No title

Dìjiny pøenosu Z dìjin vìdyzpráv dálku ana techniky ROÈNÍK XII/2007. ÈÍSLO 6

Historie elektøiny a magnetizmu Holografie a její vývoj

ROÈNÍK LVI/2007. ÈÍSLO 6

V TOMTO SEŠITÌ Z dìjin vìdy a techniky ...................... 1 UŽITEÈNÁ ZAPOJENÍ Z DLOUHOLETÉ PRAXE IV

Úvod ..................................................... 3 Elektronika pro motoristy ..................... 4

Inovované nabíjeèe s UC3906N ............... 4 Inovovaný dobíjeè s IO L200 ................. 10 Dobíjeè s IO UA78T15 .......................... 12 Tyristorový nabíjeè ................................ 13 Indikátor napìtí olovìného aku. ............ 16 Jednoduchý síový regulátor ................. 17 Ofukovací jednotky 1, 2 .................. 18, 19 Tranzistorové zapalování ....................... 20

Nízkofrekvenèní technika ................... 21

Jednoduchý hi-fi zesilovaè 2x 40 W ....... 21 Zesilovaè 2x 50 W s LM4780 ............... 25 Zesilovaè 2x 20 W s TDA1554Q ........... 27 Zesilovaè s IO TA8210AH ..................... 28 Korekèní zesilovaè pro pøenosku ........... 30 Kor. zes. pro pøenosku s NJM4580 ....... 32 Napájecí zdroje 1, 2, 3 ............. 33, 35, 36

Závìr, literatura .................................. 37

ZAJÍMAVÁ A PRAKTICKÁ ZAPOJENÍ

Radiotechnika .................................... 38 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., Zákaznické Centrum, Moravské námìstí 12D, P. O. BOX 351, 659 51 Brno; objednávky tel: 541 233 232; fax: 541 616 160; e-mail: [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.

Pokud se chceme dopátrat poèátkù, ve kterých celý obor holografie vznikl, musíme zabrousit až do pováleèného období. V roce 1947 v Anglii žijící vìdec maïarského pùvodu Dennis Gabor pracoval v oblasti elektronové mikroskopie a snažil se nìjakým zpùsobem zlepšit rozlišovací schopnost, kterou se tehdy vyznaèovaly. Když se ho tehdy ptali pøátelé, na èem pracuje, odpovídal že hledá neviditelné. Když poprvé uveøejnil své úvahy, které byly sice podepøeny nìjakými, ale velmi chabými výsledky, a pøedpovìdìl budoucí možnosti oboru, který nazval holografií (z øeckých slov holos a grafein což lze pøenesenì pøeložit slovy úplná zpráva èi nenarušený obraz), vyvolalo to øadu reakcí tehdy známých fyzikù, a to v obou smìrech. Jedni Gabora považovali za fantastu, prozíravìjší jej oslavovali. V té dobì byla jediným známým (ale nepøíliš dokonalým) zdrojem koherentního svìtla rtuová výbojka. Její záøení však není zcela koherentní (význam tohoto slova je spojitý, souvislý; ve fyzice pøedstavuje vlnìní o jednom kmitoètu se stejnou fází, které pøi interferenci zachovává stejný rozdíl fází), proto Gabor musel pøi svých prvých pokusech používat speciální clony a barevné filtry. První hologramy mìly øadu nedostatkù, obrazy byly zkreslené a obvykle dvojité, navíc na nich byly tmavé skvrny, takže praktické uplatnìní nemìly. Zmìna nastala teprve po roce 1960, kdy byl objeven laser (Theodor Meiman - rubínový laser). Jeho svìtlo je vysoce intenzivní a pro poøizování hologramù doslova ideální. V roce 1962 pracovníci Michiganské university Emmet Leith a Janis Upatnieks pøi práci na výzkumu v oblasti radarové techniky pøišli na to, že by se hologramy daly využít k prostorovému zobrazení - lépe øeèeno, k záznamu prostorových objektù na dvourozmìrné medium. Jejich první obrazy zaznamenané holografickou technikou jsou známé na celém svìtì (je to model vláèku a pták) a byly nesmírnì vìrné - pøi pohybu pozorovatele se jejich prostorový obraz mìnil stejnì, jako bychom pozorovali skuteèný objekt umístìný volnì v prostoru. Na hologramu se zaznamenává nejen intenzita svìtla, které v daném místì dopadá, ale i jeho fáze po odrazu od fotografovaného pøedmìtu. Princip záznamu holografického obrazu a jeho opìtovné zobrazení ukazují

obr. i. a obr. ii. pøevzaté z internetové encyklopedie Wikipedia. V roce 1962 zkombinoval Jurij Denisjuk principy holografie s poznatky Gabriela Lippmana, který se zabýval hlavnì barevnou fotografií. Dokázal poprvé na svìtì, že lze vytvoøit hologram viditelný i pøi obyèejném svìtle žárovky. Týmy vìdcù zaèaly pracovat na tzv. reflexní holografii a jejich práce byla završena v roce 1965 získáním patentu. Jiná skupina pracovala na využití holografických metod v prùmyslu a hlavnì v letectví - používali k tomu velmi krátké (øádovì nanosekundy) záblesky rubínového laseru, což umožnilo zobrazovat i velmi rychlé zmìny - napø. deformace materiálù pøi vibracích apod. Nakonec D. Gabor získal v roce 1971 za svùj objev holografie Nobelovu cenu. Princip holografie pøesto, že byl objeven a vyzkoušen, mìl zprvu význam

Obr. i. Schema záznamu hologramu. Koherentní svìtelný svazek dopadá na dìliè svìtla (polopropustné zrcadlo) a dìlí se na dva svazky. Jeden osvìtluje zaznamenávaný objekt a odráží se od nìj. Druhý (referenèní) jde mimo a odráží se od zrcadla. Oba svazky spolu interferují na fotografické desce, na které vzniká hologram

Obr. ii. Schéma rekonstrukce (zobrazení) hologramu. Použijeme jen jeden svazek koherentního svìtla (ve stejném smìru, jaký mìl referenèní svazek). Po prùchodu záznamovým mediem (fotografickou deskou) vzniká zdánlivý obraz objektu

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

1

jen pro laboratorní úèely. V roce 1967 se ale objevil ve vìdecké roèence hologram o rozmìrech pohlednice a v témže roce se také zaèaly ve svìtì poøádat výstavy hologramù, za ohromného zájmu veøejnosti. V roce 1968 se objevila možnost holografického zobrazení pro televizní pøenosy pøi využití bìžného osvìtlení, ovšem vzhledem k nároènosti snímací a hlavnì zobrazovací aparatury (váha, rozmìry i cena) zùstalo dodnes prakticky jen pøi laboratorních pokusech. Další pokrok v oblasti holografie pøinesl Dr. Stephen Benton z MIT (Massachusetts Institute of Technology) tzv. „vytlaèovanou technologií“, která se ohromnì rozšíøila a dnes ji známe jako zcela bìžný ochranný prvek na bankovkách, platebních kartách a všude tam, kde potøebujeme chránit výrobek proti padìlatelství jako tzv. ochrannou známku. V roce 1972 Lloyd Cross pøivedl holografickou techniku na filmové plátno, takže i tam bylo možné vytvoøit pøedstavu trojrozmìrného zobrazení. Dlouhá léta se na výzkumu podílela také spoleènost Polaroid Corporation. Jeden z jejich zamìstnancù, Pieter van Heerden pøišel na zpùsob, jak by bylo možné holografii využít pro záznam dat. Dnes jsou bìžnì používané CD a DVD nosièe a paprsek laseru slouží jak k vypalování „panenských“ nosièù, tak k jejich snímání prakticky v každém bìžném poèítaèi, vybaveném CD èi DVD mechanikou; zde se však nejedná o holografickou techniku v pravém slova smyslu, i když základní princip je podobný. Pravé holografické nosièe datových záznamù mohou zaznamenávat ohromné objemy dat - mùžeme si je pøedstavit uspoøádané do stránek knihy, pøièemž každá stránka je na nosiè nahraná svìtlem laseru pod jiným úhlem. V bøeznovém èísle roku 1984 svìtovì proslulý èasopis National Geographic použil hologram na vytvoøení své obálky a v témže èísle vyšlo obsáhlé pojednání o holografii. Nejvìtší a nejobsáhlejší museum holografických zobrazení - od prvých pokusù až k dnešním dokonalým obrazùm je od roku 1993 pøístupné na Institutu MIT v Cambridgi. Dnes dokonce existují hologramy poøízené pomocí ultrazvuku. V listopadu 2003 zemøel objevitel hologramù viditelných v bílém svìtle S. A. Benton, v prosince 2005 Emmet N. Leith a v kvìtnu 2006 Jurij Denisjuk.

Dennis Gabor Dennis Gabor se narodil v Budapešti 5. 6. 1900 a na jeho rodném listì je zapsáno jméno Gábor Dénes. Již jako patnáctiletý se zaèal zajímat o fyziku. Se svým mladším bratrem si doma zaøídili malou laboratoø, kde opakovali v té dobì v literatuøe popisované pokusy, vèetnì roentgenova záøení a radioaktivity. V Maïarsku se tehdy fyzika nepøednášela jako samostatný studijní obor, takže studia dokonèil v Berlínì na technické vysoké škole, kde v roce

2

1924 získal diplom elektrotechnického inženýra. V té dobì byl Berlín známý významnými vìdci - pøednášeli tam napø. Einstein, Planck a øada dalších. Gabor se ve své doktorské práci, kterou obhájil roku 1927, zabýval otázkami souvisejícími s rychlými osciloskopy a magnetickým vychylováním elektronového paprsku v obrazovce. Roku 1927 získal zamìstnání u firmy Siemens-Halske, kde pracoval na vývoji vysokotlakých rtuových výbojek a pozdìji se zabýval možnostmi uplatnìní i dalších plynù ve výbojkách. Po pøíchodu Hitlera k moci v Nìmecku odešel nakrátko zpìt do Maïarska a nakonec odejel do Anglie, kde až do roku 1948 dále pokraèoval v týmu výzkumníkù na pracech týkajících se hlavnì výbojù ve zøedìných plynech. V pováleèném období se také zabýval teorií informací, pracoval na objevu stereoskopického filmu a od roku 1948 byla jeho pøevažujícím zájmem holografie a elektronové mikroskopy s cílem zobrazit až jednotlivé atomù hmoty. V letech 1950 až 1953 spolupracoval ještì s laboratoøí AEI v Aldermastonu. Mezitím jeho objev holografie získal obecnou popularitu a konaly se i první pokusy s akustickou holografií. V roce 1949 nastoupil na Imperial College of Science and Technology v Londýnì, kde pøednášel elektroniku a v roce 1958 se stal na tomto ústavu øádným profesorem aplikované elektronové fyziky. Roku 1967 odešel do penze a on sám období své profesury považoval za svá nejlepší léta, nebo se mohl vìnovat problémùm, které jej zajímaly od mládí. Vìnoval se skuteènì výzkumu interakce elektronù, pracoval s Wilsonovou komorou na mezních možnostech ionizace, na výzkumu mikroskopu na holografickém principu, rychlých elektronových spektroskopech, teorii magnetronù, plazmy apod. Ani po penzionování však nezahálel a se svým dlouholetým pøítelem Dr. P. C. Golgmarkem pracoval na rozvoji nových možností komunikací, na výzkumu zobrazovacích displejù a osobnì se stále více zabýval filozofickými otázkami vývoje civilizace využívající stále ve vìtší míøe prùmyslové produkty; na toto téma vydal také tøi knihy. Celkem mu bylo pøiznáno více než 100 patentù. Zemøel v Londýnì 8. 2. 1979. V Potsdamu, kde sídlí výzkumný ústav technologický, je na jeho poèest po nìm pojmenována ulice, Maïarsko vydalo známku s jeho portrétem. A ještì vìdec z oblasti výpoèetní techniky, blízký spolupracovník J. V. Atanasoffa (viz KE 2/2005):

Clifford E. Berry Narodil se v Gladbrooku ve státì Iowa 19. 4. 1918 jako prvorozený. Když byl ještì malým chlapcem, jeho otec Fred mìl ve své opravárenské dílnì mnoho rùzných elektrických pøístrojù. Zabýval se vším možným a v této dílnì také sestavil první radiopøijímaè ve

mìstì. Malý Clifford s ním pobýval èasto, a tak byl svìdkem nejrùznìjších pokusù a elektrotechnika jej velice zajímala. Sám si své první rádio sestrojil, když mu bylo 11 let. Jeho uèitel si všiml jeho zaujetí a hlavnì smyslu pro precizní práci a pøemluvil rodièe, aby jej nechali dále studovat. Pøestìhovali se do malého mìsta Marengo, kde jeho otec získal místo vedoucího v úøadu elektrárenské spoleènosti. Když byl ve 2. roèníku vyšší školy, jeho otec byl zasažen elektrickým proudem a zemøel. Matka jej pak nechala dostudovat na státní koleji v Iowì. Jedním z jeho profesorù byl Harold Anderson, pøednášející elektrotechniku. Byl pøekvapen, s jakým zaujetím se vìnuje laboratorním pokusùm, a doporuèil jej jako pomocníka svému pøíteli Atanasoffovi. Tak se na jaøe roku 1939 setkali dva budoucí spolupracovníci a od té chvíle se jejich debaty zaobírali tím, co Atanasoffa pronásledovalo již delší dobu - koncepcí možného sestrojení digitálního výpoèetního stroje. Hned také zaèali pracovat na prototypu a v prosinci téhož roku jej již mohli pøedvést. Atanasoff tak získal grant ve výši 850 dolarù od státní vìdecké komise, aby mohl pokraèovat v práci na sestrojení dokonalejšího stroje k výpoètu rovnic. Bìhem dalšího pùl roku dospìli tak daleko, že Atanasoff sepsal za Berryho asistence 35stránkové pojednání „Computing Machines for the Solution of Large Systems of Linear Algebraic Equations“. Jednu kopii pak zaslali do Chicaga Ricjhardu R. Traxlerovi, který se jako právník zabýval patentovými záležitostmi. Pak zaèala svìtová válka a práce na jejich poèítaèi se zastavily. Atanasoff pracoval na obranných projektech v laboratoøi ve Washingtonu, Berry se v roce 1942 oženil se sekretáøkou Atanasoffa a snažil se dokonèit studia. Doktorát obhájil v roce 1948, ale záležitosti kolem výpoèetní techniky jej již míjely. Zaèal pracovat na vedoucích místech, nakonec se stal technickým øeditelem analytické a kontrolní skupiny C.E.C. a v roce 1963 vedoucím pracovníkem Vacuum Electronic Corporation ve státì New York. 30. øíjna 1963 však zemøel - døíve, než se za ním staèila pøestìhovat jeho rodina. Do té doby získal celkem 30 patentù vesmìs z oboru spektrometrie a vakuové techniky, dalších 13 jich bylo podáno k vyøízení ještì než zemøel. Pøesto, že spolupráce s Atanasoffem netrvala dlouho, na zhotovení a dokonèení projektu poèítaèe ABC má velký podíl. Jejich pùvodní poèítaè byl nakonec „oprášen“ a byla zhotovena jeho funkèní replika. QX

Literatura [1] Stroke, G., W.: An Introduction to coherent optics and holography. Academic press, New York, London 1969 [2] www.holophile.com, www.wikipedia.org/holography, www.nobelprize.org.

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

UŽITEÈNÁ ZAPOJENÍ Z DLOUHOLETÉ PRAXE IV Ing. Zdenìk Zátopek Vážení ètenáøi tohoto již ètvrtého pokraèování „Užiteèných zapojení z dlouholeté praxe“, dovolte mi, abych vám podìkoval za dlouhodobý zájem o konstrukce publikované v pøedchozích dílech. Obsah tohoto èísla KE zùstal tradièní a rozdìlil jsem ho do dvou kapitol: elektronika pro motoristy a nf technika.

Úvod Bìhem výbìru konstrukcí a psaní textu pro toto èíslo KE mi napsalo mnoho ètenáøù, a již dopisem anebo e-mailem, kteøí chtìli otisknout konstrukce z nejrùznìjších oblastí elektroniky, pøípadnì vznášeli dotazy na inovace nìkterých již publikovaných pøístrojù. I když se to na první pohled možná nezdá, ale nadále je nejvíce žádostí v oblasti pro motoristy, a jsou zamìøené na další nabíjeèe olovìných startovacích akumulátorù a na rùzná mìøicí zaøízení a doplòky pro bìžného motoristu. Dá se konstatovat, že takových konstrukcí již bylo uveøejnìno nepøeberné množství, ale zájem o pøípadnì jiné typy neustává. Další skupina fandù bastlení požaduje aplikace z nízkofrekvenèní techniky, a to pøevážnì korekèní pøedzesilovaèe a koncové výkonové stupnì. V tomto KE ukonèíme pøedchozí velice vdìènou tématiku a v pøípadì dalších dílù tohoto seriálu se již budeme zabývat mìøicími pøístroji a konstrukcemi pro chalupu, zahradu a volné chvíle. Pokud bude zájem o pøedchozí tématiku trvat, mohu nìkolik konstrukcí z této oblasti pøidat. Ke stavbì pøístrojù využívám pøevážnì svých „šuplíkových“ zásob, pøípadnì nìjakou „novinku“ objevenou pøi obèasných toulkách v èeských obchodech s elektronickými souèástkami. Konstrukce z oblasti nízkofrekvenèní techniky vybrané do tohoto èísla KE pokrývají nejvìtší oblast žádostí a dotazù. Pøi prùmìrné zdatnosti a dovednosti amatéra jsou plnì funkèní a nevyžadují pøíliš mnoho speciálních souèástek, v mnoha pøípadech dovolují použít souèástky „co dùm dal“. Tìm, kteøí si podle tohoto èísla KE sestrojí a oživí alespoò jednu konstrukci, pøeji mnoho úspìchù v jejich zájmové èinnosti a vìøím, že rozšíøí øady aktivních amatérù. Konstrukèní podklady jsou i nyní nakresleny a navrženy systémem Formi-

ca v jeho poslední aktualizované verzi 4.40. Rád bych ještì na úvod øekl nìkolik poznámek autora. Dostal jsem znovu dotazy ohlednì rùzných technických øešení a na pøípadné inovace vybraných publikovaných konstrukcí. Též jsem obdržel dotazy na poskytnutí metodiky pøi výpoètu a navrhování nìkterých souèástek v konstrukcích již døíve anebo nyní otištìných a na možnost náhrady souèástek jinými typy nebo i èeskými ekvivalenty. Mezi nejèastìjší dotazy patøí nastínit zpùsob navrhování hodnot potenciometrù, kondenzátorù a rezistorù v nízkofrekvenèních korekèních zesilovaèích. Dotazy se též týkají náhrad tranzistorù nebo integrovaných obvodù apod. Další velká skupina dotazù se týkala výpoètù odporù rezistorù napìového dìlièe v nabíjeèi olovìných akumulátorù s obvodem UC3906N a dalších zkušeností s provozem tohoto nabíjeèe a také pøípadných inovací nabíjeèe s IO L200. A co mì nejvíce mile pøekvapilo, byly dotazy na korekèní pøedzesilovaèe pro magnetodynamikou pøenosku, a u zaèínajících amatérù ve vìku 10 až 12 let, kteøí se pravdìpodobnì inspirovali krystalkami a reflexními pøijímaèi uvádìnými v pøedcházejících dílech, žádosti o publikování dalších konstrukcí s podrobným návodem sestavení. Mohu je touto cestou ujistit, že v dalším èísle KE se pokusím jim èásteènì vyhovìt. Nyní již pìknì po poøádku k jednotlivým dotazùm. K návrhu hodnot souèástek nízkofrekvenèních korekèních obvodù, který jsem uvedl v minulém KE, pøišly dotazy, ze kterých vyplynulo, že nìkteré kroky nebyly pochopeny zcela správnì. Proto se pokusím uvést jiný a èasto používaný zpùsob návrhu nf korektoru. Schéma plynule promìnného zpìtnovazebního nf korektoru hloubek a výšek je na obr. I, jeho kmitoètová charakteristika je na obr. II. Výpoèet zpìtnovazebního korektoru v amatérských podmínkách musí vycházet ze zjednodušených pøedpokladù:

1. Vnitrní odpor zdroje signálu je nejménì o øád menší než nejmenší vstupní impedance korektoru. 2. Vstupní impedance vlastního zesilovaèe je nejménì o øád vìtší než impedance korektoru. 3. Kritický kmitoèet fLB je mnohem vìtší než f L (kmitoèty zlomu regulace hloubek). 4. Kritický kmitoèet fH je mnohem vìtší než fHB (kmitoèty zlomu regulace výšek). Aby byl referenèní kmitoèet 1 kHz ovlivòován korektorem co nejménì, volíme jednotlivé kmitoèty zlomu a jim odpovídající èasové konstanty τ = 1/(2·π ·f) napø. takto:

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

fL = 50 Hz, fLB = 500 Hz, fHB = 1,1 kHz, fh = 11 kHz,

τ1 = 3180 µs; τ2 = 318 µs; τ3 = 145 µs; τ4 = 14,5 µs.

Obr. I. Plynule promìnný zpìtnovazební korektor hloubek (P1) a výšek (P2)

Obr. II. Kmitoètové charakteristiky korektoru z obr. I

3

Pro zjednodušení výpoètu budeme dále pøedpokládat, že odpory R obou potenciometrù P1 a P2 jsou stejné, a dále, že R1 = R2, C1 = C2 a C3 = C4. Pro krajní polohu bìžce potenciometru P1 pak pøibližnì platí:

τ1 = C1·R, τ2 = C1·R1,

pak: C1 = C2 = τ1/R, pak: R1 = R2 = τ2/C1.

Dále platí:

τ3 = C3·R,

pak: C3 = C4 = τ3/R.

Odpory oddìlovacích rezistorù vypoèítáme ze vztahù: R3 = τ1/C1 a R4 = τ4/C3. Konkrétní pøípad návrhu: Volíme P = P1 = P2 = 100 kΩ s lineárním prùbìhem odporové dráhy. Pak C1 = C2 = 3180·10 -6/100·103 = = 31,8·10-9 [s, Ω; F], použijeme 33 nF. R1 = R2 = 318·10-6/33·10 -9 = 9,6·103 [s, F; Ω], použijeme 10 kΩ. C3 = C4 = 145·10-6/100·103 = 1,45·10-9 [s, Ω; F], použijeme 1,5 nF. R3 = 3180·10-6/33·10-9 = 96·103 [s, F; Ω], vzhledem k požadované zpìtné vazbì použijeme nejbližší menší hodnotu, tj. 82 kΩ. R4 = 14,5·10-6/1,5·10-9 = 9,7·103 [s, F; Ω], použijeme 10 kΩ. Zvìtšení nebo zmenšení zisku korektoru v krajních polohách potenciometrù P1 nebo P2 volíme zpravidla maximálnì 20 dB. Vìtší hodnoty nejsou vhodné, protože by se mohly pøebudit následující èásti elektroakustického øetìzce. Tento typ korektoru má mít jednu polohu, ve které jsou korekèní èleny vyøazeny a zesilovaè má zcela plochou kmitoètovou charakteristiku. Tato poloha je zajištìna natoèením bìžcù regulaèních potenciometrù do poloviny jejich odporové dráhy (musí být použity lineární potenciometry). Další èasté dotazy se týkají náhrady jednotlivých souèástek. Mohu znovu ujistit všechny konstruktéry, že rezistory jsou bìžné miniaturní vývodové metalizované s tolerancí 1 %. Jejich výkonová zatižitelnost, pokud není uvedeno jinak, je 0,5 až 0,6 W podle druhu výrobce a prodejce elektronických souèástek. Dnes je tento typ rezistorù zcela bìžný a levný. Samozøejmì lze bez nejmenších problémù použít místo rezistorù, které nevyžadují toleranci odporu 1 %, i uhlíkové rezistory starší øady TR 112a, které kdysi vyrábìla TESLA a jsou dostupné v rùzných výprodejích. Protože jsem však takové uhlíkové rezistory v „mých“ elektronických obchodech již dlouho nevidìl, a na jejich pultech jsou rezistory s kovovou vrstvou a tolerancí 1 %, tak je ve všech konstrukcích takto uvádím. Kondenzátory jsou keramické (známé oznaèení TK) nebo svitkové velice

4

kvalitního a v minulosti hodnì používaného typu TC350 až TC352. Potenciometry typu Piher jsou nahrazovány lacinìjšími èeskými potenciometry øady TP160 a TP280, které stále vyrábí spoleènost Elektronické souèástky Ostrava, i když se poslední dobou svou cenou zaèínají podobat potenciometrùm jiných výrobcù. Tranzistory jsou výslovnì univerzální typy s vodivosti NPN a PNP, jaké tvoøí nejvìtší objem „šuplíkových“ zásob amatéra. Diody ve vìtšinì pøípadù použijeme také „co dùm dal“, jen u nìkterých typù musíme použít jako náhradu nìkterou jinou z pøíslušné skupiny (napø. Zenerovy diody, Schottkyho diody, LED apod.). Vìøím, že i toto èíslo KE vás svým obsahem zaujme, udìlá vám radost

a pøi ètení zùstanete jeho obsahu vìrni až do konce. Závìrem mi dovolte, abych touto cestou podìkoval všem, kteøí se o obor elektroniky aktivnì zajímají, a pro své potìšení ve volném èase „bastlí“ tøeba konstrukce z tohoto èísla KE. Rovnìž mi dovolte, abych touto cestou znovu podìkoval RNDr. Ivo Køivkovi a Ing. Petru Horskému, kteøí na základì mých požadavkù aktualizovali knihovny návrhového systému Formica a odstraòovali vzniklé technické problémy pøi sestavování tohoto èísla KE, èímž zvýšili užitnou hodnotu tohoto velice dobrého návrhového systému. Dále dìkuji Ing. Aleši Hamáèkovi, hlavnímu distributorovi systému Formica, za praktické ovìøení pøedloh nìkterých vybraných konstrukcí pøi výrobì plošných spojù.

Elektronika pro motoristy Inovované nabíjeèe olovìných akumulátorù s UC3906N Mezi oblíbené nabíjeèe akumulátorù patøí tzv. „nabíjecí automaty”. Jejich princip je založen na speciálních integrovaných obvodech, které svou vnitøní konstrukcí jsou již od výroby uzpùsobeny nabíjecímu procesu tak, že obsluha nabíjeèe provádí jen zevrubnou kontrolou pomocí indikaèních prvkù a do procesu nabíjení nezasahuje vùbec. Cena tìchto integrovaných obvodù je již na pøijatelné úrovni a pomoci nich lze v amatérských podmínkách postavit špièkový nabíjeè olovìných automobilových akumulátorù. Mezi oblíbené IO patøí bezesporu typ UC3906N (UC2906N), což jste potvrdili i nejvìtším poètem zaslaných dotazù a námìtù. Tento typ vykazuje velkou stabilitu v zapojení a dostateènou variabilitu pøi navrhování a dimenzování výkonového stupnì podle nárokù konstruktéra na požadovaný výstupní nabíjecí proud. Jediná jeho nevýhoda spoèívá v tom, že pracuje spojitì a ne pulsnì, což vytváøí zvýšený nárok na výkon koncového regulaèního stupnì. Pøi dobrém chlazení výkonového regulaèního stupnì i tento problém odpadá. Nabíjeè s UC3906N si mùžete sestrojit ve dvou univerzálních variantách, které se vzájemnì liší jen v použití výkonového regulaèního stupnì. Popis jednotlivých funkcí bude uveden k verzi základní podle doporuèeného zapojení výrobce a u druhé varianty budou popsány jen odlišnosti v zapojení.

Popis funkce (1. varianta) Dnešní hermeticky uzavøené automobilové olovìné akumulátory tzv. „bezúdržbové” nelze nabíjet jednoduchou nabíjeèkou, protože s ní není vy-

louèena možnost jejich pøebití a následného poškození. Optimální je použít k nabíjení a udržování v provozu takových akumulátorù nabíjeè, který je doplnìn øídicími obvody, které automaticky volí správný režim pro každou fázi èinnosti nabíjecího procesu a každý napìový stav nabíjeného akumulátoru. Chceme-li dosáhnout tohoto cíle, jsou takové regulaèní a nabíjecí obvody s bìžnými elektronickými souèástkami velice složité a tím nároèné na stavbu, seøizování, spolehlivost i náklady na poøízení. Proto byly nìkolika svìtovými výrobci integrovaných obvodù vyvinuty speciální monolitické obvody urèené právì k tìmto úèelùm, napø. již zmínìný UC3906N (UC2906N). Pro zjednodušení praktického návrhu nabíjeèe použijeme blokové schéma tohoto IO, které je na obr. 1. Prùbìhy napìtí na akumulátoru a nabíjecího proudu v jednotlivých fázích nabíjecího procesu jsou na obr. 2. Z obr. 1 je též patrné pøipojení vnìjších obvodù s rezistory R A , R B atd. k IO UC3906. V katalogových listech IO UC3906 je uveden výpoèet odporù tìchto rezistorù a též výpoèet nìkterých napìtí z obr. 2: 1) R C = V REF /I D , 2) R A + R B = R SUM = (V F - V REF )/I D , 3) R D = V REF ·R SUM /(V OC - V F ), 4) R A = (R SUM + R X )·(1 - (V REF /V T)), kde R X = R C ·R D /(R C + R D ), 5) R B = R SUM - R A , 6) R S = 0,25 V/I MAX, 7) R T = (V IN - V T - 2,5 V)/I T, 8) I OCT = I MAX /10, 9) V 12 = 0,95·V OC , 10) V 31 = 0,9·V F . Pøíslušná napìtí a proudy jsou voleny následovnì:

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

por R7//R7A paralelní kombinace rezistorù R7 a R7A podle vztahu: R7//R7A = 0,25/I NAB MAX .

Obr. 1. Vnitøní blokové schéma obvodu UC3906 (UC2906) Obr. 2. Èasové prùbìhy napìtí na akumulátoru a nabíjecího proudu v jednotlivých fázích nabíjecího procesu pøi použití UC3906 V F = 14 V, V OC = 14,5 V, V REF = 2,3 V, V T = 10,5 V, I T = 25 mA, V IN = 16,5 V, I D se volí v rozsahu 50 až 100 µA tak, aby odpory rezistorù R A , R B , R C a R D byly z øady E12. V popisovaném nabíjeèi bylo zvoleno I D = 70 µA. Konkrétní výpoèet jednotlivých velièin: V 12 = 0,95·V OC , V 12 = 13,775 V, V 31 = 0,9·V F , V 31 = 12,6 V, R C = V REF /I D , R C ≈ 34,5 kΩ, RSUM = (VF - VREF)/ID, RSUM = 175,94 kΩ, RD = (VREF·RSUM)/(VOC - VF), RD ≈ 809 kΩ, RA = (RSUM + RX)·(1 - VREF/VT), RA ≈ 161 kΩ, RX = RC·RD/(RC + RD), RX ≈ 33 kΩ, RB = RSUM - RA, RB ≈ 15 kΩ, RT = (VIN - VT - VREF)/IT, RT = 168 Ω. Vypoètené odpory jsou tvoøeny sériovou nebo paralelní kombinací odporù z øady E12. R C ≈ 34,5 kΩ je tvoøen sériovì zapojenými odpory 33 kΩ a 1,5 kΩ, RD ≈ 809 kΩ je tvoøen paralelnì zapojenými odpory 1,5 MΩ a 1,8 MΩ, R A ≈ ≈ 161 kΩ je tvoøen paralelnì zapojenými odpory 180 kΩ a 1,5 MΩ, RB ≈ 15 kΩ je pøímo z øady E12, místo RT = 168 Ω volíme 150 Ω nebo 180 Ω. Podle pøedchozích vztahù lze samozøejmì vypoèítat i jiné napìové a proudové pomìry v nabíjecím cyklu.

Pro bìžnou potøebu lze pøijmout závìr, že odchylka celkového odporu složených rezistorù do 1 % z vypoèítané hodnoty není na závadu a celkový nabíjecí proces to významnì neovlivní. Ale nyní se již podívejme na podrobné schéma nabíjeèe na obr. 3. Rezistor R S je tvoøen rezistorem R7 (a paralelním R7A), rezistor R A je tvoøen rezistory R9, R10, rezistor R B je tvoøen rezistorem R13, rezistor R C je tvoøen rezistory R11 a R12, rezistor R D je tvoøen rezistory R14, R15 a R20 a rezistor R T je tvoøen rezistorem R8. Podle kapacity olovìného akumulátoru zvolíme pomocí velikosti odporu rezistorù R7 a R7A maximální nabíjecí proud. Pro zjednodušení pøi výbìru jsem zakoupil 2 kusy dvouwattových rezistorù (výkonovì vyhovují) o nominálním odporu 0,1 Ω a zapojil je paralelnì, takže výsledný odpor je 0,05 Ω. Z toho lze jednoduše podle døíve uvedených vzorcù vypoèítat, že maximální nabíjecí proud je asi 5 A, což je pro automobilový olovìný akumulátor 44 Ah standardnì montovaný do vozù Škoda Fábia dostateèná velikost. Pøi praktických zkouškách se ukázalo, že vlivem kladné odchylky odporu výkonových rezistorù je celkový odpor složeného rezistoru R7 vìtší, a tudíž nabíjecí proud je menší. V popisované konstrukci byl zmìøen 4,5 A. Pokud nám nevyhovuje uvedená velikost maximálního nabíjecího proudu, mùžeme zmìnou odporu rezistorù R7 a R7A nastavit jiný požadovaný nabíjecí proud. Vzhledem k tomu, že úbytek napìtí na regulaèním rezistoru je 0,23 až 0,25 V, vypoèteme pro požadovaný maximální nabíjecí proud I NAB MAX od-

Po zkušenostech z témìø dvouletého provozu pùvodního modelu nabíjeèe s IO UC3906 a na základì námìtù nìkolika ètenáøù jsem dospìl k závìru, že ke zvìtšení celkové stability zapojení a zlepšení provozních vlastností a celkové užitné hodnoty je nutné zabezpeèit jeho vìtší univerzálnost. Proto byla v nabíjeèi upravena silová napájecí èást a obvody pro indikaci jednotlivých nabíjecích stavù a podle pøedchozího popisu byl pøepracován odporový dìliè napìtí z akumulátoru. Zároveò bylo zjištìno, že nejmenší tepelné ztráty (a tím i vyzaøované teplo do okolí) vykazují výkonové tranzistory typu FET s kanálem N, a proto byl pro regulaci nabíjecího proudu použit výkonový transistor BUZ11. Napájecí èást nabíjeèe je navržena tak, že lze bez nejmenších obtíží použít i transformátor se støedním vývodem sekundárního vinutí, takže místo ètyø usmìròovacích diod staèí použít pouze dvì. V této konstrukci však byly použity diody ètyøi, protože se mi podaøilo velice výhodnì v elektrobazaru zakoupit výkonový transformátor složený z plechù EI, který byl dimenzován na napìtí 220 V/14,5 V/5 A. Pøi síovém napìtí 230 V poskytoval 15,2 V, což na spolehlivý provoz bohatì dostaèovalo, a celý nabíjeè se dal postavit do menší plastové skøíòky. Aby bylo možné v signalizaèní èásti místo pùvodních LED s provozním proudem 2 mA použít i LED o prùmìru 8 mm s provozním proudem 20 mA, je proud do LED v novém zapojení spínán tranzistory. Ke snížení poètu LED byla indikace jednoho stavu vynechána (pokud však chceme, mùžeme samozøejmì tuto indikaci ponechat) a na signalizaci zbylých dvou stavù byla využita dvoubarevná LED o prùmìru 8 mm. Na vstupní svorkovnici U2 inteligentního nabíjeèe olovìných akumulátorù je pøipojeno sekundární støídavé napìtí o velikosti 15 až 20 V ze síového transformátoru. Transformátor musí dodávat proud 5 A, takže je rozmìrovì velice pøijatelný. Výkon transformátoru vychází 75 až 100 VA. Sekundární støídavé napìtí je usmìròováno diodovým mùstkem tvoøeným ètyømi diodami BY550 (D3 až D6). Usmìrnìné napìtí je dále vyhlazováno elektrolytickými kondenzátory C1 a C2, rušivé napìové špièky jsou potlaèovány keramickým kondenzátorem C3. Náboj kondenzátorù C1 a C2 se po vypnutí nabíjeèe vybije rezistorem R1 o pracovním výkonu 2 W. Pøi opìtovném zapojení nabíjeèe do sítì pak nevznikají napìové a proudové špièky v regulaèním obvodu, které by mohly zpùsobit nevratnou destrukci souèástek.

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

5

Obr. 3. 1. varianta inovovaného nabíjeèe olovìných akumulátorù s UC3906N Aby se zmenšilo výkonové namáhání regulaèního tranzistoru T2, je vhodné pøi vìtším sekundárním napìtí (napø. 20 V) vynechat vyhlazovací kondenzátor C2. Pøi sekundárním napìtí 16 V však zapojíme oba kondenzátory C1 i C2. Obvod IO1 je aplikován v doporuèeném zapojení výrobce. Obvody indikace nabíjecího procesu obsahují 3 LED barev èervené, žluté a zelené (LED èervená a žlutá jsou v jednom pouzdru). Pracovní proud tìchto LED je nastaven rezistory R21, R22 a R23. K nabíjeèi pøipojíme ve správné polaritì nabíjený akumulátor. Nabíjeè pak zapneme. Podle napìtí akumulátoru zvolí øídicí obvod IO1 správný režim nabíjení a øídí regulaèní tranzistor T2 tak, aby do akumulátoru tekl žádaný nabíjecí nebo udržovací proud. Zapnutí nabíjeèky je indikováno èervenou LED oznaèenou jako POWER (zapnuto). Je-li napìtí akumulátoru menší než 10,5 V, je šetrnì dobíjen proudem jen asi 25 mA tak, aby se opatrnì oživil. Dobíjení tímto proudem trvá až do okamžiku, kdy dosáhne napìtí na akumulátoru uvedeného minima (10,5 V). Podle stavu akumulátoru mùže tato etapa trvat i nìkolik hodin, nìkdy i dnù, pokud je pøipojený akumulátor hluboce vybitý. V pøípadì vadného akumulátoru se mùže stát, že napìtí ani po mnoha hodinách nedosáhne požadované úrovnì a akumulátor je nutno vyøadit. Pøi napìtí akumulátoru nad 11,4 V se nabíjeè pøepíná do režimu nabíjení konstantním proudem a akumulátor je nabíjen konstantním maximálním prou-

6

dem 4,5 A. Dobíjení konstantním proudem trvá do té doby, dokud napìtí akumulátoru nedosáhne velikosti 14,2 V. Tento režim je indikován zelenou LED oznaèenou jako CURRENT (konstantní proud). Pøesáhne-li napìtí na akumulátoru velikost 14,2 V, rozsvìcuje se žlutá LED oznaèená jako OVER (konstantní napìtí) a akumulátor se dále nabíjí maximálním proudem. Dosáhne-li napìtí na akumulátoru velikosti 15,0 V, zaène nabíjecí proud klesat z maximální hodnoty. V okamžiku, kdy proud poklesne na asi 100 mA, pohasne zelená i žlutá LED a rozsvítí se druhá žlutá LED oznaèená jako FLOAT (udržovací režim). Indikace udržovacího režimu nebyla v konstrukci využita, i když s pøípadným jejím použitím je na desce s plošnými spoji pamatováno. Akumulátor je dobíjen udržovacím proudem asi 0,45 A. Pøi poklesu napìtí pod 14,2 V je akumulátor opìt dobíjen vìtším proudem. Nabíjeè nám podává prostøednictvím LED vizuální informaci, v jakém stavu se nachází nabíjecí proces pøipojeného akumulátoru. Aby se zmenšilo proudové zatížení výstupù obvodu UC3906 a aby bylo možné použít i LED s vìtším pracovním proudem, jsou mezi výstupy IO1 a LED zapojeny spínací tranzistory T5 až T7. Bìhem provozu bylo totiž prokázáno, že bez tìchto spínacích tranzistorù nastala v nìkterých pøípadech pøi pracovním proudu LED 15 až 20 mA vnitøní destrukce øídicího obvodu UC3906N.

K zamezení prùchodu zpìtného proudu z nabíjeného akumulátoru do nabíjeèe je za výkonový tranzistor zapojena dioda D1 typu P600. Mezi kladný pól výstupu nabíjeèe na svorkovnici U3 a kladnou svorkou pro pøipojení nabíjeného akumulátoru umístìnou na pøedním panelu skøíòky nabíjeèe je zapojena tavná trubièková pojistka F1 dimenzovaná na proud 6 A. Tato pojistka F1 a dioda D2, pøipojená paralelnì ke svorkovnici U3, chrání nabíjeè pøi pøepólování nabíjeného akumulátoru. Pøi pøepólování akumulátoru teèe diodou D2 jeho zkratový proud, tím se pøeruší F1 a chybnì pøipojený akumulátor se odpojí.

Konstrukce Souèástky nabíjeèe jsou umístìny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 4, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 5, fotografie dohotovené desky je na obr. 6. Po zevrubné kontrole plošných spojù na desce a promìøení souèástek mùžeme pøistoupit k montáži nabíjeèe. Doporuèuji osadit pro IO1 objímku DIL16. Kondenzátory jsou bìžné keramické a elektrolytické a není nutné je s ohledem na pøesnost kapacity zvl᚝ vybírat. Rezistory jsou již pøedepsány s tolerancí odporu 1 %. Zapojování souèástek je jednoduché, neèiní žádné potíže a není záludné. Pøi použití pøedepsaných souèástek bude tento inteligentní nabíjeè pracovat na první zapojení.

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 4. Obrazec plošných spojù 1. varianty inovovaného nabíjeèe olovìných akumulátorù s UC3906N (mìø.: 1 : 1)

Obr. 5. Rozmístìní souèástek na desce 1. varianty inovovaného nabíjeèe olovìných akumulátorù s UC3906N

U tohoto nabíjeèe mùžeme bez zmìny ostatních souèástek nahradit tranzistor T2 tranzistorem V-MOS s kanálem P, a to typy IRF9540 nebo IRF9530, pøípadnì IRF5305. Nutno upozornit, že pak tranzistor T1 nezapojujeme a použijeme drátovou propojku mezi rezistorem R16 a øídicí elektrodou tranzistoru T2. Výkonové tranzistory MOSFET mají podstatnì menší odpor v sepnutém stavu než výkonové bipolární tranzistory (napø. TIP147) a významnì snižují nároky na velikost svého chladièe. Jelikož jsem nemìl k dispozici MOSFET s kanálem P, zvolil jsem pro regulaci proudu MOSFET s kanálem N a k nìmu pøedøadil tranzistor PNP s malým výkonem. Skøínka automatického nabíjeèe je typizovaná øady K12. Deska s plošnými spoji je upevnìna ke spodnímu dílu skøíòky samoøeznými šroubky 2,5 x 12 mm a šroubky M3 x 20 mm pøes plastové distanèní sloupky o délce 7 mm, které jsou bìžnì dostupné v prodejnách s elektronickými souèástkami. Vedle desky je ke spodnímu

dílu skøíòky pøišroubován síový transformátor. Na pøedním panelu skøíòky jsou umístìny všechny LED a šroubovací pøistrojové svorky pro pøipojení nabíje-

ného akumulátoru. Indikaèní LED mohou být i prùmìru 10 mm (byly ve vzorku použity). Na pøedním panelu nabíjeèe je nalepen štítek s popisem, který je vytištìn

Obr. 6. Dohotovená deska nabíjeèe s UC3906N

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

7

Obr. 7. 2. varianta inovovaného nabíjeèe olovìných akumulátorù s UC3906N barevnou laserovou tiskárnou na samolepicí lesklou bílou fólii Signolit (lze použít i matnou). Na zadním panelu je umístìno pojistkové pouzdro s pojistkou F1 a vývod síové šòùry. Fotografie nabíjeèe, ze kterých je patrné jeho mechanické øešení, jsou na ètvrté stranì obálky tohoto èísla KE. Mezi pøivod sítì a primární vinutí transformátoru mùžeme zaøadit dvoupólový síový vypínaè dimenzovaný na proud alespoò 1 A. Tento vypínaè je vhodné umístit na pøední panel. Místo plastové skøíòky lze samozøejmì použít i skøíòku kovovou podle vlastního návrhu nebo zakoupenou již

hotovou v obchodì s elektrozbožím. Nutno pak použít síovou šòùru Flexo se tøemi vodièi a skøíòku pøipojit na nulovací vodiè se žlutozelenou barvou izolace.

2. varianta nabíjeèe Protože obvod UC3906N umožòuje s velkou variabilitou volit zapojení výkonového stupnì podle požadovaného výstupního nabíjecího proudu, pøedkládám všem ještì variantu s Darlingtonovým tranzistorem PNP. Schéma je na obr. 7, obrazec plošných spojù je na obr. 9 a rozmístìní souèástek na desce je na obr. 10. Pohled na desku osazenou souèástkami (ještì bez chladièe) je na obr. 11. Rozmìry desky jsou stejné jako u první varianty nabíjeèe. Obì varianty byly vyzkoušeny s velice kladnými výsledky co se týèe spolehlivosti a bezpeènosti v praktickém provozu.

Chlazení regulaèního tranzistoru T2 nebo T1

Obr. 8. Závislost odporu termistoru NTC s jmenovitým odporem 10 kΩ na teplotì

8

Chlazení je vyøešeno velice jednoduše ventilátorem VE1, který ofukuje žebrovaný chladiè regulaèního tranzistoru T2 nebo T1. Otáèky ventilátoru jsou regulovány tranzistorem T3 v závislosti na teplotì uvnitø skøíòky, která je snímána termistorem NTC R17 o odporu 10 kΩ. Zapojení regulátoru otáèek je stejné jako v minulých konstrukcích a v provozu se velmi osvìdèilo.

Na obr. 8 je graf závislosti odporu termistoru NTC se jmenovitým odporem 10 kΩ pøi teplotì 25 °C na teplotì. Tato závislost se pro termistory øady NTC od rùzných výrobcù liší jen velice nepatrnì. Lze použít i termistor s vìtším odporem, pak by však bylo nutné zvìtšit i odpor trimru R18. Ventilátor je axiální o rozmìrech 50 x 50 mm s provozním napìtím 12 V. Se stoupající teplotou odpor termistoru R17 klesá, výkonový MOSFET T3 se otevírá a rychlost otáèení ventilátoru se zvìtšuje. Pøi snižování teploty je situace opaèná. Trimrem R18 nastavujeme na øídicí elektrodì tranzistoru T3 takové napìtí, aby se T3 mírné pootevøel a ventilátor se pomalu otáèel. Takové nastavení vyluèeje možnost, aby se ventilátor otáèel trhavì pøi rozbìhu z nulových otáèek pøi nízké teplotì. Termistor R17 mùže snímat teplotu uvnitø skøíòky anebo mùže být v tìsném kontaktu s chladièem, a pak snímá teplotu chladièe. V této nabíjeèce byla zvolena varianta snímání teploty uvnitø skøíòky. Pro zlepšení stability regulace otáèek je v obvodu zapojen tøívývodový stabilizátor pevného kladného napìtí IO2 doplnìný o nezbytné filtraèní keramické kondenzátory C6 a C7. Praktické zkoušky a dlouhodobý provoz prokázaly, že ventilátor dostateènì chladí i usmìròovací diody D3 až D6 nabíjeèe.

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 9. Obrazec plošných spojù 2. varianty inovovaného nabíjeèe olovìných akumulátorù s UC3906N (mìø.: 1 : 1)

Obr. 10. Rozmístìní souèástek na desce 2. varianty inovovaného nabíjeèe olovìných akumulátorù s UC3906N

Seznam souèástek 1. varianta nabíjeèe R1 R4 R5, R6 R7, R7A R8 R9 R10, R15 R11 R12 R13 R14 R16 R17 R18 R21 až R23 C1, C2 C3, C6, C7 C4 C5 D1 D2 D3 až D6 D7

2,2 kΩ/2 W 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 0,1 Ω/2 W 180 Ω/1 %/0,5 W, metal. 180 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1,5 MΩ/1 %/0,5 W, metal. 39 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 330 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 15 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1,8 MΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 Ω/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ, termistor 5 kΩ, trimr PT6V 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 4 700 µF/35 V, radiální 100 nF, keramický 10 nF, keramický 47 µF/35 V, radiální P600D BY550 BY550 dvojitá LED èervená/žlutá 8 mm nebo LED èervená 8 mm a LED žlutá 8 mm

D8 T1 T3 T5 T6, T7 IO1 IO2

LED zelená 8 mm TIP147 IRFD120 KC237 KC307 UC3906 (UC2906) 7812

U2 U3 VE1

ARK500/3, šroubovací svorkovnice tøípólová ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová ventilátor 12 V/0,1 A, 50 x 50 mm

Obr. 11. Deska (ještì bez chladièe) 2. varianty nabíjeèe s UC3906N

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

9

2. varianta nabíjeèe R1 R4 R5, R6 R7, R7A R8 R9 R10, R15 R11 R12 R13 R14 R16 R17 R18 R21 až R23 C1, C2 C3, C6, C7 C4 C5 D1 D2 D3 až D6 D7

D8 T2 T3 T4 T5 T6, T7 IO1 IO2 U2 U3 VE1

2,2 kΩ/2 W 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 0,1 Ω/2 W 180 Ω/1 %/0,5 W, metal. 180 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1,5 MΩ/1 %/0,5 W, metal. 39 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 330 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 15 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1,8 MΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 Ω/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ, termistor 5 kΩ, trimr PT6V 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 4700 µF/35 V, radiální 100 nF, keramický 10 nF, keramický 47 µF/35 V, radiální P600D BY550 BY550 dvojitá LED èervená/žlutá 8 mm nebo LED èervená 8 mm a LED žlutá 8 mm LED zelená 8 mm BUZ11 (IRF540) IRFD120 KC307(KF517) KC237 KC307 UC3906 (UC2906) 7812 ARK500/3, šroubovací svorkovnice tøípólová ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová ventilátor 12 V/0,1 A, 50 x 50 mm

Inovovaný dobíjeè olovìných akumulátorù s IO L200 Jako další ukázku nabíjeèù a dobíjeèù automobilových olovìných akumulátorù si pøedstavíme velice jednoduchou inovovanou konstrukci, která využívá vlastnosti integrovaného obvodu L200. Bylo mnoho ètenáøù, kteøí chtìli navrhnout konstrukci bez transformátoru na desce s plošnými spoji a použít jinou vylepšenou indikaci stavu nabíjecího procesu. Bìhem dlouhodobého používání a ovìøování funkce se inovovaný dobí-

jeè osvìdèil a prokázal, že splòuje mé požadavky. Po zkušenostech z jeho provozu mohu konstatovat, že pracuje velice spolehlivì.

Popis funkce Schéma dobíjeèe s IO L200 je na obr. 12. Síové støídavé napìtí 230 V se pøivádí na primární vinutí síového transformátoru dimenzovaného na výkon 30 VA. Mezi pøívod sítì mùžeme zaøadit dvoupólový kolébkový vypínaè. Tento vypínaè ani transformátor nejsou pro jednoduchost ve schématu nakresleny. Sekundární napìtí z transformátoru o velikosti 15 V/2 A se pøivádí na vstupní svorkovnici U1. Následnì je usmìròováno ètyømi diodami D2, D3, D8 a D9 a pak je vyhlazováno a filtrováno elektrolytickým kondenzátorem C1 a keramickým kondenzátorem C2. Na kladném pólu kondenzátoru C1 bychom mìli namìøit bez pøipojeného akumulátoru napìtí asi 21 až 23 V. Paralelnì k C1 je pøipojena žlutá LED D1, která signalizuje zapnutí pøístroje. Proud tekoucí touto LED též zajišuje vybití kondenzátoru C1 po odpojení nabíjeèe od sítì. Pracovní proud LED D1 je nastaven rezistorem R1. Regulaèní obvod IO1 je zapojen podle doporuèení výrobce. Pro potlaèení parazitního kmitání regulátoru je mezi jeho výstupní vývod 2 IO1 a zem pøipojena paralelní kombinace keramického kondenzátoru C4 a elektrolytického kondenzátoru C3. Tuto dvojici lze nahradit jediným tantalovým kondenzátorem o kapacitì 2,2 µF/25 V. Dvojici kondenzátorù C3 a C4 jsem použil z toho dùvodu, že jsem pøi stavbì nemìl v „šuplíku” vhodný tantalový kondenzátor, je to však i cenovì výhodnìjší. Nejvìtší nabíjecí proud byl zvolen asi 1,5 A a je nastaven paralelní kombinací rezistorù R2, R6 a R12. Podle katalogového listu je rozdíl napìtí mezi vývody 5 a 2 IO1 v rozmezí 0,38 až 0,52 V. Tato nepøesnost v pøedepsaném stejnosmìrném napìtí není vùbec na závadu. Výstupní napìtí regulátoru IO1 je odporovým dìlièem se souèástkami R3, R4 a R5 nastaveno tak, aby na výstupní svorkovnici U2 dobíjeèe bylo bez pøipojeného akumulátoru napìtí 14,4 V. Trimr R5 je víceotáèkový, aby seøízení

požadované velikosti výstupního napìtí bylo pohodlné. Dioda D4 ochraòuje regulátor pøi nechtìném pøepólování nabíjeného akumulátoru. Výstup dobíjeèe je chránìn rychlou tavnou pojistkou F 2 A. Signalizaci stavù nabíjecího procesu zabezpeèuje komparátor s operaèním zesilovaèem (OZ) typu 741 (IO2). Komparátor porovnává napìtí na svých vstupech. Když pøipojíme nabíjený akumulátor, který má svorkové napìtí alespoò 5 V a pojistka F1 není pøerušená, zaène rezistorem R9 a Zenerovou diodou D6 procházet proud. Obdobný proud zaène procházet i odporovým dìlièem napìtí s rezistory R10 a R11. Na Zenerovì diodì D6 se ustálí napìtí asi 3,3 V, následkem èehož výstup OZ IO2 pøejde do vysoké úrovnì a pøes rezistor R8 se rozsvítí zelená LED D7. Trimr R11 musí být nastaven tak, aby pøi napìtí asi 14,2 V na svorkovnici U2 pøešel výstup OZ IO2 do nízké úrovnì a rozsvítila se èervená LED D5, která indikuje konec dobíjení. Svit zelené LED D7 signalizuje správnì pøipojený dobíjený akumulátor. Nyní mùžeme pøipojit dobíjeè k síovému napìtí. Rozsvítí se žlutá LED D1 a akumulátor se zaène nabíjet maximálním proudem. Pøitom napìtí na svorkách akumulátoru pozvolna vzrùstá. Když svorkové napìtí dosáhne velikosti 14,4 V, nemùže už dále vzrùstat, a proto se nabíjecí proud zaène zmenšovat. Po urèité dobì se nabíjecí proud zmenší na pouhých nìkolik mA a jen kompenzuje samovybíjení akumulátoru. Tìsnì pøed dosažením plného výstupního napìtí 14,4 V se rozsvítí èervená LED D5, jejíž svit vyjadøuje témìø plné nabití akumulátoru a možnost ukonèit dobíjení.

Konstrukce a oživení Souèástky dobíjeèe jsou umístìny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 13, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 14, fotografie desky osazené souèástkami je na obr. 15. Dobíjeè neobsahuje žádné záludnosti a pøi peèlivém osazení a zapájení souèástek pracuje na první zapojení. Regulátor IO1 musí být opatøen chladièem. V prototypu byl použit hliní-

Obr. 12. Inovovaný dobíjeè olovìných akumulátorù s IO L200

10

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 13. Obrazec plošných spojù inovovaného dobíjeèe olovìných akumulátorù s IO L200 (mìø.: 1 : 1) kový chladiè CH15/70 (CH15/50) s již upraveným a èernìným povrchem zakoupený v prodejnì GES. Vhodný je i velmi známý chladiè ZH610 o celkové výšce 75 mm. Protože chladiè není v této konstrukci spojen s kovovou skøíòkou a je jen upevnìn na desce s plošnými spoji, není nutné jej izolovat od regulátoru IO1. Pro lepší odvod tepla je však nutné styèné plochy chladièe a IO1 lehce potøít tepelnì vodivou pastou nebo silikonovou vazelínou, která je k dostání v obchodech s rybáøskými potøebami. Deska dobíjeèe je spolu se síovým transformátorem vestavìna do standardní plastové skøíòky typu K10 o rozmìrech 145 x 175 x 90 mm. Na pøedním panelu jsou umístìny všechny LED a šroubovací svorky pro pøipojení akumulátoru. Mùže zde být i síový spínaè, pokud jej použijeme. V prototypu byl síový spínaè vypuštìn, což spolu s použitím gumových prùchodek pro upevnìní signalizaèních LED pøispìlo ke snížení poøizovacích nákladù. Je vìcí konstruktéra zda síový spínaè použije nebo ne. V prototypu dobíjeèe jsem na pøední panel umístil také velmi levný malý ampérmetr s boèníkem (podobný typu MP40), který jsem objevil ve výprodeji firmy Hadex. Ampérmetr slouží pro kontrolu dobíjecího proudu a je zapojen mezi kladným pólem svorkovnice U2 na desce a kladnou šroubovací svorkou na panelu. Na pøední panel s vyvrtanými dírami je nalepen štítek s popisem vytištìný laserovou barevnou tiskárnou OKI 3200 na samolepicí matnou (pøípadnì i lesklou) bílou fólii Signolit. Potøebné díry do

Obr. 14. Rozmístìní souèástek na desce inovovaného dobíjeèe olovìných akumulátorù s IO L200

štítku vytvoøíme kulatým jehlovým pilníkem. Zadním panel obsahuje pouze vývod síové šòùry. Dohotovený dobíjeè seøídíme. Pøipojíme síové napìtí a pomocí digitálního multimetru nastavíme trimrem R5 na výstupní svorkovnici U2 napìtí 14,2 V. Pak seøídíme trimr R11 tak, aby zelená LED D7 právì zhasla a rozsvítila se èervená LED D5. Nakonec opìt trimrem R5 nastavíme požadované výstupní napìtí 14,4 V. Zmìnou odporu rezistorù R2, R6 a R12 lze nastavit i jiný maximální nabíjecí proud. Zvolený proud 1,5 A však považuji za optimální, protože tato konstrukce je urèena pøedevším k dobí-

jení. Dobíjeè vždy na noc pøipojíme na svorky akumulátoru, aby svým relativnì malým proudem pøíznivì regeneroval jeho olovìné desky. Dobíjeè doporuèuji zapínat tak, že se nejprve pøipojí akumulátor a pak teprve síové napìtí. Po ukonèení dobíjení se nejprve odpojí sí a pak teprve akumulátor.

Seznam souèástek R1 R2, R6, R12 R3, R9 R4, R7, R8

1,5 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 Ω/1 %/0,5 W, metal. 3,3 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal.

Obr. 15. Dohotovená deska inovovaného dobíjeè olovìných akumulátorù s IO L200

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

11

R5 R10 R11 C1 C2, C4, C6 C3 C5 D1 D2, D3, D4, D8, D9 D5 D6 D7 IO1 IO2 F1 U1, U2

1 kΩ, víceotáèkový trimr 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ, trimr PT6V 2 200 µF/25 V, radiální 100 nF, keramický 10 µF/25 V, radiální 100 µF/25 V, radiální LED žlutá, 5 mm, 2 mA 1N5403 LED èervená, 5 mm, 2 mA BZX083V003.3, Zenerova dioda 3,3 V/0,5 W LED zelená, 5 mm, 2 mA L200 741 F 2 A, pojistky rychlá, 5 x 20 mm, sklenìná ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Dobíjeè akumulátorù s IO UA78T15 Jako poslední ukázku nabíjeèù a dobíjeèù s lineárními integrovanými obvody si pøedstavíme velice jednoduchou konstrukci, která využívá vlastností tøívývodového stabilizátoru 78T15 s pev-

ným kladným výstupním napìtím 15 V. Stabilizátory øady 78Txx mohou poskytovat výstupní proud až 3 A. V dobíjeèi je použit síový transformátor o výkonu 30 VA, takže dobíjeè mùže dodávat proud jen asi 2 A. Po dlouhodobém používání a ovìøování funkce dobíjeèe mohu po více než tøíletém provozu konstatovat, že je spolehlivý a beze zbytku splòuje požadavky na nìj kladené.

Popis funkce Schéma dobíjeèe s integrovaným stabilizátorem UA78T15 je na obr. 16. Síové støídavé napìtí 230 V je pøivádìno pøes kolébkový spínaè, který pro jednoduchost není na schématu nakreslen, na vstupní svorkovnici U1. Síový transformátor je dimenzován na výkon 30 VA a je urèen pro montហdo plošných spojù. Støídavé sekundární napìtí 2x 15 V je usmìròováno diodami D2 a D3 a vyhlazováno a filtrováno kondenzátory C1 a C2. Na kladném pólu C1 bychom mìli namìøit naprázdno (bez pøipojeného akumulátoru) asi 21 až 23 V. K C1 je pøipojena žlutá LED D1, která signalizuje zapnutí pøístroje. LED D1 též vybíjí kondenzátor C1 po

odpojení nabíjeèe od sítì. Pracovní proud této LED je urèován odporem rezistoru R1. Stabilizátor UA78T15 (IO1) je zapojen podle doporuèení výrobce. Pro potlaèení parazitních kmitù a zmenšení výstupní impedance dobíjeèe je mezi vývody 2 a 3 IO1 zapojen keramický kondenzátor C4 a elektrolytický kondenzátor C3. Dioda D4 ochraòuje dobíjeè pøi obrácené polaritì pøipojeného akumulátoru a souèasnì svým úbytkem napìtí asi 0,6 V zajišuje, že na výstupu nabíjeèe je požadované napìtí 14,4 V. Z diody D4 je nabíjecí proud veden pøes rychlou pojistku 1,6 až 2 A na výstupní svorkovnici U2. Jednotlivé fáze procesu nabíjení jsou indikovány diodami LED D5 a D7, které jsou buzeny komparátorem s OZ IO2 ve stejném zapojení, jako v pøedchozím dobíjeèi s IO L200. Trimrem R11 je nastavena rozhodovací úroveò komparátoru 14,2 V na svorkovnici U2. Pokud má akumulátor svorkové napìtí menší než 14,2 V, je výstup OZ IO2 ve vysoké úrovni a svítí zelená LED D7, která indikuje správnì pøipojený akumulátor a probíhající nabí-

Obr. 16. Dobíjeè olovìných akumulátorù s IO UA78T15

Obr. 17. Obrazec plošných spojù dobíjeèe olovìných akumulátorù s IO UA78T15 (mìø.: 1 : 1)

12

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 18. Rozmístìní souèástek na desce dobíjeèe olovìných akumulátorù s IO UA78T15

jení. Když je akumulátor témìø nabitý a jeho svorkové napìtí pøekroèí rozhodovací úroveò 14,2 V, pøejde výstup OZ IO2 do nízké úrovnì a rozsvítí se èervená LED D5, která indikuje ukonèení nabíjení.

Konstrukce a oživení Souèástky dobíjeèe jsou umístìny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 17, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 18. Pøed stavbou dùkladnì zkontrolujeme desku s plošnými spoji a osazujeme pouze nové nebo promìøené souèástky. Stabilizátor IO1 je opatøen stejným chladièem, jako regulátor IO1 v pøedchozím dobíjeèi. Stejné jsou i zásady pro montហchladièe. Deska se souèástkami dobíjeèe je vestavìna do plastové skøíòky, uspoøádání svorek pro pøipojení nabíjeného akumulátoru, indikaèních LED atd. je rovnìž stejné jako u pøedchozího dobíjeèe s IO L200. U zkompletovaného dobíjeèe je tøeba seøídit pouze trimr R11. Dobíjeè odpojíme od sítì. Ke svorkovnici U2 pøipojíme laboratorní regulovaný ss zdroj, na kterém nastavíme napìtí 14,2 V. Bìžec trimru R11 pak natoèíme tak, aby zelená LED D7 právì zhasla a rozsvítila se èervená LED D5. Konstrukce je bezproblémová a pøi peèlivém osazení a zapájení souèástek pracuje na první zapojení. Stejnì jako pøedchozí, je i tento dobíjeè urèen pøedevším k regeneraci a dobíjení akumulátoru zapojeného v automobilu, a to pøedevším v zimním období. I tento dobíjeè doporuèuji zapínat tak, že se nejprve pøipojí akumulátor a pak teprve síové napìtí, a po ukon-

èení dobíjení se nejprve odpojí sí a pak akumulátor.

Seznam souèástek R1 R7, R8 R9 R10 R11 C1 C2, C4 C3 C5 C6 D1 D2, D3, D4 D5 D6 D7 IO1 IO2 F1 TR1 U1, U2

1,5 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 3,3 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ, trimr PT6V 2 200 µF/25 V, radiální 220 nF, keramický 10 µF/25 V, radiální 100 µF/25 V, radiální 100 nF, keramický LED žlutá, 5 mm, 2 mA 1N5403 LED èervená, 5 mm, 2 mA BZX083V003.3, Zenerova dioda 3,3 V/0,5 W LED zelená, 5 mm, 2 mA 78T15 UA741 (LM741) F 2 A, pojistky rychlá, 5 x 20 mm, sklenìná síový transformátor do plošných spojù, 230 V/2x 15 V/30 VA ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Tyristorový nabíjeè V dávnìjších dobách bylo velmi populární si z rùzných cest po bývalém Sovìtském svazu pøivézt nìjaký elektronický výrobek, který po elektrické stránce byl velice dobøe promyšlen a navržen. Po mechanické stránce a designu to však byla v mnoha pøípadech katastrofa, i když na druhé stranì tyto výrobky vydržely dosti tvrdé a drsné zacházení v provozu. Jedním z takových populárních výrobkù byl i tyristorový pulsní nabíjeè

s elektronickou ochranou proti pøebíjení pøipojeného automobilového akumulátoru. Takový výrobek si pøivezl i mùj kamarád, kterému sloužil témìø 12 let. Bohužel jednoho dne odešel do „køemíkového nebe” a bylo nutno se rozhodnout, jak dál. Po rùzných experimentech a proètení zahranièních fór jsem se rozhodl tento nabíjeè vzkøísit v podobì zachování pùvodní myšlenky pulsního nabíjení a ochrany proti pøebíjení, ale již s novou deskou s plošnými spoji, souèástkami a urèitými podstatnými vylepšeními. Tak vznikla následující konstrukce nabíjeèe, která kamarádovi slouží opìt již 5 let. Pokud máte zájem si tento vcelku jednoduchý nabíjeè vyzkoušet, tak si ho prostì postavte.

Popis funkce Schéma tyristorového nabíjeèe je na obr. 19. Pøístroj se skládá ze tøí èástí. První èást tvoøí silový nabíjecí obvod, druhá èást je obvod ochrany nabíjeèe a tøetí èást pøedstavuje chladicí jednotka s ventilátorem. Jednotlivé èásti jsou ve schématu ohranièeny èerchovanou èarou. Nyní si popíšeme první èást. Silové støídavé napìtí v rozsahu 16 až 20 V ze sekundárního vinutí síového transformátoru, který musí být schopen poskytovat proud 6 A, je pøivádìno na vstupní svorkovnici nabíjeèe P1. K potlaèení pronikání rušivých složek do rozvodné sítì je paralelnì k primárnímu vinutí síového transformátoru pøipojen svitkový kondenzátor 33 nF/630 V, který není uveden ve schématu. Støídavé napìtí ze svorkovnice P1 je usmìròováno mùstkem složeným z výkonových diod D1 a D2 øady BY550 nebo P600 a tyristorù TY1 a TY2 v pouzdru TO220. V tomto typu usmìròovaèe

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

13

Obr. 19. Tyristorový nabíjeè olovìných akumulátorù není nutné používat tzv. nulovou diodu, která je jinak nutná ke zdárnému otevírání a zavírání tyristorù, protože ji nahrazují diody D1 a D2. Tyristory jsou øízeny signálem z tzv. relaxaèního generátoru, který je tvoøen tranzistory T1 a T2 (lze je nahradit tranzistorem UJT). Bìžnì se øídicí signál pøivádí na tyristory pøes oddìlovací transformátory navinuté na feritovém hrníèkovém jádru. Protože však amatér nerad vine nìjaké cívky, zvolil jsem zapojení oddìlovacího obvodu s bìžnými souèástkami, tj. s diodami D3, D4, D11 a D12, rezistory R3 a R24 a odrušovacími kondenzátory C4 a C5. Aby se tyristory spolehlivì vypínaly, jsou mezi jejich elektrody zapojeny rezistory R1 a R2. V relaxaèním generátoru zajišují tranzistory T1 a T2 periodické nabíjení a vybíjení kondenzátoru C2. Kmitoèet generovaných kmitù a tím i velikost nabíjecího proudu v rozmezí 0 až 6 A se øídí potenciometrem R8. Trimrem R9 se nastavuje maximální velikost nabíjecího proudu 6 A. Signál z emitoru T1 se pøivádí na øídicí elektrody tyristorù pøes oddìlovací obvod s diodami D3 a D12 a derivaèními èlánky C4, R3 a C5, R24, které signál tvarují do podoby kladných impulsù. Relaxaèní generátor je napájen pøes oddìlovací diodu D6 za podmínky, že je tranzistor T8 sepnut (nebo pøemostìn sepnutým spínaèem SW1). Napìtí pro napájení relaxaèního generátoru je stabilizováno Zenerovou diodou D5, jejíž proud je nastaven rezistorem R10. Tato stabilizace zajišuje konstantní rozkmit generovaného signálu. Hodnoty souèástek R4, R5, R6, R7 a C2 tvoøících relexaèní generátor byly pøevzaty z katalogového listu tranzistoru 2N6027.

14

Nabíjeè nemá zpìtnovazební regulaci velikosti nabíjecího proudu, a proto nabíjecí proud nastavený potenciometrem R8 na zaèátku nabíjení postupnì klesá (vlivem zvyšování napìtí na svorkách nabíjeného akumulátoru). Tento pokles není pøíliš na závadu, pouze prodlužuje dobu nabíjení. Aby bylo možné velikost nabíjecího proudu pohodlnì nastavovat a bìhem nabíjení kdykoliv kontrolovat, je vhodné nabíjeèku vybavit vestavìným ampérmetrem, který mìøí proud tekoucí do akumulátoru. Tento ampérmetr není ve schématu nakreslen. Použitelné je jakékoli ruèkové mìøidlo s rozsahem 6 až 10 A. Pokud nechceme použít vestavìný ampérmetr, opatøíme potenciometr R8 stupnicí, kterou ocejchujeme pomocí vnìjšího ampérmetru. Toto cejchování však nemùže být pøesné, protože, jak již bylo øeèeno, nabíjecí proud také závisí na svorovém napìtí nabíjeného akumulátoru. Aby se zmenšily rázy nabíjecího proudu, byla na základì praktických zkušeností zapojena do nabíjecího obvodu malá tlumivka L1, která výraznì zmenšuje proudové špièky zpùsobené spínáním tyristorù. Díky této tlumivce je nabíjecí proud jen velmi mírnì zvlnìný (pozorováno na osciloskopu). Samozøejmì není nutné tuto tlumivku použít, ale po jejím doplnìní do obvodu se i ménì ohøívá síový transformátor. Silový nabíjecí obvod je chránìn rychlou pojistkou F1 (F 6 A) a jeho výstup je vyveden na svorkovnici P2, ke které se (pøes šroubovací pøístrojové svorky umístìné na pøedním panelu nabíjeèe) pøipojuje nabíjený akumulátor. Obvod ochrany nabíjeèe obsahuje tranzistory T5 až T8 a pøíslušné pasivní souèástky. Tento obvod zabraòuje pøi

zkratu výstupních svorek nabíjeèe nebo pøi opaènì pøipojeném (pøepólovaném) akumulátoru spínání tyristorù a tím chrání nabíjeè pøed poškozením. Obvod ochrany též automaticky ukonèuje nabíjení, když napìtí na svorkovnici P2 pøesáhne rozhodovací úroveò 14,4 V. Tranzistory T5 a T6 jsou zapojeny jako komparátor, který porovnává napìtí na výstupní svorkovnici P2 nabíjeèe s vnitøním referenèním napìtím. Rozhodovací úroveò komparátoru se nastavuje trimrem R23. Tranzistory T7 a T8 pracují jako spínaè, pøes který se pøivádí napájecí napìtí z katody diody D6 do relaxaèního generátoru. Spínaè je ovládán signálem z výstupu komparátoru (z kolektoru tranzistoru T6) pøes èervenou LED D7. Tato LED indikuje stav spínaèe - když svítí, je T8 vypnutý. Obvod ochrany je napájen z pøipojeného nabíjeného akumulátoru. Pokud je výstup nabíjeèe zkratován nebo je akumulátor pøepólován, není obvod ochrany napájen. Proto je bez napájení i relaxaèní generátor, tyristory TY1 i TY2 nejsou øízeny a výstupem nabíjeèe nemùže téci žádný proud, který by mohl nabíjeè poškodit. Když k nabíjeèi správnì pøípojíme akumulátor s dostateèným svorkovým napìtím, otevøe se tranzistor T8, který pøivede napájecí napìtí na relaxaèní generátor. Ten zaène øídit tyristory a do akumulátoru zaène téci nabíjecí proud. Komparátor s tranzistory T5 a T6 sleduje napìtí na svorkách nabíjeného akumulátoru. Pokud je akumulátor vybitý a jeho svorkové napìtí je nízké, je tranzistor T6 komparátoru sepnutý, výstup komparátoru je ve vysoké úrovni a indikaèní LED D7 je zhasnutá. Když se akumulátor dostateènì nabije, pøekroèí jeho svorkové napìtí rozhodovací úroveò komparátoru a výstup kompará-

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

toru pøejde do nízké úrovnì. Rozsvítí se LED D7, sepne tranzistor T7 a vypne tranzistor T8. Vypnutím T8 se ukonèí èinnost relaxaèního generátoru, pøestanou spínat tyristory a nabíjecí proud se pøeruší. Svit LED D7 indikuje ukonèené nabíjení. Spínaèem SW1 se startuje nabíjení v pøípadì, že nabíjený akumulátor je hluboce vybitý a jeho svorkové napìtí nestaèí k sepnutí tranzistoru T8. V praxi se však ukázalo, že spínaè SW1 není potøebný. Tøetí èást nabíjeèe je tvoøena známou chladicí jednotkou s ventilátorem a regulaèním obvodem, který øídí otáèky ventilátoru v závislosti na teplotì uvnitø skøíòky nabíjeèe. Zapojení tohoto regulaèního obvodu bylo již podrobnì popsáno na str. 8. Použitý ventilátor má rozmìry 80 x 80 mm.

Konstrukce a oživení Nabíjeè je zkonstruován z bìžných vývodových souèástek, které jsou umístìny na desce s jednostrannými ploš-

nými spoji. Obrazec spojù je na obr. 20, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 21. Pøed stavbou je nutné zkontrolovat desku s plošnými spoji, zda nejsou spoje pøerušené nebo zkratované vodivými mùstky. Osazujeme pouze nové nebo zmìøené souèástky. Kondenzátory není nutné nijak zvl᚝ vybírat s ohledem na pøesnou velikost kapacity, rezistory jsou již pøedepsány s tolerancí 1 %. Tlumivka L1 je navinuta na jádru z plechù EI 20 x 25 mm a má 140 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 1,6 mm. V jádøe je nastavena vzduchová mezera 0,5 mm. LED D7 je s malým pøíkonem (2 mA) o prùmìru 5 mm a mùže mít i jinou barvu než èervenou. Tyristory je nutné chladit, použijeme známý chladiè ZH 610 nebo podobný zakoupený v prodejnì GES nebo GM Electronic. Síový transformátor lze použít s libovolným typem jádra, tj. EI, C nebo toroidním. Pøi primárním napìtí 230 V

musí poskytovat sekundární napìtí 16 až 20 V/6 A, takže musí být dimenzován na výkon 100 až 120 VA. Vzhledem k vìtší hmotnosti transformátoru o výkonu až 120 VA je nutné nabíjeè vestavìt do pevné kovové skøíòky. Pro pøipojení sítì musíme použít síovou šòùru Flexo se tøemi vodièi a skøíòku spojit s nulovacím vodièem se žlutozelenou barvou izolace. Pøi peèlivé práci by mìl tyristorový nabíjeè fungovat na první zapojení bez dalšího oživování. Je tøeba pouze seøídit trimry R9, R12 a R23. Pøed zeøizováním trimru R9 pøipojíme k nabíjeèi pøes ampérmetr støednì vybitý akumulátor. Pak spustíme nabíjení, potenciometr R8 natoèíme do krajní polohy smìrem k maximálnímu nabíjecímu proudu a trimrem R9 nastavíme velikost maximálního nabíjecího proudu 6 A. Pak zkontrolujeme, že lze potenciometrem R8 regulovat nabíjecí proud od nuly až do nastavených 6 A. Pøed zeøizováním trimru R23 odpojíme nabíjeè od sítì a k jeho výstupu

Obr. 20. Obrazec plošných spojù tyristorového nabíjeèe olovìných akumulátorù (mìø.: 1 : 1)

Obr. 21. Rozmístìní souèástek na desce tyristorového nabíjeèe olovìných akumulátorù

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

15

pøipojíme místo akumulátoru laboratorní zdroj s regulovatelným napìtím. Nastavíme napìtí zdroje 14,4 V a trimr R23 seøídíme tak, aby se LED D7 právì rozsvítila. Nastavení trimru R12 v regulátoru otáèek ventilátoru již bylo popsáno na stranì 8 (na stranì 8 je ovšem tento trimr oznaèen jako R18). Pøi použití síového transformátoru s vìtším výkonem mùže nabíjeè poskytovat nabíjecí proud až 8 A.

Seznam souèástek R1, R2 R3, R21, R24 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14, R16, R19, R20 R15 R17 R18 R22 R23 R25 C2 C3 C4, C5, C6, C7 L1 D1, D2 D3, D11, D12 D4, D6, D8 D5 D7 D9 D10 G1 T1 T2, T7 T4 T5, T6 T8

180 Ω/1 %/0,5 W, metal. 2,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 3,3 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 Ω/1 %/0,5 W, metal. 1,8 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 5 kΩ/N, potenciometr lineární TP160 10 kΩ, trimr PT6V 150 Ω/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ, termistor 5 kΩ, trimr PT6V 2,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 27 Ω/1 %/0,5 W, metal. 3,9 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 6,8 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 3,9 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 3,3 kΩ, trimr PT6V 3,3 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 47 nF, fóliový (TC352) 100 µF/16 V, radiální 100 nF, keramický 6 mH, tlumivka na jádru EI25 x 32 mm BY550 KA262 (1N4148) 1N4002 BZX85/009.1, Zenerova dioda 9,1 V/1,3 W LED èervená, 5 mm, 2 mA BZX83V003.3, Zenerova dioda 3,3 V/0,5 W KA262 (1N4148) RB151, usmìròovací mùstek 1 A/100 V KC237 KC308 IRFD120 KC308 KC307

TY1, TY2 IO1 F1

TIC116M 7812 F 6 A, pojistky rychlá, 5 x 20 mm, sklenìná ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová ventilátor 12 V/0,1 A, 80 x 80 mm

P1, P2 VE1

Indikátor napìtí olovìného akumulátoru Tento indikátor s deseti diodami LED je jednoduché užiteèné zaøízení, které nám usnadní sledovat pokles napìtí automobilového akumulátoru pøi startování motoru, na základì èehož mùžeme usoudit na pøípadný špatný stav tohoto akumulátoru. Naopak pøíliš velké napìtí v palubní síti automobilu bìhem jízdy zase mùže signalizovat poruchu v obvodu regulátoru nabíjeni akumulátoru.

Popis funkce Schéma indikátoru je na obr. 22. Stejnosmìrné napìtí z palubní sítì automobilu se pøes vstupní svorkovnici P1 pøivádí na oddìlovací diodu D1. Tato dioda chrání indikátor pøed poškozením pøi pøepólování vstupního napìtí. Z katody D1 je vstupní napìtí vedeno na tøísvorkový stabilizátor 7806 (IO1), který poskytuje vnitøní napájecí napìtí +6 V, a dále pøes odporový dìliè napìtí s rezistory R3 a R2 na vstup 5 obvodu LM3914 (IO2). Obvod LM3914, který je srdcem celého indikátoru (voltmetru), byl speciálnì vyvinut pro lineární indikaci velikosti

Konstrukce a oživení Souèástky indikátoru jsou bìžné vývodové a jsou umístìné na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 23, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 24. Pøemìøené nebo nové souèástky osazujeme na peèlivì zkontrolovanou desku s plošnými spoji. Stabilizátor napìtí IO1 a elektrolytický kondenzátor C3 lze na desku položit, aby zabíraly co nejmenší prostor na výšku, ale není to nezbytnì nutné. Po sestaveni indikátoru pøivedeme na jeho svorkovnici P1 vstupní stejnosmìrnì napìtí z regulovatelného laboratorního zdroje. Velikost tohoto napìtí monitorujeme èíslicovým multimetrem. Nastavíme vstupní napìtí 10 V, pøi kte-

Obr. 22. Indikátor napìtí olovìného akumulátoru

Obr. 23. Obrazec plošných spojù indikátoru napìtí olovìného akumulátoru (mìø.: 1 : 1)

16

napìtí pomocí deseti LED, které mohou pracovat v bodovém nebo sloupcovém režimu. O tom, zda indikátor pracuje ve sloupcovém nebo bodovém režimu, rozhoduje to, je-li vývod 9 IO2 pøipojen k vývodu 3 IO2, èi nikoliv. Po propojení vývodù 3 a 9 IO2 je zvolen sloupcový režim, jinak je provoz bodový. Napìtí 6 V bylo zvoleno pro napájení obvodu LM3914 proto, aby nemohla být pøekroèena maximální povolená velikost proudu z jeho výstupních vývodù pøi buzení LED. Aby se zabránilo pøípadnému rozkmitání integrovaných obvodù, je napájecí sbìrnice +6 V zablokována kondenzátory C2 a C3.

Obr. 24. Rozmístìní souèástek na desce indikátoru napìtí olovìného akumulátoru

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

rém se má rozsvítit LED D2 (nejnižší indikované napìtí), a natoèíme bìžec trimru R5 tak, aby se LED D2 právì rozsvítila. Potom nastavíme vstupní napìtí 14,5 V, pøi kterém má svítit poslední LED D11 (nejvyšší indikované napìtí), a natoèíme bìžec trimru R4 tak, aby se LED D11 právì rozsvítila. U takto seøízeného indikátoru se pøi zmìnì vstupního napìtí budou rozsvìcet jednotlivé LED s krokem 0,5 V. Zapojení indikátoru je natolik jednoduché, že by jeho uvedení do provozu nemìlo èinit potíže ani ménì zkušeným amatérùm. Použití indikátoru není samozøejmì omezeno pouze na sledování napìtí automobilového akumulátoru. Stejnì lze indikovat i kolísání síového napìtí nebo jiných velièin (teploty, tlaku, výšky hladiny apod.), jejichž zmìna zpùsobuje nárùst nebo pokles stejnosmìrného napìtí.

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 R5 C1, C2 C3 D1 D2, D3 D4, D5 D6, D7, D8, D9, D10, D11 IO1 IO2 P1 SW1

1,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 3,3 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 12 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ, trimr PT6V 2,2 kΩ, trimr PT6V 100 nF, keramický 100 µF/35 V, radiální 1N4002 LED èervená LED žlutá LED zelená 7806 LM3914 ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová JUMPER

Jednoduchý síový regulátor Protože jsem dost èasto stál pøed problémem, jak øezat, pokud možno kolmo, závity do hliníkových chladièù a neznièit závitníky velkou rychlostí stojanové vrtaèky, bylo nutno tento problém nìjakým zpùsobem vyøešit. Pøíkon motoru stojanové vrtaèky je asi 120 VA, takže volba padla na elektronický regulátor otáèek. Samozøejmì pøi konstrukci bylo uvažováno, že bude využíván i ke snížení intenzity žárovkového osvìtlení v garáži. Regulátorù otáèek komutátorových motorù a osvìtlení již bylo uveøejnìno bezpoèet, a v rùzných provedeních. Tyto regulátory, a již pro stejnosmìrné nebo støídavé napájení, byly vždy vdìèným námìtem pro svou mimoøádnì širokou praktickou využitelnost u všech kutilù a amatérù. Pøi proèítání nejrùznìjší námìtù se mi nejvíce líbil regulátor publikovaný v minulosti v èasopisu KTE, který jsem využil k inspiraci a pøepracoval na své podmínky. Je to již 6 let, co slouží k mé plné spokojenosti.

Popis funkce Stejnì jako u stejnosmìrných motorù, lze otáèky vrtaèky èi jiného síového toèivého stroje s kolektorovým motorem regulovat zmìnou velikosti napájecího napìtí promìnným pøedøadným odporem. Vzhledem k tomu, že motorùm pøíliš nesvìdèí zmenšování napájecího napìtí, a také kvùli tomu, že pøi vyšších výkonech motorù by regulaèní rezistory musely zvládat velkou výkonovou ztrátu (až 50 % spotøebovávané energie), není tento zpùsob øízení otáèek motoru dnes již v praxi používán. Jiným zpùsobem øízení otáèek je bezeztrátové impulsní øízení. Tento zpùsob je výhodnìjší než pøedchozí a dnes se používá témìø výluènì. Pøi napájení motoru støídavým napìtím ze sítì se impulsní øízení otáèek realizuje tzv. fázovou regulací. Pøi fázové regulaci se elektronickým spínaèem pøipojuje napìtí na spotøebiè v každé pùlperiodì s urèitým zpoždìním po prùchodu nulou („usekávají“ se poèáteèní èásti pùlvln), èímž se zmenšuje i efektivní hodnota napìtí, na které závisejí otáèky motoru. Na elektronickém spínaèi pøitom vzniká jen malá ztráta výkonu, která by u ideálního spínaèe byla nulová. Pokud regulujeme dobu zpoždìní od nuly do délky celé pùlperiody, regulujeme tím efektivní napìtí a tím i výkon spotøebièe od 100 % až do nuly. Velikost zpoždìní se obvykle udává fázovým úhlem zpoždìní, který mùže být 0 až 180°. Pro výkon dodávaný do spotøebièe je pak rozhodující tzv. úhel sepnutí elektronického spínaèe, který je úhlovým vyjádøením doby sepnutí spínaèe a mùže se pohybovat v rozmezí od 180 do 0°. V jednoduchých regulátorech se jako elektronický spínaè používají tyristory. Protože tyristor vede proud pouze v jednom smìru, dovoloval by takový regulátor využít nejvýše 50 % výkonu, který je k dispozici. Proto se tyristorový regulátor èasto pøipojuje mezi sí a spotøebiè pøes diodový mùstkový usmìròovaè, což umožòuje využít 100 % výkonu. Tyristor se v každé kladné pùlperiodì napìtí zapíná impulsem z fázovacího obvodu, ve kterém je tento impuls odvozován od síového napìtí. Nejjednodušší fázovací obvod obsahuje pouze nìkolik tranzistorù a fázovací èlánek RC s kondenzátorem a potenciometrem, kterým se ovládá doba zpoždìní od prùchodu síového napìtí nulou do okamžiku sepnutí tyristoru. Na konci

pùlperiody se tyristor vždy sám vypne, když proud odebíraný spotøebièem prochází nulou. Jako elektronický spínaè je též možné použít triak, který vede proud v obou smìrech, jeho øízení je však podstatnì složitìjší. Schéma pøedloženého regulátoru odpovídá pøedchozímu výkladu a je na obr. 25. Jako elektronický spínaè slouží tyristor KT206 (TY1), který je do napájecího obvodu spotøebièe (na schématu je to žárovka Z1) pøipojen pøes usmìròovací mùstek G1. Tyristor je spínan impulsy z fázovacího obvodu tvoøeného tranzistory T1, T2 a fázovacím èlánkem R4, R5 a C1. Aby souèástky nebyly namáhány plným síovým napìtím 230 V, zmenšuje odporový dìliè s rezistory R1 až R3 napìtí na kolektoru T1 na 11 V. Na rezistoru R1 je velký úbytek napìtí, a je proto tøeba, aby byl dimenzován na zatížení 2 W. Pøi pøipojení síového napìtí a žárovky Z1 (o pøíkonu 100 W) na vstupní svorkovnici P1 je kondenzátor C1 vybitý a oba tranzistory T1 i T2 jsou zavøené. Proudem tekoucím pøes žárovku, usmìròovací mùstek, rezistory R1, R4 a potenciometr R5 se C1 zaène nabíjet. Rychlost nabíjení se ovládá potenciometrem R4. Napìtí z kondenzátoru C1 se pøivádí na emitor tranzistoru T2. Na bázi T2 je pøivádìno napìtí z dìlièe R2, R3, které je o polovinu menší než napìtí na fázovacím èlánku R4, R5, C1, což zajišuje dostateèný napìový spád pro fázovací èlánek, resp. bezpeèné zavøení tranzistoru T2 po dobu nabíjení kondenzátoru C1. Když napìtí na C1 (tj. i na emitoru T2) dosáhne velikosti asi o 0,65 V vyšší, než je napìtí na bázi T2, tranzistor T2 se otvírá a svým kolektorovým proudem otevírá i tranzistor T1. Díky tomu zaène do øídicí elektrody tyristoru TY1 téci spouštìcí proud z dìlièe R2, R3. Tyristor sepne a žárovkou zaène protékat proud. Následkem sepnutí tyristoru zanikne okamžitì napìtí na rezistoru R1, kondenzátor C1 se vybije, oba tranzistory se uzavøou a spouštìcí impuls odezní. Tyristor však vede dále, až okamžitá velikost sinusového proudu tekoucího žárovkou poklesne pod pøidržovací úroveò potøebnou pro udržování tyristoru v sepnutém stavu. Pak tyristor vypne. Po vypnutí tyristoru se znovu obnoví výchozí stav a celý pochod se cyklicky opakuje. Tyristor se otevírá v obou pùl-

Obr. 25. Jednoduchý síový regulátor

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

17

Regulátor umožòuje regulovat jas žárovek nebo rychlosti otáèení motorù v rozsahu asi 3 až 95 %. Pøitom na dolní úrovni výkonu (nejpomalejší otáèky, nejnižší svit) nelze zajistit korektní èinnost spotøebièe vzhledem k neúmìrnì malému napìtí. Pøestože souèástky regulátoru i diodový mùstek jsou urèeny pro spínání zatìžovacího proudu do 3 A (tj. výkonu až 690 W pøi síovém napìtí 230 V), nedoporuèuji využívat zaøízení pro výkony vìtší než asi 500 W, aby se diodový mùstek nepøetìžoval. Aby regulátor nevnášel do rozvodné sítì rušivé signály, je velice vhodné ho doplnit síovým odrušovacím filtrem pøipojeným k síti pøed regulátorem, nebo alespoò sériovým èlánkem RC (100 Ω/2 W, 100 nF/275 VAC) pøipojeným paralelnì ke svorkám regulátoru. Regulátor i pøes svá omezení vyhovuje mému zadání a potøebám a funguje bez problémù.

Obr. 26. Obrazec plošných spojù jednoduchého síového regulátoru (mìø.: 1 : 1)

Seznam souèástek Obr. 27. Rozmístìní souèástek na desce jednoduchého síového regulátoru vlnách napájecího napìtí, takže je možné dosáhnout až 95 % maximálního výkonu. Kdyby nebyl použit usmìròovací mùstek, tyristor by se otvíral jen v kladných pùlvlnách, èímž by byl nejvyšší výkon omezen na asi 45 %. Rezistor R4 urèuje minimální dobu nabíjení C1 a tedy i minimální zpoždìní otevøení tyristoru. Jak je ze zapojení patrné, lze regulátor lehce upravit pro potøebu regulace výkonu spotøebièù napájených síovým napìtím menším než 230 V zmìnou odporu rezistoru R1, èi jeho pøípadným úplným vypuštìním. Pak lze regulátor používat tøeba pro øízení otáèek motorù napájených napìtím 24 V ze síového transformátoru. Je však bezpodmíneènì nutné zajistit, aby napìtí na tranzistorech nepøekroèilo velikost 30 V.

Konstrukce a oživení Souèástky síového regulátoru jsou umístìny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 26, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 27. Ke stavbì použijeme jen provìøené souèástky a plošné spoje na desce dùkladnì zkontrolujeme. K tyristoru TY1 doporuèuji pøišroubovat malý doplòkový chladiè. Pracujeme se síovým napìtí, a proto je tøeba dbát zvýšené opatrnosti! Po osazení desky a následné peèlivé kontrole a pøípadném omytí a osušení desky od pøebyteèné kalafuny lze obvod pøipojit k síti a spotøebièi a ovìøit jeho èinnost. Jas žárovky èi rychlost otáèení motoru se bude mìnit v závislosti na úhlu otoèení potenciometru R5.

18

R1 R2, R3 R4 R5 C1 G1 T1 T2 TY1 Z1 P1

220 kΩ, 2 W, metal. 4,7 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 33 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 500 kΩ/N, potenciometr lineární (TP 160A) 33 nF, TC351 B250/800V KC237 KC307 KT206, 600 až 800 V žárovka 230 V/50 Hz, 100 W ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Ofukovací jednotka 1 K ofukování a tím i k ochlazování výkonových regulaèních souèástek jsem ve všech konstrukcích uvádìných ve svých pøíspìvcích „Užiteèná zapojení z dlouholeté praxe” v èasopise KE používal dva typy ofukovacích jednotek. Tyto jednotky jsou velice spolehlivé, jednoduché a cenovì dostupné, a dlouhodobým provozem jsou dokonale provìøené. Pøi proèítání nejrùznìjších zahranièních internetových fór jsem však objevil další jednoduchý proporcionální regulátor pro motor ventilátoru, který je rovnìž cenovì výhodný, a lze jej postavit ze „šuplíkových“ zásob.

Regulace otáèek na nezbytnì nutné minimum podle skuteèné teploty uvnitø skøíòky pøístroje nebo na povrchu chladièe, která kolísá podle zatížení regulaèní souèástky, je nejjednodušší možnost, jak snížit hladinu hluku zpùsobenou otáèením lopatek ventilátoru.

Popis funkce Schéma regulátoru, který øídí otáèky ventilátoru v závislosti na teplotì, je na obr. 28. Tento regulátor doporuèuji všem k vyzkoušení. Oproti pøedcházejícím konstrukcím má výhodu, že pásmo regulace je nastaveno pevnými stabilními rezistory a je optimalizováno pro jeden typ ventilátoru. Pro nìkoho by to samozøejmì mohlo být na pøekážku, ale na konci této kapitoly si uvedeme jednoduchý postup, jak regulátor pøizpùsobit jinému ventilátoru. Tranzistory T2 a T3 pracují jako rozdílový zesilovaè. Báze tranzistoru T2 má pevné pøedpìtí nastavené dìlièem s rezistory R3 a R4. Podobnì báze tranzistoru T3 dostává pøedpìtí z dìlièe R6, R7. Souèástka R6 je však odporové èidlo teploty typu KTY81-221 (s odporem 2 kΩ pøi teplotì 25 °C a teplotním koeficientem +0,79 %/K), takže pøedpìtí báze tranzistoru T3 závisí na teplotì prostøedí, ve kterém je èidlo R6 umístìno. Pøi zvyšování teploty èidla se jeho odpor zvìtšuje, takže napìtí na bázi tranzistoru T3 klesá. Naopak pøi poklesu teploty èidla R6 se jeho odpor zmenšuje, takže napìtí na bázi tranzistoru T3 stoupá. Èidlo R6 je umístìno tak, aby snímalo teplotu uvnitø skøíòky pøístroje nebo na povrchu chladièe. Emitory tranzistorù T2 a T3 jsou pøipojeny na zem pøes spoleèný rezistor R5. Vìtší proud protéká vždy tím z tranzistorù T2 nebo T3, jehož báze má vyšší pøedpìtí. Báze tranzistoru T3 je blokována proti zemi elektrolytickým kondenzátorem C1. Dostateèná kapacita tohoto kondenzátoru zabraòuje náhlým zmìnám napìtí na bázi T3, které by mohly vznikat pøi náhodném rychlém kolísání mìøené teploty. Kondenzátor C1 též udržuje po urèitou dobu tranzistor T3 uzavøený, takže motor ventilátoru dostává pro spolehlivý rozbìh témìø plné napájecí napìtí. Napìtím z kolektoru tranzistoru T2 je ovládána báze výkonového tranzistoru T1, který øídí proud tekoucí do moto-

Obr. 28. Ofukovací jednotka 1

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

a ještì netrhavé otáèky ventilátoru. Pak zmìøíme odpor trimru a na desku zapájíme pevný rezistor s nejbližším odporem z øady E24. Dalším krokem je nastavení maximálních otáèek ventilátoru. Na místo rezistoru R5 pøipojíme opìt trimr o odporu 6,8 (až 15) kΩ, senzor R6 zahøejeme (pájeèkou, vysoušeèem vlasù apod.) a trimrem nastavíme otáèky motoru ventilátoru tìsnì pod maximum. Opìt zmìøíme odpor trimru a na desku zapájíme pevný rezistor s nejbližším odporem z øady E24. Pro jistotu mùžeme znovu zkontrolovat nejnižší i nejvyšší otáèky motoru ventilátoru. Jednotka prokázala spolehlivou funkci ve všech pøípadech, kdy byla použita.

Obr. 29. Obrazec plošných spojù ofukovací jednotky 1 (mìø.: 1 : 1)

Seznam souèástek Obr. 30. Rozmístìní souèástek na desce ofukovací jednotky 1 ru ventilátoru. Zvyšuje-li se sledovaná teplota, klesá napìtí na bázi tranzistoru T3, tranzistor T2 se otevírá a klesá napìtí na bázi T1. Následkem toho se tranzistor T1 otevírá (je vodivosti PNP), zvìtšuje se proud tekoucí do motoru ventilátoru a otáèky lopatek rostou. Ztrátový výkon tranzistoru T1 je natolik malý, že nepotøebuje chladiè. Rezistory R1 a R2 vytváøejí pevné napìtí pro bázi tranzistoru T1, takže na ventilátoru je trvale napìtí 7 V a jeho motor se otáèí minimálními otáèkami, i když je v dùsledku nízké teploty tranzistor T2 uzavøen. Ventilátor VE1 se pøipojuje na svorkovnici P1 ofukovací jednotky spoleènì s napájecím napìtím o jmenovité velikosti 12 V. Kladný pól ventilátoru se pøipojuje na vývod 2 P1, záporný pól na 1 P1. Kladný pól napájení se pøipojuje na vývod 3 P1, zem napájení na 1 P1. Rušivá napìtí na napájecí sbìrnici filtruje kondenzátor C2.

Konstrukce a oživení Souèástky ofukovací jednotky jsou umístìny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 29, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 30. Pro stavbu použijeme nové nebo pøemìøené souèástky a pøed pájením desku s plošnými spoji peèlivì zkontrolujeme. Jednotka nemá žádné seøizovací prvky, takže pøi peèlivém osazení a zapájení souèástek pracuje na první zapojení. Pokud chceme v této ofukovací jednotce použít jiný ventilátor, než je pøedepsaný, musíme zmìnit hodnoty nìkolika souèástek. Prvním krokem je nastavení nejnižších otáèek použitého ventilátoru pøi pokojové teplotì. Místo rezistoru R1 zapojíme trimr o odporu 6,8 (10) kΩ a pøi pokojové teplotì nastavíme nejnižší

R1, R5 R2 R3 R4 R6 R7 C1 C2 T1 T2, T3 P1 VE1

3,3 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 39 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. KTY81-221 (KTY10-6) 8,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 µF/16 V, radiální 47 µF/16 V, radiální BD140 (BD136, BD138) KC237 ARK500/3, šroubovací svorkovnice tøípólová ventilátor FAN1205PFS2, 50 x 50 x 12 mm/12 V/1 VA

Ofukovací jednotka 2 Pokud by nìkterému konstruktérovi nevyhovovala pøedcházející ofukovací jednotka 1 kvùli tomu, že se její ventilátor neustále otáèí, i když minimálními otáèkami, upravil jsem jedno zahranièní schéma, které pøedkládám k možnému vyzkoušení a pøípadnému používání v praxi.

Popis funkce Schéma zapojení druhé ofukovací jednotky je na obr. 31. Základem regulátoru otáèek ventilátoru (v závislosti na teplotì) je operaèní zesilovaè (OZ) s malým pøíkonem typu LM358 (IO1), který pracuje jako komparátor bez hystereze. Jako èidlo teploty je tentokrát použita bìžná køemíková dioda 1N4002 (D1),

na které je pøi proudu v propustém smìru 10 mA úbytek napìtí asi 0,6 V s teplotním koeficientem asi -2 mV/K. Ke snímání teploty mùžeme použít køemíkové diody i jiného typu, než je uveden, napø. diody TESLA øady KY130 nebo tranzistory KC237 apod., u kterých využijeme emitor jako katodu diody a bázi spojenou s kolektorem jako anodu diody. Na neinvertující vstup OZ IO1 se pøivádí referenèní napìtí, které je stabilizováno Zenerovou diodou D2 se Zenerovým napìtím 3,3 V a pøesnì nastaveno trimrem R3. Proud Zenerovou diodou D2 je urèován rezistorem R4. OZ IO1 porovnává referenèní napìtí s teplotnì závislým napìtím z diody D1 snímající teplotu, které je pøivádìno na invertující vstup OZ. Potøebný pracovní proud diody D1 (asi 10 mA) se zavádí rezistorem R2. Výstup OZ IO1 je pøipojen pøes rezistor R1 na bázi výkonového regulaèního tranzistoru T1, který má ve svém emitoru zapojen motor ventilátoru VE1. Protože zesílení OZ IO1 je velmi velké a není zmenšováno zápornou zpìtnou vazbou, pracuje regulátor jako dvoustavový - ventilátor buï stojí, nebo má plné otáèky. Mezní teplota, pøi které se ventilátor rozbíhá nebo zastavuje, závisí na velikosti referenèního napìtí a nastavuje se trimrem R3. Pokud má D1 teplotu nižší než mezní, je na invertujícím vstupu OZ vyšší napìtí než na neinvertujícím vstupu, výstup OZ je v záporné saturaci, na emitoru T2 je nulové napìtí a ventilátor stojí. Když teplota D1 pøevýší mezní teplotu, poklesne napìtí na invertujícím vstupu OZ pod úroveò napìtí na neinvertujícím vstupu, výstup OZ pøejde do kladné saturace, na emitoru T2 se zvìtší napìtí na asi +10 V a ventilátor se roztoèí témìø naplno. Pøi poklesu teploty D1 pod mezní teplotu se ventilátor zase zastaví. Výstup OZ pøechází ze záporné do kladné saturace a naopak pøi velmi malé zmìnì teploty, takže i když nemá komparátor hysterezi, jeví se pøechod jako skokový. Díky velké setrvaènosti zmìn teploty nemùže regulaèní soustava rychle kmitat. Regulátor je napájen ss napìtím 12 V z externího zdroje, které se pøivádí na svorkovnici P1 mezi vývody 1 (zem) a 3 (+). Na tutéž svorkovnici se pøipojuje i ventilátor - mezi vývody 1 (zem) a 2 (+).

Obr. 31. Ofukovací jednotka 2

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

19

Mezi nejdùležitìjší parametry zapalovacího impulsu patøí strmost nárùstu vysokého napìtí, maximální velikost vysokého napìtí naprázdno a doba hoøení elektrického oblouku. Strmost nárùstu vysokého napìtí má vliv na rychlost zionizování prostøedí, a tak ovlivòuje okamžik zapálení oblouku v zapalovací svíèce. Proto je velice dùležité, aby byl nárùst vysokého napìtí co nejrychlejší. Potøebná velikost napìového impulsu, který zpùsobí zapálení oblouku, je pøedevším závislá na kompresním tlaku ve válci motoru, na vzdálenosti elektrod zapalovací svíèky a na režimu práce motoru. Pøi nezatíženém motoru postaèuje impuls 5 až 10 kV. Pro bezpeèné zapálení smìsi v každém pracovním režimu motoru a za všech okolností je požadován impuls o napìtí vìtším než 20 kV. Zapalovací soustavy, používané v motorových vozidlech, lze rozdìlit pøibližnì takto:

Obr. 32. Obrazec plošných spojù ofukovací jednotky 2 (mìø.: 1 : 1)

Obr. 33. Rozmístìní souèástek na desce ofukovací jednotky 2

Konstrukce a oživení

• bìžná zapalovací soustava,

Souèástky ofukovací jednotky jsou umístìny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 32, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 33. Pokud použijeme dobré souèástky, bezvadnou desku s plošnými spoji a budeme peèlivì pracovat, bude jednotka fungovat na první zapojení. Seøizuje se pouze trimr R3. Diodu D1 zahøejeme na zvolenou mezní teplotu (napø. v olejové lázni, jejíž teplotu mìøíme laboratorním teplomìrem) a trimr R3 nastavíme tak, aby se ventilátor právì roztoèil.

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 C1 D1 D2 T1 IO1 P1 VE1

4,7 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 50 kΩ, trimr PT6V 8,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 nF, keramický 1N4002 (KY130/80) BZX83V003.3, Zenerova dioda 3,3 V/0,5 W BD137 (BD135, BD139) LM358N ARK500/3, šroubovací svorkovnice tøípólová ventilátor FAN1205PFS2, 50 x 50 x 12 mm/12 V/1 VA

• tranzistorová zapalovací soustava, • tyristorová zapalovací soustava, • tranzistorová zapalovací soustava s omezením proudu, • kombinovaná zapalovací soustava. V roce 1977 se zaèaly v amatérských èasopisech objevovat první konstrukce elektronických zapalování. Nejvíce bylo zastoupeno tyristorové zapalování, postupem èasu s pøíchodem vysokonapìových výkonových tranzistorù se zaèaly objevovat i tranzistorové zapalovací soustavy. Mohu øíci, že jako správný amatér jsem i já na své Škodì 120L vyzkoušel nejrùznìjší typy zapalovacích soustav. Nejvíce se mi osvìdèilo tranzistorové zapalování s omezením proudu osazené na výkonovém koncovém stupni tranzistorem KU608 v Darlingtonovì zapojení. Následnì bylo inovováno na tu dobu výborným spínacím tranzistorem SU169, který se vyrábìl v bývalé NDR. Inspirací bylo zapalování publikované v Amatérském rádiu v 80. letech. Pozdìji jsem nahradil tranzistor SU169 ještì lepším tranzistorem BU931T, a mnoho takovýchto zapalování vmontovaných do hliníkových krabièek pro

odrušovací filtry øady WN 852 02 sloužilo všem vlastníkùm škodovek a žigulíkù k plné spokojenosti minimálnì 10 let. Princip tranzistorové zapalovací soustavy s omezením proudu spoèívá v tom, že v napájecím obvodu zapalovací cívky je doplnìn proudový stabilizátor. Ten zajišuje nezávislost poskytované energie jak na napájecím napìtí, tak i na rychlosti otáèení motoru. Oproti tyristorovému zapalování je tato soustava jednodušší, poskytuje delší dobu hoøení jiskry i velký a strmý zapalovací impuls. Pokud se použije zapalovací cívka, která mìla na svém tìlese upevnìn pøedøadný rezistor, tak není nutné provádìt úpravu bìžné cívky, i když taková úprava není vùbec složitá. V prvních konstrukcích obvodu zapalování jsem také pøevíjel cívku z Tatry 603.

Popis funkce Schéma tranzistorového zapalování je na obr. 34. V podstatì se jedná o tranzistorový spínaè, který spíná proud do primárního vinutí zapalovací cívky. Spínaè je ovládán mechanickým pøerušovaèem rozdìlovaèe. Napìové impulsy vznikající vypínáním a spínáním mechanického kontaktu rozdìlovaèe jsou ze svorkovnice P2 vedeny pøes kondenzátor C1, rezistor R2 a usmìròovací diodu D1 a spínají tranzistor T1. Rezistory R1, R2 a R3 spoleènì s kondenzátorem C1 zpùsobují, že proud zapalovací cívkou zanikne, i když kontakt pøerušovaèe zùstane trvale sepnutý. Pracovní bod tranzistoru T1 je nastaven rezistorem R3. Na kolektor tranzistoru T1 je stejnosmìrnì navázána báze tranzistoru T3 zapojeného se spoleèným kolektorem, který proudovì zesiluje pøivedené napìové ipulsy a následnì pøes svùj emitor spíná výkonový tranzistor T4. K ochranì tranzistoru T4 a kvùli dosažení sytìjší jiskry je paralelnì k pøechodu kolektor-emitor tranzistoru T4 zapojen do série se zapalovací cívkou kvalitní svitkový kondensátor C2, který musí být dimenzován na ss napìtí alespoò 630 V. Kapacita 33 nF kondenzátoru C2 byla stanovena jako optimální po nìkolika pokusech na sestrojených vzorcích. Pøechod báze-emitor tranzistoru T4 je chránìn diodou D2.

Elektronické tranzistorové zapalování Nìkolik ètenáøù se na mnì již v minulosti obrátilo s dotazem, zda bych neuveøejnil i nìjaké elektronické zapalování pro stále jezdící vozy Škoda 105 a 120. Pùvodnì jsem chtìl takovou konstrukci, od roku 1979 v praxi ovìøenou, uveøejnit, ale pak samozøejmì na ni nevyšel èas. Vše se nakonec povedlo až nyní.

20

Obr. 34. Elektronické tranzistorové zapalování

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 35. Obrazec plošných spojù indikátoru napìtí elektronického tranzistorového zapalování (mìø.: 1 : 1) V okamžiku rozpojení pøerušovaèe se všechny tranzistory uzavøou a v zapalovací cívce se indukuje impuls vysokého napìtí. Vzniknou tlumené kmity, jejichž prùbìh pøíznivì upravuje kondenzátor C2. Transistor T2 spoleènì s rezistory R7 a R8 omezuje a stabilizuje proud IO v zapalovací cívce na konstantní velikost. Zvìtšování proudu IO tekoucího primárním vinutím cívky a rezistorem R8 zpùsobuje otevírání tranzistoru T2, a tím zavírání tranzistoru T3 a T4. Touto regulací je dosaženo, že pøi zmìnách napájecího napìtí v rozsahu ± 50 % se proud IO mìní v rozsahu jen ±8 %, což plnì vyhovuje. Odpor rezistoru R8 navrhneme podle požadované velikosti omezovaného proudu I O pomocí vzorce: R8 = 0,7/IO , pøièemž IO nevolíme vìtší než 6 A. Navržený odpor 0,12 Ω rezistoru R8 je zcela vyhovující. Tranzistor T4 musí mít proudový zesilovací èinitel alespoò 18. U pøedepsaných transistorù nebyl ani u jediného zakoupeného kusu s tímto zesilovacím èinitelem nejmenší problém. Tranzistor T4 musí být dùkladnì chlazen, protože pøi nízkých otáèkách je jeho ztrátový výkon až 20 W. Se stoupajícími otáèkami ztrátový výkon tranzistoru T4 postupnì klesá, pøi 3 000 ot/min. je již jen 9 W. Tranzistor T4 doporuèuji od chladièe elektricky izolovat pomocí slídové podložky potøené silikonovou vazelínou.

Konstrukce a oživení Stavba tohoto tranzistorového zapalování je velice jednoduchá a bezproblémová. Všechny souèástky jsou vývodové a jsou pøipájené na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 35, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 36. Pøed pájením souèástek zkontrolujeme proti svìtlu, zda plošné spoje nejsou pøerušené nebo zkratované. Tranzistor T3 je opatøen vìjíøovým chladièem a výkonový tranzistor T4 je pøipevnìn na chladiè CH17/70. Oba chladièe jsou bìžnì dostupné v síti prodejen souèástek pro elektroniku.

Obr. 36. Rozmístìní souèástek na desce elektronického tranzistorového zapalování

Zisk regulaèní smyèky proudu lze upravit zmìnou odporu rezistoru R7, a to pøedevším pøi kmitání soustavy. V praxi se však podobný nedostatek neprojevil. Náhradní mìøení v amatérských podmínkách provedené na jednoduchém jiskøišti se dvìma hroty a pomocí polarizovaného relé prokázala, že tranzistorová zapalovací soustava poskytovala delší a plnìjší (sytìjší) jiskru než klasická zapalovací souprava s mechanickým pøerušovaèem. Dá se právem usuzovat, že i energie jiskry generované tranzistorovým zapalováním je podstatnì vìtší než u klasické zapalovací soustavy. Zapalování fungovalo i pøi provozním napìtí 6 V. Zapalovací cívka byla použitá s pøedøadným rezistorem v keramickém tìlísku, která se klasicky montovala na poslední typy automobilù Škoda øady 105 a 120. Tento rezistor byl odpojen a cívka byla použitá v zapalování bez nìj a dalších mechanických úprav. Posoudit zvìtšení výkonu motoru nebo snížení spotøeby benzínu pøi provozu vozidla je v amatérských podmínkách bez objektivního mìøení témìø

nemožné. Podstatné však je, že se prokazatelnì, a to pøedevším v zimním období, zlepšilo startování vozidla, a že chod motoru je klidnìjší. V dlouhodobém provozu se tranzistorové zapalování ukázalo jako stabilní a spolehlivé a v prùbìhu let se v nìm nevyskytla jediná závada, která by zpùsobila zastavení vozidla.

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 C1 C2 D1 D2 T1, T2 T3 T4 P1, P2

150 Ω/1 %/0,5 W, metal. 6,8 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 39 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 560 Ω/1 W, metal. 22 Ω/2 W, drátový 56 Ω/1 %/0,5 W, metal. 22 Ω/1 %/0,5 W, metal. 0,12 Ω/5 W, drátový 47 µF/16 V, radiální 33 nF/630 VAC, svitkový BAT42 (1N4148) 1N4002 KC239 KF507 BU931T (SU169) ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Nízkofrekvenèní technika Jednoduchý hi-fi zesilovaè 2x 40 W Že lze postavit velice kvalitní zesilovaè s minimem souèástek si ukážeme na této konstrukci. Zesilovaè je zapojen na desce s dvoustrannými plošnými spoji, protože deska s jednostrannými spoji by vyžadovala pøíliš mnoho propojek, a to pøedevším u pøedzesilovaèe. Dvoustranné spoje též zajišují lepší stabilitu zapojení, vedou ke zmenšení zákmitù v nadakustických pásmech a pøispívají k potlaèení pøeslechù mezi kanály. Jsem si však vìdom toho, že si tento zesilovaè vyzkouší podstatnì ménì konstruktérù, protože výroba desky s dvoustrannými spoji je dražší a složitìjší.

Popis funkce Schéma zesilovaèe je na obr. 37. Pro zjednodušení si popíšeme pouze levý kanál. V pravém kanálu jsou souèástky stejné, pouze mají èísla o stovku vìtší. Vstupní stereofonní nízkofrekvenèní signály jsou pøivádìny ze ètyø nezávislých zdrojù pøes vstupní konektory (DIN nebo CINCH apod.) na vstupní svorkovnici U2. Zesilovaè má vstupní citlivost 100 mV, takže na vstupní konektory musíme pøípadnì umístit odporové dìlièe napìtí, kterými snížíme úroveò silnìjších vstupních signálù. Ze svorkovnice U2 postupují nf signály na jednotlivé vstupy analogového multiplexeru 4052 (IO2). Multiplexer je nutné napájet symetrickým napìtím, které je dobøe stabilizováno a filtrováno.

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

21

Obr. 37. Jednoduchý hi-fi zesilovaè 2x 40 W

22

Jen tak se zachová dobrý odstup nf signálu od šumu a rušivých složek. Multiplexer IO2 je ovládán binárními signály, které se pøivádìjí na jeho øídicí vstupy 9 a 10 IO2 z ovládacího obvodu. Základem ovládacího obvodu je ètyøstupòový Johnsonùv èítaè 4022 (IO1), který má vždy jen jeden z výstupù ve vysoké úrovni H, zatímco ostaní výstupy jsou v nízké úrovni L. Taktovacími impulsy generovanými tlaèítkem SW1 a pøivádìnými na taktovací vstup 14 IO1 se èítaè krokuje, díky èemuž se úroveò H postupnì vystøídá na všech výstupech èítaèe. Zákmity taktovacích impulsù odstraòuje kondenzátor C1. Protože je tøeba ovládat jen ètyøi stavy multiplexeru IO2, je poèet stavù èítaèe zredukován také jen na ètyøi, a to propojením výstupu Q4 (11 IO1) s nulovacím vstupem R (15 IO1). Stav èítaèe indikují LED D7 až D10. Signály z výstupù èítaèe IO1 jsou na øídicí vstupy multiplexeru IO2 pøivádìny pøes enkodér z diod D3 až D6, který mìní jejich kód jedna ze ètyø na binární. Dìlièe napìtí s rezistory R3 až R6 zmenšují rozkmit øídicích signálù na polovinu, protože èítaè IO1 je napájen napìtím +12 V, zatímco multiplexer IO2 napìtím jen +6 V. Použitý zpùsob ovládání multiplexeru IO2 zajišuje, že pøi zapnutí zesilovaèe je vždy zvolen urèitý prioritní zdroj nf signálu. Stiskáváním tlaèítka SW1 pak lze volit v daném poøadí „stále dokola“ další zdroje nf signálu. Z IO2 je nf signál veden na oddìlovací zesilovaè s jednotkovým zesílením. V tomto zesilovaèi je využit operaèní zesilovaè (OZ) IO3 typu LF353. Rezistory R8 a R11 zavádìjí na vstupy OZ potenciál zemì a definují vstupní odpor zesilovaèe. Oddìlovací zesilovaè má velký vstupní a malý výstupní odpor, jak to vyžaduje pro svoji správnou funkci následující korekèní zesilovaè. Korekèní zesilovaè obsahuje zpìtnovazební korektor hloubek (s lineárním potenciometrem P1) a výšek (s lineárním potenciometrem P7). Pøi støedním nastavení potenciometrù je kmitoètová charakteristika plochá, v krajních polohách je zdvih korekcí pøibližnì +14 nebo -14 dB. Stabilitu korektoru zlepšuje kondenzátor C8 zapojený v obvodu zpìtné vazby OZ IO4. Z korekèního zesilovaèe je nf signal veden do regulátoru hlasitosti s logaritmickým potenciometrem P8 a dále do regulátoru stereofonního vyvážení s lineárním potenciometrem P9. Potenciometr P9 je zapojen tak, že pøi otáèení doprava se zesiluje signál v pravém kanálu a zeslabuje signál v levém kanálu. Pøi otáèení doleva je tomu naopak. Z bìžce potenciometru P9 je nízkofrekvenèní signál veden na neinvertující vstup (vývod 1) monolitického výkonového zesilovaèe IO5 typu TDA2051. Zesílení výkonového zesilovaèe je urèováno zpìtnovazebném dìlièem s rezistory R23, R24 a je asi 40. Citlivost zesilovaèe lze snadno zvýšit zvìt-

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

šením odporu rezistoru R24. Pokud by zesilovaè zakmitával, pøipojíme paralelnì k R24 keramický kondenzátor o kapacitì 33 až 47 pF. Kdybychom chtìli citlivost zesilovaèe snížit, zmenšíme odpor rezistoru R23. Ve zpìtnovazebním dìlièi je zapojen oddìlovací kondenzátor C15, který zajišuje, že stejnosmìrné zesílení výkonového zesilovaèe je jednotkové. Díky tomu se na výstupu zesilovaèe mùže vyskytovat jen malé ss napìtí (øádu mV) vyvolané vstupní napìovou nesymetrií zesilovaèe. Aby výkonový zesilovaè nekmital, jsou napájecí vývody IO5 dùkladnì zablokovány kondenzátory C10, C11, C13 a C14 a na výstupu IO5 je zapojen obvyklý Boucherottùv èlánek se souèástkami R25, C12. Výstup zesilovaèe je vyveden na svorkovnici RE1. Pro uvedený výkon 30 W musí mít pøipojený reproduktor jmenovitou impedanci 4 Ω. Pro snížení poøizovacích nákladù a zjednodušení celkového zapojení zesilovaèe nejsou jeho souèástí žádné aktivní ochranné obvody, které by chránily pøipojené reproduktorové soustavy pøed „spálením“ v pøípadì, když se pøi poškození výkonového IO objeví na jeho výstupu „tvrdé“ ss napájecí napìtí. Celý zesilovaè je napájen symetricky ze síového transformátoru, jehož sekundární vinutí 2x 16 až 18 V/6 A je pøipojeno na napájecí svorkovnici P2. Støídavé napìtí ze svorkovnice P2 je usmìròováno diodami D11 až D14 a vyhlazováno kondenzátory C18 a C19. Usmìròovaè je odrušen kondenzátorem C20. Na vyhlazovacích kondenzátorech C18 a C19 je ss napìtí ±20 až ±25 V, kterým se napájejí výkonové stupnì zesilovaèe. Pro korekèní zesilovaè je napìtí z vyhlazovacích kondenzátorù zmenšováno stabilizátory 78L12 (IO6) a 79L12 (IO7) na ±12 V. Pro napájení multiplexeru IO2 je napìtí ±12 V ještì dále zmenšováno na pøibližnì ±6 V stabilizátory se Zenerovými diodami D1, D2. Všechna napájecí napìtí jsou dùkladnì blokována øadou elektrolytických a keramických kondenzátorù (C2, C3, C16, C17,C10, C11, C13, C14 atd.)

Konstrukce a oživení Zesilovaè je zkonstruován z bìžných vývodových souèástek na desce s oboustrannými plošnými spoji. Obrazec spojù na stranì spojù (pájení) je na obr. 38, obrazec spojù na stranì souèástek je na obr. 39, rozmístìní souèástek na desce na stranì souèástek je na obr. 40. Konstrukce nemá žádné záludnosti, jen je nutné dodržet zásady pøi práci s integrovanými obvody CMOS, promìøit pasivní souèástky a provést nezbytnì nutnou kontrolu desky s plošnými spoji, zda spoje nejsou pøerušené nebo zkratované mìdìnými mùstky.

Obr. 38. Obrazec plošných spojù na stranì spojù (pájení) jednoduchého hi-fi zesilovaèe 2x 40 W (mìø.: 1 : 1) Výkonové obvody IO5 a IO105 musejí být umístìny na dostateènì dimenzovaném a povrchovì upraveném chladièi. Od chladièe musejí být izolovány slídovou podložkou, kterou pro lepší pøestup tepla potøeme tepelnì vodivou pastou (silikonovou vazelínou). Od výkonových obvodù musejí být izolovány i upevòovací šroubky.

Reprodukovatelnost zesilovaèe je 100 %. Pøi peèlivém osazení bezchybných souèástek bude zesilovaè pracovat na první zapojení. Pøi oživování je nutné jen pro poøádek zkontrolovat stejnosmìrná napìtí na stabilizátorech kladného a záporného napìtí (+12 a -12 V) a na Zenerových diodách D1 a D2 (+6 a -6 V).

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

23

Tandemové potenciometry jsou vybírány na soubìh 3 dB. Lze však použít i bìžné nepromìøované potenciometry. Svitkové kondenzátory C21 a C22 jsou vybírány v toleranci 5 %. Desku zesilovaèe s chladièem i síový transformátor vestavíme do vìtší kovové skøíòky s vìtracími otvory. Síový transformátor doporuèuji chránit dvìma pojistkami 3 A, které zapojíme do pøívodù 1 a 3 od sekundárního vinutí ke svorkovnici P2. Pro pøívod sítì se musí použít tøížilová síová šòùra, jejíž ochranný vodiè PE (zelenožlutý) spojime se skøíòkou. Technické detaily rozmístìní jednotlivých èástí zesilovaèe ve skøíòce ponechávám na uvážení konstruktérovi. U funkèní vzorku zesilovaèe byly namìøeny následující parametry: • zkreslení nf signálu v pásmu 20 Hz až 30 kHz je max. 0,2 %, • odstup signál/šum na 1 kHz je 90 dB, • pøebuditelnost vstupù je 16 dB, • rozsah regulace hloubek je ±14 dB na kmitoètu 63 Hz, • rozsah regulace výšek je ±14 dB na kmitoètu 12,5 kHz, • sinusový výkon v každém kanálu je 42 W do zátìže 4 Ω na kmitoètu 1 kHz pøi harmonickém zkreslení 1 % a napájecím napìtí ±25 V, • výkonová kmitoètová charakteristika je 20 Hz až 30 kHz/-1dB, • maximální sinusový výkon pøi harmonickém zkreslení 10 % je 58 W, • ss napìtí na výstupní svorkovnici RE1 pro reproduktor bylo namìøeno do 2 mV pøi všech výkonech. Dosažené výsledky potvrzují právem uvádìný celkový sinusový výkon až 60 W pøi harmonickém zkreslení signálu (THD) 10 %. K tomuto zesilovaèi lze velice dobøe pøipojit indikátor vybuzení s IO LM3915 (viz KE 6/2006). Nastavení indikátoru pro indikaci maximálního sinusového výkonu 50 W je otázkou nìkolika minut a zvládne ho opravdu každý zruèný amatér. K zesilovaèi lze místo reproduktorových soustav o jmenovité impedanci 4 Ω pøipojit i reproduktorové soustavy o jmenovité impedanci 8 Ω, dosažitelný výkon však bude pøimìøenì menší.

Seznam souèástek

Obr. 39. Obrazec plošných spojù na stranì souèástek jednoduchého hi-fi zesilovaèe 2x 40 W (mìø.: 1 : 1) Pøedzesilovaè i korekèní zesilovaè jsou díky svému zapojení natolik silnì symetrizovány, že pøi bìžném provozu byla na výstupech OZ IO3 a IO4 namìøená stejnosmìrná napìtí o maximální velikosti 5 mV. Doporuèuji obvody CMOS IO1 a IO2 nepájet pøímo na desku, ale osadit je do objímek.

24

Operaèní zesilovaèe IO3 a IO4 lze nahradit i jinými typy, jako napø. LM833, NE5532, TL072 apod. Doporuèuji však dodržet pøedepsaný typ LF353, který tvoøí s obvody CMOS ideální kombinaci zajišující minimální pøeslechy, malé intermodulaèní zkreslení, velkou pøebuditelnost korekèního zesilovaèe a vysoký odstup signál/šum.

R1, R13, R14, R21, R22, R121, R122 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. R2 1,5 kΩ/1 %/0,5 W, metal. R3, R6 22 kΩ/1 %/0,5 W, metal. R4, R5 20 kΩ/1 %/0,5 W, metal. R7, R8 470 kΩ/1 %/0,5 W, metal. R9, R10, R23, R123 1,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. R11, R12, R15, R115 100 kΩ/1 %/0,5 W, metal. R16, R24, R116, R124 47 kΩ/1 %/0,5 W, metal. R17, R18,

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

C12, C20, C112 C13, C14, C113, C114 C16, C17 C18, C19 C21, C121 C22, C122 D1, D2 D3, D4, D5, D6 D7, D8, D9, D10 D11 až D14 IO1 IO2 IO3 IO4 IO5, IO105 IO6 IO7 SW1 P2

220 nF, keramický 100 µF/25 V, radiální 22 µF/25 V, radiální 4 700 µF/25 V, radiální 33 nF, TC351 560 pF, TC352 BZX85V006.2, Zenerova dioda 6,2 V/1,3 W KA262 (1N4148)

LED žlutá P600D CD4022 CD4052 LF353 LF353 TDA2051 78L12 79L12 P-DT6, spínací tlaèítko ARK500/3, šroubovací svorkovnice trojpólová RE1, RE101 ARK500/3, šroubovací svorkovnice dvoupólová U2 kontaktní lišta, vidlice osmipólová

Jednoduchý hi-fi zesilovaè 2x 50 W s LM4780 Že lze postavit velice kvalitní výkonový zesilovaè s minimem souèástek si ukážeme na této konstrukci, která má velice jednoduché zapojení. Na druhou stranu však ke snížení pøeslechù, šumù a zákmitù musí být použita deska s oboustrannými plošnými spoji. Základ tohoto velmi kvalitního stereofonního zesilovaèe tvoøí moderní monolitický výkonový nf zesilovaè LM4780 výrobce National Semiconductor. Uveïme si alespoò hlavní technické parametry tohoto obvodu: • Sinusový výkon je 2x 50 W do zátìže 4 Ω pøi napájení ±25 V a harmonickém zkreslení maximálnì 0,5 % na referenèním kmitoètu 1 kHz. • Pøi výkonu 2x 30 W do zátìže 4 Ω je harmonické zkreslení 0,07 % a kmitoètová charakteristika je 20 Hz až 20 kHz/-1 dB. • Rychlost pøebìhu je typicky 19 V/µs. • Odstup signál/šum je min. 80 dB.

Popis funkce Obr. 40. Rozmístìní souèástek na desce jednoduchého hi-fi zesilovaèe 2x 40 W R19, R117, R118, R119 R20, R120 R25, R125 P1, P7 P8 P9

4,7 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 33 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 2,2 Ω/1 %/0,5 W, metal. 100 kΩ/N, potenciometr TP169/32 mm 25 kΩ/Y, potenciometr TP169A/32 mm 25 kΩ/N, potenciometr TP169A/32 mm

C1 C2, C3, C6, C9, C15, C106, C109, C115 C4, C5 C7, C107 C8, C108 C10, C11, C110, C111

10 nF, keramický

10 µF/25 V, radiální 2,2 µF/25 V, radiální 2,2 µF/25 V, radiální 22 pF, keramický 100 nF, keramický

A nyní již se podíváme na schéma, které je na obr. 41. Pro jednoduchost si popíšeme levý kanál. Pøístroj je velmi jednoduchý, kromì monolitického výkonového stereofonního zesilovaèe LM4780 (IO1) obsahuje jen nìco pøes 20 souèástek. Vstupní nf signál je pøivádìn na svorkovnici P1. Citlivost zesilovaèe pro plné vybuzení je asi 0,6 až 0,75 V. Ze svorkovnice P1 postupuje nf signál pøes oddìlovací kondenzátor C6

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

25

Obr. 41. Jednoduchý hi-fi zesilovaè 2x 50 W s LM4780 a oddìlovací rezistor R1 na neinvertující vstup 16 IO1. Vstupní odpor zesilovaèe je asi 15 kΩ a je urèován odporem rezistoru R2, kterým se zavádí potenciál zemì na vstup IO1. Napìové zesílení IO1 je asi 23 a je urèováno zpìtnovazebním dìlièem s rezistory R3 a R4. Zmìnou odporù tìchto rezistorù mùžeme v malých mezích podle potøeby zesílení upravit. Oddìlovací kondenzátor C7 ve zpìtnovazebním dìlièi zajišuje jednotkové zesílení IO1 pro ss vstupní napìtí. Díky tomu vstupní napìová nesymetrie obvodu IO1 mùže vyvolat jen malé ss napìtí na výstupu IO1. Stabilitu zesilovaèe pøi èásteènì indukèní zátìži podporuje Boucherottùv èlánek se souèástkami R5 a C5, který je zapojen mezi výstup IO1 a zem. Zesilovaè je napájen symetricky ze síového transformátoru, který musí být dimenzován na výkon nejménì 100 VA (tento transformátor není nakreslen ve schématu). Sekundární napìtí 2x 17 až 22 V/5 A se pøivádí na napájecí svorkovnici U2. Pak je usmìrnìno výkonovými diodami D3 až D6 a vyhlazováno elektrolytickými kondenzátory C1 a C2. Keramické kondenzátory C3 a C4 blokují vf složky napìtí na napájecích sbìrnicích. Aby zesilovaè mohl poskytovat uvádìný sinusový výkon 2x 50 W do zátìže 4 Ω, musí být na vyhlazovacích kondenzátorech klidové napìtí ±25 až ±30 V a zdroj musí být dostateènì tvrdý.

Obr. 42. Obrazec plošných spojù na stranì spojù (pájení) jednoduchého hi-fi zesilovaèe 2x 50 W s LM4780 (mìø.: 1 : 1)

Konstrukce Zesilovaè je zkonstruován z vývodových souèástek na desce s oboustrannými plošnými spoji. Obrazec spojù na stranì spojù (pájení) je na obr. 42, obrazec spojù na stranì souèástek je na obr. 43, rozmístìní souèástek na desce na stranì souèástek je na obr. 44. Oboustranné plošné spoje jsou použity proto, aby napájecí napìtí mohlo

26

Obr. 43. Obrazec plošných spojù na stranì souèástek jednoduchého hi-fi zesilovaèe 2x 50 W s LM4780 (mìø.: 1 : 1)

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Popis funkce

Obr. 44. Rozmístìní souèástek na desce jednoduchého hi-fi zesilovaèe 2x 50 W s LM4780 být pøivádìno širokými spoji co nejkratší cestou ke všem napájecím vývodùm IO1. Navržené rozmístìní souèástek a vhodnì vedené zemnìní zaruèují velice dobré akustické výsledky a velkou stabilitu zapojení. Zkoušel jsem navrhnout i desku s jednostrannými plošnými spoji, ale výsledek byl velice špatný. Mnoho spojek, zákmity v nadakustickém pásmu a silný brum rozhodly nakonec o tom, že deska je oboustranná. Pøi peèlivém osazování souèástek a dobrém pájení bude zesilovaè pracovat na první zapojení. Funkce stand-by není v této stacionární konstrukci využita, i když samozøejmì ji lze uskuteènit. Staèí k tomu rezistor o odporu 15 kΩ, jehož jeden vývod pøipojíme na zápornou vìtev napájení a druhý vývod pøes spínaè na vývody 14 a 20 IO1, u nichž „pøeškrábnutím” plošného spoje zrušíme jejich spojení se zemí. Pro rozptýlení vyvíjeného tepla musíme IO1 opatøit dostateènì dimenzovaný chladièem. Pro lepší pøenos tepla potøeme styèné plochy IO1 a chladièe tepelnì vodivou pastou. Zesilovaè spolu se síovým transformátorem vestavíme do pevné kovové skøíòky.

Nf zesilovaè 2x 20 W s IO TDA1554Q V minulosti byly mezi radioamatéry velice oblíbené konstrukce nízkofrekvenèních zesilovaèù, které byly velmi jednoduché, nenároèné na množství souèástek a nastavení, a rovnìž relativnì levné. Pøitom svými vlastnostmi se témìø blížily parametrùm stanoveným pro tøídu hi-fi. Tomuto trendu chci zùstat vìrný i nyní, a pro mnoho ètenáøù, kteøí mì žádali o uvedení konstrukcí tohoto typu, jsem se rozhodl sestrojit a prakticky ovìøit nìkolik nízkofrekvenèních zesilovaèù, které rozhodnì splní jejich oèekávaní. Velice známý a oblíbený je výkonový monolitický nízkofrekvenèní zesilovaè TDA1554Q, který vyrábí nìkolik pøedních svìtových výrobcù elektronických souèástek. Svou konstrukcí je urèen pro zesilovaèe do osobních automobilù, ale jak sami uvidíte, lze ho velmi dobøe využít i v domácích podmínkách, kde dosahované akustické (hudební) výkony se pohybují v rozmezí 2 až 15 W/kanál.

Schéma zesilovaèe je na obr. 45. Jedná se vlastnì o samostatný stereofonní výkonový zesilovaè v mùstkovém zapojení, ve kterém všechny funkce jsou soustøedìny v jediném výkonovém obvodu IO1 typu TDA1554Q. Vstupní nf signál, odebíraný napø. ze stereofonního korekèního zesilovaèe, je pøivádìn na vstupní svorkovnici U1. Odtud je pak veden pøes oddìlovací svitkové kondensátory C1 a C2 pøímo na vstupy IO1. Potøebné pøedpìtí je na vstupy zavádìno z obvodu obsaženého uvnitø IO1. Aby se potlaèily rázy v reproduktorech po zapnutí napájecího napìtí, je k vývodu 4 IO1 pøipojen elektrolytický kondenzátor C4. Po zapnutí vnìjšího napájecího napìtí se díky pozvolnému nabíjení tohoto kondenzátoru plynule zvyšuje i napájecí napìtí uvnitø IO1 a tím se pøedchází „lupancùm” v nf signálu. Ochranné obvody, které zabraòují kmitání zesilovaèe v nadakustickém pásmu, jsou implementovány uvnitø IO1, a není nutné je pøipojovat zvenèí. Reproduktory o jmenovité impedanci 4 Ω jsou pøipojeny k IO1 pøes výstupní svorkovnice RE1 a RE2. Pokud zapojíte mezi vývody 14, 13 a 5 IO1 vypínaè, mùžete využít funkci stand-by. V této konstrukci není s uvedeným vypínaèem poèítáno a je nahrazen vodivou drahou plošného spoje. Spoj lze samozøejmì kdykoliv pøerušit a tím tuto funkci obnovit. Jsem však pøesvìdèen, že pøi síovém napájení zesilovaèe je funkce stand-by zbyteèná. Zesilovaè je napájen asymetricky z velmi jednoduchého nestabilizovaného síového zdroje. Zdroj obsahuje síový transformátor o výkonu 50 až 60 VA, který není nakreslen ve schématu. Sekundární vinutí 10 až 11 V/5 A síového transformátoru je pøipojeno na napájecí svorkovnici U2. Støídavé napìtí ze svorkovnice U2 je dvojcestnì usmìròováno diodovým mùstkem složeným z výkonových diod D1 až D4 a následnì vyhlazováno a filtrováno elektrolytickým kondenzátorem

Seznam souèástek R1, R3, R8, R11 R2, R9 R4, R10 R5, R7 C1, C2 C3, C4, C5, C8 C6, C9 C7, C10 D3 až D6 IO1 SP1, SP2 P1, P2 U2

1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 15 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 22 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 2,7 Ω/1 %/0,5 W, metal. 10 000 µF/35 V, radiální 100 nF, keramický 470 nF, TC352 47 µF/35 V, radiální P600D LM4780 ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová ARK500/3, šroubovací svorkovnice trojpólová

Obr. 45. Nf zesilovaè 2x 20 W s IO TDA1554Q

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

27

sí být použita tøížilová síová šòùra, jejíž ochranný vodiè PE (zelenožlutý) spojime se skøíòkou.

Seznam souèástek C1, C2 C3 C4 C5 D1 až D4 IO1 RE1, RE2 U1 Obr. 46. Obrazec plošných spojù nf zesilovaèe 2x 20 W s TDA1554Q (mìø.: 1 : 1)

U2

220 nF, TC350 100 nF, keramický 100 µF/10 V, radiální 4 700µF/25 V, radiální P600D TDA1554Q ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová ARK500/3, šroubovací svorkovnice trojpólová ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Nf zesilovaè s IO TA8210AH

Obr. 47. Rozmístìní souèástek na desce nf zesilovaèe 2x 20 W s TDA1554Q C5 a keramickým kondenzátorem C3. Doporuèená maximální velikost napájecího napìtí nevybuzeného zesilovaèe na kladném pólu kondenzátoru C5 je 15 V. Zesilovaè má výkon 2x 20 W do zátìže 4 Ω pøi napájecím napìtí 15 V a harmonickém zkreslení 0,2 %. Odstup signál/šum je minimálnì -60 dB, vstupní impedance je typicky 50 kΩ. Napájecí napìtí se mùže pohybovat v rozsahu +6 až +18 V.

Konstrukce a oživení Souèástky zesilovaèe jsou pøipájené na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 46, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 47. Zesilovaè je nezáludný a jeho stavba je natolik jednoduchá, že ji musí zvládnout i amatér, který s elektronikou teprve zaèíná. Desku s plošnými spoji nejprve proti svìtlu prohlédneme a zkontrolujeme, zda spoje nejsou pøerušené nebo zkratované. Pak zapájíme všechny souèástky, nejprve pasivní, a po nich aktivní. Musíme též pøipájet jednu drátovou propojku (u IO1), bez jejího zapojení zesilovaè nebude pracovat. Výkonový IO1 je opatøen chladièem typu ZH610, který byl zakoupen v pro-

28

dejnì Ferona. Styèné plochy chladièe a IO1 jsou potøeny tepelnì vodivou pastou (silikonovou vazelínou) ke zlepšení pøestupu tepla. Chladiè je pøipevnìn k desce s plošnými spoji samoøeznými šroubky 3,5 x 10 mm s pružnými podložkami (nejprve je nutné chladiè a IO1 mechanicky upevnit, pak se teprve IO1 pøipájí). Samozøejmì lze použít i jiný dostateènì dimenzovaný chladiè. Pokud se chladiè neodizoluje od IO1, nesmí být vodivì spojen s kovovou skøíòkou, protože kovová chladicí ploška na pouzdru IO1 je spojena s vnitøními obvody IO1. Zapojený zesilovaè oživíme. Pøipojíme napájecí napìtí a zkontrolujeme, že mezi obìma vývody výstupní svorkovnice RE1 je zanedbatelné ss napìtí (maximálnì 150 mV). Totéž zkontrolujeme i u svorkovnici RE2. Zmìøíme též klidový napájecí proud obvodu IO1, který je typicky 80 mA. Pak pøipojíme reproduktory a zdroj vstupního nf signálu a zesilovaè vyzkoušíme v praxi. Zesilovaè vèetnì síového transformátoru vestavíme do kovové skøíòky, do které mùžeme umístit i vhodný korekèní zesilovaè. Do pøívodu od sekundárního vinutí síového transformátoru ke svorkovnici U2 na desce zesilovaèe zapojíme rychlou trubièkovou pojistku F 5 A o rozmìrech 5 x 20 mm. Pro pøívod sítì mu-

Ve chvílích trávených v dílnì jsem obèas zatoužil po nìjaké hezké hudbì, která by se linula z již témìø nadbyteèných dvoupásmových dvacetilitrových reproduktorových soustav o impedanci 4 Ω, které kdysi vyrábìla TESLA Valašské Meziøíèí, a CD pøehrávaèe z TESLA Litovel. Jelikož jsou doposud i po více než deseti letech zcela funkèní a bylo mi je líto je vyhodit do šrotu, rozhodl jsem se, že postavím velice jednoduchý stereofonní zesilovaè o výkonu tak 2x 10W s co nejnižšími poøizovacími náklady. Jeho konstrukce musí být co nejjednodušší a musí být nenároèný na oživení. Hlasitost, stereofonní vyvážení, hloubky a výšky musí být øízeny stejnosmìrným napìtím pomocí jednoduchých lineárních potenciometrù. Protože jsem mìl ve svých „šuplíkových“ zásobách volné integrované obvody TDA1524 a TA8210AH, bylo rozhodnuto. Integrovaný výkonový nízkofrekvenèní zesilovaè TA8210AH vyrábí firma Toshiba. Je navržen jako zesilovaè pro automobily a jeho základní elektrické parametry jsou: • Sinusový výkon 2x 22 W/4 Ω pøi napájecím napìtí 14,4 V a harmonickém zkreslení 10 %/1 kHz, • harmonické zkreslení signálu 0,04 %/ /1 kHz pøi výkonu 1 W, napájecím napìtí 13,2 V a napìovém zesílení 50 dB, • odstup signál/šum 60 dB, • vstupní odpor typicky 30 kΩ, • rozsah napájecího napìtí 9 až 18 V, • pouzdro HZIP17 nebo HSIP17.

Popis funkce Schéma zesilovaèe s korekèním obvodem TDA1524 (IO2) a výkonovým obvodem TA8210AH (IO1) je na obr. 48. Pro zjednodušení si popíšeme levý kanál, pravý je svojí funkcí naprosto identický. Vstupní nf signál z CD pøehrávaèe je pøivádìn na vstupní svorkovnici P2 a odtud pøes oddìlovací kondenzátor

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 48. Nf zesilovaè s IO TA8210AH C27 a rezistor R14 na vstupní vývod 15 IO2. Rezistor R14 tvoøí se vstupní kapacitou obvodu IO2 dolnopropustný èlánek, který významnì potlaèuje rušivé složky v užiteèném signálu. Schéma zapojení korekèního zesilovaèe s IO2 je pøevzato z katalogového listu a od bìžnì používaného zapojení se liší zmìnou v okruhu øízení basù. Prùbìh hloubek lze ovlivnit svit-

kovými kondenzátory C19 a C20 a prùbìh výšek kondenzátorem C21. Fyziologický prùbìh regulátoru hlasitosti je v této konstrukci zapojen natrvalo. Na vývod 17 IO2 je vyvedeno napìtí asi 4,5 V z vnitøního stabilizátoru. Tímto napìtím jsou napájeny potenciometry pro regulaci hlasitosti (R7), stereofonního vyvážení (R10), hloubek (R8) a výšek (R9). Proud do vývodù 1, 9, 10

a 16 IO2 je maximálnì 5 µA a maximální napìtí na tìchto vývodech mùže dosáhnout poloviny napájecího napìtí, tj. asi 6 V. Pøi plné hlasitosti má korekèní obvod TDA1524 napìový zisk 20 dB a rozsah regulace vyvážení 40 dB. Pùvodní rozsah regulace hlasitosti 100 dB byl zmenšen na 80 dB zapojením diody D2 do série s potenciometrem R7 pro regulaci hlasitosti. Dioda D2 zvyšuje dolní mez øídicího napìtí z bìžce R7 na 0,7 V. Rozsah regulace hloubek a výšek je ±15 dB. Harmonické zkreslení pro vstupní signál o velikosti do 1,4 V nepøesáhne 0,25 %. Tento typ korekèního zesilovaèe oproti jiným s podobnými funkcemi (TDA4292, LM1036N apod.) trochu více šumí, ale v pøípadì poslechu v dílnì nebo garáži to není vùbec na závadu. Aby se zmenšila rušivá napìtí vytváøená nedokonalým kontaktem bìžce s odporovou drahou, jsou bìžce regulaèních potenciometrù R7 až R10 zablokovány na zem keramickými kondenzátory C15, C16, C17 a C18. Napájecí napìtí pro IO2 je zmenšováno na doporuèenou velikost 12 V stabilizátorem se Zenerovou diodou D1 a rezistorem R16. Kvùli zlepšení odstupu signálu od šumu je napájecí vývod 3 IO2 ještì zablokován kondenzátory C26 a C14. Z výstupního vývodu 11 IO2 je zesílený a korigovaný nízkofrekvenèní signál veden pøes rezistor R5 a oddìlovací kondenzátor C7 na vstupní vývod 2 výkonového integrovaného obvodu IO1. Vstup IO1 je zablokován keramickým kondenzátorem C11, který potlaèuje nežádoucí signály v nadakustickém pásmu. Ke zlepšení stability výkonového zesilovaèe za všech podmínek je podle katalogového listu pøipojen k vývodu 8 IO2 elektrolytický kondenzátor C8 a k výstupním vývodùm 15 a 16 IO2 jsou pøipojeny Boucherottovy RC èlánky se souèástkami R2, C3 a R1, C4. Celý zesilovaè je napájen asymetricky ze síového transformátoru, jehož sekundární vinutí 10,5 V/4 A je pøipojeno na svorkovnici P1. Støídavé napìtí z transformátoru je usmìròováno Graetzovým diodovým mùstkem G1 a vyhlazováno a filtrováno kondenzátory C1 a C2. Transformátor je chránìn rychlou tavnou pojistkou F 4 A, která je zapojena mezi sekundárním vinutím a svorkovnicí P1. Tato pojistka není zakreslena ve schématu.

Konstrukce a oživení Všechny souèástky zesilovaèe jsou pøipájené na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 49, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 50. Nové nebo promìøené „šuplíkové“ souèástky pøipájíme na desku s dùkladnì zkontrolovanými plošnými spoji. Výkonový IO1 je opatøen chladièem ZH601, pro jehož aplikaci platí stejné

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

29

Obr. 49. Obrazec plošných spojù nf zesilovaèe s IO  TA8210AH (mìø.: 1 : 1)

Obr. 50. Rozmístìní souèástek na desce tyristorového nabíjeèe olovìných akumulátorù

zásady, jaké byly uvedeny u pøedchozí konstrukce. Diodový mùstek G1 nevyžaduje chladiè. Lze použít i mùstek se jmenovitým proudem 6 A. Místo mùstku mùžeme použít i pøimìøenì dimenzované výkonové diody, ale na desce s plošnými spoji nebylo s takovým uspoøádáním poèítáno. Konstrukce nemá žádné záludnosti a „šlape” na první zapojení. Poslechové zkoušky mì velice mile pøekvapily a tento velice jednoduchý stereofonní zesilovaè, který dosahoval na kmitoètu 1 kHz sinusového výkonu 2x 15 W do zátìže 4 Ω, splnil nad oèekávání mé požadavky. Témìø dennì hraje v garáži již druhý rok bez jediné známky nestability nebo poruchy. Pøerušením plošného spoje lze pøípadnì vyøadit z funkce fyziologický regulátor hlasitosti, ale to pøíliš nedoporuèuji. Pøi zapojeném fyziologickém regulátoru hlasitosti je zvuk plastiètìjší a pøi nízkých úrovních hlasitosti se nejeví hloubky a výšky jako „oøezané“.

Seznam souèástek R1, R2, R3, R4

30

2,2 Ω/1 %/0,5 W, metal.

R5, R6 R7, R8, R9, R10

470 Ω/1 %/0,5 W, metal.

P2

50 k/N, potenciometr li neární TP 160A/25 mm 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 2,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 47 Ω/1 %/0,5 W, metal. 4 700 µF/25 V, radiální

SP1, SP2

R11, R12 R13 R14, R15 R16 C1 C2, C3, C4, C5, C6, C14, C15, C16, C17, C18 100 nF, keramický C7, C9, C27, C28 4,7 µF/ 25 V, radiální C8, C10 47 µF/16 V, radiální C11, C12 1 nF, keramický C13 220 µF/6,3 V, radiální C19, C20, C23, C24 56 nF, TC351 C21, C22 15 nF, TC351 C25 100 µF/16 V, radiální C26 220 µF/16 V, radiální D1 BZX85V012, Zenerova dioda 12 V/1,3 W D2 KA262 (1N4148) G1 KBU4M IO1 TA8210AH IO2 TDA1524A P1 ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

ARK500/3, šroubovací svorkovnice trojpólová ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Korekèní zesilovaè pro magnetodynamickou pøenosku s tranzistory Byl jsem velice mile pøekvapen dotazy, ve kterých jste mì žádali o uveøejnìní korekèních zesilovaèù pro gramofon s magnetodynamickou pøenoskou. Již se zdálo, že konec èerné vinilové desky se rychle blíží, ale opak je pravdou. V závodì na výrobu gramodesek v Lodìnicích má jejich výroba stoupající trend, a desky jsou pøevážnì urèeny na export a pro domácí diskžokeje. Proto i já na základì mnoha žádostí zaøazuji do tohoto èísla KE další dvì konstrukce korekèního zesilovaèe pro gramofon. Jedna je s tranzistory, druhá s moderními integrovanými obvody. Na základì prohlídky nìkolika serverù zabývajících se touto problematikou jsem vybral pro korekèní zesilovaè s tranzistory zapojení, které se kdysi

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 51. Kmitoètová charakteristika RIAA snímacího zesilovaèe pro magnetodynamickou pøenosku

s velkou oblibou používalo v zesilovaèích Transiwatt. Je to zapojení velice jednoduché a s léty provìøenou stabilitou a spolehlivostí. Technické parametry jsou na dobré úrovni a vhodná je i použitá kombinace tranzistorù PNP a NPN. Tranzistory PNP ménì šumí, a proto jsou použity jako vstupní. Nyní nìkolik vìt o tom, proè se musí korekèní zesilovaèe pro magnetodynamickou pøenosku používat. Výstupní napìtí této gramofonové pøenosky je úmìrné rychlosti jejího hrotu. Èím vyšší kmitoèet je hrotem snímán, tím je výstupní napìtí pøenosky vìtší. Na nízkých kmitoètech je naopak snímané napìtí malé. Vyšší kmitoèty je proto tøeba pøi pøehrávání gramofonové desky potlaèit a nízké kmitoèty zase zdùraznit. To je velmi výhodné, protože se tím zároveò zvìtší odstup signálu od šumu. Rovnìž pøi záznamu se signál kmitoètovì upravuje tak, aby pøi pøehrávání bylo dosaženo co nejlepšího kompromisu mezi maximální vybuditelností, zkreslením a odstupem od šumu. Proto, abychom dosáhli vyrovnané kmitoètové charakteristiky celé pøenosové soustavy, je tøeba signál z pøenosky nejen zesílit, ale také kmitoètovì korigovat dohodnutým zpùsobem. Pro desky LP (33 ot/min) se nejèastìji používají korekce podle køivky RIAA, viz obr. 51. Èasové konstanty køivky RIAA jsou 75 µs, 318 µs a 3180 µs s odpovídajícími kmitoèty zlomu 2,122 kHz a 500 a 50 Hz. Nìkteøí svìtoví výrobci gramodesek používali odlišné záznamové korekce a pro správné pøehrávání takových desek jsou zapotøebí i jiné èasové konstanty korekcí ve snímacím zesilovaèi. Rovnìž gramodesky pro 45 ot/min mají odlišné korekce.

vazba dostateènì silná a dostateènì potlaèovala zkreslení. Na vysokých kmitoètech je však u takového zesilovaèe zpìtná vazba pøíliš silná a zesilovaè má sklon k nestabilitì. To se nejèastìji projevuje zákmity pøi buzení impulsním nebo obdélníkovým signálem. Proto se u nìkterých kvalitních zesilovaèù používají pasivní korekce. Rozdíl v jakosti zvuku je pøi pøímém srovnání dobøe patrný. Následující konstrukce jsou však navrženy jako zpìtnovazební korektory. A nyní již ke schématu korekèního zesilovaèe s tranzistory, které je na obr. 52. Tento zesilovaè je optimalizován pro zøejmì nejvíce používanou gramofonovou magnetodynamickou pøenosku typu VM2103, která byla v minulosti vyrábìna v závodì TESLA Litovel. Pro jednoduchost si popíšeme levý kanál zesilovaèe. Pravý kanál je identický, pouze jeho souèástky mají èísla o stovku vyšš. Nekorigovaný stereofonní nf signál z magnetodynamické pøenosky typu VM2102, VM2103, Shure apod. je pøivádìn stínìnými kablíky na vstupní svorkovnici P1. Ze svorkovnice je nf signál

veden na bázi vstupního tranzistoru T1 pøes oddìlovací rezistor R1 a kondenzátor C1. Rezistor R2 zajišuje správnou polarizaci elektrolytického kondenzátoru C1 a po vypnutí zesilovaèe pomáhá kondenzátor C1 vybíjet. Pracovní bod tranzistoru T1 je nastaven rezistory R3, R4 a R5. K potlaèení zákmitù je zapojen mezi bázi a emitor T1 keramický kondenzátor C8. Na kolektor T1 je stejnosmìrnì navázán výstupní tranzistor T2. Odporem zatìžovacího rezistoru R9 je urèován kolektorový proud tranzistoru T2, který je asi 3 mA. Takový proud zajišuje dostateènou pøebuditelnost pøedzesilovaèe (asi 16 dB) a malý šum. Kmitoètovì závislá napìová zpìtná vazba je zavedena z kolektoru T2 do emitoru T1 dìlièem se souèástkami R6 až R8 a C3 až C5. Èasové konstanty 75 µs, 318 µs a 3180 µs jsou mírnì upraveny, což pøispìlo ke zmenšení „praskání“, ke snížení hladiny šumu v pozadí nahrávky a k potlaèení tzv. „dunivých basù”. Odporem rezistoru R6 má zesilovaè nastaveno celkové napìové zesílení 70 pøi kmitoètu 1 kHz. Oddìlovací kondenzátor C3 zabezpeèuje jednotkový pøenos zpìtnovazebního dìlièe pro ss složku signálu. Díky tomu jsou zpìtnou vazbou dokonale stabilizovány pracovní body obou tranzistorù. Zkorigovaný nízkofrekvenèní signál je z kolektoru T2 veden pøes oddìlovací kondenzátor C2, zatìžovací rezistor R10 a oddeìlovací rezistor R11 na výstupní svorkovnici P2. Korekèní zesilovaè je napájen symetricky napìtím ±12 V, které je odvozováno od vnìjšího symetrického ss napájecího napìtí ±15 až ±25 V. Vnìjší

Popis funkce Bìžný korekèní zesilovaè bývá sestaven ze dvou èi více tranzistorù nebo se v nìm jako aktivní souèástka využívá operaèní zesilovaè. Korekce jsou realizovány zpìtnovazebním dìlièem složeným z rezistorù a kondenzátorù, který má kmitoètovì závislý pøenos. Velký zdvih korekce (na kmitoètu 20 Hz musí být pøenos korekèního pøedzesilovaèe asi o 40 dB vyšší než na kmitoètu 20 kHz) vyžaduje dostateèný zisk zesilovaèe s otevøenou smyèkou zpìtné vazby (alespoò 60 až 80 dB), aby i na nízkých kmitoètech mohla být zpìtná

Obr. 52. Korekèní zesilovaè s tranzistory pro magnetodynamickou pøenosku

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

31

Obr. 53. Obrazec plošných spojù korekèního zesilovaèe pro magnetodynamickou pøenosku (mìø.: 1 : 1) napájecí napìtí je pøivádìno na napájecí svorkovnici P3 (jeho zem je pøivádìna pøes svorkovnici P2) a je zmenšováno, stabilizováno a filtrováno Zenerovými diodami D1 a D2 a elektrolytickými kondenzátory C6 a C7. Pracovní proud Zenerových diod je urèován odporem rezistorù R12 a R13. Mùžeme použít i vìtší vnìjší napájecí napìtí než ±25 V, v takovém pøípadì však musíme pøimìøenì zvìtšit odpor i výkonovou zatižitelnost rezistorù R12 a R13.

Konstrukce a oživení Souèástky korekèního zesilovaèe jsou pøipájené na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 53, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 54. Pøed pájením souèástek jako obvykle peèlivì zkontrolujeme plošné spoje. Použijeme nové nebo zmìøené „šuplíkové“ souèástky. Svitkové kondenzátory C4, C5, C104 a C105 mají mít toleranci 5 %, pøedepsané typy z výroby TESLA jsou ještì dostupné v nìkterých odborných obchodech. Doporuèuji použít pøedepsané typy tranzistorù, které jsou již ve výrobì vybírány na co nejnižší úroveò bílého šumu. Samozøejmì lze použít i pøímé zahranièní ekvivalenty, ale jak jsem na zaèátku tohoto èísla KE napsal, jsou pro tyto konstrukce použity tzv. „šuplíkové“ zásoby. Konstrukce opìt nemá žádné záludnosti a pøi peèlivé montáži a pájení funguje bez obtíží na první zapojení. Realizovaný vzorek korekèního zesilovaèe byl dùkladnì otestován a promìøen. Zesilovaè má následující parametry: • Napájecí proud v každé vìtvi je 6 až 10 mA, • pøeslech mezi kanály v kmitoètovém pásmu 200 Hz až 8 kHz je menší než -40 dB, • vstupní jmenovité napìtí z pøenosky je 5 mV, pøi tomto napìtí je odstup signál/šum vìtší než 64 dB, • pøebuditelnost je 16 dB, • harmonické zkreslení je 0,1 %, • vstupní odpor je 47 kΩ.

32

Obr. 54. Rozmístìní souèástek na desce korekèního zesilovaèe pro magnetodynamickou pøenosku

Seznam souèástek R1, R101 R2, R10, R102, R110 R3, R103 R4, R104 R5, R105 R6, R12, R13, R106 R7, R107 R8, R108 R9, R109 R11, R111 C1, C101 C2, C102 C3, C103 C4, C104 C5, C105 C6, C7 C8, C108 C9, C109 D1, D2 T1, T101 T2, T102 P1, P2 P3

1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 220 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 15 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 270 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 470 Ω/1 %/0,5 W, metal. 33 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 390 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 8,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 2,2 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 4,7 µF/ 16 V, radiální 2,2 µF/50 V, radiální 22 µF/16 V, radiální 2,2 nF, TC351 10 nF, TC351 100 µF/16 V, radiální 100 pF, keramický 39 pF, keramický BZX85V012, Zenerova dioda 12 V/1,5 W KC309F KC239F ARK500/3, šroubovací svorkovnice trojpólová ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Korekèní zesilovaè pro magnetodynamickou pøenosku s NJM4580 Jak jsem slíbil v úvodní èásti pøedchozí kapitoly, pøedkládám ètenáøùm a konstruktérùm k vyzkoušení ještì druhý korekèní zesilovaè pro magnetodynamickou pøenosku, který obsahuje dvojitý operaèní zesilovaè (OZ) typu NJM4580. Tento OZ speciálnì vyvinutý pro nf aplikace je vyrábìn spoleèností JRC v nìkolika rùzných pouzdrech. My si jej pøedstavíme v pouzdru DIP8 s oznaèením NJM4580D a v pouzdru SIP8 s oznaèením NJM4580L. Tento OZ se vyznaèuje výbornými elektrickými vlastnostmi, z nichž vybírám ty nejdùležitìjší: napájení v rozsahu ±2 až ±18 V, šíøka kmitoètového pásma 15 MHz, intermodulaèní zkreslení 0,005 %, rychlost pøebìhu 5 V/µs, odstup signál/rušivé napìtí 110 dB.

Popis funkce Schéma tohoto velice jednoduchého a pøitom kvalitního korekèního zesilovaèe je na obr. 55. Pro jednoduchost

Obr. 55. Korekèní zesilovaè pro magnetodynamickou pøenosku s NMJ4580

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 56. Obrazec plošných spojù korekèního zesilovaèe pro magnetodynamickou pøenosku s NMJ4580D v pouzdru DIP8 (mìø.: 1 : 1)

Obr. 57. Rozmístìní souèástek na desce korekèního zesilovaèe pro magnetodynamickou pøenosku s NMJ4580D v pouzdru DIP8

Obr. 58. Obrazec plošných spojù korekèního zesilovaèe pro magnetodynamickou pøenosku s NMJ4580L v pouzdru SIP8 (mìø.: 1 : 1)

Obr. 59. Rozmístìní souèástek na desce korekèního zesilovaèe pro magnetodynamickou pøenosku s NMJ4580L v pouzdru SIP8

si i tady popíšeme jen levý kanál korekèního zesilovaèe. Pravý kanál je identický, pouze souèástky mají èísla o stovku vyšší. Nekorigovaný nf signál z magnetodynamické pøenosky je pøivádìn na vstupní svorkovnici P1 a odtud na neinvertující vstup OZ IO1. Rušivé vf složky indukované do nf signálu jsou potlaèovány keramickým blokovacím kondenzátorem C1. Rezistor R1 zavadí na neinvertující vstup OZ IO1 pøedpìtí rovné potenciálu zemì a tím nastavuje pracovní bod OZ. Odporem rezistoru R1 je také urèován požadovaný vstupní odpor 47 kΩ zesilovaèe. Kmitoètovì závislá zpìtná vazba je zavádìna z výstupu OZ (1 IO1) na invertující vstup OZ (2 IO1) dìlièem složeným ze souèástek R2 až R4 a C2 až C4. Èasové konstanty 75 µs, 318 µs a 3180 µs jsou mírnì upraveny, což i v tomto pøípadì pøispìlo ke zmenšení „praskání“, ke snížení hladiny šumu v nahrávce a k potlaèení „dunivých basù”. Odporem rezistoru R2 má zesilovaè nastaveno napìové zesílení 100 na kmitoètu 1 kHz. Díky oddìlovacímu kondenzátoru C4 má zpìtnovazební dìliè pro ss složku signálu jednotkový pøenos, takže vstupní napìová nesymetrie OZ pøíliš neovlivòuje ss složku signálu na výstupu OZ. Zkorigovaný a zesílený nízkofrekvenèní signál je veden z výstupu OZ na výstupní svorkovnici P2. Do cesty výstupního signálu je zaøazen rezistor R5, který zabraòuje rozkmitání OZ pøi kapacitní zátìži. Korekèní zesilovaè je napájen vnìjším symetrickým ss napìtím ±15 až ±25 V, které je pøivádìno na vstupní svorkovnice P1 a P3. Pro napájení OZ IO1 je vnìjší napájecí napìtí zmenšováno na ±12 V dvìma tøísvorkovými stabilizátory 78L12 (U1) a 79L12 (U2). Aby se zabránilo rozkmitání stabilizátorù nebo OZ, jsou obì napájecí sbìrnice zablokovány keramickými kondenzátory C5 a C6.

Konstrukce a oživení Souèástky korekèního zesilovaèe jsou pøipájené na desce s jednostrannými plošnými spoji. Byly navrženy dvì varianty desky - první s obvodem NMJ4580D v pouzdru DIP8 (obr. 56, obr. 57) a druhá s obvodem NMJ4580L v pouzdru SIP8 (obr. 58, obr. 59). Obì varianty mají zcela shodné elektrické parametry, liší se jen odlišným obrazcem plošných spojù a jiným rozmístìním souèástek. Obvody NMJ4580 v pouzdrech obou typù jsou bìžnì k dostání napø. u spoleènosti GES-ELECTRONICS. Zjistil jsem to zcela náhodou, když jsem dvìma kolegùm stavìl tento korekèní pøedzesilovaè, a obvod NMJ4580D v pouzdru DIP8 byl právì vyprodán. Nechtìlo se mi èekat na další dodávku, a na doporuèení ochotného a znalého prodavaèe jsem zakoupil obvod NMJ4580L v pouzdru SIP8.

Pájíme pøezkoušené souèástky na zkontrolovanou desku s plošnými spoji. Kondenzátory C2, C3, C102 a C103 jsou fóliové a mají mít toleranci 5 %. Pøi peèlivé montáži a pájení funguje korekèní zesilovaè bez obtíží na první zapojení. U zhotoveného vzorku byly namìøeny následující parametry: • Napájecí proud v každé vìtvi je 4 až 5 mA, • pøeslech mezi kanály v kmitoètovém pásmu 100 Hz až 10 kHz je menší než -60 dB, • vstupní jmenovité napìtí z pøenosky je 5 mV, pøi tomto napìtí je odstup signál/šum vìtší než 75 dB, • pøebuditelnost je 16 dB, • harmonické zkreslení je 0,05 %, • vstupní odpor je 47 kΩ.

Seznam souèástek varianta s IO NJM4580D (DIP8) R1, R101 R2, R102 R3, R103 R4, R104 R5, R105 C1, C101 C2, C102 C3, C103 C4, C104 C5, C6 IO1 U1 U2 P1, P2, P3

47 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 470 Ω/1 %/0,5 W, metal. 68 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 470 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 pF, keramický 1 nF, fóliový TC352 4,7 nF, fóliový TC352 47 µF/10 V, radiální 100 nF, keramický NJM4580D (DIP8) 78L12 79L12 ARK500/3, šroubovací svorkovnice trojpólová

varianta s IO NJM4580L (SIP8) R1, R101 R2, R102 R3, R103 R4, R104 R5, R105 C1, C101 C2, C102 C3, C103 C4, C104 C5, C6 IO1 U1 U2 P1, P2, P3

47 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 470 Ω/1 %/0,5 W, metal. 68 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 470 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 pF, keramický 1 nF, fóliový TC352 4,7 nF, fóliový TC352 47 µF/10 V, radiální 100 nF, keramický NJM4580L (SIP8) 78L12 79L12 ARK500/3, šroubovací svorkovnice trojpólová

Napájecí zdroj stejnosmìrného napìtí 1 Na závìr stati pojednávající o nízkofrekvenèní technice si pøedstavíme tøi konstrukce napájecích zdrojù. Zdroje, a zejména ty velmi jednoduché a k tomu ještì stabilizované, jsou neustále žádané a u ètenáøù velmi vdìèné téma. To dokazují i vaše dotazy a žádosti o zveøejnìní takovýchto konstrukcí. Stabilizované zdroje nalezneme v témìø každém elektronickém zaøíze-

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

33

Obr. 60. Napájecí zdroj stejnosmìrného napìtí 1 ní. Jen málokdo si dnes dovede pøedstavit jakýkoli elektronický pøístroj obsahující integrované obvody (a to bez ohledu na to, zda logické èi analogové) bez použití stabilizovaného napájení. Nastavitelnost napìtí stabilizovaného zdroje pak umožòuje pøizpùsobit se potøebám každého vyvíjeného zaøízení. V této a následujících kapitolách jsou popsány tøi rùzné zdroje. První z nich pracuje standardnì se Zenerovou diodou, druhý, která nepoužívá ke stabilizaci napìtí Zenerovou diodu, má velmi malou vlastní spotøebu, malé rušivé složky výstupního napìtí a po lehké úpravì široký rozsah regulace výstupního napìtí, tøetí zdroj obsahuje již témìø zapomenutý obvod LM723. Výstupní proud všech tìchto zdrojù je maximálnì 2 A.

Popis funkce Zapojení stejnosmìrného stabilizovaného zdroje 1 se Zenerovou diodou

je na obr. 60. Støídavé napìtí 17 V/2 A je ze sekundárního vinutí síového transformátoru pøivádìno na vstupní svorkovnici U2. Toto støídavé napìtí je usmìròováno Graetzovým mùstkem z výkonových diod D1 až D4 a vyhlazováno a kondenzátory C1 a C2. Vyhlazené nestabilizované napìtí z C1 je vedeno na výstupní svorkovnici U1 pøes výkonový regulaèní tranzistor T1. T1 je otevírán proudem tekoucím pøes rezistory R1 a R2. Proud báze T1 je øízen tranzistorem T2. Na emitor T2 je pøivádìno referenèní napìtí asi 5,6 V ze Zenerovy diody D5 (lze použít i diodu se Zenerovým napìtím 5,1 V). Pracovní proud Zenerovy diody je nastaven rezistorem R3. Na bázi T2 je pøivádìno zpìtnovazební napìtí z výstupu zdroje zeslabené dìlièem se souèástkami R4 až R6. Tranzistor T2 pracuje jako komparátor a pomocí regulaèního tranzistoru T1 udržuje na výstupu zdroje takové napìtí, aby napìtí

Obr. 61. Obrazec plošných spojù napájecího zdroje stejnosmìrného napìtí 1 (mìø.: 1 : 1)

na bázi T2 bylo asi o 0,6 V vyšší než je napìtí na emitoru T2. Když napø. pøi vìtším zatížení zdroje napìtí na výstupu zdroje (na svorkovnici U1) poklesne, zmenší se i napìtí na bázi T2 a T2 se pøivøe. Do báze T1 pak z rezistorù R1 a R2 pøitéká vìtší proud, T1 se pootevøe a tím se napìtí na výstupu zdroje zvìtší na témìø pùvodní velikost. Podobnì funguje regulaèní obvod i pøi odlehèení zdroje, kdy pøi zvýšení výstupního napìtí se T2 pootevøe a T1 pøivøe, èímž se výstupní napìtí zase zmenší. Jak vyplývá z pøedchozího výkladu, je výstupní napìtí zdroje pøibližnì urèeno (pøi zanedbání napìtí asi 0,6 V mezi bází a emitorem T2) jako podíl referenèního napìtí z D5 a dìlicího pomìru dìlièe R4 až R6. Pøesná velikost výstupního napìtí zdroje se nastavuje trimrem R6. Filtraèní kondenzátor C3 zmešuje zbytkový brum na výstupu zdroje, blokovací kondenzátor C4 zmenšuje výstupní odpor zdroje na vyšších kmitoètech. Zdroj nemá zvláštní obvod proudové pojistky, která by omezovala maximální velikost výstupního proudu. I bez této pojistky však zdroj „pøežije“ krátkodobý zkrat na výstupu, protože výstupní proud mùže mít velikost jen nìkolika ampér. Je to dáno tím, že tranzistor T1 má koneèný proudový zesilovací èinitel (maximálnì nìkolik set) a proud báze T1 je maximálnì asi 15 mA. Pøi zkratu je však T1 výkonovì pøetížen a mùže se poškodit pøehøátím.

Konstrukce a oživení Souèástky zdroje jsou umístìné na desce s jednostrannými plošnými spoji (obr. 61 a obr. 62). Promìøené souèástky osazujeme od nejmenších po nejvìtší na peèlivì zkontrolovanou desku. Tranzistor T1 je opatøen chladièem ZH610 nebo podobným. Styèné plochy potøeme tepelnì vodivou pastou. Chladiè je upevnìn k desce samoøeznými šroubky 3,5 x 10 mm s pružnými podložkami. Nejprve mechanicky upevníme chladiè a T1, pak teprve T1 pøipájíme. Chceme-li chladiè spojit se skøíòkou zdroje, musíme T1 izolovat slídovou podložkou. Desku zdroje a síový transformátor vestavíme do vhodné plastové skøíòky. Do pøívodu sítì k transformátoru zapojíme dvoupólový síový vypínaè. Do spoje mezi transformátorem a svorkovnicí U2 vložíme rychlou tavnou pojistku F 2 A (5 x 20 mm). K optické signalizaci výstupního napìtí mùžeme pøipojit na výstupní svorky panelový ruèkový voltmetr (MP40) s rozsahem 20 V. Všechny tytou souèástky nejsou pro jednoduchost ve schématu nakresleny.

Seznam souèástek Obr. 62. Rozmístìní souèástek na desce napájecího zdroje stejnosmìrného napìtí 1

34

R1, R2 R3, R4 R5 R6

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

1 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 4,7 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 10 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ, trimr PT6V

C1 C2 C3, C4 D1 až D4 D5 T1 T2 U1, U2

2 200 µF/25 V, radiální 100 nF, keramický 100 µF/25 V, radiální BY550 (1N5403) BZX83V005.6, Zenerova dioda 5,6 V/0,5 W BD243C (BD301) KC237 (KC237, KC238) ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Napájecí zdroj stejnosmìrného napìtí 2

Obr. 63. Napájecí zdroj stejnosmìrného napìtí 2

Druhý napájecí zdroj, který si pøedstavíme, nevyužívá ke stabilizaci výstupního napìtí jako zdroj referenèního napìtí Zenerovou diodu, ale pøechod báze-emitor køemíkového tranzistoru polarizovaný v propustném smìru. Napájecí zdroj 2 se vyznaèuje malou vlastní spotøebou a malým výstupním šumem a brumem. Po jednoduché konstrukèní úpravì lze jeho výstupní napìtí regulovat v širokém rozsahu. Výstupní proud zdroje je maximálnì 2 A.

Popis funkce Schéma zdroje 2 je na obr. 63. Zdroj je napájen ze síového transformátoru, který není nakreslen ve schématu. Napìtí 17 V/2 A ze sekundárního vinutí transformátoru je pøivádìno na napájecí svorkovnici U2. Støídavé napìtí ze svorkovnice U2 je usmìròováno mùstkem z diod D1 až D4 a vyhlazováno kondenzátory C1 a C2. Nestabilizované napìtí z kondenzátoru C1 je vedeno na výstupní svorkovnici U1 zdroje pøes regulaèní tranzistor T1. Tranzistor T1 je otevírán proudem tekoucím do jeho báze pøes rezistory R1 a R2. Proud báze T1 je pøes tranzistor T2 øízen tranzistorem T3. Tranzistor T3 pracuje jako komparátor, který porovnává napìtí z výstupu zdroje zeslabené dìlièem R4, R5 s napìtím UBE pøechodu báze-emitor tranzistoru T3. Pøechod báze-emitor je polarizován v propustném smìru a nepìtí UBE má velikost pøibližnì 0,7 V. Regulaèní smyèka obsahující zesilovaè s tranzistory T1 až T3 a zpìtnovazební dìliè R4, R5 udržuje na výstupu zdroje takové napìtí, pøi kterém úbytek napìtí na rezistoru R5 dìlièe je roven napìtí UBE. Z uvedeného výkladu vyplývá, že výstupní napìtí zdroje Uvýst je urèováno odpory rezistorù R4 a R5 (pøi zanedbání vlivu diody D5) podle vztahu: Uvýst = UBE·(R4/R5 + 1). S odpory rezistorù R4 a R5 uvedenými ve schématu poskytuje zdroj výstupní napìtí asi 15 V. Zmìnou odporu rezistoru R4 lze nastavit témìø libovolné výstupní napìtí. Proud dìlièem R4, R5 by mìl být alespoò 10x vìtší než proud báze tranzistoru T3, aby proudem báze nebylo pøíliš ovlivòováno výstupní napìtí dìlièe.

Èinnost regulaèní smyèky si lze názornì vysvìtlit takto: když pøi vìtším zatížení poklesne výstupní napìtí zdroje, zmenší se napìtí na R5 a pøivøou se T3 i T2. Díky tomu teèe do báze T1 vìtší proud, T1 se pootevøe a napìtí na výstupu se zvìtší témìø na pùvodní velikost. Podobnì, když se pøi zmenšení zatìžovacího proudu zvìtší výstupní napìtí, pootevøou se T3 a T2, pøivøe se T1 a výstupní napìtí poklesne témìø na pùvodní velikost. Zapojení zdroje obsahuje ještì nìkolik dalších souèástek, o kterých zatím nebyla zmínka. Dioda D5 chrání tranzistory proti znièení pøi náhodném zkratu na výstupních svorkách. Kondenzátory C5 a C6 potlaèují šum a brum ve výstupním ss napìtí. Podle pùvodního pramene je èinitel filtrace tohoto zdroje vìtší než 90 dB a maximální rušivé napìtí na výstupu je menší než 50 µV. C4 zmenšuje výstupní impedanci zdroje na vyšších kmitoètech.

Stejnì jako pøedchozí zdroj 1 nemá ani tento zdroj zvláštní obvod pro omezení výstupního proudu. Výstupní proud je však omezen velikostí proudu báze tranzistoru T1 a jeho proudovým zesilovacím èinitelem a také vnitøním odporem síového transformátoru. Proto krátkodobým zkratem na výstupu není zdroj ohrožen.

Konstrukce a oživení Všechny souèástky zdroje jsou umístìny na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 64, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 65. Souèástky, pokud nepoužijeme nové, zmìøíme a osazujeme je na desku, kterou jsme proti svìtlu dùkladnì zkontrolovali. Na desce je jedna drátová propojka, bez níž by zdroj nefungoval. Tranzistor T1 je pøipevnìn na chladiè ZH610 nebo podobný. Pro zlepšení

Obr. 64. Obrazec plošných spojù napájecího zdroje stejnosmìrného napìtí 2 (mìø.: 1 : 1)

Obr. 65. Rozmístìní souèástek na desce napájecího zdroje stejnosmìrného napìtí 2

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

35

pøestupu tepla je nutné styèné plochy T1 a chladièe potøít silikonovou vazelínou nebo jinou tepelnì vodivou pastou. Chladiè je upevnìn k desce dvìma samoøeznými šroubky. Chceme-li chladiè uzemnit (napø. pøi montáži na kovovou skøíòku), musíme T1 izolovat slídovou podložkou, protože chladicí ploška tohoto tranzistoru je spojena s jeho kolektorem. Desku zdroje spolu se síovým transformátorem vestavíme do plastové skøíòky. Do skøínky umístíme i další souèástky, které pro jednoduchost nejsou nakresleny ve schématu. Jsou to dvoupólový síový vypínaè, rychlá tavná pojistka F 2 A zapojená mezi sekundární vinutí transformátoru a svorkovnici U2 a popø. panelový ruèkový voltmetr (napø. MP40) s rozsahem do 30 V pro indikaci výstupního napìtí. Jak jsem již døíve uvedl, lze zdroj velice jednoduše úpravit tak, aby bylo možné jeho výstupní napìtí regulovat od 5 do 18 V (pøibližnì). Úprava spoèívá v tom, že rezistor R4 nahradíme lineárním potenciometrem o odporu 25 kΩ. Pokud bychom požadovali vyšší výstupní napìtí než 18 V, museli bychom zvìtšit pøivádìné støídavé napìtí (maximálnì na 33 V) a pøimìøenì zvìtšit provozní napìtí všech kondenzátorù (napø. na 50 V). Pro vìtšinu aplikací však navržené výstupní napìtí bohatì postaèuje a není nutné ho upravovat. Transformátor nesmí být pøedimenzovaný - jeho sekundární vinutí by mìlo mít jmenovitou zatižitelnost právì 2 A, aby vnitøní odpor transformátoru pøispíval k ochranì regulaèního tranzistoru T1 pøi zkratu na výstupu. Snížit tepelné namáhání tranzistoru T1 mùžeme i tak, že do jeho kolektoru zapojíme rezistor, který zmenší spád napìtí mezi kolektorem a emitorem T1.

Seznam souèástek R1, R2 R3, R5 R4 C1 C2 C4, C5 C6 D1 až D4 D5 T1 T2 T3 U1, U2

3,9 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 680 Ω/1 %/0,5 W, metal. 15 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 2 200 µF/25 V, radiální 100 nF, keramický 100 µF/25 V, radiální 1 µF, TC350 BY550 (1N5403) KA262 (1N4148) BD243C (BD301) KC237 (KC237, KC238) KC307 (KC307, KC308) ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

se o monolitický stabilizátor, mezi jehož pøednosti patøí možnost nastavit výstupní napìtí i proud, velmi dobrá stabilita parametrù a malá vlastní spotøeba. V souèasnosti je obvod dostupný v pouzdru DIL14, døíve jej TESLA vyrábìla v kovovém pouzdru s deseti vývody. Obì provedení se od sebe liší jen tím, že obvod v pouzdru DIL14 je univerzálnìjší, protože obsahuje i samostatný výstup referenèního napìtí ze Zenerovy diody. V této konstrukci je použit obvod LM723 v pouzdru DIL14. Referenèní napìtí 7,15 ±0,2 V je vyvedeno na samostatný vývod èíslo 6, takže je možné je využít nejrùznìjšími zpùsoby. Dále obvod obsahuje zesilovaè chybového napìtí a regulaèní tranzistor. Stabilita regulovaného výstupního napìtí je lepší než 150 ppm/K v teplotním rozsahu od 0 do 70 °C.

Popis funkce Schéma napájecího zdroje 3 je na obr. 66. Základem regulátoru, kterým je stabilizováno ss napìtí z kondenzátoru C1, je obvod LM723 (IO1). Støídavé napìtí 24 V/2 A ze sekundárního vinutí síového transformátoru je pøivádìno na vstupní svorkovnici U1. Pak je usmìròováno mùstkem z diod D1 až D4 a vyhlazováno kondenzátory C1 a C2. Velikost støídavého napájecího napìtí 24 V by nemìla být pøekraèována, protože obvod LM723 má nejvyšší povolené napájecí napìtí jen 40 V. Z referenèního napìtí na výstupu 6 IO1 je odporovým dìlièem R1, R2 získáváno napìtí 2 V, které je po vyfiltrování kondenzátorem C3 pøivádìno na neinvertující vstup 5 IO1 zesilovaèe chybového napìtí. Na invertující vstup 4 IO1 zesilovaèe chybového napìtí se pøivádí zpìtnovazební napìtí z výstupu zdroje zeslabované dìlièem R7, R3. K výstupu zesilovaèe chybového napìtí je pøipojen vnitøní regulaèní tranzistor a vnìjší regulaèní tranzistor T1, pøes které prochází napìtí z vyhlazovacího kondenzátoru C1 na výstup (na svorkovnici U2) zdroje. Regulaèní tranzistory jsou øízeny tak, aby trvale udržovaly shodnou velikost napìtí na

invertujícím i neinvertujícím vstupu zesilovaèe chybového napìtí. Je-li potenciometr R7 nastaven tak, že je jeho odpor nulový, je na invertující vstup pøivádìno pøímo výstupní napìtí, a to tedy musí být v ustáleném stavu právì 2 V. Pøi maximálním odporu potenciometru R7 pak výstupní napìtí vzroste až na asi 27 V, aby na výstupu dìlièe R7, R3 bylo opìt požadované napìtí 2 V. Výstupní napìtí zdroje je nutné indikovat voltmetrem (napø. typu MP40) s rozsahem do 30 V. Vnìjší regulaèní tranzistor T1 je použit proto, že vnitøní regulaèní tranzistor není schopen dodávat požadovaný proud 2 A (mùže dodávat proud maximálnì 150 mA). Kondenzátory C5 a C6 upravují kmitoètovou charakteristiku regulátoru a zabraòují jeho rozkmitání. Kondenzátory C4 a C7 zmenšují výstupní impedanci regulátoru na vyšších kmitoètech. Na rozdíl od pøedcházejících dvou zdrojù je zdroj 3 vybaven proudovou pojistkou, která omezuje výstupní proud na zvolenou maximální velikost. Jako èidlo výstupního proudu slouží rezistor R8 zapojený mezi emitorem T1 a výstupní svorkovnicí U2. Úbytek napìtí z R8 zvìtšený o napìtí UBE tranzistoru T1 je pøes deliè R5, R6 pøivádìn mezi bázi a emitor vnitøního øídicího tranzistoru (vývody 2 a 3 IO1). Když je výstupní proud natolik velký, že mezi vývody 2 a 3 IO1 se vytvoøí napìtí 0,65 V, zaène vnitøní øídicí tranzistor uzavírat regulaèní tranzistory a výstupní proud se už nemùže dále zvìtšovat. Velikost maximálního výstupního proudu se nastavuje potenciometrem R6. V levé poloze bìžce je to asi 20 mA, v pravé poloze asi 2 A. Kvùli dosažení optimálního odporu a zatížitelnosti je R8 složen ze dvou paralelnì zapojených rezistorù 6,8 Ω/1 W. Dioda D5 chrání regulátor pøed vyšším vnìjším napìtím po vypnutí zdroje (napø. ze spotøebièù s velkou vstupní kapacitou).

Konstrukce a oživení Souèástky zdroje jsou pøipájené na desce s jednostrannými plošnými spoji. Obrazec spojù je na obr. 67, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 68.

Napájecí zdroj stejnosmìrného napìtí 3 Jako poslední konstrukci z øady zdrojù si pøedstavíme jednoduchý stabilizovaný zdroj 2 až 24 V s výstupním proud až 2,0 A. Celá konstrukce je založena na osvìdèeném a již mnoho let vyrábìném obvodu øady LM723. Jedná

36

Obr. 66. Napájecí zdroj stejnosmìrného napìtí 3

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

Obr. 67. Obrazec plošných spojù napájecího zdroje stejnosmìrného napìtí 3 (mìø.: 1 : 1) Jak se zde neustále opakuje, pájíme nové nebo promìøené „šuplíkové“ souèástky na desku, na níž jsme proti svìtlu peèlivì zkontrolovali plošné spoje a odstranili pøípadné zkraty a pøerušení. Tranzistor T1 musíme opatøit chladièem ZH610 nebo podobným. Chceme-li chladiè uzemnit, musíme T1 izolovat slídovou podložkou. Styèné plochy T1 a chladièe potøeme tepelnì vodivou pastou. Musíme mít na pamìti, že vzhledem k relativnì velkému vstupnímu støídavému napìtí mùže být pøi minimálním nastaveném výstupním napìtí (2 V) a maximálním odebíraném proudu (2 A) výkonová ztráta tranzistoru T1 pøes 50 W. Toto teplo musí být ze skøíòky dokonale odvedeno, aby se T1 nepoškodil. Pøi èastìjším provozu zdroje v režimu malého výstupního napìtí a velkého proudu doplníme chladiè ofukovací jednotkou, která je popsána v tomto èísle KE na str. 18 nebo 19. Desku zdroje spolu se síovým transformátorem a dalšími souèástkami, jako jsou dvoupólový síový vypínaè, rychlá tavná pojistka F 2 A zapojená mezi sekundární vinutí transformátoru a svorkovnici U2 a panelový ruèkový voltmetr (napø. MP40) s rozsahem do 30 V pro indikaci výstupního napìtí, vestavíme do plastové skøíòky. Ovládací potenciometry R6 a R7 nemusí být umístìny na desce, po upevnìní na vhodná místa je s deskou propojíme vodièi.

Seznam souèástek R1, R4 R2 R3 R5 R6 R7 R8 C1 C2, C7 C3 C4 C5 C6

4,7 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1,8 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 1,5 kΩ/1 %/0,5 W, metal. 100 Ω/1 %/0,5 W, metal. 1 kΩ/N, potenciometr lineární TP160/25b 25 kΩ/N, potenciometr lineární TP160/25b 2x 6,8Ω/1 W, paralelnì 2 200 µF/50 V, radiální 100 nF, keramický 22 µF/25 V, radiální 47 µF/25 V, radiální 1 nF, keramický 470 pF, keramický

D1 až D5 T1 IO1 U1, U2

Obr. 68. Rozmístìní souèástek na desce napájecího zdroje stejnosmìrného napìtí 3 BY550 (1N5403) BD243C (BD301) UA723 (LM723), pouzdro DIP ARK500/2, šroubovací svorkovnice dvoupólová

Závìr Konstrukce v tomto èísle KE, které navazují na tøetí díl Užiteèných zapojení z dlouholeté praxe III uvedený v KE 6/2006, jsou sestaveny tak, aby i mládež pronikající do základù a tajù elektroniky se mohla fundovanì zasvìtit do této problematiky. Samozøejmì, že lze vždy nìkteré konstrukce urèitými zmìnami v zapojení upravit a vylepšit, ale úèelem bylo pøedložit zde bez rozsáhlé teorie a složitých výpoètù konstrukce, které zvládnou i trochu odrostlejší dìti a ménì zkušení a zruèní radioamatéøi. Rovnìž i ti starší a zkušenìjší najdou v tomto èísle KE další zajímavé konstrukce, které je podnítí k rozhodnutí si nìco „ubastlit” a vyzkoušet. Chci také upozornit, že fotografie vyrobených prototypù se v urèitých malièkostech mohou odlišovat od závìreèného popisu, který zde pøedkládám. Je to zpùsobeno dalším zdokonalováním pøístrojù. Souèástky jsou vìtšinou použity ze „šuplíkových“ zásob dlouholetého amatéra elektronika a z nabídek spoleènosti GES ELECTRONICS, HADEX, GM Electronic, AME Hradec Králové, J-K Eltra apod. Doufám, že se mi i tímto èíslem KE podaøilo povzbudit chu ètenáøù rùzných vìkových kategorií k tvoøivé práci, a pokud jste toto èíslo KE doèetli až do konce, tak vám všem za to upøímnì dìkuji a zároveò vás chci požádat o zachování pøíznì a zaslání pøípadných námìtù, pøipomínek a návrhù, které pak využiji i u pátého pokraèování Užiteèných zapojení z dlouholeté praxe V. Páté pokraèování pøipravuji

po dohodì s redakcí opìt jako èíslo 6 v roce 2008. V tomto èísle budou uveøejnìny konstrukce dalších regulovaných zdrojù, konstrukce z oblasti mìøicí techniky a konstrukce pro volné chvíle na chalupì a zahradì. Již nyní vás mohu ubezpeèit, že se ve všech vìkových kategoriích rozhodnì máte na co tìšit. Ještì jednou vám všem za pochopení, trpìlivost a ochotu spolupracovat, kterou jste projevili zasláním svých námìtù, rad a pøipomínek ke zpracování pøedcházejícího dílu, dìkuje autor. Autor též všem pøeje hezké prožití Vánoc a mnoho zdraví do roku 2008. Písemné dotazy zodpovím, pokud bude v dopisu pøiložena obálka se známkou a nadepsanou adresou tazatele pro odeslání odpovìdi. Moje poštovní adresa je: Ing. Zdenìk Zátopek, Dubíèek 108/4, 725 28 Ostrava 28. Je možný i kontakt e-mailem na adresu: [email protected]

Literatura [1] Graf, R. F.: Encyclopedia of electronic circuits, Volume 1 až 4. 1994. [2] Jurkoviè, K.; Zodl, J.: Pøíruèka nízkofrekvenèní obvodové techniky.1985. [3] Syrovátko, M.: Obvody zesilovaèù a pøijímaèù. 1991. [4] Aplikaèní listy Motorola, Philips, Fairchild, Texas, Holtek. 1994 až 2006. [5] Konstrukèní katalogy GES, GM Electronic, ESOS,Tesla. 1976 až 2006. [6] Engel, P. a kolektiv: Radioamatérské konstrukce 1 až 4. SNTL 1988 až 1990. [7] Syrovátko, M.: Zapojení s polovodièovými souèástkami. 1973. [8] Elektor, roèníky 1992 až 2005. [9] Funkschau, roèníky 1991 až 2000. [10] Èasopis KTE. [11] www.circuitworld.com - katalogové údaje a aplikaèní listy.

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

37

ZAJÍMAVÁ A PRAKTICKÁ ZAPOJENÍ Tato kapitola doplòuje pøedchozí èlánek o zapojení z další oblasti, a to z radiotechniky. Zapojení jsou vìtšinou pøevzata ze zahranièních èasopisù a je vhodné brát je pøedevším jako podnìt a inspiraci k další tvùrèí èinnosti a k vlastnímu laborování.

Radiotechnika Výkonná aktivní anténa Na obr. 1 je schéma aktivní antény, kterou navrhl nizozemský radioamatér Victor van Kooten, PA3FNY, pro pøíjem v pásmu 10 kHz až 30 MHz. Anténa se umístí do prostoru s nerušeným pøíjmem a pøijímaný signál se vede do pøijímaèe koaxiálním kabelem o délce až nìkolika desítek metrù. Aktivní anténa se skládá ze záøièe a zesilovaèe. Záøiè pøemìòuje dopadající elektromagnetické vlnìní na vf napìtí, zesilovaè zesiluje toto vf napìtí a pøizpùsobuje vysokou výstupní impedanci záøièe (kapacitního charakteru) èinnému odporu 50 Ω výstupního koaxiálního kabelu. Jako záøiè slouží svislá kovová (napø. duralová) trubka (nahoøe utìsnìná) o prùmìru 1 cm a délce 40 cm. Zesilovaè je dvoustupòový, první stupeò je kaskoda s tranzistory T1 až T3, druhý stupeò je výkonový dvojèinný sledovaè signálu s tranzistory T4 a T5. Aby kaskoda mìla co nejvìtší vstupní impedanci, jsou vstupní tranzistory T1 a T2 zvoleny typu JFET. Dva tranzistory zapojené paralelnì jsou použity kvùli dosažení dostateèné strmosti a kvùli zmenšení šumu. Ss kolekto-

rový proud tranzistorù T1 a T2 (celkem asi 40 mA) je urèován jejich emitorovými rezistory R3 a R4. Aby zpìtná vazba zavádìná tìmito rezistory nezmenšovala zesílení kaskody v oblasti vf kmitoètù, jsou rezistory R3 a R4 zablokovány pro vf signál kondenzátory C1 a C2. Kolektor výstupního tranzistoru kaskody T3 je napájen pøes tlumivky L1 a L2, které mají velkou impedanci, takže pracovním odporem tranzistoru T3 je vstupní odpor druhého stupnì zesilovaèe (asi 500 Ω). Napìové zesílení kaskody není v pùvodním prameni specifikováno, odhadem mùže být okolo pìti. Druhý stupeò zesilovaèe obsahuje dva emitorové sledovaèe s doplòkovými tranzistory NPN (T4) a PNP (T5) pracujícími v dvojèinném zapojení. Pøedpìtí pro tranzistory poskytuje dìliè s diodami D5, D6 a rezistory R8 až R10. Pracovní proud tranzistorù (asi 70 mA) je nastaven emitorovými zpìtnovazebními rezistory R11 a R12. Na vstupu i na výstupu zesilovaèe jsou ochranné obvody s podélnou žárovkou (Z1 nebo Z2) a pøíènými antiparalelnì zapojenými diodami D1 až D4 nebo D7 až D10). Pøi pøepìtí dìliè tvo-

øený žárovkou a diodami zeslabí napìtí obou polarit natolik, že se zesilovaè nemùže poškodit (pøinejhorším se pøeruší vlákno žárovky). Vždy dvì diody jsou zapojeny do série proto, aby se pøi bìžné síle vf signálu diody neotevíraly a nezpùsobovaly intermodulaci. Lepší zapojení diodového omezovaèe amplitudy rušivých signálù na vstupu pøijímaèe je uvedeno v KE 2/2007 na str. 17. V tomto omezovaèi mají diody zavedeno pøedpìtí asi 6 V v závìrném smìru, které zmenšuje jejich kapacitu a zcela zabraòuje jejich otevírání i znaènì silným vf signálem. I toto zlepšené zapojení diodového omezovaèe je možné v popisované aktivní anténì aplikovat. Aby byl zesilovaè odolný proti pøebuzení silnými signály, je napájen relativnì vysokým napìtím 28 V a též pracovní proudy obou stupòù jsou znaèné (40 a 70 mA). Zesilovaè je napájen zvláštním vodièem vedeným soubìžnì s výstupním koaxiálním kabelem. Na-

Obr. 2. Dolní propust s horním mezním kmitoètem 500 kHz

Obr. 1. Výkonná aktivní anténa

38

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

pájecí napìtí je filtrováno tlumivkou L3 a blokováno øadou kondenzátorù. Zesilovaè by bylo možné napájet i po koaxiálním kabelu, jak je to bìžné (viz napø. aktivní anténa MiniWhip popsaná v PE 9/2006 na str. 5), pøi požadavku pøijímat signály na kmitoètech od 10 kHz by však tlumivky výhybek, oddìlujících vf signál od ss napájení, musely mít znaènou indukènost a jejich parazitní rezonance by mohly na nìkterých kmitoètech zeslabovat pøijímaný signál. Chceme-li aktivní anténou pøijímat pouze signály v dlouhovlnných pásmech pod støedními vlnami, zapojíme mezi výstup zesilovaèe a výstupní konektor K1 dolní propust podle obr. 2. Tato propust má horní mezní kmitoèet asi 500 kHz a potlaèuje signály silných støedovlnných stanic, aby nezahlcovaly vstup pøijímaèe. Na kmitoètu 675 kHz má propust útlum asi 24 dB. Zmìnou hodnot souèástek mùžeme horní mezní kmitoèet propusti podle potøeby snížit. Souèástky aktivní antény jsou umístìny na destièce s plošnými spoji, která je vestavìna do vodotìsné plastové skøíòky (napø. elektroinstalaèní). Z horní stìny skøíòky vodotìsnou plastovou prùchodkou vychází záøiè, z dolní stìny vychází (též skrz vodotìsnou prùchodku) koaxiální kabel a napájecí vodiè. V dolní stìnì skøíòky by mìla být díra o prùmìru asi 2 mm pro odtékání zkondenzované vody. Skøíòku s aktivní anténou umístíme co nejvýše do volného prostoru do místa, kde je minimální rušení od elektrovodné sítì. Pøi vìtší délce koaxiálního

anténního svodu musíme zajistit, aby se rušení indukované do kabelu nemohlo dostat na vstup pøijímaèe. Na stranì antény je proto vhodné stínicí opletení koaxiálního kabelu spojit s kovovým uzemnìným stožárem, na stranì pøijímaèe je vhodné do kabelu vložit izolaèní transformátor, který pøeruší cestu rušivých proudù tekoucích pláštìm kabelu smìrem do pøijímaèe. RadCom, øíjen 2006

Rezonanèní mìøiè indukènosti a relativní jakosti Q Na obr. 3 je schéma pøístroje, který na principu rezonance umožòje mìøit indukènost a relativní jakost Q cívek. Na to, aby umožòoval mìøit jakost Q absolutnì, je pøístroj pøíliš jednoduchý. Mìøiè obsahuje ètyøi pevnì naladìné oscilátory s tranzistory T1 až T4, pøepínaè oscilátorù S1, kterým se volí mìøicí kmitoèet, vf zesilovaè s tranzistorem T5, budicí vf transformátor TR1, paralelní rezonanèní obvod s mìøenou cívkou Lx, ladicím kondenzátorem C21 a injekèním rezistorem R15 a detektor s tranzistorem T6 a ruèkovým mikroampérmetrem MI1, který indikuje velikost nakmitaného vf napìtí na rezonanèním obvodu. Oscilátory jsou LC typu Hartley s tranzistory JFET BF256 (T1 až T4). Cívky L1 až L4 jsou navinuty na toroid-

ních železových jádrech Amidon T50-6 a T50-2 o vnìjším prùmìru 12,7 mm. Jádro T50-6 má relativní permeabilitu µ i = 8, je urèeno pro kmitoèty 10 až 50 MHz a je žluté/èerné. Jádro T50-2 má relativní permeabilitu µi = 10, je urèeno pro kmitoèty 2 až 30 MHz a je èervené/èerné. Tato jádra nabízela napø. firma GES ELECTRONICS. Cívka L1 má 16 závitù mìdìného lakovaného drátu (CuL) o prùmìru 0,5 mm navinutého rovnomìrnì po celém obvodu jádra T50-6. Odboèka je po ètvrtém závitu od uzemnìného konce cívky. Cívka L2 má 27 závitù drátu CuL o prùmìru 0,4 mm navinutého rovnomìrnì po celém obvodu jádra T50-2. Odboèka je po šestém závitu od uzemnìného konce cívky. Cívka L3 má 41 závitù drátu CuL o prùmìru 0,3 mm navinutého rovnomìrnì po celém obvodu jádra T50-2. Odboèka je po desátém závitu od uzemnìného konce cívky. Cívka L4 má 60 závitù drátu CuL o prùmìru 0,3 mm navinutého rovnomìrnì po celém obvodu jádra T50-2. Odboèka je po devatenáctém závitu od uzemnìného konce cívky. Kvùli teplotní kompenzaci kmitoètu oscilátorù by mìly být kondenzátory C1, C5, C9 a C13 styroflexové, v nouzi však mohou být i keramické z materiálu NPO (bìžnì jsou dosažitelné pouze v provedení SMD). Kmitoèty oscilátorù jsou uvedeny na schématu a mìly by být dodrženy s pøesností 1 %, aby na sebe navazovaly rozsahy pøi mìøení indukènosti.

Obr. 3. Rezonanèní mìøiè indukènosti a relativní jakosti Q

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007

39

Obr. 4. Smìšovací vf generátor 0,4 až 35 MHz Kmitoèet upravujeme zmìnou kapacity kondenzátorù C1, C5 atd., popø. použijeme kapacitní trimry. Velikost výstupního vf napìtí oscilátorù se nastavuje trimry R2, R4 atd. tak, aby na testovacím konektoru K3 (BNC) mìl signál mezivrcholový rozkmit 0,4 V (naprázdno). Transformátor TR1 na výstupu vf zesilovaèe je navinut na dvoudìrovém feritovém jádru, jaké se používalo k symetrizaci signálu z antény v TV tunerech. Primární vinutí (spojené s kolektorem T5) má 23 závitù drátu CuL o prùmìru 0,3 mm, sekundární vinutí má 1 závit drátu CuL o prùmìru 0,6 mm. R15 je tvoøen tøemi paralelnì spojenými rezistory o odporu 1 Ω. Vf napìtím z rezistoru R15 je buzen paralelní rezonanèní obvod tvoøený mìøenou cívkou Lx a otoèným vzduchovým kondenzátorem C21 o maximální kapacitì okolo 410 pF. Vf napìtí nakmitané na rezonanèním obvodu je indikováno ruèkovým mikroampérmetrem MI1 s citlivostí 100 až 200 µA. Mìøidlo je pøipojeno k rezonanènímu obvodu pøes tranzistor JFET (T6), který pracuje jako usmìròovaè s velmi velkým vstupním odporem. Citlivost mìøidla se ovládá pøepínaèem S2 a potenciometrem R22. Mìøiè je napájen stabilizovaným ss napìtím 12 V z vnìjšího síového zdroje. Pro detektor s mìøidlem MI1 je napájecí napìtí zmenšováno na 5 V stabilizátorem 78L05 (IO1). Zapnuté napájení indikuje LED D6. D5 chrání pøístroj pøi pøepólování napájecího napìtí. Po pøipojení mìøené cívky Lx se zmìnou kmitoètu a otáèením kondenzátoru C21 vyhledá rezonance LC obvodu, pøi níž je výchylka mìøidla maximální. Podle velikosti výchylky lze usoudit na relativní jakost Q, z kmitoètu a natoèení kondenzátoru C21 lze urèit indukènost mìøené cívky. C21 je opatøen ètyømi stupnicemi pro jednotlivé kmitoèty. Na stupnici 1 odpovídající poloze 1 pøepínaèe S1A lze pøeèíst indukènost 0,1 až 1,8 µH, na stupnici 2 odpovídající poloze 2 pøepínaèe S1A lze pøeèíst indukènost 1,5 až 18 µH, na dalších stupnicích 3 a 4 lze èíst indukènosti 15 až 180 µH a 0,15 až

40

2,2 mH. Cejchování stupnic není v pùvodním prameni popsáno. CQ, èervenec 2003

Smìšovací vf generátor 0,4 až 35 MHz Vf generátor, jehož schéma je na obr. 4, si postavil novozélandský radioamatér, aby mohl testovat vstupní obvody pøijímaèù a promìøovat kmitoètové charakteristiky LC filtrù. Jedná se spíš o pøípravek, než o plnohodnotný mìøicí pøístroj, pro požadovaná mìøení však plnì vyhovìl. Generátor pracuje na smìšovacím principu. Obsahuje pevný krystalový oscilátor IO2, napìtím ladìný oscilátor (VCO) s tranzistorem T1, dvojitì vyvážený diodový smìšovaè s IO1, výstupní filtr typu dolní propust s cívkami L2 a L3 a výstupní monolitický zesilovaè s IO4. Pevný oscilátor generuje signál o kmitoètu 48 MHz, VCO generuje signál o kmitoètu 48 až 85 MHz. Oba signály se smìšují a produkt smìšování s rozdílovým kmitoètem 0 až 35 MHz, který je vybrán dolní propustí, je veden pøes výstupní zesilovaè na výstup K1. Krystalový oscilátor je „konfekèní“ v pouzdru DIL14 apod. používaný v oblasti výpoèetní techniky. VCO je typu Hartley s tranzistorem JFET (T1). Místo pøedepsaného exotického typu zøejmì vyhoví i BF256 apod. Cívka L1 je navinuta na válcovém tìlísku o prùmìru 5 mm a má 8 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,6 mm. Odboèka je po tøetím závitu od uzemnìného konce cívky. Cívka se dolaïuje šroubovacím feritovým nebo mosazným jádrem. Varikap D1 je tzv. VHF s velkou zmìnou kapacity. Jsou doporuèovány typy MV104 nebo BB911, pravdìpodobnì vyhoví i BB109 (KB109) apod. Ladicí napìtí pro varikap se odebírá z potenciometru P1, který by mìl být desetiotáèkový. Kvùli znaèné cenì takového potenciometru však autor nouzovì použil dvacetiotáèkový trimr s knoflíkem. Pøizpùsobovací transformátor TR1 na výstupu VCO je navinut na toroidním

jádru Amidon T25-10. Toto jádro má vnìjší prùmìr 6,5 mm, µ i = 6, rozsah kmitoètù 30 až 100 MHz a je oznaèeno èernou barvou. Vinutí je bifilární - má 10 závitù navinutých dvìma zkroucenými mìdìnými lakovanými dráty o prùmìru 0,3 mm. Pozor na správné propojení obou drátù - konce vinutí jsou oznaèeny teèkou. Dvojitì vyvážený diodový smìšovaè SRA-1 (IO1) je rovnìž „konfekèní“ výrobek a nabízela ho napø. firma GES ELECTRONICS. Dolní propust je tøípólový eliptický filtr s horním mezním kmitoètem 35 MHz a rejekcemi nad pøenášeným pásmem. Obì cívky jsou navinuty na toroidním jádru Amidon T25-10 mìdìným lakovaným drátem o prùmìru 0,4 mm, cívka L2 má 8 závitù a cívka L3 má 7 závitù. Kondenzátory C6 až C10 jsou keramické z materiálu NPO (SMD). Výstupní vf zesilovaè je s obvodem MMIC ERA-5 (IO4), který rovnìž nabízela firma GES ELECTRONICS. Použitelné jsou i jiné podobné zesilovaèe MMIC. Pracovní bod zesilovaèe je nastaven pracovním odporem R4. Pøi zatížení odporem 50 Ω má vf signál na výstupu zesilovaèe (na konektoru K1) mezivrcholový rozkmit 300 až 400 mV. Generátor je napájen ss napìtím +12 V z vnìjšího síového zdroje. Odebíraný proud je asi 100 mA. Napájecí napìtí +12 V musí být dokonale stabilizováno a vyfiltrováno, protože je používáno jako ladicí napìtí pro varikap. Vnìjší napájecí napìtí +12 V proto nestaèí stabilizovat bìžným stabilizátorem 7812, ale musíme ho odvodit (proudovì posíleným operaèním zesilovaèem) od referenèního napìtí z obvodu TL431 nebo podobného. Stabilizátorem 78L05 (IO3) je z napájecího napìtí +12 V odvozováno napìtí +5 V pro napájení obou oscilátorù. Výstupní zesilovaè IO4 je napájen plným napìtím +12 V. Aby se po napájecí sbìrnici nešíøily vf signály, jsou do ní zaøazeny tlumivky L4 až L6 z feritových perel. Generátor autor vestavìl do ploché stínìné skøíòky spájené z Cuprextitových destièek. BREAK-IN, záøí/øíjen 2007

Konstrukèní elektronika A Radio - 6/2007