Elektroniikkapaja – Osa5

Viides elektroniikkapaja on takana ja ohjelmana oli mm. kertaus tähän mennessä opittuja komponentteja ja niiden piirrosmerkkejä. Aikaisemmista blogipostauksista voi lukea näistä komponenteista  : diodi ja kondensaattori, transistoriLED sekä vastus. Lisää piirrosmerkintöjä löytyy esimerkiksi Kari Huhtaman kotisivuilta.

Rakentelua ja kokeilua

Tutustuimme kahden sarjaan kytketyn vastuksen muodostaman jännitteenjakajan käyttöön sekä potentiometriin. Potentiometri, tuttavallisemmin ”potikka”, on säädettävän vastus. Potentiometrejä käytetään usein laitteiden asetuksien säätämiseen, joista mututuntumalla sanoisin että äänenvoimakkuus on yleisin.

Tutustuimme myös oskilloskooppiin, joita oli nähtävillä kaksi erilaista. Vanha analoginen katodisädeputkioskilloskooppi on malliltaan Trio CO-1303, vuodelta 1980. Laite on edelleen toimiva joskin modernit digitaaliset oskiloskoopit saattavat olla monella tapaa järkevämpiä nykyaikana. Toinen oskiloskoopeista olikin rakennussarjasta yhdelle piirilevylle koottu digitaalioskilloskooppi, jota käytettiin illan aikana kokeiluissamme.

Mukana oli myös LS-TTL -piiristä rakennettu pulssigeneraattori. Sillä tuotettiin kantti- eli sakara-aaltoa (suorakaideaalto), jota tarkasteltiin oskilloskoopilla. Generaattorissa on taajuuden määräävinä komponentteina 390 ohmin vastus ja 47 nF:n kondensaattori. Kondensaattorin rinnalle voidaan kytkeä lisäkondensaattori. Valittavissa olivat arvot 47 nF, 100 nF, 0,47 uF ja 22 uF. Kytkettäessä kaksi kondensaattoria rinnan niiden kapasitanssiarvot lasketaan yhteen, joten laskutoimitus on helppo. Piirissä on siis kiinteästi kytkettynä yksi 47 nF:n kondensaattori ja 4 muuta voidaan kytkeä yksitellen sen rinnalle kiertokytkimellä. Generaattorin ulostulo on LS-TTL -tasoista logiikkasignaalia, eli se voitaisiin kytkeä suoraan vaikkapa sopivaan 5 voltilla toimivaan mikrokontrolleriin, jolla taajuus tai esim. pulssin kesto voitaisiin mitata.

Oskilloskooppi näytti melko suorareunaista kanttiaaltoa, jossa pulssi oli suuremman osan ajasta ylhäällä (suhde vaikutti olevan noin 3/2).
Kytkimme generaattorin ja ”skoopin” väliin ns. differentiaattorin (derivaattori tai RC-ylipäästösuodin) nähdäksemme kondensaattorin vaikutuksen. Suotimessa oli 4,7 nF:n kondensaattori sarjassa signaalin kanssa ja sen jälkeen 68 k vastus nollatasoon. Havaitsimme oskilloskooppikuvasta, että vain pulssin reunat pääsivät läpi tuottaen nousevia tai laskevia piikkejä. Tällaista vastus-kondensaattoriyhdistelmää voidaan käyttää esimerkiksi äänensävyn säätimissä.

Elektroniikkapajan pulssigeneraattori 20.3.2017 LS-TTL -piirillä. Tyypillinen Schmitt-triggerioskillaattori, jossa C on muutettavissa kiertokytkimellä, taajuuksien ollessa välillä 68Hz…3,5 kHz. Design: Jussi S

Tämän kokeilun tarkoituksena oli havainnollistaa kondensaattorin toimintaa. Jatkossa tulemme rakentamaan ajastus- ja suodatuspiirejä joissa kondensaattorilla on merkittävä rooli, joten asiaan palataan vielä syventäen. Samoin on tärkeää tuntea toinen reaktiivinen komponentti, induktori ja suure nimeltä induktanssi.

Pulssigeneraattori

Hieman tarkemmin tästä pulssigeneraattorista: LS-TTL on eräs logiikkapiiriperhe. Logiikkapiirit ovat digitaalisia piirejä, joita käytetään tietokoneissa. Nykyisissä tietokoneissa tällaista irtologiikkaa näkee harvemmin, sillä suurin osa toiminnoista on yhdistetty suuriin integroituihin piireihin. 74LS-sarja on 5 voltin jännitteellä toimiva bipolaaritransitoreista koostuva piiriperhe. LS tulee sanoista Low power Schottky (nykymittapuun mukaan tosin se on kaikkea muuta kuin pienitehokulutuksinen). Schottky -sana tulee keksijänsä mukaan piiriperheessä käytetyistä nopeista diodeista, jotka lyhentävät piirin sisäisiä viiveitä.

Harrastuskäytössä LS-TTL on halpa ja hyvä rakentelun pohjaksi. Piirin tarvitsema 5V voidaan ottaa joko erillisestä 5V DC verkkovirta-adapterista tai alentaa korkeammasta jännitteestä jänniteregulaattorilla. Eräs tällainen paljon käytetty regulaattoripiiri on 7805, joka tarvitsee lisäkseen vain kaksi suodatus/stabilointikondensaattoria. Tässä kuitenkin käytin LM2940CT-5.0 -piiriä ja opin, että suodatuskondensaattorit ovat todellakin tarpeelliset. Piiri nimittäin alkaa värähdellä ilman niitä… Tämäkin asia selvisi oskilloskoopin ansiosta.

Generaattori on koottu ns. Vero-levylle eli veroboardille. Siinä on eristelevyllä rei’itettyjä kupariliuskoja, joita voi katkaista halutusta kohdista ja yhdistellä hyppylangoilla. Piirin reikäjako on standardi 0,1 tuumaa eli 2,54 mm, kuten lähes kaikissa integroiduissa piireissä
1970-1980 -luvuilla (ennen pintaliitosteknologian yleistymistä).
Veroboard soveltuu varsin hyvin digitaalipiireille. Radiotaajuisiin laitteisiin (yli 1 MHz) se ei ole kovin sopiva.

Vastaa