Jste zde

C.A401 a astabilní klopný obvod s 555

Můj bývalý kolega se po listopadu pustil do prodeje měřicích přístrojů. Ptal jsem se ho jednou, proč je Chauvin Arnoux tak drahá značka. Vzal pogumovaný multimetr a jak v Pelíškách vší silou s nim mlaskl o zem. Zanechalo to ve mně hluboký dojem a jakmile se podobný objevil v bazaru, koupil jsem si ho a slouží i po čtvrt století spolehlivě dodnes.

Rád nakupuji na netu hračky stylem: “Nekupte to, když je to tak levný“. Většinou to vyjde, ale někdy přijde hromádka střepů a někdy i cihlička do elektroodpadu. Za desetinu aktuální ceny se v inzerci objevil analogový AC/DC ampérmetr C.A401 pro měření v laboratořích a školách s magnetoelektrickým ústrojím. A tentokrát to nedopadlo. Magnetoelektrická soustava měří průměrnou, tzv. střední hodnotu proudu a s usměrňovačem se používá i pro měření střídavých veličin. Předpokládá se dostatečně vysoký kmitočet, aby to hmotnost otočné cívky s ručičkou vyfiltrovala. Vlastně je to taková mechanická dolní propust. Problém je, že střední a efektivní hodnota se liší. Takže přístroj měří střední, ale střídavá stupnice je přepočítaná na efektivní hodnotu. Ale přepočet platí pro sinus a u ostatních tvarů signálů to měří chybně.

Bohužel levně koupený ampérmetr ukazuje úplné nesmysly, ale aspoň to byl důvod podívat se do útrob přístroje. Typický pach elektrospáleniny naznačil, že v pořádku nebude. Vypadá to, že je vyhořelý přepínač rozsahů. A protože ten bývá realizován na plošném spoji, opravit se to asi rozumně nedá. V pořádku je jen maximální rozsah 10A. A navíc to vypadá, že už se v tom někdo vrtal. A proč o tom píši? Nějak jsem si představoval pod dojmem třicet let starého zážitku s demonstrací odolnosti profesionálního multimetru, že školní ampérmetr Chauvin Arnoux bude mít vnitřek nějaký úplně jiný.

A teď k astabilnímu klopnému obvodu s časovačem 555. Kondenzátor se vybíjí ze 2/3 na 1/3, takže vlastně na polovinu. Tomu odpovídá po vyjádření času z rovnice u = Umax*e^(-t/RC) doba t = RCln2. A z pohledu na symetrii dějů podle vodorovné osy tak i nabíjení z 1/3 na 2/3 bude trvat stejně dlouho, tj, časová konstanta krát přirozený logaritmus dvou (ln2=0,69). Skutečnost, že nabíjení je přes 2 odpory a vybíjení přes jeden se řeší tím, že společný odpor je mnohem větší, aby mezera a impuls byly přibližně stejně dlouhé. Dá se to ošetřit i diodovou výhybkou anebo změnou napětí na uzlu děliče (vstup CONT).

Mně se ale kdysi moc líbila varianta AKO s 555, která byla v programu EWB5. Multisim už ji nemá, tam je uvedena klasická varianta multivibrátoru. Modifikace spočívala v tom, že kondenzátor se nabíjel z výstupu. Protože, když je na výstupu log1, tak je výstup připojen na napájecí napětí. A když je na nule, tak se výstup připojí na zem. Nabíjení a vybíjení tedy probíhalo přes stejný odpor a trvalo stejně dlouho. Problém ztráty výstupu se vyřešil doplněním vybíjecího vstupu (otevřený kolektor) odporem, případně tranzisor už mohl spínat přímo nějaké světýlko.

Pro znázornění funkce jsem si upravil v programu Malování starou kresbičku robotického skřítka hlídajícího podle vodoznaku výšku hladiny v kotli parní lokomotivy a přehazujícího podle potřeby ventily tak, aby hladina kolísala mezi 1/3 a 2/3 maxima. Kdyby místo R1 byla žárovečka, mohla by blikat a proti klasickému řešení by se jeden odpor ušetřil.

Zapojení by se dalo degradovat i na variantu relaxační generátor s diakem. Vybíjecí tranzistor by mohl bleskově kondenzátor spláchnout. Průběh připomíná pilu. K dokonalosti ale chybí lineární napouštění kondenzátoru. V simulačním programu to není žádný problém, protože ideální zdroje proudu obsahuje.

Tohle je princip, který jsem kdysi viděl v Amatérském rádiu, kde to autor použil jako časovou základnu jednoduchého osciloskopu. Zdrojem proudu se nabíjí lineárně kondenzátor na 2/3 napájecího napětí. Současně se z výstupu nabije pomocný zpožďovací kondenzátor. Jakmile hlavní kondenzátor dosáhne 2/3 je zkratován vybíjecím tranzistorem. Jeho vybití na nulu zajistí prodleva potřebná k poklesu napětí pomocného kondenzátoru na 1/3. Vznikne tak mezi jednotlivými zuby pily mezera. Její délka se v původním zapojení ještě ovládala synchronizací od vstupního signálu (level u osciloskopu). V Multisimu zůstala možnost posouvání zaznamenaného průběhu v osciloskopu a také barvení jednotlivých uzlů.

Zdroj (stabilizátor) proudu lze snadno zrealizovat. Na červené ledce je asi 1,6V, na PN přechodu tranzistoru asi 0,6V (bývá víc) a tak na odpor R1 podle druhého Kirchhoffova zákona zbude 1V. A podle Ohmova zákona tedy poteče 1mA. Navíc je to stabilizováno zápornou vazbou. Při nabíjení kondenzátoru bude tendence k poklesu proudu. Tím se zmenší úbytek napětí na R1 a protože napětí na ledce se nemění, zbude víc na přechod báze-emitor. A tranzistor „přidá páru“, neboli se více otevře a dorovná proud na konstantní úroveň. Je to jednoduché a dokonalé řešení proudového zdroje.

A myšák dodává, že když ampérmetr neměří proud, může ještě pořád měřit sílu větru.

Přílohy: 
PřílohaVelikost
Package icon tsc-ms14-files.zip584.86 KB
Hodnocení článku: