C E
2
Előszó
Már néhány éve létezik az elektronikus adventi kalendárium 24 kísérlettel Advent 24 decemberi
napjára. Ebben az évben a témája az érzékelők. Meglepődhet ettől. Gyakran nagyon egyszerű
kapcsolásokkal meglepő eredmények érhetők el. Ezek új tapasztalatokat hoznak, és sok élvezetet
nyújtanak.
Az elektronikus adventi naptár ideális szülők és gyerekeik közös kísérletezésére. Minden kényszer
nélkül elsajátítják közben az alapvető ismereteket. A 14 év alatti gyerekek csak felnőtt felügyelete
mellett kísérletezhetnek. Vigyázzanak gyerekeik biztonságára, amikor a szerszámokkal és az
alkatrészekkel ügyködnek. Csak 24 V alatti veszélytelen feszültséggel dolgozzanak. Világosítsák fel
gyerekeiket a lehetséges veszélyekre.
Sok kísérlet ugyan egyszerűen van felépítve, azonban nem feltétlenül könnyű megérteni. A legtöbbször
előbb lehetőleg egyszerűen leírjuk a felépítést és a működést. Ez elég arra, hogy a kísérletet sikerüljön
elvégezni. Csak az olvasson tovább, aki még jobban meg akarja ismerni, és a műszaki hátteret tömör
formában kapja meg. Sok kicsi és nagy változatra van lehetőség. Esetleg talál pár új kapcsolást a
további kísérletezéshez. Engedje szabadon szárnyalni a fantáziáját!
Boldog és kreatív karácsonyt kívánunk!
3
Valamennyi kísérlet áttekintése:
1 Zöld fényű LED ................................................................................................. 4
2 Áram érintésre .................................................................................................4
3 Stabil csatlakozás .............................................................................................5
4 Kapcsolóérintkezők ..........................................................................................5
5 Több ellenállás 6
6 Dőlés- és mozgásérzékelő 6
7 Rázkódásérzékelő .............................................................................................7
8 Tranzisztor-kapcsoló.........................................................................................7
9 Riasztókészülék ................................................................................................8
10 Érintéskapcsoló ................................................................................................8
11 Fényérzékelő ....................................................................................................9
12 Érzékelő-fényszabályzó ....................................................................................9
13 Hőmérsékletérzékelő ..................................................................................... 10
14 Kétszeres hőmérsékletérzékelő ...................................................................... 10
15 Elektromos tér érzékelő ................................................................................. 11
16 Elektrosztatikus mozgásjelző .......................................................................... 11
17 LED-es hőmérő ............................................................................................... 12
18 Hőmérsékletkapcsoló ..................................................................................... 12
19 Villogó hőmérsékletkijelző ............................................................................. 13
20 A 25-fokos hőmérő ......................................................................................... 13
21 Hazugságvizsgáló ............................................................................................ 14
22 Elektroszmog-érzékelő ................................................................................... 15
23 Szikraérzékelő ................................................................................................ 16
24 A sokérzékelős gyertya ................................................................................... 17
Függelék: Az alkatrészek ................................................................................. 18
4
2. 2.
1. 1. nap
1 Zöld fényű LED
Nyissa ki az első ajtócskát, és vegyen ki mögüle egy különleges alkatrészt: egy zöldfényű LED-et belső
előtétellenállással. A LED tokja rövidebb más LED-ekkel összehasonlítva. Így nem cserélheti össze más
alkatrészekkel. Egy normális LED-et tudvalevőleg nem szabad előtétellenállás nélkül egy elemre
csatlakoztatni. De itt már be van építve az ellenállás. Egy kis tömbként ül a pozitív kivezetésen, míg a
LED-kristály a kehely alakú negatív kivezetésen van.
A pozitív kivezetést anódnak (A) is hívjuk, míg a negatív kivezetést katódnak (K). A LED-toknak
széles alsó pereme van, a katód oldalán egy lecsapással. Ezenkívül a katódkivezetés rövidebb, mint
az anódkivezetés. Így több megkülönböztetési lehetősége van a LED két pólusát illetően. A helyes
működéshez fontos, hogy a katódkivezetés az elem negatív pólusával legyen összekötve, míg az
anódkivezetés a pozitív pólusával. A LED úgy működik, mint egy elektromos szelep, amely az áramot
csak az egyik irányban engedi folyni. És áram nélkül természetesen nincs fény.
Tartsa közvetlenül hozzá a LED-et az elem kapcsaihoz. Fényesen világítani kezd. Vigyázat, ne nézzen
bele a világító LED-be közvetlen közelről. 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. Ezenkívül a rövidzárak le is rövidítik az elem élettartamát.
Az elektronikus áramköröket kapcsolási rajzokkal lehet áttekinthetően ábrázolni. Az egyes alkatrészeket
speciális szimbólumokkal jelzik. A LED anódját háromszög, katódját egyenes vonás mutatja. Ez az áram
irányára utal. A fénykibocsátást két kifelé mutató rövid nyíl jelzi. Az ellenállást egy téglalap jelöli. Az
ellenállások határozott értékkel rendelkeznek: A LED-be beépített ellenállás értéke 1000 Ohm = 1
Kiloohm (1 kΩ, a kapcsolási rajzban röviden 1 k). Bár a két alkatrész ugyanabba a tokba van beépítve, a
kapcsolási rajzban önálló alkatrészekként vannak ábrázolva.
A kapcsolási rajzon soros kapcsolás látható. Az áram átfolyik az elemen, a LED-en, és az ellenálláson.
Az ellenállás feladata az áram korlátozása egy elfogadható értékre. Minél nagyobb az ellenállás, annál
kisebb az áram.
Vigyázat! Egy normál LED-et nem szabad közvetlenül rátenni az áramforrásra, hanem mindig csak
egy ellenálláson keresztül. A soros ellenállás nélkül a LED-et a túl nagy áram tönkreteheti. Ebbe a
speciális LED-be már be van építve az ellenállás, csak emiatt engedélyezett a közvetlen
csatlakoztatás. Hogy kizárják az alkatrészek összetévesztését, a beépített ellenállást tartalmazó LED
tokjának különleges alakot adtak. Ez a tok lényegesen rövidebb, mint egy szabvány LED-é.
2 Áram érintésre
A második ajtócska egy elemcsatot rejt a 9 V-os elem számára. Építse meg az első nap kísérletét egy
kissé másképp. Használja az elemcsatot, és vegye figyelembe, hogy a fekete csatlakozóvezeték a
negatív pólus, míg a piros a pozitív pólus. Gondosan kerülje el a rövidzárt, azaz a piros vezeték
közvetlen összeérintését a feketével. Bizonyos ügyességet igényel, hogy egyszerre érintse meg a két
érintkezési helyet. A LED-et most teszés szerint bekapcsolhatja vagy kikapcsolhatja.
Tartsa hozzá a LED katódkivezetését közvetlenül az elem fekete vezetékéhez, és érintse meg
ugyanakkor az anódkivezetését az ujjával. A LED nagyon halványan világítani fog. A kísérlethez jól be
kell sötétenie a szobát, és hozzá kell szoktatnia a szemét a halvány fényhez. Ekkor nagyon jól láthatja a
fényt. Az ujjal történő érintés hatására egy kis áram folyik, ami kigyújtja a LED fényét.
A kapcsolási rajzon látja az áramkör megszakítási helyét, amelyet az ujjával át kell hidalnia. Az ujja
ellenállásként szerepel, ez az ellenállás azonban mintegy ezerszer nagyobb, mint a LED-be beépített
ellenállás. Ennek megfelelően a LED fénye is mintegy ezerszer gyengébb. A fényesség a bőr
nedvességétől és a fémérintkezőre gyakorolt nyomástól függ. Ha az ujját kissé megnedvesíti, a LED
fényesebben világít. A kísérlet azt mutatja be, hogy milyen egyszerű az érintésérzékelő felépítése.
Később a kalendáriumban ismét elővesszük ezt az elvet, és javítunk egyet rajta.
5
3 Stabil csatlakozás
A harmadik ajtócska mögött egy kis dugaszolókártya van. Általa leegyszerűsödik még a viszonylag
összetett kapcsolások felépítése is. A dugaszoló felület középső részén 230 érintkező van, 5-5
érintkezős függőleges vezető fóliasávokkal összekötve. Az alkatrészek beültetéséhez viszonylag nagy
erő kell. A kivezetések ekkor könnyen megtörnek. Fontos, hogy a huzalokat pontosan felülről vezesse
be. Ehhez egy csipeszt vagy egy kis fogót lehet használni. A kivezetést lehetőleg röviddel a
dugaszkártya fölött fogja meg, és függőlegesen nyomja lefelé. Így érzékenyebb csatlakozóvezetékek, pl.
az elemcsatnál az ónozott vég, törés nélkül beültethetők. Ha már mindent helyesen összekötött,
kigyullad a LED a dugaszolókártyán.
3. 3. nap
4 Kapcsolóérintkezők
A 4. ajtócska mögül egy piros szigetelésű rézhuzal kerül elő. A huzallal egyszerű kapcsoló is készíthető.
A kapcsoló két csupasz vezetékdarabból áll, amelyek az ujjával való megnyomáskor érintkeznek.
Vágjon le ehhez egy csípőfogóval, vagy kényszerűségből egy régi ollóval 2 cm hosszúságú
huzaldarabokat, és távolítsa el róluk a szigetelést.
Hogy kímélje az elemcsat puha csatlakozóvezetékeit, építsen be még egy rövid huzaldarabot
tehermentesítőül. Az elemcsat maradjon mindig bekötve a csatlakozások igénybevételének a
csökkentésére.
Vágjon le kb. 2 cm-es huzaldarabot, és a végein távolítsa el a szigetelést kb. 7 mm hosszúságban. A
csupaszoláshoz hasznos lehet, ha a szigetelést éles késsel körkörösen bemetszi. Figyelem: Ennek
során maga a vezeték ne sérüljön meg, mert a megsértett helyen könnyebben törik. Úgy hajlítsa meg a
kapcsolóhuzalokat, hogy éppen ne érjenek egymáshoz.
Egy kis ujjnyomással legyen zárható a kapcsoló, úgyhogy a LED világítson.
Egy változatként úgy is kialakítható a kapcsoló, hogy normál állapotában zárva legyen. A kapcsolóval egy
betörésérzékelő is megvalósítható. Dugjon be az érintkezők közé egy papírdarabkát, amelyet egy fonállal
rögzítsen. A fonalat rögzítse még egy ajtóhoz vagy ablakhoz. Ha egy tolvaj (vagy egy családtag) kihúzná
a papírt a kapcsolóból anélkül, hogy észrevenné, az áramkör záródik.
4. 4. nap
6
5. 5. nap
5 Több ellenállás
Az ötödik ajtócska mögött egy ellenállás vár alkalmazásra. Az ellenállások színes gyűrűkkel vannak
jelölve. A barna (1), a fekete (0), a narancs (000) jelöli a 10.000 ohmot, azaz a 10 kiloohmot (10 kΩ).
Majd egy aranyszínű gyűrű következik, amely az 5 %-os pontossági osztályt jelöli. A nagyobb ellenállás
észrevehetően csökkenti a LED áramát. A kisebb áram a LED kisebb fényességével jár együtt, és
ugyanakkor megnöveli az elem üzemélettartamát. A LED nagy hatásfoka eredményeként a fény még
sok alkalmazásra elegendő. Győződjön meg saját maga erről.
Összesen csak egy 11 k-os ellenállás hat Ω. Ha most 2 V-os LED-feszültségből indulunk ki, még 7 V jut
az ellenállásokra, és kb. 0,65 mA áram folyik. Egy 9 V-os elem kapacitása általában 500 mAó, és ez
több mint egy hónapig tud áramot szolgáltatni. Figyeljen a kísérleteknél arra, hogy
az elemet lehetőleg kevéssé terhelje, hogy ennek a kísérletnek a végéig és lehetőleg még a további
kísérletekhez is alkalmazható legyen.
6. 6. nap
6 Dőlés- és mozgásérzékelő
A 6. ajtócska mögött található ennek a kalendáriumnak az egyik legfontosabb érzékelője, a
dőlésérzékelő. Egy olyan kapcsolóérintkezőből áll, amelyet függőleges helyzetében egy kis fémgolyó
zárva tart. Ha megfordítja az érzékelőt, a golyó kiesik az érintkezőből, és az áramkör kinyílik. Erős
rázkódáskor a golyó ugrál, az érintkező váltakozva kinyílik és záródik. Hallható is a golyó mozgása.
Építse be a dőlésérzékelőt az áramkörbe. Vizsgálja meg a működését a dugaszolókártya lassú
megdöntésével. Majd mozgassa gyorsan fel és le a kártyát. A LED villog.
7
7 Rázkódásérzékelő
Nyissa ki a kalendárium hetedik ajtócskáját, és vegye ki a piros LED-et. Vigyázat, a normál LED-eket
nem szabad előtétellenállás nélkül rátenni az elemre, mert maximum 20 mA áramot bírnak el. Készítsen
egy soros kapcsolást a piros LED-ből és a belső előtétellenállásos zöld LED-ből, valamint a 10 kΩ-os
kiegészítő előtétellenállásból. A dőlésérzékelőnek a zöld LED-et kell áthidalnia. Normál állapotban az
áram a zöld LED mellett vezetődik el. Azt is mondhatjuk, hogy a zöld LED rövidre van zárva. A rövidzár
ebben a esetben azonban nem hiba, mivel az áram a kapcsolás más helyén korlátozva van. Tehát csak a
piros LED világít, amíg a zöld nem.
Kopogtassa most meg az asztalt. A golyó ettől egy kicsit ugrál a dőlésérzékelőben, és pillanatokra
megszakad az érintkezés. A zöld LED felvillan. Vizsgálja meg az esetet különböző felületeken és
felállítási helyeken. Fel tudja úgy állítani az érzékelőt, hogy észlelje, hogy egy személy közeledik?
7. nap
8 Tranzisztor-kapcsoló
A nyolcadik ajtócska mögül egy három kivezetéssel bíró alkatrész kerül elő, ez a BC547C típusú
tranzisztor. A kivezetések neve bázis (B), emitter (E) és kollektor (C). A bázis-kivezetés a középső, az
emitter-kivezetés jobbra van, ha a tranzisztort a feliratozott lapos oldal felől nézi, míg a kollektor a
baloldalon van. Építse be úgy a tranzisztort az áramkörbe, hogy kapcsolni tudja a zöld LED-et. A 10 kos
ellenállásΩ gondoskodik a megfelelő bázisáramról. Az S huzalhurok azonban rövidre zárja a bázist és az emittert, és így
elvezeti a bázisáramot, a LED nem világít. Ha azonban megszakítja ezt az áthidalást, a tranzisztor
bekapcsolja a LED-et. Kössön egy vékony fonalat a huzaláthidalóra, amelynek a másik végét kösse egy
ajtólaphoz. Az ajtó kinyitása kihúzza a huzaláthidalót, és ezáltal riasztás kelt.
A tranzisztor egy áramerősítő. Ha egy kis bázisáram folyik, hatására sokszorta nagyobb kollektoráram
fog folyni. A tranzisztor kapcsolóként használható. A kollektor és az emitter között vezető kapcsolat jön
létre, ha áram folyik a bázison át. De az áramiránynak stimmelnie kell. Az itt alkalmazott NPN-tranzisztor
esetében az emitternek az elem negatív pólusával kell kapcsolatban lennie.
8
9. 9. nap
9 Riasztókészülék
A 9. ajtó mögül egy további ellenállás kerül elő. Értéke 82 kΩ (szürke, piros, narancsszín). Építse be az
eddig alkalmazott 10 kΩ-os ellenállás helyére a bázisáramkörbe. Ezenkívül van még egy főkapcsolója is
az N dőléskapcsoló képében. Csak a tulajdonos tudja, hogyan lehet kikapcsolni a riasztókészüléket,
éspedig a dőléskapcsoló megfordítása által.
A javított riasztókészülék ugyanúgy működik, mint előzőleg, csupán kisebb hurokárammal. Az
érzékelőkapcsolás ennek következtében nagyon hosszú ideig működtethető egy elemről. Aktív
állapotban mintegy 0,1 mA érzékelőáram folyik. Ha 500 mAó az elem kapacitása, a riasztókészüléket
5000 óráig, azaz több mint fél évig használhatja vele.
10. 10. nap
10 Érintőkapcsoló
A tizedik ajtócska mögött egy további BC547C tranzisztor lapul. Két tranzisztorral még nagyobb erősítés
érhető el, mivel az első tranzisztor által már felerősített áramot erősíti tovább a második tranzisztor. Most
már az ujjunkon átfolyó csekélyke áram is elegendő a LED teljes bekapcsolásához. Építsen be ehhez
két csupasz huzalt a kapcsolásba. A két huzal megérintésére kigyullad a LED.
Ezt a kapcsolást a feltalálójáról Darlington-kapcsolásnak hívják. A BC547C tranzisztor áramerősítési
tényezője mintegy 500. A két tranzisztor együtt 250.000-szeres áramerősítést ad ki. Emiatt elég a
jócskán egy mikroamper alatti érzékelőáram arra, hogy teljesen bekapcsolja a LED-et.
9
11 Fényérzékelő
Nyissa ki a 11. fiókot. Egy 1 kΩ -os (barna, fekete, piros) ellenállás kerül elő. A piros LED-et ezúttal nem
fényforrásként, hanem fényérzékelőként alkalmazza. Záróirányban kell bépíteni, katódját a pozitív
pólusra kötve. Normál esetben ilyenkor nem folyik áram. Ha azonban erős fény esik a LED-re, a dióda
egy csekély vezetőképességre tesz szert, és egy kis áram folyik. Ezt az áramot a tranzisztorok
felerősítik, és kigyújtják vele a zöld LED-et. Állítsa a kísérleti összeállítását egy fényforrás alá. A zöld
LED világít. Árnyékolja le most a piros LED-et, ebben az esetben a zöld LED elhalványul vagy akár
teljesen kialszik. Vizsgálja a fényérzékelőt különböző fényviszonyok mellett. Viszonylag gyenge fény
mellett is érzékelhető még a reakció.
Ebben a kapcsolásban a piros LED fotodiódaként működik. Erős fény mellett néhány nanoamper
értékű kis áram folyik. A Darlington-kapcsolás gondoskodik a kellő erősítésről. A bázison lévő 1 kΩ-os
ellenállás védőellenállásul szolgál arra az esetre, ha a piros LED-et véletlenül fordítva ültetné be.
12 Érzékelő-fényszabályzó
A tizenkettedik ajtócska mögött egy új alkatrész várakozik bevetésre. Egy 100 nanofarad (100 nF,
feliratozás 104) kapacitású kerámia tárcsakondenzátorról van szó. Építse be a kondenzátort a
Darlington-kapcsolásba, amelybe pótlólag még két, lecsupaszított huzalból álló érintésérzékelő is
beépítésre kerül.
Ha a felső érintkezőt röviden megérinti az ujjával, megnövelheti a LED fényerejét, míg az alsó
megérintésével lecsökkentheti. Ha nem érinti meg egyik érzékelőérintkezőt sem, a fényerő hosszú ideig
úgyszólván változatlan marad. A kondenzátor ugyanis feltöltődött egy közepes feszültségre, és most
szállítani tudja a tranzisztorok vezérléséhez szükséges áramot. Csak több perc elteltével halványodik el
észrevehetően a LED fénye.
Egy kondenzátor két fémfóliából, és a köztük lévő szigetelőből áll. Elektromos töltéstárolóként működik.
Egy akkumulátorhoz képest persze csak nagyon kevés töltést tárol. A kondenzátor kapacitását faradban (F) mérjük. 1 F nagyon nagy kapacitás. A legtöbb kondenzátor kapacitása csak néhány mikrofarad
(µF), nanofarad (nF) vagy pikofarad (pF). A 104 jelölés 100.000-et jelent, mivel 100 nF 100.000 pF-nak
felel meg.
10
13
Hőmérsékletérzékelő
A 13. rekeszben egy 1 MΩ (1 megohm, barna, fekete, zöld) értékű ellenállást talál. A kondenzátort most
az elem pozitív pólusára kell csatlakoztatni. A kondenzátor az 1 MΩ -os ellenálláson keresztül
feltöltődik, és szállítja a Darlington-kapcsolás vezérléséhez szükséges áramot. A LED néhány
másodpercig teljes fényerővel világít, majd elhalványodik. Majd egy-két percig kisebb, de megközelítőleg
állandó fénnyel világít tovább.
A kondenzátor ezenkívül még hatékony hőmérsékletérzékelő. Ha egy kissé megérinti az ujjával,
felmelegszik. A LED sötétebbé válik. Vegye le az ujját, a kondenzátor lehűl, és a LED újból
fényesebben világít. Még akkor is észlelhet változást, ha az ujját néhány milliméter távolságra tartja. A
hősugárzás ekkor elég egy minimális hőmérsékletváltozáshoz.
Ez a viselkedés jellemző némelyik kerámiakondenzátorra, és az alkalmazott alapanyagtól függ. Növekvő
hőmérséklettel csökken a kapacitás. Azonos töltöttség mellett megnő ekkor a kondenzátor feszültsége,
ami ebben a kapcsolásban azt eredményezi, hogy kisebb lesz a bázisáram. A kísérlet szemléletesen
mutatja az infravörös-mozgásjelzők működését, amelyekben ugyanezek a folyamatok zajlanak, amelyek
még sokkal jobb erősítőkkel
kiaknázhatók. A
kondenzátor ezenkívül
még egy rendkívül nagy
ellenálláshoz hasonlóan
is viselkedik.
Valójában ez a
kondenzátor belsejében
végbemenő komplex
folyamat, a
dielektromos
remanencia
következménye. Ha a
LED néhány perc
múlva túl gyengén
világít, kiveheti a
helyéről a
kondenzátort, és
fordítva rakhatja vissza.
Ezzel minden elölről
kezdődik.
14. nap
14 Kétszeres hőmérsékletérzékelő
A 14. ajtócska mögött egy további 100 nF-os kondenzátor (jelölése 104) van. Vele egy második
hőmérsékletérzékelő építhető be a kapcsolásba. A két érzékelő viselkedése különböző. A felső
kondenzátor felmelegedésekor a LED halványabban világít. Az alsó kondenzátor felmelegedésekor
azonban a fényereje nő. A két érzékelő váltogatott érintése következtében a LED fényessége hol
megnő, hol lecsökken. Ebben a kapcsolásban a piros LED nemcsak szépen néz ki, hanem fontos
szerepe is van, éspedig megemeli a kapcsolás bemenetén lévő feszültséget. Az alsó kondenzátor
ugyanis csak akkor működhet hőmérsékletérzékelőként, ha nincs túl kicsi feszültség rajta. Itt ismét áll
az, hogy a kapcsolás néhány másodperces teljes fényerő után mintegy egy-két percig közepes,
vezérelhető LED-áramot szállít. Ez idő alatt a LED fényerejét hőmérsékletváltozás vezérelheti. Ha a
LED-ek túl halványan világítanak, a felső kondenzátort az ujjával rövid ideig megérintve kissé kisütheti,
és ezzel az áramot megint megnövelheti.
11
15 Elektromos tér érzékelő
A 15. ajtócska mögött egy további 30 cm hosszúságú huzaldarabot talál, amelyet elektromos tér
észlelésére lehet alkalmazni. Alapul ismét a Darlington-kapcsolás szolgál. Tartsa a kezét az antenna
közelébe, és mozgassa a cipőjét egy szigetelő tulajdonságú padlón, pl. szőnyegpadlón vagy laminált
padlón. A LED a mozgás ütemében villog. Közvetlen érintkezés nélkül működik a dolog az
antennahuzalban az elektronokra ható, azokat vonzó vagy taszító elektromos erők által. Ezt a folyamatot
elektromos influenciának is hívják. Amennyiben a LED mindig egy kicsit világít, többnyire a váltóáramú
elektromos terek az okozói, amelyek kábelekből indulnak ki. Majd hajtsa össze az antennenhuzalt egy
rövidebbb antennává.
Elektromos vezetékek közelében váltóáramú elektromos terek vannak, amelyek látszólag annak az
okozói, hogy a LED állandóan világít. Valójában azonban a LED másodpercenként 50-szer kapcsolódik
be és ki. Ezt a szemünk gyors mozgásakor vesszük észre. Tartsa közel az antennát egy lámpa
vezetékéhez. Így le tudja tesztelni, hogy a vezeték be van-e dugva a konnektorba. Még falban lévő
vezetékeket is meg lehet találni ezzel a kapcsolással.
15. nap
16 Elektrosztatikus mozgásjelző
Egy harmadik tranzisztort talál a 16. rekeszben. Vele még egyszer nagy mértékben megnövelheti az
erősítést. Ezáltal az elektromos tér érzékelő annyira érzékennyé válik, hogy még a tőle nagyobb
távolságban, egy-két méterre levő személy mozgását is érzékeli. Az érzékelőt ekkor lehetőleg az
elektromos vezetékektől távol helyezze el.
Az, hogy egy személy milyen erősen töltődik fel, a levegő páratartalmától, a padlóburkolat anyagától és a
cipőjétől függ. Különösen télen töltődhet fel a száraz levegő miatt annyira, hogy az fájdalmas
áramütéseket idézhet elő. A sztatikus töltés még elektronikai alkatrészeket is tönkretehet. Az itt
alkalmazott tranzisztorok nem nagyon érzékenyek, úgyhogy jelen esetben nem kell különösebben
óvatosnak lennie.
16. 16. nap
12
15. nap
17. nap
17 LED-hőmérő
Nyissa ki a 17. ajtócskát, és vegyen ki még egy hőmérsékletérzékelőt. Egy hőmérsékletfüggő
ellenállásról van szó, amelynek az értéke 4,7 kΩ 25°C hőmérsékleten. Növekvő hőmérséklettel csökken
az ellenállás értéke. Ezt az alkatrészt NTC-ellenállásnak (Negative Temperature Coefficient) is hívják.
Általa nemcsak a hőmérsékletváltozást lehet felismerni, hanem állandó hőmérsékletet is lehet tartani.
Építse be az NTC-ellenállást egy egyszerű tranzisztoros kapcsolásba. 25°C-os hőmérsékleten nem
világít a LED. Mintegy 20°C-on már annyira megnő az érzékelő ellenállása, hogy a LED fényesen világít.
Ellenőrizheti, hogy jól van-e beállítva egy szoba fűtése. Érintse meg az érzékelőt az ujjával, hogy
felmelegítse, és a LED kialudjon. Elvileg az érzékelőt egyszerűen a LED előtétellenállásaként is lehetne
alkalmazni. Akkor azonban nagyon nagy hőmérsékletváltozásokra lenne szükség az észrevehető
fényességkülönbségek eléréséhez. A tranzisztoros kapcsolás markánsabbá teszi a változást, mivel a
tranzisztor csak a 0,5 V feletti bázisfeszültségnél kezd számottevő mértékben vezetni. Az NTC-érzékelő
a 82 kΩ
érzékelőellenállás esetén 0,5 V-nál kissé alacsonyabb bázisfeszültség adódik ki. Ez túl kevés a
tranzisztor bekapcsolásához. 20°C-on azonban az
NTC-érzékelőnek az ellenállása mintegy 6 kΩ, a bázisfeszültség ekkor már 0,6 V, és a tranzisztor vezet.
értékű ellenállással egy feszültségosztót képez.
9 V elemfeszültség és 4,7 kΩ
A bekapcsolt és a
kikapcsolt állapot között
van egy lágy átmenet.
Az érzékelőellenállás
pontossága 20 %, ami 5
fokos lehetséges
eltérésnek felel meg. A
hőmérsékleti
küszöbérték még az
elemfeszültségtől is
függ.
Ha az elem feszültsége
már csak 7 V, a
bekapcsolási
hőmérséklet kb. 5
fokkal eltolódik lefelé.
18 Hőmérsékletkapcsoló
18.
A 15. rekeszben egy 100 kΩ-os ellenállást (barna, fekete, sárga) talál. Erre akkor van szükség, ha a
kapcsolást egy második tranzisztorral kibővíti. Ekkor megfordul az érzékelő működése. A LED most
magas hőmérséklet mellett világít. Ezenkívül már nincs lágy fényesség-átmenet, hanem a tranzisztorok
hirtelen kapcsolódnak be vagy ki. Mintegy 25°C hőmérsékleten és afölött a LED világít, majd valamivel
alacsonyabb hőmérsékleten hirtelen kialszik. Érintse meg az ujjával az NTC-érzékelőt, hogy a LED
bekapcsolódjon, vagy állítsa a teljes kapcsolást a fűtőtestre.
A hirtelen átkapcsolást az 1 MΩ-os ellenálláson keresztüli visszacsatolás eredményezi. Az ilyen
kapcsolást billenőkörnek vagy flip-flopnak (multivibrátor) is hívják, mivel egy állapot hirtelen átbillen. A
bekapcsolási és a kikapcsolási pont között van egy kis hézag, amit hiszterézisnek is hívnak. Az
érzékelőkapcsolás így hasonlóképp viselkedik, mint a termosztát a vasalóban.
13
19 Villogó hőmérsékletkijelző
Nyissa ki a 19. ajtót, és vegyen ki egy további kondenzátort. Ezúttal egy 22 µF (mikrofarad) értékű
elektrolit kondenzátorról van szó. A kapacitása ezáltal 220-szor nagyobb, mint a már kézben lévő
kerámia tárcsakondenzátoré. Azonban vigyázat, az elektrolit kondenzátor esetében be kell tartani a
megadott beépítési irányt. Van egy pozitív és egy negatív pólusa. A negatív pólust egy feketével kitöltött
lap jelzi a kapcsolási rajzon, míg magán a megvalósított alkatrészen egy fehér vonal.
Ezt az elektrolit kondenzátort egy 10 kΩ-os ellenállással együtt a visszacsatoló láncba kell beépíteni. Az
eredmény az, hogy a zöld LED szűk hőmérséklettartományon belül villog. A tartomány alatt nem világít,
míg felette folyamatosan világít. Addig érintse az érzékelőt az ujjával, amíg a LED el nem kezd villogni.
Próbálja meg az érzékelő enyhe érintése által állandó hőmérsékleten tartani azt, amit az egyenletes
villogásáról lehet felismerni.
19. 19. nap
20 A 25-fokos hőmérő
A 20. rekeszben egy 47 kΩ (sárga, ibolya, narancsszínű) értékű ellenállást talál . Tudatosan
választottunk pontosan tízszer akkora ellenállást, mint amekkora az NTC-ellenállás érzékelőellenállása
25°C-on, mert így ez a kapcsolás összehasonlításra alkalmas. Ezen a hőmérsékleten a két LED azonos
fényességgel világít. Ha jelentősen melegebbé válik a hőmérséklet, a piros LED nagyobb fényerővel
világít, ha alacsonyabbá, akkor a zöld LED világít jobban. Ezt a hőmérőt a fűtési költségekkel való
takarékosságra használhatja, mivel a 20°C körüli hőmérséklet optimális, és a zöld tartományon belül van.
A kapcsolás két feszültségosztót és egy differenciálerősítőt tartalmaz. A közös emitteráram a két
bemenet közötti feszültségkülönbség arányában oszlik meg a tranzisztorok között. 25°C-on a két
feszültségosztón azonos feszültség van, így a LED-áramok is egyformák. Csökkenő hőmérséklettel
növekszik az érzékelő ellenállása, és azzal a baloldali tranzisztor bázisfeszültsége is. Ezáltal a zöld
LED fényesebben világít, a piros LED halványabban. És fordítva, a piros fény sokkal erősebb lesz, ha a
hőmérséklet 25°C fölé nő.
A differenciálerősítő fontos kapcsolás feszültségek pontos meghatározásában, és az úgynevezett
műveleti erősítőkben is alkalmazzák. Itt felismerjük már a kapcsolás egyik előnyét, mivel a működés
messzemenően független a tápfeszültségtől. Még egy nem teljesen új elemmel is mindig a helyes
eredményre jutunk.
20. 20. nap
14
21 Hazugságvizsgáló
A 21. ajtócska mögül egy további 30 cm hosszúságú huzaldarab kerül elő. Ezzel kell most megépítenie
egy hazugságvizsgálót. Két ilyen hosszúságú huzalról fele hosszúságban el kell távolítani a szigetelést.
A két csupasz huzalvéget fel kell csavarni ugyanannak a kéznek a mutatóujjára és gyűrűsujjára. A
huzalok ne legyenek lazán felcsavarva, de ne is olyan szorosan, hogy akadályozzák a vérkeringést. A
kapcsolás az adott személy bőrének a nedvességére fog reagálni. Bizonyos ideig tartó fellazulás után
közepes, állandó LED-fényesség áll be. Ha a vizsgált személy azonban úgy érzi, hogy hazugságon
kapták, fokozódik a vérkeringése, és azzal együtt bőre vezetőképessége. Ekkor fényesebben
világítanak a LED-ek.
A kapcsolás egy egyszerű jelerősítőt képez alacsony alsó határfrekvenciával, amely a
bemenőfeszültség lassú változásait is átviszi. A 22 µF-os csatolókondenzátor nélkül egy csekély LEDáram áll be. A LED-eken átfolyó áramot lényegében a 82 kΩ-os ellenállás és a baloldali tranzisztor
viselkedése határozza meg. A kapcsolást áramtükörnek is szokták nevezni, mivel a két tranzisztor
kollektorárama hasonló. Ezt az egyensúlyt azonban felborítja a bemenőfeszültség változása, a
kimenőáram tehát a bőrellenálástól függően nagyobb vagy kisebb. Egy kiegészítő 100 nF-os
kondenzátor lecsökkenti a felső határfrekvenciát, és a nemkívánatos nagyfrekvenciás rezgések
elnyomásához van rá szükség.
15
22 Elektroszmog-érzékelő
A 22. ajtócska mögött egy további 1 MΩ-os (barna, fekete, zöld) ellenállást talál. Vele építsen meg egy
rendkívül érzékeny, három tranzisztoros erősítőt, amely nagyfrekvenciás vevőként is működik. A
kapcsolás mindenféle váltóáramú elektromos térre reagál, és ezt a két LED többé-kevésbé fényes
világítása igazolja. Tartsa az antennahuzalt hálózati vezetékek közelébe az 50 Hz-es váltóáramú tér
szemléltetése céljából. Az elektromágneses tér más forrásait is fedezze fel, az energiatakarékos
lámpától kezdve a vezeték nélküli telefonig.
A háromfokozatú erősítőben van negatív visszacsatolás, amely beállítja a munkapontot, azaz a közepes
kimenőfeszültségről gondoskodik. A negatív visszacsatolást azonban a 100 nF-os kondenzátor a
magasabb frekvenciákra hatástalanítja, úgyhogy ott a maximális erősítés érvényesülni tud. A felerősített
váltófeszültség az elektrolit kondenzátoron keresztül a két LED-re kerül, amelyek egyúttal egyenirányító
diódaként is funnkcionálnak.
22. 22. nap
16
23. nap
23 Szikraérzékelő
A 23. rekeszben egy sárga LED rejtezik, amelyet a zöld LED-del sorba kapcsolva időkapcsolóként
alkalmazunk. A bekapcsolásához vagy egy impulzusra, vagy egy fényvillanásra van szükség. A
kapcsolásban tehát két érzékelő van, egy antenna az elektromos terek számára, és egy piros LED
fotodiódaként. Az elektromos impulzus előállítására használhat egy elektromos öngyújtót kb. 10 cm
távolságban. Használhat azonban egy egyszerű tűzköves öngyújtót is a LED-ek bekapcsolására, mert az
is erős felvillanást kelt. Néhány másodperc múlva a fény megint kialszik. Vannak még más lehetőségek is
ennek a folyamatnak a kiváltására. Tartsa pl. a kezét az antenna közelébe, és mozgassa a lábait fel és
le. A kapcsolás reagálni fog a keletkező sztatikus töltésre és az ahhoz kapcsolódó elektromos térre.
Az időkapcsoló azon alapszik, hogy a jobboldali tranzisztor bázisárama csak addig folyik, amíg a 22 µFos elektrolit kondenzátor teljesen fel van töltve. Majd a LED-ek a visszacsatolás miatt hirtelen
kikapcsolódnak. Egy billenőkapcsolásról van tehát szó, amely rövid idő után magától ismét
kikapcsolódik (monostabil billenőfokozat/multivibrátor). A baloldali tranzisztor csak nagyon kis
kollektoráramot kap az 1 MΩ-os visszacsatoló-ellenálláson keresztül. Emiatt nagyon kis bázisáram is
elegendő a bemeneten a kapcsolási folyamat elindításához.
17
24 A sokérzékelős gyertya
Az utolsó ajtócska mögött egy 100 kΩ-os ellenállás (barna, fekete, sárga) bújik meg. Ennek a
kalendáriumnak a záró kapcsolása olyan LED-fény, amely különféle módokon kapcsolható be- és ki.
Az előző kapcsolások sok egyszerű érzékelőjét most együttesen alkalmazzuk. A bekapcsoláshoz egy
hőmérsékletérzékelő, egy fényérzékelő és egy elektromos tér érzékelő áll rendelkezésre. A fény
kikapcsolására a
dőlés- ill. rázkódásérzékelőt alkalmazzuk. Érintse meg az NTC-érzékelőt. Ujja hőmérsékletétől függően
mintegy tíz másodpercig vagy kissé tovább tart, amíg a fény bekapcsolódik. A kikapcsoláshoz
egyszerűen csak kopogtassa meg egyszer az asztalt.
Ha túl hosszúnak tartja a fény bekapcsolását a hőmérsékletérzékelő révén, érintse meg rövid ideig az
antenna csupasz végét. Ezzel egy elektromos impulzust vált ki. Vagy működtessen egy villanykapcsolót
vagy egy elektromos öngyújtót. Mindkét esetben egy nagyfrekvenciás impulzust kelt, amelyet az
antenna vesz, és bekacsolja a LED-eket. A legjobban egy elektromos gyújtású öngyújtó válik be,
amelynek az erőteljes fényimpulzusa a LED-fényt már 10 cm távolságból is bekapcsolja.
És végül van még egy fényérzékelőnk egy sárga LED képében. A fényt egy nagyon erős fényű
zseblámpával is bekapcsolhatja. Vagy pedig használjon egy fényképezőgép-vakut. Az asztal vagy a
dugaszolókártya gyenge megkocogtatásával ismét kikapcsolhatja a fényt. Keressen még más és nem
feltűnő módszereket arra, hogy a LED-eket mintegy varázsütésre bekapcsolja és kikapcsolja.
24. nap
18
Függelék: Az alkatrészek
1.
LED, zöld, rövid, beépített előtétellenállásal, 1kΩ
2.
elemcsat
3.
mini-dugaszolókártya
4.
30 cm-es huzal
5.
ellenállás,10 kΩ
6.
dőlésérzékelő
7.
LED, piros
8.
NPN-tranzisztor, BC547C
9.
ellenállás, 82 kΩ
10.
NPN-tranzisztor, BC547C
11.
ellenállás, 1 kΩ
12.
kerámia tárcsakondenzátor, 100 nF
13.
ellenállás,1 MΩ
14.
kerámia tárcsakondenzátor,100 nF
15.
30 cm-es huzal
16.
NPN-tranzisztor, BC547C
17.
NTC-érzékelő, 4,7 kΩ
18.
ellenállás, 100 kΩ
19.
elektrolit kondenzátor, 22 µF
20.
ellenállás, 47 kΩ
21.
30 cm-es huzal
22.
ellenállás,1 MΩ
23.
LED, sárga
24.
ellenállás,100 kΩ
Kedves Vevők!
A Deutsche Bibliothek bejegyzi ezt a kiadványt a Deutsche Nationalbibliografie
-
ba;
részletes adatokat az interneten a http://dnb.
ddb.de web
-
oldalon találhat.
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 kapcsolásokat,
ahogyan az útmutatóban le van írva. A terméket csak ezzel az 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 lennie. A LED-eket az útmutatóban megadott módon használja, de nagyobb
áramfelvétellel ne.
© 2012 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Alle 2, 85540 Haar bei München
Minden jog fenntartva, a fotómechanikus lejátszásé és az elektronikus médiákon történő tárolásé is. Másolatok előállítása és sokszorosítása papíron, adathordozón vagy az
interneten, különösen PDF-fájlként, csak a kiadó írásos engedélyével lehetséges, 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.
A Deutsche Bibliothek (Német [Digitális] Könyvtár) bibliográfiai információja
Loading...