Układ NE555.

Proste układy za nami, poznaliśmy kilka elementów elektronicznych. Kolejnym nie będzie, być może wbrew oczekiwaniom, tranzystor. Ten element zostawimy sobie na później, jak już nabierzemy wprawy.

Zatem, "cóż zobaczymy dziś", jak ongiś śpiewał Wodecki? Dziś zajmiemy się układem scalonym. I nie jakimś tam układem, ale Układem Scalonym, przez wielkie U i S. Mianowicie czeka nas przez najbliższe parę zajęć praca z kultowym NE555. Czy i dlaczego kultowy, to może w innym wątku; co nas interesuje to możliwości tego skonstruowanego w 1971 (sic!) scalaka:

źródło: Wikipedia

Ten niepozorny układ ma dziesiątki czy może i setki zastosowań - my się skupimy na jego chyba pierwotnym - jako timera (układu czasowego?). Nie wiem, czy wykorzystamy wszystkie możliwości w tym obszarze, jednakże zaczniemy od wersji astabilnej, czyli tłumacząc na nasze: zbudujemy generator impulsów, a jeszcze prościej - zrobimy, że diody będą migać.

Nim zaczniemy - ważne by wiedzieć, jak należy podłączać ten układ. Spójrzmy na zdjęcie powyżej, a następnie na rysunek poniżej:

źródło: Wikipedia

Na obu da się zauważyć charakterystyczne wycięcie - ono mówi jak liczymy nóżki. W naszych układach będziemy się starać umieszczać układ tak, by wycięcie było skierowane w lewo - w ten sposób nóżka nr 1 będzie w "lewym dolnym rogu", a kolejne dostaną numery licząc w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara.

Schemat naszego "migacza" wygląda następująco:

Na podstawie schematu zróbmy sobie listę potrzebnych elementów:

• układ scalony NE555
• rezystor R1 1k
• rezystor R2 10k
• rezystor R3 470 
• kondensator elektrolityczny 100
• kondensator 10 nF
• dioda święcąca - czerwona

Gotowy układ przedstawiony jest poniżej:

Przejdźmy teraz przez poszczególne kroki składania układu:

• zaczynamy od układu scalonego, pamiętając by wycięcie było skierowane na lewo
• następnie na schemacie lokalizujemy połączenia NE555 bezpośrednio do zasilania (zarówno + jak i -). W naszym przypadku piny 4 i 8 podłączamy do dodatniej linii na szynie zasilającej, pin nr 1 do ujemnej
• widzimy że piny 2 i 6 są ze sobą zwarte - połączmy je
• pomiędzy pinem 5 a minusem jest kondensator 10 nF, wsadzamy go tak by jedna nóżka (obojętnie która) była w szynie, druga zaś do układu scalonego
• pomiędzy pinem 2 (i 6) a "minusem" jest umiejscowiony kondensator elektrolityczny - wsadzamy go tak, by nóżka oznaczona białym paskiem została wpięta w minus na szynie zasilającej
• teraz rezystory: jak widać rezystor 1k łączy pin7 z biegunem dodatnim, a rezystor 10 k tę samą nóżkę układu scalonego z pinem 2(lub 6). Dla wygody  podpinamy przewód pomarańczowy do pinu nr 7 i gdzieś po lewej stronie układu spinamy z rezystorami (jak na rysunku)
• prawie ostatnim krokiem jest podłączenie diody: do pinu nr 3 naszego scalaka podpinamy przewód i łączymy z diodą (jej anodą) gdzieś po prawej stronie. Katodę koniecznie przez rezystor łączymy z ujemną szyną zasilania
• na końcu łączymy ze sobą górne i dolne szyny zasilania, a jeśli wszystko wydaje się być poprawnie podpięte, podłączamy również baterie.

Jeśli wszystko jest ok - dioda miga.

Ale... nie koniec Ci to pracy. Układ NE555 ma tak ciekawie skonstruowane wyjście (pin nr 3), że może z niego niego nie tylko wypływać prąd, ale też i wpływać. Jeśli podłączymy drugą diodę, tak jak na schemacie poniżej:

i zgodnie z poniższym rysunkiem:

to otrzymamy policyjne światła:

Proste układy

Dziś zajmiemy się budowaniem prostych układów, a przy okazji zapoznamy się z dobrymi praktykami, które powinniśmy znać i stosować.
Nim zaczniemy, przedstawienia wymaga element cokolwiek dziwnie wyglądający:

Jest to przycisk, w zasadzie mikroprzycisk, który dla ułatwienia życia dzieciom został przylutowany do podstawki w taki sposób, by było łatwo go montować na płytce prototypowej. Z każdej strony mamy po 3 piny (nóżki), które są ze sobą połączone jak na schemacie:

Fritzing nie zawiera tej części - zatem trzeba ją pobrać stąd i zaimportować w programie. 

Zbudujmy zatem pierwszy układ z naszym przyciskiem:

Zacznijmy od przycisku. Ktoś może zapytać - "A dlaczego nie od baterii". Otóż w ferworze budowania bardzo łatwo jest popełnić błędy. Jeśli  będziemy mieć od razu podpiętą baterię jedno nieumyślne zwarcie, złe włożenie elementu może spowodować uszkodzenia. By temu zapobiec - najpierw budujemy układ, sprawdzamy go (2 razy) a dopiero na końcu podłączamy zasilanie i testujemy czy działa. Gdzie byliśmy... A tak, przycisk:

/

Jak widzicie, Fitzing od razu podpowiada (zielonym podświetleniem), które otwory w płytce są ze sobą połączone, każdy z każdym w rozdzielnych sekcjach A i B. Kolej na rezystor - załóżmy, że podłączymy go do dowolnego otworu sekcji A:

\

Teraz, idąc dalej powinniśmy podłączyć diodę świecącą. O ile w przypadku rezystora nie interesowało nas jak podłączymy rezystor (która nóżka z której strony), to w przypadku diody jest to ważne. Jeśli spojrzymy na nową diodę, to ma ona jedną nóżkę dłuższą - to anoda (ją podłączamy do "+"). Druga - krótsza - to katoda, ją podłączamy do "-". Jeśli przycięliśmy nóżki - od strony katody dioda jest spłaszczona:

Tak wygląda płytka z diodą:

Ostatnim krokiem jest podłączenie przycisku i diody do zasilania - robimy to za pomocą szyny zasilającej, pamiętając że niebieski zwyczajowo to "-" a czerwony to "+":

Dość istotna uwaga - na rysunkach często będzie widać koszyk z dwiema bateriami. Niestety, Fritzing standardowo nie umożliwia pokazania koszyka z 3 bateriami. Więc jeśli widzicie 2 baterie, ale jest napisane 4.5V na schemacie, to tak naprawdę należy użyć 3 baterii.

Nasz układ jest gotowy. Naciśnijcie przycisk, a... 

A teraz zasady:

• diodę świecącą podłączamy zawsze przez rezystor (470Ω), jeśli tego nie zrobimy - spalimy diodę (dlaczego - w późniejszych odcinkach)
• są dwa kolory, które mają znaczenie - czerwony używamy do podłączenia plusa baterii, niebieskiego - minusa. Nie znaczy, że nie można ich użyć gdzie indziej, ALE zasilanie - zawsze wg powyższej reguły
• zasilanie podłączamy zawsze jako ostatnie, uprzednio się upewniwszy, że układ jest poprawnie zbudowany

Utrwaliwszy sobie w/w zasady ruszamy do budowania kolejnego układu:

Rezystora i diody tu nie ma. Za to pojawił się nowy element - buzzer. Co prawda jego symbol nie do końca jest poprawny, ale póki co jesteśmy skazani na to, co domyślnie jest w aplikacji Fritzing.
Buzzer w naszym zestawie wygląda tak:

i co jest ważne - ma jedną nóżkę dłuższą (w zestawie jest jeszcze jeden element, o podobnym wyglądzie, ale o nim później). Dłuższa nóżka jest podłączona do "+".
Do aplikacji część można sobie zaimportować stąd, a zbudowany układ wygląda tak:

A co to robi - szybko dojdziecie sami. Miłej zabawy!

Schemat ideowy. Fritzing

Jeśli chcemy zrobić ciasto, potrzebujemy przepisu mówiącego jakie składniki i w jakiej ilości są nam potrzebne. Budują dom, musimy mieć plany architektoniczne, by wiedzieć jakie ściany, jakie odległości itd...
Nie inaczej jest z elektroniką. Chcąc zbudować układ elektroniczny (bądź go udokumentować) musimy użyć jakiejś formy prezentacji. Co więcej, dobrze by było, gdyby ten przepis był zrozumiały dla innych zainteresowanych. W elektronice w tym celu używamy schematów ideowych. Pokazują one, jakie elementy są nam potrzebne i jak są ze sobą połączone, np:

Dla osoby zupełnie postronnej to ładny rysunek, dla nas - informacja, że potrzebujemy baterii, diody świecącej i rezystora o odpowiedniej wartości, oraz jak je ze sobą połączyć: plus baterii łączymy z anodą diody, katodę z rezystorem, który to znowu jest podłączony do bieguna ujemnego baterii. Jak widać, użyte zostały pewne symbole, które raz że są ustandaryzowane, dwa - rozumiane praktycznie na całym świecie.
Warto więc poznać symbole elementów, które będą przez nas wykorzystywane:

Symbol	Element
	Rezystor
	Potencjometr
	Fotorezystor
	Kondensator
	Kondensator elektrolityczny
	Dioda świecąca
	Tranzystor NPN
	Tranzystor PNP
	Bateria

Na naszych zajęciach do rysowania schematów i projektowania płytek prototypowych wykorzystywać będziemy aplikację Fritzing.

Płytka prototypowa - wprowadzenie

Nim zaczniemy pierwsze, proste układy, przedstawienia wymaga cicha bohaterka - płytka prototypowe. Drzewiej, gdy zaczynałem się bawić elektroniką, zbudowanie układu i testowanie go wymagało czy to lutowania na pajęczynkę, czy też w zasadzie przygotowania płytki drukowanej. Było to dość czasochłonne, co często studziło zapał i chęci do eksperymentowania.

Jednakże pojawiły się w sprzedaży (dawno temu rzecz jasna) stykowe  płytki prototypowe.
Ich budowa i zasadza działania jest bardzo prosta: plastikowa płytka z dużą ilością otworów, pogrupowanych w sekcje. Właśnie w te otwory wsadzamy nasze elementy elektroniczne (ich końcówki rzecz jasna), czy też przewody, w ten sposób łączymy je bez lutowania.
To co należy zrozumieć, to w jaki sposób połączone są te otwory. Jeśli spojrzymy na rysunek poniżej, możemy zobaczyć:

• linie zasilające wzdłuż płytki (zielone)
• grupy otworów w kolumnach (niebieskie)

Wszystkie otwory położone na linii (czy to zielonej, czy też niebieskiej) są połączone ze sobą, Tak wygląda płytka prototypowa od spodu:

Zobaczmy jak to działa w praktyce. Załóżmy że chcemy zbudować prosty układ z baterii, diody świecącej i rezystora:

Zacznijmy od diody, osadzając ja w kolumnie 10 i 12:

Jeśli chcemy podłączyć teraz rezystor, wystarczy wybrać jakikolwiek otwór w rzędzie 12:

W kolejnym kroku musimy podłączyć rezystor do "minusa",  a anodę diody do plusa:

Jako ostatnie podłączamy nasze zasilanie, czyli w tym przypadku baterie:

W tym momencie nasza dioda powinna zaświecić. 

W następnym odcinku: trochę zasad oraz elementy elektroniczne i ich symbole

Zestaw

Zestaw, który wykorzystujemy na zajęciach, jest stale rozwijany - pojawiają się nowe elementy. W tym wpisie postaram się zamieścić i uaktualniać elementy, z których korzystamy.

[Ostatnia aktualizacja: 2 stycznia 2017]

Nasze zestawy zawierają (w gustownej skrzyneczce):

Nazwa	Ilość	Uwagi
Różne
Płytka prototypowa (breadboard)	1
Przewody	~75
Bateria AAA	3
Pojemnik na 3 baterie AAA, z wyłącznikiem	1
Sygnalizator elektromagnetyczny (buzzer)	1
Przetwornik piezoelektryczny	1
Silnik wibracyjny	1
Przycisk	2
Układy scalone
NE555	1
CD4029	1
Tranzystory
2N2222	1
BC547	1
Diody
LED czerwone	5
LED żóte	2
LED zielone	2
LED niebieskie	2
Rezystory
470 Ω	4
1 kΩ	3
10 kΩ	2
100 kΩ	1
330 kΩ	1
1 MΩ	1
Potencjometr 10 kΩ liniowy	1
Fotorezystor 5-10 kΩ	1
Kondensatory
680 pF	1
10 nF	1
100 nF	1
47  μF	1
100  μF	1

Modelarstwo dla dzieci: Podstawy cz.1

Co to jest modelarstwo.

       Modelarstwo możemy podzielić na dwie kategorie:
- redukcyjne, zajmujące się tworzeniem obiektów pomniejszonych w stosunku do oryginału;
- "ruchome", polegające na budowie obiektów poruszających się za pomocą silników lub bez.
Biorąc pod uwagę możliwości dzieci, rodziców oraz standardowych warunków w zaciszu domowym polecam na początek modelarstwo redukcyjne. Dlatego też wszystie wpisy będą dotyczyły tego rodzaju modeli.

       Modele redukcyjne (od tej pory dalej po prostu "modele") można wykonywać z dowolnych materiałów. Na rynku są dostępne gotowe zestawy, ale popularne jest także wykonywanie ich "od podstaw" przez modelarzy, jednak to już wyższy stopien "wtajemniczenia" i potrzebna do tego jest odpowiednia wiedza i doświadczenie. Gotowe zestawy do składania/sklejania można podzielić ze względu na bazowy materiał z którego model będzie budowany:
- modele z kartonu/papieru - stosunkowo tanie, łatwo dostępne, wymagające prostych narzędzi i mało agresywnej "chemii", jednak trochę wymagające manualnie i czasowo;
- modele z plastiku - trochę droższe od kartonowych, łatwo dostępne, wymagające w miarę prostych narzędzi, ale także już czasami agresywnej "chemii", prostsze do wykonania niż papierowe i szybsze w budowie;
- modele z żywicy - jest to droższa, trudniejsza i wymagająca o wiele "gorszej chemii" wersja modeli z plastiku;
- modele z drewna - na polskim rynku dostępne w bardzo małej ilości, ograniczonej właściwie do żaglowców, bardzo trudne i drogie.
      Podsumowując, na początek (i nie tylko) warto nakierować dzieci na modele z kartonu lub plastiku. Poniżej pokażę różnice między tymi rodzajami zestawów.

model z papieru

model z plastiku

model z żywicy

model z drewna

       Modele z papieru są w naszym kraju bardzo popularne z prostego powodu - 90% modeli na rynku światowym to polskie zeszyty. Jest to spowodowane "historią" i opowiem o tym w którymś z następnych wpisów. Z tego powodu są dość łatwo dostępne. Można je zakupić w sklepach modelarskich stacjonarnych i internetowych, empikach, niektórych salonach prasowych, muzeach, podczas wystaw modelarskich oraz bezpośrednio od wydawców. Dostępne są także w internecie modele do samodzielnego wydrukowania, także w formie darmowej. Ceny modeli wahają się od symbolicznej złotówki do nawet 300 zł, jednak średnia cena zwykle jest w granicach 15-50 zł, a modeli dla początkujących nie powinna przekraczać 30 zł. Zbudowane z zestawów modele są większe (i to dużo) od modeli plastikowych (w obu dziedzinach sprzedaje się zestawy w różnych skalach pomniejszenia). Zakres tematyczny jest bardzo szeroki i właściwie nie ma obiektów których nie dałoby się kupić i skleić z kartonu. Najpopularniejsze są oczywiście samoloty, pojazdy, okręty oraz budowle.
        Do kartonówek potrzebujemy następujących narzędzi podstawowych: nożyczki, linijka, nożyk i klej. Budowa modeli polega na wycinaniu z arkuszy papieru płaskich elementów, formowaniu ich w bryły i sklejaniu. Niestety nie jest to łatwe z początku i czasami dziecko (a i czasem rodzic) szybko się zniechęca. Jednak operowanie nożyczkami i palcami podczas wycinania i formowania, doskonale rozwija manualnie dziecko i warto "przetrzymać" początkowe trudne momenty, aby w przyszłości dziecko wiedziało co może zrobić dłońmi (czymże jest np. praca chirurga jak nie pewną formą "modelarstwa" :) ) Zniechęcający może być także czas powstawania modelu - w pewnych przypadkach dopiero po paru dniach pracy (spowodowanych także z powodów technologicznych) widać jakiś efekt, a niektóre modele zajmują dzieciom nawet miesiąc-dwa (co także ma pozytywną stronę, uczy cierpliwości, wytrwałości oraz nie powoduje szybkiego drenażu funduszu na modelarstwo).

       Modele plastikowe są obecnie bardziej popularne w Polsce, a na świecie są dominującą forma modelarstwa redukcyjnego. Są łatwo dostępne. Tak jak kartonówki można je zakupić w sklepach stacjonarnych i internetowych, podczas wystaw modelarskich, w niektórych sklepach z zabawkami oraz czasem w hipermarketach. Modele dostępne na rynku są przeważnie "zagraniczne", choć zdarzają się modele produkowane w Polsce. Ceny modeli plastikowych wahają się od około 20 zł do nawet 2000 zł, choć średnia cena jest raczej w widełkach 30-100 zł. Trudno tu wskazać cenę modeli dla początkujących, bo po za wyjątkami, modele plastikowe nie są nakierowane dla "początkujących" i stopień trudności zależy bardziej od ilości części/producenta. Zbudowane obiekty są mniejsze od kartonowych, a zakres tematów równie szeroki choć trochę inny. Mniej jest okrętów i prawie w ogóle nie ma budowli, za to są figurki (choć w większości są tylko dodatkiem do "właściwych" modeli) i modele oparte na tematach filmowych (jak Star Wars, do których jest potrzebne wykupienie praw handlowych).
      Do plastików potrzebujemy następujących narzędzi podstawowych: cążki, nożyk, piłka, nożyczki, pędzelki, pilniki, klej (dość agresywne i z mocnym zapachem), farbki (na szczęście są już także nietoksyczne) oraz zwykle szpachlówka. Budowa modeli polega na wycinaniu z ramek wtryskowych elementów z tworzywa, ich obróbce, przyklejeniu w odpowiednie miejsce, malowaniu i ewentualnemu przyklejeniu kalkomani. Budowa modelu z plastiku jest prostsza od papierowych, ponieważ odpada etap kształtowaniu elementu płaskiego w bryłę, dostajemy za to dodatkowy etap - malowanie (modele z papieru są wydrukowane w odpowiednich kolorach). Efekty prac są szybkie i niektórzy potrafią zbudować model w jeden wieczór, choć zwykle praca z malowaniem trwa do paru tygodni.

       W następnym wpisie zajmę się tym co kupić i gdzie kupić.