Simulacija jednostavnih električnih shema

Za početnike i naprednije korisnike veoma je korisno da mogu prije početka rada sklopa isti isprobati na računalu. Postoji mnogi komercijalni i besplatni programi koji služe u te svrhe, a ovdje ćemo Vam spomenuti samo neke od njih:

Electronics Workbench

Veoma jednostavna i osobno isprobana verzija programa je EWB 5.12. Program je malo stariji, ali jednostavan za primjenu, pogotovo s analognim (pasivnim) sklopovima.

Multisim 10

Ovaj program je malo zahtjevniji i koristi se a naprednije simulacije. Osobno sam koristio Multisim 10 i jako sam zadovoljan sa njegovim radom (ima i noviji verzija). Ima simulaciju potpuno funkcionalnih osciloskopa, multimetara i standardnih virtualnih mjernih instrumenata koji su potpuno prilagođeni realnim instrumentima.

LTspice

Potpuno besplatan program koji najčešće koriste stariji elektroničari. Izgled sučelja je malo spartanski i više liči na nekakav DOS program. Koriste ga mnogi na fakultetima jer je praktičan.

Ovdje sam spomenuo samo programe sa kojima sam imao iskustva.
Ukoliko imate još neke programe sa kojima ste imali Vi iskustva, šaljite nam linkove sa komentarima rada programa.

Zvučnici

Osnovni zadatak zvučnika kao krajnjeg elementa svakog audio uređaja je pretvaranje električne struje u zvuk.Mogu biti građeni za male snage od svega nekoliko mW pa do velikih snaga od 200W i više.

Kakve je snage i kakvih dimenzija i konstrukcije određuje uređaj u kojem obavlja funkciju. Zvučnik se sastoji od membrane, stalnog ( permanentnog ) magneta, zvučnog namota te nosača svih tih djelova. Prolaskom struje kroz svitak zvučnika stvara se magnetsko polje koje je tako usmjereno da se odbija ili privlači(zavisi od konstrukcije) od magnetskog polja stalnog magneta te na taj način pokreće membranu koja stvara zvuk.
Kada je struja veća sile su veće i obratno. Radi opisanog treba paziti na polarizaciju zvučnika posebno onih za veću snagu jer se na taj način određuje smjer kretanja membrane prema unutra ili prema van. Radi bolje reprodukcije zvuka zvučnici se ugrađuju u kutije. Da bi zvuk bio što bolji u jednu zvučničku kutiju ugrađuje se sistem od dva ili više zvučnika.

Za reprodukciju viših i srednjih tonova koriste se zvučnici manje dimenzije membrane a za niske tonove s velikom membranom. Takav sklop zvučnika u jednoj zvučničkoj kutiji zovemo i zvučnički sistem. Kako bi takav zvučnički sistem od dva ili više zvučnika mogao što vjernije reproducirati zvuk s jednog kanala izlaznog pojačala potrebno je sistemu dodati i još jedan elektronički sklop koji se zove zvučnička skretnica. Zadatak skretnice je taj da filtrira određene tonove i šalje ih na određeni zvučnik. To se postiže određenim RC spojevima

Mjerenje temperature voltmetrom

Sklop sa slike će vam omogućiti mjerenje temperature pomoću tempetaruno ovisnog otpornika (PTC) i voltmetra. Voltmetar treba imati mjerni opseg najmanje 2V , unutrašnje otpornosti najmanje 100koma/V. Ovakav sklop će moći mjeriti temperature od -50 °C do 100 °C. Princip rada sklopa je mjerni most u čijoj se dijagonali nalazi mjerni instrument.

Kada je most u ravnoteži, instrument miruje. Promjenom stanja nekog dijela mosta (u ovom slučaju otpora PTC-a) most "izleti" iz ravnoteže te mjerni instrument nešto izmjeri. Otpor PTC-a na temperaturi od -50°C iznosi 1k a na 150°C 4,5k.Otpornik R2 mu je dodan radi linearizacije njegove karakteristike. Most u ovom slučaju predstavljaju otpori PTC/R2 R6/P3/R7. Na most se dovodi referentni napon od 2,49V sa zener diode(ovaj je napon potrebno namjestiti sa P1). Kako promjena napona na PTC-u nije dovoljna da očitije "izbaci" most iz ravnoteže pridodano je operaciono pojačalo IC1 čije se pojačanje podešava sa trimerom P1. Važno je napomenuti da PTC treba staviti u šuplju zakovicu i zaliti silikonskom masom postojanom na temperaturi te izolirati sklop od vlage jer ćemo baždariti sklop u tekućini.

Baždarenje se provodi na temperaturama od 0°C i 100°C. Na prvome mjerenju instrument treba pokazivati 0 a na drugome se treba maksimalno otkloniti (2V). Baždarenje se provodi namještanjem vrijednosti potenciometara P2 i P3.Za pravilan rad sklopa je važno da baterija bude puna.
Za operacijsko pojačalo možemo koristiti i neko drugo sličnih karakteristika.


Tablica elemenata:

Mjerač broja okretaja motora

Ovakav mjerač okretaja sastoji se od monostabilnog multivibratora sa ulaznom mrežom RC elemenata kao sklopom za okidanje. Signal sa platina se dovodi na RC mrežu. Kada motor ne radi (nema okretaja) tada je T2 u zasićenju pa kroz mjerni instrument ne protiče nikakva struja. U trenutku paljenja potencija kolektora T2 se neprestrano mijenja, oscilirajući od najviše vrijednosti do nule. Ova promjena će ovisiti o broju okretaja, a povećanjem broja okretaja T2 će sve češće ići u zapiranje te će tada na njegovu kloektoru biti i veći napon. Prije upotrebe instrument treba izbaždariti, a to napravite uz pomoć nekog motora kojemu možete mijenjati broj okretaja (npr. asishroni motor).

Tablica elemenata:

Malo tranzistorsko pojačalo

Ovakva izvedba pojačala je skoro standardna, radi se o dva stupnja pojačanja (prvo preko Q1 a drugo preko Q2 i Q3). Prvi stupanj pojača signal te ga šalje ovisno o poluperiodi signala na Q2 i Q3 dodatno pojačanje vrše ova dva tranzistora te šalju signal u zvučnik preko filtarskog kondenzatora C1. Signal neće proći preko suprotnog tranzistora jer je on tada zatvoren. Maksimalna snaga ovog pojačala je 50mW sa 8omskim zvučnikom a impendacija ulaza 500 oma. Sklop se napaja sa 9V i troši 30mA struje.

Tablica elemenata:

Automatsko svijetlo

Ovakav sklop omogućiti će vam snalaženje prilikom nestanka električne energije. Dakle prilikom nestanka struje tj napona ovakav sklop će omogućiti paljenje žarulje L1 te prikladnu rasvjetu vašega doma (ili vikendice). Sklop se dok ima napona napaja iz mreže preko elemenata Tr1, G1 i C1.Transformator se montira na pločicu i ima omjer 220/6 sa 50mA struje na sekundaru.

Tada struja teče kroz pinove 1 i 2 optokaplera i te tranzistor u optokapleru vodi i stvara mali prednapon bazi tranzistora T1 tako da je ovaj zakočen i ne može dati potrebnu struju žarulji. Nestankom napona tranzistor u optokapleru prelazi u zapiranje a T1 u zasićenje (oba se napajaju iz akumulatora!) te tako prosvjetli žarulja L1. Dioda D1 sprečava struju da ne bi prošla kroz LED optokaplera.

Sa vrijednosti otpornika R1 podešavamo struju punjenja akumulatora (može varirati u rasponu 2mA-40mA ovisno o vrijednosti otpora R1) dok LED1 služi za indikaciju. Fotootpornik služi da se žarulja ne upali ako je nestalo napona a još je dobro osvjetljenje prostorije. Sa sklopkom S1 možemo pojačati svijetlost žarulje. Za žarulju je preporučljivo upotrijebiti žarulju vrijednosti 2,5V i 0,2A.

Tablica elemenata:

Analogni Miliampermetar kao Voltmetar

Miliampermetar se može koristiti kao voltmetar ako mu se dodaju otpori. Otpor koji trebate dodati se računa tako da se podijeli cijela skala u voltima koja se očita s cijelom strujom koju mjeri instrument. Ako imate 1 mA metar a želite čitati od 0 do 10 V trebate otpor 10/.001 = 10K. Sam instrument ima neki svoj otpor pa ako želite biti precizni onda trebate od 10K oduzeti npr. 86 ohma za instrument, ali se to skoro uvijek može zanemariti (pogotovo ako spada u 1 % tolerancije). Miliampermetar se može koristiti i za mjerenje velikih struja, ako mu se u paralelu spoji otpor. Sada važnost otpora samog instrumenta postaje važnija. Da bismo 1 mA koristili kao 10 mA instrumentu trebamo u paralelu dodati 86/9 = 9.56 ohma. (dijelimo s 9, jer 9/10 struje trebamo odvesti preko otpora.....)

Ispitivač zener dioda

Ovakav sklop omogućiti će nam ispitivanje svih zenerica nazivnih napona do 50V uz strujna ograničenja od 5, 10 , 15 ili 20mA ovisno o snazi zenerice. Za to smo upotrijebili sklopku i taster: ovisno o položaju sklopke, struja će biti 5 ili 15mA a pritiskom na taster dobivamo još 5mA struje. Za mjerenje se služimo klasičnim digitalnim ili analognim voltmetrom kojeg priključujemo na stezaljke kako je prikazano na shemi. Tranzistori Q1 i Q2 tvore konstantan izvor struje potreban za ispitivanje zener-diode. Sklop se napaja sa 60V istosmjerne struje koju mu treba odnekle osigurati pa je najbolje napraviti istosmjerno napajanje bez stabilizacije sa transforamtorom od 220/50V. Pločica je prikazana na donjoj slici:


Tablica elemenata:


Cijena bez napajanja!

Dodatno telefonsko zvono

Primjena sklopa: Ako imate noviji telefon a slabije čujete telefonsko zvono ovaj će vas uređaj spasiti svih muka!

Opis rada sklopa: Napon na tlf. liniji je 48V istosmjernog napona. Kada nam dolazi poziv za pobudu zvona se koristi izmjenični napon amplitude 100V koji je superponiran sa 48V DC-a. Kondenzator C1 odvaja istosmjerni napon dok R1 ograničava struju kroz optovezni element. Kroz D1 se propušta negativna poluperioda izmjeničnog napona. Kada LE-dioda u optokapleru svijetli tranzistor je u zasićenju pa se uključi zujalica. Osnovna frekvencija zujalice je 1kHz (onaj ubitačan zvuk).

Izgled tiskane pločice sa eleemntima (nije 1:1)

Tablica elemenata:

Clip detektor

Primjena sklopa: Ovakav sklop se može koristiti kao indikator izlazne snage na zvučnicima. LE-diode označuju snagu na zvučnicima. Sklop radi kao indikator vršne vrijednosti snage. Za sangu od 10W pali se D6, za 25W D5, za 50W D4, za 100W D3 te za najveću snagu od 150W D2. Sklop je moguće priključiti i na jače ili slabije uređaje.

Opis rada sklopa: Signal koji se dovodi iz pojačala se ispravlja sa D1 te filtrira sa C1. Ispravljeni i filtrirani signal dalje ide na naponsko djelilo koje čine otpornici R3-R7. Otpornici R3-R7 nisu iste vrijednosti pa ne dijele napon u istim vrijednostima. Najveći će pad napona biti na R7 a najmanji na R3 zbog čega i ovaj sklop funkcionira kao indikator. LE-diode su paralelno spojene sa otpornicima i pale se kada snaga dobije određenu jačinu.

Izgled tiskane pločice:


Tablica elemenata:

Automatsko isključenje

Sklop ovdje predstavljen ugasiti će baterije i oneomogućiti rad sklopa nakon 30 sekundi nekorištenja. Ponovno uključivanje vrši se pritiskom na sklopku tj taster S1. Sklop služi za pogašivanje simetričnog napajanja(označeno na shemi kao U+ i U-).

Tablica dijelova:

Izlazno audio pojačalo 100/140W

Opis rada pojačala

Niskofrekventni signal sa pretpojačala dovodi se na ulazni stupanj kojeg čine tranzistori T1 i T2. Ova dva tranzistora, vezana u diferencijalnom spoju, imaju ulogu da uz pojačavanje signala vrše i namještanje potencijala na izlazu pojačala i potencijala mase. Ukoliko se na izlazu pojačala pojavi jednosmjerni napon, diferencijalni stupanj sa tranzistorima T1 i T2 ga otkriva, pojačava i dalje posredno kompenzira nastalu promjenu. Zahvaljujući tome, postignuta je izvanredna stabilnost nulte točke na izlazu pojačala što znači da je jednosmjerni napon na izlazu stalan i jednak nuli. Sa diferencijalnog stupnja niskofrekventni signal se vodi na pogonski stupanj, odnosno tranzistor T3, koji radi u klasi A u spoju sa zajedničkim emiterom. Kao zaštita od samoosciliranja pogonskog stupnja u području viših frekvencija, između baze i kolektora tranzistora T3 vezan je kondenzator C3. Tranzistor T4 ima ulogu generatora konstantne struje za izlazne tranzistore. Komplementarni izlazni stupanj izveden je sa tranzistorima T8 i T9 koji su konstruirani tako da svaki od njih u istom kućištu sadrži po dva tranzistora vezana u darlingtonovom spoju. Ovaj spoj odlikuje se velikim strujnim kao i naponskim pojačanjem. Izlazni darlington tranzistori rade u klasi AB sa malom mirnom strujom kolektora. Uslijed temperaturnih promjena i variranja napona napajanja, mirna struja mijenja svoju vrijednost. Ulogu automatskog podešavanja mirne struje, tokom rada pojačala, vrši tranzistor T5. U cilju zaštite izlaznih tranzistora od preopterećenja predviđeni su tranzistori T6 i T7.Filterski spoj na izlazu pojačala, sastavljen od otpornika R19 i zavojnice L, ima zadatak da podesi faznu karakteristiku i na taj način osigura stabilnost pojačala u vezi sa negativnom reakcijom, uz razne opteretne impedancije. On je istovremeno i zaštita od eventualnog prodora VF smetnji, koje se mogu inducirati u vodičima koji povezuju pojačalo i zvučnike.


Oblik kućišta i raspored izvoda poluvodiča

Tranzistori T1, T2, T5 i T6 imaju oblik kućišta TO-92. U kućište TO-220 smješteni su tranzistori T3,T4 i T5, dok su izlazni tranzistori u kućištu TO-3. Diode D1 i D2 su u kućištu SOD-57, a zener-dioda ima kućište DO-34. Napominjemo da crni prsten na tijelu svake od dioda označava katodu. Dio bakrenih vodova na štampanoj ploči, gdje se montira trimer-potenciometar P, na prvi pogled izgleda malo “zakomplicirano”. To je zato, da bi se na to mjesto mogao postaviti bilo koji tip trimer-potenciometra: ležeći (horizontalni) ili stojeći (vertikalni), manji ili veći.


Montaža elemenata na štampanu ploču

Postavljanje i lemljenje elemenata na štampanu ploču poželjno je obaviti po redoslijedu koji je dat u tabeli uz montažnu shemu. Prvo treba montirati otpornike (R1 do R18) i trimer-potenciometar P, a zatim blok kondenzatore (C3 do C6). Nakon toga staviti elektrolitske kondenzatore (C1 i C2) pri čemu treba obratiti pažnju na njihov polaritet. Posljednji pasivni elementi koji se montiraju na štampanu ploču su otpornik R19 sa kalemom L. Razumije se da smo prethodno pripremili ove elemente na taj način što smo oko tijela otpornika namotali zavojnicu koja ima 10 zavoja. Za namotavanje zavojnice upotrijebljena je lakom izolirana bakrena žica promjera od 0,7mm do 1mm s tim da zavoje slažemo jedan do drugog. Sa krajeva zavojnice potrebno je skinuti lak izolaciju, uviti krajeve oko izvoda otpornika i na tim mjestima ih zalemiti. Lemljenje aktivnih komponenata počinjemo diodama D1, D2 i ZD, nakon toga postavljamo tranzistore T1 do T4, a zatim tranzistore T6 i T7. Za razliku od pasivnih komponenata, diode i tranzistori su mnogo osjetljiviji na utjecaj temperature. Stoga, prilikom lemljenja moramo voditi računa da su što krače u dodiru sa lemilicom, a da pri tome lemni spoj bude što kvalitetniji.

Montiranje izlaznih tranzistora

Najveću poteškoću predstavlja montiranje tranzistora T5, T8 i T9 zbog toga što je na štampanu ploču istovremeno sa tranzistorima potrebno postaviti i hladnjak. Tranzistor T5 mora biti pričvršćen na isti hladnjak na kome su montirani tranzistori T8 i T9. Dakle, sva tri tranzistora u termičkoj su vezi i moraju biti električno izolirani od hladnjaka, što se postiže umetanjem podmetača i plastičnih podloški. Pošto je potrebno ostvariti što bolju termičku vezu tranzistora i hladnjaka, preporučuje se premazivanje dodirnih površina tankim slojem silikonske paste. Mehaničko učvršćivanje postiže se vijcima i maticama M-3 koje treba dobro zategnuti. Postupak pravilnog montiranja tranzistora T5, T8 i T9 izvodi se prema skici. Treba napomenuti da prikazani aluminijski hladnjak "L" profila služi samo za montažu tranzistora i kao njihova mehaničko-termička veza sa glavnim hladnjakom. Potrebno je da ukupna površina hladnjaka bude najmanje 500 cm2. Dodirne površine montažnog i glavnog hladnjaka poželjno je također premazati tankim slojem silikonske paste, prije nego što ih što čvršće međusobno spojimo vijcima.


Podešavanje mirne struje izlaznih tranzistora
Poslije sastavljanja pojačala i njegovog priključivanja na ispravljač, potrebno je trimer-potenciometrom P izvršiti podešavanje mirne struje izlaznih tranzistora. Mirna struja namješta se bez ulaznog signala. Prije nego što se pristupi operaciji podešavanja treba, uz neuključeni ispravljač, odvojiti kolektor tranzistora T8 od plus pola napajanja.
Zatim se na univerzalnom instrumentu izabere miliampermetarsko područje, plus pol instrumenta se spaja na plus pol napajanja, a minus pol instrumenta ide na kolektor tranzistora, kao što je prikazano slikom. Kada se prekontrolira da su ovi spojevi korektno ostvareni, može se pristupiti uključenju ispravljača. Malim odvijačem se lagano okreće trimer-potenciometar P sve do trenutka kada univerzalni instrument pokaže vrijednost struje od 50 mA. Time je podešavanje završeno. Preostaje da se isključi ispravljač, odspoji instrument i kolektor tranzistora T8 ponovo spoji sa plusom napajanja.


Shema ispravljača
Napajanje pojačala snage KP-510 vrši se pomoću jednostavnog dvostranog ispravljača, čija shema je predstavljena sljedećom slikom.


Date su i vrijednosti elemenata ispravljača:
Vcc=42V; C=470uF/50V; C1=0,1uF; D=BY500; Vs=30V; Os=1,6A
Tehničke karakteristike:
Sinusna snaga............................ 100 W
Muzička snaga ......................... 140 W
Impedancija zvučnika ..................... 8 W
Izobličenja pri maksimalnoj snazi .. 0,1 %
Napon napajanja............+42 / 0 / -42 V
Maksimalna potrošnja struje..... ..... 1,8A
Struja mirovanja izl. tranzistora .... 50 mA
Frekventni opseg ...............20 Hz do 30 kHZ 1 dB
Odnos signal-šum ....................... -95 dB
Maksimalni ulazni signal .................... 1V




Potrebne komponente:
R16 ........ 1 kohm 1/4W
R17 ........ 0,33ohm 5W
R18 ......... 0,33ohm 5W
R19 ..... 6,8ohm 2 do 5W
P trimer-potenciometar 10kW

KONDENZATORI I ZAVOJNICE:
C1 ..... 6,8mF 25V tantal elko
C2............. 47mF,16V elko
C3 ....................... 150 pF blok
C4 ....................... 150 pF blok
C5 .... 180 nF (184K) 63V blok
C6 .... 180 nF (184K) 63V blok
L . 10 zavoja žice 1mm CuL preko otpornika R19

TRANZISTORI:
T1 .............. BC547
T2 .............. BC547
T3 .......... 2SA1293
T4 ...BDT95,TIP31C
T5 .BDT95, TIP31C
T6 ........... BC547
T7 ........ BC557
T8 ............... ON709
T9 BDX88C,BDX65B

DIODE:
D1 ........ 1N5059
D2 ......... 1N5059
ZD .. ZPY9,1 1,3W

OTPORNICI:
R1 .. 10 kohm 1/4 W
R2 .. 680 ohm 1/4W
R3 . 4,7kohm 1/4W
R4 . 8,2kohm 1/4W
R5 . 330ohm 1/4W
R6 ....10ohm 1/4W
R7 . 100kohm 1/4W
R8 . 39 kohm 1/4W
R9 1,2kohm 1/4W
R10 2,7kohm 1/4W
R11 1,2kohm 1/4W
R12 ... 100 ohm 1/4W
R13 ... 470ohm 1/4W
R14 ... 470 ohm 1/4W
R15 ..... 1 kohm 1/4W

Audio LED VU meter

Ako Vam ikada zatreba LED VU metar, ova shema bi Vam mogla dobro doći...


Ovaj projekt je napravljen da radi na napajanju + 18 V 0 V - 18 V. Bitno je da se za LED diode dovede napajanje od 12 V. To je najlakše preko zasebnog stabilizatora napajanja. Ovakav spoj ima veliku prednost nad ostalim shemama. U ovoj shemi LED diode spojene su u seriju tako da je ukupna potrošnja samo 20 mA i nije ovisna o broju dioda koje su spojene.

Dva ulazna operacijska pojačala služe za pojačanje ulaznog signala. S prekidačem se bira različito osvjetljenje dioda. Moguće je da prikazuju srednju ili vršnu vrijednost. Treće operacijsko pojačalo daje logaritamsku skalu.

Ova shema je poprilično stara i u sadašnje vrijeme postoje IC koji to mogu puno lakše i jednostavnije napraviti, ali za amatera nije loša niti ova provjerena shema. Poradit' ću na tome da postavim i neku shemu VU metra s IC.

NF pojačalo 10W

Diode - simboli i karakteristike

Otporna dekada

Pri popravku raznih elektroničkih uređaja gdje moramo namjestiti pojedine radne točke elektroničkih elemenata pa i sklopova ( za korekciju greške ), potrebno je imati ovaj uređaj. Njime možemo proizvoljno namjestiti bilo koji otpor, odabirući kombinaciju otpornika na dekadi. Na slici je prikazan jedan takav uređaj koji se uz malo truda može i napraviti.

Crtanje shema i izrada PCBa

To je uvijek pitanje mnogih, a odgovor ovisi od osobe do osobe. Evo samo nekoliko preporuka kolega koji se bave elektronikom. Najčešće su to preporuke ljudi koji se ne bave profesionalno elektronikom.

Prije je najčešće korišten Eagle a sad se za crtanje shema i izradu PCB najčešće koristi sPlan i Sprint-Layout. U odnosu na njih kažu da je Eagle bolesno kompliciran. Tu priču zastupa jedan veći broj korisnika.

Za Sprint-Layout kažu da je odličan za manje projekte i crtanje istih i mnogi ga preporučuju.



Osim navedenih ljudi još koriste: KiCad, Altium designer i Protel.

Za manje pločice koristi se još i Diptrace koji je potpuno funkcionalan, postoji samo
ograničenje na veličinu pločice i broj rupa na free verziji. Sadrži sve sto je potrebno, ima jedan zanimljiv import bmp, jpeg, tako da sliku pcb-a sa weba uneseš u posebnom layeru unutra i rastegneš na pravu veličinu. Isto tako možeš unijeti skeniranu pločicu iz nekog časopisa. Ima još zanimljivih mogučnosti što baš i nema svaka besplatna verzija programa

Simulator za analognu elektroniku

Postoji više različitih simulatora, na Vama je da ih isprobate i odlučite koji će Vam biti najoptimalniji. Svaki od njih ima neke svoje mane i prednosti. Ovdje navodimo samo one koje možemo skinuti i isprobati.



Evo i popisa sa linkovima:

LTspice
http://www.linear.com/designtools/software/ltspice.jsp

Proteus
http://www.labcenter.co.uk

Electronics Design Studio
http://www.softsea.com/review/Electronic-Design-Studio.html

Qucs
http://qucs.sourceforge.net/

El. WorkBench
http://free-vk.t-com.hr/aljuba10/croatian/programi.html

Ako znate još neke, pošaljite nam linkove i komentirajte rad ovdje u komentarima dolje. Najbolje komentare ćemo prebaciti u članak.