Žirafoviny.cz

Poslední dobou to vypadá, že si jen hraji a nedělám nic užitečného. No částečně je to i pravda. Ovšem i na hračkách se dá ledačemu přiučit a když se takto spojí příjemné s užitečným, tak je to snad dobře

Toto blikátko se poněkud vymyká běžným zapojením a i jeho funkce je poněkud záhadná, pokud se člověk neponoří trošku do hlubin teorie. Když to ale uděláme, tak zjistíme, že blikátko pracuje vlastně hrozně jednoduše.

Tolik tedy na úvod a nyní vzhůru k dalšímu blikajícímu výtvoru.
Tentokrát se jedná o lavinový generátor a v tomto případě jich je celkem šest.

Jak to funguje

Na schématu zajisté zaujmou nezapojené báze tranzistorů a také to, že jejich emitory jsou připojené na kladné napětí. Přitom se jedná o NPN tranzistory, takže by to mělo být zapojené obráceně. Nenechte se ale mýlit, zapojení je správně a ve schématu není chyba. Je to vlastně podstata tohoto druhu oscilátoru.



Funkci si popíšeme jen na jednom, všechny ostatní fungují zcela stejně.

Po připojení napájecího napětí se začne přes odpor R1 nabíjet kondenzátor C1 a tím na něm začne stoupat napětí. Zatím se nic jiného neděje.

Po dosažení napětí asi tak 11 až 12V dojde k lavinovému průrazu tranzistoru, ten sepne a připojí svítící diodu paralelně ke kondenzátoru. Dioda se rozsvítí a kondenzátor se začne vybíjet. Když napětí na kondenzátoru klesne pod asi 9 až 10V, tak se tranzistor uzavře a celý děj se opakuje od začátku. Všechny ostatní oscilátory fungují stejně a protože mají stejné součástky, je kmitočet všech přibližně stejný. Liší se jen kvůli tolerancím součástek.

Součástky lze použít téměř libovolné. Já použila to, co bylo v šuplíku. Opravdu se takto dají zužitkovat libovolné, i letité, zásoby součástek. Jen si dovolím upozornit, že na napětí nižší než asi 13V oscilátory nefungují. Horní hranice je omezená napěťovým namáháním kondenzátorů a výkonem odporů. Ta dolní je omezená tím, že při nižším napájecím napětí nedojde k průrazu přechodu a tím je funkce oscilátoru znemožněna.

Hodnoty odporů a kondenzátorů určují kmitočet blikání každého oscilátoru. Odpory zároveň chrání tranzistory před zničením v okamžiku jejich průrazu. Pokud se odpor příliš sníží, dojde ke zničení tranzistorů. K témuž může dojít také při přílišném zvětšení kapacity kondenzátorů. V takovém případě by bylo lepší zapojit do série s diodou ještě omezovací odpor, stejně jako u jiných zapojení.

Vlastností tohoto druhu oscilátoru je jeho závislost na napájecím napětí. Čím vyšší napájecí napětí je, tím je vyšší frekvence oscilací.

Lavinový průraz?

Kdo ví, o co se jedná, může tuto část přeskočit, kdo nezná, může se to dozvědět.

V každé látce jsou volné nosiče náboje – elektrony. V některých látkách jich je hodně, to jsou vodiče, a v některých málo nebo skoro žádné, to jsou izolanty. Ale vždy tam nějaké jsou. Pokud se na látku s málo elektrony připojí elektrody a přivede napětí, nestane se vlastně nic. Látka je izolant a proud neprochází. Pokud ovšem začneme napětí zvyšovat, začne se v látce vytvářet elektrické pole. Se vzrůstajícím napětím vzrůstá také intenzita tohoto pole a volné elektrony se začínají pohybovat. Nejprve pomalu, ale když napětí stále stoupá, začínají se pohybovat rychleji a rychleji. Když napětí dosáhne určitě hranice, pro každou látku je jiná, nastane změna. Látka začne vést elektrický proud.

Jak je to možné? Volné elektrony získají vlivem silného elektrického pole takovou rychlost a energii, že při srážce s jiným elektronem jej vyrazí z jeho oběžné dráhy kolem jádra atomu a tím vznikne dvojice volný elektron – díra. Tyto dva elektrony se dále pohybují ve směru působení elektrického pole a když narazí do dalších dvou elektronů, znovu je vyrazí z jejich drah a jsou tu již čtyři volné elektrony z původního jednoho. Tyto elektrony znovu vyrazí další elektrony a tak dále a tak dále. Některé volné elektrony se znovu vracejí zpět do oběžných drah kolem atomů, rekombinují s dírami, ale hodně jich zůstává volných. V látce je najednou hodně volných elektronů a látka se stává elektricky vodivou. Došlo k průrazu. A protože jeden vyražený elektron spustil lavinu dalších vyražených elektronů, nazývá se tento průraz lavinový.

Pokud se začne napětí snižovat, ještě nějakou dobu je v látce dostatek volných elektronů a je dále vodivá a teče jí proud. Při dalším poklesu však začne docházet ke stále častějším rekombinacím a tím se látka stává opět nevodivou, protože přestane mít dostatek volných elektronů. Proud ustává a látka se opět chová jako správný izolant. Pokud ovšem při průrazu tekl veliký proud, může látka změnit svoje vlastnosti trvale, případně se může i zničit.

U polovodičů dochází k podobnému jevu, jen je to trošku jinak, jelikož jsou to polovodiče.

Když se spojí polovodič typu N a polovodič typu P, vznikne přechod PN. Na hranici se vytvoří potenciálová přehrada a ta způsobuje, že se tento přechod chová jako dioda tak, jak ji známe. Když se na přechod přivede elektrické napětí tak, aby na polovodiči P bylo kladné napětí zdroj a na polovodiči typu N záporné, dojde při určitém napětí ke zrušení bariéry a přechodem teče proud. Když se přivede napětí obráceně, bariéra se rozšíří a tím se dioda uzavře. To je běžné chování diody.

Pokud však opačně pólované napětí přesáhne určitou velikost, získají volné elektrony z obou polovodičů takovou rychlost a tím i energii, že potenciálovou bariéru také překonají a tím se přehrada opět překoná a přechod vede elektrický proud. Elektrický proud je potom omezený jen vnějšími součástkami a pokud není nějak omezený, dostoupí takové velikosti, že se přechod zničí. Stejně jako u izolantů.

Napětí průrazu je u každého PN přechodu různé, u některých je to jen několik voltů, ale u některých jsou to i stovky až tisíce voltů. Záleží na konstrukci a hlavně šířce PN přechodu.

Přechod báze-emitor je tenký a jeho průrazné napětí je nízké. Je kolem 10V, ale u každého tranzistoru je jiné, kus od kusu. A také typ od typu, ale ta hodnota je přibližně stejná pro všechny tranzistory.

Po průrazu přechodu emitor-báze je druhý přechod v tranzistoru, báze-kolektor, pólovaný v propustném směru a tím pádem může téci proud celou součástkou.

Součástky použité v prototypu:

T1 až T6 - KF507
R1 až R6 - 8k2
C1 až C6 - 100uF/50V
D1 až D6 - žluté diody 5mm z produkce podniku Tesla

Závěrem

Když se diody vhodně uspořádají, vzniká nádherný efekt. Já jsem těchto šest diod seskupila do podoby trojúhelníku a je to pastva pro oči. Diody totiž blikají různě a tak to vypadá, že světlo chvilku běhá nahoru a dolů, pak zleva doprava, potom opačně, pak zase šikmo… Jen je potřeba dávat při pozorování pozor a nemít úplnou tmu. Já jsem se při pozorování efektů začala cítit poněkud divně a tak jsem pokus raději rychle stopla.

Blikání světel v tmavé místnosti by totiž mohlo spustit epileptický záchvat u fotosenzitivních lidí, proto je vhodnější dávat si přece jenom pozor. Hlavně pokud patříte do této skupiny lidí.

Lavinové generátory jsou vděčné zapojení pro začátečníky a hračičky, jako jsem já. Dá se s nimi krásně vyhrát a zkoušet a zkoušet a zkoušet… jen je potřeba dávat pozor na maximální proud tranzistory při experimentech s vyššími frekvencemi nebo většími kondenzátory.