SLO - NAVODILO ZA NAMESTITEV IN UPORABO Št. izd. : SISTEM ZA EKSPERIMENTIRANJE ELECTRONIC Št.

Transcript

1 SLO - NAVODILO ZA NAMESTITEV IN UPORABO Št. izd. : SISTEM ZA EKSPERIMENTIRANJE ELECTRONIC 5000 Št. izdelka:

2 KAZALO Potenciometer...4 Zelo občutljiv tester napetosti...6 Zelo občutljiv tester napetosti...8 Mi naredimo baterijo...9 Kako deluje baterija?...10 Nastavljivo vezje utripajočih luči...11 Vezje utripajočih luči s spremenljivim razmerjem pritiska...13 Zatemnitev brez izgub!...15 Moč / izguba moči...17 Zvočnik...18 Kako deluje zvočnik?...20 Zvočnik kot mikrofon...21 Elektronski metronom...21 Vezje utripajočih luči bo postalo generator zvoka...23 Elektronski mitraljez...25 Elektronska sirena...26 Elektronsko proizvajanje tona...27 Elektronsko tuljenje sirene...29 Tuljenje sirene bo postalo žvrgolenje...30 Akustična alarmna naprava...31 Vplivi temperature na funkcije vezja...32 Poseben generator tona (oscilator)...33 Akustičen javljalnik hoje...34 Kapacitiven javljalnik približevanja...35 Varovalo pred krajo...35 NF ojačevalnik...37 Povratno delovanje...40 Morsejev aparat...42 Elektronske orgle...43 Detektor laži...45 Akustičen javljalnik dežja...45 Preveritev električne prevodnosti...45 Akustičen tester prevodnosti...45 Vezje svetlobnih orgel...46 Akustičen nadzor prostora...47 Detektor zvoka...48 Enosmerni tok-izmenični tok?...50 Enosmerna napetost-izmenična napetost?...50 Tranzistor kot dioda...52 Prenos...53 Feritna antena...56 Prenos energije: osnovni poskus z dvema tuljavama...59 Srednjevalovni radio...62 Kako deluje naš IC srednje valovnega radia?...66 Vrtljiv kondenzator...67 Izboljšanje sprejema z anteno in zemljo...68 Povečava induktivnosti...68 Super jasno ločujoč srednjevalovni radio...69 Srednji val dolgi val...71 Dolgovalovni sprejemnik

3 Vezje za prisluškovanje telefonskega pogovora...75 Naprava za iskanje kablov...77 Elektromagnetizem...78 Prenos tona s transformatorjem...81 Posebne lastnosti transformatorjev...82 Ko kaj ne deluje?

4 Potenciometer V poskusu»elektronski zatemnilnik«po načrtu izgradnje 78 smo naredili nastavljiv upor. Svetilnost svetilne diode je sicer lahko bila spremenjena, upravljanje narejenega potenciometra pa verjetno ni idealno. Ker imamo sedaj na voljo»pravi«potenciometer, želimo ta poskus ponoviti. Načrt izgradnje 103 prikazuje poskusno izdelavo s sistemom za eksperimentiranje Načrt izgradnje 104 prikazuje isto izdelavo v ohišju sistema za eksperimentiranje 6000 oziroma (Ker je leva polovica plošče ohišja eksperimenta identična z krmilnim pultom sistema za eksperimentiranje 5000, bodo v prihodnje prikazani samo načrti izgradnje za sistem za eksperimentiranje Pri izdelavi v večjem ohišju je potrebno paziti zgolj na to, da bo ta izvedena približno na sredini razpoložljivega prostora). Po priključitvi baterije je vezje pripravljeno za uporabo. S potenciometrom (desni vrtljiv gumb na krmilnem pultu) je lahko nastavljena svetilnost svetilne diode. Če bo vrtljiv gumb obrnjen popolnoma v levo, je LED temna. Pri vrtenju gumba v desno bo LED vedno svetleje svetila, dokler na čisto desni poziciji vrtljivega gumba ne doseže njene polne svetilnosti. Element»potenciometer«je fiksno vgrajen v krmilnem pultu. Od krmilnega pulta je spajkan povezovalni kabel napeljan k pripadajočemu elementu»potenciometru«. Kabel je tako dolg, kot je prikazano na sledečih slikah, da je lahko element uporabljen na različnih mestih. Če element»potenciometer«ne bo uporabljen, bo pripadajoč element vtaknjen v prvo vrstico direktno za krmilni pult. 4

5 5

6 Potenciometer je spremenljiv napetostni delilnik in je občasno označen tudi kot»vrtljiv upor«. Z vrtljivo osjo se bo brus premikal, kateri se dotika spodaj nahajajoče plasti ogljika-upora. Glede na pozicijo brusa sedaj nastane majhna upornost (kratka ogljikova plast) ali večja upornost (dolga ogljikova plast) kot je prikazano na sliki 106. Potenciometer ima tri priključke. Obe končni poziciji sta označeni z L (levo) in R (desno). Med obema tema priključkoma leži skupna vrednost upornosti (pri razpoložljivem potenciometru 50KΩ). Kot pri poskusu»elektronski zatemnilnik«(slika 78) so lahko z brusom potenciometra brezstopenjsko nastavljene in odvzete vse napetosti od 0V do napetosti baterije (9V). Če bo npr. nastavljena napetost 2V, nastane med priključkom potenciometra L in brusom napetost 2V. Med brusom in priključkom potenciometra R posledično nastane razlika v napetosti 9V minus 2V = 7V. Skupna napetost baterije bo razdeljena v dve posamezni napetosti, ki skupaj spet podata skupno napetost. Če pri potenciometru eden izmed obeh priključkov R ali L ne bo uporabljen, naredita oba preostala priključka spremenljivo upornost od 0 do 50KΩ (glejte sliko 106). Način delovanja poskusne izdelave po vezalnem načrtu 105 je skoraj identičen s poskusom»elektronski zatemnilnik«(vezalni načrt 79). Tranzistor je vezan kot sledilni oddajnik. Darlington vezje (narejeno iz dveh tranzistorjev, kot pri sliki 79) zaradi relativno nizke skupne upornosti potenciometra ni potrebno. potenciometer Zapomnite si: S potenciometrom so lahko brezstopenjsko nastavljene vse napetosti od 0V do napetosti baterije (npr. 9V). Zelo občutljiv tester napetosti 6

7 7

8 Zelo občutljiv tester napetosti Z izdelavo po sliki 107 so lahko dokazane zelo majhne napetosti. Za to bo uporabljen eden izmed obeh tranzistorjev obstoječe Darlington stopnje. Po tem, ko je vezje narejeno, preverjeno in baterija pravilno priključena, je potrebno tester pravilno nastaviti. Potenciometer (desni vrtljiv gumb na krmilnem pultu) počasi vrtite, dokler se na enem mestu LED ne vklopi oziroma izklopi. Možno je, da je nastavljena točno točka, pri kateri LED ravno še ne sveti. Na obeh kontaktnih priključkih 47KΩ upora sta priključeni dve žici z golima koncema kot testni žici. Če je na voljo starejša»izrabljena«baterija, bosta obe žici dani na pole baterije. Svetleča LED prikazuje, da je še vedno prisotna minimalna napetost. Potrebno je upoštevati, da sta obe merilni tipali označeni s plus (+) oziroma minus (-) na sliki 107, t.j. pri meritvah morate minus žico namestiti na minus pol baterije. Preveritev napetosti je lahko izvedena tudi samo na samodejno narejeni bateriji, ki bo opisana v sledečem podpoglavju. 8

9 Mi naredimo baterijo Predhodno vezje zelo občutljivega testerja napetosti ostane nespremenjeno. Za izdelavo baterije potrebujemo kozarec za vodo (ali plastično posodo), na čigar rob bo pritrjen aluminijast trak (srebrn papir embalaže čokolade ali cigaret) s sponko. Na to sponko bo priključen z 47KΩ napeljana minus merilna žica (glejte sliko 107). Po tem, ko je kozarec napolnjen z vodo in ste v vodo dali pol čajne žličke soli (dobro premešajte), potopite drugo merilno žico prav tako v slano vodo LED sveti. Dokazano je, da bo z narejeno baterijo dejansko narejena majhna napetost. Kako deluje vezje? Tranzistorja T1 in T2 sta vezana k Darlington stopnji (glejte vezalni načrt 108). S potenciometrom je bila napetost na osnovi T1 nastavljena tako, da je tok skozi 470KΩ upor, svetilno diodo in Darlington stopnjo tako nizek, da LED ne sveti več. Z narejeno baterijo pride majhna, dodatna krmilna napetost na osnovo tranzistorja T1. Ta bo minimalno prevoden, z čimer pride tudi manjši obremenilni tok na osnovo tranzistorja T2. Ta bo prav tako prevoden in obremenilni tok na njegovi poti oddajnika-zbiralnika bo toliko ojačan, da LED sveti. 9

10 Kako deluje baterija? Ko pridejo kovinski deli v stik z električno prevodnimi tekočinami (npr. slana voda), potem se bodo kovinski deli (pri našem poskusu aluminijasta folija) negativno naelektrili. Kovina bo bolj negativna kot tekočina, t.j. nastane električna napetost. Električno prevodno tekočino imenujemo tudi»elektrolit«. Načeloma bo kemična energija pretvorjena v električno energijo. Slika 109 prikazuje»notranje življenje«normalne baterije: tako imenovan Leclanche element. Plus pol je narejen iz ogljikove palice, ki je obdana z rjavim železovcem. Ta»pozitivna anoda«(plus pol) je vsebovana v elektrolitu v cinkovi posodi. Cinkova posoda je negativna elektroda = minus pol. Leclanche element je znan tudi kot cink-ogljikova baterija in posreduje 1,5V napetost. Pri baterijah z večjimi napetostmi (npr. 9V block baterija, ki je potrebna za naše eksperimente) bo več Leclanche elementov zaporedno vezanih (za 9V oziroma 6 kosov), ki bodo na zunanji strani podprti s plastjo iz jekla. Pri modernih baterijah je kot elektrolit pogosto uporabljen amonijev klorid ali cinkov klorid. Pri vse bolj uporabljenih alkalno-manganovih baterijah bo kot elektrolit uporabljen kalijev hidroksid. Alkalno-manganove baterije so iz varnostnih razlogov zaprte v dvojnem ohišju iz jekla. Pomemben napotek: V primerjavi z akumulatorjev (sekundarna baterija), opisane primarne baterije (imenovane tudi suhe baterije) ne smejo biti polnjene. Pri polnjenju nastanejo plini, ki v bateriji naredijo tako visok pritisk, da je možen iztek baterije ali pa lahko baterija eventualno celo eksplodira. 10

11 Nastavljivo vezje utripajočih luči Vezje utripajočih luči z brezstopenjsko nastavljivo frekvenco utripanja smo naredili že v prvem delu teh navodili po sliki 80. Tam je bil vstavljen narejen potenciometer, z katerim ni bilo možno posebno dobro upravljanje. V novem poskusu po sliki 110 bo uporabljen potenciometer, ki je vgrajen v krmilnem pultu. S tem bo možna zelo fina nastavitev frekvence utripanja. Po priključitvi baterije je nastavljivo vezje utripajočih luči po načrtu izgradnje 110 pripravljeno za uporabo. Dokler bo tipka pritisnjena, LED utripa. Na desnem vrtljivem gumbu krmilnega pulta lahko nastavite hitrost utripanja. Če svetilno diodo natančno opazujemo, ugotovimo, da pri spremembi hitrosti utripanja čas utripanja LED ostane stalen in da bodo spremenjeni zgolj premori v območju od približno 0,5 do 3 sekunde. Ko naj bo čas svetenja LED spremenjen in naj čas premora ostane stalen, zamenjajte 1KΩ upor z zaporedno vezanim 470Ω uporom in svetilno diodo (poskusite). Pri tem vezju gre spet za znano astabilno stopnjo preklopa, čigar način delovanja je bil izčrpno opisan v prvem delu navodil. Za naslednji poskus izgradnja načelom ostane ista. Spremenjena bo zgolj razporeditev potenciometra ustrezno z načrtom 112. To vezje nam poda nova spoznanja o elektroniki. 11

12 12

13 Vezje utripajočih luči s spremenljivim razmerjem pritiska Načrt 112 poda posebno vezje utripajočih luči. Dokler bo tipka pritisnjena, LED utripa. Ko bo potenciometer obrnjen v levo ali desno, se frekvenca utripanja ne spremeni (hitrost utripanja), temveč se spremeni razmerje med časom vklopa in časom izklopa LED. Ko je potenciometer nastavljen na desni končni poziciji, je podana relativno dolga faza svetenja LED. Frekvenca utripanja, torej pogostost, kolikokrat bo LED v eni sekundi vklopljena oziroma izklopljena, ostane stalna. Kako deluje vezje? Oba tranzistorja (glejte vezalni načrt 113) sta v prejšnjem poskusu vezana v astabilno stopnjo preklopa. Frekvenca astabilne stopnje preklopa bo določena z časi polnjenja 10μF in 100μF elektrolitskega kondenzatorja (ELKO). Polnilni tok za 100μ elektrolitski kondenzator teče preko 2,2KΩ upora, potenciometra in 4,7KΩ upora. Polnilni tok za 10μF elektrolitski kondenzator preko 2,2KΩ upora, potenciometra in 10KΩ upora. Ko je potenciometer nastavljen v vmesni poziciji, nastane kot skupna upornost za polnilni tok 100μF elektrolitskega kondenzatorja vrednost 31,9KΩ (2,2KΩ plus 25KΩ plus 4,7KΩ). Kot skupna upornost za polnilni tok 10μF elektrolitskega kondenzatorja bo dosežena vrednost 37,2KΩ. Ko bo potenciometer obrnjen popolnoma v levo, se vrednost upornosti za polnilni tok 100μF elektrolitskega kondenzatorja zmanjša na 6,9KΩ (2,2KΩ plus 4,7KΩ), medtem ko se upornost za polnilni tok 10μF elektrolitskega kondenzatorja poveča na 62,2KΩ (2,2KΩ plus 50KΩ plus 10KΩ). Če bodo vrednosti upornosti za oba elektrolitska kondenzatorja seštete, ugotovimo, kaj je posledica, da frekvenca utripanja ne bo spremenjena. Glede na pozicijo potenciometra se spremenijo časi polnjenja obeh elektrolitskih kondenzatorjev, pri čemer bo z vezavo obeh elektrolitskih kondenzatorjev preko potenciometra doseženo, da je posledica podaljšanja časa svetenja LED istočasno krajša faza izklopa in obratno. Dolžina časa vklopa LED bo označena kot trajanje impulza. Trajanje impulza bo merjeno v sekundah ali mili sekundah (tisočinka sekunde). Skupni čas, za vklop in izklop LED, bo označeno kot periodni čas in bo prav tako merjen v sekundah. Denimo, periodni čas znaša 1 sekundo in LED gori pol sekunde (trajanje impulza), potem kot razmerje med trajanjem impulza in periodnim časom nastane 0,5. To razmerje je označeno kot razmerje pritiska. Manjše kot je razmerje pritiska, tem manj časa je LED vklopljena. 13

14 Astabilne stopnje preklopa s spremenljivim razmerjem pritiska so v praksi zelo pogosto uporabljene. Tipičen primer uporabe prikazuje sledeči poskus: 14

15 Zatemnitev brez izgub! Izgradnja predhodnega eksperimenta ostane ista. Zamenjana bosta zgolj oba elektrolitska kondenzatorja po načrtu 114 z 10nF in 100nF kondenzatorjem. S tem nastane vezje zatemnilnika, ki ima čisto posebne lastnosti. Dokler bo tipka pritisnjena, LED sveti. S potenciometrom je lahko jakost svetenja LED nastavljena od temne do svetle svetlobe. Načeloma spet gre za astabilno stopnjo preklopa s spremenljivim razmerjem pritiska. Z (v primerjavi s prej uporabljenimi elektrolitskimi kondenzatorji) zelo majhnimi vrednostmi kondenzatorjev bo frekvenca utripanja povečana tako, da z človeškim očesom posamezne faze utripanja niso več prepoznavne. Glede na razmerje od faze svetlega k temnemu posameznih taktov utripanja se zdi, kot da bi LED svetila svetleje ali temneje. Dejansko pa bo svetilna dioda v eni sekundi več tisočkrat vklopljena in izklopljena. S sedaj narejenim vezjem lahko LED sicer sveti svetleje ali temneje, vendar pa ne more biti popolnoma izklopljena. Če bo 4,7KΩ upor premoščen (vzpostavitev direktne povezave z žico od priključka L potenciometra k osnovi levega tranzistorja), je lahko LED nastavljena od izklopa do najmočnejšega svetenja. Preprost zatemnilnik in nastavitev svetilnosti je bilo opisano že v prejšnjih poglavjih. Novo poglavje pa vendar ima prednost nizke porabe energije. To za veliko namenov uporabe zanimivo vezje zatemnilnika je v praksi pogosto uporabljeno, ker je pri tem»izguba«(nepotrebno porabljena energija) posebej nizka. Poleg uravnavanja svetilnosti osvetlitve bodo takšna vezja npr. uporabljena tudi za nastavitev števila vrtljajev elektromotorjev. 15

16 16

17 Moč / izguba moči V teku nadaljnjega varčevanja z energijo ima to poglavje povečan pomen. Tok je energija in vsak vir energije ima določeno moč, ki jo je potrebno plačati ali dobavitelju električne energije ali z nakupom baterije. Zaradi tega je logično (in bolj varčno), da je iz enega vira energije pridobljene kar se le da veliko moči, da bo kar se le da malo izgube moči. Kaj je moč? Obstajajo npr. gospodinjske žarnice s 40W in takšne s 100W, pri čemer 100W žarnice svetijo svetleje kot 40W žarnice. Število vatov poda moč žarnice. Med elektronsko močjo, napetostjo in jakostjo toka obstaja sledeča računska zveza: Moč (P) = napetost (U) x jakost toka (I) P = U x I Napetost = moč : jakost toka U = P : I Jakost toka = moč : napetost I = P : U S temi formulami je lahko npr. moč naše majhne svetilne diode preprosto izračunana. Obratovalna napetost za to LED znaša 1,4V, jakost toka 20mA (=0,02A): Moč: P = 1,4V x 0,02A = 0,028W Moč LED s tem znaša manj kot 0,03W. V primerjavi z drugimi porabniki je LED zelo varčna pri porabi energije. Za primerjavo še nekaj nadaljnjih navedb moči: Svetilne diode (LED) približno 0,03W Normalna žarnica približno 100W Kalorifer približno 2000W Motor majhnega avtomobila približno 37000W (37KW) Motor športnega avtomobila približno W (200KW) Tudi v našem sistemu eksperimentu prisotni upori naredijo delo (potrebno moč), ko bo po njih tekel tok. Moč je lahko izračunana s sledečo formulo: Moč = napetost x napetost U 2 = upornost R 100Ω upor, ki je priključen na 9V baterijo, potrebuje sledečo moč: P = 9V x 9V 100Ω = 0,81W 17

18 Kaj je izguba moči? Če bo npr. upor uporabljen za zmanjšanje toka v svetilni diodi (ali v elektromotorju), LED sicer sveti temneje (oziroma elektromotor teče počasneje), sozi upor pa vendar teče tok, ki bo porabljen kot izguba moči. Ta izguba moči bo v uporu pretvorjena v neproduktiven nastanek toplote. Sedaj bo tudi jasno, zakaj v zadnjem poglavju narejeno vezje zatemnilnika deluje bolj učinkovito. Namesto segretega upora je uporabljeno vezje tranzistorja, ki je ali vklopljeno ali izklopljeno oziroma prevodno ali neprevodno. Vmesna pozicija ne obstaja. To vezje deluje z izgubo moči 0W, ker energija ne bo porabljena s pomočjo uporov, temveč bo LED stalno vklopljena in izklopljena. Za takšne ki želijo točno vedeti: Izguba moči pri vezju zatemnilnika ni točno 0, temveč minimalno večja, ker tudi prevodnost tranzistorja poda vrednost upornosti. Te nizke izgube moči pa se ne sme izključiti. Medtem, ko je pri žarnicah električna moč v zelo neugodnem razmerju z nastankom svetlobe, bo npr. pri svetilnih ceveh z isto energijo dosežena znatno večja svetilnost. Žarnice so cenovno ugodne, vendar pa imajo bistveno večjo izgubo moči kot drage svetilne cevi. (Žarnice se bistveno bolj segrejejo kot svetilne cevi). Zvočnik Z zvočnikom bodo električna nihanja toka pretvorjena v slišne tonske frekvence. Zvočnik v našem sistemu eksperimentov je vgrajen v upravljalni plošči in preko žice povezan z elementom»zvočnik«. Za spoznanje delovanja zvočnika bo narejena poskus po sliki 116. Pri pritisku na tipko v je v zvočniku slišen»zvok poka«. Ko bo tipka spuščena, je slišen ponoven pok. Med pritiskom in spustitvijo tipke se nič ne sliši. Čeprav je pri pritisnjeni tipki tokokrog zaprt (glejte sliko 117), se zdi da tok ne teče. Da tok kljub temu teče je lahko dokazano z izgradnjo po sliki 118. med 470Ω uporom in zvočnikom bo dodatno vezana svetilna dioda. Ko bo tipka sedaj pritisnjena, se spet sliši pok in LED sveti. Ko bo tipka spuščena, je slišen drug pok in LED se izklopi, ker je tokokrog prekinjen. Mi prepoznamo, da bo zvočnik naredil samo en ton (hrup), ko je tok vklopljen oziroma izklopljen, torej bo tok električnega toka spremenjen. Sedaj spet naredimo poskus po sliki 116 (brez LED) in nadomestimo 470Ω upor z 100Ω uporom. Če bo sedaj tipka pritisnjena je zvok poka bistveno glasnejši. Z manjšim uporom lahko teče večji tok, z čimer bo narejen tudi glasnejši zvok. Ampak tudi tukaj se med pritiskom in spustitvijo tipke nič ne sliši. Sedaj bo element»zvočnik«obrnjen za 180 o (oziroma oba priključka bosta zamenjana). Ko bo tipka pritisnjena je slišen znan»zvok poka«. V primerjavi s prejšnjim poskusom pa vendar ni razlike. Pri zvočniku polarnosti torej ni potrebno upoštevati. 18

19 19

20 Kako deluje zvočnik? Na sliki 119 je prikazan zvočnik v prerezu. Na premični membrani je prisotna žična tuljava, ki se lahko premika preko trajnega magneta. Ko teče tok skozi žično tuljavo, bo nastalo magnetno polje, katero glede na smer toka tuljavo pritegne ali odbije. V našem poskusu po sliki 116 je pri pritisku na tipko z tokom električnega toka nastalo magnetno polje, z čimer je trajni magnet napel tuljavo. Ta premik membrane je bil slišen kot pok. Šele s spustitvijo tipke je bil tok skozi tuljavo prekinjen, z čimer se je tuljava (z membrano) vrnila nazaj v njeno prvotno lego, kar je bilo slišno kot drugi pok. Zvočniki pretvorijo električna nihanja toka v slišne zvočne valove, ker bo s tuljavo in trajnim magnetom membrana premaknjena, ki premika zrak, kar človeško uho zazna kot zvok. Za nastanek pravega tona, se mora membrana zvočnika hitro premikati sem ter tja. To lahko poskusimo tako, da pri še narejen poskusu po sliki 116 kar se le da hitro pritiskamo in spuščamo tipko. 20

21 Zvočnik kot mikrofon Zvočnik je lahko uporabljen tudi kot mikrofon. Ko namreč nihanja pridejo na membrano zvočnika, se bo ta premikala. Na isti način kot skozi žično tuljavo tekoč tok v magnetnem polju proizvede silo in premikanje, proizvede obratno premik tuljave v magnetnem polju (trajnega magneta) električno napetost. Nihanja zvoka bodo pretvorjena v nihanja napetosti. Ta nizka nihanja napetosti so lahko npr. s tranzistorji ojačana toliko, da bodo spet slišna z drugim zvočnikom. Uporabo zvočnika kot mikrofon bomo spoznali v enem izmed sledečih poskusov. Pomembno! Tuljava našega zvočnika je sestavljena iz navojev žice. Da bo teža enote iz membrane in tuljave kar se le da nizka, bo uporabljena zelo tanka bakrena žica. Če bo tok električnega toka skozi tuljavo prevelik, se lahko tanka bakrena žica toliko segreje, dya se izolacija stopi in bo tuljava uničena. Zaradi tega zvočnika nikoli ne priključite direktno na 9V napetost baterije, temveč samo v povezavi z 100Ω uporom. Zapomnite si: Zvočniki so pretvorniki, ki pretvorijo električna nihanja toka v slišna zvočna nihanja. Elektronski metronom Metronom naj bi bil znan vsem glasbenim šolam. Na metronomu je lahko nastavljeno določeno zaporedje taktov, da boste imeli oporno točko za pravi in enakomeren tempo skladbe. S poskusom po sliki 120 bo narejen elektronski metronom. Dokler bo tipka pritisnjena, je iz zvočnika slišno pokanje v enakomernem ritmu. Vezalni načrt 121 prikazuje, da gre pri tem vezju spet za astabilno stopnjo preklopa. Poleg optičnega svetlobnega prikaza z LED bo preklapljanje sem ter tja akustično slišno v zvočniku. Tok električnega toka skozi zvočnik bo s tranzistorjem T1 stalno vklopljen in izklopljen točno tako, kot smo naredili v predhodnem poskusu ročno s tipko. Hitrost elektronskega metronoma je lahko spremenjena tako, da bo npr. 100KΩ upor zamenjan s 47KΩ uporom. Z manjšim uporom se skrajša čas polnjenja 10μF elektrolitskega kondenzatorja, z čimer bo povečana frekvenca utripanja in s tem tudi hitrost narejenega takta. Hitrost takta lahko uravnamo tudi tako, da k 47Ω zaporedno vežemo potenciometer. Za to bo povezovalna žica od 47KΩ upora k osnovi desnega tranzistorja povezana s priključkom R potenciometra in druga povezovalna žica od srednjega priključka potenciometra k osnovi desnega tranzistorja. Z desnim vrtljivim gumbom na upravljalni plošči je lahko nato spremenjena frekvenca nastalega takta. Hitrost se lahko še naprej stopnjuje tako, da bo 47KΩ upor zamenjan z 4,7KΩ uporom. 21

22 22

23 Vezje utripajočih luči bo postalo generator zvoka Generator zvoka je proizvajalec zvoka, z katerim so lahko narejeni toni v različnih višinah. V našem zadnjem poskusu je bil narejen metronom. V enakomernih razmikih smo slišali pok iz zvočnika. Vsak pok je bilo posamezno nihanje tona. Za»pravi«ton je potrebno veliko hitro zaporedoma sledečih nihanj. Globok (temen) ton nastane pri nihajih na sekundo. Za visoke tone je potrebnih približno nihajev na sekundo. Toni, ki imajo nihajev na sekundo, običajno niso več slišni. Tudi višina tona bo navedena v hertzih (Hz) torej v nihajih na sekundo. Poskus bo narejen po sliki 122. Vezje je zelo podobno predhodnem poskusu metronom. Potrebno je zamenjati zgolj dva elektrolitska kondenzatorja z 10μF in 100μF s ploščatima kondenzatorjema z 10nF in 100nF. Ta ploščata kondenzatorja imata bistveno manjšo kapaciteto, t.j. da se čas polnjenja in praznjena bistveno skrajša. Načeloma spet nastane vezje utripajočih luči, ki vendar približno 1000-krat hitreje utripa kot pri predhodnih poskusih. Ko so vsi elementi pravilno priključeni, slišimo pri pritisnjeni tipki iz zvočnika ton. Višino tona lahko spreminjamo s potenciometrom. Ko izmenično pritisnemo na tipko in spremenimo potenciometer, je lahko predvajana celo preprosta pesem. 47KΩ upor zamenjamo z 4,7KΩ uporom. Ko bo sedaj tipka pritisnjena, nastane v primerjavi s prejšnjim poskusom bistveno višji ton. Frekvenca (višina tona) je lahko spet spremenjena s potenciometrom. Elektronski odganjalnik komarjev Z znanstvenimi poskusi je bilo ugotovljeno, da bodo komarji med drugim odgnani, če bo narejen visok ton (nad 10000Hz), kateri približno ustreza frekvenci zamahov s krili. Če bo naš generator zvoka s potenciometrom nastavljen na ustrezno frekvenco, je lahko npr. uporabljen kot elektronski odganjalnik komarjev. Z generatorjem tona narejena frekvenca je lahko zmanjšana tako, da bo 4,7KΩ upor zamenjan s 100KΩ uporom (poskusite). Višina tona je lahko še bolj zmanjšana, če bo k 10nF kondenzatorju vzporedno vezan drug 10nF kondenzator. Poskusite tudi to varianto vezja, da spoznate vplive različnih vrednosti kondenzatorjev in uporov na narejeno frekvenco tona. 23

24 24

25 Elektronski mitraljez Za prikaz, kako je frekvenca tona-utripanja odvisna od uporabljenih kondenzatorjev v povezavi z upori, bo narejen poskus po sliki 124. Mi opazujemo spremembe pri obeh kondenzatorjih. Po preveritvi načrta izgradnje in priključitvi baterije nastane pri pritisku na tipko v zvočniku pokanje podobno mitraljezu. Tudi za to vezje bo uporabljena znana astabilna stopnja preklopa. Z uporabo»majhnega«100nf kondenzatorja in (v razmerju s tem)»velikega«10μf elektrolitskega kondenzatorja bo narejen tipičen zvok mitraljeza. 25

26 Elektronska sirena Mi vsi poznamo 2-delni zvok sirene policije in gasilcev. Z načrtom izgradnje ustrezno s sliko 126 lahko naredimo podobnem zvočni efekt. Pri izgradnji je potrebno nujno paziti na to, da bo baterija priključena kot zadnji element, ker je vezje pri priključitvi baterije takoj pripravljeno za uporabo in bo proizveden stalen ton. S pritiskom in spustitvijo tipke nastane osupljiv pravi efekt sirene. S potenciometrom je lahko višina tona (pri pritisnjeni tipki) spremenjena in nastavljena tako, da bodo doseženi tipični toni sirene. Za proizvajanje zvoka bo spet uporabljena astabilna stopnja preklopa. Višina tona bo določena z obema kondenzatorjema in 47KΩ in 100KΩ uporoma. Ko bo tipka pritisnjena, bo zaporedna vezava iz potenciometra in 10KΩ upora vzporedno vezana k 47KΩ uporu, z čimer se zmanjša skupna vrednost upornosti. Stopnja preklopa hitreje niha, z čimer bo nastal višji ton. 26

27 Elektronsko proizvajanje tona Prve preproste možnosti elektronskega proizvajanja tona smo že spoznali. Zaradi tega se želimo na tem mestu nekoliko oddaljiti in se ukvarjati s»profesionalnim«proizvajanjem tona. Najbolj znane elektronske naprave za proizvajanje zvoka so tako imenovani»sintisajzerji«. Na splošno razumemo pod pojmom sintisajzer, elektronsko glasbilo, kateri je sestavljen iz kombinacije posebej zaporedoma uglašenih elektronskih elementov. Funkcija teh skupin je lahko spremenjena z nastavnim regulatorjem (potenciometrom). Poleg tega so lahko posamezne skupine elementov skupaj in med seboj kombinirane, z čimer bo možno, da nastanejo različna nihanja, da so doseženi določeni toni, zvoki in hrupi. Kaj je ton? Kaj je zven? V prejšnjih poskusih smo naredili tone tako, da smo tok električnega toka skozi zvočnik z astabilno stopnjo preklopa stalno vklapljali in izklapljali. Narejen je bil tako imenovan»pravokoten nihaj«, kot je prikazano na sliki 128. Globok in visok ton se razlikujeta zgolj v številu nihajev, ki so izvedeni v časovni enoti (npr. v eni sekundi) nihajev je občutenih kot globok ton, več kot 1000 nihajev na sekundo pa kot visok ton. Za zven tonov je poleg števila nihajev na sekundo odgovorna tudi oblika posameznih nihajev. Poleg do sedaj narejenih pravokotnih nihajev obstajajo tudi npr. trikotni nihaji ali znani sinusni nihaji (glejte sliko 129). Sinusni ton zveni bistveno bolj mehko in prijetneje kot trdi pravokotni ton. Za tipičen zven določenega glasbila so poleg osnovnih nihajev odgovorni tako imenovani»alikvotni toni«.»alikvotni toni«so različna nihanja v višjih frekvenčnih območjih, ki so dodani osnovnim nihajem (nihanju).»zven«je mešanica iz tonovov, pri čemer število in jakost zaznavnih alikvotnih tonov vsakem zvenu da karakteristično zvočno barvo. Sedaj bo tudi razumljivo, zakaj npr. imajo dobre HiFi naprave frekvenčnega obsega od imajo, tako 1000Hz ton. Za predvajanje zvočnega spektra glasbe, govora in hrupov je to frekvenčno območje potrebno, da alikvotni toni ne bodo odrezani. Za zven glasbil so lahko karakteristične še nadaljnje funkcije. Zvok klavirja npr. počasi izzveni, t.j. nihaji bodo tekom časa vedno manjši brez, da se frekvenca spremeni. Zven pihal je delno prekrit z zvoki pihanja, ki nastanejo pri pihanju v instrument. Tako imenovani efekti»refren«in»temolo«so lahko dosežni tako, da bo osnovna frekvenca (višina tona) počasi ali hitro minimalno spremenjena. Mi prepoznamo, da točno karaktiziranje zvena ni čisto preprosto. 27

28 Sintisajzerji so običajno narejeni iz več generatorjev tona tako imenovanih oscilatorjev, generatorjev hrupa ter mešalne mize in komandnega pulta. Oscilatorji lahko posamezno proizvedejo različne oblike krivulj v različnih frekvencah. Preko mešalne mize in komandnega pulta bodo oscilatorji vezani skupaj tako, da iz posamezno narejenih nihajev nastane zven. Z našim sistemom eksperimentov bomo naredili še različne tone, hrupe in zvene in s tem spoznali različne komponente elektronskega izvajanja glasbe. Pri naslednjih poskusih bomo eksperimentirali z astabilno stopnjo preklopa kot generator tona in preiskali, kateri toni so lahko narejeni, če bo npr. frekvenca narejenega tona stalno spreminjana. 28

29 Elektronsko tuljenje sirene To vezje naredi tipičen zvok siren. Slika 130 prikazuje, kako je potrebno spremeniti dosedanje vezje. Pri pritisku na tipko se bo ton sirene počasi povečeval tako dolgo, dokler ni dosežena največja višina zvoka. Ko bomo tipko spustili bo glasnost zvoka počasi pojemala. S stalnim pritiskanjem in spuščanjem tipke bo nastalo tipično tuljenje sirene. Počasno naraščanje in padanje glasnosti tona nastane s polnjenjem in praznjenjem 100μF elektrolitskega kondenzatorja (glejte sliko 131). Pri pritisku na tipko se bo 100μF elektrolitski kondenzator preko 10KΩ upora počasi napolnil. S tem počasi naraste tudi napetost na osnovi tranzistorja T2, ki je preko 47KΩ upora povezana s plus polom elektrolitskega kondenzatorja. Pri manjši napetosti na osnovi tranzistorja T2 bo priključen 100nF kondenzator počasi napolnjen, z čimer stopnja preklopa z nizko frekvenco preklaplja sem ter tja in bo s tem nastal globok ton. Ker napetost na osnovi tranzistorja T2 s polnjenjem elektrolitskega kondenzatorja počasi narašča, bo tudi 100nF kondenzator vedno hitreje napolnjen. Preko stopnje preklopa narejena frekvenca prav tako narašča in ton bo višji. Takoj, ko je elektrolitski kondenzator napolnjen na polno napetost baterije (visok tok), spustite tipko. Napolnjen elektrolitski kondenzator počasi odda njegovo shranjeno polnitev preko 47KΩ upora. Stopnja preklopa lahko še naprej niha. Ker se elektrolitski kondenzator počasi izprazni, pade tudi napetost na osnovi tranzistorja T2, z čimer polnjenja 100nF kondenzatorja potrebujejo vedno več časa. Narejena frekvenca bo manjša, ton bolj globok. Ko je elektrolitski kondenzator popolnoma izpraznjen, tranzistor T2 ne prejme več osnovne napetosti stopnja preklopa ne more več delovati. 29

30 Tuljenje sirene bo postalo žvrgolenje Kako blizu ležita dva zelo različna zvoka, prikazuje sledeč poskus. Z zamenjavo samo 2 elementov bo elektronsko tuljenje sirene postalo žvrgolenje. Poskus po sliki 130 ostane isti. Zgolj 47KΩ upor bo zamenjan s potenciometrom in 10KΩ upor bo sedaj zamenjan s sproščenim 47KΩ uporom. S potenciometrom je lahko (pri pritisnjeni tipki) nastavljen visok ton. S stalnim pritiskanjem in spuščanjem tipke in minimalnim istočasnim spreminjanjem nastavitve potenciometra je lahko posnemano žvrgolenje eksotičnih ptic. 30

31 Akustična alarmna naprava Naš generator tona je lahko tudi zelo preprosto spremenjen v alarmno napravo z akustičnih sproženjem alarma. Za to spremenite poskus po sliki 132. Na načrtu izgradnje je kot varnostna zanka prikazana premostitvena žica z osnove k oddajniku levega tranzistorja. Ko bo alarmna naprava s priključitvijo baterije pričela delovati, navidezno ni delovanja. Ko bo sedaj kot prej premostitvena žica nameščena žična zanka (na levem tranzistorju) prekinjena, bo sprožen alarm. Varnostna zanka je lahko uporabljena kot žica za spotikanje ali v povezavi z varovalom vrat (glejte sliko 31 prvega dela navodil). Vezje ostane za sledeče poskuse nespremenjeno, ker naj bo izvedenih še nekaj osnovnih poskusov. 31

32 Vplivi temperature na funkcije vezja Pri predhodnih poskusih smo delno ugotovili, da temperaturne spremembe vplivajo na prevodnost polprevodnikov. Z astabilno stopnjo preklopa kot generatorjem tona želimo preiskati obnašanje kondenzatorjev in uporov na temperaturo. Poskus po sliki 132 ostane enak, zgolj varnostna zanka bo odstranjena. Najprej naj bo preiskano obnašanje kondenzatorjev pri segretju. Za to bosta oba kondenzatorja segreta s sušilnikom za lase. Mi ugotovimo, da bo z naraščajočim segrevanjem ton vedno bolj globok, narejena frekvenca tona se torej bistveno zmanjša. To pomeni, da se bo s segrevanjem kondenzatorjev kapaciteta povečala, z čimer se poveča čas polnjenja in praznjenja in stopnja preklopa niha z manjšo frekvenco. Kondenzatorje pustimo, da se ohladijo na normalno sobno temperaturo. 10KΩ upor bo vtaknjen na levi strani vezja direktno poleg 47KΩ upora in priključen z uporabo daljših žic. Sedaj bosta upora z 10KΩ in 47KΩ prav tako segreta s sušilnikom za lase. Sprememba tona ne more biti ugotovljena. To pomeni, da povečanje temperature skoraj nič ne vpliva na prevodnost uporov. 32

33 Poseben generator tona (oscilator) Sedaj bomo oba upora ohladili z kockami ledu. (Nekaj kock ledu dajte v majhno plastično vrečko, da vezje ne bo mokro). Tudi hlajenje uporov ne vodi k spremembi tona. Sedaj se bodo kondenzatorji ohladili z kockami ledu. Jasno bo slišno kako narašča višina tona, torej se narejena frekvenca povečuje. Zapomnimo si, da temperaturne spremembe zelo malo vplivajo na upore. Kondenzatorji posebno keramični ploski kondenzatorji spremenijo pri temperaturnih nihanjih njihovo kapaciteto. Pri zelo občutljivih vezjih lahko to vodi k motnjam delovanja. S tem poskusom bomo naredili generator tona, čigar območje višine tona je bistveno bolj nastavljivo in v primerjavi z dosedanjimi vezji reagira tudi na zelo majhne kapacitete. To dejstvo omogoča celo vrsto zanimivih poskusov. Vezje bo narejeno ustrezno z načrtom izgradnje in vezalnim načrtom po sliki 134 in 135 (najprej brez obeh žic, ki sta v spodnjem delu načrta izgradnje napeljani k dodatnem elementu). Po priključitvi baterije potenciometer počasi obrnite v vmesno pozicijo, dokler iz zvočnika ne boste slišali tona. Pri nadaljnjem vrtenju potenciometra, bo narejen ton vedno višji. Pri določeni nastavitvi se akustična nihanja nenadno prekinejo. V bližini te nastavitve potenciometra reagira vezje oscilatorja zelo občutljivo tudi na majhne kapacitete. To poskusite z narejenim kondenzatorjem kot akustičnim javljalnikom hoje. Za to potrebujemo dve aluminijevi foliji (srebrn papir embalaže cigaret ali čokolade), veliki približno 10 x 10 cm (ali nekoliko več) in penasto gumijasto podlago, ki je debela med 1 in 5 cm in ki naj bo večja približno 1 cm od aluminijevih folij. Obe aluminijevi foliji predstavljata obe plošči kondenzatorja. Med obema aluminijevima folijama bo kot izolacijska plast položena penasta guma. Foliji se ne smeta dotikati. Na vsako izmed obeh folij bo pritrjena po ena žica s sponko (glejte sliko 34). Žico zgornje folije napeljemo k osnovi levega tranzistorja (T1). Spodnja folija bo povezana z 10nF kondenzatorjem. Glede na velikost folije in moč penaste gume je lahko tudi bolje, če spodnja folija ni povezana z 10nF kondenzatorjem, temveč z zbiralnikom levega tranzistorja (T1). Na možnost je na načrtu izgradnje prikazana kot pikčasta črta. Potrebno je paziti, da se foliji ne dotikata drugih delov vezja. Da»paket kondenzatorja«ne zdrsne vse skupaj zlepimo in nato kondenzator vtaknemo v primerno plastično vrečko, ki služi kot zunanja izolacija. Žice (iz plastične vrečke) morajo biti napeljane k navedenim kontaktnim mestom. Vezje oscilatorja bo sedaj s potenciometrom nastavljeno tako, da je slišen visok ton. Ko bosta sedaj obe foliji (z vmes nameščeno penasto gumo), bo ton bistveno nižji. Tem bolj kot se zgornja aluminijeva folija približuje spodnji foliji, tem nižji bo ton. S stikanjem obeh folij bo kapaciteta lastno izdelanega kondenzatorja spremenjena. Tem bližje kot sta si obe plošči, tem večja je kapaciteta. Potenciometer lahko nastavimo tudi tako, da ton ravno ni več slišen. Nato se pričnejo nihaji takoj, ko bosta foliji ustrezno stisnjeni skupaj. 33

34 Akustičen javljalnik hoje Če sta priključni žici zadosti dolgi, lahko celoten paket postavimo na tla in ga uporabimo kot javljalnik hoje. Ko nekdo stopi na paket je oddan ton oziroma glede na nastavitev potenciometra sledi sprememba tona. Z malo spretnosti in ustrezno nastavitvijo potenciometra bo pri pritisku z roko ali nogo doseženo elektronsko krmiljeno ptičje petje. S ustrezno debelo penasto gumo (ugotovite s poskušanjem) je lahko z istim vezjem narejena tudi elektronska tehtnica ali elektronski merilnik moči. Najtežja oziroma najmočnejša oseba bo povzročila, da bo narejen najnižji ton. 34

35 Kapacitiven javljalnik približevanja Obstajajo alarmne naprave, ki»kapacitivno«nadzorujejo železne blagajne, slike, itd. Primer: Blagajna stoji izolirano na električno prevodnih tleh in s tem proti tem tlom naredi kapaciteto. Velikost te kapacitete v tem primeru določa frekvenca oscilatorja. Dodatno elektronsko vezje nadzoruje to frekvenco, ki se npr. pri približevanju vlomilca spremeni. V tem primeru bo sprožen alarm. Kapacitiven javljalnik približevanja lahko naredimo z zato uporabljivim vezjem ustrezno s sliko 134 na sledeč način: 2 aluminijevi foliji iste velikosti bosta druga poleg druge na tla prilepljeni tako, da se med seboj ne dotikata (glejte sliko 136). Foliji bosta kot običajno priključeni na vezje s sponkami in žico (slika 184). Če sedaj z čevlji (čevlji služijo za izolacijo) stopimo na obe plošči, se spremeni frekvenca generatorja tona. Ta javljalnik približevanja deluje še tudi takrat, ko bosta foliji položeni pod preprogo. Večji kot sta aluminijevi foliji, tem boljše vezje deluje. Potenciometer je potrebno nastaviti tako, da je ravno slišen zelo visok ton. Varovalo pred krajo Pri razstavah so drage slike pogosto kapacitivno zavarovane (glejte sliko 137). Na zadnji strani slike bo pritrjena kovinska ploščica (aluminijeva folija). Skrito pod tapeto sta nameščeni dve nadaljnji aluminijevi foliji (podobno kot pri predhodnem poskusu). Ko bo slika odstranjena, se bo frekvenca oscilatorja spremenila. S tem je lahko poskus kraje takoj ugotovljen. Na podoben način so lahko zavarovani tudi predmeti na mizah, itd. Dve potrebni aluminijevi foliji sta lahko nevidno nameščeni npr. pod namiznim prtom. Pomembno je zgolj, da je predmet, ki naj bo varovan (v tem primeru s trakovi iz aluminijeve folije) stoji v neposredni bližini obeh skrito nameščenih aluminijevih folij. 35

36 Kako deluje vezje? Pri začetku obratovanja vezja je 10nF kondenzator izpraznjen (glejte sliko 135). S tem manjka osnovi tranzistorja T1 potrebna napetost, T1 blokira. Istočasno prejme tranzistor T2 s plus pola baterije preko 10KΩ in 47KΩ upora potrebno osnovno napetost in je s tem prevoden. Zvočnik, tranzistor T2 in 100Ω upor naredijo napetostni delilnik. S tem na oddajniku tranzistorja T2 nastane napetost, ki mora ležati med 0V in polno napetostjo baterije (9V). Ker sta oddajnika tranzistorja T1 in T2 medsebojno povezana, je»pozitivna«napetost prisotna tudi na oddajniku tranzistorja T1. Da bo tranzistor T1 prevoden (in se vezje preklopi), mora biti osnovna napetost večja od napetosti na oddajniku. 10nF kondenzator se istočasno napolni preko 10KΩ upora in preko potenciometra. Ker je osnova potenciometra T1 preko 100KΩ upora povezana z kondenzatorjem, naraste napetost tudi na osnovi tranzistorja T1 z naraščajočim polnjenjem kondenzatorja. Tranzistor T1 ostane tako dolgo blokiran, dokler s polnjenjem kondenzatorja osnovna napetost ne bo večja kot»rahlo pozitivna«napetost na njegovem oddajniku. Ko je ta točka dosežena, tranzistor T1 odpre njegovo pot zbiralnika-oddajnika in s tem odvzame tranzistorju T2 osnovno napetost T2 blokira. Z naraščajočo prevodnostjo tranzistorja T1 bo napetost na njegovem zbiralniku vedno manjša, ker je zbiralnik tranzistorja T1 preko C-E poti in 100Ω upora povezan z minus polom baterije. Dosežena bo točka, pri kateri je napetost na zbiralniku tranzistorja T1 manjša kot napetost na njegovi osnovi. Posledica tega je, da 10nF kondenzator ne more biti bolj napolnjen. Nasprotno kondenzator se lahko izprazni preko potenciometra, poti zbiralnika-oddajnika tranzistorja T1 in 100Ω upora. S tem pade tudi napetosti na osnovi tranzistorja T1. Po tem, ko tranzistor T2 blokira, tudi na oddajniku tranzistorja T1 ni napetosti, z čimer tranzistor T1 kljub padajoči osnovni napetosti ostane prevoden, dokler se kondenzator skoraj popolnoma ne izprazni. Takoj, ko je kondenzator izpraznjen, tranzistorju T1 manjka osnovna napetost on blokira. Sedaj prejme tranzistor T2 preko 10KΩ in 47KΩ upora potrebno osnovno napetost in bo prevoden. Postopek se ponovno začne in se ponovi. Upoštevanja vredno je, da je osnovi tranzistorja T1 potrebna relativno visoka napetost, da bo tranzistor T1 prevoden. Vendar pa tranzistor T1 ostane prevoden tudi, ko bo najprej potrebna»napetost vklopa«na njegovi osnovi zmanjšana. Šele pri zelo nizki osnovni napetosti T1 blokira. S ponovnim preklopom je spet potrebna visoka osnovna napetost. Vezja, ki se pri dosegu relativno visoke vrednosti vklopijo in se izklopijo šele pri dosegu nizke vrednosti, so imenovana»schmitt sprožilniki«. Območje napetosti med tema dvema točkama imenujemo»histereza«. Zapomnimo si, da delovanje tega oscilatorja temelji na načelu histereze. 36

37 NF ojačevalnik Za gramofone, radie in kasetofone Kaj je NF ojačevalnik? NF je kratica za nizko frekvenco. NF območje leži med 16 in 16000, torej v slišnem območju. NF ojačevalnik je torej označen kot ojačevalnik zvoka. NF ojačevalnik najdemo v večini naprav zabavne elektronike. Radijske naprave imajo npr. poleg sprejemnega dela tudi NF ojačevalnik, ki ojača sprejete radijske signale, da jih lahko slišimo preko zvočnika. Tudi kasetofoni (prenosni kasetofon - vokman) imajo NF ojačevalnike, kateri ojačajo signale z magnetnega traku, da lahko te signale poslušamo s slušalkami. Obstajajo pa tudi npr. naprave, kot so npr. kvalitetni gramofoni, ki nimajo vgrajenega ojačevalnika, ker bo ojačanje izvedeno v ločeni napravi, v tako imenovanem»ojačevalniku«. Večina kasetofonov, radiev in gramofonov in ima priključek, z katerega so lahko odvzeti neojačani zvočni signali, da je npr. izvedeno presnemavanje plošč na kasetofon. Neojačani signali so lahko dovedeni tudi NF ojačevalniku, npr. za priključitev drugega zvočnika. NF ojačevalnik naredimo ustrezno s sliko 138. s tem so lahko relativno majhni zvočni signali priključka za predvajanje ali priključka za slušalke, npr. kasetofona toliko ojačani, da bodo slišni v zvočniku našega krmilnega pulta. Vezje bo neoporečno delovalo, če bo skrbno narejeno in če bo vsaka žica preverjena. Ker naš NF ojačevalnik nima stikala, bo kot zadnji element priključena baterija. Tako imenovan vhodni signal, torej signale za ojačanje»dobimo«iz priključka za presnemavanje (oziroma priključka za slušalke) kasetnega snemalnika, gramofona, itd. Če ima naprava DIN priključek je lahko na njej narejen odcep, kot je prikazano na načrtu izgradnje. Vsakokrat po en kabel z golim koncem bo vtaknjen v dva izmed petih majhnih priključkov. Povezovalna žica je pikčasto označena, t.j. da moramo poskusiti kateri priključki oddajo potreben signal. Moderne HiFi naprave so danes skoraj izključno opremljene s tako imenovanimi»cinch priključki«. Preproste naprave imajo deloma zgolj en priključek za slušalke. V specializirani trgovini so po zelo ugodnih cenah na voljo primerni vtiči, da je lahko vzpostavljena povezava z našim narejenim NF ojačevalnikom. Ti vtiči imajo najmanj dva priključna pola, na katera bosta priključeni obe žici NF ojačevalnika. Paziti je potrebno na to, da oba priključna pola vtiča pomotoma ne bosta medsebojno povezana (premoščena). Ko»odcepljena«naprava obratuje in so vse priključitve pravilno izvedene, se iz zvočnika sliši program, ki naj bo presnet in ojačan. S potenciometrom je lahko nastavljena glasnost predvajanja. Če naš ojačevalnik ne deluje, je potrebno preveriti, če je npr. glasnost»odcepljene«naprave preveč zmanjšana. Če je npr. naš NF ojačevalnik priključen na izhod za slušalke kasetnega predvajalnika, pri katerem je glasnost nastavljena na minimalen nivo, na izhodu za slušalke signal glasbe ne bo prisoten in s tem ga tudi naš NF ne more ojačati. 37

38 38

39 Kako deluje vezje? Najprej izhajajmo iz tega, da na vhodu našega ojačevalnika (torej na potenciometru) ni prisoten vhodni signal za ojačanje (glejte sliko 139). Tranzistor T2 prejme s plus pola baterije preko 2,2KΩ in 1KΩ upora potrebno osnovno napetost. Njegova pot zbiralnika-oddajnika je prevodna, tokokrog s plus pola baterije preko zvočnika in 100Ω upora je zaprt. Na oddajniku tranzistorja T2 v primerjavi s plus polom baterije nastane pozitivna napetost, ki pride preko 100KΩ upora tudi na osnovo tranzistorja T1. S tem bo tudi pot zbiralnika-oddajnika tranzistorja T1 minimalno prevodna, tako da napetost na zbiralniku tranzistorja T1 nekoliko pade. Ker je zbiralnik tranzistorja T1 preko 1KΩ upora povezan z osnovo tranzistorja T2, napetost pade tudi na osnovi tranzistorja T2, tako, da pot zbiralnika-oddajnika tranzistorja T2 ni popolnoma prevodna. Oba tranzistorja se medsebojno nastavita tako, da preko obeh poti zbiralnika-oddajnika (in tudi skozi zvočnik) teče stalen»mirovni tok«. S tem mirovnim tokom bo membrana zvočnika nastavljena približno v vmesno pozicijo. Sedaj domnevajmo, da je na vhodu ojačevalnika prisoten zvočni signal kot majhna izmenična napetost (napetost, ki se preklaplja v ritmu zvočnega signala med plusom in minusom). Izmenična napetost povzroči stalno (in hitro) polnjenje in praznjenje kondenzatorja. Vhodna izmenična napetost povzroči preko potenciometra, 10KΩ upora in 10μF elektrolitskega kondenzatorja nihajočo napetost na osnovi tranzistorja T1. Pri nekoliko večji osnovni napetosti bo tranzistor T1 bolj prevoden in odvzame tranzistorju T2 del njegove osnovne napetosti. Tranzistor T2 bo s tem manj prevoden in s tem skozi zvočnik teče tudi manjši tok. Obratno nižja napetost povzroči večji tok zvočnika. 10nF kondenzator in 100μF elektrolitski kondenzator sta za delovanje ojačevalnika zelo pomembna. Če bo npr. 100μF elektrolitski kondenzator odstranjen iz vezja, bo moč ojačanja bistveno manjša (poskusite). Brez elektrolitskega kondenzatorja bo izhodni signal preko 100KΩ upora direktno k vhodu povratno deloval. Z elektrolitskim kondenzatorjem bodo nihanja napetosti zvočnega signala na oddajniku tranzistorja T2 izločene tako, da na ojačanje obeh tranzistorjev ne bo vpliva. 10nF kondenzator preprečuje, da ojačevalnik prične nihati (glejte poglavje»povratno delovanje«). Opomba: Če nastavitev potenciometra ne povzroči zadovoljivega uravnavanja glasnosti (predvsem pretiho predvajanja), je lahko 10KΩ upor na vhodu premoščen oziroma odstranjen. Če bo glasnost nastavljena na previsok nivo, nastane popačeno predvajanje. Po končanem poskusu odklopite baterijo, ker bo pri priključeni bateriji tok stalno koriščen. 39

40 Povratno delovanje Če bodo pri večjih prireditvah uporabljeni mikrofoni, pogosto nastane moteče piskanje. Ta zvok nastane zaradi tako imenovanega»povratnega delovanja«. Povratno delovanje nastane, ko mikrofon ujame preko zvočnika predvajan zvok in bo preko NF ojačevalnika predan ojačano ponovno nazaj na zvočnik. Ker se ta postopek stalno ponavlja, bo povraten ton vedno bolj ojačan, dokler ni popolnoma popačen in se sliši kot piskanje. S sledečimi poskusi bomo izvedli nekaj eksperimentov s povratnimi delovanji. Ker mikrofona nimamo na voljo, bo z izdelavo po sliki 140»umetno«narejeno povratno delovanje tako, da bo odvzet ojačan signal na zbiralniku tranzistorja T2 in bo preko 1KΩ upora in preko tipke spet dovoden vhodu stopnje ojačanja (potenciometer). Izdelava vezja je zelo podobna kot pri prejšnjem vezju. Vendar pa ga naredite od začetka na novo, da bodo preprečeni viri napak. Poskus povratnega delovanja bo pričel delovati s priključitvijo baterije. Potenciometer namestite približno v vmesno pozicijo. Ko bo tipka pritisnjena, se iz zvočnika sliši ton. S pritiskom na tipko bo izhodni signal ojačevalnika posredovan nazaj na vhod (glejte tudi vezalni načrt 141). Iz predhodnega poskusa je znano, da je potenciometer namenjen za nastavitev glasnosti. Ko bo nastavitev potenciometra pri pritisnjeni tipki spremenjena, se glasnost začudoma ne spremeni, temveč narejena frekvenca tona. To pomeni, da pri povratnem delovanju ojačevalnik vedno deluje z njegovo maksimalno močjo in bo nastavitev glasnosti vpliva zgolj na način povratnega delovanja in s tem na frekvenco. S počasnim vrtenjem potenciometra v levo bo proizvedena frekvenca tona vedno večja. Pri določeni frekvenci se nihanja prekinejo to ne bo več narejen. Vezalni načrt 141 prikazuje, da bo z vrtenjem potenciometra v levo vhodni signal vedno manjši. Ko bo vhodni signal premajhen, ojačanje in povratno delovanje ne bo več izvedeno. Kaj se zgodi, ko bo signal povratnega delovanja spremenjen? Potenciometer nastavite približno v vmesno pozicijo, da bo pri pritisku na tipko narejen ton. 1KΩ upor bo zamenjan z 4,7KΩ uporom. Pri pritisku na tipko, je proizveden ton pri isti nastavitvi potenciometra bolj globok. S povečavo upora nastane isti efekt, kot bi bila pri ojačevalniku oddaljenost med mikrofonom in zvočnikom povečana. Kot sledeče povečamo signal povratnega delovanja tako, da bosta oba priključka 4,7KΩ upora premoščena. Izhodni signal bo posredovan direktno (brez upora) nazaj na vhodu. Pri pritisku na tipko ugotovimo, da je narejen ton višji. Razlike v glasnosti pri različnih povratnih delovanjih ni možno ugotoviti. Način delovanja ojačevalnika povratnega delovanja po vezalnem načrtu 141 ustreza vezju ojačevalnika iz predhodnega poskusa. Spremenjeni bodo zgolj priključki kondenzatorja, da bo v vsakem primeru doseženo povratno delovanje. Narejeno vezje ostane enako za naslednji poskus. 40

41 41

42 Morsejev aparat Samuel More je iznašel telegraf in ga je prijavil leta 1837 kot patent. Morsejev telegraf je sestavljen iz sprejemnika (magnetna tulljava, ki k sebi potegne rotor in pri tem pritisne pisalo ob enakomerno premikajoč papirni trak) in oddajnika (Morsejeva tipka in baterija). Leta 1844 je bil s to napravo poslan prvi telegram med Washingtonom in Baltimorjem. Morse je naredil tudi Morsejevo abecedo. Vse številke in znaki so prikazani v kombinaciji črt in pik. Tudi pri kasnejših brezžičnih povezavah je bila uporabljena Morsejeva abeceda tako, da so pike in črte prikazane z kratkimi in dolgimi toni. Celo danes so Morsejevi znaki še pogosto uporabljeni, ker so lahko ti posredovani celo takrat, ko je brezžična govorna povezava močno motena ali pa sploh ni več možna. Ojačevalnik povratnega delovanja iz predhodnega poskusa bo spremenjen po sliki 142. S pritiskom na tipko bo narejen znan ton povratnega delovanja, ki bo s potenciometrom nastavljen tako, da ustreza tonu Morsejevega znaka. Z ustreznim pritiskom na tipko lahko vezje uporabimo kot Morsejevo napravo. Če bomo kabel napeljan k tipki podaljšali, je lahko tipka uporabljena kot postaja A v enem prostoru in dejansko vezje kot postaja B v drugem prostoru. Sedaj lahko preko večjih razdalj s to napravo posredujemo sporočila. Slika 144 prikazuje Morsejevo abecedo. 42

43 Elektronske orgle Vezje oscilatorja ustrezno s sliko 145 je originalna varianta našega vezja NF ojačevalnika. Naše»novodobne«orgle ne bodo igrane s tipkami, temveč z dotikom črte, ki je narejena s svinčnikom. Polje v sliki 147 bo na debelo pobarvano z mehkim svinčnikom. Tako nastala grafitna plast bo na desni strani z že znanim kontaktom med sponko-kablom, kot je vidno na načrtu izgradnje 145, povezana s 470Ω uporom. Druga žica je napeljana k 100KΩ uporu. Po tem, ko je izdelava preverjena in baterija priključena, bi lahko že po kratkem času igrali preproste skladbe teh elektronskih orglah. Pozor! Ker naša naprava nima stikala, po končanem eksperimentu odklopite baterijo, ker bo tudi pri ne uporabljanju naprave tok stalno porabljen. 43

44 44

45 Kako deluje vezje? Vezje (ustrezno z vezalnim načrtom 146) je sprememba že opisanega NF ojačevalnika. Ton nastaja s povratnim delovanjem z zbiralnika tranzistorja T2 preko 10nF kondenzatorja in 100KΩ upora k osnovi tranzistorja T1. Vezje reagira tudi na zelo velike vrednosti upornosti tako, da so za to narejeno vezje poleg orgel podane še nadaljnje uporabe. Orgle na prstni odtis Oba konca žic bosta odstranjena z narisane črte s svinčnikom in z 2 prstoma vsake roke držite gol konec žice. Z bolj ali manj trdnim držanjem je lahko spremenjena višina tona in s tem lahko igrate melodije. Detektor laži Detektor laži je naprava, ki zapisuje potek srčnih utripov, dihanje, krvni tlak in vlažnost kože pri vprašani osebi. Detektor laži prikazuje vzburjenje, ki se lahko pojavi, ko se nekdo poskuša zlagati. Naše vezje je lahko npr. uporabljeno tudi kot detektor laži tako, da bo merjena vlažnost kože. Za to bosta oba konca žic prilepljena npr. z lepilnim trakom na notranjo stran rok. Ko zaslišana oseba»laže«, bo verjetno imela tudi vlažne roke, z čimer naraste ton našega vezja oscilatorja. Akustičen javljalnik dežja Mi lahko z v prvem delu opisano napravo za opozorilo dežja in prikazom stanja vode izvedemo tudi z uporabo tega vezja. Za to je potrebno vmes priključiti zgolj 4,7KΩ upor. Polnilni kabel bo povezan s priključkom 4,7KΩ upora in na drug priključek upora bo priključen dodaten kabel. Preveritev električne prevodnosti Naše vezje NF oscilatorja je lahko zelo dobro uporabljeno tudi za preveritev električne prevodnosti pri večjih vrednostih upornosti. Z obema merilnima kabloma je lahko vrednost upora ali poljubnega predmeta akustično»izmerjena«. Z visoko občutljivostjo NF oscilatorja mora vrednost upora znašati najmanj 4-5KΩ. Če vrednost upornosti leži v tem območju, potem bo narejen zelo visok ton. Tem večja kot je izmerjena vrednost upornosti, tem bolj bo narejen ton globok. Akustičen tester prevodnosti S tako imenovanim»testerjem prevodnosti«bo preverjeno, če so npr. kabli, povezave, itd. neoporečni. Narejen NF oscilator je lahko uporabljen kot akustičen tester prevodnosti tako, da bo k merilnem kablu zaporedno vezan dodaten 4,7KΩ upor (kot pri poskusu z akustičnim javljalnikom dežja). S testerjem prevodnosti je lahko preverjena električna prevodnost kontaktov, različnih predmetov, itd. Pri dobri prevodnosti bo narejen visok ton, pri slabi prevodnosti pa globok ton. Zaradi višine tona se lahko ugotovi vrednost upornosti preiskanega predmeta. Če ni električne prevodnosti, potem tudi tona ne slišite. 45

46 Vezje svetlobnih orgel Diskoteke, bari in tudi hobi elektroniki pogosto uporabljajo tako imenovano»svetlobne orgle«: nihanja bodo pretvorjena v svetlobne impulze. Pri določenih frekvencah tonov in glasnostih svetijo barvne žarnice v taktu glasbe. Preprosto vezje svetlobnih orgel bo narejeno po sliki 148. Zvočnik bo v tem poskusu uporabljen kot mikrofon. Krmiljenje občutljivosti za impulze tona-svetlobe bo izvedeno s potenciometrom. Po tem, ko so vse žice preverjene in je baterija priključena, preverimo najprej s ploskanjem, če LED zasveti. Nihaji, ki jih zazna mikrofon (zvočnik) bodo pretvorjeni v električne nihaje in dovedeni LED. Naše svetlobne orgle morajo pri pravilni nastavitvi potenciometra pri vsakem plosku na kratko zasvetiti. Če bo v neposredni bližini uporabljena radijska naprava, kasetni snemalnik ali podobno, bodo nihaji prav tako prikazani kot svetlobni impulzi v ritmu glasbe. S potenciometrom je lahko prilagojena glasnost glasbene naprave. 46

47 Akustičen nadzor prostora Isto vezje je lahko uporabljeno tudi za akustičen nadzor prostora. Za to bo namesto zvočnika v krmilnem pultu priključen eventualno prisoten dodaten zvočnik (npr. stereo naprave). Če je priključni kabel zadosti dolg, je lahko zvočnik kot mikrofon postavljen v prostoru za nadzor. Dejansko vezje s svetilno diodo stoji v kontrolni sobi. Pri ustrezni nastavitvi občutljivosti na potenciometru bodo npr. nepooblaščenimi osebami narejeni zvoki preneseni kot svetlobni impulzi h kontrolni sobi. Od tam je lahko sprožen alarm. Naprava je primerna tudi za nadzor majhnih otrok.»mikrofon«bo instaliran v otroški sobi. Ko se bo dojenček zbudil in bo pričel jokati, potem bo v kontrolni sobi zasvetila rdeča LED. Ker naša majhna naprava nima stikala za vklop in izklop, ne smemo pozabiti po končanih eksperimentih odklopiti baterije. Kako deluje vezje? Tranzistorja T1 in T2 (glejte sliko 149) sta vezana k monostabilni stopnji preklopa. Impulz sprožitve dajo namesto tipke od mikrofona (zvočnika) sprejeti nihaji. Ker je ta impulz (napetost) od zvočnika zelo majhen, nastane nekoliko bolj zahtevno vezje. V stanju mirovanja prejme tranzistor T1 preko 4,7KΩ upora in potenciometra potrebno osnovno napetost. Preko poti zbiralnika-oddajnika bo osnovi tranzistorja T2 odvzeta napetost. Preko 470Ω upora, svetilne diode in 10KΩ prejme tudi osnova tranzistorja T2 minimalno napetost, ki sicer ne zadošča, da bo tranzistor T2 popolnoma preklopljen, ki pa je vendar tako velika, da je njegova pot zbiralnika-oddajnika minimalno prevodna. Ko bo narejen hrup (npr. ploskanje z rokami), membrana zvočnika niha, z čimer se tuljava preko trajnega magneta premika sem ter tja. S tem bo v tuljavi narejena majhna napetost, ki pride preko 100μF elektrolitskega kondenzatorja na osnovo tranzistorja T2. S to dodatno napetostjo bo tranzistor T2 nekoliko močneje prevoden in preko njegove poti zbiralnika-oddajnika bo plus pol napolnjenega 10μF elektrolitskega kondenzatorja povezan z minus polom baterije. S tem nastane na osnovi tranzistorja T1 negativna napetost T1 blokira in T2 se popolnoma preklopi. Kot je opisano pri monostabilni stopnjji preklopa, bo sedaj razlika v napetosti (polnjenje) v 10μF elektrolitskem kondenzatorju preko 100Ω in 4,7KΩ upora in potenciometra počasi izravnana, t.j., elektrolitski kondenzator se počasi izprazni. Ko je elektrolitski kondenzator izpraznjen, na njegovem minus polu in s tem tudi na osnovi tranzistorja T1 ne nastane več negativna napetost v primerjavi z minus polom baterije. Preko potenciometra in 4,7KΩ upora prejme sedaj osnova tranzistorja T1 pozitivno krmilno napetost, tranzistor T1 se preklopi. Osnova tranzistorja T2 je preko 1KΩ upora in C-E poti tranzistorja T1 povezana z minus polom baterije. T2 blokira, vezje se preklopi nazaj v prvotno stabilno stanje. Z relativno nizko vrednostjo 10μF elektrolitskega kondenzatorja in v povezavi z nizkimi vrednostmi upornosti je monostabilna stopnja preklopa vedno samo za kratek čas»vklopljena«. Preko zvočnika / mikrofona narejeni in zelo majhni impulzi napetosti bodo podaljšani toliko, da LED za kratek čas zasveti. 47

48 Detektor zvoka Detektor zvoka je elektronski senzor, ki reagira na nihanja in lahko sproži določene funkcije. Pri alarmnih napravah so npr. detektorji zvoka uporabljeni kot tako imenovani senzorji loma stekla. Detektor zvoka bo narejen ustrezno s sliko 150. S priključitvijo baterije bo vezje pričelo delovati. Pri glasnem ploskanju mora vezje reagirati in svetilna dioda se mora vklopiti. S tipko je lahko svetilna dioda spet izklopljena. Na potenciometru bo nastavljena občutljivost, da detektor zvoka reagira šele od določene glasnosti. Delovanje detektorja zvoka je podobno delovanju vezja svetlobnih orgel. Medtem, ko je bila LED pri predhodnem poskusu vklopljena za kratek čas zaradi glasnega hrupa, ostane LED pri tem poskusu vklopljena tako dolgo, dokler bo pritisnjena tipka. 48

49 Kako deluje vezje? Tranzistorja T1 in T2 (slika 151) sta sedaj vezana k bistabilni stopnji preklopa. Za razliko od vezja svetlobnih orgel, potenciometer ni direktno povezan s plus polom baterije, temveč je priključen na zbiralnik tranzistorja T2. Kot v predhodnem poskusu se lahko sicer 10μF elektrolitski kondenzator izprazni, vezje pa se ne preklopi nazaj v stanje mirovanja, ker je pri prevodnem tranzistorju T2 osnova tranzistorja T1 preko 4,7KΩ upora, potenciometra in prevodne poti zbiralnika-oddajnika tranzistorja T2 povezana z minus polom baterije. Šele s pritiskom na tipko prejme osnova tranzistorja T1 preko 47KΩ upora potrebno osnovno napetost tranzistor T1 bo prevoden in s tem odvzame osnovno napetost tranzistorju T2. Vezje se preklopi nazaj v njegovo stanje mirovanja. Priporoča se, da še enkrat preberete opis delovanja bistabilne stopnje preklopa v prvem delu navodil. Detektor zvoka deluje točno po tem načelu vendar bistveno bolj občutljivo. Z dodatno vstavljenim elektrolitskim kondenzatorjem bo preko zvočnika narejena izmenična napetost filtrirana in je lahko s tem uporabljena kot impulz sproženja. 49

50 Enosmerni tok-izmenični tok? Enosmerna napetost-izmenična napetost? Kot vir energije bo pri vseh eksperimentih uporabljena 9V block baterija (ali BUSCH napajalnika, ki odda tok, ki je podoben toku baterije). Baterija ima 9V napetost, tok vedno teče v isti smeri zaradi tega opis»enosmerni tok«. Tudi npr. akumulatorji posredujejo enosmerni tok. Od elektropodjetja dobavljena 220V omrežna napetost je»izmenični tok«(ali»trifazni tok«). Tudi z našim zvočnikom narejena minimalna napetost je izmenična napetost. Medtem, ko lahko enosmerno napetost pridobimo samo z baterijami ali akumulatorji, bo izmenični tok narejen s pomočjo generatorjev trifaznega toka. Trifazni tok stalno spreminja njegovo smer toka. Ta menjava je izvedena 100-krat na sekundo. Tok torej teče 50-krat v eno in 50-krat v drugo smer. (Če bi teoretično zamenjali pole baterije 100-krat na sekundo, bi prav tako nastal izmenični tok). Izmenični tok je prikazan kot valovita krivulja (slika 152). Ta krivulja prikazuje, kako bo tok električnega toka najprej v eni smeri (navzgor) vedno večji nato spet manjši, dokler na srednji liniji (časovna os) za kratek čas tok ne teče in bo nato v nasprotni smeri (navzdol) spet večji in nato spet manjši. V vsaki sekundi nastane 50 takšnih krivulj, t.j. izmenični tok»niha«50-krat na sekundo. S tem ima dobavljen električni tok od elektropodjetja frekvenco 50Hz. Pri izmeničnem toku se bodo plus in minus poli stalno menjavali, t.j., v istem ritmu se preklopi tudi napetost (npr. od +220V do -220V). Zaradi tega tudi govorimo o izmenični napetosti. Ko je izmenična napetost prisotna, teče tudi izmenični tok, pri enosmerni napetosti vedno teče enosmerni tok. Izmenična napetost in tok sodita skupaj tako kot enosmerna napetost in tok. Za veliko električnih porabnikov, kot so npr. žarnice je vseeno, če obratujejo z izmenično ali enosmerno napetostjo. Dejansko bo žarnica v roku ene sekunde 100-krat vklopljena in izklopljena, kar pa z človeškim očesom ni vidno in bo zaradi tega zaznana kot enakomerna svetloba. V primerjavi z drugimi električnimi porabniki elektronika potrebuje enosmerni tok. Ker radijski sprejemniki, stereo naprave, itd. delujejo z elektronskimi vezji, mora biti od elektropodjetja dobavljiva izmenična napetost pretvorjena v enosmerno napetost. Ista smer je možna s pomočjo diod, ker diode pustijo teči tok samo v eni smeri. S tem pa vendar nastane nečist enosmerni tok, ker, kot prikazuje slika 153, vsakokrat manjka pol vala izmeničnega toka. Rezultat je sunkovit enosmerni tok (v primerjavi z enakomerno tekočim tokom baterije). 50

51 Ker elektronska vezja delujejo z majhnimi toki, je lahko manjkajoči val (kratkočasna prekinitev enosmernega toka) izravnan z kondenzatorji. Kondenzator odda shranjeno količino toka vsakokrat v fazi kratkočasne prekinitve toka. V fazi kratkočasnega teka toka bo spet napolnjen. Takšno vezje je prisotno tudi v BUSCH napajalniku, z čimer je za eksperimente na voljo enosmerni tok, ki je podoben toku baterije. Zapomnite si: 220V omrežna napetost je vedno izmenična napetost. Z diodami so lahko izravnane izmenične napetosti. 51

52 Tranzistor kot dioda Dioda je primerljiva z»električnim ventilom«. Dioda pusti tok teči samo v eni smeri. Dioda je uporabljena za enostranske poti enosmernega toka-blokiranja in za usmerjanje izmeničnih napetosti v eno smer. En tip diode,»svetilno diodo«, smo že spoznali. Vendar pa so kot dioda uporabljeni tudi tranzistorji, ko bosta od njihovih priključkov uporabljena samo dva. Poskus bo narejen po sliki 154. Pri pritisku na tipko LED zasveti. Torej teče tek s plus pola baterije preko 470Ω upora, svetilne diode in poti osnove-oddajnika tranzistorja. Sedaj bo tranzistor»obrnjen«tako, da bosta obe priključni žici k osnovi in oddajniku med seboj zamenjani. Če bo sedaj poskus ponovljen (pritisnite na tipko), ostane LED temna tok ne more teči, ker je kot dioda vstavljen tranzistor vezan v zaporni smeri. Diode imajo v elektronskih vezjih pomembne funkcije, ker so lahko z njimi zaprti določeni odseki kablov. Tudi v sledečih vezjih radijskega sprejema prevzamejo diode pomembne funkcije za demodulacijo radijskih valov, da so lahko ti preko ojačevalnika ojačani in slišni. 52

53 Prenos Medtem smo prišli že daleč v skrivnosti elektronike. S sledečimi poskusi se bomo ukvarjali z»brezžično«tehniko prenosa glasov, glasbe, zvokov, sporočil in slik. Vemo, da obstajajo svetlobni in toplotni žarki, rentgenski in radijski valovi, ki jih lahko z našimi čutili samo delno zaznamo. Svetlobo lahko zaznamo z našimi očesi. Toploto občutimo, ko zmrzujemo ali se potimo ali celo ko se opečemo. O rentgenskih žarkih vemo, da so ti pri daljšem učinkovanju nevarni za človeško telo. Radijskih valov brez tehničnih pripomočkov sploh ne moremo zaznati. Ampak vendar čeprav se najprej zdi neverjetno so si takšni žarki ali valovi zelo podobni. Gre za»elektromagnetne valove«, ki se razlikujejo zgolj v njihovi frekvenci. Elektromagnetne valove je leta 1873 omenil britanski fizik Maxwell in leta 1888 jih je dokazal nemški fizik Heinrich Hertz. Elektromagnetni valovi so lahko reflektirani, zlomljeni, upognjeni in polarizirani. Svetloba bo npr. povezana v snop v reflektorjih, žepnih svetilkah, itd. Paraboloidne antene so namenjene za sprejem in za vezavo elektromagnetnih radijskih valov. Načeloma je lahko ista optika uporabljena za različne vrste sevanja. Kaj so elektromagnetni valovi? Iz predhodnih poskusov vemo, da lahko kondenzatorji shranijo električna polnjenja. Za polnjenje kondenzatorja, mora za kratek čas teči tok. Ko polnilni tok preneha teči, doseže napetost na kondenzatorju njen maksimum. Med ploščami kondenzatorja nastane električno polje. Kaj dejansko je električno polje, si lahko samo težko predstavljamo. Predstavljivo je, da npr. iskre s plošče kondenzatorja pridejo na drugo ploščo kondenzatorja, ko so plošče dosti blizu druga drugi in je napetost zadosti velika. Električno polje bo npr. narejeno tudi pri nevihti med»nebom«in»zemljo«. Silne količine energije od tega električnega poja bodo izpraznjene s strelami, podobno teoretični predstavi o iskrah med ploščami kondenzatorjev. Za boljše razumevanje skrivnosti elektromagnetnih valov, moramo spoznati še en nadaljnji element,»tuljavo«. Pod pojmom tuljava razumemo navoj žice. Posebnost tuljav, skozi katere teče tok je, da bo narejeno magnetno polje. Tipičen primer uporabe je»elektromagnet«. Z našimi čutili magnetizma sicer ne moremo zaznati, vendar pa nam je znana njegova sila privlačnosti kovinskih delov. Ko bo tok električnega toka skozi tuljavo prekinjen, bo magnetno polje naredilo napetost. S to napetostjo je lahko narejeno električno polje. Ti fizikalni postopki odprejo nove možnosti: 53

54 Ko bo kondenzator vezan skupaj s tuljavo, nastane tako imenovan nihajni krog (slika 156a). Predpostavljeno, da je kondenzator napolnjen, potem je med njegovima obema ploščama prisotno električno polje. Ker sta oba priključna pola kondenzatorja preko tuljave med seboj povezana, se lahko kondenzator preko tuljave izprazni. Skozi tuljavo tekoč tok naredi okoli tuljave magnetno polje. Takoj, ko se kondenzator izprazni, bo tudi tok električnega toka končan, magnetno polje okoli tuljave razpade. S tem bo v tuljavi vzbujena napetost. Kjer je napetost, lahko tudi tok teče tako, da bo kondenzator spet napolnjen. S tokom električnega toka bo narejena napetost tako, da se lahko kondenzator spet izprazni preko tuljave. Ponovno bo okoli tuljave narejeno magnetno polje in vse se ponovi. Mi prepoznamo, da nastane izmenična igra iz električnega polja v kondenzatorju in magnetnega polja okoli tuljave. Ko je bil nihajni krog enkrat»zadet«(npr. s polnjenjem kondenzatorja), se ta izmenična igra ne bo poljubno dolgo nadaljevala. Z notranjim trenjem elektronov bo energija porabljena tako, da bo narejena napetost (oziroma tok) vedno manjša. Izmenična igra električnega in magnetnega polja se počasi ustavi. Tudi, ko bo razdalja med obema ploščama kondenzatorja nihajnega kroga ustrezno s sliko 156b povečana, ostane električno polje med obema ploščama in se lahko še naprej izmenjuje z magnetnim poljem tuljave. Tudi, ko je oddaljenost med ploščami kondenzatorja ustrezno s sliko 156c še bolj povečana, se pri izmenični igri nič ne spremeni. Električna in magnetna polja se lahko razširijo v prostoru. S tem smo prišli k tehniki oddajanja in sprejemanja radijskih valov in televizijskih oddaj. Ko bo v odprt nihajni krog»ujet«drug nihajni krog, se elektromagnetna izmenična igrač prenese tudi na drug nihajni krog tako, da tam prav tako nastane tok in napetost. 54

55 Radijski oddajnik načeloma predstavlja odprt nihajni krog, ki bo z elektronskimi vezji vzbujen k nihajem. Frekvenca nihajev leži približno med in 300 milijoni Hz. Na anteni oddajnika (natančneje: okoli antene) se v tej frekvenci izmenjujejo električna in magnetna polja nastanejo elektromagnetni valovi. Radijski sprejemnik predstavlja že omenjen drug»obešen«nihajni krog. Ta ima kot»plošče kondenzatorja«anteno in zemljo, vmes je vezana tuljava. Elektromagnetna polja oddajnika inducirajo v sprejemnem nihajnem krogu tok in napetost. Sprejemni nihajni krog niha z isto frekvenco kot oddajnik. Napetosti in toki pa so vendar zelo nizki. Ti morajo biti ogromno ojačani, da bodo vsebovani signali in informacije slišni. S tem smo spoznali»fiziko«oddajnika in sprejemnika. Od teorije želimo sedaj preklopi k praksi in se dotakniti elektromagnetnega nihajnega kroga radijskega oddajnika, da bodo vsebovane informacije slišne. Za to je potrebno najprej narediti primeren nihajni krog. 55

56 Feritna antena Kot tuljava za naš nihajni krog uporabimo tako imenovano feritno anteno. Takšna antena je sestavljena iz feritne palice, okoli katere je navita žica (tuljave). Feritna antena bo narejena na sledeč način: Pri opremi najdemo pripravljen kos kartona, kateri bo ustrezno z žlebički zlepljen v pravokotnem tulcu (glejte sliko 157). Ta kartonski tulec bo potisnjen preko prisotne črne feritne palice. Na majhni leseni tuljavi se nahaja potrebna žica (lakirana bakrena žica s premerom 0,3 mm). Najprej je potrebno žico točko 34-krat oviti okoli kartonskega tulca. Pri prvem navoju pustimo približno 10 cm konec in ga pritrdimo z lepilnim trakom. Na koncu 34. navoja prav tako pustite štrleti stran približno 10 cm žice in žico pritrdite z lepilnim trakom (da se tuljava ne sprosti). Preostalo žico odrežite. Žica ima izolacijo iz laka. Z obeh koncev žic morate odstraniti izolacijo za približno 5 mm. Poleg prisotne tuljave s 34 navoji naredimo na isti način drugo tuljavo z 61 navoji. Z koncev te žice je prav tako potrebno odstraniti izolacijo. Obe tuljavi naj ležita ker se le da blizu druga drugi na feritni palici. Obe priključni žici obeh koncev tuljav bodo med seboj zviti. S tem prejmemo večjo tuljavo s skupaj 95 navoji ( navojev). Ta velika tuljava ima tako imenovan»središčni odcep«preko obeh zvitih koncev žic (glejte sliko 158). Sedaj na kartonski tulec navijemo nadaljnjo tuljavo s 6 navoji. Vse navoje je potrebno dobro pritrditi z lepilnim trakom, da se ne morejo sprostiti. Paziti moramo tudi na to, da je lahko kartonski tulec (z tuljavami) odstranjen z feritne palice, da lahko feritno palico uporabimo tudi za druge tuljave. Najprej je potrebno preveriti, če so tuljave naše feritne antene neoporečno navite. Za to bo narejen poskus po sliki 159. na 470Ω uporu in plus polu baterije bosta priključeni obe žici velike»dvojne tuljave«(skupaj 95 navojev). Po priključitvi baterije mora LED svetiti. Test ponovimo tako, da bo na obe priključni točki priključena majhna tuljava (6 navojev). Tudi v tem primeru mora LED svetiti. Po uspešni preveritvi prevodnosti bo izvedena še preveritev izolacije. Za to je potrebno tuljavo ustrezno s sliko 161 priključiti na 470Ω upor in plus pol baterije. Sedaj LED ne sme več svetiti. Mi prepoznamo, da so tanke bakrene žice dejansko izolirane s plastjo laka. S tem so tuljave električno medsebojno ločene. 56

57 57

58 58

59 Prenos energije: osnovni poskus z dvema tuljavama Poskus bo narejen po sliki 163. Ta bo dokazal, kako je lahko brez električne povezave skozi elektromagnetno polje prenesena energija. Po tem, ko je bila baterija priključena kot zadnji element, je poskus pripravljen za uporabo. LED ne sveti. Ko opazujemo vezalni načrt na sliki 164, prepoznamo, da LED ne more svetiti, ker tranzistor T2 ne prejme osnovne napetosti. Kot sledeče napolnimo ločen 100μF elektrolitski kondenzator (ni označen na načrtu izgradnje) tako, da njegova oba priključka priključimo kratke žice in te za kratek čas povežete z baterijo. Pri tem je potrebno nujno paziti na pravilno polarnost, t.j, plus pol elektrolitskega kondenzatorja je potrebno povezati s plus polom baterije in minus pol elektrolitskega kondenzatorja z minus polom baterije. Odstranite priključne žice na elektrolitskem kondenzatorju, za to obe priključni žici majhne tuljave feritne antene (6 navojev) priključite na oba priključka elektrolitskega kondenzatorja. Sedaj mora LED za kratek čas svetiti. Poskus lahko ponovimo kolikokrat želimo. Mi prepoznamo, da bo iz enega tokokroga (sestavljen iz elektrolitskega kondenzatorja in majhne tuljave) prenesena energija v drug tokokrog našega elektronskega vezja in bo LED svetila brez, da sta ta oba tokokroga med seboj električno povezana. 59

60 60

61 Kako deluje vezje? Ko bo napolnjen 100μF elektrolitski kondenzator povezan z obema priključnima žicama majhne tuljave, se lahko elektrolitski kondenzator preko te tuljave izprazni. Tok električnega toka naredi v tuljavi magnetno polje, katero vpliva na drugo večjo tuljavo, ki je povezana z elektronskim vezjem. Ko je elektrolitski kondenzator izpraznjen, bo tok prenehal teči tako, da se magnetno polje poruši. Zaradi porušenega magnetnega polja bo v tuljavah tudi v veliki tuljavi vzbujena napetost. Napetost vpliva na tok električna toka, t.j., z v veliki tuljavi vzbujeno napetostjo bo 10μF elektrolitski kondenzator napolnjen preko poti osnove-oddajnika tranzistorja T1. Tranzistor T1 deluje v tem vezju kod dioda. Preko poti osnove-oddajnika lahko sicer teče polnilni tok v 10μF elektrolitski kondenzator, vendar pa se 10μF elektrolitski kondenzator preko poti osnove-oddajnika T1 in tuljave ne more izprazniti, ker bo pred tranzistorjem (kot dioda) tok v tej smeri blokiran. Po tem, ko je 10μF elektrolitski kondenzator napolnjen, lahko njegovo napetost preko 1KΩ upora odda kot osnovno napetost za tranzistor T2, tranzistor T2 bo prevoden in LED sveti. 10μF elektrolitski kondenzator se izprane preko 1KΩ upora in poti osnove-oddajnika tranzistorja T2 tako, da ta po kratkem času spet blokira LED se ugasne. 61

62 Srednjevalovni radio Napočil je velik trenutek! Sedaj bo ustrezno s sliko 165 narejeno vezje srednje valovnega radia. Ker so za to potrebni skoraj vsi razpoložljivi elektronski elementi, vezje zelo skrbno naredimo. Posebej pomembno je, da med izdelavo baterija ne bo priključena. Za poskus radia bo prvič uporabljen IC (integrirano vezje). Ta izgleda podobno kot tranzistor, vendar ima v njegovi notranjosti čip z 10 tranzistorji, 4 kondenzatorji, 1 diodo in nekaj upori! Srednje valovni radio IC deluje z zelo majhnimi napetostmi (1,2-1,6V) in je bilo s pomotoma narejeno direktno povezavo z napetostjo baterije takoj uničeno. Po končani izdelavi je potrebno nujno še enkrat preveriti, če so vsi elementi pravilno razporejeni in da predvsem upori 470Ω, 1KΩ in 4,7KΩ ne bodo zamenjani. Po popolni kontroli bo naš srednje valovni radio obratoval s priključitvijo baterije. Potenciometer (desni vrtljiv gumb) je namenjen za nastavitev glasnosti (levi konec tiho desni konec glasno). Vrtljiv kondenzator (lev vrtljiv gumb) bo uporabljen za nastavitev oddajnika. V večini področjih sprejema smo morali s tem vezjem radia sprejeti več oddajnikov (radijskih postaj). V zelo neugodnim legah sprejema je lahko doseženo izboljšanje sprejema, ko bo na srednji odcep naše tuljave priključena siva dodatna antena. Ta dodatna antena v nobenem primeru ne sme biti napeljana preko drugih delov vezja, ker lahko drugače nastanejo nihaji, ki (kot nenamerno»povratno delovanje«) z žvižganjem ali brenčanjem motijo sprejem. Ko bo potenciometer nastavljen na polno glasnost (čisto desno), je lahko iz zvočnika slišno žvižganje, brenčanje ali sikanje. V tem primeru glasnost nekoliko zmanjšajte. Če so nato še vedno slišni moteči zvoki, je potrebno izdelavo vezja še enkrat preveriti. Na splošno je potrebno izbrati kar se le da kratke povezovalne žice. Ravno pri vezjih radia je posebno pomembno, da lahko daljše žice prevzamejo delovanje dodatnih tuljav ali dveh druga poleg drugih žic ali delovanje kondenzatorja. Te nepredvidene dodatne tuljave in kondenzatorji spravijo vezje iz ravnotežja tako, da sprejem ni možen, temveč bodo v zvočniku narejeni zvoki povratnega delovanja. Za vezje sprejemnika uporabite po možnosti samo rdeče in zelene konce kablov. 62

63 63

64 Kako deluje vezje? Velika tuljava in vrtljiv kondenzator (slika 166) naredita nihajni krog. Načelno delovanje nihajnega kroga smo spoznali. Kljub temu upoštevajmo, da je lahko nihajni krog vedno vzbujen za nihanje samo na čisto določeni frekvenci njegovi resonančni frekvenci. Če bo nihajni krog z vrtljivim kondenzatorjev, ki ima spremenljivo kapaciteto, nastavljen tako, da se njegova resonančna frekvenca ujema z frekvenco radijske postaje, povzročijo elektromagnetni radijski valovi našem nihanje nihajnega kroga. To pomeni, da se v tuljavi in kondenzatorju v taktu oddajne frekvence nastanek magnetnega in električnega polja izmenjujeta in pri tem vzbujata napetost. Ta napetost je izmenična napetost z frekvenco oddajnika. Ta izmenična napetost je zelo majhna, ker bodo sprejete samo najmanjše količine energije. Ta majhna izmenična napetost pride na vhod IC-ja srednje valovnega radia. Šibek signal izmenične napetosti bo ojačal IC radia in ga»demoduliral«. Na IC izhodu ostane nizka frekvenca (frekvenca tona), ki bo z dvostopenjskim tranzistorskim ojačevalnikom, sestavljen iz tranzistorja T1 in T2, ojačana in v zvočniku slišno narejena. Delovanje dvostopenjskega tranzistorskega ojačevalnika smo spoznali pri poskusu»nf ojačevalnik«. Majhen del frekvence tona bo poslan z IC izhoda preko 100KΩ upora in tuljave spet na vhod IC-ja. S tem»povratnim delovanjem«nastane boljše ojačanje. Ker IC radia deluje zgolj z napetostjo od 1,2 do 1,6V, bo 9V napetost baterije zmanjšana z upori 4,7KΩ 1KΩ - 470Ω na približno 1,4V. 64

65 Kako bodo povezane frekvence tonov z radijskimi valovi? Od srednje valovnega oddajnika oddani radijski valovi ležijo v frekvenčnem območju od približno 50kHz do 1600kHz. Ta visoka frekvenca (kratica HF) mora biti kombinirana z frekvenco tona (nizka frekvenca = NF). Frekvence tona same ne morejo biti oddane od oddajnika direktno kot elektromagnetni valovi, ker njihovo razširjanje ni zadostno. Zaradi tega so kot»nosilec«za frekvenco tona uporabljeni visoko frekvenčni elektromagnetni valovi, ki se lahko bistveno bolje in dlje razširijo. Za pravilno razumevanje brezžičnega prenosa tona, so potrebne še nekatere ponazoritve. V sledečih slikah so NF oziroma HF nihaji prikazani v obliki valov. Najprej si predstavljajmo čisto preprosta nihanja tona (glejte sliko 167): a) Tih ton naredi majhen val. b) Glasen ton je prikazan kot velik val. c) Globok ton počasi niha, kar bo prikazano z dolgo potegnjenim valom. d) Visok ton hitro niha tako, da je dan prikaz kratkega vala. e) HF nihaji so zelo hitri, kar je prikazano z drug poleg drugega nahajajočimi valovi. Sedaj želimo (ustrezno s sliko 168) kombinirati NF nihanja tonov z HF nihanji: 65

66 a) HF nihaji so prikazani kot isti, zelo ozko narisani valovi. Na sliki 167a prikazan tih ton (NF) prikazuje samo majhen odklon vala, tako da se tudi pri HF z kombinirano NF poda majhen odklon vala. b) HF ostane enakomerno ozka, vendar pa je NF ton prikazan kot zelo širok val. c) Globok NF ton bo prikazan na spet enakomerno ozki HF. d) Visok NF ton prikazuje kratka premikanja valov na ozki HF. Za prenos tonskih signalov bo veličina HF nihajev spremenjena v taktu NF frekvence. Veličina (odklon) vala imenujemo tudi kot»amplituda«. Amplituda HF bo spremenjena v taktu NF, rečemo tudi da je modulirana. Tako imenovana modulacija amplitude (AM) bo uporabljena pri oddajanju v dolgo-, srednjem- in kratko valovnem območju. Kako deluje naš IC srednje valovnega radia? Ko opazujemo IC radia kot celotno enoto, se zdi, da IC deluje podobno kot posamezen tranzistor. Nizka napetost na njegovem vhodu (IN) upravlja večjo napetost na izhodu (OUT). Kot pa vendar vidimo s slike 169, je v IC-ju našega radia več, medsebojno dopolnjujočih stopenj ojačanja. Posamezne stopnje ojačanja so prikazane kot simbol trikotnika. Vsaka stopnja ojačanja je sestavljena iz dveh tranzistorjev z dodatnim vezjem (upori, itd.). Slika 169 nam prikazuje posamezne stopnje obdelave IC-ja radia. Mogoče se nam zdi prva stopnja nekoliko čudna? Tranzistorji so vezani tako, da lahko k IC vhodu teče samo minimalen tok, t.j., vhod ima zelo veliko vhodno upornost, približno 4MΩ, torej 4 milijone Ohmov. Govorimo o visoko ohmskem vhodu. Visoko ohmski vhod skrbi za to, da toka na izhodu prve stopnje ne krmili vhodni tok, temveč ga krmili vhodna napetost. S tem bo doseženo ojačanje minimalnega radijskega signala. V stopnjah 2-4 bo ojačana celotna visoka frekvenca vključno z modulirano frekvenco tona, ker naj bo visoko frekvenčna izmenična napetost demodulirana šele od določene veličine. S tem ukrepom so lahko tudi signali bolj oddaljenih oddajnikov lažje ojačani in demodulirani. Poleg tega bo neželeno šumenje izločeno, ki bo nastalo pri tranzistorjih, diodah in uporih zaradi toplotnega premikanja elektronov (premikanje elektronov s toploto) in s tem pride v frekvenco tona. Šele v peti stopnji bodo sedaj že pretežno ojačani radijski valovi demodulirani: Z diodo, skozi katero lahko teče tok v samo eni smeri, bo visoko frekvenčna izmenična napetost usmerjena v eno smer in pretvorjena v nihajočo enosmerno napetost. Kondenzatorji med posameznimi stopnjami ojačanja preprečujejo pretok enosmernega toka oziroma vdor motečih tujih signalov. 100nF kondenzator med IC izhodom in minus polom baterije izravna z visoko frekvenco nihajočo frekvenco tona tako, da bo ta kondenzator napolnjen s tokom in bo njegovo polnjenje oddano v del HF. Izhod (OUT) IC-ja je istočasno namenjen za dovod obratovalne napetosti. IC deluje z enosmerno napetostjo od 1,2 do 1,6V. Poraba toka našega IC-ja je zelo nizka samo 0,5mA. To je zelo malo LED v našem sistemu eksperimentov potrebuje približno 40-krat več toka. Takšni IC-ji radia so uporabljeni tudi v veliko majhnih radijskih sprejemnikih industrije, ker je zaradi nizke porabe toka podana sorazmerno dolga življenjska doba baterije. Ojačevalniki oziroma stopnje ojačanja bodo v elektronskih vezalnih načrtih prikazani kot trikotniki. Ker tudi naš IC srednje valovnega radia v prvi liniji deluje kot»ojačevalnik«, bo ta prav tako prikazan s trikotnikom. 66

67 Simbol vezave IC-ja srednje valovnega radia Vrtljiv kondenzator Kot vsako kondenzator je tudi vrtljiv kondenzator sestavljen iz dveh ločeno izoliranih plošč oziroma paketov plošč. Ti z vrtenjem spremenljivi paketi plošč so lahko bolj ali manj vtaknjeni drug v drugega. S tem se spremeni kot kondenzator učinkovita površina in s tem kapaciteta. Vrtljiv kondenzator je kondenzator s spremenljivo kapaciteto. V našem vrtljivem kondenzatorju sta vezana dva vrtljiva kondenzatorja: Eden z nekoliko večjo kapaciteto za sprejem srednjih valov in drugi z nekoliko manjšo kapaciteto za UKV sprejem. Sedaj bo uporabljena samo srednje valovna polovica. Vrtljiv kondenzator je fiksno vgrajen v krmilnem pultu. Ta je s spajkanim kablom povezan z natičnim elementom. Od tam bodo vzpostavljene žične povezave k vezju. Vrtljiv gumb je na nastavni mizi označen z»c«(capacitor). 67

68 Izboljšanje sprejema z anteno in zemljo Poskus radia po sliki 165 ostane enak. Za izboljšanje sprejema bo na majhni tuljavi priključena»antena«in»zemlja«(glejte sliko 170). Kot anteno uporabimo»izolirano«žično pramenko, ki naj bo dolga približno 1-2m (pri zelo slabih pogojih sprejema je lahko uporabljena tudi 10-15m dolga žica, ki bo napeljana na prosto). Kot»zemlja«bo uporabljen kabel k vodovodni napeljavi ali k cevi centralnega ogrevanja v bližini. Pri prebarvanih ceveh je potrebno barvo nekoliko spraskati, da nastane kontaktno mesto za gol konec žice. Na prostem je dosežena dobra povezava z zemljo, ko približno cm dolgo kovinsko palico nabijemo v tla in tukaj priključimo ozemljitveni kabel. Z anteno in zemljo bi sedaj morali sprejeti več radijskih postaj. V zelo dobrih področjih sprejema bomo verjetno istočasno sprejeli tudi več radijskih postaj. Povečava induktivnosti Antena in zemlja iz predhodnega poskusa bosta spet odstranjena. Ustrezno s sliko 171 bosta velika in majhna tuljava skupaj vezani tako, da nastane drug sredinski odcep. To veliko tuljavo je potrebno priključiti na vrtljiv kondenzator ustrezno s sliko. S spenjanjem tuljave bo induktivnost povečana, z čimer se premakne resonančna frekvenca nihajnega kroga. S tem bo spremenjeno območje, v katerem so sprejete radijske postaje. Eventualno lahko s tem spremenjenim vezjem sprejmemo srednje valovne radijske postaje, ki z zadnjim poskusom niso bile slišne, ker so ležale izven z vrtljivim kondenzatorjem nastavljivega območja. 68

69 Super jasno ločujoč srednjevalovni radio S spremembo vezja po sliki 172 bo naš radijski sprejemnik bistveno izboljšan in bistveno bolj ločujoč. Do sedaj so močnejše radijske postaje prekrile šibke radijske signale. Z našo izboljšano napravo so lahko sprejete tudi tesno drug poleg druge ležeče šibke in močne radijske postaje. Z izboljšanim ločevanjem radijskih postaj bodo vhodni signali na IC-ju radia manjši, t.j., da glede na področje sprejema potrebujemo anteno in v neugodnem primeru celo zemljo, da bomo slišali tudi zelo oddaljene šibke radijske signale. Po izdelavi in začetku obratovanja (baterijo je spet potrebno priključiti kot zadnji element) je potrebno za iskanje radijskih postaj vrtljiv kondenzator zelo počasi in skrbno upravljati, ker je lahko predvsem v večernih urah sprejetih veliko radijskih postaj, ki ležijo tesno druga ob drugi. Eventualno izvedimo poskuse sprejema tudi z zemljo in daljšo anteno. Kako deluje vezje? Na naši feritni anteni sta prisotni dve ločeni žični tuljavi. Večja tuljava bo, kot znano, uporabljena skupaj z vrtljivim kondenzatorjem kot nihajni krog. Takoj, ko je nihajni krog nastavljen na radijsko postajo, nastane v tej tuljavi majhna izmenična napetost (visoka frekvenca), ki se (kot pri transformatorju) prenese na drugo majhno tuljavo in bo od tam dovedena na vhod IC-ja radia. Ker sprejemniku energija ne bo odvzeta, nastane bistveno izboljšana ločilnost. 69

70 70

71 Srednji val dolgi val V tem poglavju se želimo ukvarjati z različnimi valovnimi dolžinami. Poleg že znanega srednjega vala obstajajo tudi oddajniki in sprejemniki za dolgi val, kratek val in zelo kratek val (UKV). So radijski valovi zares različno dolgi ali kratki? Radijski valovi se širijo s svetlobno hitrostjo, to je kilometrov na sekundo. Za lažje razumevanje si predstavljamo, da obstaja oddajnik, ki lahko v vsaki sekundi oddaja samo en nihaj (torej 1Hz). Začetek takšnega nihanja bi bil že km oddaljen, dokler oddajnik ne bi poslal konca tega nihaja. Takšen radijski val bi imel dolžino km (glejte sliko 174). Če bi ta oddajnik v vsaki sekundi oddal dva nihaja (2Hz), bi bila valovna dolžina samo še pol tako dolga, namreč km (slika 175) km 2 Hz = km Srednje valovni oddajniki oddajo na sekundo in nihajev (radijski valov). To poda valovno dolžino od 187 do 600 m km Hz km Hz = 0,187 km = 187 m = 0,6 km = 600 m Dolgo valovni oddajniki oddajo na sekundo med do nihaji (150kHz do 435kHz). V primerjavi z srednje valovnimi oddajniki logično nastane večja valovna dolžina. Dolgi valovi imajo dolžino od 690 do približno 2000 m. Kratko valovni oddajniki delujejo z frekvenco približno od 6 milijonov hertzov (6MHz) do 18 milijonov hertzov (18MHz). Nastane bistveno krajša valovna dolžina kot v srednje valovnem območju. Ultra kratki valovi (UKV) imajo frekvenco od 87MHz do 100MHz, t.j., valovna dolžina bo še krajša, namreč 3,0 do 3,4 m. 71

72 Za izračunavanje valovne dolžine določene radijske frekvence je potrebno deliti svetlobno hitrost ( km) z ustrezno radijsko frekvenco. Ko npr. srednje valovni oddajnik deluje z frekvenco 750kHz (torej Hz), nastane valovna dolžina: km Hz = 0,4 km = 400 m Narejen izračun je lahko podan tudi s preprosto formulo. Za valovno dolžino uporabljajo strokovnjaki grško črko λ za frekvenco črko f in za svetlobno hitrost črko c. S tem nastane formula: λ = c / f Tabela oddajnikov: Valovna dolžina Frekvenca Dolgi val m kHz Srednji val m kHz Kratek val m 5,95-17,9MHz Ultra kratek val (UKV) 3,0-3,4 m 87,5-100MHz 72

73 Dolgovalovni sprejemnik Naš že znan srednje valovni radio bo sedaj spremenjen v dolgo valovni sprejemnik. Za ta namen moramo nihajni krog (sestavljen iz feritne antene in vrtljivega kondenzatorja) spremeniti, da so lahko dolgi vali sprejeti. Za to potrebujemo novo feritno anteno. Potreben kartonski tulec bo spet iz narejenega in žlebastega kartona (glejte opremo) ustrezno upognjen, zlepljen in potisnjen preko feritne palice. Z lakirano bakreno žico majhne lesene tuljave bo narejenih 300 ovojev enakomerno na kartonski tulec. Pri prvem navoju pustimo začetek žice približno 5 cm stran in ga pritrdimo z lepilnim trakom. Na koncu je potrebno navoje prav tako pritrditi z lepilnim trakom in spet mora gledati stran približno 5 cm dolg konec žice. Preostalo žico odrežite. Z koncev žic je potrebno odstraniti izolacijo za približno 5 mm. Ta na novo navita feritna antena bo priključena na vrtljiv kondenzator namesto do sedaj uporabljene antene ustrezno z načrtom izgradnje 177. Ko so vse priključitve še enkrat preverjene, lahko s priključitvijo baterije pričnemo uporabljati na dolgo valovni sprejemnik. Dolgo valovni radijski signali imajo lastnost, da se razširjajo preko velikih razdalj. Zaradi tega lahko z našim sprejemnikom poslušamo tudi tuje radijske postaje. V večini primerov bo potrebna zemlja in kratka antena, ki bosta ustrezno z načrtom izgradnje prav tako priključeni na kontaktna mesta vrtljivega kondenzatorja. Lastnosti sprejema za druge radijske postaje lahko spremenimo tako, da pri eksperimentiranju feritno palico malo potegnemo ven iz kartonskega tulca. S tem se spremeni induktivnost tuljave in s tem resonančna frekvenca nihajnega kroga. Vezje dolgo valovnega sprejemnika je identično z vezjem srednje valovnega radia po načrtu izgradnje 165. Zgolj z večjim število navojev tuljave je bil nihajni krog narejen za dolgo valovno območje. 73

74 74

75 Vezje za prisluškovanje telefonskega pogovora V pisarnah so pogosto uporabljeni tako imenovani telefonski ojačevalniki. Takšne naprave imajo prednost, da lahko npr. več oseb posluša telefonski pogovor. Klicatelj lahko tudi da slušalko iz rok, ker sliši sogovornika z vezjem ojačevalnika preko zvočnika. Slišali smo tudi o tem, da se bodo nepooblaščene osebe priključile na telefonske kable, da bodo poslušale skrivne pogovore. V teh primerih telefon oziroma telefonski kabel ne bo odcepljen z žično povezavo, temveč je izveden induktiven odcep: V telefonskem kablu in s tem tudi v telefonskem aparatu je prisotna izmenična napetost. Ta izmenična napetost naredi v neposredni bližini majhno elektromagnetno polje. Ko damo tuljavo (npr. našo feritno anteno) k temu elektromagnetnemu polju, bo v tuljavi ta izmenična napetost vzbujena in je lahko preko ojačevalnika v zvočniku slišna. Pozor! Za»odcep«telefonskih kablov oziroma telefonskih aparatov so lahko uporabljeni samo odobreni telefonski ojačevalniki. Zaradi tega lahko ta poskus izvedemo samo na hišnem telefonu. Poskus bo narejen po sliki 179. Za začetek obratovanja bo baterija kot običajno priključena kot zadnji element. Dovodi k feritni anteni so lahko podaljšani do 3 m. Za možno poslušanje pogovora preko stacionarnega telefona, namestimo feritno anteno na ugodno mesto telefonskega aparata ali na povezavo med dvema sogovornikoma. S tem poskusom so lahko slišno narejene izmenične napetosti v frekvenčnem območju tona različnih naprav. S feritno anteno, ki je npr. nameščena na kabel zvočnika, so lahko slišno narejeni tudi kot izmenična napetost dovedeni signali glasbe k zvočniku. Če bo feritna antena nameščena v bližino napajalnika (npr. BUSCH napajalnik 2059), bo iz zvočnika slišno 50Hz omrežno brenčanje. 75

76 76

77 Naprava za iskanje kablov Vezje je lahko uporabljeno tudi kot naprava za iskanje kablov za električne instalacije. To je lahko dragocena pomoč v gospodinjstvu, ko naj bo slika obešena in se pri zabijanju žeblja pojavi vprašanje, če je pod ometom položen električni kabel. Z našo lahko najdemo skrite električne kable, predpostavljeno, da v tem kablu teče izmenični tok. V prostoru za preveritev bodo vse luči prižgane, pri čemer morajo biti vklopljeni tudi na eventualnih vtičnicah ustrezni porabniki (stoječa luč, radijska naprava). S podaljšano feritno anteno lahko sledimo električnim kablom tako, da feritno anteno premikamo vzdolž stene, da se iz zvočnika sliši kar se da glasno brenčanje. Kako deluje vezje? Vse napeljave, kabli, itd. so lahko načeloma opazovani kot tuljava (z zelo velikim navojem). Ko skozi kabel teče izmenični tok, potem okoli tega kabla nastane elektromagnetno polje. Vendar pa se to elektromagnetno polje pri nizkih frekvencah (50Hz omrežna napetost oziroma frekvence tona) ne razširi široko. Ko bo naša feritna antena kot tuljava nameščena v neposredno bližino tega elektromagnetnega polja, bo v tuljavi kot je znano vzbujena izmenična napetost. Ta zelo majhna izmenična napetost pride preko 10μF elektrolitskega kondenzatorja na vhod iz tranzistorja T1 in T2 narejenega NF ojačevalnika. Signal bo ojačan in bo preko zvočnika slišen. 77

78 Elektromagnetizem Z različnimi poskusi smo spoznali elektromagnetno polje in indukcijo. K boljšem razumevanju tega»skrivnostnega polja«bodo prispevale sledeče razlage in poskusi. Elektromagnetizem obravnava pojave elektrike in magnetizma z njihovimi bistvenimi izmeničnimi povezavami. Tipičen element iz tega področja fizike je»elektromagnet«. Elektromagnet je narejen iz tuljave in železovega jedra in je uporabljen npr. kot magnetno dvigalo za žerjave, itd. Elektromagnet smo že naredili brez da bi vedeli: Naša dolgo valovna tuljava je lahko, kot prikazujejo sledeči eksperimenti, uporabljena kot elektromagnet. Pozor: Sledeči poskusi so lahko izvajani samo za kratek čas, ker bo potrebnega zelo veliko toka in se bo pri stalnem obratovanju baterija zelo hitro izpraznila oziroma bo napajalnik preobremenjen. Pripravimo vezje po sliki 181. pri pritisku na tipko, bo feritna antena (kot elektromagnet) privlačila majhne železne žeblje, igle, itd. (poskusite). Če bodo priključki zamenjani in poskus ponovljen, bo antena še vedno privlačila kovinske dele. Torej ni pomembno v kateri smeri teče tok skozi tuljavo, magnetno polje bo vedno narejeno. Mi ugotovimo, kateri materiali so magnetni. Za to ponovimo poskus tako, da v bližino našega elektromagneta damo različne predmete iz železa, bakra, lesa, papirja, itd. Predmeti, ki jih bo magnet potegnil k sebi, so označeni kot»magnetni materiali«. Na pritegnjene predmete bo logično izvedena sila. Za to privlačitev odgovorne magnetne sile predrejo tudi nemagnetne materiale. To lahko poskusimo tako, da naš elektromagnet, npr. zapakiramo v papir, tanek karton ali plastično folijo in poskuse ponovimo. Železni deli bodo privlačni tudi skozi ta pokrov. Drugače izgleda, ko bo magnetno polje izolirano z magnetnimi materiali. To lahko preverimo tudi v praksi tako, da med elektromagneti in deli, ki naj bodo pritegnjeni (majhni žeblji, itd.) držimo kovinsko folijo, kos pločevine ali podobno. Magnetne sile (magnetno polje) ne morejo predreti kovinske izolacije in pod njo nahajajoči deli ne morejo biti pritegnjeni. Iz teh preprostih poskusov lahko pridobimo bistvena spoznanja za prakso. Kabli zvočnikov, telefonov, itd. imajo večinoma plastičen plašč, skozi katerega lahko magnetno polje prodre navzven. S tem je možen npr. poskus vezja za poslušanje telefonskega pogovora. V občutljivih vezjih ojačevalnika se lahko skozi magnetno polje vsujejo motnje. Npr. napajalniki, kot so uporabljeni tudi v ojačevalnikih, bodo naredili zelo močna magnetna polja. Ta magnetna polja učinkujejo tudi na povezovalne kable v posameznih stopnjah ojačanja, tam inducirajo napetost (npr. 50Hz omrežno brenčanje), ki bo ojačana in slišna. Zaradi tega so pri kakovostnih ojačevalnik napajalniki vgrajeni v kovinsko ohišje in elektronika ojačevalnika v nadaljnje kovinsko ohišje. Z kovinskim ohišjem bodo izolirana moteča magnetna polja. 78

79 Tudi antenski kabli bodo izolirani z kovinsko pletenico. V notranjosti antenskega kabla poteka kovinska žica za dejanski signal. Žica je oblečena z tulcem iz umetne masa. Okoli te izolacije se nahaja kovinska pletenica, ki je zaščitena z nadaljnjim plaščem iz umetne mase. Kovinska pletenica izolira magnetna polja. To je potrebno, da npr. v zelo majhen antenski signal ne bodo prišle motnje z omrežnih kablom, kablov zvočnikov, itd. Z našim vezjem želimo izvesti nadaljnji eksperiment, kateri nam prikazuje še eno lastnost magnetizma. Za to potrebujemo majhen kompas, ki ga bomo namestili v bližino našega elektromagneta. Pri pritisnjeni tipki bo elektromagnet pritegnil iglo kompasa. Polovica igle kompasa je posebno označena. Zapomnimo si, če je magnet pritegnil označeno ali neoznačeno polovico. Če bosta sedaj oba priključna kabla elektromagneta zamenjana in poskus ponovljen, ugotovimo, da bo pritegnjena druga polovica igle kompasa. 79

80 Poskus poda sledeča spoznanja: Zemlja ima magnetno polje, od katere bo pritegnjena ena stran igle kompasa. Naš elektromagnet bo naredil polje, ki je močnejše od zemeljskega polja načeloma pa ima isti učinek na iglo kompasa. Poleg tega je ugotovljeno, da ima magnet dva pola, ki sta običajno označena kot»severni pol«in»južni pol«. Pri magnetih se odbijajo istoimenski poli (severni in severni pol, južni in južni pol), medtem ko se poli z neenakimi imeni (severni in južni pol) privlačijo. Med silo, ki jo naredi elektromagnetno polje oziroma silo, ki izhaja iz običajnega magneta, ni razlike. O temi magnetizem si zapomnimo, da je delovanje med električno in magnetno pojavitvijo izmenično. S tekom toka skozi tuljavo bo narejeno magnetno polje (elektromagnet). Vendar pa tudi magnetno polje vpliva na električen vodnik (npr. žico), ko bo magnetno polje spremenjeno. V električnem vodniku nastane električna napetost (indukcija). To izmenično igro med magnetnim in električnim poljem smo spoznali pri naših radijskih poskusih. Isto načelo bo uporabljeno tudi pri generatorjih za proizvajanje toka. Ko se tuljave vrtijo v»fiksnem magnetnem polju«, bo v tuljavi vzbujena napetost. Obratno bo to načelo uporabljeno pri elektromotorjih: S tekom toka skozi tuljave bo narejeno magnetno polje, ki izvede silo na»fiksno magnetno polje«in s tem požene tuljave, po katerih tok. Preklapljanje med električnimi in magnetnimi polji je uporabljeno tudi za transformatorje, kot prikazuje sledeč eksperiment. 80

81 Prenos tona s transformatorjem Najprej moramo narediti primeren transformator. Transformator je narejen iz dveh tuljav, ki sta naviti na skupno kovinsko jedro. Kot kovinsko jedro lahko spet uporabimo našo feritno palico. V opremi najemo nadaljnji kos kartona za tulec feritne palice. Na ta tulec bo navita tuljava s 75 navoji in zraven druga tuljava s 150 navoji in vsakokrat pritrjena z lepilnim trakom. Nato naredimo poskus ustrezno s sliko 183. Pri pritisku na tipko, se iz zvočnika podobno kot pri prejšnjih poskusih sliši ton. Kaj je tisto posebno na tem vezju? Če opazujemo vezalni načrt na sliki 184 opazimo, da zvočnik ni direktno povezan z elektronskim vezjem, temveč je priključen zgolj preko tuljave s 75 navoji. To je dokončen dokaz, da je z elektromagnetnim poljem možen brezžičen prenos energije. Tranzistorja T1 in T2 sta vezana k astabilni stopnji preklopa, t.j., tranzistor T2 se bo stalno vklapljal in izklapljal. S tem bo tudi tek toka skozi prvo tuljavo stalno vklopljen in izklopljen, z čimer tu nastane elektromagnetno polje. V drugi tuljavi, ki je povezana z zvočnikom bo vzbujena napetost, ki je tako velika, da lahko zvočnik obratuje. 81