MŁODY ELEKTRONIK - zestaw edukacyjny

Młody elektronik - zestaw elementów elektronicznych pozwalających na samodzielne konstruowanie prostych układów dla zupełnie początkujących w tej dziedzinie dzieci.

Charakterystyka zestawu:

- Elementy elektroniczne - kostki z twardego drewna (tekstolit, ebonit, plastyk) zawierające element realny, śrubki z nakrętkami pozwalające na łączenie do układu i (pod spodem) magnes zapewniający mocowanie elementu na tablicy montażowej. Kostki większości elementów mają wymiar 20x40x6mm.

- Tablica montażowa o wymiarach A4 - sklejka 3 - 4 mm, na wierzchu przyklejona jest blacha żelazna (tzw. ocynk) 0,3 - 0,5 mm - całość pomalowana lub pokryta kolorowym papierem.

- Przewody łączące - maksymalnie elastyczna linka miedziana w izolacji (około 0,5 mm) zakończona konektorami oczkowymi. Polecam bardzo elastyczną linkę LIFY - 0,50 mm. Na początek wystarczy około 20 odcinków po 10 cm i 5 - 10 odcinków po 20 cm.

- Schematy montażowe - kartka papieru A4 z rozrysowanymi konturami elementów i połączeniami między nimi. Kartkę w koszulce foliowej kładziemy na tablicę montażową, a na kartce rozmieszczamy elementy.

- Mocowanie i łączenie elementów - mocowanie za pomocą magnesów wydaje się rozwiązaniem optymalnym. Mocowanie jest trwałe i w dowolnych miejscach. Neodymowe magnesy okrągłe (groszowy wydatek) o średnicy 10 mm i wysokości 4 mm w zupełności wystarczają. Na niektórych elementach (antena, bateria, kondensator zamocowane są po dwa magnesy. Z wielu wariantów łączenia elementów najprostszym i jednocześnie zapewniających trwałość połączenia jest śrubka - konektor. Takie łączenie przy składaniu nadwyręża trochę cierpliwość młodego konstruktora, ale da się to przeżyć! Alternatywne gniazdka radiotechniczne lub inne zespoły typu gniazdo - wtyk nie zdają egzaminu, ponieważ w miejsce jednej śrubki (do której możemy podłączyć 4 kabelki) musielibyśmy zastosować 3 - 4 takie gniazdka - przeciętnie 6 - 9 gniazdek na element x 25 - 50 elementów!!! Warto zwrócić uwagę na długość śrubki wystającej z kostki - powinny się na niej zmieścić dwie nakrętki i cztery konektory - powinny mieć około 15 mm.

- Zakres tematyczny - praktycznie nie ograniczony w zakresie dotyczącym tego co małego konstruktora interesuje.

Zestaw elementów

Podstawowa (na początek) wersja ukierunkowana jest na konstruowanie prostych odbiorników radiowych: detektorowych, jedno - dwutranzystorowych, reakcyjnych itp. Zestaw zawiera antenę ferrytową - obwód wejściowy obliczony na odbiór fal długich. W tym miejscu otwiera się pierwsza możliwość modyfikacji: dobierając odpowiednią liczbę zwojów lub konstruując nowe cewki wejściowe możemy eksperymentować w zakresie odbioru różnych innych częstotliwości.


Kwestie dydaktyczne:

Zestaw umożliwia wprowadzanie młodego, kilkuletniego elektronika w sprawy zupełnie podstawowe: prosty obwód zasilania żaróweczki, LED z wyłącznikiem i potencjometrem, buzzera itp. Wartościowym uzupełnieniem zestawu może być prosty przyrząd pomiarowy (najlepiej analogowy). Po opanowaniu podstawowych zagadnień elektryczności i elektroniki możemy przyuczać młodego konstruktora do wykonywania układów praktycznych z wykorzystaniem płytek drukowanych. Kolejna zaleta zestawu, to możliwość sprawdzenia funkcjonowania układy przed jego montażem na płytce drukowanej.
Konstrukcja modułu jest przejrzysta - nasz milusiński nie łączy na ślepo kostek z niewiadomą zawartością, lecz zapoznaje się z wyglądem elementów elektronicznych i sposobami ich włączania w układ.

Wykaz elementów zastosowanych w omawianym zestawie "startowym":

1. Tranzystory: ASY 34 - pnp, mcz - odzysk ze starego sprzętu elektronicznego. Można oczywiści stosować z powodzeniem i często z lepszymi wynikami nowsze generacje tranzystorów.
2. Dioda - dowolna germanowa - ostrzowa.
3. Dioda LED - dowolna - 2 szt..
4. Kondensatory - 100p, 1n, 10n, 680n, 1 - 10 - 100 - 1000 mikro.
5. Oporniki - 10Ohm, 1k, 3k, 7,5k, 10k, 50k, 100k.
6. Potencjometry - 4,7k, 47k.
7. Buzzer - 12V.
8. Zasilanie - 4 akumulatorki AA.
9. Słuchawki - radiowe 2 k.
10. Antena ferrytowa - pręt 10 x 140 mm. Cewka obwodu wejściowego: 6 sekcji po 30 zw. 0.2 mm DNE (lepiej lica wcz.) z odczepem po pierwszych 30 zw. Cewka reakcyjna: 30 zw. przesuwana na pręcie ferrytowym.
11. Kondensator zmienny - dowolny od odbiornika z zakresem średnio i długofalowym. Wskazany jest agregat zawierający też kondensator na zakres UKF. W zestawie jest zastosowany kondensator czterosekcyjny: dwie sekcje po 40 pF, jedna 360 pF i jedna 300pF.

Kilka schematów na początek:





















UWAGA:

wszystkie układy są SPRAWDZANE PRAKTYCZNIE przed ich opublikowaniem!!!


Przykładowe wykonanie (kolejne będą publikowane w następnych postach w kategorii MŁODY ELEKTRONIK - zestaw edukacyjny):


A - Odbiornik detektorowy - 3 etapy składania




Kartka z rozrysowaną makietą - schematem na tablicy montażowej.

















W drugim etapie dobieramy i układamy elementy odbiornika na swoich miejscach.














Teraz wystarczy połączyć elementy przewodami, słuchawki na uszy i obracając powoli kondensatorem szukamy stacji. W przypadku tego odbiornika warunkiem sukcesu jest dobre uziemienie i antena 20 - 30 m.












B - Odbiornik z 1. tranzystorem









UWAGA:
na schemacie montażowym brakuje połączenia kondensatora zmiennego z cewką obwodu wejściowego - na zdjęciu układu zmontowanego przewód ten jest widoczny.

Wahadło elektroniczne

Wahadło  elektroniczne (chyba poprawniej - elektroniczno - mechaniczne) wprowadzi naszego młodego konstruktora w zagadnienia grawitacji i samego wahadła. Może stanowić podstawę budowy dość dokładnego zegara.(Więcej w "Nowoczesne zabawki" J. Wojciechowski)

Wskazówki dotyczące budowy:

• układ elektryczny jest b. prosty - schemat,
• cewka: dwie sekcje (wzbudzenia i robocza) odpowiednio około 2000 zw DNE 0,1 i około 200 - 300 zw. DNE 0,15 - 0,2,
• wahadło o długości kilkudziesięciu centymetrów z magnesem neodymowym o srednicy około 20 - 30 mm - grubości 5 - 15 mm,
• do układu (do obwodu kolektora) włączone są dioda LED i głośnik - głośnik emituje dźwięki do złudzenia przypominające tykanie machanicznego zegara - potencjometrem 20k regulujemy intensywność i wysokość dźwięku i "rozmach" wahadła. 

Ułożyskowanie na szpilkach wykonanych ze śrubki M3 pracujących w   wywierconych wgłębieniach na poprzecznych płaskowniczkach.












Mocowanie wahadła





































Wahadło o całkowitej długości 280 mm ma częstotliwość  wahań 1Hz. Na dole wahadła zamocowana jest nagwintowana tuleja żelazna wkręcana na śrubę wciśniętą w 4 mm rurkę mosiężną (umożliwia to regulację długości wahadła). Do tulejki przymocowany jest magnes 18x10 mm
























                                                                                                                                                                      
 Nowy elementy zestawu ME - głośniczek i cewka wahadła

SILNIK TRANZYSTOROWY

Kolejne uzupełnienie zestawu ME : bezkomutatorowy elektryczny silniczek tranzystorowy ma charakter pokazowo - edukacyjny, lecz jego moc wystarcza do napędzania mechanicznych zabawek.

Konstrukcja umożliwia eksperymentowanie:

• zastosowanie tranzystora mocy (np. BD 355)  wydatnie zwiększa moc silniczka,
• na biegu bez obciążenia  (jałowym) tranzystor ASY34 jest cały czas zimny, lekkie obciążenie silnika powoduje, że zaczyna się on mocno grzać,
  
• potencjometr 20k służy do ustalania napięcia wzbudzenie (ustalania punktu pracy tranzystora) i płynnie reguluje obroty,
• tranzystor mocy (zwłaszcza chłodzony) pozwala na poniesienie napięcia zasilającego do co najmniej 12V, tym samym zwiększenie mocy i obrotów,
• można stosować tranzystory pnp i npn - należy zwrócić uwagę na biegunowość zasilania,
• dla bardziej doświadczonych silnik daje możliwość eksperymentowania z innymi układami sterowania : np. za pomocą tyrystorów,
• oczywiście nasz silnik działa "w drugą stronę" - może pracować jako prądnica: do cewki roboczej podłączamy np. diodę LED.
  

Kilka uwag konstrukcyjnych:

• szczególną uwagę zwracamy na wyważenie wirnika i poprawne sklejenie magnesów na osi - silnik osiąga b. duże obroty (rzędu dziesiątek tysięcy) i siła odśrodkowa może spowodować rozerwanie wirnika!
• silnika nie należy montować (ustawiać) na tablicy magnetyczne służącej do układania układów elektronicznych - zakłócenia jakie spowoduje blacha na tej tablicy uniemożliwi pracę silnika,
• z powyższego względu unikamy w konstrukcji jakichkolwiek elementów z materiału ferromagnetycznego - żelazne śrubki, które mocują ułożyskowanie wirnika wpływają b. niekorzystnie na jego pracę - najlepiej zastosować śrubki mosiężne.

Uwaga:
           Silniczek (niestety!) wymaga ręcznego rozruchu: potencjometr ustawiamy na "0" i wystarczy
            tknięcie wirnika żeby ruszył.
           Gdyby silnik nie chciał pracować należy zmienić biegunowość cewki wzbudzenia.

 

Migacz LED na NE 555

"Wyższa szkoła jazdy" dla młodego konstruktora elektronika, to układy scalone. Możemy rozpocząć od popularnego NE 555.
Dioda LED migająca z częstotliwością zależną od kondensatora elektrolitycznego i opornika regulowanego. W szereg z opornikiem 4,7k można włączyć fotorezystor lub termistor. Układ będzie czuły - odpowiednio: na światło i temperaturę.
"Pójście" w układy scalone wymaga wykonania odpowiedniego modułu wpisującego się w przyjętą "filozofię" montowania układów. W module montujemy podstawkę pod US - umożliwi to stosowanie różnych układów scalonych - jak to wygląda? Foto poniżej.

Generator mcz sterowany światłem

Prosty generator mcz, którego częstotliwość zależy od natężenia światła padającego na fotorezystor. W miejscu fotorezystora możemy zastosować termistor - układ będzie czuły na zmiany temperatury.

ALARM PĘTLOWY

Genialny (bo skrajnie prosty) system zabezpieczenia wejść, okien, terenów itp. System ten działa u mnie już od 5 lat bez jakiegokolwiek nadzoru - zasilanie sieciowe. Zamiast pętli zastosowałem kontaktrony połączone w szereg: w bramce i w bramach wjazdowych na posesję. Kontaktrony są utrzymywane w pozycji "zwarty" przez małe neodymowe magnesy umocowane w odpowiednich miejscach.Oddzielny system z pętlą zabezpiecza ogrodzenie i dach (po którym można by swobodnie wejść do domu). Owszem, zdarzyło się: na dach wybrał się kot i zerwał pętlę, ale to było raz na 5 lat! Jeżeli w skład systemu alarmowego wchodzi także pies, to problem kota nie występuje.
Do eksperymentów można wykorzystać matrycę ME (jak niżej), ale do celów praktycznych sprawdzony układ można wykonać oddzielnie. Pobór prądu - znikomy, liczony w mikroamperach.

Migacz LED - kolejny wariant

Kolejna wersja migacza na LED. Należy zwrócić uwagę na opornik 1 M - reguluje on częstotliwość migania diody i zakres tej regulacji jest dość ograniczony. Wstępną przymiarkę możemy zrobić zastępując go palcami.

Odbiornik reakcyjny krótkofalowy

Kolejny odbiornik z zestawu jest odbiornikiem bezpośredniego wzmocnienia z tzw reakcją. Charakteryzuje się dużo większą czułością od wcześniej prezentowanych w ME. Jego złożenie wymaga kilku nowych elementów:
- moduł antenowy,
- tranzystor polowy np. BF 245,
- kilku oporników i kondensatorów (wg. schematu).

Uwagi dotyczące konstrukcji i uruchamiania:
- jak w większości konstrukcji zestawu MK wartości elementów nie są krytyczne i np. potencjometr 10k można z powodzeniem zastąpić potencjometrem 20k, podobnie jest z kondensatorami,
- w przypadku braku reakcji (wzbudzenia się układu) należy zamienić podłączenie cewki obwodu reakcyjnego,
- strojenie polega na wstępnym ustawieniu zakresu fal kondensatorem zmiennym - doprowadzeniu potencjometrem do wzbudzenia się odbiornika (pisk w słuchawkach) - lekkiego "wycofania się" ze wzbudzenia i dostrojeniu kondensatorem do odbieranej stacji.
Szczegóły dotyczące konstrukcji cewek przedstawione są na odnośnych fotografiach. Karkas o średnicy 31 mm wykonany jest z kawałka plastikowej rurki instalacyjnej i wklejony żywicą w wywiercone gniazdo w drewnianej podstace. Drut - o,5 mm DNE.

Wzmacniacz mcz na LM 386

Proponowany wzmacniacz stanowi moduł w zestawie Młodego Elektronika (ME) i wydatnie rozszerza możliwości eksperymentowania, zwłaszcza w zakresie radiotechniki. Skonstruowany jest jako oddzielny moduł podłączany do wyjścia np. odbiornika detektorowego. Na wyjściu wzmacniacza można zastosować głośnik lub słuchawki dowolnej oporności. Elementy nie mają wartości krytycznych, np. zamiast kondensatora 220 mikro możemy z powodzeniem zastosować 100 mikro.
Gdyby wzmacniacz się wzbudzał, to + zasilania należy zblokować do masy kondensatorem 50 - 100 mikrofaradow.

Multiwibrator - migające diody LED

MULTIWIBRATOR

Przy wartościach wykazanych na schemacie częstotliwość przemiennego migania diód LED wynosi około 1 Hz. Układ podatny jest na eksperymentowanie: zmiana wartości oporników i kondensatorów elektrolitycznych powoduje zmianę częstotliwości - przy kondensatorach rzędu dziesiątków nF układ generuje częstotliwość akustyczne. Multiwibrator może sterować buzzerem (zamiast diody) lub głośniczkiem (słuchawkami). Zamiast opornika 10k można zastosować fotorezystor - układ będzie czuły na zmianę natężenia światła.

Odbiornik reakcyjny

Bardzo prosty, ale charakteryzuje się dużo większą czułością w porównaniu do odbiorników wcześniej opisywanych. W odległości rzędu dziesiątek km od stacji nadawczej wystarcza sama antena ferrytowa. Układ reakcyjny szczególnie dobrze sprawdza się w zakresie fal krótkich.

Maksymalną czułość i wzmocnienie osiągamy przesuwając cewkę reakcyjną na pręcie ferrytowym i regulując odpowiednio wzmocnienie potencjometrem 4.7k.











Schemat montażowy:

Silnik elektryczny - kuzyn "amerykanki"

Zupełnie nietypowy, eksperymentalny silnik elektryczny wzorowany na konstrukcji prądnicy tzw. amerykanki.



Charakterystyka:

• tarczowy rotor ze sklejki (średnica 70 mm) z zatopionymi w żywicy poliestrowej trzema cewkami po 200 zw. 0.5 mm DNE,
• stojan stanowią dwie płytki z blachy żelaznej o grubości 1 mm, na których przymocowane są cztery magnesy płytkowe,
• komutator typowy 3.sekcyjny, szczotki z blaszki mosiężnej 0,5 mm
• łożyska - mosiężne gniazdka radiotechniczne.

Uwagi konstrukcyjne:

• Rozmieszczenie magnesów (ustalone doświadczalnie): na jednej płytce przemiennie N- S, magnesy dwóch płytek "patrzą na siebie" tymi samymi biegunami (odpychają się). magnesy na jednej płytce rozmieszczone są centralnie nad cewkami, na drugiej na obrzeżach tarczy. Po złożeniu silnika (przed przyklejeniem magnesów na swoich miejscach) można nimi dość swobodnie operować ustalając doświadczalnie ich najlepsze położenie - trzymają się blachy stojana dość mocno.
• Zamiast typowego komutatora przedstawionego w niniejszej konstrukcji można z powodzeniem zastosować konstrukcyjnie prostszy komutator płaski z laminatu do obwodów drukowanych.
• Metoda wykonania i zatopienia cewek w żywicy opisana jest szczegółowo w postach dotyczących budowy "amerykanki".

Rezultaty i potencjalne kierunki doskonalenia konstrukcji:

• Konstrukcja silnika jest b. prosta i łatwa do realizacji w przeciętnych warunkach domowego warsztatu. Silnik z powodzeniem można zastosować do napędu różnych modeli, zwłaszcza pływających i jeżdżących.
• Silnik charakteryzuje się dużym momentem obrotowym (średnica rotora!) i b. wysokimi obrotami: rusza od 1,5V, przy 5V osiąga bardzo wysokie obroty i obserwuje się tendencje do "rozbiegania się".
• Kierunki modernizacji: większa średnica -większe cewki - większa moc. Kolejny przyrost sprawności osiągniemy maksymalnie zbliżając magnesy do tarczy i optymalizując położenie magnesów oraz zwiększając liczbę cewek (i sekcji komutatora).

UWAGA:
na schemacie rotora szczotki powinny być obrócone o 90 stopni (równolegle do magnesów) !!!