Conrad Advent calendar Adventskalender 2019 Electronics, Science 14 years and over Instruction

15072-1 Conrad adventi naptár, 2019_NEU_02.indd 1
23.05.2019 09:38:25
2
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.
Az elektronikai naptár különféle módokon alkalmazható. Van, aki csak egyszerűen mindent a terv szerint
akar megépíteni, és élvezni akarja a sikert, mások azonban pontosan érteni is akarják, amit csinálnak. A
kísérletek leírása mindkét igényt ki akarja elégíteni. Emiatt a felépítést és a működést mindenkor csak
annyira részletesen ismertetjük, amennyi a sikeres megépítéshez szükséges. Majd szűkszavúan ismertetjük
a műszaki hátteret. Így megtalálhatja azokat a legfontosabb utalásokat, amelyekből elkezdheti keresni a
további ismereteket. A kísérletek egyébként akkor okozzák a legnagyobb örömet, ha magunk is
együttműködünk. A szülők és a nagyszülők esetleg értékes ismereteket adnak tovább, és felébresztik a
gyerekek és a fiatalok érdeklődését.
Az alkalmazásra kerülő tranzisztor, a J113 egy záróréteges térvezérlésű tranzisztor (junction FET, JFET),
amellyel számtalan érdekes kísérlet végezhető. Bár az összes fontos alapkapcsolást meg lehet építeni a nagyon
elterjedt bipoláris NPN tranzisztorokkal, de a JFET-tel gyakran nagyon különleges lehetőségek adódnak. A naptár
a JFET-ek alkalmazásának néhány lehetőségét és problémáját mutatja be. Gyakran szükséges és ésszerű
néhány változat. A kísérletekkel alaposan bedolgozza magát a JFET-ek kapcsolástechnikájába.
A meglévő alkatrészekkel még sokkal több kapcsolást lehet megépíteni, mint ahányat itt
bemutathatunk. Aki a megadott kísérleteket érdeklődéssel végigcsinálja, hamarosan talál kapcsolási
változatokat és hasonló alkalmazási lehetőségeket is. És teljesen új kapcsolásokat is kitalálhat.
Gazdag találékonyságának semmi sem szabhat határokat!
Sok örömet és boldog karácsonyi időszakot kívánunk!
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 2
23.05.2019 09:38:49
3
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
8
Kapcsolt fényerő. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
9
Differenciálerősítő. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
10
6
7
9
Fényérzékelő . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
11 Fényvezérelt kapcsoló. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.
12 Nyomás- és hőmérsékletérzékelő. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
13 Rezgésérzékelő. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
14 Változó tér érzékelő. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.
15 Érintőkapcsoló. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
16 Fokozamentes fényszabályzó. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.
17 Véletlen-időzítő. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
18 Mikrofonerősítő . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
19 LED-villogó. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
20 Hanggenerátor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
21 Ellenütemű villogó. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
22 Nyomógombos átkapcsoló. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
23 Jelerősítő. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
24 Karácsonyi LED-sziporkázás. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Függelék . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 3
23.05.2019 09:38:49
4
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. A rövidebbik láb a negatív pólus (katód, K), a
hosszabbik a pozitív pólus (anód, A). A szélesebb alsó perem a katód oldalán le van csapva. Ezenkívül az ebben a
naptárban lévő összes LED esetében a LED belsejében lévő nagyobb tartó a katóddal van összekötve.
Az első kísérletet különös óvatossággal kell végezni. Figyelem, ne nézzen bele egy méternél rövidebb távolságból
egy világító LED-be. A fényes LED-ek retinakárosodást okozhatnak. És vigyázzon arra, hogy ne érjen hozzá
egyszerre mindkét LED-kivezetés az akkumulátor csatlakozóihoz! Mindig legyen sorba kapcsolva egy ellenállás,
mert különben kiég a LED. Tartsa hozzá ezt a két alkatrészt az ábra szerint az elemhez. A LED most fényesen fog
világítani.
Az elektronikus áramköröket kapcsolási rajzokkal lehet
áttekinthetően ábrázolni. Az egyes alkatrészeket speciális
szimbólumokkal jelzik. A LED anódját háromszög, katódját
egyenes vonás mutatja. Ez utal az áramirányra. A
fénykibocsátást két kifelé mutató rövid nyíl jelzi. Az ellenállást egy
téglalap ábrázolja. Az ellenállások határozott értékkel
rendelkeznek: Itt az ellenállás értéke 10.000 Ohm = 10 kiloohm (10
kΩ, a kapcsolási rajzon rövidítve 10 k). A tényleges alkatrész
színes gyűrűkkel van jelölve (barna, fekete, narancs jelzi a 10.000et, és az arany a +/– 5% tűrésmezőt).
A kapcsolási rajzon soros kapcsolás látható. Az áram átfolyik az elemen, az ellenálláson és a LEDen. Az ellenállásnak itt az a szerepe, hogy ésszerű értékre korlátozza az áramerősséget. Minél
nagyobb az ellenállás, annál kisebb az áram. A 10 kΩ értékkel ugyan a LED még messze a
megengedett áram alatt van, de már nagyon erős fénnyel világít.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 4
23.05.2019 09:38:49
5
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.
Ezenkívül a rövidzárak le is rövidítik az elem
elemcsat
A 10 kΩ-os ellenállás határozza meg a LEDen átfolyó áramot. Ebben az esetben abból
lehet kiindulni, hogy kb. 2 V esik a LED-re,
tehát még 7 V marad az ellenállásra. Ebből a
csak 0,7 mA értékű áram adódik ki.
Összehasonlításul: A LED-ek általában 20
mA áramra vannak méretezve. Ennek a piros
LED-nek azonban elég 1 mA ahhoz, hogy jól
látható fényt bocsásson ki.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 5
23.05.2019 09:38:50
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. Ezen túlmenően a széleken 40 érintkező van a tápáramellátáshoz, amelyek két, 20-20 érintkezőből
álló sávban vannak összekötve egymással. A dugaszmező így tehát két egymástól független tápsínnel
rendelkezik, amelyet itt a pozitív és a negatív pólus számára használunk.
Az alkatrészek beültetéséhez viszonylag nagy erő kell. A kivezetések ekkor könnyen megtörnek. Fontos,
hogy a lábakat pontosan felülről vezesse be. Ehhez egy csipeszt vagy kis fogót lehet használni. A
kivezetést lehetőleg röviddel a tábla fölött fogja meg, és függőlegesen nyomja lefelé. Így érzékenyebb
csatlakozóvezetékek, pl. az elemcsatnál az ónozott vég, törés nélkül beültethetők. Néha az is segít, ha az
érintkezőket először egy tűvel egy kissé szétnyitja.
Az első kísérleti áramkörét még egyszer építse fel a dugaszkártyán. Ismét az ellenállás és a LED soros
kapcsolásáról van szó. A kapcsolási rajzon ugyanaz a kapcsolás látható, csupán az alkatrészek vannak egy
kicsit másképp elrendezve. Egy további rövid huzal az elemkábel tehermentesítésére szolgál, és megtartja az
elemet a helyén. Távolítsa el a szigetelést a végeiről 5 mm vagy egy kicsit nagyobb hosszban, hogy mélyen be
lehessen dugni, és jól meg legyen fogva. Ez érvényes a következő kísérletek huzalösszeköttetéseire is. Az
elemcsatot kapcsolónak is használhatja úgy, hogy csak az egyik érintkezőt köti be fixen, míg a másikat oldalról
érinti.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 6
23.05.2019 09:38:50
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. Ha azonban a
J113 JFET
source-kivezetés helyett a drain-kivezetést használja, a LED akkor is világít.
A térvezérlésű tranzisztor gate és source kivezetése között vezető állapotban kereken 0,7 V van – mint amennyi egy
áteresztő irányban bekötött Si-dióda anódja és katódja között, vagy pedig egy NPN-tranzisztor bázisa és emittere vagy
bázisa és kollektora között. Egy NPN-tranzisztor ebben a kapcsolásban hasonlóképp viselkedne. Teljesen más a
helyzet egy szigetelőréteges MOS-FET esetében, amely egyik irányban se vezet.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 7
23.05.2019 09:38:51
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.
Ennek a napnak a tulajdonképpeni kapcsolása egy JFET különleges tulajdonságait mutatja be. A gate (kapu) egy
nyitott huzallal van összekötve. Nyugalmi állapotban világít a LED. Ha azonban rövid időre megérinti a nyitott
huzalt, megváltozik a LED fényessége, vagy akár ki kis alszik. Néhány másodperc vagy perc után általában a LED
újra világítani fog. Tarthatja a kezét akár csak a gate-vezeték közelében, vagy a lábát a talajon csúsztatgathatja
vagy elemelheti a talajtól. Ezáltal is változik a fényesség. Csatlakoztassa a gate kivezetést közvetlenül a source
kivezetésre, ill. az elem negatív pólusára (test, föld, GND). Ekkor a LED tovább világít.
A FET három kivezetését (source, gate és drain) egy NPN-tranzisztor emitter-, bázis- és kollektor-kivezetéséhez
lehet hasonlítani. A gate vagy a bázis feszültsége határozza meg minden esetben a source és a drain, ill. az
emitter és a kollektor között folyó áramot. Amíg azonban az NPN-tranzisztor bázisa és emittere között +0,5 V és
kb. +0,7 V közötti feszültségre van szükség, addig a JFET már a gate és a source között lévő 0 V feszültség
mellett is vezet. Ezért mondják, hogy ez a tranzisztor „önvezető“. Lezárásához kereken –2 V vagy annál nagyobb
negatív feszültségre van szükség. Ebben a tartományban a gate-dióda le van zárva, tehát a bemenet rendkívül
nagyohmos. Emiatt reagál a nyitott gate már a legkisebb elektromos töltésre vagy elektromos térre. Mintegy -40 V
alatt kezd el vezetni a GS-dióda, mint egy Z-dióda, és ezáltal saját magát megvédi a még nagyobb
feszültségektől.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 8
23.05.2019 09:38:51
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. Az ellenálláson létrejövő
feszültségesés kereken 2 V. A source-feszültség tehát 2 V-tal magasabb, mint a GND-feszültség. Mivel azonban a gate
közvetlenül a GND potenciálon van, a gate-feszültség a source-kivezetéshez képest negatív, és értéke –2 V. A tranzisztor
tehát már majdnem le van zárva, úgyhogy csak kis áram folyik rajtat. Ez az áram azonban nagyon stabil, mivel az áram
minden változása megváltoztatja a gate-feszültséget, és ezáltal a drain-áram átmeneti megváltozását idézi elő. Az állandó
áram nagysága a tranzisztor tulajdonságaitól és a source-ellenállástól függ. Egy állandó áramú forrás tipikus feladat egy
JFET számára, mert minimális alkatrész-felhasználással megépíthető. A JFET-tel ellentétben a MOS-FET, például az
ismert BS107, csak akkor vezet, ha a gate feszültsége pozitív, úgyhogy ebben a kapcsolásban nem lehetne alkalmazni.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 9
23.05.2019 09:38:52
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. Ehhez jön még 2 V a sourceellenállás számára. Azaz legalább 7,4 V kell az elemtől, vagy inkább kicsit több, mivel nagyobb lesz a
stabilitás, ha a source és a drain közötti maradék feszültség feltétlenül nagyobb 1V-nál.
Cserélje ki most teszt céljából a D és az S kivezetést a kapcsolásban. Minden változatlanul működik. A
JFET-ek felépítése ugyanis szimmetrikus, úgyhogy a source és a drain fecserélhető. Ez érvényes az összes
következő kísérletre is. Ezzel ellentétben az elterjedt MOS-FET-ek felépítése aszimmetrikus.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 10
23.05.2019 09:38:52
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
23.05.2019 09:38:53
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.
Zárt kapcsoló mellett a két gate feszültsége azonos. Most megvizsgálhatja, mennyire különbözik a két tranzisztor.
Ha a két JFET adatai azonosak, a két LED fénye egyforma. De nagy különbségek is adódhatnak. Jelölje meg
akkor a nagyobb áramú tranzisztort egy színes ponttal vagy egy matricával. A különbség a későbbi kísérleteknél
még fontos lehet.
A JFET esetében két adat döntő fontosságú: az a zárófeszültség, amelynél a tranzisztor már éppen nem vezet, és a
drain-áram 0 V gate-feszültségénél. A J113 esetében a source-kivezetéssel rövidre zárt gate esetében az áteresztő áram
legalább 2 mA. A legtöbb esetben azonban 10 mA és
20 mA közötti áramot lehet mérni. A zárófeszültség -0,5 V és -3 V között, de általában -1,5 V és -2 V
között van. A viszonylag nagy különbségeket sok áramkörben figyelembe kell venni.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 12
23.05.2019 09:38:54
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. nap
sárga LED
Egy sárga LED akár 1,5 V feszültséget is kelthet, lényegesen többet tehát, mint egy szilícium-fotodióda, amely 0,5 V-ig jut
el. Azonban csak néhány nanoamper értékű nagyon kis áramot tud szállítani, amelyet nagyon nehéz megmérni. De a JFET
nagyon nagyohmos bemenetét gond nélkül lehet vezérelni egy fotodiódaként használt LED-del. Vizsgálja meg a zöld LEDet is fényérzékelő gyanánt.
Alkalmas leárnyékolással a fehér LED nagyon gyengén világít. Ilyenkor a teljes kapcsolás rendkívül érzékeny a
statikus elektromos terekre. Már a dugasztábla kismértékű megemelése vagy az egyik kezünk közelítése
megváltoztathatja az áramot. Lábunk felemelése is jól észrevehető. Az elektromos tér minden változása
megváltoztatja a gate-feszültséget, ami pedig megváltoztatja a FET áramát.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 13
23.05.2019 09:38:54
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.
A gate feszültsége az elem negatív pólusához (GND) képest pozitívvá vagy negatívvá válhat. Az a döntő, hogy
melyik fotodióda kap több fényt, és emiatt több áramot szállít. Az erősebben megvilágított LED nyer a másikkal
szemben, és ő határozza meg a feszültség irányát. Azonos fényesség mellett is győz az egyik LED. Hogy melyik
lesz az, függhet az alkalmazott fény színétől is. Csak hagyja, hogy a zöld LED előbb a pirossal, majd a sárgával
versenyezzen.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 14
23.05.2019 09:38:55
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. A
tranzisztortól függően hasznos lehet eltérő színű LED-ek használata. A legnagyobb nyugalmi áram a piros
LED-en folyik, mert neki a legalacsonyabb a feszültsége.
12. 12. nap
piezo-hangátalakító
A hőmérséklet-változás is jelfeszültséget kelt, és ezáltal a LED fényerejének a megváltozásához vezet. Érintse
meg az ujjával az érzékelőt, hogy kissé felmelegítse. A változás azonnal észlehető. Engedje el az érzékelőt, hogy
lassan lehűljön. Nyomja meg röviden a nyomógombot, hogy kisüsse az érzékelőt. A fényesség gyorsan változik,
mialatt az érzékelő lehűl. Megfordíthatja a változás irányát azáltal, hogy felcseréli a piezoérzékelő érintkezőit.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 15
23.05.2019 09:38:56
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. Ha különbséget talál
a két JFET árama között, azt is megfigyelheti itt. A különbséget részben kiegyenlítheti az alkalmazott LED által,
mivel minden LED más feszültségen dolgozik. Különösen nagy áramú JFET esetében a piros LED helyett
alkalmazzon egy fehéret. Ezáltal megnövekszik a source-feszültség, úgyhogy a gate a source-kivezetéshez
képest negatívabbá válik, és az áram lecsökken. Tesztelje mindkét tranzisztort különböző LED-ekkel.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 16
23.05.2019 09:38:56
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. nap
22 kΩ-os ellenállás,
A brummogás jobban hallható, ha hosszabb antennahuzalt alkalmaz, és egyidejűleg
megérinti az elem negatív pólusát. Tartsa egyszer hozzá a füléhez a piezohangszórót, és hallgatózzon a
gyenge változó tér után.
Külső hatások nélkül lassan kisül a gate, úgyhogy a JFET vezet, és a LED világít. Ha azonban
váltófeszültség kerül a gate-re, a GS-dióda egyenirányítóként hat, és negatív irányba feltölti a gate-t.
Váltófeszültség
nélkül a JFET egy időre lezár.
Sztatikus elektromos tér is képes vezérelni a tranzisztort. Ha elektromosan fel vagyunk töltve, a
kezünkkel való közelítés megváltoztatja a LED fényességét. A hangszóró azonban nem szólal meg, mert lassan
mennek végbe a változások.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 17
23.05.2019 09:38:57
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.
A source-feszültséget a JFET vezető állapotában két sorba kapcsolt LED mintegy 5 V-tal megemeli. Ezzel
azt érjük el, hogy a tranzisztor kikapcsolt állapotában biztosan lezár. Csak amikor már a kondenzátor
kereken 3 V-ra fel van töltve, kezd el vezetni a JFET. A gate feszültség a drain-feszültségig megnövelhető
anélkül, hogy folyna gate-áram.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 18
23.05.2019 09:38:58
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
23.05.2019 09:38:59
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. Ezután néhány másodperctől több
percig tart, amíg a LED-ek ismét kialszanak. A véletlen-kapcsolóval egy egyszerű játékot játszhatunk. Ki éri el a
leghosszabb bekapcsolási időt?
Kisült gate esetében a baloldali JFET vezet, úgyhogy a drain-feszültséget majnem teljesen lehúzza 0 V-ra.
Ezáltal lezár a jobboldali JFET. Ha a bemenetet megérintjük az ujjunkkal, általában néhány voltos 50 Hz-es
váltófeszültséget viszünk rá. A gate-dióda korlátozza a feszültséget a +0,5 V (a dióda vezet) és –40 V (a GSdióda áttörési feszültsége) közé. A tranzisztor ekkor sűrű időközönként bekapcsolódik és kikapcsolódik. A kapu
ugyanakkor átlagosan negatívan töltődik fel. Egy adott pillanatban a pontos feszültség véletlenszerű. Ha éppen 0
V közelében van, a LED-ek nem világítanak. Ha a gate-feszültség nagyon negatív, a LED-ek világítanak. A gate
mintegy öt pikofarados (5 pF) kis kondenzátort képez, amely csak nagyon lassan sül ki. Minél negatívabb a gatefeszültség, annál tovább tart a kisülés.
Kielégítően nagy feszültségű érintkezés csak akkor fordul elő, ha a vizsgálat
elég közel van elektromos vezetékhez vagy berendezéshez. A hatás fokozható lámpa vagy más
készülék megérintésével. Vagy ha véletlen feszültséget kelt – például dörzsöléssel, vagy ha felemeli a
lábát a padlóról.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 20
23.05.2019 09:38:59
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. Mivel a JFET-ek egyes példányinak a tulajdonságai
nagy szórást mutatnak, szükség lehet a source-kivezetésre kötött LED-ek cseréjére. Ha a JFET az egyik
fokozatában már teljesen vezet, beiktathat egy zöld vagy fehér LED-et a source-kivezetésbe, hogy a gate-nek
nagyobb negatív előfeszültséget adjon. A drain-kivezetésben lévő LED-ek azonban nem változtatnak semmit a
tranzisztoron átfolyó áramon. Akkor találta meg az optimális munkapontot, ha a második fokozat lényegesen
jobban reagál a zajokra vagy rázkódásokra, mint az első. Innen látja, hogy a mikrofonjel erősítése két fokozatban
történik.
10 MΩ-os ellenállás
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 21
23.05.2019 09:39:00
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.
Vegye ki a kondenzátort a kapcsolásból. A visszacsatolás ezzel megszűnik, a villogás abbamarad. Ideális esetben
mindkét LED csak gyengén világít. Ekkor rendben van mindkét tranzisztor munkapontja, mivel az áram nagyobb vagy
kisebb lehet, ha változik a gate-feszültség. Rakjon be esetleg az utolsó kísérletben már bevált más LED-eket. Ha újra
berakja a kondenzátort, a villogó megint működik. A villogási fázisok közelítőleg megfelelnek a 100 nF és a 10 Mz 1 mpes időállandójának.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 22
23.05.2019 09:39:01
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. Azt azért meg lehet becsülni, hogy mély mormogásnak kell
hallatszania, és valójában az is történik.
20. 20. nap
10 kΩ-os ellenállás
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 23
23.05.2019 09:39:02
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.
Ha a két JFET adatai között nagyon nagy különbségek vannak, az egyik tranzisztor mindig lezár, és a
fehér LED folyamatosan világít. Ebben az esetben meg kell szüntetni a két source-kivezetés közötti
összeköttetést. A 4,7 kΩ-os ellenállást vegye ki, és mindegyik tranzisztor számára keresse meg a
source-kivezetésre illő LED-et.
Ha a két tranzisztor tulajdonságai elég hasonlóak, a közös 4,7 kΩ-os source-ellenállással
is beérheti. Ebben a kapcsolásban az egyik tranzisztor árama ellentétes irányban befolyásolja a másikét. Ha
a baloldali tranzisztor jobban vezet, megnő a feszültségesés a közös ellenálláson, és a jobboldali
tranzisztor jobban lezár. Ez a két fokozat csatolásához vezet. Emiatt ki lehet venni az egyik kondenzátort,
ami ellenére folytatódik villogás.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 24
23.05.2019 09:39:03
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. Az
áramkör egy részét az utolsó kapcsolásból átveheti, így például azt, hogy csak a közös forrásellenállással vagy
a source-kivezetésben található különálló LED-ekkel dolgozik.
22. 22. nap
érintőkapcsoló
Ezt a kapcsolást RS flip-flopnak is hívják (R = Reset, S = Set). Ez a számítástechnika egyik
legfontosabb kapcsolása, és gyakran tárolóként szolgál. Egy bit tárolt információ tetszőleges ideig
megtartható, hacsak nem változtatják meg szándékosan.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 25
23.05.2019 09:39:03
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. A JFET-től eltérően az NPN-tranzisztornak pozitív vezérlőfeszültségre van szüksége. A
kapcsolás kimutatja a két tranzisztortípus döntő különbségeit. Amíg a JFET gates-kivezetése a GNDpotenciálon van, addig az NPN-tranzisztornak pozitív feszültségre van szüksége a bázison. A BC547
emitterkövetőként van bekötve a kapcsolásba, amelyet az első JFET pozitív drain-feszültsége vezérel.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 26
23.05.2019 09:39:04
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. Mivel itt az összes lehetséges alkalmazásnak csak kis része mutatható be. Az egyes
áramkörök speciális célokra módosíthatók és optimalizálhatók. Vagy valósítson meg teljesen új
ötleteket. Maradjon kreatív!
24. 24. nap
1 kohmos ellenállás
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 27
23.05.2019 09:39:05
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 hangátalakító
Kedves Vevőnk!
Ez a termék megfelel a nemzeti és az európai törvényi előírásoknak, és emiatt viseli a CE-jelölést. A rendeltetésszerű használatot a mellékelt útmutató tartalmazza.
Minden másfajta használat vagy a termék megváltoztatása esetében egyedül Ön a felelős az érvényes rendszabályok betartásáért. Építse fel ezért pontosan úgy a
kapcsolást, ahogyan az útmutatóban le van írva. A terméket csak a jelen útmutatóval együtt szabad továbbadni.
Az áthúzott kerekes szeméttartály jelkép azt jelenti, hogy a terméket a háztartási hulladéktól elkülönítve, elektromos hulladékként kell újrahasznosításba juttatni. A helyi
hatóságoktól tudhatja meg, hol található a legközelebbi ingyenes leadási hely.
FIGYELEM! A szem védelme és a LED-ek:
Ne nézzen bele kis távolságból közvetlenül a LED fényébe, mert recehártya-gyulladást kaphat. Ez különösen az átlátszó házban lévő erős fényű LED-ekre vonatkozik, elsősorban az
un. teljesítmény-LED-ekre. A fehér, a kék, az ibolyaszínű és az ultraibolya LED-ek látszólagos fényerőssége hamis benyomást ad a szem tényleges veszélyeztetettségéről. Főleg
gyűjtőlencse használata esetén kell nagyon óvatosnak lenni. A LED-eket az útmutatóban megadott módon használja, de nagyobb áramfelvétellel ne.
© 2019 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2,
85540 Haar Autor: Burkhard Kainka
Minden jog fenntartva, a fotómechanikus reprodukcióé és az elektronikus médiákon történő tárolásé is. Másolatok előállítása és sokszorosítása papíron, adathordozón
vagy az interneten, különösen PDF-fájlként, csak a kiadó kifejezett engedélyével megengedett, ellenkező esetben büntetőjogi következményekkel járhat.
A hardver és szoftver termékmegnevezések többsége, valamint a jelen leírásban szereplő céges logók rendszerint bejegyzett termékmegjelölések, és akként kezelendők. A kiadó
lényegében a gyártó írásmódját alkalmazza a termékmegnevezéseknél.
Az ebben a kézikönyvben bemutatott összes kapcsolást és programot a lehető legnagyobb gondossággal fejlesztettük ki, vizsgáltuk be és teszteltük. Ennek ellenére nem
lehet teljesen kizárni a kézikönyvben és a szoftverben előforduló hibákat. A kiadó és a szerző a szándékos vagy hanyag magatartás miatt a törvény szabta felelősséggel
tartozik. Egyebekben a kiadó és a szerző már csak a termékszavatosságnak megfelelően tartozik felelősséggel az élet, a test vagy az egészség sérelme, vagy a lényeges
szerződéses kötelezettségek vétkes megsértése esetén. A lényeges szerződéses kötelezettségek megsértése miatti kártérítés a szerződésre jellemző előrelátható károkra
korlátozódik, hacsak a termékszavatosság szerinti kényszerítő felelősség esete nem áll fenn.
15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 28
23.05.2019 09:39:06