2001.09_Ośla łączka.pdf

Ośla łączka

Wyprawa piąta − A5

Syreny alarmowe, Mrygadełko,

Generator laboratoryjny, Perpetuum mobile,

Przerzutnik RS, Czarodziejski czujnik zbliżeniowy,

Detektor wilgoci, Uniwersalny sygnalizator drzwiowy,

Cyfrowe tańczące światełka, Przełączniki sensorowe

potencjometry

diody LED

przyciski

kondensatory

„darlington“

mocy

układy scalone

brzęczyk

piezo

z generatorem

membrana

piezo

PCA − 100

tranzystory

rezystory

diody

Gdy pierwszy raz w życiu stajesz na nartach, nie odbywa

się to na szczycie Kasprowego. Szukasz jakiegoś łagodne−

go, mało stromego stoku, jednym słowem − oślej łączki.

Dopiero gdy na takiej oślej łączce nauczysz się podstaw,

będziesz w stanie bezpiecznie zjechać z Kasprowego.

Niniejszy cykl jest odpowiednikiem wypraw na taką

oślą łączkę. Poszczególne wyprawy pozwalają poznać ko−

lejne najważniejsze zagadnienia elektroniki. Kurs został

pomyślany, by przede wszystkim bawić, a przy okazji

uczyć. Zabawa polega na wykonywaniu różnych cieka−

wych i pożytecznych układów.

Niniejszy materiał jest piątą wyprawą na oślą łączkę.

Nareszcie zajmiemy się układami cyfrowymi .

Określenie „technika cyfrowa“ może budzić obawy,

że chodzi o coś bardzo trudnego. Niektórzy są przekona−

ni, że jeśli jest „cyfrowa“, to ma ścisły związek zmatema−

tyką, i to matematyką wyższą. W rzeczywistości ta dzie−

dzina elektroniki okazuje się bardzo łatwa do opanowania.

Wbrew pozorom okazuje się zdecydowanie łatwiejsza niż

technika analogowa, którą zajmowaliśmy się na poprze−

dnich wyprawach. Tak! Przekonasz się o tym osobiście

podczas pierwszej „cyfrowej“ wyprawy na elektroniczną

oślą łączkę.

Wniniejszym cyklu wszelkie interpretacje fizyczne są

mocno uproszczone (o ile w ogóle są), a główna uwaga

jest skierowane na zagadnienia praktyczne. Uwydatnia to

charakterystyczna struktura kursu − każdy odcinek zawie−

ra cztery bloki, wyróżnione kolorami.

Najważniejszy blok to umieszczone na białym tle ćwi−

czenia praktyczne . Samo przeczytanie tekstu nie dostar−

czy Ci wszystkich najważniejszych informacji. Dopiero

praktyczne wykonanie izbadanie zaproponowanych ukła−

dów pozwoli wyciągnąć wnioski iwpełni zrozumieć opi−

sane zagadnienia. Pomogą informacje zawarte w czę−

ściach ELEMENTarz i Technikalia .

Zapewniam, że zaczynając znajomość z techniką cy−

frową od tak zwanych układów CMOS nie musisz mieć

żadnej wiedzy matematycznej. Musisz jednak wiedzieć,

co to jest rezystor i kondensator. Musisz też znać zasady

oznaczania rezystorów ikondensatorów oraz wiedzieć, co

to jest i jak działa tranzystor, zarówno zwykły, bipolarny,

jak i polowy (MOSFET). Zagadnienia te zostały wyczer−

pująco omówione podczas dwóch pierwszych „analogo−

wych“ wypraw na oślą łączkę. Można je znaleźć w archi−

walnych numerach Elektroniki dla Wszystkich, począw−

szy od numeru 10/2000.

Do wykonania wszystkich układów tej „cyfrowej“

wyprawy wystarczą schematy i fotografie zamieszczone

w artykule. Do ich zasilania najlepiej nadaje się stabilizo−

wany zasilacz wtyczkowy 12V 250mA, a w większości

ćwiczeń możesz wykorzystać baterię 9V. Komplet ele−

mentów do budowy wszystkich ćwiczeń tej wyprawy

można zamówić jako zestaw A05. Elementy możesz luto−

wać, możesz też wykorzystać uniwersalną płytkę styko−

wą. Informacje handlowe podane są na stronie 80,81.

Życzę sukcesu także na tej wyprawie.

Prąd elektryczny przepływający przez ciało czło−

wieka nie jest obojętny dla zdrowia. Czym więk−

sze napięcie, tym większy prąd i większy wpływ

na organizm.

Napięcia nie przekraczające 24V uznaje się za

bezwzględnie bezpieczne.

Napięcia rzędu 60V i więcej uznawane są za nie−

bezpieczne. Napięcie w domowym gniazdku sie−

ci energetycznej wynosi 220...230V − jest to więc

napięcie groźne dla życia!

Przeprowadzanie prób z układa−

mi dołączonymi wprost do sieci

grozi śmiercią!

Aby zapobiec nieszczęściu, należy zasilać budo−

wane układy z baterii albo z użyciem fabryczne−

go, atestowanego zasilacza, który co prawda jest

dołączany do sieci, ale zastosowane rozwiązania

zapewniają galwaniczną izolację od sieci i pełne

bezpieczeństwo.

Piotr Górecki

Elektronika dla Wszystkich

Ośla łączka

A4 86

Stany logiczne

Urządzenia cyfrowe (logiczne) zazwyczaj

traktuje się jako „czarne skrzynki“ mające

wejścia i wyjścia. Nie jest ważne, co jest

wśrodku – istotne jest tylko, jakie jest dzia−

łanie układu. Może straszy Cię informacja,

że urządzenia te realizują funkcje matema−

tyczne (logiczne).

Nie bój się! W rzeczywistości na wej−

ścia podawane są jakieś napięcia i jakieś

napięcia pojawiają się na wyjściach. Ściślej

biorąc, na tych wejściach i wyjściach wy−

stępują tak zwane stany logiczne, inaczej

poziomy logiczne. Oto pierwsza dobra

i bardzo ważna wiadomość: istnieją dwa

podstawowe stany logiczne − stan niski

(oznaczany L – od angielskiego low) i stan

wysoki (oznaczany H – high). S tan niski,

zwany także zerem logicznym (0) to

w praktyce po prostu brak napięcia. Stan

wysoki, zwany też jedynką logiczną (1) to

obecność napięcia .

Dalszych informacji na temat stanów lo−

gicznych szukaj w części TECHNIKALIA.

Uwaga!

Podczas tej wyprawy będziemy wy−

korzystywać delikatne układy scalo−

ne CMOS. Ryzyko ich uszkodzenia

nie jest duże, ale nie jest wykluczone.

Dlatego na wszelki wypadek w ze−

stawie elementów do tej wyprawy

(A05) przewidziano podwójną liczbę

układów scalonych.

Warto od razu zajrzeć do części

TECHNIKALIA i zapoznać się z podsta−

wowymi informacjami o sposobach

zapobiegania uszkodzeniom delikat−

nych podzespołów elektronicznych.

Ćwiczenie 1 Podstawowe bramki

Bramka jako... bramka

Czy w życiu codziennym spotykasz się

z bramkami logicznymi?

Tak! Często mamy do czynienia zurzą−

dzeniami, które działają jak najprawdziw−

sze bramki logiczne, na przykład lampka

oświetlenia kabiny samochodu sterowana

jest elektromechaniczną bramką OR:

lampka świeci, gdy przynajmniej jedne

drzwi zostaną otwarte.

Z kolei drzwi wejściowe do mieszka−

nia, wyposażone w kilka zamków, przy−

pominają działanie bramki AND: aby

otworzyć drzwi, trzeba wcześniej otwo−

rzyć wszystkie zamki.

Na rysunku 1 znajdziesz przykłady

realizacji bramek OR iAND przy użyciu

zwykłych diod irezystorów. Takie bram−

ki czasem wykorzystujemy w praktyce.

Aby zaświecić lampkę współpracującą

z bramką OR z rysunku 1a, wystarczy

podać napięcie na przynajmniej jedno

wejście. W przypadku bramki AND

z rysunku 1b napięcie trzeba podać na

wszystkie wejścia.

Czy wiesz, że...

Numeracja nóżek układów

scalonych jest znormalizowana.

Dla powszechnie dostępnych układów

w tak zwanej obudowie DILpółokrągłe

wycięcie, wgłębienie lub kropka znajduje się

w pobliżu nóżki 1,

Podstawowe bramki

Bramki są elementarnymi cegiełkami,

z których można budować dowolnie

skomplikowane układy , pełniące różno−

rodne zadania, na przykład liczniki, prze−

rzutniki, rejestry i inne, o których dowiesz

się na kolejnych wyprawach. A oto bardzo

dobra wiadomość: istnieje tylko kilka typów

bramek, a ich działanie jest beznadziejnie

proste.

Uwaga! Podane dalej wyjaśnienia ba−

zują na informacjach zawartych w po−

przednich odcinkach cyklu „Ośla łączka“

(wyprawy A1...A2). Jeśli nie znasz zawar−

tego tam materiału, musisz się z nim za−

poznać i dowiedzieć się nieco o rezysto−

rach, kondensatorach, tranzystorach

i przekaźnikach.

Rysunek 1 pokazuje symbole graficzne

podstawowych bramek, znane i stosowane

od lat. Od pewnego czasu zaleca się używa−

nie nowszych symboli z rysunku 2 , jednak

wciąż nie są one popularne.

Symbol graficzny nie mówi nic o budo−

wie wewnętrznej, a jedynie wskazuje, jakie

a nóżki trzeba liczyć przeciwnie do

ruchu wskazówek zegara, patrząc

od góry, czyli od strony napisu.

Zasadę tę ilustruje

fotografia.

Czy wiesz, skąd wzięła się nazwa

bramka? Nazwa bramka (ang. gate) koja−

rzy się z bramą, z wejściem, z drzwiami.

Rys. 1

Komu potrzebny jest

ochroniarz?

Obwody wejściowe (bramki) tranzystorów MO−

SFET, zawartych w układach CMOS, są bardzo

delikatne i łatwo ulegałyby uszkodzeniom, gdyby

nie odpowiedni system zabezpieczeń.

Źródłem zagrożenia są przede wszystkim tak

zwane ładunki statyczne. Na pewno i Ty od czasu

do czasu obserwujesz trzaski i iskierki przy zakła−

daniu jakiegoś ubrania z włókna sztucznego. Za−

pewne i Ciebie ukłuła iskra po dotknięciu klamki

albo przy wysiadaniu z samochodu. Jeśli przeska−

kuje iskra, napięcie wynosi na pewno ponad kilo−

wolt (tysiąc woltów); zwykle wynosi kilka lub kil−

kanaście kilowoltów.

Jeśli iskra przeskakuje przy dotykaniu klamki,

coś podobnego może też wystąpić przy dotknięciu

nóżek układu scalonego. Oczywiście prowadzi to

nieuchronnie do uszkodzenia delikatnej struktury.

Konstruktorzy włożyli dużo trudu ipomysłowości,

by nie dopuścić do uszkodzenia w takich sytua−

cjach. Wczęści ELEMENTarz znajdziesz schemat

typowego zabezpieczenia, które chroni układ sca−

lony w większości sytuacji. Powiedzmy to wyra−

źnie – w większości sytuacji, ale nie zawsze. Dla−

tego producenci układów scalonych nadal zalecają,

by przechowywać delikatne układy scalone w spe−

cjalnych szynach z przewodzącego prąd plastiku,

oznaczonych napisem antistatic ewentualnie wbite

nóżkami w czarną, przewodzącą gąbkę – patrz fo−

tografia A na stronie obok.

Nie zdziw się też, że niektórzy sprzedawcy za−

wijają takie układy w folię aluminiową.

Według zaleceń producentów, stanowisko

montażowe układów CMOS powinno mieć meta−

lowy (lub inny przewodzący prąd) blat, wszystkie

Elektronika dla Wszystkich

Ośla łączka

Słusznie!

Drzwi mogą być otwarte albo zamknięte.

Podobnie jest zbramką. Wukładach z

rysunku 1 za pomocą przycisku S1 mo−

żesz zaświecać i gasić lampkę w dowol−

nym rytmie pod warunkiem, że...

Czy rozumiesz, w czym rzecz?

Bramka przepuści sygnał „zmienny“

zprzełącznika S1 tylko wtedy, gdy na jej

drugim wejściu jest odpowiedni stan lo−

giczny. W bramce OR (rysunek 1a)

i w bramce NOR stanem „otwierają−

cym“ jest stan niski (styk S2 rozwarty).

Bramkę AND (rysunek 1b) i bramkę

NAND otwiera stan wysoki (styk S2

zwarty).

Działanie bramek jest wsumie bezna−

dziejnie proste. Nie zlekceważ jednak

proponowanego teraz ćwiczenia, które−

go celem jest poznanie pewnych waż−

nych cech bramek logicznych i innych

układów z rodziny CMOS 4000. Zestaw

układ według rysunku 2 z wykorzysta−

niem kostki CMOS 4011, zawierającej

cztery dwuwejściowe bramki NAND .

Nie zapomnij o podłączeniu końcówek

zasilania (nóżki 7 i 14) i wejść. Trzy

wyjścia pozostaw niepodłączone. Na

tym iniektórych następnych schematach

zaznaczyłem numery nóżek, co sugeruje

konkretne połączenia. Oczywiście wszy−

stkie bramki z jednej kostki są jednako−

we i wejścia każdej bramki też są jedna−

kowe, więc możesz modyfikować układ.

jest działanie elementu. Działanie bramek

(i innych, tak zwanych kombinacyjnych

układów logicznych) opisane jest wpodręcz−

nikach za pomocą tak zwanych tabel prawdy.

W ramach tego kursu podejdziemy do spra−

wy prościej, od strony intuicyjnej.

Rys. 1

Rys. 2

Jak już wiesz, stan niski to w praktyce

brak napięcia (napięcie równe zeru), nato−

miast stan wysoki to obecność napięcia zasi−

lania. Chyba zgadza się z Twoją intuicją, że

wodniesieniu do wejść stan niski jest czymś

w rodzaju stanu spoczynkowego, natomiast

stan wysoki jest stanem aktywnym. Z wyj−

ściami bywa różnie – o tym przeczytasz da−

lej. ( Choć określenie „stan spoczynkowy“

nie jest używane w podręcznikach, ułatwi Ci

intuicyjne zrozumienie działania układów lo−

gicznych. Nie chcę Ci bowiem mącić w gło−

wie określeniami typu logika dodatnia

i ujemna. )

Funkcje pięciu omówionych dalej bra−

mek musisz dobrze zrozumieć i pamiętać

okażdej porze dnia inocy – to naprawdę jest

niezbędne. Hobbyści w swej praktyce zde−

cydowanie najczęściej wykorzystują negato−

ry (NOT) oraz dwuwejściowe bramki NA−

ND i NOR. Bramki OR, AND są wykorzy−

stywane nieporównanie rzadziej.

Fot. 1

Układ scalony

Bramki logiczne można zrealizować w naj−

różniejszy sposób i jak się okazuje funkcje

logiczne oraz operacje matematyczne moż−

na przeprowadzać przy użyciu najróżniej−

szych elementów. Przed wielu laty realizo−

wano je przy pomocy m.in. układów

mechanicznych, przekaźników, lamp

elektronowych, tranzystorów, diod irezysto−

rów, itd... jednak dopiero pojawienie się

Amatorzy i nie tylko amatorzy nie zachowują

żadnych środków ostrożności przy kontakcie

z układami CMOS. Dlatego nadal zdarzają się

uszkodzenia układów scalonych CMOS, ale trzeba

przyznać, iż są to przypadki bardzo rzadkie.

Cóż mam Ci poradzić w tym względzie?

Z obowiązku informuję o zaleceniach fabrycz−

nych. Z własnej praktyki zalecam rozsądną mia−

rę ostrożności − kawałek czarnej gąbki do prze−

chowywania układów CMOS i uziemienie grota

lutownicy na pewno nie zaszkodzi. Warto też

dotknąć do uziemienia (np. kranu) przed rozpo−

częciem pracy, by rozładować ewentualne ła−

dunki. Trzeba też unikać ubrań z tworzyw

sztucznych, bo się łatwo elektryzują – bawełna

okazuje się dobra i pod tym względem. Nie za−

szkodzi też w pracowni rozpylić trochę wody

w powietrzu, utrudnia to tworzenie wspomnia−

nych ładunków statycznych.

Fot. . . A

Elektronika dla Wszystkich

przyrządy pomiarowe oraz lutownica mają być

uziemione. Także elektronik powinien być uzie−

miony (!) za pomocą przewodzącej bransolety po−

łączonej z ziemią przez rezystor o wartości rzędu

Ω

Ośla łączka

A4 88

przed czterdziestu laty układów scalo−

nych otworzyło drogę nie tylko do niesa−

mowitej miniaturyzacji, ale i do zadziwia−

jącego zwiększenia możliwości układów

cyfrowych.

Jak już wiesz, układ scalony to miniatu−

rowy układ elektroniczny, którego elementy

są wytworzone na wspólnym krzemowym

podłożu. Typowy układ scalony zawiera

przede wszystkim tranzystory (bipolarne lub

unipolarne MOSFET) a także rezystory

i ewentualnie kondensatory o małych po−

jemnościach.

Istnieje bardzo wiele typów i rodzajów

układów scalonych. Generalnie dzielą się

one na analogowe i cyfrowe. Na wyprawie

czwartej wykorzystywaliśmy scalone stabi−

lizatory, które należą do układów analogo−

wych, podobnie jak na przykład różnego ro−

dzaju wzmacniacze. Natomiast ogromna

grupa układów cyfrowych obejmuje ele−

menty począwszy od najprostszych bramek,

a skończywszy na skomplikowanych proce−

sorach komputerowych.

Najprostsze cyfrowe układy scalone

(bramki) zawierają kilka tranzystorów. Naj−

bardziej skomplikowane (procesory kompu−

terowe) – kilka milionów tranzystorów.

Wprzypadku układów scalonych, zwłaszcza

cyfrowych, niewiele interesuje nas budowa

wewnętrzna, a bardziej pełnione funkcje.

Fotografia poniżej pokazuje kilka układów

scalonych, analogowych icyfrowych.

Dlatego też na niektórych rysunkach ce−

lowo nie podałem numeracji nóżek.

Naciśnięcie przycisku, czyli podanie

na nóżkę 3 w stanu wysokiego powo−

duje pojawienie się stanu niskiego na

wyjściu 3 i zgaszenie diody D. Bramka

U1Adziała jak inwerter.

Dołącz nóżkę 1 bramki

do masy (n. 7). Czy

wiesz, dlaczego

nie można teraz

zgasić diody

D5? Jeśli

wiesz, gratulu−

ję − rozumiesz

działanie bramki

NAND. Znów dołącz

nóżkę 1 do nóżki 14.

Jeśli usuniesz zewnętrzne obciążenie

w postaci R2, D5, nie zaświeci także

kontrolka D2, co wskazuje, że nieobcią−

żony układ scalony podczas pracy albo

nie pobiera prądu w ogóle, albo jego

pobór jest znikomo mały .

Jakie stany logiczne panują na wyj−

ściach bramek U1B, U1C? Jeśli ze−

wrzesz ze sobą te wyjścia (nóżki 4, 10),

wtedy zaświeci dioda D2, wskazując, że

układ pobiera spory prąd. Płynie on

przez D2, nóżkę zasilającą 14, dalej we−

wnątrz układu scalonego przez bramkę

U1B, potem z nóżki 4 do nóżki 10 i da−

lej przez bramkę U1Cdo nóżki zasilają−

cej 7. Dioda D2 zaświeci jasno, gdy ze−

wrzesz nóżkę 4 do masy albo nóżkę 10

(11) do plusa zasilania.

Wyciągnij ważny wniosek: zwarcie

wyjść CMOS może spowodować zupeł−

nie niepotrzebnie pobór znacznego prą−

du. Dlatego nie należy zwierać wyjść

Czy wiesz, że...

Wejścia układów CMOS nie mogą być niepodłączo−

ne, czy jak mówimy potocznie “wisieć w powietrzu”.

Wszystkie niewykorzystane wejścia układów CMOS powin−

ny być dołączone albo do masy, albo plusa zasilania.

Niewykorzystane wyjścia należy pozostawić niepodłą−

czone. Nie wolno ich łączyć z innymi wyjściami,

z masą, ani z dodatnią szyną zasilania.

bramek ani za sobą, ani do masy, ani do

plusa zasilania.

Zauważ, że niezależnie od stanów

przycisku, diody LED D3, D4 umie−

szczone na wejściu bramki nie zaświecą

się nawet w głębokiej ciemności – to ar−

gument, że wejścia bramek podczas

normalnej pracy nie po−

bierają prądu . Po−

równanie rysunku

2 i fotografii 1

pokazuje, że

w ćwiczeniu

tym możesz

wykorzystać

diody LED o do−

wolnych kolorach.

Zbadamy wydajność

wyjść bramek. Zestaw teraz układ z ry−

sunku 3 . Pomocą będzie fotografia 2 .

(Dodatnie napięcie zasilania i dodatnią

końcówkę zasilającą układów CMOS

często oznacza się VDD, napięcie ikoń−

cówkę ujemną − VSS). Potencjometr

PR1 pozwala zmieniać napięcie zasila−

jące w szerokich granicach. Najpierw

ustaw napięcie zasilające na minimum −

wskaźnikiem napięcia jest dioda LED

D1. Zwiększaj napięcie zasilania i ob−

serwuj jasność świecenia LED−ów D2,

D3, które w tym wypadku ze względów

dydaktycznych włączone są nietypowo,

bez rezystorów ograniczających.

Uwaga! Napięcie zasilania powinno

wynosić co najmniej 12V, a w miarę

możliwości 18V(np. 2 baterie alkaliczne

9V). Przy napięciach zasilania powyżej

12V układ scalony będzie się wyraźnie

grzać. Przy napięciach mniejszych niż

12Vgrzanie może być niezauważalne.

Fot. 1

Rys. 3

Czy wiesz, że...

Obok oficjalnego określenia

„układ scalony ” używane są także inne,

równoważne − przede wszystkim

„kostka ”, ale także mniej eleganckie

„kość ” i „scalak ”.

Stany, stany, stany...

Wczęści pt. ELEMENTarz podałem, że mamy dwa

podstawowe stany logiczne: wysoki i niski (inaczej:

jedynka i zero). I to jest święta prawda. W podręcz−

nikach możesz spotkać opisy jeszcze innych stanów:

tzw. stanu trzeciego, oznaczanego Z, stanu nieokre−

ślonego oraz stanu zabronionego czy stanów zabro−

nionych. W książkach spotkasz się także z określe−

niami „logika ujemna“ i„logika dodatnia“. Podręcz−

niki zwykle zawierają też obszerny materiał teore−

tyczny dotyczący rachunku zdań, zbiorów, kwantyfi−

katorów, relacji, funkcji, itd. Na razie nie ma żadnej

potrzeby, byśmy się tym zajmowali. To są zagadnie−

nia potrzebne wąskiej grupie teoretyków i zawodo−

wych konstruktorów. Aby zostać dobrym elektroni−

kiem−hobbystą wystarczy zrozumieć podstawy, a to

naprawdę jest bardzo łatwe. Potem jeśli zechcesz,

zajmiesz się materiałem teoretycznym.

Elektronika dla Wszystkich

Ośla łączka

Jasność świecenia D2, D3 wskazuje,

że z wyjścia bramki przy wyższych na−

pięciach zasilających można pobrać spo−

ry prąd i to zarówno wypływający, jak

i wpływający. Często wykorzystujemy

to w praktyce.

Jeśli chcesz, możesz zamiast dowol−

nej diody D2 albo D3 włączyć miliampe−

romierz (który ma małą rezystancję we−

wnętrzną i można go traktować jako

zworę) isprawdzić, jaki jest maksymalny

prąd zwarciowy przy różnych napięciach

zasilania. Choć w rzeczywistych warun−

kach aż tak dużego prądu „nie wydusisz“

z wyjścia, a wydajność układów od róż−

nych producentów może być znacząco

różna, ćwiczenie to jest bardzo ważne, bo

da Ci wyobrażenie, jakie możliwości ma

wyjście układu CMOS w zależności od

napięcia zasilania. Zwróć uwagę, że

zwarciowy prąd wyjściowy silnie zależy

od napięcia zasilającego.

Diody D4, D5 nie będą świecić; czy

wiesz, dlaczego?

Przetwornik

piezoelektryczny

(membrana piezo)

Płytka zmateriału piezo−

elektrycznego ma intere−

sujące właściwości. Do−

łączenie do niej napięcia

powoduje (niewielkie)

odkształcenie mecha−

niczne. Zasilona napię−

ciem zmiennym wydaje

dźwięk − zamienia zmienne przebiegi elek−

tryczne na dźwięki. Membrana piezo jest więc

rodzajem głośnika, ale typowa membrana nie

może zastąpić głośnika w radiu czy telewizo−

rze, bo dobrze przetwarza tylko sygnały zwą−

skiego pasma częstotliwości. I to jest główna

wada. Ważną zaletą jest mały pobór mocy

i duża głośność (czyli duża sprawność prze−

twarzania energii elektrycznej na akustyczną).

Jest przetwornikiem odwracalnym, za−

mienia też dźwięki, a ściślej drgania mem−

brany na sygnały elektryczne. W pewnych

warunkach może więc służyć jako mikrofon.

Membrana piezo jest elementem niebie−

gunowym.

Membrany piezo wyposażone wdodatko−

wą tubę umożliwiają uzyskanie dźwięku

o zaskakująco dużej głośności i są wykorzy−

stywane w systemach alarmowych, zwła−

szcza samochodowych.

Rysunek powyżej pokazuje symbol

membrany piezo, spotykany w literaturze.

Uwaga! Takim samym symbolem oznacza

się także brzęczyk piezo, czyli membranę

z wbudowanym jednotranzystorowym gene−

ratorem.

Fotografia poniżej pokazuje kilka mem−

bran piezo. Niektóre umieszczone są w obu−

dowie i mają wygląd podobny do przetwor−

ników piezo z generatorem, które poznałeś

na wyprawie pierwszej A1. Łatwo je odróż−

nić bez otwierania obudowy. Brzęczyk zasi−

lony napięciem stałym o odpowiedniej bie−

gunowości (najpierw 3V, potem ewentualnie

9V) wyda ciągły dźwięk, natomiast membra−

na dołączona do napięcia stałego wyda co

najwyżej jeden cichy stuk.

Brzęczyk piezo zawiera membranę oraz

prosty generator z jednym tranzystorem.

Fot . . . 2

Ćwiczenie 2 Czujnik zbliżeniowy

W ramach tego ćwiczenia zbadamy dal−

sze właściwości bramki i przekonamy

się o obecności wokół nas „elektronicz−

nych śmieci“.

Najpierw zestaw układ według ry−

sunku 4a . Nie zapomnij o końcówkach

zasilania (n. 7 i 14). Gdy za pomocą ka−

wałka drutu na chwilę zewrzesz punkt

Azpunktem P(zplusem zasilania), kon−

densator C1 naładuje się i po usunięciu

zwarcia bardzo długo lub na stałe utrzy−

ma stan wysoki na wejściu A. Wskaźni−

kiem będzie dioda LED. Gdy potem

choć na chwilę zewrzesz punkt Ado ma−

sy, kondensator momentalnie rozładuje

się ina wejściu Abędzie się utrzymywał

stan niski. Ja od razu do ładowania iroz−

ładowywania kondensatora C1 wyko−

rzystałem dwa przyciski.

Napięcie na kondensatorze się nie

zmienia (ani się on ładuje, ani rozłado−

wuje), bo w obwodach wejściowych

układów CMOS praktycznie prąd nie

płynie. Mówimy, że wejścia CMOS ma−

ją ogromną rezystancję wejściow ą.

Kondensator C1 pełni rolę elementu pa−

miętającego. Rolę tę może pełnić nawet

znikoma pojemność wejścia bramki, wy−

nosząca około 5...10pF. Jeśli pozosta−

wisz wejście CMOS „wiszące w powie−

trzu“, układ może reagować bardzo

dziwnie, zwykle błędnie.

Nigdy nie pozostawiaj nie−

podłączonych wejść CMOS.

Zmodyfikuj teraz układ

pracy bramek U1A, U1B,

U1C, U1D według rysunku

4b (reszta bez zmian). Pomo−

cą będzie fotografia 3 . Rezy−

stor R2 włączony równolegle

do naładowanego kondensa−

tora C1 na pewno go rozładu−

je. Sprawdź działanie układu.

Elementy R2C1 tworzą

obwód opóźniający zgasze−

nie lampki D1. Natomiast

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: