ELEKTRONIKA Z ROBOTIKO - pef.uni-lj.si · PDF fileelektronike in robotike. Nekateri projekti so precej zahtevni, najdemo pa tudi takšne, ki so namenjeni za četnikom

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO

Program: fizika in tehnika

ELEKTRONIKA Z ROBOTIKO – IZBIRNI PREDMET V OSNOVNI ŠOLI

DIPLOMSKO DELO

Mentor: Kandidat:

izr. prof. dr. Slavko Kocijančič Gorazd Šantej

Ljubljana, november 2007.

Zahvala

Na začetku bi se rad zahvalil vsem, ki so kakorkoli pripomogli k nastanku te

diplome, predvsem mentorju izr. prof. dr. Slavku Kocijančiču.

Neizmerno hvaležnost podajam tudi svojima staršema, ki sta mi zmeraj stala ob

strani in me znala usmerjati na prava pota.

Posebna zahvala sledi mojima najdražjima, Andreji in Lari, ki sta me ob pisanju

diplomske naloge razumevajoče prenašali.

Vsem skupaj še enkrat HVALA.

Povzetek

Diplomsko delo je namenjeno učiteljem tehnike ali fizike in učencem devetega razreda v

osnovni šoli, amaterskim ljubiteljem elektronike in ostalim, ki jih zanima obravnavano

področje. Učno gradivo predstavlja enega od načinov popestritve klasičnega pouka pri

izbirnem predmetu Elektronika z robotiko, saj temeljijo učne ure predvsem na

eksperimentiranju in aktivni udeležbi učencev.

Prvi del diplomskega dela predstavlja izmišljena zgodba o zimskem vrtu, preko katere

potekajo dejavnosti pri predmetu. Učenci z vajami postopoma spoznavajo svet elektronike.

Spoznajo merilne inštrumente, termistor, fotoupor, upor, kondenzator, potenciometer,

komparator napetosti, svetleče diode, R-S flip flop, astabilni multivibrator, tranzistor in

operacijski ojačevalnik.

V drugem delu diplomske naloge so predstavljeni nekateri možni projekti pri izbirnem

predmetu Elektronika z robotiko, ki jih lahko učenci z učiteljevo pomočjo in vodenjem tudi

naredijo. Priporočljivo pa je, da si izberejo tudi kakšen drug projekt, ki ga najdejo v

revijah, na internetu ali jim ga posreduje učitelj.

Ključne besede

• elektronika z robotiko

• elektronika v šoli

• izbirni predmet v osnovni šoli

• učbenik za izbirni predmet Elektronika z robotiko

• elektronska vezja

Abstract

The present thesis concerns teachers of technical studies or physics, pupils of 9th grade

of elementary school, electronics fans who look for hands-on experience, and all those

individuals that are generally interested in the field. The teaching material is one of the

means of making frontal teaching of an optional subject, like Electronics with Robotics,

more interesting and colourful since the material presented here is based on practical

experiments and hands-on experience of the pupils.

First part of the thesis uses an imaginary story of a winter garden which is used as a

basis for all subjects presented. The pupils gradually become acquainted with the world

of electronics through games and playing. They meet with measurement instruments,

thermistor, light dependent resistor, resistor, capacitor, potentiometer, voltage

comparator, light emiting diodes, R-S flip flop, astable multivibrator, transistor and

operational amplifier.

Second part of the thesis brings a number of potential projects/practical experiments

that the pupils can try to complete under the supervision and guidance of the mentors

within the context of the optional subject Electronics with Robotics. It is, however,

recommended that they also look for and choose other experiements or projects, either

in popular magazines, on Internet, or through the mediation of their teachers and

mentors.

Keywords:

• Electronics with robotics

• Electronics teaching at school

• Optional subjects at school

• Textbook/Manual for the optional subject Electronics with Robotics

• Printed circuits

Vsebina

1. Uvod..........................................................................................................................1

2. Vsebina učbenika Elektronika z robotiko .................................................................3

3. Povezovalna zgodba..................................................................................................6

4. Zbirka vezij ...............................................................................................................7

5. Težave v zimskem vrtu ...........................................................................................12

5.1 Kako elektronsko merimo temperaturo...........................................................12

5.2 Vezje, v katerem je električni tok odvisen od temperature.............................12

5.3 Vezje, v katerem je električna napetost odvisna od temperature ....................16

5.4 Ročna nastavitev napetosti..............................................................................19

5.5 Svetlobno opozorilo za nizke temperature......................................................22

5.6 Prehodno znižanje temperature si zapomni vezje ...........................................25

5.7 Svetlobno opozorilo naj utripa ........................................................................30

5.8 Opozorilna luč je žarnica ................................................................................37

5.9 Ko se bo shladilo, vključimo grelec................................................................41

5.10 Osvetljenost prostora v zimskem vrtu naj bo ves čas enaka ...........................45

6. Izbrani projekti ........................................................................................................49

6.1 Spoznajmo pomembno lastnost svetleče diode...............................................49

6.2 Sprememba izmenične napetosti v enosmerno ...............................................51

6.3 Zakasnjen in postopen izklop notranje luči v avtomobilu ..............................55

6.4 Zvočno opozorilo pri prekinitvi svetlobnega snopa – 1. del...........................57

6.5 Zvočno opozorilo naj traja izbran čas – 2. del ................................................59

6.6 Uravnavanje nivoja vode.................................................................................63

6.7 Binarno kodiranje števil ..................................................................................65

6.8 Štoparica..........................................................................................................68

6.9 Čelna svetilka ..................................................................................................71

7. Zapiski za učitelja ...................................................................................................74

7.1 Težave v zimskem vrtu ...................................................................................74

7.2 Izbrani projekti ................................................................................................76

8. Zaključek.................................................................................................................77

9. Viri in literatura.......................................................................................................78

10. Priloge .....................................................................................................................79

ELEKTRONIKA Z ROBOTIKO – IZBIRNI PREDMET V OSNOVNI ŠOLI Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, fizika in tehnika, Ljubljana, 2007.

G. Šantej 1

1. Uvod

Dandanes nas obkrožajo elektronske naprave (prenosni telefoni, mp3 predvajalniki, …).

Za otroke je tako elektronika precej zanimiva, saj se vsak dan na takšen ali drugačen

način srečujejo z njo. Elektronika z robotiko naj bi dal učencem predstavo, kakšna

vsebina se skriva za naslovom ter jim olajšal kasnejšo odločitev o izbiri poklica..

Ustvaril naj bi predvsem zanimanje za nadaljnje izobraževanje v tej smeri. Zato se

vnaprej odreče sistematičnemu raziskovanju obeh področij, ki sta tako ali tako

preobširni, da bi bilo raziskovanje na tej stopnji smiselno. Namesto tega je študij

podoben prvemu ogledu velikega mesta. Ustavljamo se le ob znamenitostih in si

skušamo iz drobcev ustvariti celotno podobo mesta. [1]

Tehnologija, ki stoji za elektroniko, je zelo zapletena in je učencem ni moč preprosto

predstaviti. Glede na stopnjo predznanja in znanje samo, ki ga naj bi osvojili, so za

otroke problemsko nerešljivi že osnovni zakoni elektrike. Poleg tega predstavlja

dodaten problem devetletka sama, saj je z ukinitvijo tehnike v 9. razredu preprečena

medpredmetna povezava med tema dvema predmetoma. Učni načrt za Elektroniko z

robotiko je izredno zahteven in na določenih mestih nerazumljiv, zato se v osnovnih

šolah tudi redko izvaja. Če se, ga izvajajo le učitelji, ki so ljubitelji elektronike.

Posledično založbe niso zainteresirane za tiskanje učbenika, saj so naklade premajhne.

Vsi ti razlogi so nas pripeljali do ideje, da je potrebno narediti učbenik v elektronski

obliki, ki bo učitelju omogočal prilagajanje in bo brezplačen. Poleg učbenika je izdelana

tudi zbirka vezij, s pomočjo katere bo moč hitreje izvesti posamezne vaje.

Splošni cilj predmeta je zapisan v učnem načrtu. Predmet je namenjen predvsem

motivaciji učencev za nadaljnje izobraževanje na področju elektronike in njene uporabe.

V obdobju zadnjih petih let osnovne šole so učenci najbolj odprti za zvedavo

raziskovanje okoliškega sveta in poseganje vanj. Elektronika je področje, ki nudi mnoge

možnosti prav za to. Učenci se srečujejo s problemi in iščejo nanje odgovore [1].

Na začetku spoznavanja elektronike z robotiko si bodo učenci pomagali z moduli (že

prej narejena vezja, ki so v zbirki vezij), da bodo prišli do želenih rezultatov. Te module


2 G. Šantej

bodo po potrebi dopolnjevali s posameznimi elementi ali jih med seboj povezovali v

kompleksnejše sisteme. Didaktičen princip e-gradiva je empiričen, saj bodo otroci s

poskusi odkrivali lastnosti vezij. Da pa bodo vaje in naloge ciljno naravnane, smo se

odločili za reševanje problemov preko namišljene povezovalne zgodbe. Naloge bodo

otroci reševali izkustveno in problemsko. Težišče dela bo na eksperimentalnem delu,

kjer bodo učenci sestavljali elemente v sistem in opazovali njihovo delovanje [1]. Za

povezovalno zgodbo bodo sledili posamezni projekti, ki jih bo učitelj razdelil med

učence in ti jih bodo morali izdelati. Svoj končni izdelek bodo učenci lahko spajkali ali

zvezali na prototipni ploščici (protoboardu) ter ga na koncu leta odnesli domov.

Večina literature s tega področja je relativno zastarela, saj se elektronika zelo hitro

razvija in prehiteva izdaje strokovnih priročnikov. Zato bomo našli najboljše in

najsodobnejše projekte internetu [2-4] ter v specializiranih revijah za področje

elektronike in robotike. Nekateri projekti so precej zahtevni, najdemo pa tudi takšne, ki

so namenjeni začetnikom. Če se prvič srečujemo z izdelavo vezij, je najbolje, da vezja

vežemo na prototipni ploščici ali jih spajkamo. Tudi o načinih izdelave vezij si lahko

več preberemo v specializiranih revijah [5-11] ali v internetnih virih [12]. Lahko si

pogledamo tudi spletne strani nekaterih slovenskih proizvajalcev tiskanih vezij [13-17]

in jih po elektronski pošti prosimo za dodatne informacije.


G. Šantej 3

2. Vsebina učbenika Elektronika z robotiko

V učnem načrtu so vsebine zelo skopo predstavljene, dejavnosti učencev so zapisane v

obliki krajših ciljnih nalog ali v obliki kratkih zgodb. Mi se sicer teh kratkih zgodb v

nalogi nismo držali, a smo v obliki namišljene zgodbe vseeno zadostili učnemu načrtu.

V učbeniku s pomočjo povezovalne zgodbe z lahkoto sledimo snovi ter spoznavamo

elektroniko in elemente, ki se uporabljajo v elektroniki. Spoznamo merilne inštrumente,

s pomočjo katerih merimo tok in napetost, ugotovimo, da so nekateri elementi občutljivi

na temperaturo, (kot je na primer termistor. To je »… nelinearni upor z velikim

temperaturnim koeficientom. Tiste s pozitivnim koeficientom označujemo s kratico PTC,

tiste z negativnim pa z NTC. Termistorji, ki imajo pri dani konstantni temperaturi

okolice veliko upornost, so videti linearni, saj je izgubna moč na termistorju majhna in

samega sebe znatno ne segreva.« [18] ), drugi pa na svetlobo, kot na primer »Fotoupor

(ang. light dependent resistor oz. LDR) je nelinearen upor, katerega upornost je močno

odvisna od osvetljenosti. Narejen je iz polprevodnika, ki v temi slabo prevaja električni

tok – pravimo da ima veliko »temno upornost«. Fotoni (svetlobni delci) osvobajajo sicer

vezane (negibljive) nosilce toka in povečajo prevodnost. Da je osvetljenost konstantna,

je njegova I/U karakteristika linearna« [18], spoznamo relacijo med tokom in

napetostjo, spoznamo upore »Za idealne električne upore velja linearnost med tokom in

napetostjo ne glede na vplive okolice, impendanca je frekvenčno neodvisna, ne

povzročajo faznega premika med tokom in napetostjo. Poleg tega ni omejitev glede

električne moči, ki se lahko sprošča na njih. Realni električni upori, ki so sestavni deli

skorajda vseh elektronskih vezij, imajo glede idealnih lastnosti nekaj omejitev« [18],

potenciometre »S potenciometri ročno spreminjamo delilno razmerje – torej ima tri

priključke. Potenciometer ima dva fiksna robna priključka, med katerima je upornost

vseskozi konstantna (in se navaja kot upornost potenciometra), tretji zvezno drsi od

enega do drugega robnega priključka.« [18], in naredimo delilnik napetosti z upori.

Preko komparatorja napetosti »Komparator napetosti je edini način neposredne

uporabe operacijskega ojačevalnika brez zunanjih sestavnih delov. Izhodna napetost

nam pove, na katerem od obeh vhodov je napetost večja. Izhod operacijskega

ojačevalnika je v zgornjem nasičenju, če je napetost neinvertirajočega vhoda le

zanemarljivo večja od napetosti invertirajočega vhoda.« [18] spoznamo svetleče diode


4 G. Šantej

»Sveteče (ali svetleče) diode (ang. LED: light emitting diode) imajo podobno I/U

karakteristiko kot navadne polprevodniške diode, le da v prevodni smeri oddajajo

praktično enobarvno svetlobo, ki je sorazmerna (skoraj premo sorazmerna)

električnemu toku skozi diodo. Različne sveteče diode oddajajo svetlobo različne barve

– valovne dolžine.« [18]), vpeljemo R-S flip flop »To je najbolj osnovna oblika

spominske celice (ang. RS latch). Zgradimo ga lahko iz dveh NEIN ali dveh NEALI vrat.

Ima dva izhoda, katerih stanji sta vedno nasprotni.« [19]), astabilni multivibrator »To

so oscilatorji (ang. free running oscillator), ki periodično ponavljajo dve stanji na

izhodu, v digitalni elektroniki sta to stanji 0 in 1, pri oscilatorjih z operacijskim

ojačevalnikom pa je to menjavanje med spodnjim in zgornjim nasičenjem.

Najpomembnejša lastnost oscilatorja je njegova lastna frekvenca f, ki je povezana s

periodo menjavanja dveh stanj po znani zvezi pt

f1

= . Nekateri astabilni multivibratorji

nimajo vhoda, ampak samo izhod, kjer napetost začne oscilirati takoj po priključitvi

napajanja. Drugi oscilatorji imajo digitalni vhod, s katerim je mogoče določiti, ali

izhod oscilira ali pa je na njem nespremenjeno stanje.« [18]) in tranzistor kot

ojačevalnik »Tranzistorji so polprevodniški elektronski sestavni deli s tremi priključki.

Značilno za tranzistorje je, da je tok v izhodnem krogu (krmiljenem) mnogo večji od

toka v vhodnem (krmilnem) krogu toka. Iz povedanega sledi, da je električna moč

vhodnega kroga precej manjša od tiste v izhodnem krogu.« [18].

Spoznamo še nekaj drugih načinov uporabe operacijskega ojačevalnika »Operacijski

ojačevalnik je kompleksen elektronski podsestav, ki je kot integrirano vezje vgrajen v

ustrezno ohišje. Kljub temu, da je na voljo veliko število komercialnih izvedb

operacijskega ojačevalnika, so osnovne lastnosti takih, ki so namenjeni splošni uporabi,

zelo podobne. Ena od najpomembnejših odlik operacijskega ojačevalnika je tudi

enostavnost uporabe, zato je v marsičem nadomestil uporabo tranzistorjev. Z le nekaj

zunanjimi komponentami (upori, kondenzatorji,…) lahko zgradimo izjemno raznolika

vezja – naštejmo najpomembnejša: ojačevalnik napetosti, odštevalnik napetosti,

seštevalnik napetosti, vezji za odvajanje in integriranje, komparator napetosti, tokovno-

napetostni pretvornik, tokovni izvor, …« [18].


G. Šantej 5

Ostale vsebine so odvisne od projektov, ki jih učitelj sam izbere. V učbeniku smo tako

predstavili naslednje vsebine: pomembna lastnost svetleče diode, sprememba izmenične

napetosti v enosmerno, zakasnjen in postopen izklop notranje luči v avtomobilu, zvočno

opozorilo pri prekinitvi svetlobnega snopa – 1. del, zvočno opozorilo naj traja izbran čas

– 2. del, uravnavanje nivoja vode, binarno kodiranje števil, štoparica, čelna svetilka).


6 G. Šantej

3. Povezovalna zgodba

Moje ime je Simon in sem učenec devetega razreda. Moja mati ima v zimskem vrtu

tropske rastline, ki so občutljive na nizke temperature, zato moram paziti, da

temperatura ne pade pod 12 °C. V primeru, da bi se v mrzlih nočeh temperatura

spustila pod mejno vrednost, bi morali zimski vrt ogrevati. Ker ne želim ponoči vstajati

vsako uro, da bi preveril temperaturo na termometru, se moram domisliti nečesa

boljšega. Že vem, potrebujem elektronski sistem, ki bo zaznal znižano temperaturo in

me na to opozoril z opozorilno lučko. Vendar pa to ni rešitev, saj bom moral še vedno

vsake toliko časa pogledati, ali lučka sveti ali ne. Namesto opozorilne lučke naj se torej

vklopi zvočni signal, ki me bo opozoril na znižanje temperature. Tedaj mi ne bo več

treba vsako uro preverjati opozorilne lučke in bom lahko mirno spal. To je sicer dobra

rešitev, a zvočni signal sredi noči ni ravno prijeten. Zbudil bi tudi moje sestrico Silvo, ki

še ne šteje enega meseca. Moral se bom domisliti nečesa drugega. Zakaj ne bi naredil

elektronski sistem, ki bi ob znižanju temperature vključil grelec in ga izključil, ko bi se

temperatura dvignila nad mejno vrednost? Da, to bo zares dobra rešitev.

Mama pravi, da je pozimi v zimskem vrtu tudi premalo svetlobe. Najbolje bo, da v

zimski vrt oče napelje luč, da osvetlimo rastline takrat, ko to potrebujejo. Ker pa nočem

imeti preveč dela z zimskim vrtom, razen z zalivanjem, moram premisliti tudi o

problemu premajhne osvetljenosti. Dobro bi bilo, da tropske rastline osvetljujemo na

sledeč način: manj ko je dnevne svetlobe, več je dodane svetlobe, ki jo oddaja luč.

Ponoči pa tako ali tako ni potrebe po osvetlitvi, saj rastline počivajo in lahko sistem, ki

nadzoruje osvetljenost izključimo.

Reševanje problemov v zimskem vrtu je zanimivo. Ali bi lahko rešili še kakšen problem

iz vsakdanjega življenja? Verjetno. No, potem pa poskusimo.


G. Šantej 7

4. Zbirka vezij

Za uresničitev ciljev, ki smo jih navedli v povezovalni zgodbi, vam predlagamo, da si

ogledate zbirko vezij, ki je predstavljena na slikah in si zbirko tudi naročite, saj bo delo

potem lažje in bo hitreje potekalo.

Na začetku vam bomo predstavili vezja, ki so v zbirki. Potrebovali jih bomo pri vajah,

obenem pa nam bodo olajšala začetno in nadaljevalno delo. Podrobnejši opis

posameznega vezja bo sledil pri vajah.

Slika 1: Napetostni izvor

Slika 2: Komparator napetosti

Slika 3: Vezja s tranzistorjem

Slika 4: Vezna plošča


8 G. Šantej

Slika 5: Astabilni multivibrator

Slika 6: R-S flip-flop

Slika 7: Logična vrata

Slika 8: Operacijski ojačevalnik

Slika 9: Kondenzator

Slika 10: Prototipna ploščica (protoboard)


G. Šantej 9

Slika 11: Termistor (NTC)

Slika 12: Fotoupor (LDR)

Slika 13: Potenciometer

Slika 14: Svetleče diode (LED)


10 G. Šantej

Slika 15: Upori

Slika 16: Vezne žice

Slika 17: Vezava napajanja astabilnega multivibratorja preko napetostnega izvora


G. Šantej 11

Slika 18: Adapter vstavimo v vtičnico in ga vežemo na napetostni izvor


12 G. Šantej

5. Težave v zimskem vrtu

V zimskem vrtu gojimo tropske rastline, ki začno odmirati, ko je temperatura nižja od

12 °C. V hladnih nočeh se zgodi, da temperatura pade pod to vrednost. Želimo narediti

elektronsko vezje, ki nas bo opozorilo na prenizko temperaturo.

5.1 Kako elektronsko merimo temperaturo

Temperaturo merimo s termometri. Če hočemo narediti vezje, ki bo merilo temperaturo

in nas opozorilo na znižanje temperature pod neko mejno vrednost, moramo uporabiti

element, ki je občutljiv na spremembo temperature. Tak element je termistor (NTC), ki

s spremembo temperature spreminja svojo upornost.

5.2 Vezje, v katerem je električni tok odvisen od temperature

Ampermeter je instrument za merjenje električnega toka (nadalje tok). Enota za tok je

amper, oznaka zanj je veliki A. Vežemo ga zaporedno merjenemu elementu.

5.2.1 Naloge

Kako je električni tok odvisen od spremembe temperature?

5.2.2 Pripomočki

Potrebujemo naslednje pripomočke:

• napetostni izvor,

• vezna plošča,

• ampermeter,

• termistor (NTC),

• vezne žice,

• termometer,

• posodice z vodo.


G. Šantej 13

5.2.3 Izvedba vaje

Zvežemo po sliki 19 in si pripravimo posodici z vodo s temperaturama 0 °C in 40 °C

(temperaturi predstavljata najmanjšo in največjo možno vrednost, ki je lahko v našem

zimskem vrtu). Nato potopimo termistor v toplo vodo. Počakamo, da se termistor ogreje

in ampermeter ustali na določeni vrednosti, nato to vrednost zapišemo v tabelo 1.

Ponovimo postopek z vodo, ki ima temperaturo 0 °C. Izmerili smo največji in najmanjši

tok. Nas pa zanima mejna vrednost, to je vrednost pri 12 °C, kajti pod to temperaturo

začnejo naše rastline odmirati. Pripravimo si posodico s temperaturo vode 12 °C

(merimo s termometrom), vanjo potopimo termistor in izmerimo tok. Izmerili smo tok,

pri katerem želimo, da nas vezje opozori, ko bo temperatura v zimskem vrtu prenizka.

Slika 19: Vezava termistorja (NTC) z ampermetrom

5.2.4 Delovanje vezja

Ko termistor (NTC) potopimo v hladnejšo vodo ugotovimo, da teče skozi ampermeter

manjši tok, kot je tekel pri sobni temperaturi in obratno, da teče skozi ampermeter večji

tok, kot pri sobni temperaturi, ko potopimo termistor v toplo vodo. Ker temperatura

vpliva na upornost termistorja, sklepamo, da manjša kot je temperatura, večja je

upornost termistorja.

5.2.5 Analiza in ugotovitve

Tabela 1: Merjenje toka skozi termistor in izračun upornosti

Temperatura vode Tok Upornost: R = UI

40 °C

0 °C

12 °C


14 G. Šantej

5.2.6 Dodatne naloge

1) Element, katerega glavna lastnost je upornost, se imenuje upor. Upor je majhen

valjast element, ki ima na ohišju narisane črte različne barve. Te barve so urejene v

barvno lestvico (slika 24), ki določa upornost upora.

R1 = R2 = 1 kΩ

a) Merjenje toka skozi upor. Izmerimo tok skozi upor (slika 20).

Slika 20: Merjenje toka skozi upor

b) Merjenje toka skozi zaporedno vezana upora. Izmerimo tok skozi zaporedno

vezana upora (slika 21).

Slika 21: Merjenje toka skozi zaporedno vezana upora

c) Merjenje toka skozi vzporedno vezana upora. Izmerimo tok skozi vzporedno

vezana upora (slika 22).

Slika 22: Merjenje toka skozi vzporedno vezana upora


G. Šantej 15

Tabela 2: Vezava uporov in merjenje toka

Vezava Tok Upornost: R = UI

R1

Zaporedno R1 in R2

Vzporedno R1 in R2

2) Merjenje toka skozi fotoupor (slika 23). Z dlanjo počasi in postopoma

zatemnjujemo fotoupor in opazujemo, kaj se dogaja s tokom. Ali bi znali povedati,

kaj se dogaja z upornostjo fotoupora, medtem ko ga zatemnjujemo?

Slika 23: Merjenje toka skozi fotoupor

Slika 24: Barvna lestvica za označevanje uporov


16 G. Šantej

5.3 Vezje, v katerem je električna napetost odvisna od

temperature

Odvisnost toka od temperature lahko služi za ugotavljanje temperature v zimskem vrtu.

Ali obstaja še kakšen merilni instrument, da bi dosegli podobno. Odgovor je da. To delo

lahko opravimo tudi z voltmetrom. Voltmeter je instrument za merjenje napetosti.

Enota za napetost je volt, oznaka V. Vežemo ga vzporedno merjenemu elementu.

5.3.1 Naloge

Kako je električna napetost odvisna od spremembe temperature?

5.3.2 Pripomočki



• vezna plošča,

• voltmeter,


• upor R1 = 1 kΩ,

• vezne žice,

• termometer,


5.3.3 Izvedba vaje

Zvežemo upor in termistor kot kaže slika 25. Termistor potopimo v posodo z vodo, ki

ima temperaturo 12 °C. Počakamo nekaj časa, nato pa preberemo vrednost z voltmetra

in si jo zapišemo. To je naša mejna napetost. Imenovali jo bomo referenčna napetost.


G. Šantej 17

Slika 25: Vezava termistorja, upora in voltmetra

Takšna vezava elementov se imenuje delilnik napetosti, saj razdeli napajalno napetost

glede na upornost elementov na dva dela in sicer tako, da je v sorazmerju z njuno

upornostjo (2 x večja upornost nam da 2 x večjo napetost in obratno).


Izbira upora je bistvenega pomena za pravilno delovanje vezja. V primeru izbire

premajhnega upora, je napetost na termistorju zmeraj velika, pri izbiri prevelikega upora

pa zmeraj majhna. V obeh primerih gre za manjše spremembe v napetostih. Izbrati

moramo torej takšen upor, ki bo omogočil, da nastane pri spremembi temperature na

termistorju tudi večja sprememba napetosti na termistorju. Ugotovimo, da pri

naraščanju temperature napetost pada in obratno, da pri padanju temperature napetost

narašča.


Kaj se zgodi z napetostjo, če mesti termistorja in upora zamenjamo (slika 26)?

Spremenite vezje in izmerite napetost pri enakih pogojih kot zgoraj. Kaj ste ugotovili?

Svoje ugotovitve zapišite v tabelo 3.


18 G. Šantej

Slika 26: Zamenjava mest termistorja in upora

Tabela 3: Merjenje napetosti na termistorju in uporu

Vezava Napetost Ugotovitve

Po sliki 25

Zamenjava mest termistorja

in upora (slika 26)


1) Merjenje napetosti na fotouporu. Spoznajmo še en element, katerega upornost je

odvisna od zunanjega dejavnika – v tem primeru od osvetljenosti. Fotoupor vežemo

z uporom v delilnik napetosti in izmerimo napetost takrat, ko je fotoupor osvetljen in

ko je zatemnjen. Kaj ugotovimo? Zvežimo po sliki 27 in izpolnimo tabelo 4.


G. Šantej 19

Slika 27: Vezava fotoupora v delilnik napetosti

Tabela 4: Merjenje napetosti na fotouporu

Stanje Napetost Ugotovitve

Fotoupor je osvetljen

Fotoupor je zatemnjen

5.4 Ročna nastavitev napetosti

Z ročno nastavitvijo napetosti bomo nastavili referenčno napetost, ki smo jo izmerili pri

prejšnji vaji (5.3.3). Uporabili bomo potenciometer.

5.4.1 Naloge

Ročna nastavitev referenčne napetosti.

5.4.2 Pripomočki



• vezna plošča,

• voltmeter,

• potenciometer,

• vezne žice.


20 G. Šantej

5.4.3 Izvedba vaje

Delilnik napetosti lahko naredimo na več načinov. Lahko uporabimo dva upora,

preprostejši način pa je, da uporabimo potenciometer, s katerim lahko določimo

napetost od 0 V do napajalne napetosti +Uc (slika 28).

Slika 28: Nastavitev želene napetosti s potenciometrom

Pri konstantni napajalni napetosti +5V bomo merili napetost U1 in U2. Zvežimo po sliki

29 in merimo napetost (U1) med +Uc in Vout ter napetost (U2) med Vout in GND.

Počasi vrtimo gumb potenciometra in opazujemo spreminjanje napetosti U1 in U2.

Ugotovitve zapišimo v tabelo 5.

Slika 29: Vezava voltmetrov


Gumb potenciometra je lahko v dveh skrajnih položajih, v katerih je ena napetost 0V in

druga 5 V. Pri vrtenju gumba se ti dve napetosti spreminjata, vsota napetosti pa je vedno

enaka 5 V. Takemu vezju pravimo tudi delilnik napetosti. Napetost lahko prosto

nastavimo na U1 ali na U2.

Pri eni prejšnjih vaj (5.3.3) smo izmerili, kakšno napetost pričakujemo pri 12 °C.

Izmerjena napetost je naša mejna napetost, ki jo moramo nastaviti s potenciometrom.


G. Šantej 21

Gumb potenciometra vrtimo tako dolgo, da dobimo napetost U2 (napetost med Vout in

GND) enako referenčni napetosti (slika 29).


Tabela 5: Merjenje napetosti na potenciometru

Napetost (U1) Napetost (U2) Napetost (U1 + U2)

2 V

4 V

3 V

4 V


1) Zvežimo potenciometer in žarnico ter ugotovimo, kaj se dogaja z žarnico, ko vrtimo

gumb potenciometra (slika 30).

Slika 30: Vezava potenciometra in žarnice


22 G. Šantej

5.5 Svetlobno opozorilo za nizke temperature

Odčitavanje z ampermetra ali voltmetra je zamudno, poleg tega si moramo zapomniti

tok ali napetost pri mejni temperaturi 12 °C. Lažje bi bilo, če bi takrat, ko je temperatura

prenizka, svetila rdeča lučka.

5.5.1 Naloge

Sestavimo vezje, ki bo z lučko opozorilo, da je temperatura nižja od mejne.

5.5.2 Pripomočki



• vezna plošča,

• komparator napetosti,

• vezne žice,


• upor R3 = 1 kΩ,

• termometer,


5.5.3 Izvedba vaje

Zvežimo po sliki 31. Potenciometer mora biti nastavljen na referenčno napetost,

izmerjeno pri točki 5.3.3.

+Uc = +5 V


G. Šantej 23

Slika 31: Komparator napetosti

Preizkusimo, če vezje deluje. Termistor potopimo v vodo, ki ima temperaturo nižjo od

12 °C. Lučka mora svetiti. Potem damo termistor v vodo, ki ima temperaturo višjo od

12 °C. Lučka mora ugasniti. Če nam to uspe, potem vezje deluje pravilno.


Komparator napetosti primerja napetost na termistorju z ročno nastavljeno mejno

(referenčno) napetostjo, ki je izbrana glede na temperaturo 12 °C. Ko pade temperatura

pod to vrednost, nam to komparator napetosti javi s svetlečo diodo.

Dokler bo termistor zaznaval višjo temperaturo od mejne temperature, bo vezje v

spodnjem nasičenju, okoli 0 V. Temu stanju pravimo logična 0. Takoj, ko bo

temperatura okolice nižja od mejne temperature, bo izhod komparatorja napetosti

preskočil v zgornje nasičenje, okoli 5 V. Temu stanju pravimo logična 1.


Poglejmo sliko 31 in ugotovimo, kakšna napetost je na izhodu komparatorja, če je

napetost na negativnem priključku 3 V in na pozitivnem 3,05 V?


24 G. Šantej

Sprememba 1: Kakšna napetost je na izhodu, če zamenjamo negativni in pozitivni

priključek komparatorja napetosti (slika 32)?

Slika 32: Zamenjava negativnega in pozitivnega priključka na komparatorju napetosti

Sprememba 2: Kakšno napetost pa lahko pričakujemo na izhodu, če v vezju zamenjamo

samo položaja upora in termistorja v delilniku napetosti (slika 33)?

Slika 33: Zamenjava mest upora in termistorja


1) Spremenimo vezje tako, da bo lučka svetila pri višji temperaturi od mejne vrednosti.

2) Vstavimo v vezje namesto termistorja fotoupor in naredimo vezje, ki bo prižgalo

lučko, ko se bo stemnilo (slika 34).


G. Šantej 25

Slika 34: Vezje, ki bo prižgalo lučko, ko se bo stemnilo

5.6 Prehodno znižanje temperature si zapomni vezje

Ko zjutraj vstanemo, ne vemo kaj se je ponoči dogajalo s temperaturo. Lahko bi se

spustila pod mejno vrednost in mi tega ne bi vedeli. Ker ne bomo bedeli vso noč ob

lučki, da bi to ugotovili, potrebujemo vezje, ki si bo zapomnilo, da je bilo ponoči v

zimskem vrtu prehladno.

5.6.1 Naloge

Vezje, ki si zapomni prehodno znižanje temperature in nas na to opozori z lučko.

5.6.2 Pripomočki



• vezna plošča,


• R-S flip flop,

• vezne žice,

• termistor,

• upor R3 = 1 kΩ (slika 36),

• termometer,



26 G. Šantej

5.6.3 Izvedba vaje

Sestavimo pomnilno vezje, ki se imenuje R-S flip flop (slika 35). Vezje preizkusimo

tako, da s tipko S1 nastavimo na izhod Q stanje logične 0. To se dogaja na vhodu R

(ang.: reset). S tipko S2 postavimo izhod Q v stanje logične 1. To se dogaja na vhodu S

(ang.: set). Svetleča dioda sveti. Tudi če tipko S2 spustimo, svetleča dioda ne neha

svetiti. Vezje si je zapomnilo stanje na vhodu S. Če hočemo, da svetleča dioda ugasne,

moramo pritisniti tipko S1 (vhod R). Kombinacija stanja na S = 1 in R = 1 je

prepovedana. Svoje ugotovitve vpišimo v tabelo 6. Opozorilo! Če lučka sveti, ko vezje

priključimo na napajanje, pritisnemo tipko S1.

+Uc = +5 V

Slika 35: Pomnilno vezje (R-S flip flop)


G. Šantej 27

Po preizkusu vezja vežemo vhod S na izhod komparatorja napetosti (slika 36). Takoj,

ko se bo temperatura spustila pod mejno vrednost, bo zasvetila lučka pri komparatorju

napetosti in lučka R-S flip flopa. Medtem, ko bo lučka pri komparatorju napetosti

prenehala svetiti po zvišanju temperature, bo lučka pri vezju R-S flip flopa še kar

svetila. Lučko R-S flip flopa lahko ugasnemo samo s tipko S1 ali z izklopom napajanja.

Slika 36: Komparator napetosti priključimo na vhod S (set) R-S flip flopa


Svetleča dioda R-S flip flopa mora zasvetiti, ko pade temperatura v zimskem vrtu pod

mejno vrednost. Svetiti mora toliko časa, dokler ne pritisnemo tipke S1 in ne glede na

to, če se temperatura v tem času dvigne nad mejno vrednost. Če hočemo, da si vezje

zapomni določeno stanje, moramo vezati vhod S na izhod predhodnega vezja. Stanje R-

S flip flopa ponastavimo s tipko S1. Na vhod R ne vežemo ničesar.


28 G. Šantej


Slika 37: Simbol R-S flip flopa

Tabela 6: Pravilnostna tabela za R-S flip flop

S R Q

0 0

1 0

0 0

0 1

0 0


1) Morda si želimo, da bi nas vezje opozorilo na padec temperature pod določeno

vrednost z zvokom. V tem primeru uporabimo piezo piskač. Vežemo ga na izhod R-

S flip flopa in 0 V (slika 38).

Slika 38:V vezje je dodan piezo piskač

Če piezo piskač ne deluje, ga zvežemo preko tranzistorja. Vezje je prikazano na sliki

39 in je narisano v programu Crocodile Technology, ki omogoča tudi simulacije.


G. Šantej 29

Slika 39: Zaslonska slika vezja, kjer je piezo piskač priključen preko tranzistorja

2) Kaj se zgodi, če večkrat zaporedoma pritisnemo na tipko S ali na tipko R? Poskusi

napovedati rezultat.

3) Namesto termistorja uporabimo fotoupor. Na fotoupor sveti snop svetlobe. Kaj se

zgodi, ko snop svetlobe prekine nepovabljen gost?

Slika 40: Namesto termistorja je v vezju fotoupor

Če piezo piskač ne deluje, ga zvežemo preko tranzistorja po enakem postopku kot

pri sliki 39.


30 G. Šantej

5.7 Svetlobno opozorilo naj utripa

Namesto da opozorilna lučka sveti, bi radi, da utripa, saj bomo utripajočo luč prej

opazili.

5.7.1 Naloge

Utripajoča luč nas opozori na znižanje temperature.

5.7.2 Pripomočki



• vezna plošča,


• astabilni multivibrator,

• logična vrata IN,

• vezne žice,

• termistor,

• upori med 1 kΩ in 100 kΩ,

• kondenzatorji med 1 mF in 100 mF,

• štoparica,

• termometer,



G. Šantej 31

5.7.3 Izvedba vaje

Vzamemo vezje astabilni multivibrator in na mesti, označeni z R in C, vstavljamo upore

in kondenzatorje (slika 41). Vsakič, ko vstavimo posamezno kombinacijo upora in

kondenzatorja, preštejemo kolikokrat utripne lučka v času t = 30 s. To vrednost si

zapišemo in izračunamo še frekvenco po enačbi t

f1

= . Čas merimo s štoparico.

Slika 41: Astabilni multivibrator, ki menja stanji logične 0 in logične 1

Vezje astabilni multivibrator moramo povezati še s prejšnjimi vezji, če želimo, da nas

bo utripajoča lučka opozarjala na nizke temperature v našem zimskem vrtu. V ta namen

uporabimo vrata IN in vežemo izhod vezja astabilni multivibrator na prvi vhod vrat IN

in izhod vezja komparator napetosti na drugi vhod vrat IN. Ob prenizki temperaturi se

na izhodu vrat IN periodično izmenjujeta stanji logične 0 in logične 1 (slika 42).


32 G. Šantej

Slika 42: Izhod astabilnega multivibratorja in izhod komparatorja napetosti sta vezana na vhod

vrat IN


Vezje, ki naredi našo lučko utripajočo, se imenuje astabilni multivibrator. Le-to

periodično menjuje stanji logične 0 in logične 1. Frekvenca utripanja je odvisna od

vrednosti upora R in kondenzatorja C. Za delovanje vezja je potrebno le napajanje.

Ko uporabimo vrata IN in na njih vežemo izhoda vezja komparatorja napetosti in vezja

astabilni multivibrator, lučka zasveti samo takrat, ko je na obeh vhodih logičnih vrat IN

logična 1.


G. Šantej 33


Pri preizkusu logičnih vrat IN sledimo pravilnostni tabeli (tabela 7) in jo tudi izpolnimo.

Slika 43: Simbol logičnih vrat IN

Tabela 7: Pravilnostna tabela za logična vrata IN

Vhod 1 Vhod 2 Izhod

0 0

1 0

0 1

1 1


1) V vezju astabilni multivibrator vežemo na mesto upora termistor. Termistorju

povečujmo temperaturo. Napovejmo, kaj se bo zgodilo s frekvenco (slika 44).

Slika 44: V astabilni multivibrator je vstavljen termistor


34 G. Šantej

2) V vezju astabilni multivibrator vežemo na mesto upora fotoupor. Fotoupor

postopoma zatemnjujemo in poskusimo napovedati, kaj se bo zgodilo s frekvenco

(slika 45).

Slika 45: V astabilni multivibrator je vstavljen fotoupor

3) Analizirajmo še ostala logična vrata. Najprej preizkusimo logična vrata ALI (slika

46) in izpolnimo tabelo 8. Nato preizkusimo še logična vrata NE (slika 47) in

izpolnimo tabelo 9.

Slika 46: Simbol logičnih vrat ALI

Tabela 8: Pravilnostna tabela za logična vrata

ALI

Vhod 1 Vhod 2 Izhod

0 0

1 0

0 1

1 1


G. Šantej 35

Slika 47: Simbol logičnih vrat NE

Tabela 9: Pravilnostna tabela za logična vrata NE

Vhod Izhod

0

1

4) Na mesto upora vežemo dva zaporedno vezana upora in poskusimo ugotoviti, kaj se

bo zgodilo s frekvenco (slika 48). Preizkusimo!

Slika 48: Na mestu za vstavljanje upora sta dva zaporedno vezana upora


36 G. Šantej

5) Na mesto upora vežemo dva vzporedno vezana upora in poskusimo ugotoviti, kaj se

bo zgodilo s frekvenco (slika 49). Preizkusimo!

Slika 49: Na mestu za vstavljanje upora sta dva vzporedno vezana upora

6) Na mesto kondenzatorja vežemo dva zaporedno vezana kondenzatorja in poskusimo

ugotoviti kaj se bo zgodilo s frekvenco (slika 50). Preizkusimo!

Slika 50: Na mestu za vstavljanje kondenzatorja sta dva zaporedno vezana kondenzatorja


G. Šantej 37

7) Na mesto kondenzatorja vežemo dva vzporedno vezana kondenzatorja in

poskusimo, ugotoviti kaj se bo zgodilo s frekvenco (slika 51). Preizkusimo!

Slika 51: Na mestu za vstavljanje kondenzatorja sta dva vzporedno vezana kondenzatorja

5.8 Opozorilna luč je žarnica

Ker ima svetleča dioda majhno svetilnost, si morda želimo, da bi imela naša opozorilna

lučka večjo svetilnost, da jo lahko prej in lažje opazimo. V ta namen uporabimo žarnico.

5.8.1 Naloge

Opozorilna luč je žarnica.

5.8.2 Pripomočki



• vezna plošča,


• vezne žice,


• upora R3 = 1 kΩ in R4 = 220 Ω,

• žarnica,

• npn tranzistor,


38 G. Šantej

• termometer,


5.8.3 Izvedba vaje

Na izhod vezja komparator napetosti vežemo žarnico. Termistor potopimo v hladno

vodo in opazujemo, kaj se dogaja s svetlečo diodo in žarnico. Zvežimo torej po sliki 52.

+Uc = +6 V

Slika 52: Na izhod komparatorja napetosti je priključena žarnica

Ker vezje ne deluje, lahko sklepamo, da komparator ne zmore dovolj velikega toka. Da

bo naša žarnica svetila, bomo uporabili tranzistor kot stikalo. Izhod vezja komparator

napetosti vežemo na bazo tranzistorja (b), označeno na sliki 53 z Vi. Na kolektor (c)

priključimo napajanje +Uc, na emitor (e) pa 0 V (slika 53).


G. Šantej 39

Slika 53: Tranzistor kot stikalo in vezava žarnice

Celotno vezje je prikazano na sliki 54.

Slika 54: Izhod komparatorja napetosti je vezan na bazo tranzistorja


Žarnica, vezana na izhod vezja komparator napetosti, ne sveti, saj ni dovolj velikega

toka. Zaradi tega vežemo za vezjem komparator napetosti tranzistor, ki deluje kot

stikalo. Ko na bazo tranzistorja priteče minimalen tok, se tranzistor »odpre«, skozenj

steče večji tok in žarnica zasveti.


40 G. Šantej


Izmerimo tok na izhodu vezja komparator napetosti in tok skozi tranzistor. Kaj

ugotovimo?

Kaj bi lahko priključili na takšen način, da bi lahko v primeru prenizke temperature

greli zimski vrt?


1) Sestavimo vezje, ki bo vključilo luč, ko se bo stemnilo (slika 55). Približajmo luč

fotouporu in opazujmo kaj se dogaja.

Slika 55: V vezju je namesto termistorja fotoupor

2) Kako narediti neumen sistem? Sestavimo vezje, ki bo vključilo luč, ko je svetlo in jo

izključilo, ko bo temno (slika 56). Ko luč sveti, jo približamo fotouporu. Nato z

dlanjo za kratek čas prekinimo svetlobni snop. Ali žarnica sveti? Zatem z drugim

svetlobnim virom za trenutek posvetimo na fotoupor. Zapišimo opažanja.


G. Šantej 41

Slika 56: Vezje s pozitivno povratno zvezo – bolj kot je svetlo, bolj sveti

5.9 Ko se bo shladilo, vključimo grelec

Naše dosedanje delo je bilo zaman, saj bi tropske rastline v našem zimskem vrtu kljub

vsem naporom odmrle. Zakaj? Vezje nas je sicer opozorilo na nizko temperaturo, mi pa

nismo ukrenili ničesar v zvezi z gretjem prostora. Naredimo torej takšno vezje, ki bo pri

nizki temperaturi vklopilo grelec. Grelec naj greje toliko časa, dokler se ne bo

temperatura dvignila nad mejno vrednost.

5.9.1 Naloge

Vezje, ki bo vključilo grelec, ko se bo shladilo.

5.9.2 Pripomočki



• vezna plošča,


• vezne žice,


• upora R3 = 1 kΩ in R4 = 220 Ω,

• grelec (žica iz cekasa),


42 G. Šantej

• npn tranzistor,

• termometer,


5.9.3 Izvedba vaje

Uporabimo znanje iz prejšnjih vaj. Sestavimo vezje komparator napetosti po sliki 57.

Na izhod omenjenega vezja vežemo tranzistor, ki ga uporabimo kot stikalo za vklop

grelca (slika 58).

Slika 57: Vezje komparator napetosti

Slika 58: Tranzistor in vezava žice cekas


G. Šantej 43

Nato ti dve vezji povežemo skupaj (slika 59). Termistor in grelec potopimo v vodo, ki je

nižja od mejne temperature zimskega vrta. Priključimo na napetost in opazujemo vezje

komparator napetosti preko svetleče diode. S termometrom merimo temperaturo vode v

posodi. Bodimo pozorni, kdaj se bo grelec izključil.

Slika 59: Vezje, ki bo ob nizkih temperaturah vklopilo grelec


Vezje komparator napetosti vklopi grelec preko tranzistorja, kadar je temperatura okolja

(vode) nižja od izbrane mejne vrednosti; ko pa termistor zazna temperaturo, ki je višja

od mejne vrednosti, se grelec izklopi.


Izmerimo, koliko časa potrebuje sistem, da segreje vodo, ki ima temperaturo 8 °C, do

temperature 12 °C. V obeh primerih uporabimo 1 dl veliko posodo. V prvem primeru je

posoda pokrita, v drugem pa ne. V katerem primeru se bo voda segrela hitreje?


1) Vzemimo različne posode z vodo. Uporabimo lahko posode, ki so različnih

velikosti, različnih materialov, itn. Sledi primer uporabe različnih posod (tabela 10).

Pri nalogah velja pravilo, da med seboj zmeraj primerjamo le tiste posode, pri

katerih smo, v primerjavi z osnovno posodo, spremenili le eno komponento. Nikakor

ne moremo med seboj primerjati 1 dl veliko izolirano zaprto posodo in 10 dl veliko


44 G. Šantej

neizolirano odprto posodo, saj nam primerjava ne pove veliko. Dobro si poglejmo

primer v tabeli 10.

Na koncu vseh poskusov naredimo analizo podatkov in jih predstavimo pred

razredom.

Tabela 10: Primer uporabe različnih posod

Posoda Material Pokrit, nepokrit Izmerimo čas (od izklopa

grelca do vklopa grelca)

Kozarec 2 dl Steklo Nepokrit

Kozarec 2 dl Steklo Pokrit

Kozarec 2 dl Steklo Pokrit, obdan s stiroporom

… … …

2) Pravimo, da je negativna povratna zveza v regulacijskih sistemih takrat, ko sistem

deluje smiselno. Grejemo se, ko je hladno in se hladimo, ko je toplo. Kako narediti

sistem neumen? Lahko bi se zgodilo, da bi vključili grelec, ko je vroče in ga

izključili, ko je hladno. V regulacijskih sistemih pravimo temu pozitivna povratna

zveza. Ali bi bilo to smiselno? Razmislimo, kako bi spremenili vezje, da bi delovalo

po principu pozitivne povratne zveze. Če imamo z vezjem probleme, si poglejmo

sliko 60.

Slika 60: Pozitivno povratna zveza


G. Šantej 45

5.10 Osvetljenost prostora v zimskem vrtu naj bo ves čas

enaka

Pozimi je osvetljenost v zimskem vrtu preslaba. Največje pomanjkanje svetlobe je

takrat, ko je vreme oblačno. Osvetljenost ob sončnem vremenu je primerna za vzgajanje

tropskih rastlin, zato takrat luči ne potrebujemo. Kadar že majhen oblak prekrije del

neba, se morajo prižgati luči, da rastline nadoknadijo primanjkljaj naravne svetlobe.

Bolj kot je zunaj temno, tem močneje naj svetijo luči.

5.10.1 Naloge

Vezje, ki spreminja svetilnost žarnice glede na zunanjo svetlobo. Manj kot je zunanje

svetlobe, bolj močno naj sveti žarnica.

5.10.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezja z operacijskim ojačevalnikom,

• vezne žice,

• potenciometer,

• žarnica,

• npn tranzistor,

• upori glede na sliko 63 (R1 = R2 = 1 kΩ, R3 = R4 = 10 kΩ, R5 = 5 kΩ, R7 = 220

Ω).


46 G. Šantej

5.10.3 Izvedba vaje

Poskusimo narediti vezje, kjer bomo ročno vplivali na svetilnost žarnice. Zvežemo po

sliki 61 in vrtimo gumb potenciometra. Opazujemo, kaj se dogaja.

Slika 61: Vezje s pomočjo katerega ročno nastavljamo svetilnost žarnice

Ali je to dobra rešitev našega problema? Zakaj da, zakaj ne?

Poskusimo rešiti naš problem malo drugače. Zvežimo po sliki 62 in opazujmo, kaj se

dogaja z žarnico, medtem ko vrtimo potenciometer.

Slika 62: Potenciometer je vezan na ojačevalnik moči

Kljub rešitvi problema nismo zadovoljni, saj moramo ročno nastavljati osvetljenost.

Želimo si, da bi se osvetljevanje prostora izvajalo avtomatsko. Zvežemo po sliki 63 in

počasi pokrivamo fotoupor. Opazujemo, kaj se dogaja z žarnico.


G. Šantej 47

Slika 63: Vezje, ki uravnava svetilnost žarnice glede na zunanjo svetlobo


Ko z dlanjo prekrijemo fotoupor, začne žarnica svetiti. Bolj kot ga pokrijemo, manj

svetlobe pade nanj in močneje sveti žarnica.


Kaj se zgodi, če zamenjamo fotoupor in upor R5? Preizkusimo vezje. Čemu služi upor

R7?


1) Naredimo astabilni multivibrator z operacijskim ojačevalnikom. Zvežimo po sliki 64

in preizkusimo vezje. Kot indikator uporabimo svetlečo diodo. Napajanje

operacijskega ojačevalnika je +6 V in -6 V. Uporabimo poljubne upore in

kondenzator. Potrudimo se najti pravo kombinacijo uporov in kondenzatorja, da

bomo svetlečo diodo videli utripati.


48 G. Šantej

Slika 64: Astabilni multivibrator narejen z operacijskim ojačevalnikom

2) Z naslednjo nalogo bomo prikazali delovanje digitalno analognega pretvornika. Ta

nam služi pri spremembi nezvezne napetosti v skoraj zvezno. Več kot je bitov, bolj

zvezna je izhodna napetost. Zvežimo po sliki 65.

Slika 65: DA pretvornik

Postopoma in izmenično preizkušajmo stikala. Z njimi vklopimo in izklopimo bite.

Če je stikalo sklenjeno, je bit v stanju 1, če je razklenjeno, je v stanju 0. Opazujemo

kaj se dogaja z izhodno napetostjo. Poskušajmo ugotoviti kje je D0, D1, D2 in D3.

D0 je najmanjši bit in ga dobimo takrat, ko je sklenjeno samo eno stikalo.


G. Šantej 49

6. Izbrani projekti

6.1 Spoznajmo pomembno lastnost svetleče diode

Ena pomembnejših lastnosti svetleče diode je ta, da prevaja električni tok le v eni smeri.

6.1.1 Naloge

Vezja, s pomočjo katerih bomo ugotovili, v katero smer teče električni tok.

6.1.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,

• upor R = 220 Ω,

• svetleče diode.

6.1.3 Izvedba vaje

Postopoma zvežemo vezja po sliki 66, sliki 67, sliki 68, sliki 69, sliki 70 in sliki 71.

Vezja napajamo z enosmerno napetostjo. Uporabimo +5 V in 0 V. Opazujemo, kaj se

dogaja in zapišemo ugotovitve. Nato zamenjamo napajalna priključka in ugotovitve

zopet zapišemo. Bodimo pozorni, kdaj sveti svetleča dioda.

Slika 66: Vezava upora in svetleče diode

Slika 67: Zaporedno vezani svetleči diodi obrnjeni v isto smer


50 G. Šantej

Slika 68: Zaporedno vezani svetleči diodi obrnjeni v nasprotno smer 1

Slika 69: Zaporedno vezani svetleči diodi obrnjeni v nasprotno smer 2

Slika 70: Vzporedno vezani svetleči diodi obrnjeni v isto smer

Slika 71: Vzporedno vezani svetleči diodi obrnjeni v nasprotno smer


Vsa vezja so zelo preprosta. Na levo stran priključimo +5 V in na desno 0 V.

Pogledamo, katera svetleča dioda sveti. Nato zamenjamo priključka in si zapišemo

rezultat. Ugotovimo, da tok skozi svetlečo diodo teče samo v eni smeri.


G. Šantej 51


Ali lahko teče tok skozi diodo v obe smeri? Zakaj moramo k diodi zaporedno vezati tudi

upor?


1) Vezja poljubnih kombinacij svetlečih diod. Preden priključimo napetost poskušamo

napovedati, katera svetleča dioda bo svetila.

6.2 Sprememba izmenične napetosti v enosmerno

Sestavili bomo vezje, ki nam bo zagotovilo želeno smer toka, ne glede na to, kako bomo

priključili enosmerno napetost.

6.2.1 Naloge

Vezje, s pomočjo katerega bomo zagotovili, da bo električni tok tekel vedno v isti

smeri.

6.2.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,

• 4 diode,

• 2 svetleči diodi (rdeče in zelene barve),

• upor R1 = 220 Ω.

6.2.3 Izvedba vaje

Zvežemo po sliki 72 in priključimo enosmerno napetost. Smer toka si zapomnimo tako,

da pogledamo, katera svetleča dioda sveti.


52 G. Šantej

Slika 72: Vezava diod v Greatzovo vezje

Nato zamenjamo napajalna priključka (slika 73) in pogledamo, v katero smer teče tok

sedaj.

Slika 73: Vezava diod v Greatzovo vezje, položaj napajalnih priključkov je spremenjen

Slika 74: Zaslonska slika simulacije Greatzovega vezja


G. Šantej 53


Po preizkusu vezja ugotovimo, da je smer toka, ne glede na položaja napajalnih

priključkov, nespremenjena. Zmeraj sveti le svetleča dioda D1.


Kaj bi se zgodilo, če bi za napajanje uporabili izmenično napetost? V katero smer bi

tekel tok? Ali bi tekel tok ves čas priključitve izmenične napetosti?


1) Namesto svetlečih diod kot indikator smeri toka uporabimo enosmerni

elektromotorček (slika 75).

Slika 75: Kot indikator smeri toka je uporabljen enosmerni elektromotorček

2) Za napajanje uporabimo izmenično napetost, kot indikator smeri toka pa osciloskop

(slika 76).

Slika 76: izmenično napetost opazujemo na osciloskopu


54 G. Šantej

3) Na kakšen način bi zgladili dobljeno enosmerno napetost? Kaj bi se zgodilo, če bi

med priključkoma v Greatzovem vezju priključili elektrolitski kondenzator (slika

77)? Igrajmo se z različnimi kondenzatorji in opazujmo spremembo na osciloskopu.

Slika 77: Med priključka v Greatzovem vezju je priključen elektrolitski kondenzator

Slika 78: Zaslonska slika Greatzovih vezij brez kondenzatorja in z dvema različnima

kondenzatorjema – bodimo pozorni na spremembo napetosti na posameznih grafih


G. Šantej 55

6.3 Zakasnjen in postopen izklop notranje luči v avtomobilu

Ko odpremo avtomobilska vrata, se prižge notranja luč v avtomobilu, ki sveti toliko

časa, dokler ne zapremo vrat. Današnji avtomobili imajo zakasnjen izklop luči ali pa

celo postopen izklop luči. Ogledali si bomo zadnja dva načina izklopa luči.

6.3.1 Naloge

Vezje, s pomočjo katerega bomo zagotovili, da se bo luč postopoma izklopila.

Vezje, s pomočjo katerega bomo zagotovili, da se bo luč izklopila z zakasnitvijo.

6.3.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,

• upora (R1=330 Ω in R2=1 kΩ),

• žarnica,

• npn tranzistor,

• kondenzator C1 = 4,7 mF,

• dva stikala,

• logična vrata IN.

6.3.3 Izvedba vaje

Zvežemo po sliki 79. Pritisnemo na eno izmed dveh stikal, ki se sklene takrat, ko

odpremo ena izmed vrat. Žarnica sveti. Ko stikalo razklenemo, žarnica postopoma

ugaša. Delovanje teh stikal si torej lahko predstavljamo kot delovanje stikal pri

avtomobilskih vratih: ko jih odpremo, lučka sveti in ugasne, ko jih zapremo.


56 G. Šantej

Slika 79: Žarnica postopoma ugaša

Zvežemo po sliki 80. Pritisnemo na eno izmed dveh stikal. Žarnica sveti. Ko stikalo

razklenemo, se žarnica po določenem času izklopi.

Slika 80: Žarnica se izklopi z zakasnitvijo


Ko stikalo sklenemo, se kondenzator polni. Po postavitvi stikala v prvotno stanje, se

začne kondenzator prazniti. Žarnica sveti tako dolgo, dokler kondenzator ni prazen.


G. Šantej 57


Kaj bi se zgodilo, če bi na sliki 80 odstranili kondenzator?


1) Uporabimo še kondenzator z manjšo in večjo kapacitivnostjo od kondenzatorja C1.

Kaj ugotovimo?

2) Razmislite, kako bi naredili, da bi luč začela po določenem času postopoma ugašati.

Poskusite rešiti to situacijo.

6.4 Zvočno opozorilo pri prekinitvi svetlobnega snopa – 1. del

Vsakdo, ki se boji za svoje imetje in ima finančna sredstva za nakup varnostnega

sistema, ga je prav gotovo že kupil. Alarm je le en delček varnostnega sistema, ki deluje

kot celota. Sestavili bomo alarm, ki deluje na principu prekinitve svetlobnega snopa.

Prekinjen svetlobni žarek namreč sproži glasen alarmni zvok, ki nas opozori na

možnega vsiljivca v našem okolju ali celo na vlomilca.

6.4.1 Naloge

Vezje, ki bo z zvokom opozorilo na prekinitev svetlobnega snopa.

6.4.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,


• npn tranzistor,

• piezo piskač.


58 G. Šantej

6.4.3 Izvedba vaje

Najprej izmerimo upornost neosvetljenega fotoupora (Rn), potem pa še upornost

osvetljenega fotoupora (Ro). V delilnik napetosti s tem fotouporom vstavimo upor (R),

ki je aritmetična sredina osvetljenega in neosvetljenega fotoupora (2

RnRoR

+= ). Nato

izmerimo napetost osvetljenega fotoupora, na katerega sveti svetleča dioda in napetost

neosvetljenega fotoupora. Merimo v delilniku napetosti. Na sredini med obema

vrednostma je naša mejna napetost. To mejno napetost nastavimo s potenciometrom in

jo vežemo na vhod Uref na vezju komparator napetosti.

Uporabimo vezje komparator napetosti in na izhod vežemo piezo piskač. Zvežemo po

sliki 81. Namesto delilnika napetosti s termistorjem in uporom uporabimo že prej

izmerjeni delilnik napetosti s fotouporom in uporom. Na ta fotoupor mora padati

svetlobni žarek svetleče diode, ki jo zvežemo po sliki 82.

Slika 81: Komparator napetosti in na izhodu vezava piezo piskača

Slika 82: Vezava zaščitnega upora in svetleče diode, ki sveti na fotoupor


G. Šantej 59


Ko prekinemo svetlobni žarek svetleče diode, ki sveti na fotoupor, mora svetleča dioda

na vezju komparator napetosti svetiti in ugasniti, ko svetlobni žarek zopet posveti na

fotoupor. Enake rezultate moramo dobiti tudi, ko zvežemo piezo piskač.


Kaj moramo narediti, če piezo piskač ne dela? Kaj bi lahko bilo narobe? Rešitev našega

problema je prikazana na sliki 83.

Slika 83: Piezo piskač je povezan preko tranzistorja


1) Na izhod komparatorja napetosti priključimo enosmerni elektromotorček. Kaj

moramo spremeniti v vezju, če se enosmerni elektromotorček ne vrti?

6.5 Zvočno opozorilo naj traja izbran čas – 2. del

Ker nismo ves čas pozorni in bi lahko ob trenutni prekinitvi svetlobnega snopa preslišali

kratek pisk, moramo uporabiti vezje, ki bo poskrbelo, da bo zvočno opozorilo trajalo

točno določen čas in bo neodvisno od časa prekinitve snopa.

6.5.1 Naloge

Vezje, ki bo z zvokom opozorilo na prekinitev svetlobnega snopa za izbran čas.


60 G. Šantej

6.5.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,


• npn tranzistor,

• piezo piskač,

• integrirano vezje NE555,

• upori (od 1kΩ do 10MΩ),

• kondenzatorji (od nF do µF).

6.5.3 Izvedba vaje

Vzamemo integrirano vezje NE555 (slika 84) in vanj vstavimo upor R in kondenzator

C. Na vhod monostabilnega multivibratorja za kratek čas dovedemo napetost 5 V, s

čimer sprožimo vezje. Svetlečo diodo vežemo z zaščitnim uporom na izhod

integriranega vezja NE555 ter merimo čas njenega svetenja, ki je odvisen od vstavljivih

elementov (upora in kondenzatorja), ki smo ju izbrali . Ta čas si zapišemo. Čas svetenja

svetleče diode naj ne bo predlog.

Slika 84: Monostabilni multivibrator nam da stanje logične 1 za točno določen čas


G. Šantej 61

Vhod vezja monostabilni multivibrator vežemo na izhod vezja komparator napetosti

(slika 57). Ko prekinemo svetlobni snop, nas na to opozori lučka, ki sveti le določen

čas. Ta čas lahko spreminjamo z menjavo vrednosti upora ali kondenzatorja.

Slika 85: Vezje, ki nas opozori na prekinitev svetlobnega curka z zvokom za točno določen čas


Izhod monostabilnega multivibratorja se premakne iz stanja logične 0 v stanje logične 1

s proženjem. V stanju logične 1 pa ostane točno določen čas, ki ga določimo z

vrednostjo upora R in kondenzatorja C.


Ali bo naše vezje sprožilo zvočni signal, ko prekinemo svetlobni snop? Zakaj da, zakaj

ne? Ali bi predlagali kakšno spremembo? Kaj bi naredili?


1) Namesto upora v vezju monostabilni multivibrator uporabimo termistor (poskusimo

napovedati rezultate pred preizkusom vezja). Termistor najprej potopimo v toplo

vodo, v drugem poskusu pa v hladno vodo.


62 G. Šantej

Slika 86: V vezju monostabilnega multivibratorja je namesto upora termistor

2) Namesto upora v vezju monostabilni multivibrator uporabimo fotoupor (poskusimo

napovedati rezultate pred preizkusom vezja). V prvem poskusu fotoupor zatemnimo,

v drugem poskusu pa ga dodatno osvetlimo.

Slika 87: V vezju monostabilnega multivibratorja je namesto upora fotoupor


G. Šantej 63

6.6 Uravnavanje nivoja vode

Sestavili bomo napravo, ki toči vodo v posodo. Ko voda v posodi doseže vnaprej

določen nivo, moramo zapreti vodni ventil. Verjetno vsi poznamo napravo za regulacijo

nivoja vode v straniščnem kotličku, ki deluje brez kakršnegakoli napajanja in ima

mehanski sistem. Mi pa bomo tako napravo naredili pri izbirnem predmetu Elektronika

z robotiko, zato je smiselno, da jo sestavimo s pomočjo električnega vezja.

6.6.1 Naloge

Vezje, s pomočjo katerega bomo zagotovili, da bo kotliček napolnjen z vodo le do

določene višine.

6.6.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,


• fotoupor,

• upor R1 = 220 Ω,

• svetleče diode,

• elektromagnetni ventil,

• npn tranzistor.


64 G. Šantej

6.6.3 Izvedba vaje

Zvežemo po sliki 88. Svetleča dioda D1 mora svetiti na fotoupor.

Slika 88: Vezje z vezavo elektomagnetnega ventila


Svetleča dioda D1 mora svetiti na fotoupor in elektromagnetni ventil je odprt, voda teče.

Ko se zmanjša osvetljenost fotoupora, se elektromagnetni ventil zapre in voda ne teče

več v kotliček. To se zgodi takrat, ko v prostor med svetlečo diodo in fotoupor priteče

voda.


Kaj bi se zgodilo, če bi zamenjali mesti upora in fotoupora? Kdaj bi potem tekla voda?


1) Naredimo vezje, ki bo dotočilo vodo v kotliček, ko bo voda v njem presegla

temperaturo 30 °C in jo prenehala točiti, ko bo temperatura vode nižja kot 20 °C.

Poglejmo sliko 89.


G. Šantej 65

Slika 89: Vezje za vklop in izklop elektromagnetnega ventila pri različnih temperaturah

6.7 Binarno kodiranje števil

V vsakdanjem življenju štejemo in računamo v desetiškem sistemu. Za digitalno

elektroniko pa takšen način štetja in računanja ni uporaben. Bolj primeren je dvojiški

sistem.

Števila v desetiškem sistemu vnašamo v računalnik, ki jih mora pretvoriti v ustrezno

kodo izbranega kodirnega sistema, čitljivo za računalniški procesor. Operacijo

imenujemo kodiranje.

6.7.1 Naloge

Vezje, s pomočjo katerega bomo pretvorili število v desetiškem sistemu v število v

dvojiškem sistemu.


66 G. Šantej

6.7.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,

• integrirano vezje 74393,

• upori (R1 = R2 = 1 kΩ, R3 = 220 Ω),

• 4 svetleče diode,

• dve stikali.

6.7.3 Izvedba vaje

Zvežemo po sliki 90. Vsakič, ko pritisnemo na tipko START, se spremeni število. Če

hočemo videti, kakšno je število 11 v dvojiškem sistemu, moramo 11-krat pritisniti

tipko START. Za ponastavitev uporabimo tipko RESET.

Slika 90: Vezje, ki pretvori desetiško število v dvojiško število


Vezje pretvarja desetiška števila v dvojiška. Vsakič, ko pritisnemo tipko START, se

prišteje ena. Največje možno število pri 4-bitnem binarnem števcu je število 15, potem

začne števec šteti od začetka s številom 0. S tipko RESET postavimo števec v osnovno

stanje, to je stanje števila 0.


G. Šantej 67


Katero število bi pokazal števec, če bi pritisnili tipko START 20-krat? Katero število bi

pokazal števec, če bi 3-krat pritisnili tipko RESET?


1) Pretvorimo desetiška števila v dvojiška in obratno. Pri pretvarjanju števil iz

desetiškega zapisa v dvojiški zapis pa moramo vedeti da je ,120 = 221 = , 422 = ,

823= , 1624

= , 3225= , 6426

= , 12827 = .

Pokažimo to na primeru, kjer bomo število zapisano v dvojiškem sistemu zapisali v

desetiški zapis:

( ) ( )1076543210

2 178212021212020212010110010 =⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=

Izpolni tabelo 11.

Tabela 11: Pretvarjanje dvojiških števil v desetiška in obratno

Dvojiško št. D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Desetiško št.

11010000 0 0 0 0 1 0 1 1

00011010

1 1 1 0 0 1 1 0

0 0 0 1 0 1 0 0

87

35


68 G. Šantej

6.8 Štoparica

Vsakdo izmed nas je že prišel v stik s štoparico, zato moramo njeno delovanje že

poznati. Naredili bomo vezje, ki ga poženemo in ustavimo z istim stikalom, medtem ko

ga z drugim stikalom ponastavimo.

6.8.1 Naloge

Vezje, s pomočjo katerega bomo naredili štoparico.

6.8.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,

• integrirano vezje 74393,

• astabilni multivibrator,



• upori (R1 = R4 = 220 Ω, R2 = R3 = 1 kΩ),

• 8 svetlečih diod,

• dve stikali,

• dvoje logičnih vrat IN.


G. Šantej 69

6.8.3 Izvedba vaje

Zvežemo po sliki 91.

Slika 91: Štoparica

Pritisnemo stikalo S1 in opazujemo kaj se dogaja s svetlečimi diodami. Nato stikalo S1

izključimo in pritisnemo na stikalo S2.


S pritiskom na stikalo S1, začne teči štoparica, takt ji daje astabilni multivibrator. Ko

stikalo S1 izklopimo, se štoparica ustavi. S pritiskom na stikalo S2 nastavimo našo

štoparico na 0.


70 G. Šantej


Kaj bi se zgodilo, če bi imeli vklopljeni obe stikali (S1 in S2)?


1) Naredi štoparico, ki bo imela ločeni stikali za vklop in izklop merjenja časa. Uporabi

znanje iz prejšnjih nalog (R-S flip flop). Vezje je prikazano na sliki 92. Preizkusi ga

in poskušaj ugotoviti, čemu služijo stikala S1, S2 in S3.

Slika 92: Štoparica malo drugače


G. Šantej 71

6.9 Čelna svetilka

Že nekaj let so zelo popularne čelne svetilke s svetlečimi diodami. Zaslugo za to ima

predvsem majhna poraba električne energije svetlečih diod in posledično daljša

življenjska doba baterij ter s tem povezana daljša svetilnostj.

Naredili bomo takšno vezje, s pomočjo katerega bodo svetleče diode svetile ali utripale.

6.9.1 Naloge

Vezje, s pomočjo katerega bomo naredili čelno svetilko s svetlečimi diodami.

6.9.2 Pripomočki

Potrebujemo:


• vezna plošča,

• vezne žice,

• 3 svetleče diode,

• atabilni multivibrator,



• vrata IN,

• dvoje stikal.


72 G. Šantej

6.9.3 Izvedba vaje

Zvežemo po sliki 93. Imamo dvoje stikal. Preizkusimo ju in opazujmo svetleče diode.

Bodimo pozorni na to, da bo frekvenca astabilnega multivibratorja vidna s prostim

očesom.

Slika 93: Vezje čelne svetilke


Ko sklenemo stikalo S1, svetleče diode utripajo. Ko sklenemo stikalo S2, svetleče diode

svetijo brez utripanja. Enako je takrat, ko sta sklenjeni obe stikali.


Kako bi svetile svetleče diode, ko bi sklenili stikalo S1, če frekvence astabilnega

multivibratorja ne bi videli s prostim očesom? Ali bi bila vidna razlika med svetenjem

svetlečih diod, ko bi bilo sklenjeno stikalo S2 in nato še stikalo S1?


G. Šantej 73


1) Razmislimo, kako bi morali spremeniti vezje, da bi lahko frekvenco utripanja

spreminjali brez zamenjevanja povezanih elementov?

2) Naredimo astabilni multivibrator iz integriranega vezja NE555. Poglejmo in

zvežimo po sliki 94.

Slika 94: Astabilni multivibrator z integriranim vezjem NE555

Vrednost kondenzatorja C1 mora biti v intervalu od 1 nF do 100 µF, vrednost R1 + 2R2

mora biti med 1 kΩ in 10MΩ [18].


74 G. Šantej

7. Zapiski za učitelja

7.1 Težave v zimskem vrtu

Splošno

Učenci delajo vaje v skupinah. Med seboj sodelujejo in se dopolnjujejo. Bodimo

pozorni, da v skupini nimamo učencev, ki ne sodelujejo, saj bodo takšni učenci težko

napredovali pri kasnejših vajah in jim bomo morali nameniti dosti več časa, kot bi jim

ga bilo treba.

Napajanje pri večini vezij je +5 V. Če temu ni tako, je posebej označeno. Pod

poglavjem »Pripomočki« so navedeni le tisti elementi, ki se uporabljajo pri osnovni

nalogi. Pri dodatnih nalogah boste verjetno potrebovali še kakšen drug, dodaten

element.

Pri vajah, kjer se uporablja voda, moramo biti še posebej previdni, saj so elektronski

elementi občutljivi na stik z vodo in bi jih v primeru politja uničili. To pa lahko pomeni

nevarnost za vse sodelujoče in določene stroške pri nabavi novih elementov.

Preden predstavite določeno vajo učencem, je nujno, da vajo prej naredite sami, prav

tako dodatne naloge. Te so namreč mišljene kot dopolnitev vaje in poglobitev znanja

učencev.

Ročna nastavitev napetosti

Gumb na potenciometru moramo vrteti zelo počasi, saj se v nasprotnem primeru

opazovana napetost na voltmetru prehitro spreminja. Takšne spremembe napetosti so s

prostim očesom težko vidne.

Svetlobno opozorilo za nizke temperature

Komparator napetosti napajamo s +5 V in 0 V. Ni nujno, da učenci razumejo delovanje

komparatorja napetosti, morajo pa vedeti, kaj ta počne. Zelo primerne in poučne so

dodatne naloge, ki nas poučijo, da s preprostimi spremembami v vezavi komparatorja

napetosti dosežemo, da se izhod, glede na enake vhodne signale, obnaša obratno kot

pred spremembami.


G. Šantej 75

Prehodno znižanje temperature si zapomni vezje

Kadar ob priključitvi napetosti sveti lučka na vezju R-S flip flop, pritisnimo tipko S1. Iz

vezja je razvidno, da ga lahko na preprost način sestavimo tudi sami. Vedno ga lahko

uporabimo tudi kasneje, pri kakšnem projektu. Koristno je, da si pogledamo tudi

simulacije, si jih shranimo na računalnik in jih poljubno spreminjamo.

Svetlobno opozorilo naj utripa

Tudi v tem primeru je napajanje vezja +5 V in 0 V. Čeprav to na skici ni razvidno, se

vezje napaja preko integriranega vezja. Bodimo pozorni, da uporabimo pravilno

kombinacijo upora in kondenzatorja, ker bo frekvenca le tako vidna s prostim očesom.

Čas enega utripa naj ne bo predolg. Dodatne naloge služijo predvsem utrjevanju znanja

o že znanih elementih in njihovih lastnosti. Spoznamo tudi delovanje logičnih vrat ALI

in NE, kar nam lahko pride prav pri projektih.

Opozorilna luč je žarnica

Neposredno na izhod komparatorja napetosti najprej zvežimo žarnico. Ko ugotovimo,

da ne sveti, povemo, da je to zaradi premajhnega toka, ki ga daje komparator napetosti.

Pripeljemo jih do ideje, da bi potrebovali neke vrste stikalo, s pomočjo katerega bi

prižgali žarnico v nekem drugem tokokrogu, ki nam bo lahko dal večji tok. Nato

zvežemo žarnico preko tranzistorja. Povprašajmo jih, kateri element še potrebuje močan

tok in bi ga lahko zvezali na takšen način. Snov navežemo na naslednjo vajo, kjer v

vezju zamenjamo samo grelec (žica cekas).

Ko se bo shladilo vključimo grelec

To vajo moramo nujno preizkusiti sami, preden jo začno izvajati učenci. Zaradi

nemožnosti napajanja velike napetosti lahko pričakujemo, da bo moč grelca majhna, kar

pomeni, da se bo voda zelo dolgo segrevala do želene temperature ali se pa sploh ne bo

segrela. Rešitev tega problema je več. Lahko uporabimo večjo napetost, ki pa mora biti

v mejah, ki so določene za varno delo v šoli. Lahko uporabimo tudi dobro izolirane

posode in v njih manj vode itd. Končna odločitev je prepuščena vaši presoji.


76 G. Šantej

7.2 Izbrani projekti

Večina napotkov, napisanih v poglavju »Težave v zimskem vrtu«, velja tudi tukaj.

Projekti so mišljeni kot nekakšen dodaten vpogled v to, kaj vse lahko naredimo,

sestavimo ali izvajamo in nikakor niso namenjeni obveznemu izvajanju in izdelavi pri

pouku. Učencem naj bi bili v pomoč pri sestavljanju njihovih lastnih projektov. Izdelava

le teh naj poteka v skupinah, ki so delovale skupaj že pri prvem poglavju, saj so se

učenci že navadili drug na drugega.

V primeru, da imamo šibko skupino, učenci lahko izvedejo enega od teh projektov. Še

najbolje bi bilo izvesti kakšen lažji projekt, po možnosti takega, ki bi bil plod učenčevih

lastnih idej in želja. Sami naj si postavijo cilje, ki jih želijo doseči.

Vezja lahko sestavljajo na prototipnih ploščicah, jih spajkajo ali pa izdelajo tiskana

vezja. Pri izbiri tehnike izdelave bodimo pozorni na zahtevnost izdelave, sposobnosti

učencev, primerno opremljenost prostora in same finančne zmožnosti izvedbe projekta.


G. Šantej 77

8. Zaključek

V diplomski nalogi smo predstavili, kako je možno preko namišljene zgodbe o zimskem

vrtu doseči, da učenci spoznajo osnovne elemente elektronskih vezij in znajo sestaviti

lažje vezje, ki je rešitev problema znotraj zgodbe.

Rezultat in prizadevanja, kako pripraviti učbenik za predmet Elektronika z robotiko, ki

bo dober in uporaben ter hkrati tudi prijazen do učencev, so bili, po našem mnenju,

uspešna. Zaradi časovne omejenosti, žal, ni bilo mogoče izvesti evalvacije, ki bi potrdila

ali ovrgla to mnenje. Vanjo bi morali vključiti veliko število šol in primerno izobraziti

učitelje, ki bi nato izvedli projekte iz učbenika.

Vse vaje so zastavljene izkustveno in navajajo učence k delu. Za dosego ciljev, pri

izbirnem predmetu Elektronika z robotiko, bi moral učitelj pozabiti na klasičen način

pouka, šole pa bi morale nakupiti določeno tehnično opremo, brez katere izvajanje

predmeta ni mogoče.

Pripravili smo tudi učbenik v elektronski obliki, pri kateri lažje sledimo predstavljeni

snovi, saj nam e-verzija omogoča različne simulacije, spreminjanje vezij in reševanje

interaktivnih nalog, kar pri klasični obliki učbenika ni možno.

In za zaključek še namig: koristno bi bilo vzpostaviti in vzdrževati nekakšno bazo vseh

tovrstnih projektov, ki jih učenci izdelujejo na posameznih šolah. Vsako leto bi lahko na

ta način zbrali nekaj novih, inovativnih projektov, s katerimi bi si učenci pri izdelavi

določenega projekta pomagali. Ob tem ne gre zanemariti možnosti sodelovanja med

učenci in šolami ali morda celo kakšnega tekmovanja v inovativnih rešitvah.


78 G. Šantej

9. Viri in literatura

[1] Pahor J. in drugi, Učni načrt za izbirni predmet Elektronika z robotiko v osnovni

šoli, Ministrstvo za šolstvo in šport, Zavod RS za šolstvo, 2005, Ljubljana

[2] http://web.archive.org/web/20051219032549/http://www.commlinx.com.au/schemat

ics.htm (obiskano 6.9.2007)

[3] http://ucitelji.tscng.net/~silvanb/splet/elektronika.htm (obiskano 2.10.2007)

[4] http://lpvo.fe.uni-lj.si/LSD_student.html?/predmeti/ev/ev.htm (obiskano 2.10.2007)

[5] Kranjc A., Tehnologije izdelave tiskanih vezij, Svet elektronike, Ax elektronika,

november 1994, str.:66-69


februar 1995, str.: 63-64


oktober 1994, str.:66-68

[8] Fröhlich H., Izdelava tiskanih vezij, Življenje in tehnika, Tehniška založba

Slovenije, februar 2001, str.:38-41

[9] Koren J., Tiskano vezje iz domače delavnice, Svet elektronike, Ax elektronika,

oktober 1995, str.: 69-71

[10] Kovač B., Orodje za načrtovanje tiskanih vezij, Svet elektronike, Ax elektronika,

februar 2007, str.:45-49

[11] Gindiciosi, F., Načrtovanje tiskanih vezij, Svet elektronike, Ax elektronika, junij

1996, str.: 43-45

[12] http://www.elektro-n.com/PCB.php (obiskano 2.10.2007)

[13] http://www.informacija.net/tiskana-vezja (obiskano 2.10.2007)

[14] http://hobotnica.si (obiskano 2.10.2007)

[15] http://www.tiskanavezja-grohar.si (obiskano 2.10.2007)

[16] http://www.lingva.si/slo/index.html (obiskano 2.10.2007)

[17] http://www.elgoline.si/slo/index.html (obiskano 2.10.2007)

[18] Kocijančič S., Elektronika 1, Študijsko gradivo, Ljubljana 2003/2004

[19] Kocijančič S., Elektronika 2, Študijsko gradivo, Ljubljana 2005


G. Šantej 79

10. Priloge

Priloga 1: CD Elektronika z robotiko – izbirni predmet v osnovni šoli. Naslov CD-ja je

Elektro_z_robot. Na njem so zapisane sledeče mape: Fotografije_filmi,

Naloge, Simulacije_CT, Slike, Spletna_stran, Target in datoteka z

diplomskim delom imenovana Diploma.doc. V mapi Fotografije_filmi so

fotografije vezij in dva filma, ki prikazujeta delovanje astabilnega

multivibratorja in R-S flip flopa. V naslednji mapi Naloge je nekaj primerov

nalog, ki jih lahko zastavite učencem. Simulacije_CT vsebujejo narejene

simulacije v programu Crocodile Technology 3D. Za ogled le teh

potrebujemo že prej omenjeni program. V mapi Slike so vezja v obliki TIFF

datotek. Spletna_stran obsega večino diplomskega dela in je primerna za

objavo na spletu. Začnemo z html dokumentom home.html. Mapa Target

obsega Target datoteke. S tem programom smo narisali vsa vezja. Za ogled

potrebujemo program Target 3001!.

Documents

ELEKTRONIKA Z ROBOTIKO - pef.uni-lj.si · PDF fileelektronike in robotike. Nekateri projekti so precej zahtevni, najdemo pa tudi takšne, ki so namenjeni za četnikom