèi asi 2 cm k nìmu pøipojíme krokosvorky od proudových zdíøek, mezi nì co nejblíže k sobì pøipojíme krokosvorky od napìových zdíøek. Do objímky vložíme OZ IO4. Trimrem R25 nastavíme nulu na displeji DVM M1. Zkontrolujeme, že nula je nastavena asi uprostøed regulaèního rozsahu R25, jinak použijeme jiný kus OZ IO4. Nakonec zkalibrujeme citlivost miliohmmetru. Ètyøvodièovì pøipojíme normálový mìøený odpor 10 až 18 Ω//0,1 % (lze jej zakoupit v GM Electronic) nebo mìøicí odporovou dekádu a na rozsahu 20 Ω nastavíme trimrem R22 odpovídající údaj na displeji DVM M1. Po pøipojení mìøeného rezistoru se údaj DVM ustaluje asi 1 s. Tím je oživování a nastavování pøístroje ukonèeno.

Poznatky z praxe S dokonèeným vzorkem miliohmmetru byla pro zajímavost uskuteènìna øada ovìøovacích mìøení. Byl pøipojen nulový mìøený odpor a v rùzných èasových intervalech byl bìhem jednoho týdne sledován posuv nuly. Pøi všech mìøeních byl údaj na displeji v rozmezí -1 až +1, posuv nuly tedy zpùsobuje chybu ±0,05 % z plného údaje.

Pohled na pøední panel dokonèeného miliohmmetru Byla ovìøována reprodukovatelnost mìøení. U ètyøvodièovì pøipojených drátových rezistorù byly zmìøeny odpory 10,08 Ω, 1,005 Ω a 0,100 Ω. Pak byl pøístroj vypnut a mìøicí kablíky vytaženy ze zdíøek. Další den byly kablíky v jiném poøadí zapojeny, pøístroj byl zapnut a u týchž rezistorù byly namìøeny odpory 10,08 Ω, 1,005 Ω a 0,101 Ω. Je vidìt, že reprodukovatelnost mìøení odporu je výborná. Byl mìøen odpor mìøicích laboratorních kablíkù o délce asi 0,5 m s krokosvorkami, protože u nìkterých kablíkù se projevoval pøechodový odpor. Pøi ètyøvodièovém pøipojení mìly kablíky s pøipájenými krokosvorkami stabilní odpor asi 0,03 Ω (pøi prùøezu mìdi 0,35 mm 2 ) nebo asi 0,02 Ω (pøi prùøezu mìdi 0,5 mm 2 ). U zakoupených kablíkù s krimplovanými krokosvorkami byl zmìøen nestabilní odpor v rozmezí 0,1 až 1 Ω. Tak se potvrdilo, že krimplované kablíky jsou nepoužitelné. Byly mìøeny pøechodové odpory v nepájivem poli. Do dvou nejvzdálenìjších dìr jednoho kontaktu byly zasunuty mìdìné pocínované dráty o prùmìru 0,6 mm a k nim byl ètyøvodièovì pøipojen miliohmmetr. Odpor dvou takto vytvoøených pøechodù drát-kontakt zapojených v sérii byl 0,015 až 0,035 Ω a mìnil se, když se s dráty pohnulo. Pøi promìøování jiných kontaktù bylo dosaženo podobných výsledkù. Z mìøení vyplývá, že i když jsou pøechodové od-

pory v nepájivém poli nedefinované, jsou natolik malé, že je mùžeme u slaboproudých aplikací zanedbat. V neposlední øadì byla ovìøována i funkce zkratmetru. Protože ètyøvodièové pøipojení k mìøenému spoji je nepraktické, bylo testováno dvouvodièové pøipojení pomocí mìøicích hrotù. Ke každému hrotu byly pøipájeny dva kablíky o délce asi 1 m, zakonèené banánky. Kablíky od jednoho hrotu byly pøipojeny do zdíøek K1 a K3, kablíky od druhého hrotu do zdíøek K2 a K4. Když byly hroty tìsnì vedle sebe lehce pøitisknuty k oèištìné mìdìné fólii plošného spoje, byl zmìøen odpor 0,12 Ω, pøi silném pøitisknutí se odpor zmenšil na 0,028 Ω. U zkorodovaného plošného spoje byl po lehkém pøitisknutí hrotù tìsnì vedle sebe namìøen odpor 0,3 Ω, po zesílení pøítisku se odpor zmenšil na 0,029 Ω. Z uvedeného vyplývá, že pøi promìøování odporu spojù musíme hroty vždy dostateènì zarýt do spoje a že od namìøeného odporu musíme odeèíst odpor sond, který byl v uvedeném pøípadì 0,028 Ω. Pøi dodržení tìchto zásad mùžeme pozorovat, že zvláštì u úzkých spojù se jejich odpor zøetelnì mìní s délkou, takže je možné snadno identifikovat místo jejich vzájemného zkratu apod. Pøi bìžném používání zkratmetru s akustickou indikací, kdy nemìøíme pøesnì odpor vodièe, je funkce spolehlivá, protože pøechodové odpory nikdy nepøesáhnou 1 Ω.

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006

39

Seznam souèástek Souèástky na desce MOE R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 R26 R27 R28 PP1 C1

3,9 kΩ/1 %, SMD 1206 2,2 kΩ/5 %, SMD 1206 2,2 kΩ/5 %, SMD 1206 1 kΩ/5 %, SMD 1206 1 kΩ/0,1 %/0,6 W, metal. 100 Ω/0,1 %/0,6 W, metal. 100 Ω/5 %, SMD 1206 100 Ω/5 %, SMD 1206 33 kΩ/5 %, SMD 1206 180 kΩ/1 %, SMD 1206 12 kΩ/1 %, SMD 1206 10 kΩ/5 %, SMD 1206 10 kΩ/5 %, SMD 1206 47 kΩ/5 %, SMD 1206 2,2 kΩ/5 %, SMD 1206 33 kΩ/5 %, SMD 1206 180 kΩ/1 %, SMD 1206 330 Ω/5 %, SMD 1206 1,5 kΩ/5 %, SMD 1206 2 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 6,2 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 10 kΩ, trimr 20 otáèek (PM19) 180 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 4,7 kΩ/5 %, SMD 1206 4,7 kΩ/5 %, SMD 1206 33 kΩ/5 %, SMD 1206 33 kΩ/5 %, SMD 1206 0 Ω, SMD 1206 100 pF/NPO, SMD 1206

Napájecí zdroj pro ruèní radiostanice Na obr. 1 je schéma stabilizovaného zdroje ss napìtí 13 nebo 8,8 V s výstupním proudem do 2 A, který byl navržen napájení menších radiostanic. Základem zdroje je monolitický stabilizátor LM338 (IO1), který má maximální výstupní proud 5 A a výstupní napìtí nastavitelné v rozsahu 1,2 až 32 V. Protože výstupní proud zdroje je tavnou pojistkou F1 omezen na 2 A, nemùže být stabilizátor nikdy pøetížen. Stabilizátor je napájen nestabilizovaným napìtím ze síového napájeèe, který je tvoøen transformátorem TR1,

100 pF/NPO, SMD 1206 1 nF/NPO, SMD 1206 220 pF/NPO, SMD 1206 470 nF/63 V, fóliový (CF1) 470 nF/63 V, fóliový (CF1) 22 µF/20 V, tantalový, SMD (rozmìr D) 22 µF/20 V, tantalový, SMD (rozmìr D) 100 nF/X7R, SMD 1206 100 nF/X7R, SMD 1206 100 nF/X7R, SMD 1206 1N5819 1N4148, SMD LED zel., 2 mA, 3 mm 1N4007, SMD 1N4007, SMD 1N4007, SMD 1N4007, SMD LED zel., 2 mA, 3 mm 1N4007, SMD 1N4007, SMD BAT48 BAT48 BC856B (kód 3B) BC856B (kód 3B) BC817-40 (kód 6C) BC846B (kód 1B) 7809 (TO220) TL431D SMD (SO8) LM358 (DIP8) OP07 (DIP8) 40106 SMD (SO14)

precizní objímka DIL8 2 kusy deska s plošnými spoji è. MOE

mùstkovým usmìròovaèem s diodami D11 až D14 a vyhlazovacím kondenzátorem C4. Primární vinutí transformátoru je jištìno tavnou pojistkou F2. Diody D4 a D5 umožòují vybíjení kondenzátorù C1 a C2. Dioda D8 a pojistka F1 chrání stabilizátor v pøípadì, že by se na výstup pøipojilo vnìjší napìtí s nesprávnou polaritou. Kondenzátor C1 filtruje referenèní napìtí pro stabilizátor IO1 a zajišuje potlaèení brumu na výstupu zdroje 86 dB. Zdroj poskytuje výstupní napìtí 8,8 nebo 13 V, které lze volit pøepínaèem S1A. Zvolené výstupní napìtí je indikováno svitem jedné z LED D2 nebo D3. Nižší výstupní napìtí zdroje použijeme tehdy, když chceme snížit výkon vysílaèe zdrojem napájené radiostanice.

Pokud by pøi pøerušení R1 nebo R2 napìtí na výstupu IO1 pøekroèilo velikost asi 13,6 V, pootevøe se ochranný tranzistor T2 a pøes øídicí vstup IO1 udrží na výstupu IO1 napìtí 13,6 V. Tranzistor T1 ovládá LED D6, která indikuje pøerušení pojistky F1. Po pøerušení F1 je na bázi T1 nízká úroveò, T1 se otevøe a LED D6 se rozsvítí. Proti pøepìtí na výstupu je zdroj chránìn tyristorem TY1. Pokud by pøi poruše stabilizátoru IO1 výstupní napìtí zdroje pøekroèilo asi 16 V, otevøe se TY1, zkratuje výstup a pøepálí pojistku F1. Díky tomu se napájená radiostanice nemùže poškodit. Protože se jedná o lineární stabilizátor s malou úèinností, je nutné, aby IO1 byl dùkladnì chlazen hliníkovým žebrovaným chladièem.

C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 D1 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 T1 T2 T3 T4 IO1 IO2 IO3 IO4 IO5

Ostatní souèástky 10 kΩ, trimr 20 otáèek (PM19) D2 LED èervená, 2 mA, 3 mm, v kovovém šroubovacím pouzdru (L-R723) SP1 piezomìniè ∅24 x 5 mm (KPT2038FW), viz text M1 modul DVM 200 mV, LCD, 3,5-místný (HD-3438) S1 pøepínaè páèkový dvojpólový (P-B068EP) S2 pøepínaè páèkový dvojpólový (P-B068EP) K1 až K4 zdíøka 4 mm, izolovaná K5 napájecí zásuvka 2,1 mm, na panel plastová skøíòka U-KP05 1 kus pøístrojové nožièky samolepicí GF7 4 kusy distanèní sloupky DI5M3x10 4 kusy distanèní sloupky DI5M3x20 2 kusy spojovací materiál, vodièe atd. R25

(souèástky jsou oznaèeny podle katalogu firmy GM Electronic) Z-H

Elektor 7-8/2000

Obr. 1. Napájecí zdroj pro ruèní radiostanice

40

Konstrukèní elektronika A Radio - 3/2006