2001.02_Ośla łączka.pdf

Ośla łączka

Ćwiczenie 11 Nocny dręczyciel

Płytka drukowana

Ogromna większość układów elektronicz−

nych montowana jest na płytkach drukowa−

nych. Płytki drukowane wykonywane są

z laminatu, pokrytego z jednej lub obydwu

stron cienkimi warstwami miedzi. Typowa

grubość warstwy miedzi to 0,035mm

(35µm). Fotografia pokazuje kawałki lami−

natu miedziowanego jednostronnie.

Możesz zbudować wrednego elektro−

nicznego dręczyciela. Układ o podob−

nym działaniu od lat cieszy się wielką

popularnością wśród Czytelników Elek−

troniki dla Wszystkich. Gdy dyskretnie

zostawisz go u kolegi lub u koleżanki

w mieszkaniu gdzieś na szafie lub wyso−

ko na półce, zacznie działać dopiero po

zapadnięciu zmroku (zgaszeniu światła).

W ciemności co kilkanaście czy kilka−

dziesiąt sekund będzie wydawać

króciutkie i ciche, a jednak niepokojące

piski. Gdy zaintrygowany piskami nie−

szczęśnik włączy

światło by poszu−

kać źródła dźwięku

– układ umilknie,

uniemożliwiając

lokalizację.

Taki dowcip

zrobisz koledze nie

w tygodniu, lecz

w piątek lub sobo−

tę, bo z pewnością

nie zaśnie on tej

nocy (a Ty potem

przez kilka dni na

wszelki wypadek

nie pokazuj się mu

na oczy).

Uwaga! Dręcze−

nie osób nie mają−

cych poczucia hu−

moru oraz nadmier−

nie nerwowych gro−

zi śmiercią lub ka−

lectwem i jest suro−

wo wzbronione!

Schemat dręczy−

ciela pokazany jest

na rysunku 19 . Jest

to wersja 3−wolto−

wa, zasilana jedną

baterią litową albo

dwiema bateryjka−

mi zegarkowymi.

Fotografia 12

Fot. 12

Fot. 13A

Fot. 13B

W procesie wytwarzania płytek druko−

wanych z takiego “surowego” laminatu

wiercone są otwory, niepotrzebne obszary

miedzi są usuwane, nanoszone są napisy

i rysunki elementów, a na koniec płytka jest

pokrywana lakierem ochronnym.

Profesjonalne płytki drukowane, jak te

pokazane na fotografii poniżej, wykony−

wane są w skomplikowanym procesie tech−

nologicznym, z użyciem maszyn−automa−

tów. Hobbyści mają kilka prostszych spo−

sobów, umożliwiających wykonanie uży−

tecznych płytek. Często malują ścieżki

specjalnym pisakiem, wytrawiają niepo−

trzebne obszary miedzi w roztworze chlor−

ku żelaza, wiercą otwory za pomocą małej

wiertarki, a powierzchnię miedzi zabezpie−

czają roztworem kalafonii w spirytusie.

Histereza

W układach z dodatnim sprzężeniem zwrotnym,

badanych w ramach ćwiczeń 5 i 7 zaobserwowali−

śmy ciekawe zjawisko. Choć na wejście podawane

było powoli zmieniające się napięcie, napięcie

wyjściowe nie zmieniało się płynnie − układ jakby

“przeskakiwał” z jednego stanu do drugiego i to ja−

koś dziwnie. Próg “przeskakiwania”, ściślej prze−

rzutu zależał od tego, czy napięcie UA na wejściu

układu z rysunku rosło, czy malało. Zaobserwowa−

liśmy zjawisko histerezy, a układ nazywany jest

przerzutnikiem Schmitta. Rysunek Sa pokazuje

charakterystykę prostego wzmacniacza dwutran−

zystorowego zasilanego napięciem 9V. Nie bój się

takich rysunków – przecież to wszystko jest bezna−

Rys. S

Elektronika dla Wszystkich

Ośla łączka

A2 30

Inni wykorzystują metodę fotochemiczną,

jeszcze inni specjalną folię.

Fotografia pokazuje wykonane starannie

amatorskie płytki drukowane.

pokazująca ten sam model z dwóch

stron udowadnia, że układ można z po−

wodzeniem zrealizować “w pająku“.

Praktyczne testy tego i innych drę−

czycieli wykazały, iż możliwa jest bu−

dowa podobnego układu zasilanego

z jednej maleńkiej bateryjki 1,5V.

Schemat takiej wersji pokazany jest na

rysunku 20 , a dwa modele na foto−

grafiach 13a i 13b .

Rys. 19

Rys. 21

Rys. 20

Rys. 22

Lutownica

Jedno z podstawowych narzędzi elektronika.

Rozgrzana do temperatury +250...+400 o C

końcówka grota roztapia stop lutowniczy,

tak zwaną cynę, i tym samym pozwala na

łatwy montaż i demontaż układów elektro−

nicznych. Fotografia poniżej pokazuje po−

pularną lutownicę, dobrze nadającą się dla

początkujących.

Sygnał z brzęczyka nie może być

zbyt głośny i zbyt długi, bo łatwa bę−

dzie jego lokalizacja. Jeśli chcesz, mo−

żesz zmieniać wartości elementów C1

i R1, decydujące o długości pisku oraz

czasie powtarzania. Na czas testów

odłącz fototranzystor, wtedy układ bę−

dzie pracował cały czas.

Jak widać, model z fotografii 13A zo−

stał zmontowany na... tekturce, a końców−

ki elementów zostały ze sobą zlutowane.

Wykorzystałem wydruk z drukarki. Ty, je−

śli chcesz, wykorzystasz podobny wydruk

zamieszczony na rysunku 21 i na wkład−

ce w tym numerze EdW (lub jego ksero−

kopię, by nie psuć artykułu).

Elementy do opisywanych ćwiczeń

wchodzą w skład zestawu A02, nato−

miast płytkę drukowaną można zamówić

oddzielnie

Uwaga 1. Gdyby w pokoju, gdzie

podrzucisz dręczyciela nigdy nie zapa−

dała całkowita ciemność (np. z winy

lampy ulicznej, świecącej przez okno)

musisz umieścić pipka w odpowiednim

miejscu, na przykład pod szafą czy na

półce za książkami, gdzie jest ciemniej.

Możesz też zmodyfikować układ,

włączając fototranzystor równolegle do

kondensatora C1. Wtedy można regulo−

wać czułość zmieniając wartość R1.

Ponieważ zmiana wartości R1 zmieni

częstotliwość pojawiania się pisków,

trzeba wtedy odpowiednio zmienić

wartość C1.

Uwaga 2. Układ może nie działać

zaraz po zmontowaniu ze względu na

możliwość tzw. rozformowania kon−

densatora C1 – po pewnym czasie za−

cznie działać normalnie. Aby wyklu−

czyć taką niespodziankę, wystarczy

przed wlutowaniem kondensatora C1

dołączyć go do zasilacza lub baterii

(6...12V) na co najmniej godzinę,

pamiętając o tym, żeby plus konden−

satora dołączyć do plusa zasilacza.

dziejnie proste. Oś pozioma reprezentuje napięcie

wejściowe Uwe, a oś pionowa – napięcie wyjścio−

we Uwy. Jeśli napięcie wejściowe jest mniejsze od

napięcia progowego UP, na wyjściu napięcie jest

niskie. Gdy napięcie wejściowe jest większe niż

U P , napięcie wyjściowe jest bliskie 9V. Działanie

jest jasne i proste.

Inaczej jest z przerzutnikiem Schmitta. Charak−

terystyka jakiegoś przerzutnika Schmitta zasila−

nego napięciem 9V jest pokazana na rysunku Sb .

Jeśli napięcie wejściowe rośnie (co zaznaczyłem

kolorem zielonym), stan wyjścia gwałtownie zmie−

ni się przy napięciu oznaczonym U P2 wynoszącym

około 4,5V– napięcie wyjściowe zwiększy się.

Dalsze zwiększanie napięcia wejściowego nic na

wyjściu nie zmieni. Jeśli natomiast napięcie wej−

ściowe będzie się zmniejszać (co zaznaczyłem ko−

lorem czerwonym), wtedy gwałtowna zmiana sta−

nu wyjścia nastąpi przy napięciu wejściowym U P1

wynoszącym około 0,8V, czyli znacznie niższym

niż napięcie U P2 .

Przebieg z rysunku Sb pokazuje tak zwaną

pętlę histerezy. W praktyce mówiąc o histerezie

mamy na myśli różnicę napięć U P2 iU P1

(U P2 −U P1 ) – zaznaczyłem ją kolorem niebieskim.

Wielkość (napięcia) histerezy zależy od wartości

elementów.

Zauważ, że pożyteczny układ przerzutnika

Schmitta jest wzmacniaczem – wzmacniaczem

z dodatnim sprzężeniem zwrotnym.

Przerzutnik bistabilny

Zwiększając głębokość dodatniego sprzężenia

zwrotnego w przerzutniku Schmitta rozszerzamy pę−

tlę histerezy. Można powiedzieć, że przy odpowie−

dnio silnym sprzężeniu szerokość pętli będzie równa

napięciu zasilającemu i wtedy... układ przestanie peł−

nić funkcję przerzutnika Schmitta, stanie się nato−

miast przerzutnikiem bistabilnym – elementem pa−

miętającym, mającym dwa stabilne stany wyjściowe.

Obserwowaliśmy to w ćwiczeniach 5 i 6.

Generator

Może Cię zaskoczę informacją, że klasyczny gene−

rator, czyli urządzenie wytwarzające przebiegi

zmienne, też... jest wzmacniaczem. Tak! Generator

Elektronika dla Wszystkich

Ośla łączka

Ćwiczenie 12 Dyskotekowy gadżet

Lutownice lepszej klasy zwykle mają

grzałkę na 24V i wymagają dodatkowego

zasilacza. Wbrew pozorom, nie jest to

wada. Fotografia poniżej pokazuje najpro−

stszą profesjonalną stację lutowniczą zna−

nej firmy Weller z lutownicą 24V.

Elektroniczna tęcza z ćwiczenia 10 jest

bardzo atrakcyjna, jednak układ zawiera

wiele elementów. Zbuduj teraz znacznie

prostszy, migający kolorami drobiazg,

który będzie ozdobą spotkania towarzy−

skiego. Wykorzystaj schemat z rysun−

ku 23 . Zmontowany układ możesz

przypiąć do ubrania w charakterze bro−

szki czy wisiorka. Układ możesz zmon−

tować w jakikolwiek sposób, na przy−

kład na tekturce lub “w pająku”, jak mo−

del z fotografii 14 .

Rys. 23

Fot. 14

Ćwiczenie 13 Zaawansowany symulator

alarmu (samochodowego)

W takich lepszych lutownicach grot po−

krywany jest cienką warstwą specjalnych

stopów (których głównym składnikiem jest

żelazo), dzięki czemu proces niszczenia

grota jest nieporównanie wolniejszy.

Najtańsze lutownice mają grot wykona−

ny z kawałka zwykłego pręta miedzianego.

W trakcie lutowania, w wysokiej tempera−

turze miedź z grota pomału rozpuszcza się

w stopie lutowniczym (cynie). Grot ulega

stopniowemu zniszczeniu i trzeba go okre−

sowo wymieniać.

Każdy grot podczas używania ulega za−

brudzeniu i należy go co jakiś czas wyczy−

ścić i pobielić. Właściciele najtańszych lu−

townic często czyszczą grot na zimno za po−

mocą pilnika albo papieru ściernego “do ży−

wej miedzi”, a potem po rozgrzaniu nakłada−

ją nań cynę. W przypadku lepszych lutownic

z grotem pokrywanym żelazem taka proce−

dura jest ogromnym błędem, bo niszczy war−

stwę ochronną. Zamiast pilnika czy papieru

ściernego należy używać zwilżonej specjal−

nej gąbki – dalsze wskazówki podane są

w części pt. TECHNIKALIA.

Właściciele tańszych samochodów nie

zakładają alarmu, tylko instalują diodę

migającą, sprawiającą wrażenie, że

w aucie jest system alarmowy. Z pozna−

nych “klocków” możesz zbudować zaa−

wansowany symulator alarmu. Możesz

wykorzystać układ z poprzedniego ćwi−

czenia. Bardziej rozbudowany sterownik

Rys. 24

jest wzmacniaczem, w którym (mówiąc najpro−

ściej) występuje dodatnie sprzężenie zwrotne i ja−

kiś obwód czasowy – porównaj rysunki 10...18.

Generatory wykorzystujemy bardzo często,

a różnorodność rozwiązań układowych może przy−

prawić o ból głowy. Wkrótce poznasz jeszcze inne

popularne generatory.

cyną i właśnie ten stop trwale łączy końcówki ele−

mentów i punkty lutownicze płytek drukowanych

Zapamiętaj, że choć mówimy “cyna”, mamy

na myśli stop, składający się głównie z cyny i oło−

wiu. Co ciekawe i ważne, “cynowy” drucik (o śre−

dnicy 0,5...2mm) ma wewnątrz dodatkowe nitki

topnika. Możesz to zauważyć na powiększonej

części fotografii z następnej strony.

Ten topnik jest wręcz niezbędny. Bez topnika

praktycznie nie da się lutować. Rzecz w tym, że lu−

townica ma temperaturę około 300 0 C. Do takiej

mniej więcej temperatury rozgrzewana jest nie tyl−

ko “cyna”, która staje się ciekła, ale również koń−

cówki elementów i punkty lutownicze. W tak wy−

sokiej temperaturze następuje wprawdzie szybkie

tworzenie tlenków lutowanych metali (swego ro−

dzaju rdzy), ale także ich niszczenie. Topnik odgry−

wa bardzo ważną rolę – pomaga niszczyć tlenki,

które przeszkadzają w dobrym połączeniu i jedno−

cześnie zabezpiecza przed tworzeniem się nowych.

Aby zniszczyć tlenki istniejące na powierzch−

ni lutowanych elementów, trzeba lutowane koń−

cówki dobrze rozgrzać w obecności topnika.

Zasadniczo wystarczy do tego topnik zawarty

wewnątrz drucika “cyny”. Gorzej, gdy ktoś chce

zaoszczędzić i odzyskuje cynę z wcześniej luto−

wanych układów. Tak odzyskana cyna praktycznie

nie zawiera już topnika i lutowanie nią nie zapew−

nia dobrego połączenia. Ratunkiem jest wtedy

użycie oddzielnego topnika – najczęściej jest to

Lutowanie

Praktycznie wszystkie układy elektroniczne monto−

wane są z pomocą lutowania. Urządzenia fabrycz−

ne wytwarzane seryjnie lutowane są z wykorzysta−

niem automatów. Pojedyncze układy montowane są

ręcznie, przy użyciu lutownicy. Lutownica służy do

roztopienia specjalnego stopu, zwanego potocznie

Elektronika dla Wszystkich

Ośla łączka

A2 32

prezentowany jest na rysunku 24 i za−

wiera dwukolorową diodę, która świeci

trzema (tak!) różnymi kolorami w niety−

powym rytmie. Dodatkowo brzęczyk da−

je sygnały dźwiękowe.

Z całą pewnością taki sposób sygnali−

zacji skuteczniej odstraszy złodzieja,

wskazując na obecność skomplikowane−

go systemu alarmowego.

Układ tylko na pozór jest skompliko−

wany – w rzeczywistości zawiera dwa

znane Ci już generatory zrealizowane na

tranzystorach PNP. Dodatkowy tranzy−

stor T5 jest niezbędny, żeby wyłączyć

symulator (zwłaszcza przeszkadzający

brzęczyk) na czas jazdy. W tym celu wy−

starczy dołączyć punkt oznaczony S do

obwodu, gdzie napięcie pojawia się po

przekręceniu kluczyka w stacyjce (nato−

miast na punkcie P napięcie musi wystę−

pować przez cały czas). Jeśli nie bardzo

rozumiesz, o co chodzi, zapytaj posiada−

czy samochodów – oni Ci wyjaśnią.

Układ może być wykorzystany także

do innych celów i na pewno wzbudzi

ciekawość i pytania: co to jest i

jak działa? Wtedy punkt S pozostanie

niepodłączony.

Uwaga 1. Model pokazany na foto−

grafii 15 nie zawiera tranzystora T5 i re−

zystorów R10 i R11.

Uwaga 2. Ponieważ symulator zain−

stalowany będzie w samochodzie,

gdzie występują wibracje, wstrząsy

i duże zmiany temperatury, musisz

zmontować układ wyjątkowo solidnie.

Gotowy moduł warto, a nawet trzeba

zabezpieczyć potem lakierem izolacyj−

nym, zalewą silikonową albo ostatecz−

nie jakąś farbą.

Fot. 15

Ćwiczenie 14 Automat reklamowy − tańczące lampki

Niewielka modyfikacja układu z rysun−

ku 22 przekształci go w atrakcyjny au−

tomat reklamowy, gdzie rozrzucone na

większej powierzchni kolorowe świa−

tełka migają w na pozór przypadko−

wym rytmie. Układ taki zbudujesz we−

dług rysunku 25 . Każdy tranzystor ste−

ruje pracą łańcucha złożonego z trzech

diod (dowolnego rozmiaru, kształtu

i koloru).

Uwaga! Zwykle dłuższa końcówka dio−

dy LED jest końcówką dodatnią. Zdarzają

się jednak diody LED, zwłaszcza 3−mili−

metrowe, gdzie jest odwrotnie. Przed osta−

tecznym zmontowaniem warto na wszelki

kalafonia (kawałki kalafonii zobaczysz na foto−

grafii poniżej).

fragment stopi się

i trwale połączy

końcówki lub koń−

cówkę z płytką.

Prawidłowy lut

i połączenia niepra−

widłowe pokazane

są na rysunku T .

Błędem jest nabie−

ranie na grot lutow−

nicy kawałka cyny

i próba nałożenia

tej płynnej kropli

na łączone elemen−

ty – topnik zawarty

w druciku cyny

zdąży się wytopić

i odparować, a koń−

cówki elementów

nie zostaną należy−

cie rozgrzane.

W efekcie powstają

tak zwane zimne

luty – kiepskie po−

łączenia, które po pewnym czasie przestają łączyć

i przerywają obwód, a efektem zwykle są trzaski

i okresowe przerwy w działaniu. Zimne luty są

zmorą elektroników – urządzenie czasem działa

dobrze, czasem nie i trudno znaleźć przyczynę.

Kalafonia i cyna

Choć wykorzystywanie zużytej cyny z odzysku

nie jest zalecane, każdy elektronik ma pod ręką tro−

chę kalafonii, która przydaje się między innymi do

tak zwanego pobielania. Chodzi o to, że amatorzy

często wykorzystują starsze elementy, których

końcówki z czasem zdążyły zaśniedzieć, czyli po−

kryć się warstewką ciemnego nalotu tlenków. Taki

nalot czasem wręcz uniemożliwia lutowanie – cy−

na nie chce “złapać” zaśniedziałej powierzchni.

Przed właściwym lutowaniem takie zaśniedziałe

końcówki należy pobielić z użyciem kalafonii

i “świeżej” cyny. Pobielenie polega na nałożeniu

gorącą lutownicą cienkiej warstewki cyny w obe−

cności topnika. Czasem końcówki są tak mocno

zaśniedziałe, że przed pobieleniem trzeba je oczy−

ścić, skrobiąc je nożem lub drobnym papierem

ściernym.

Właściwe lutowanie polega na rozgrzaniu lu−

townicą końcówki elementu (końcówek elemen−

tów) i przytknięciu do nich drucika cyny , którego

Rys. T

Początkujący bardzo często wykonują takie

zimne luty, bo boją się przegrzać elementy – w li−

teraturze często spotyka się ostrzeżenia przed prze−

Elektronika dla Wszystkich

Ośla łączka

Efekt jest naprawdę ciekawy, trzeba

tylko rozmieścić lampki w sposób

“przypadkowy” na dużej powierzchni.

Możesz zwiększyć liczbę generatorów,

możesz zastosować układ z tranzystorami

PNP (BC558), jak na rysunkach 23, 24.

Możesz też do punktów oznaczonych

A...D dołączyć cztery MOSFET−y (jak na

rysunkach 14, 17) i zamiast diod LED za−

stosować żarówki 12V. Taka wersja z ża−

rówkami będzie jednak pobierać bardzo

dużo prądu i mały zasilacz wtyczkowy na

pewno nie da sobie rady − dobrym roz−

wiązaniem byłby wtedy akumulator.

Ω

Rys. 25

Ćwiczenie 15 Strzelnica laserowa

Jeśli oświetlisz wskaźnikiem laserowym

fotoelement układu zbudowanego we−

dług rysunku 26 i fotografii 16, wtedy

brzęczyk zostanie włączony na około se−

kundę, informując o celnym “strzale”.

Wystarczy do tego popularny wskaźnik

laserowy w formie długopisu czy bre−

loczka. Taki prosty odbiornik umożliwia

zorganizowanie zawodów, które wyłonią

najlepszego strzelca. Wbrew pozorom

trafienie w niewielki fotoelement nawet

z odległości

2 metrów nie

jest wcale takie

proste. Przeko−

naj się o tym

osobiście!

Układ z ry−

sunku 26 zawie−

ra kolejny poży−

teczny “klo−

cek”. Część

Fot. 16

grzaniem. Rzeczywiście, elementy mogą ulec

przegrzaniu, ale nie można tu przesadzić w żadną

stronę. Niedogrzanie jest równie złe jak przegrza−

nie. A gdzie jest złoty środek?

Wykonanie dobrego lutu powinno trwać 2...3

sekundy. W tym czasie dobrze nagrzana lutownica

(około +350 0 C lub więcej) rozgrzeje końcówkę

elementu usuwając tlenki i nie powodując uszko−

dzenia elementu.

Lutownica

Przy wyborze lutownicy warto wziąć pod uwagę

kilka czynników. Na początek całkowicie wystar−

czy prosta lutownica o mocy 15...25W, na przykład

taka, jak na fotografii poniżej . Warto od razy zao−

patrzyć się w podstawkę, by lutownica nie leżała

na stole (biurku) i by tym samym uniknąć ryzyka

uszkodzenia mebli.

zwracam uwagę na profesjonalną lutownicę ze

stabilizacją temperatury, na przykład WTCP−50

renomowanej firmy Weller, czy znacznie tańszą

krajową z firmy Elwik (dostępne w AVT i fir−

mach Ambex i Elwik − zobacz reklamy). Wiele

osób kupuje 24

Inne narzędzia

Podczas montażu, w tym podczas lutowania, abso−

lutnie niezastąpiona jest dobra pinceta .

Zwykła lutownica o mocy ponad 40W nie jest

zalecana. Niektórzy wykorzystują lutownice trans−

formatorowe. Osobiście nie polecam takowej, choć

przed wielu laty przez pewien czas używałem cięż−

kiej pistoletowej lutownicy transformatorowej.

Obecnie elementy i płytki są coraz mniejsze i cięż−

ka “transformatorówka” wyrabia szkodliwe nawy−

ki, tymczasem lutownica powinna być lekka.

Nie polecam leciutkich i tanich lutownic ze

Wschodu, przede

wszystkim dlatego,

że nie spełniają

norm bezpieczeń−

stwa, a i jakość wy−

konania bywa fatal−

na. Jeśli ktoś dyspo−

nuje odpowiednim

zasobem gotówki,

Najlepsze są pincety medyczne. Pincety ko−

smetyczne są niemal bezwartościowe, natomiast

delikatne pincety zegarmistrzowskie są znakomi−

ta pomocą, ale tylko przy montażu miniaturo−

wych elementów nie posiadających wyprowadzeń

(tzw. SMD).

Oprócz lutownicy, cyny, pincety i kalafonii każ−

dy elektronik powinien też mieć dobry odsysacz .

Ta prosta pompka pozwoli w prosty sposób

wylutować elementy z płytki. Dane połączenie

należy podgrzać lutownicą, zbliżyć doń końcówkę

odsysacza i nacisnąć przycisk. Roztopiona cyna

zostanie odessana. Odsysacz trzeba okresowo czy−

ścić (w niektórych tłok smaruje się olejem, w in−

nych – talkiem lub jakimś pudrem).

Elektronika dla Wszystkich

wypadek sprawdzić biegunowość LED−

ów za pomocą baterii i rezystora 1k

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: