5072-1 Conrad adventi naptár, 2019_NEU_02.indd 1 23.05.
Előszó Ebben az évben ismét megjelenik egy új Conrad elektronikai naptár, 24 kísérlettel, 24. december 1. és 24. közötti időre. A központi téma ezúttal a térvezérlésű tranzisztor (FET). Tipikus feladatkörük a vezérlés, az érzékelők, az időzítők és az akusztikus effektusok. Mindegyik kísérlethez van egy kapcsolási rajz és egy javaslatként értelmezhető szerelési rajz. Gyakran tömörebben és kevesebb vezetékkel építhetők meg kapcsolások, mint amelyet átekinthető rajzban lehetne ábrázolni.
Valamennyi kísérlet áttekintése: 1 A LED teszt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Az elem csatlakoztatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 Megépítés dugaszolással 4 Csak egy irányban 5 Érintésérzékelő . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6 Állandó áramú forrás 7 Áramforrás két LED számára. . . . . . . . . . . . .
1 1. 1. nap A LED teszt. Az 1. ajtó mögött egy zöld LED és egy hozzá illő ellenállás van. Szükség van még egy 9 V-os elemre. Az első adventi kísérlet egyszerűen csak egy LED kigyujtása. Egy LED-et nem szabad közvetlenül rátenni az áramforrásra, hanem mindig csak egy ellenálláson keresztül. Enélkül az ellenállás nélkül a LED túlterhelődne és tönkremenne. Ezenkívül még zöld LED + 10 kohmos ellenállás a helyes irányban kell bekötni a LED-et. Két különböző kivezetése van.
2 Az elem csatlakoztatása A második ajtócska egy elemcsatot rejt a 9 V-os elem számára. Építse meg az első nap kísérletét egy kissé másképp. 2. 2. nap Használja az elemcsatot, és vegye figyelembe, hogy a fekete csatlakozóvezeték a negatív pólus, míg a piros a pozitív pólus. Feltétlenül kerülje el az elem rövidre zárását, azaz a két pólus közvetlen összekötését. Mivel ekkor az elem felforrósodhat, és a hosszan tartó rövidzár hatására fel is robbanhat. élettartamát.
6 3 3. 3. nap Dugaszolt felépítés Nyissa ki a második ajtót, és vegyen ki egy elemcsatot és egy dugasztáblát a fiókból. Ez egyszerűsíti a komplikáltabb áramkörök megépítését. A 2,54 mm (0,1 coll) raszteres, 270 érintkezős dugasztábla biztosítja az alkatrészek biztos összekötését. huzal + dugasztábla A dugaszoló felület középső részén 230 érintkező van, öt-öt érintkezőből álló függőleges vezetőfóliával összekötve.
7 4 Csak egy irányban A 4. ajtócska mögött ennek a naptárnak a legfontosabb alkatrésze található. A J113 térvezérlésű tranzisztorról (FET) van 4. 4. nap szó, éspedig egy záróréteges térvezérlésű tranzisztorról (junction FET, JFET). Tartalmaz egy diódát is, amely az áramot csak egy irányban vezeti. A három kivezetésének a neve gate (G) (kapu), source (S)(forrás) és drain (D) (nyelő). Ebben a kísérletben vezet a záróréteg, a LED tehát világít. Ha azonban felcseréli a két kivezetést, a LED kialszik.
8 5 Érintésérzékelő 5. 5. nap Egy további ellenállást talál az 5. ajtócska mögött. Értéke 470Ω, és színjelölése sárga, ibolya, barna. Kösse be előtétellenásnak az elem pozitív vezetékébe. Egy biztosítékhoz hasonló módon korlátozza az áramot hiba esetén, és védi a kapcsolás alkatrészeit. Egyidejűleg főkapcsolóul is szolgálhat. Ha kihúzza az ellenálás egyik vezetékét, az elemet 470 Ω-os ellenállás leválasztja a kísérleti kapcsolásról.
9 6 Állandó áramú forrás Nyissa ki a 6. ajtócskát. Egy fehér LED-et talál mögötte. A LED-kristályon lévő sárgás foltról ismeri fel, azaz arról a világítóanyagról, amely a LED eredetileg kék fényét fehér fényé alakítja át. A fehér LED ebben a kísérletben kisebb, de állandó fénnyel világít, mivel állandó áram áll be. Mégha a gyenge elemet újra is cseréli ki, a fényesség azonos marad. 6. 6. nap fehér LED A LED árama a drain és a source elektródán, továbbá a 10 kΩ-os source-ellenálláson folyik át.
10 7 Áramforrás két LED számára. 7. 7. nap Nyissa ki a 7. ajtócskát, és vegyen ki egy további fehér LED-et. Kösse sorba a meglévő LED-del. Azt várná, hogy ettől megváltozik az első LED fényessége, de nem ez történik. A JFET-áramforrás változó terhelés esetén is állandó áramról gondoskodik. fehér LED Az állandó áram természetesen csak addig tartható fenn, amíg az elemfeszültség az összes fogyasztó számára elegendő. Mindkét fehér LED-nek kereken 2,7 V-ra van szüksége.
11 8 Kapcsolt fényesség A 8. ajtócska mögött egy nyomógombos kapcsolót talál. Feladata az egyik fehér LED áthidalása. Akkor csak az egyik LED világít, tehát csak a fele a fényesség. Ezzel a kísérlettel azt vizsgálhatja meg, hogy mennyire jól tudja kiegyenlíteni az áramforrás a terhelés változásait. Nyomja meg ezt a gombot. Az egyik LED most kialszik, a másik LED fényessége azonban nem vagy csak alig változik. 8. 8. nap nyomógom bos kapcsoló 15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 11 23.05.
12 9 9. 9. nap J113 JFET Differenciálerősítő. A 9. ajtócska mögött egy másik J113 tranzisztor van. Össze kell kötni az első JFET-tel és egy közös sourceellenállással. Nyitott kapcsoló mellett érintéssel változtathatja a gate-feszültséget, és azon keresztül a jobboldali tranzisztor drain-áramát. Ez a másik tranzisztoron ellentétes változást idéz elő. Ha az egyik LED teljes fénnyel világít, a másik kialszik. A két gate közötti feszültségkülönbség különböző drain-áramokat kelt.
13 10 Fényérzékelő A 10. ajtócska mögött egy sárga LED található, amelyet itt fényérzékelőként kell alkalmazni. Ugyanúgy, mint egy fotodióda vagy napelem, a LED külső megvilágításra elektromos feszültséget kelt. Ez vezérli a JFET-et, és befolyásolja a fehér LED-en átfolyó áramot. Zárt kapcsoló esetében a fehér LED éppen nem vagy csak gyengén világít. Nyitott kapcsoló és elegendő megvilágítás mellett a fehér LED kigyullad. A fényviszonyok változása a LED fényességét is megváltoztatja. 10. 10.
14 11 Fényvezérelt kapcsoló 11. 11. nap piros LED A 11. ajtócska mögött egy piros LED rejtezik. Ez is fotódiódául szolgál. A két érzékelő-LED azonban ellentétes irányba van beültetve. Ha mindig csak az egyik LED-et éri fény, az áramot a fehér LED vagy bekapcsolja, vagy kikapcsolja. Emiatt egy zseblámpa fényével vagy a piros vagy sárga LED leárnyékolásával tetszőlegesen kapcsolhatja a fényt. Egy kis ügyességgel még a fényességet is tudja vezérelni.
15 12 Nyomás- és hőmérsékletérzékelő. A 12. ajtócska mögött egy piezo-hangátalakító található. Alkalmazható hangszóróként, mikrofonként és rezgés-érzékelőként egyaránt. Itt nyomásérzékelőként működik. A membránra gyakorolt minimális nyomás is jelfeszültséget kelt, amely áramváltozást, és ezzel a piros LED lobogását idézi elő. A kapcsológomb egy definiált kiindulási állapot előállítására szolgál, amikor a LED nem vagy csak gyengén világít.
16 13 13. 13. nap 10 MΩ-os ellenállás Rezgésérzékelő. A 13. ajtócska egy 10 MΩ-os (10 meg(a)ohm, barna, fekete, kék) értékű ellenállást takar. Párhuzamosan kell kapcsolni a piezoátalakítóval. Ezzel mindenkor beáll egy 0 V értékű közepes bemenőfeszültség. Már kis rezgések is jól láthatók a LED villódzásán. Az érzékelőre helyezett legfeljebb 50 grammos kis súllyal is megfigyelhetők a padló vagy az asztal rezgései. A kapcsolás munkapontja, azaz a nyugalmi áram nagyon függ a tranzisztor tulajdonságaitól.
17 14 Változó tér érzékelő Egy 22 kΩ-os (piros, piros, narancs) ellenállást talál a 14. ajtócska mögött. Védőellenállásként működik a JFET gate kivezetésén. Egy szabad huzal szolgál antennául az elektromos kábelek közelében lévő változó elektromos tér észlelésére. A JFET erősítőt képez, hangszóróként a piezoátalakítóval. Tartsa közel az antennát egy elektromos vezetékhez. A hangszóróból brummogás vagy suhogás hallatszik. Egyidejűleg megváltozik a LED fényessége, vagy villogás észlelhető. 14. 14.
18 15 Érintőkapcsoló 15. 15. nap 100 nF-os kondenzátor A 15. ajtócska mögül egy 100 nF-os kondenzátor (100 nanofarad, rányomtatva 104) bukkan elő. Egy ilyen kondenzátor tetszőleges feszültségre tölthető fel, amelyet hosszú időn át megtart. Építsen meg egy érintőkapcsolót lecsupaszított huzaldarabokból. Ha az egymás melletti huzaldarabokat az ujjával érinti, a kondenzátort feltöltheti és kisütheti. Ennek megfelelően kapcsolódnak be vagy ki a LED-ek. A mindenkori állapot akár egy óráig is fennmaradhat.
19 16 Fokozamentes fényszabályzó A 16. számú ajtócska mögött egy újabb, 100 nF-os (104) kondenzátor lapul. Építsen meg vele egy fokozamentes fényszabályzót. Mindkét kondenzátor most a gate és a drain között van. Ezáltal a 10 MΩ-os ellenálláson keresztüli töltés és kisütés lelassul. Beállítható tehát az áramkör egy közepes állapotra tetszőleges fényességgel. A beállított állapot hosszabb időn át fennmarad. 15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 19 16. 16. nap 100 nF-os kondenzátor 23.05.
20 17 Véletlen-időzítő 17. 17. nap színváltó-LED A 17. ajtócska mögött egy átlátszó házú különleges LED található. Ez egy automatikus színváltó-LED három színnel (RGB). Ha ki van kapcsolva, három LED-kristályt és egy vezérlő-csipet láthatunk benne. Ebben a kapcsolásban az RGB-LED egy sárga LED-del együtt véletlen időközönként bekapcsolódik. A nyitott bemenetet egyszer vagy többször megérintjük az ujjunkkal, amíg a LED-ek kigyulladnak.
21 18 Mikrofonerősítő . Egy további 10 MΩ-os ellenállás (barna, fekete, kék) van a 18. ajtócska mögött. Egy kétfokozatú erősítőhöz alkalmazza, amely a piezoátalakító nagyon kis mikrofonfeszültségét annyira felerősítíti, hogy a LED-ek villódzásán láthatóvá válik. Már 18. 18. nap enyhe rázkódások vagy erős hangok is láthatók. Döntő mindegyik erősítőfokozatnál az, hogy legyen alkalmas munkapontja, azaz egy közepes drain-áram, amelyet a gate-feszültség változásai nagyobbá vagy kisebbé tehetnek.
22 19 LED-villogó 19. 19. nap 22 kΩ-os ellenállás A 19. ajtócska egy 22 kΩ-os ellenállást (piros, piros, narancs) takar. Ezzel egy villogót építhet. A kapcsolás hasonlít a 17. napi jelerősítőre. Azonban ezúttal egy második kondenzátor gondoskodik a szükséges visszacsatolásról. Ha a LED-ek állandóan világítanak vagy sötétek maradnak, próbálkozzon más LED-ekkel. Egy nagyobb JFET-nek esetleg egy fehér LED-re van szüksége, míg egy különösen kis zárófeszültségűnek esetleg egy piros LED-re.
23 20 Hanggenerátor Nyissa ki a 20. ajtócskát, és vegyen ki egy további 10 kohmos ellenállást. A villogót most építse át egy hanggenerátorrá. Ehhez csak az ellenállásokat kell megváltoztatnia. A villogás olyan gyors lesz, hogy hangnak fogja hallani. Az időállandó ezúttal 100 nF 22 kΩ = 2,2 ms. Egy teljes rezgés elméletileg 4,4 ms-ig tart, tehát a hangszóróra 230 Hz-es frekvenciának kellene jutnia. Ez azonban csak durva közelítés, a pontos frekvencia még a kapcsolás más tulajdonságaitól is függ.
24 21 Ellenütemű villogó 21. 21. nap 4,7 kΩ-os ellenállás Egy 4,7 kΩ-os ellenállás (sárga, ibolya, piros) van a 21. ajtócska mögött. Közös source-ellenállásul fog szolgálni a két JFET számára. Az alapkapcsolás a 9. napon már vizsgált differenciálerősítő. Ha a két tranzisztor tulajdonságai elég hasonlóak, a két fehér LED váltakozva villan fel. Majd kiveheti a sárga és a zöld LED-et.
25 22 Nyomógombos átkapcsoló A 22. ajtó mögül egy további ellenállás kerül elő. Egy két nyomógombos elektronikus átkapcsolóhoz van rá szükség. Általa két LED között kapcsolhatunk át. Elegendő egy rövid gombnyomás ahhoz, hogy bekapcsoljunk egy tetszés szerinti ideig tartó stabil állapotot. A mindenkori kikapcsolt LED csekély maradék fényességel még tovább világít. A különböző tranzisztoradatok bármilyen szükséges kiigazítása beválik ebben ebben a kísérletben is.
26 23 Jelerősítő 23. 23. nap A 23. ajtócska egy BC547 NPN-tranzisztort rejt. Ez a JFET-jelerősítő egy kiegészítő erősítőfokozatában nyer alkalmazást. Jelforrásul a színváltó-LED szolgál. Szokatlan hangokat hallunk a piezohangszóróból, és az összes LED lobog. BC547 tranzisztor A színváltó-LED egy belső vezérlőáramkörrel rendelkezik, amely a három beépített LED-et gyors egymásutánban be- és kikapcsolja. Eközben feszültségugrások jelenek meg a kivezetéseken, amelyek itt az erősítőt vezérlik.
27 24 Karácsonyi LED-sziporkázás Az utolsó ajtócska mögött egy 1 kΩ-os ellenállás (barna, fekete, piros) van. Vele nagyobb LED-áramok érhetők el. Így felépíthet egy ünnepélyesen villódzó karácsonyi fényt az összes meglévő LED bevonásával. A szabálytalan villogásnak, lobogásnak és sziporkázásnak a csillagokra és a gyertyafényre kell emlékeztetnie. A kísérletsorozat végén biztosan több ötleted lesz arról, hogy mit lehet még kipróbálni ezekkel az alkatrészekkel.
Függelék Alkatrészek a naptárban: 1 zöld LED + 10 kΩ-os ellenállás 2 elemcsat 3 huzal + dugasztábla 4 JFET, J113 5 470 Ω-os ellenállás 6 fehér LED 7 fehér LED 8 nyomógombos kapcsoló 9 J113 JFET 10 sárga LED 11 piros LED 13 ellenállás, 10 M 14 22 kΩ-os ellenállás 15 100 nF-os kondenzátor 16 100 nF-os kondenzátor 17 színváltó LED 18 10 MΩ-os ellenállás 19 22 kΩ-os ellenállás 20 10 kΩ-os ellenállás 21 4,7 kΩ-os ellenállás, 22 nyomógombos kapcsoló 23 BC547C tranzisztor 24 1 kΩ-os ellenállás 12 piezoelektromos
