KONKURS: Napisz artykuł, wygraj 2000 zł »

Kurs elektroniki II – #2 – przyciski, diody RGB, kontaktron

Kurs elektroniki II – #2 – przyciski, diody RGB, kontaktron

Nasz kurs elektroniki został podzielony na części, które omawiają przeważnie pojedyncze obszerne zagadnienia. O kilku użytecznych elementach nie da się jednak napisać dużo, a trzeba je poznać.

Dlatego w tej części omówimy grupę elementów, które są zbyt proste, aby tworzyć na ich temat osobne poradniki.

Kontaktron – przycisk sterowany magnesem

Kontaktron to szklana rurka z dwoma szczelnie wtopionymi wyprowadzeniami. W jej wnętrzu znajdują się blaszki, które lekko zachodzą na siebie, ale się nie dotykają – dlatego prąd nie może przepłynąć przez kontaktron.

Kontaktron z widocznymi wyprowadzeniami, które łączą się w środku z delikatnymi blaszkami

Kontaktron z widocznymi wyprowadzeniami, które łączą się w środku z delikatnymi blaszkami

Te delikatne wewnętrzne blaszki są jednak wykonane z materiału czułego na pole magnetyczne. Zbliżenie magnesu w okolice rurki sprawia, że blaszki stykają się – w ten sposób zamyka się obwód elektryczny między wyprowadzeniami i prąd może przepłynąć przez cały element. Oddalenie magnesu powoduje rozwarcie blaszek. Można więc śmiało powiedzieć, że element ten jest przyciskiem sterowanym za pomocą magnesu.

Kontaktronów używa się np. jako czujników w systemach alarmowych, gdzie wykorzystywane są do detekcji otwarcia okien – magnes montowany jest na oknie, a kontaktron na ramie. Rozwarcie blaszek (czyli przerwanie obwodu) powoduje włączenie alarmu. Kontaktrony stosowane w takich miejscach są przeważnie zamknięte w małych plastikowych obudowach, które chronią delikatną szklaną rurkę.

Praktyczne zastosowanie kontaktronów w systemach alarmowych

Praktyczne zastosowanie kontaktronów w systemach alarmowych

Wady i ograniczenia kontaktronów

Niestety, prosta budowa jest okupiona kilkoma wadami. Najpoważniejszą jest zmniejszenie czułości przy niektórych ustawieniach magnesu – musi on znajdować się wtedy bliżej, aby styki zostały zwarte. Ponadto styki wykazują tzw. histerezę – aby je rozłączyć, należy odsunąć magnes dalej, niż było to konieczne do ich zetknięcia się.

Histereza sprawia, że kontaktron zwiera i rozwiera się w innej odległości od magnesu

Histereza sprawia, że kontaktron zwiera i rozwiera się w innej odległości od magnesu

Kolejną niedogodnością kontaktronów jest praca dwustanowa: albo przewodzą prąd, albo nie. W tym przypadku nie znajdziemy jakichkolwiek stanów pośrednich. Element ten pozwala tylko stwierdzić, że w jego pobliżu znajduje się źródło pola magnetycznego, które jest dostatecznie silne, aby zewrzeć blaszki w jego wnętrzu.

Za chwilę przyjdzie czas na eksperyment praktyczny z kontaktronem, musimy jednak najpierw poznać jeszcze jeden element, który występuje w wielu projektach (np. w alarmach).

Zestaw elementów do kursu

 999+ pozytywnych opinii  Gwarancja pomocy  Wysyłka w 24h

Chcesz zrozumieć elektronikę? Zamów zestaw elementów do wykonania wszystkich ćwiczeń z kursu i przejdź do praktyki!

Zamów w Botland.com.pl »

Buzzer z generatorem – sygnalizator akustyczny

Buzzer (brzęczyk, sygnalizator z wbudowanym generatorem) to mały element, który znacząco ułatwia komunikację urządzeń elektronicznych z człowiekiem. Przyłożenie stałego napięcia do wyprowadzeń tego elementu sprawi, że zacznie on jednostajnie piszczeć. Chcąc modulować (np. przerywać) pisk, wystarczy cyklicznie włączać i wyłączać zasilanie.

Buzzer z generatorem, jak sama nazwa wskazuje, posiada we wnętrzu mały generator, który wytwarza sygnał o częstotliwości kilku kiloherców. Sygnał ten jest zamieniany na dźwięk przez tzw. przetwornik piezoelektryczny lub elektromagnetyczny.

Buzzery z generatorami mogą różnić się napięciem pracy (przeważnie jest to dość spory przedział, typu 6–12 V), pobieranym prądem, głośnością i częstotliwością dźwięku. Oprócz tego elementy te występują w różnych rozmiarach i obudowach (np. z przewodami lub małymi wyprowadzeniami).

Co ważne, buzzer z generatorem jest elementem biegunowym – bardzo często na obudowie buzzera znajdziemy oznaczenie dotyczące jego polaryzacji (np. narysowany znak plusa); w tej kwestii wskazówką będą też często przewody (czerwony do plusa, a czarny do masy).

Jak łatwo się domyślić, skoro jest buzzer z generatorem, to na pewno występują również buzzery bez generatora. Warto więc pamiętać, że w sprzedaży są też bliźniacze elementy, które w swoim wnętrzu mają tylko przetwornik – brak tam generatora. Podłączenie stałego napięcia nie wydobędzie z takiego elementu żadnego dźwięku. W takim przypadku konieczne jest zrobienie swojego generatora, ale tym zajmiemy się w kursie techniki cyfrowej oraz w kursie Arduino.

Dlaczego na buzzerze czasami jest naklejka?

Dźwięk z buzzera wydobywa się przez mały otwór w obudowie. Niektóre nowe buzzery (szczególnie takie bez przewodów) posiadają naklejkę, która szczelnie zakrywa ten otwór – można ją zerwać, chociaż czasami jest przydatna, bo dźwięk wydobywający się z zaklejonego buzzera jest cichy. Może to być przydatne zwłaszcza podczas testów urządzenia (ciągłe głośne piszczenie może być irytujące).

Nowy buzzer z naklejką

Nowy buzzer z naklejką

Jednak wyciszanie dźwięku to tylko efekt uboczny naklejki. Tak naprawdę ma ona inne zadania, które są widoczne w bardziej profesjonalnych zastosowaniach. Po pierwsze, urządzenia elektroniczne są bardzo często montowane automatycznie przez „roboty”, które układają elementy na płytce za pomocą przyssawek. Dzięki naklejce taki robot może łatwo złapać buzzer od góry i przenieść go w odpowiednie miejsce. Po drugie, urządzenia elektroniczne po lutowaniu myje się np. w izopropanolu, aby pozbyć się śladów topnika. Dzięki naklejce płyn ten nie wlewa się do środka buzzera i nie niszczy przetwornika.

Kontaktron i buzzer w praktyce

Pora, aby w praktyce przetestować działanie kontaktronu i buzzera. W tym celu na płytce stykowej montujemy prosty układ, który składa się tylko ze źródła zasilania 6 V (4 × bateria AA), kontaktronu oraz buzzera. Oprócz tego potrzebny będzie mały magnes (jest częścią zestawu do tego kursu).

Przy okazji tego ćwiczenia od razu możesz zobaczyć, jak takie elementy zaznacza się na schematach ideowych – chociaż akurat zarówno w przypadku kontaktronu, jak i buzzera symbole mogą być różne. Zawsze można się jednak domyślić, o co chodzi, na podstawie ich kształtu i opisu.

Schemat układu do testowania kontaktronu i buzzera

Schemat układu do testowania kontaktronu i buzzera

Podczas budowy tego projektu trzeba tylko zwrócić uwagę na odpowiednią polaryzację – czerwony przewód buzzera powinien łączyć się przez kontaktron z dodatnią szyną zasilania. Jeśli Twój element nie ma kolorowych przewodów, to poszukaj oznaczenia na obudowie (powinien być tam znak plusa).

Pora na przetestowanie układu. Buzzer powinien wydawać głośny dźwięk, gdy magnes znajdzie się w pobliżu kontaktronu. W ramach eksperymentu warto sprawdzić, jak ułożenie magnesu wpływa na jego czułość. Postaraj się również zaobserwować opisane wcześniej zjawisko tzw. histerezy.

Microswitch – prosty przycisk

Microswitch (mikroprzełącznik, tact switch) to mały element, który jest niezastąpiony, gdy chcemy mieć możliwość „wydawania poleceń” naszym urządzeniom. Tutaj sprawa jest bardzo prosta i intuicyjna – naciskanie plastikowego przycisku po prostu zwiera metalowe styki we wnętrzu elementu, dzięki czemu przez element może przepłynąć prąd. Przyciski takie występują w różnych rozmiarach i kolorach, jednak ogólna zasada działania jest zawsze taka sama.

Przykładowe przełączniki tego typu w różnych obudowach i rozmiarach

Przykładowe przełączniki tego typu w różnych obudowach i rozmiarach

Podczas realizacji zadań z tego kursu wykorzystujemy specjalne przyciski, które wyposażone są w dwa dość długie wyprowadzenia, dzięki czemu elementy te świetnie pasują do płytki stykowej.

Występują też przyciski, które mają cztery krótsze nóżki – ta wersja jest wygodniejsza i popularniejsza, gdy układ jest lutowany na płytce PCB (z takich przycisków korzystamy np. w kursie lutowania). W tego typu sytuacji wyprowadzenia połączone są w środku parami. Warto już teraz o tym pamiętać, bo elementy te lubią sprawiać problemy początkującym – częstym błędem nowych osób jest podłączanie tego przycisku „obróconego o 90°”, przez co układ działa tak, jakby ktoś cały czas wciskał przycisk.

Microswitch w praktyce

Sprawdzenie tego elementu w praktyce będzie bardzo łatwe. Możemy np. wziąć poprzedni przykład z buzzerem – wystarczy tylko zamienić kontaktron na microswitch. Przy takim podłączeniu buzzer będzie wydawał dźwięk za każdym razem, gdy przycisk zostanie naciśnięty.

Ograniczenia i wady mikroprzełączników

Przez styki takich przycisków może płynąć jedynie niewielki prąd (rzędu kilkudziesięciu miliamperów), dlatego najczęściej podłączane są one np. do mikrokontrolerów. Po wciśnięciu przycisku wejście takiego układu zostaje zwarte z masą. Dzięki temu układ „wie”, że ktoś wcisnął przycisk i w związku z tym powinno zostać np. włączone oświetlenie (oczywiście wszystko zależy od konkretnego programu). Więcej informacji i przykładów tego typu znajdziesz w naszym kursie Arduino.

Niestety, ale ten prosty element ma poważną wadę, którą są tzw. drgania styków. W momencie gdy naciskamy przycisk, wydaje nam się, że zarówno jego wciśnięcie, jak i puszczenie przebiegły natychmiastowo. W praktyce proces ten jest jednak zakłócany przez liczne i szybkie drganie blaszek, które zamontowane są wewnątrz przycisku.

Sprężysta blaszka wewnątrz przycisku

Sprężysta blaszka wewnątrz przycisku

Podczas wciskania i puszczania przycisków może więc dochodzić do szeregu bardzo krótkich impulsów. Nie uświadczymy tego problemu w tak prostych układach jak ten z buzzerem. Jednak projekty, które bazują na szybkich układach cyfrowych (np. mikrokontrolerach), będą odczytywać te drgania styków jak osobne wciśnięcia przycisku!

Poniżej znajduje się tzw. przebieg czasowy zarejestrowany oscyloskopem, czyli (upraszczając) takim dużo droższym, szybszym i dokładniejszym woltomierzem. Na ekranie tego przyrządu zamiast jednego odczytu widzimy wykres, który przedstawia, jak napięcie zmieniało się wraz z upływem czasu.

Gdyby nasz przycisk działał idealnie, na wykresie widzielibyśmy jedną, skokową zmianę sygnału. Tutaj widoczne są jednak różne mniejsze lub większe skoki, które poprzedzają właściwą zmianę stanu – to są właśnie drgania styków.

Przykładowe drgania styków widziane na oscyloskopie

Przykładowe drgania styków widziane na oscyloskopie

Ten pozorny drobiazg może być bardzo kłopotliwy. Wyobraź sobie np., że budujemy automat z przyciskiem, za pomocą którego wybieramy, ile „łyżeczek” cukru ma zostać dodanych do herbaty. Takie drgania styków sprawią, że każde wciśnięcie przycisku będzie odczytane jako kilka osobnych wciśnięć (np. 3–6). Co gorsze, liczba tych wciśnięć jest losowa. Klient zamawia więc herbatę z jedną łyżeczką cukru, a dostaje np. z sześcioma… Nic fajnego!

Jak uniknąć drgań styków?

W przypadku przycisków podłączanych do mikrokontrolera filtrowanie takiego sygnału możemy zrobić programowo (np. sprawdzając, czy od poprzedniego wciśnięcia minęło minimum 15 ms). Innym rozwiązaniem, sprzętowym, jest zastosowanie połączenia kondensatora oraz rezystora w roli filtru RC.

Przykładowy filtr RC usuwający drgania styków

Przykładowy filtr RC usuwający drgania styków

Dodanie tych elementów sprawia, że sygnał jest odpowiednio filtrowany, a wszystkie „szybkie szpilki” znikają. Dzięki temu naciśnięcie przycisku skutkuje jednym, szybkim i „czystym” przełączeniem.

drgania_stykow3

Eliminacja drgań styków za pomocą filtru RC

Wartości elementów filtru nie są krytyczne i można z nimi eksperymentować. Warto mieć tylko na uwadze, aby rezystor rozładowujący kondensator miał rezystancję rzędu kilkuset omów. Zbyt mała nie spełni swojego zadania, a zbyt duża oporność niepotrzebnie wydłuży czas ładowania kondensatora. To ciekawe zagadnienie jest jednak znacznie bardziej złożone – dlatego przygotowaliśmy osobny artykuł, który omawia dokładnie filtr RC (i to w kilku popularnych wersjach).

Czym jest filtr RC? Jak działa i co warto o nim wiedzieć?
Czym jest filtr RC? Jak działa i co warto o nim wiedzieć?

Filtr RC to hasło, które pojawiło się już w naszym kursie elektroniki. Wspominaliśmy tam, że pewne połączenie rezystora i... Czytaj dalej »

Dioda RGB – wiele kolorów w jednej obudowie

Podstawowe informacje na temat ogólnego działania oraz budowy diod świecących omówiliśmy już w kursie elektroniki na poziomie I. Tym razem zajmiemy się diodą RGB, która w swojej obudowie zawiera aż trzy struktury świecące w kolorach: R (red, czerwony), G (green, zielony), B (blue, niebieski).

Dlaczego zestaw tych trzech kolorów zyskał taką popularność? Otóż mieszając ze sobą te barwy w różnych proporcjach, można uzyskać szeroką gamę kolorów. Każdą strukturę świecącą można zasilać oddzielnie, dostarczając jej inny prąd, dzięki czemu dany kolor będzie świecił z inną intensywnością.

Mieszając barwy, możemy otrzymać dowolny kolor

Mieszając barwy, możemy otrzymać dowolny kolor

Upraszczając, można więc powiedzieć, że dioda RGB to trzy diody w jednej obudowie. Dla naszej wygody producenci łączą razem anody lub katody diod, dzięki czemu do sterowania wszystkimi diodami potrzebne są tylko cztery wyprowadzenia – jedna nóżka wspólna i po jednej dla każdego z trzech kolorów.

W zestawie do tego kursu znajduje się dioda RGB ze wspólną anodą. W tym przypadku nóżka, która łączy się z „największą blaszką” wewnątrz diody, będzie właśnie wspólną anodą (nóżka ta najczęściej będzie też najdłuższa). Pozostałe wyprowadzenia to katody poszczególnych kolorów.

Opis wyprowadzeń diody RGB

Opis wyprowadzeń diody RGB

Sprawdźmy teraz, jak dioda RGB działa w praktyce. Do wykonania tego ćwiczenia będą potrzebne:

  • 1 × dioda RGB ze wspólną anodą,
  • 3 × rezystor 10 kΩ,
  • 3 × rezystor 1 kΩ,
  • 3 × microswitch,
  • 4 × bateria AA,
  • 1 × koszyk na 4 baterie AA,
  • 1 × płytka stykowa,
  • komplet przewodów połączeniowych.

Elementy te trzeba połączyć zgodnie z poniższym schematem. Może on wydawać się zawiły, ale to nic strasznego. Po pierwsze, mamy tam diodę RGB, której wspólna anoda podłączona jest do plusa baterii. Każdy z kolorów został wyposażony we własny rezystor 1 k, który łączy się szeregowo z kolejnym rezystorem – tym razem 10 k. Oprócz tego trzy przyciski połączono równolegle z rezystorami 10 k. Skąd ten pomysł, po co i dlaczego? Zastanów się chwilę, a odpowiedź znajdziesz pod schematem.

Schemat układu testowego z diodą RGB i przyciskami

Schemat układu testowego z diodą RGB i przyciskami

Gdy pomijamy przyciski (czyli gdy nie są podłączone lub gdy są podłączone, ale niewciśnięte), to przez każdy kolor diody płynie bardzo mały prąd. Dzieje się tak, ponieważ zasilamy diodę przez szeregowo połączone rezystory 1 k i 10 k, czyli łącznie mamy tutaj aż 11 k. Prąd ten jest na tyle mały, że patrząc na diodę od góry, zobaczymy delikatne świecenie (wręcz żarzenie) kolorowych struktur.

Prąd jest „leniwy” i zawsze próbuje płynąć drogą, która stawia mu najmniejszy opór. W związku z tym, jeśli wciśniemy przycisk, to zdecydowana większość prądu popłynie przez jego styki, które są świetnym przewodnikiem, i ominie rezystor 10 k. Dzięki temu powinniśmy uzyskać następujący efekt:

  • przyciski puszczone: diody ledwo świecą, bo są zasilane przez 11 kΩ,
  • przyciski wciśnięte: diody mocno świecą, bo są zasilane przez 1 kΩ, czyli w obwodzie może płynąć znacznie większy prąd.

Po wciśnięciu przycisków odpowiednie kolory powinny świecić zdecydowanie mocniej. Oczywiście ten układ mógłby też działać bez rezystorów 10 k – zostały one dodane w ramach ciekawostki. Możesz je spokojnie wyciągnąć i porównać układy (diody nie będą się żarzyły, gdy przyciski będą puszczone).

Płynne mieszanie kolorów

W ramach kolejnego ćwiczenia możemy jeszcze wykorzystać potencjometr do tego, aby regulować prąd, który będzie płynął przez jedną ze struktur. Dzięki temu uda nam się ręcznie zmieniać kolor diody w sposób płynny. Poniższy schemat przedstawia połączenie, w którym jeden kolor zasilany jest przez rezystor 1 k, drugi kolor przez rezystor 330 R, a trzeci kolor zasilany jest przez połączenie rezystora 330 R oraz potencjometru 5 k (w roli regulowanego rezystora).

Schemat ćwiczenia z diodą RGB i potencjometrem

Schemat ćwiczenia z diodą RGB i potencjometrem

Potencjometr połączony jest szeregowo z opornikiem 330 R. Dzięki temu jeden kolor diody zasilany jest przez „rezystor” o oporze od 330 R do 5,33 k (zależnie od ustawienia potencjometru). Dodanie rezystora 330 R w tym przypadku jest konieczne – bez niego bardzo łatwo uszkodzić diodę (bo przy jednym skrajnym ustawieniu potencjometru jego opór będzie równy 0 Ω).

Po złożeniu tego układu warto poeksperymentować z diodą RGB. Wypadkowy kolor świecenia diody najlepiej obserwować po rozproszeniu go na białej ścianie lub kartce – wtedy wszystkie trzy strumienie świetlne mogą się ze sobą zmieszać, więc kręcenie potencjometrem powinno dać wyraźny efekt.

Diody RGB dają ciekawe efekty zwłaszcza wtedy, gdy cały czas zmieniamy jasność świecenia kolorów. Dzięki temu można uzyskać m.in. płynne przejścia kolorów czy animacje. Eksperymenty tego typu zostały opisane m.in. w kursie Arduino na poziomie II.

Podsumowanie

W tej części omówiliśmy cztery nowe elementy: kontaktron, buzzer z generatorem, microswitch i diodę RGB. Każdy elektronik bardzo często się z nimi spotyka. Wielokrotnie natrafisz na nie również podczas lektury innych naszych poradników. Jeśli ten artykuł był dla Ciebie ciekawy, to koniecznie oceń go za pomocą gwiazdek i daj nam znać w komentarzach, który element spodobał Ci się najbardziej – zdjęcia z Twoich eksperymentów są mile widziane!

Czy wpis był pomocny? Oceń go:

Średnia ocena 4.8 / 5. Głosów łącznie: 315

Nikt jeszcze nie głosował, bądź pierwszy!

Artykuł nie był pomocny? Jak możemy go poprawić? Wpisz swoje sugestie poniżej. Jeśli masz pytanie to zadaj je w komentarzu - ten formularz jest anonimowy, nie będziemy mogli Ci odpowiedzieć!

Zanim przejdziesz dalej, upewnij się, że wiesz, jak korzystać z omówionych elementów w praktyce – nie będziemy już wracać do podstaw. W kolejnej części kursu zajmiemy się komparatorami napięcia, dzięki którym zbudujemy później m.in. lampkę reagującą zapadnięcie zmroku oraz prosty termostat!

Nawigacja kursu


Autorzy kursu: Damian Szymański, Michał Kurzela, ilustracje: Piotr Adamczyk. Zakaz kopiowania treści kursów oraz grafik bez zgody FORBOT.pl. Data ostatniego sprawdzenia tego wpisu: 16.01.2021.

buzzer, dioda, kontaktron, kurs, kursElektroniki2, led, rgb

Trwa ładowanie komentarzy...