2.nap nap. 1. Sárga LED-fény. 3. nap. 2 A dugaszkártya alkalmazása. űű űű. ő ő. Conrad 2013-as adventi naptár Rend.

Átírás

1 Conrad 2013-as adventi naptár Rend. szám: nap 1. Sárga LED-fény Nyissa ki a második ajtót és vegyen ki egy elemcsatlakozót és egy dugaszolható kártyát a fiókból. Ez egyszerűsíti a komplikáltabb áramkörök megépítését. A 2,54 mm raszteres, 270 kontaktusos érintkezfelület biztosítja az alkatrészek biztos összekötését. A dugaszoló felület középs részén 230 érintkez van, 5-5 érintkezs függleges vezetfóliával összekötve. Ezen túlmenen a peremen 40 érintkez van a tápellátáshoz, amelyek két, 20 érintkezbl álló vízszintes érintkezfelületcsíkból állnak, így a dugaszoló felület két független tápsínnel rendelkezik. Az alkatrészbeültetéshez viszonylag nagyobb er kell. A kivezetések ekkor könnyen megtörnek. Fontos, hogy a huzalokat pontosan felülrl vezesse be. Ehhez egy csipeszt vagy kis fogót lehet használni. A kivezetést lehetleg röviddel a dugasztábla fölött fogja meg, és függlegesen nyomja lefelé. Így érzékenyebb csatlakozóvezetékek, pl. az elemcsatnál az ónozott vég törés nélkül beültethetk. Az els kísérleti áramkörét még egyszer építse be a dugaszkártyába. Ismét az ellenállás és a LED soros kapcsolásáról van szó. A kapcsolási rajz ugyanazt a kapcsolást mutatja, mint az els próba esetén, de az alkatrészek kissé más kiosztásával, amely lehetleg azonos a tényleges kísérlettel. űű ű űű űű ű 2.nap 2 A dugaszkártya alkalmazása. 3. nap

2 3 Egy kapcsolóérintkez Építsen egy kapcsolót csupasz huzalból. A hozzávaló vezetéket a 3. ajtó mögött találja. Fogóval vágjon le kb. 3 cm-es darabot, és a végein távolítsa el a szigetelést kb. 5 mm hosszban. A csupaszoláshoz hasznos lehet, ha a szigetelést éles késsel körkörösen bemetszi. Figyelem: Ennek során maga a vezeték nem sérülhet meg, mert a megsértett helyen könnyebben törik. A kapcsoló két csupasz vezetékdarabból áll, amelyek ujjal való megnyomásra érintkeznek. Vágjon ehhez 2 cm-es darabokat, és teljesen távolítsa el a szigetelést. Egy másik rövid vezetékdarab kihúzásgátlónak építend be, a gyenge csatlakozóvezetékek védelmére. Az elemcsat maradjon mindig bekötve a csatlakozások igénybevételének a csökkentésére. Csatlakoztassa az elemet, és tesztelje a kapcsolást. Nyugalmi állapotban, nyitott kapcsoló mellett nem világít a LED. Nyomja meg azonban az érintkezt, a LED kigyullad. 4 A CMOS-IC kapcsolja a LED-et Nyissa ki a 4. ajtót. Mögötte találja ennek a naptárnak a legfontosabb alkatrészét, a 4093 CMOS-IC -t. Ez az IC összesen négy Schmitt-triggereléses bemenetű NAND-kaput tartamaz. Ennek a kapcsolásnak a funckióját a következ kísérletekben pontról pontra megmagyarázzuk Az els kísérlet azt mutatja be, hogyan csatlakozik egy LED a négy kimenet egyikére. A MOSFET-ekkel gondosan kell bánni, mivel a nagy feszültség következtében tönkremehetnek. A sztatikus elektromos töltések veszélyessé válhatnak. Azonban a 4000 B sorozat valamennyi CMOS-típusa bels védkapcsolásokkal rendelkezik, amelyek a munkát nagyon biztonságossá teszik. Ehhez bels véddiódák állnak rendelkezésre, amelyek a feszültségeket a Vdd pozitív tápfeszültség felett és a Vss negatív tápfeszültség alatt korlátozzák. Az IC ezáltal viszonylag jól védett a sztatikus kisülésekkel szemben. Ezek a véddiódák azonban egyidejűleg ahhoz vezetnek, hogy egy rossz polaritású tápfeszültség nagy áramot okoz, amely az IC-t tönkreteheti. Ezért nagyon ügyeljen az elem helyes csatlakoztatására. Az IC els beültetése eltt a csatlakozásokat pontosan párhuzamosan kell beigazítani, mert a gyártást követen kifelé egy kissé távol állnak egymástól. Az egyik oldal lábait a kell kiigazítás érdekében nyomja össze egy kemény asztallapon. Majd helyezze az IC-t megfelelen a dugaszkártyára. Ügyeljen arra, hogy ha az IC-t helytelenül ülteti be, a 7-es és a 14-es csatlakozásokat kicseréli, úgy, hogy a tápfeszültség fordított polaritással kerül csatlakoztatásra, akkor az IC tönkremegy. Az 1-es és a 14-es csatlakozások a baloldalon találhatók. Ezt egy bevágás jelzi. Ezen elzetes megfontolások és az IC gondos beültetése után indul az els kísérlet. Itt az 1-3 érintkezhöz tartozó NAND-kapu kerül alkalmazásra. A két bemenet össze lesz kapcsolva, és a GND-ra (logikai Nulla) rakva. A kimeneten van a LED az eltétellenállásával. Ha mindezt helyesen építette meg, világítani fog a LED. Az IC tehát rákapcsolta a feszültséget a kimenetre (logikai Egy), és ezáltal invertálta a bemenet állapotát. 4. nap Változtassa meg most a kapcsolást egyszer úgy, hogy az 1. érintkezrl leveszi a GND-re men vezetéket. Ezzel "nyitott bemenet" jött létre. Bizonytalan, hogy Egy (1) vagy Nulla (0) az állapota. Az eredmény esetleges, és az ujja közelítésével befolyásolhatja. Már pár cm távolságból változtatható a kapu állapota. Ezért a sztatikus töltések és az ezzel kapcsolatos elektromos terek a felelsek.

3 5. nap 5 Érintésérzékel Nyissa ki az ötödik ajtócskát, és vegyen ki egy további ellenállást. Ez egy 10 megohm (10 M, barna, fekete, kék), tehát különösen magas értékű ellenállás, ami ebben az esetben fontos, hogy jóval nagyobb legyen, mint az ujj brellenállása. Ezáltal ugyanis helyettesíteni lehet egy kapcsolót érintésérintkezvel. Két csupasz huzaldarab van szorosan egymás mellett, úgyhogy mindkettt meg tudja érinteni az ujjával. Az A érintésérintkezt úgy lehet felfogni, mint egy olyan ellenállást, amelynek az értéke a br nedvességétl függen 10 k és 1 M között van. Ezúttal a 4-6 érintkezhöz tartozó második NANDkapu kerül alkalmazásra. A kapcsolás azonban ugyanúgy működik, mint a négy lehetséges bármelyik másik kapuval. Érintés nélkül a 10 mohmos ellenállás felhúzza a kapu bemenetén lév feszültséget (1). Az ujjal való érintés ellenben lehúzza a feszültséget (0). A kimeneten ekkor az 1 szint jelenik meg. A LED tehát világít, ha megérinti az érintkezést. Ha alaposan átgondolja a kapcsolás működését, elszöris egy látható ellentmondás merül fel. Az érintés bekapcsolja a LED-et, azaz nem látható be közvetlenül, hogy itt egy átalakító (inverter) működik. A probléma tisztázódik, ha meggondolja, hogy az érintés nullára húzza a bemenetet. Az érintésérzékel tehát maga már inverterként van kapcsolva, és a második inverter ismét megszünteti az invertált állapotot. Az érintés logikai nullát hoz létre a bemeneten, amely az invertertálás által logikai eggyé változik. 6. nap 6 ÉS-kapcsolás Még egy 10 mohmos (barna, fekete, kék) ellenállás van a 6. ajtó mögött. Most két érintésérzékelt is megépíthet. Ezúttal az érzékelhuzalok a Vcc pozitív tápfeszültségre csatlakoznak, az ellenállások a GND-ra. Érintéskor tehát az 1 állapot áll el, amíg a nyugalmi állapot 0. Az elz kísérlettl eltéren a kapu két bemenete már nem kapcsolódik össze, hanem mind a kettnek megvan a saját bemeneti állapota. Ha mindezt helyesen építette meg, az érzékelérintkezk megérintése nélkül elször nem fog világítani a LED. Érintse meg az A érintkezt, a LED továbbra se fog világítani. Ha azonban egyszerre érinti meg az A és a B érintkezt, a LED kigyullad. Ha csak a B érintkezt érinti meg, nem fog világítani a LED. Az eredmény az ÉSműködés: Csak ha az A ÉS a B is az 1 állapotban van, gyullad ki a LED. Az ilyen kapcsolást néha gépek biztonsági rendszerében alkalmazzák, amelynél meg kell akadályozni, hogy a kezel az egyik kezét berakja a veszélyes zónába. Ekkor a kezelnek mindkét kezével meg kell nyomnia egy-egy kapcsolót, hogy a gép elinduljon. Itt egy ÉS-működés (AND) jön létre, bár NAND-kapu kerül alkalmazásra. Ha azonban közelebbrl nézi meg a kapcsolást, felismeri a második invertertálást: a LED itt a Vcc-re van csatlakoztatva, és emiatt mindig akkor világít, ha a NAND-kapu kimenetén 0 (nulla) van.

4 7. nap A 7. fiókban egy piros LED-et talál. Két LED, azonban csak egy eltétellenállás itt megint a sorba kapcsolás segít. A NAND-kapu kimenetén van a két LED egy közös 6,8 kohmos eltétellenállással. Nyugalmi állapotban mindkét LED világít. Csak ha mind a két érintkezt (A ÉS B) megérinti, alszanak ki a LED-ek. Ezúttal az történik, amit az IC ígér: a NAND-működés. 8.. nap A 8. ajtó mögött egy 6,8 k-os (kiloohm, kék, szürke, piros) ellenállást talál további eltétellenállásul egy LED számára. Most két LED van két kimeneten. Mivel a második fokozat inverterként van kapcsolva, vagy a sárga, vagy a piros LED világít. Az A és a B érzékelérintkezvel átkapcsolhatja a pillanatnyi állapotot. Ha megnyomja az A érintkezt, bekapcsolódik a piros LED, ha a B érintkezt, akkor a sárga LED. A legutolsó állapot mindig tárolódik. A két 10-mohmos ellenállás egy feszültségosztót képez. Az els inverter bemenetén nyugalmi állapotban kb. 4,5 V van. Ennél a közepes bemeneti feszültségnél az utoljára bekapcsolt állapot fennmarad. Változásra csak akkor kerül sor, ha a bemeneti feszültség mintegy 1 V-el magasabbá vagy alacsonyabbá válik, amit az érzékelérintkezk megérintésével válthat ki. Ez a Schmitt-triggereléses bemenet különleges tulajdonsága. Az átkapcsolást csak egy adott feszültségküszöb elérése után kezdeményezi. Ez az invertert egyidejűleg bistabil kapcsolásá teszi, amelyet multivibrátornak vagy flipflopnak is neveznek. Ez a kapcsolás ezáltal egyidejűleg 1 Bit tárolási kapacitású memória is. Csatlakoztasson még egy hosszabb, kb. 1 méter hosszúságú huzalt a 8. lábon lév bemenetre. Ezzel az IC egyidejűleg rádióvevkészülékké alakul. Ers elektromágneses impulzusok elérhetik a triggerelési küszöböt, és átkapcsolhatják a kapcsolás állapotát. Ilyen impulzusok jöhetnek létre pl. zivatarok idején, vagy ha villanykapcsoló van a közelben. Az eredmény véletlenszerű. Néha átkapcsolódik az állapot, néha nem. Vizsgálja a működést elször egy villanykapcsoló közelében, amely legfeljebb 0,5 méter távolságban van. Ha a kapcsolás reagál a kapcsolóra, növelheti a távolságot, és így meghatározhatja a hatótávolságot.

5 9. nap 9 A vagy B A 9. ajtó mögött egy zöld LED-et talál. Ezt a LED-et a piros LED-el együtt kell alkalmazni. Vagy a piros vagy a zöld LED világít. A kapcsolás logikai szabálya ezúttal a VAGY-működés (OR). Ha akár az A VAGY B érzékelérintkez közül az egyiket, vagy akár mindkettt megérinti, a zöld LED gyullad ki. Ha a két érzékelérintkez közül egyiket sem érinti meg, a zöld LED nem világít. Az utána következ inverter gondoskodik arról, hogy aztán a piros LED világítson. Tipikus alkalmazásként azt képzelhetjük el, hogy két felhasználónak egymástól függetlenül saját kapcsolóját kell megnyomnia, hogy pl. egy csillárt bekapcsoljanak. Ha egymástól függetlenül ugyanaz az ötlet jut az eszükbe, hogy ki-ki megnyomja a saját kapcsolóját, nem változik meg az eredmény: A csillár ég. 10. nap 10 Vagy VAGY (OR) Idközben már három LED-je van, de csak két megfelel ellenállása. Nyissa ki emiatt a 10. ajtót, és vegye ki a következ ellenállást, amely ugyancsak eltétellenállásként alkalmazható. Ennek az ellenállásnak az értéke 3,3 k (narancs, narancs, piros), és így nagyobb áramot szállít, és egy kicsit nagyobb fényességet ad a zöld LED-nek ebben a kapcsolásban. Ez egy viszonylag komplex logikai kapcsolás, a Kizárólag-VAGY kapcsolás (XOR) végeredményét mutatja. Csak akkor kell kigyulladnia a zöld LED-nek, ha különbözik az A és B bemeneti állapot. A kapcsolás tehát összehasonlítást végez. Ha azonosságot ismer fel, kikapcsolva marad a zöld LED. Egy kis fáradsággal megérthet a kapcsolás működése. Ehhez mérlegelni kell az összes lehetséges bemeneti állapotot, amelyek kiadják az egyes kapuk kimeneti állapotait. Segítségül a kapcsolás megértéséhez két közbens eredményt mutatunk be a sárga és a piros LED-en. Egy NAND-kapuból két eléje kapcsolt inverterrel tehát egy OR-kapu (VAGY) lesz. Egy utána kapcsolt inverterrel az ORkapuból egy NOR-kapu (Nem-VAGY) lesz. Ez a kapcsolás mindkettt szolgáltatja, egy VAGY-működés a zöld LED-re és egy Nem-VAGY-működés a piros LED-re. Ez a kísérlet bemutatja, hogyan lehet sok azonos kapcsolásból különféle funkciókat összeállítani. Ez sok digitális kapcsolás alapelve egészen a komplex mikroprocesszorokig.

6 11. nap A 11. ajtó mögött egy kondenzátor, pontosabban egy 100 nf-os kerámikus tárcsakondenzátor rejtzködik. A felirata 104, amely pf-ot (pikofarad), azaz 100 nf-ot (nanofarad) jelent. A 4093 IC Schmitt-triggerelésű bemenetének köszönheten nagyon egyszerű villogó építhet fel csak egy kapuval. A LED kb. másodpercenként kétszer gyullad meg és húny ki. A kapcsolás megértéséhez tudni kell azt, hogyan reagál a bemenet váltakozó feszültségre. A digitális elektronikában többnyire csak a teljes tápfeszültség és a nulla feszültség létezik, köztes érték nem. Mégis meg kell határozni, hogy egy bemenet milyen feszültségig értelmezi azt nullának (0), és milyen felett 1-nek. Más összehasonlítható kapuk pl. a fél tápfeszültségnél kapcsolnak át. Azaz 4,5 V alatt minden nullának számít, míg felette minden 1-nek. A Schmitttriggerelés azonban másképp reagál. 4,5 V-nál az utolsó állapot megmarad, mint azt már a 8. kapcsolásnál láttuk. Csak ha már egy kissé meghaladja a feszültség a 5,5 V-ot, kerül 1-ként felismerésre. És fordítva, a feszültségnek ismét le kell csökkennie kb. 3,5 V alá ahhoz, hogy 0-ként kerüljön felismerésre. A két triggerelési pont között egy kerek 2 V-ot kitev hézag van, amelyet hiszterézisnek neveznek. A NAND-kapu ANDjele alatti szimbólum a Schmitt-triggerelés viselkedését jelképezi. A bemeneten lév kondenzátorral és a kimenet és a bemenet közötti ellenállással egy négyszöggenerátort épít meg. A kondenzátor újra és újra feltöltdik a fels triggerelési pontig, majd kisül az alsó triggerelési pontig. Mivel a töltési folyamat a nagy terhelellenállás miatt csak lassan megy végbe, lassú villogás jön létre kb. 2 Hz frekvenciával. 12. nap 12 Váltakozó villogás Egy további 100 nf-os kondenzátort talál a 12. fiókban. Ezzel lecsökkenthet a villogás frekvenciája, mivel két párhuzamosan kapcsolt nf-os kondenzátor együtt egy 200 nf-os kondenzátort ad ki. Annak érdekében, hogy a villogó még lassabban járjon, az ellenállást is két, sorba kapcsolt 10 mohm-os ellenállásból alakítjuk ki, ami együtt egy 20 mohm-os ellenállást eredményez. Együttvéve a villogó négyszer lassabban villog, mint a 11. kísérletben. Kiegészítésül ezúttal még csatlakoztasson egy invertert egy második LED-el. A két LED most váltakozva villog.

7 13. nap 13 Fényérzékels átkapcsoló A 13. ajtó mögött egy további zöld LED-et talál. Most mind a két LED-et fényérzékelként kell alkalmazni. A beépítésnél vigyázzon a helyes irányra. A zöld LED-eket most záróirányban kell használni. Azaz nem fognak vezetni és világítani sem. Az eltétellenállást csak biztonságból építse be, hogy ne menjenek tönkre a LED-ek, ha tévedésbl helytelen irányba építi be ket. Ebben a kapcsolásban a zöld LED-ek azonban fényérzékelként működnek. Irányozza egy ers fényű zseblámpa fénysugarát egyszer az egyik, egyszer a másik LED-re a kimeneti állapotuk átkapcsolása céljából. A piros LED így célzottan be- és kikapcsolható. Ha eléggé világos a környezet, akor ugyanezt a hatást elérheti úgy is, hogy hol az egyik, hol a másik LED-et a kezével eltakarja. A gyakorlatban úgynevezett fotodiódákat alkalmaznak fényérzékelésre az ehhez hasonló kapcsolásokban. Egy fotodióda lényegesen érzékenyebb, és már kis fény hatására is viszonylag nagy fotoáramot szolgáltat. Ezt a fotodióda nagy aktív felületével érik el. A LED felépítésénél fogva összehasonlítható egy fotodiódával, azonban többnyire nagyon kicsi az aktív felülete. Ez az oka a jóval kisebb érzékenységének. Ers fény esetén csak a kb. 100 na (nanoamper) nagyságrendbe es fotoáram folyik, amely azonban teljesen elegend ehhez a funkcióhoz. Gyenge fény esetén az átkapcsolás még mindig végbemehet, azonban sokkal hosszabb reakciós idvel. 14. nap 14 Fényvezérelt villogó Egy további 100 nf-os kondenzátort (104) talál a 14. ajtó mögött. A következ villogó-kapcsoláshoz van rá szükség. A három sorba kapcsolt kondenzátor egy kb. 33 nf értékű kisebb kondenzátort képez. A 11. kapcsolásban alkalmazott ellenállás helyett ezúttal két LED kerül beépítésre. Ezek együtt egy változtatható ellenállásfélét képeznek. Ennek az érzékelnek a vezetképessége közepes fénynél nagyon kicsi, úgyhogy a villogó a kis kondenzátor ellenére rendkívül lassan változtatja az állapotát. Csak nagyon ers megvilágítás esetén éri el a villogó a szokásos sebességét. A két LED úgy van sorba kapcsolva, hogy mindig az egyik záróirányban fekszik. Valójában mindegyik szakaszban a két LED közül csak az egyik működik fotodiódaként, míg a másik átereszt irányú diódaként működik.

8 15. nap 15 Lobogó fény A 15. ajtó mögött egy további 3,3 kohmos (narancs, narancs, piros) ellenállás rejtezik. Most már mind a négy LED egymástól függetlenül a saját eltétellenállásával működtethet. Ennek a napnak a kapcsolása két egyformán felépül villogó-kapcsolásból áll, amelynek a kimeneti jele egy NAND-kapura van vezetve. A sárga LED egy különleges, folyamatosan változó villogási mintát mutat. Még egy invertertálás után a piros LED vezérldik, amely rövidebb villogási impulzusokat állít el. A két utolsó kapu együtt egy AND-kaput képez. A kimeneten lév piros LED mindig csak akkor világít, amikor mindkét villogó zöld LED-je éppen világít. A villogók frekvenciája azonban sose pontosan azonos, mivel az egyes kapuk kondenzátoraina k a pontos kapacitása, ellenállása és triggerelési küszöbei között elkerülhetetlen különbségek vannak. A piros LED szakaszosan egyre rövidebb és hosszabb ideig világít. A piros LED közepes fénye mellett közvetlenül leolvashatja a két oszcillátor frekvenciaeltérését. A két jel megszorzódik, amikoris interferencia jön létre, és a különbségi frekvencia láthatóvá válik. Az egyik kondenzátort az ujjával megérintve csekély mértékben megváltoztathatja a kapacitását, mivel a felmelegedés kisebb kapacitást eredményez. Egy kis ügyességgel befolyásolhatja a frekvenciákat, és ezzel az interferenciát is. Próbálja meg például egyszer a két oszcillátort pontosan azonos frekvenciára hozni. A piros LED ekkor mindig az aktuális fáziskülönbséget mutatja. Egy un. PLL (Phase Locked Loop = fáziszárt hurok) kapcsolásban ezt a módszert alkalmazhatja egy frekvencia automatikus utánszabályzására. A PLL-tuneres modern rádiók a frekvencia különösen pontos és megbízható beállításával tűnnek ki. 16. nap 16 Vezetképesség-érzékel A 16. ajtó mögött egy további, 100 kom-os (barna, fekete, sárga) ellenállást talál. Ültesse be ezt az elz nap kapcsolásába, és hozzon létre egy érintésérintkezt két nyitott huzallal. A két huzal óvatos megérintése által észreveheten meg tudja változtatni az els villogó villogási frekvenciáját. Ersebb érintés magasabb frekvenciát idéz el. Próbálja meg most példul egyszer a két oszcillátort pontosan azonos frekvenciára hozni. Ha ersen megfogja a huzalt, kisebb átmeneti ellenállás adódik, és ezzel magasabb frekvencia jön létre. A nagyon különböz villogási frekvenciák érdekes villogási mintákat adnak a piros és a sárga LED-eken.

9 17. nap 17 LED-villódzás A 17. ajtó mögött egy további, 100 kohm-os (barna, fekete, sárga) ellenállás rejlik. Most két gyors oszcillátort építhet meg. Mindkét zöld LED villogása tartós világításba megy át. Csak a szem gyors ide-oda mozgatásával ismerhet még fel, hogy ezek a LED-ek is még be- és kikapcsolódnak. A sárga és a piros LED ismét a frekvenciakülönbséget mutatja, miközben az átlagfényességük láthatóan lassan változik. Próbálja meg ismét az érintett kondenzátorokat érintés útján úgy felmelegíteni, hogy a lehet legkisebb legyen a frekvenciakülönbség. A piros LED többnyire elször még gyorsan villódzik. Vizsgálja meg elször, hogy a két 18. nap 18 Memória-flip-flop A 18. ajtó mögött egy további piros LED-et talál. Ennek a napnak a kapcsolása egy un. RS flip-flop, azaz egy bistabil kapcsolás, amelyet a kikapcsolt állapotban (Reset, R) és a bekapcsolt állapotban (Set, S) át lehet kapcsolni. A két NANDkapu közötti összeköttetések gondoskodnak a visszacsatolásról, amely befagyasztja az éppen felvett állapotot. Érintse meg az A és a B érintkezt, hogy átkapcsolja a pillanatnyi állapotot. A zöld LED-et nézve az A a Reset-gomb és a B a Set-gomb. A flip-flop teljesen szimmetrikusan van felépítve. kondenzátor közül melyiket kell megérenteni ahhoz, hogy lelassuljon a villódzás. Amíg ezt megtalálja, többé-kevésbé ers érintés útján finomhangolást érhet el. Emiatt nem lehet az els bekapcsolásor megjósolni az állapotot. Az els állapot tehát véletlenszerű. A kapcsolás működése emlékeztet a 8. kísérlet kapcsolásáéra, amely azonban a Schmitt-trigger speciális tulajdonságain alapult. Az itt bemutatott kapcsolás ellenben a NAND-kapu alapműködésén alapszik.

10 19. nap 19 Villanófény-riasztás A 19. ajtó mögül egy BC547 tranzisztor kerül el. Itt a fényérzékel ersítjéül nyer alkalmazást. A kapcsolásnak egy villanófényt kell felismernie, és riasztást kell jeleznie mindaddig, amíg azt egy érzékelérintkez nem törli. Ilyen készülék lehetne pl. egy múzeumben, ahol meg van tiltva a villanófényes fényképezés. Vagy pedig hangsúlyozni lehet vele magánünnepségeken a villanófény mellzését. A villanófény egy kis áramimpulzust kelt a záróirányba kapcsolt zöld LED-ben. A tranzisztor felersíti ezt az impulzust, és átkapcsolja általa az utána kapcsolódó flip-flopot, úgyhogy kigyullad a piros LED. Az RS-flip-flop az A érzékelérintkez által ismét törölhet. Majd újra világít a kimeneten a zöld LED. 20. nap 20 Optikai flip-flop Nyissa ki a 20. fiókot, és vegyen ki belle egy újabb sárga LED-et. Most fényérzékelként kell szolgálnia, és a második LED által kisugárzott sárga fényt kell érzékelnie. Ehhez a két LED-et szorosan egymás mellé kell elhelyeznie, és egymásra kell irányoznia. Egy tranzisztorra is szükség van a gyenge fotoáram felersítéséhez. Összességében sikerül ezzel a kapcsolással egy optikai szakaszon keresztüli visszacsatolás. Ezzel megint egy flip-flop valósul meg. A LED vagy be van kapcsolva vagy ki van kapcsolva, amikoris az adott állapot tetszleges ideig fenntartható. Újdonság azonban az, hogy az állapot vagy fény vagy leárnyékolás által változtatható meg. Ers fény esik az érzékel- LED-re, a flip-flop bekapcsolódik. És megfordítva, a flip-flop kikapcsolható, ha letakarja a fényt a világító LED-tl az érzékel-led-re haladtában, azaz pl. egy papírdarabot tart a két LED közé. A kapcsolás tesztelésekor a környezet megvilágításának gyengének kell lennie.

11 21. nap 21 Érzékel-átkapcsoló Egy további 100 nf-os kondenzátort talál a 21. ajtó mögött. Az erre a napra es kapcsolás egy átkapcsoló, amely megváltoztatja az állapotát az A érzékelérintkez minden egyes érintésére. Így váltakozva kapcsolhatja be a zöld és a piros LED-et. Minden egyes működtetés eltt egy másodpercig várni kell. Egy 10 mohm-os ellenállás a kimenet és a bemenet között az elért állapot fenntartásához szükséges visszacsatolást hoz létre. Egy két stabilállapotú flip-flopról van tehát szó. Az érzékelérintkezn lév A kondenzátor ugyanis kb. egy másodperc alatt töltdik fel az invertáló állapotra. Az érintkez megérintésével rakja ezt az invertáló állapotot a bemenetre, úgyhogy az állapot átbillenti a flip-flopot. Így minden egyes érintésre átkapcsolódnak a kimenetek. Egy ilyen kapcsolást toggle-flip-flopnak is nevezik. 22. nap 22 Érzékel-idkapcsoló Egy további 100 nf-os kondenzátor (104) bukkan fel a 22. ajtó mögül. Csekély változtatásokkal az elz kapcsolásból egy elektronikus érzékelkapcsoló lesz, amely egy adott állapotot hosszantartó érintéssel is csak rövid idre kapcsol át. Nyugalmi állapotban világít a piros LED. Érintse meg most az érzékelérintkezt, és tartsa rajta az ujját. Ekkor a zöld LED rövid idre kigyullad, majd megint visszakapcsolódik a piros LED. A brnedvességtl és a kifejtett nyomástól függ, hogy mennyi ideig világít a zöld LED. Nyugalmi állapotban nem világít a zöld LED, és kisül a kondenzátor. Az érintés pillanatában a tranzisztor rákapcsolja az összesen 200 nf-os töltkondenzátort a bemenetre, és ezálta a nulla-állapotba kapcsolja át. Majd azonban lassan feltöltdik a töltkondenzátor az érzékelérintkezn és az ellenálláson keresztül, úgyhogy egy bizonyos id után pozitív feszültségre teszi az els kapu bemenetét. Az érzékelérintkez átmeneti ellenállásától függ, hogy mennyi ideig világít a zöld LED. Egy flip-flop esetében az els bekapcsolás utáni állapot többnyire véletlenszerű. Ennél a kapcsolásnál más a helyzet. A tápfeszültség els bekapcsolása után alapveten a zöld LED világít. Ez attól van így, mert maga a tranzisztor egy kis kondenzátorként hat, és a még nem feltöltött töltkondenzátoron keresztül egy rövid impulzust juttat a bemenetre. Csak az els működtetés után áll be a normál piros nyugalmi állapot. Ezt a viselkedést azonban könnyen megváltoztathatja. Rakja a két kondenzátort a test helyett a tápfeszültségre. Ekkor az els bekapcsolás után a piros LED fog világítani, azaz a normál nyugalmi állapot áll el.

12 23. nap 23 Frekvenciaosztó A 23. fiókban még egy 10 mohm-os (barna, fekete, kék) ellenállást talál. Itt egy kétfrekvenciás villogót épít meg, amelynél az alacsonyabb frekvencia a magasabb osztásából jön létre. A sárga LED gyorsan villog, a piros és a zöld LED ellenben lassabban, és ellentétes ütemben. A sárga LED két-két villogási szakaszára esik a másik két LED egy-egy villogása. A kapcsolás egy villogó-oszcillátorból áll a szokásos kapcsolásban, és egy un. toggle-flip-flopból, amely minden egyes impulzusra átváltja az állapotát. Az oszcillátor kimenetén lév minden egyes pozitív kapcsolóélnél egy rövid impulzus képzdik, amely vezérli a tranzisztort. Az pedig átkapcsolja a toggle-flip-flop állapotát. A zöld és a 24. nap 24 Szikrázó csillagok Az utolsó ajtó mögött még egy 100 nf-os (104) kondenzátor van elrejtve. A december 24-i kapcsolás összesen hat LED-et tartalmaz, amelyek teljesen különböz módon villognak, villámlanak és villódznak. Így keletkezik egy karácsonyi LEDfényjáték, amely szikrázó csillagokat mintáz. A kapcsolás több kapcsolás kombinációja, amelyeket elzleg már megépített. Most az összes egyszerre kerül alkalmazásra. A két sárga LED egyformán villog, de egymástól függetlenül. Egy piros és egy zöld LED rövidebb és hosszabb felvillanása a két villogó különböz kimenfeszültségének a fázisait mutatja. A kapcsolás jobb szélén lév két gyorsabb oszcillátor véletlenszerű frekvenciaeltérése interferenciát okoz, és két további LED villódzását idézi el. A villódzás gyorsasága az alkatrészek véletlenszerű szórásától függ. Addig cserélgesse a kondenzátorokat a kapcsolásban, amíg a legjobban nem tetszik az eredmény. Mivel összesen hat kondenzátora van, egyes kondenzátorokat párhuzamosan is kapcsolhat, hogy csökkentse a frekvenciát. Mégha ez is ennek a naptárnak az utolsó kísérlete, nem kell okvetlenül az utolsó kapcsolásnak lennie. Idközben olyan sok különböz kapcsolást próbált ki, hogy bellük egészen más dolgokat is megépíthet. Idközben hagyománnyá vált, hogy a Conrad adventi naptár anyagából további kapcsolásat fejlesszenek ki. Keresse meg az interneten, hogy mások a meglév anyagokból mi mindent készítettek. piros LED emiatt éppen fele olyan gyorsan villog, mint a sárga LED. A toggle-flip-flopok az elektronika és a számítástechnika számos területén nyernek alkalmazást frekvenciaosztóként vagy számlálóként.

13 Impresszum 2013 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, D Haar bei München Szerz: Burkhard Kainka ISBN Készült a Conrad Electronic SE megbízásából, Klaus-Conrad-Str. 1, Hirschau Minden jog fenntartva, a fotomechanikus lejátszásé és az elektronikus médiákon történ tárolásé is. Csak a kiadó írásos engedélyével szabad másolatokat készíteni és terjeszteni papíron, adathordozókon vagy az interneten, különösen PDFfájlként, ellenkez esetben büntetjogi következményekkel járhat. A hardver és szoftver termékmegnevezések többsége, valamint a jelen leírásban szerepl céges logók rendszerint bejegyzett termékmegjelölések, és akként kezelendk. A kiadó lényegében a gyártó írásmódját alkalmazza a termékmegnevezéseknél. A kézikönyvben bemutatott összes kapcsolást és programot a lehet legnagyobb gondossággal fejlesztettük ki, vizsgáltuk be és teszteltük. Ennek ellenére nem lehet teljesen kizárni a kézikönyvben és a szoftverben elforduló hibákat. A kiadó és a szerz a szándékos vagy hanyag magatartás miatt a törvény szabta felelsséggel tartozik. Egyebekben a kiadó és a szerz már csak a termékszavatosságnak megfelelen tartozik felelsséggel az élet, a test vagy az egészség sérelme, vagy a lényeges szerzdéses kötelezettségek vétkes megsértése esetén. A lényeges szerzdéses kötelezettségek megsértése miatti kártérítés a szerzdésre jellemz elrelátható károkra korlátozódik, hacsak a termékszavatosság szerinti kényszerít felelsség esete nem áll fenn. Az elektromos és elektronikus készülékeket tilos a háztartási hulladékkal együtt eltávolítani. Az elhasznált terméket az érvényes törvényi elírásoknak megfelelen kell eltávolítani. Az eltávolítás céljára rendszeresített gyűjtállomásokon ingyenesen leadhatja elektromos készülékeit. Lakhelyén a hatóságoknál informálódhat, hol talál ilyen gyűjtállomást. A termék megfelel a vonatkozó CE irányelveknek, amennyiben azt a mellékelt útmutató szerint használja. A használati útmutató a termékhez tartozik, és vele együtt kell a terméket továbbadnia. Elszó Mint az elz években, most is kapható a Conrad elektronikai naptára 24 kísérlettel a december 1-tl 24-ig terjed napokra. A téma ezúttal a digitális elektronika. Lehet, hogy komplikáltnak tűnik elsre,de nagyon egyszerű a bemutatott kísérleteket a 4093 CMOS-IC-vel is elvégezni. Ez az IC egyszerre négy egyedileg alkalmazható digitális kapcsolást, un. Schmitt-triggeres bemenetekkel rendelkez NAND-kaput tartalmaz. Ez a ketts funkcionalitás teljesen különböz és sokoldalú alkalmazást tesz lehetvé, amelyek nemcsak nagyon tanulságosak, hanem érdekesek is. A végén van egy kapcsolás, amely szikrázó csillagokat ábrázolva a karácsonyfa alá is betehet. Az elektronikai-naptárt a legkülöbözbb célokra lehet felhasználni. Valaki talán csak egyszerűen a terv szerint akarja megépíteni a kapcsolásokat, és élvezni akarja a sikert. Mások lehetleg meg is akarják érteni, hogy mit tesznek. A kísérletek leírása mindegyikük számára szolgál. Emiatt a tulajdonképpeni kísérletet csak nagyon egyszerűen írjuk le. Majd szűkszavúan ismertetjük a műszaki hátteret. Így megtalálja a vezérszavakat, amelyek segítségével mélyebb információk után kutathat. Egyébként a kísérletek akkor okozzák a legnagyobb örömet, ha másokkal együtt végzi. A szülk és a nagyszülk esetleg értékes ismereteket adnak tovább, és felébresztik a gyerekek és a fiatalok érdekldését. A meglév alkatrészekkel még sokkal több kapcsolást lehet megépíteni, mint ahányat itt bemutathatunk. Aki a megadott kísérleteket érdekldéssel végigcsinálja, hamarosan talál kapcsolási változatokat és hasonló alkalmazási lehetségeket is. És teljesen új kapcsolásokat is kitalálhat. Gazdag találékonyságának semmi sem szabhat határokat! Sok örömet és boldog karácsonyi ünnepeket kívánunk!