Conrad 10197 Operation Manual [cs]

Adventní kalendář Conrad Components
Franzis 2016, od 14. let

Obj. č. 142 13 83

Vážený zákazníku,

děkujeme Vám za Vaši důvěru a za nákup stavebnice adventního LED kalendáře.
Tento návod k obsluze je nedílnou součástí tohoto výrobku. Obsahuje důležité pokyny k uvedení

výrobku do provozu a k jeho obsluze. Jestliže výrobek předáte jiným osobám, dbejte na to, abyste
jim odevzdali i tento návod k obsluze.

Ponechejte si tento návod, abyste si jej mohli znovu kdykoliv přečíst.

Společnost Conrad, stejně v minulých letech, vydává další adventní kalendář tentokrát pro rok 2016.
Kalendář zahrnuje celkem 24 experimentů na téma digitální elektronika. Pro většinu experimentů
je použito časovače CMOS 4060. Tento integrovaný obvod poskytuje celkem 14 digitálních obvodů
Flip-Flop a oscilátor. K dispozici jsou tak velmi zajímavá a univerzální zapojení a aplikace, které slouží
nejen pro zdokonalení znalostí v oblasti elektroniky, ale experimentální formou nabízejí i spoustu
zábavy. Výsledný obvod tak imituje například plamen a padající hvězdu. Vlastní sestavený kalendář
pak bude doplňovat emotivní atmosféru Vánoc.

Na výběr bude z několika možností, jakým způsobem kalendář aplikovat. Můžete jej jednoduše
sestavit, aniž byste se podrobněji zajímali o bližší princip a funkci jednotlivých komponentů.
Veškeré experimenty jsou v návodu popsány velmi jednoduše a srozumitelně tak, aby tento kalendář
dokázal sestavit prakticky každý. V návodu se dozvíte základní informace o technických parametrech
a funkci jednotlivých komponentů, použitých v návodu. Velkou spoustu zábavy zažijete nejen
při samotném spuštění hotového obvodu kalendáře, ale stejně tak i při samotné přípravě
a sestavování celého experimentu. Dospělí mohou navíc dětem předávat své vlastní zkušenosti
a probudit tak v nich velký zájem o elektroniku. Stavebnice zahrnuje elektronické komponenty,
které jsou běžně dostupné a prostřednictvím kterých si sami můžete sestavit i celou řadu jiných
projektů. Zájem, který tato stavebnice dokáže v každém probudit, může přinést prohloubení dalších
znalostí a sestavení vlastních aplikací. Vlastní vynalézavosti a invenci se meze nekladou!
S tímto kalendářem jistě zažijete veselé a pohodové Vánoce!

1. den / Test s LED

V prvním pokusu dojde k rozsvícení LED. V žádném případě LED nepřipojujte přímo ke zdroji napětí.
K tomu je zapotřebí použití předřadného rezistoru. Bez tohoto rezistoru dojde k nevratnému zničení
LED v důsledku příliš vysokého proudu, protékajícího obvodem a LED. Každá LED musí být navíc
do obvodu zapojena při zachování správné polarity. V opačném případě diodou nemůže protékat
proud a tím pádem se ani nerozsvítí. Běžná LED má celkem 2 vývody. Kratší vývod (katoda K)
připojte k zápornému pólu zdroje. Delší vývod (anoda A) pak připojte ke kladnému pólu. Uvnitř
průhledného pouzdra LED navíc katodu snadno poznáte podle větší plošky s hranou.

Za prvními dvířky kalendáře se nachází červená LED a zároveň i odpovídající rezistor.
K experimentu bude zapotřebí 9 V baterie. Při tomto prvním pokusu musíte být
obzvlášť pečliví. Vyhněte se vždy přímému kontaktu zraku se světlem LED na kratší
vzdálenost než je 1 m, vzhledem k tomu, že tyto svítivé diody mohou svým světlem
způsobit vážné poškození sítnice. Zabraňte kontaktu obou vývodů LED s jedním pólem
baterie. Pro rozsvícení této LED použijte vždy předřadný odpor jinak dojde k jejímu
nevratnému zničení. Oba komponenty do obvodu zapojte přesně podle následujícího
schématu.

Všechny elektronické obvody se zapojují podle příslušných schémat, ve kterých má každý komponent
své zastoupení v rámci schématické značky. Symbol pro LED sestává z trojúhelníku, který
představuje anodu a čárky, kterou je označována katoda. Tímto symbolem je i přehledně naznačen
směr toku elektrického proudu. LED má navíc 2 malé šipky, které představují vydávající světlo.
Stejně jako LED je v obvodu označen i rezistor a jeho hodnota elektrického odporu. Na schématu
shora je rezistor o hodnotě 10000 Ohmů = 10 kilo ohmů = 10 kΩ, ve schématech označován jen jako
10k. Rezistory mají na svém pouzdře barevné proužky, které označují jejich skutečnou hodnotu.
V tomto případě má rezistor barvy proužků: hnědá, černá, oranžová. Zlatý proužek na okraji pak
udává toleranci ± 5 % v přesnosti udávané hodnoty. Ve schématu je zakresleno sériové zapojení obou
použitých komponentů. Proud z baterie teče skrze rezistor a LED. Hlavní funkce rezistoru je omezit
průtok proudu obvodem na požadovanou hodnotu. Platí úměra čím větší hodnota rezistoru, tím menší
proud protéká obvodem. Rezistor o hodnotě 10 kΩ omezuje průchod proudu na minimální hodnoty
potřebné pro rozsvícení LED. Přesto v tomto případě bude LED svítit dostatečně jasně.

2. den / Připojení zdroje (baterie)

Za druhými dvířky se skrývá klip pro připojení k 9 V baterii. V tomto experimentu dojde k použití
obvodu z prvního dne. Klip připojte k dodávané baterii. Červený vodič je připojen ke kladnému pólu
baterie, černý vodič je pak záporný pól baterie. Zabraňte vzájemnému propojení tzv. „zkratování“ obou
vodičů klipu po jeho připojení k baterii. V případě přímého zkratování obou pólů může dojít k velmi
rychlému ohřevu baterie a v krajním případě i k její následné explozi. Zkratování baterie navíc výrazně
snižuje její provozní životnost. Rezistor 10 kΩ v tomto zapojení zajišťuje omezení proudu
na výslednou hodnotu přibližně 2 V, což je hodnota napětí, které červenou LED rozsvítí. Napětí 7 V je
tak na rezistoru a 2 V na LED. Výsledná hodnota proudu, který protéká obvodem a LED je 0,7 V.
Většina LED je konstruována pro optimální provozní proud o hodnotě 20 mA. Přesto zejména červená
LED bude dostatečně svítit i při nižších hodnotách proudu.

3. den / Sestavení obvodu do kontaktního, nepájivého pole

Za třetími dvířky naleznete desku spojů – nepájivé pole, které je konstruované pro velmi jednoduché
a rychlé vytvoření obvodu bez potřeby cínového pájení. Pole má celkem 270 kontaktů (pinů), které
jsou od sebe vzdáleny v rastru 2,54 mm (0,1 palce). Připojování komponentů a vodičů do pole je tak
vysoce komfortní a navíc i velmi kvalitní a bezpečné. V hlavní středové části pole je 230 kontaktů,
které jsou v jednotlivých řadách po 5. pinech vzájemně vodivě propojeny. Na obou delších okrajích
pole je pak celkem 40 kontaktů, které jsou však vzájemně propojeny v celé řadě. Tyto krajní kontakty
pole se používají pro připojení obou pólů zdroje (baterie).

Připojení komponentů do pole vyžaduje určité úsilí a cit. Před vložením vodiče do konkrétního
kontaktu upravte jeho konec tak, aby došlo k přesnému zasunutí vodiče shora. Pro vkládání vodiče
proto použijte například malou pinzetu nebo vhodné kleště s kulatými čelistmi. Základní izolaci vodičů
pak odstraňte jen v potřebné délce tak, aby měl vodič dostatečný kontakt s pinem v desce a zároveň
aby nemohlo dojít k nežádoucímu zkratování s jiným komponentem nebo vodičem na povrchu
obvodu. K desce můžete připojit i velmi tenké drátky aniž by došlo k jejich zlomení.

Sestavte tento obvod na kontaktním poli. Jedná se o sériové zapojení rezistoru s LED.
Při sestavování obvodu pečlivě sledujte shora uvedené schéma.

4. den / Spínač

Za čtvrtými dveřmi naleznete všechny vodiče nezbytné pro další experimenty. V obvodě vytvořte velmi
jednoduchý spínač z kusu vodiče. Použijte vodič o délce přibližně 4 cm a na obou koncích jej zbavte
základní izolace v délce 5 mm. Vodič bude sloužit ke spínání, rozsvěcování LED. Další kratší vodič
v délce asi 2 cm bude sloužit jako fixace vodičů vedoucích z baterie a zároveň pro jejich odlehčení
v tahu. Baterii pak můžete k obvodu ponechat připojenou trvale. Spínač bude složen ze 2 kusů zcela
odizolovaného vodiče a jeho sepnutí provedete pouze dotykem prstu.

5. den / Ochranná dioda

Další červenou LED naleznete po otevření dvířek číslo 5. Do obvodu budou připojeny obě LED.
Znovu dbejte na připojení LED do správné polohy a polarity. Při nesprávném zapojení nebudou LED
svítit. Naopak při správném sériovém zapojení budou obě LED jasně svítit. Přestože jsou LED
zapojeny do série, intenzita světla první červené LED zůstane nezměněna.

Druhá LED použitá v obvodu hraje v tomto experimentu velmi důležitou roli. Plní zde funkci ochranné
diody při nesprávném připojení obvodu ke zdroji (přepólování). Dioda přitom reaguje velmi citlivě
a chrání celý obvod a jeho další komponenty před poškozením. LED se v takovém případě používá
coby jednoduchý indikátor napájení a správné funkce celého obvodu.

6. den / Digitální obvod

Za šestými dvířky naleznete nejdůležitější komponent celého adventního
kalendáře, integrovaný obvod CMOS-IC 4060.

Tento integrovaný obvod má celkem 16 vývodů (pinů). IC 4060 disponuje
14 Flip-Flop obvody a jedním víceúčelovým oscilačním obvodem. Při pohledu na IC a jeho nápis je pin
1 označen malým kolečkem. Jako další jsou číselně označeny piny 8, 9 a nakonec až pin 16.
Při zapojování IC do desky bude nezbytné provést nepatrnou úpravu jednotlivých pinů a velmi opatrně
je ohnout podle potřeby. Samotné vložení IC pak bude znovu vyžadovat přesnost a cit.

Upozornění! Při nesprávném zapojení IC do obvodu (přepólování) dojde k jeho nevratnému zničení!
Pin 8 je určen pro připojení negativního pólu (GND) a pin 16 pro připojení kladného pólu (Vcc).
V případě nesprávného zapojení IC před jeho zničením neochrání ani instalovaná ochranná dioda.
Ochranná dioda slouží pouze jako ochrana zdroje (baterie) před zkratem a zničením.

V prvním experimentu, kde bude použit IC, bude aktivován oscilační obvod na pinech 10 a 11.
Vstup OSC1 bude připojen k GND (negativní pól, logická nula). Na výstupu OSC2 je pak LED
zapojena s rezistorem v sérii. Při správném zapojení se LED rozsvítí. Pro většinu testů prováděných
s IC 4060 musí být použit resetovací vstup (RES) připojený k GND. Červená LED potom slouží jako
indikátor provozního napětí a ochrana zdroje proti přepólování. Při správném zapojení se obě LED
rozsvítí za shodné intenzity světla.

7. den / Open Input

Pod 7. dvířky naleznete rezistor 22 MΩ (22 mega ohmů, barvy proužků: červená, červená, modrá).
Tento rezistor bude použit v několika následujících experimentech v oscilačních obvodech.
Rezistor je připojen na vstup OSC1 pouze jedním vývodem a má tak jeden otevřený vstup „open
input“. Celý obvod pak funguje jako náhodný generátor úrovně 1 nebo 0 po stisku tlačítka, podle
čehož se pak i rozsvěcuje LED. Přitom ani nemusí dojít k přímému dotyku prstu spínače.
Obvod se přepne do jiné úrovně i ve chvíli, kdy se prstem pouze přiblížíte na vzdálenost několik
centimetrů od spínače. Lidské tělo a prst poskytují statický náboj a elektrické pole pak působí změny
v přepínání obvodu.

Stav obvodu se změní dotykem prstu. LED se přitom buď rozsvítí nebo zhasne. Při sepnutí obvodu se
obě LED rozsvítí, při vypnutí pak musí obě LED současně zhasnout. Celý obvod nemá vysoké nároky
na spotřebu energie. Přesto může nastat situace za které zůstane obvod trvale deaktivovaný a IC
přesto spotřebovává nepatrné množství energie. Jedná se o stav, při němž vstupní napětí není přesná
0 a ani provozní napětí. Toto napětí je na hodnotě někde mezi těmito dvěma hodnotami. Po dobu, kdy
je vstup obvodu aktivovaný, je možné upravovat jas LED, přičemž LED budou blikat. Jas je redukován
díky tomu, že lidské tělo pak v jednotlivých krocích odvádí malý střídavý proud běžné elektrické sítě
s frekvencí 50 Hz.

8. den / Feedback

Za dvířky č. 8 naleznete rezistor 10 kΩ (barvy proužků: hnědá, černá, oranžová), který bude plnit roli
ochranného rezistoru na vstupu do IC. Rezistor 22 MΩ spojuje druhý výstup oscilačního obvodu.
LED v tomto případě bude svítit nebo bude zhasnutá. Tento stav bude zcela nepředvídatelný.
Doba trvání aktuálního stavu pak bude mít náhodnou délku. Stav je možné měnit připojením 3 vývodů
na vstupu k pozitivnímu nebo k negativnímu pólu. Navíc se vám může podařit rozsvítit nebo zhasnout
LED jednoduchým stiskem rezistoru pomocí prstu nebo kusu odizolovaného vodiče, který budete držet
mezi prsty.

V tomto obvodu jsou umístěny 2 invertory do série. Do úrovně 0 na vstupu se obvod přepne po první
změně stavu a zpět do úrovně 0 po druhé změně. Jedná se o zpětnou vazbu, při které je úroveň
0 udržována jako vstupní hodnota. Pakliže se obvod přepne do určitého stavu, nebude v aktuálním
stavu přetrvávat i nadále a přepne se do opačného stavu. K tomu vždy slouží jen velmi krátký impuls,
ke kterému dochází po dotyku prstu a přenosu elektrického náboje. Tento obvod je také nazýván
„Trigger circuit“ nebo „Flip-Flop“. Jedná se navíc o obvod s digitální pamětí o velikosti 1 bitu.
Pakliže odstraníte LED (na obrázku vpravo) na výstupu OSC3 z obvodu, dojde k tomu, že obvod
nebude prakticky napájen pro jeden ze stavů. Druhá LED tak zůstane trvale deaktivována.
Proud může obvodem protékat po jeho sepnutí a přitom se i rozsvítí LED.

9. den / LED blikač

Za dalšími dvířky naleznete keramický kondenzátor s kapacitou 100 nF. Označení 104 tak představuje
hodnotu 100000 pF (piko faradů) a tedy 100 nF (nano faradů). Pomocí kondenzátoru vytvoříte
oscilátor, který automaticky přepíná stav v obvodu. Výsledkem bude slabé blikání LED. Negativní
zpětnou vazbu v tomto případě vytváří vysoko-impedanční rezistor 22 MΩ umístěný mezi OSC1
a OSC2. Rezistor 10 kΩ zapojený v sérii s kondenzátorem 100 nF tvoří zpětnou vazbu. Rychlost
přepínání obvodu závisí na hodnotě použitého kondenzátoru (v tomto případě 100 nF) a rezistoru
(22 MΩ). Oba uvedené komponenty mají časovou konstantu 0,1 µF * 22 MΩ = 2,2 s. Ve skutečnosti
však oba stavy obvodu přetrvávají po dobu 2 sekund. Během jedné minuty tak obvod zaznamená
přibližnou změnu 15x rozsvícení a 15x zhasnutí LED. Pakliže se prstem dotknete obou vývodů
rezistoru 22 MΩ, dojde k vytvoření paralelního odporu lidského těla o hodnotě přibližně 1 MΩ
(mega ohm) a tím i redukci časové konstanty. Čím pevněji se rezistoru budete dotýkat, tím rychleji
bude LED blikat. Na ochranné LED pak můžete spatřit průtok proudu ještě před samotným přepnutím
obvodu do opačného stavu. K tomu dochází díky malému napětí trvale přítomnému na vstupu obvodu.
Pakliže odstraníte z obvodu LED (na obrázku vpravo), můžete i přesto sledovat pravidelný nárůst
proudu.