Nastavljajući seriju članaka o takmičarskim radovima mojih bivših učenika, posebno mi je zadovoljstvo da opišem i danas aktuelnu konstrukciju prvaka na dve uzastopne republičke smotre iz naučno-tehničkog stvaralaštva ( Valjevo 2003. i Beograd 2004. godine ). Radi se o Savi Grkoviću, koji je zaredom osvojio prvo mesto ( zlatne medalje ), što, po mom mišljenju, nikome nije pošlo za rukom da to ostvari. Posle blistavog takmičarskog uspeha upisao je Matematičku gimnaziju u Beogradu. Sava je završio matematičku gimnaziju kao odlikaš, a onda u roku i Elektrotehnički fakultet u Beogradu. Danas je uspešan elektroinženjer. Pri kraju studija dobio je posebnu nagradu “Telenora” za inovacije ( radove ) iz mobilne telefonije (* Zabeleženo 14. decembra 2013. godine - pogledati izvod na kraju ). Rad i upornost se, u svakom slučaju, isplati, samo što se, nažalost, još uvek ne ceni naša pamet, kreativnost i znanje, pa nam mladi talenti odlaze iz zemlje, što će se verovatno desiti i sa ovim konstruktorom čiji rad, kao njegov mentor na pomenutim smotrama, prezentujem u ovom članku. Rad je ubedljivo pobedio ( Valjevo, 2003. godine ) u veoma jakoj konkurenciji multidisciplinarnih radova.

Precizno merenje gravitacije može se vršiti na više različitih načina. Osnovno je da se ima precizan podatak o putu i vremenu kretanja tela (kuglice) koja pada pod uticajem Zemljine teže. Uticaj otpora sredine može se u praktičnom smislu zanemariti, jer se radi o telu aerodinamičkog oblika, ali kod preciznih merenja itekako moramo imati u vidu i otpor sredine. Uređaj, čija je šema data na slici, je spoj Njutna i Tesle, jer je elektroničkog tipa sa veoma preciznim merenjem vremena ( 0,01 s ) i sa merenjem pređenog puta u mm, čime se dobiju precizni podaci o putu i vremenu, koji se uvrštavaju u odgovarajuću formulu ( g = 2h/t2, m/s2 ) za izračunavanje ubrzanja sile Zemljine teže. Merenja su bila veoma blizu srednje vrednosti od 9,81 m/s2.

Uređaj koji je sastavljen iz više mehaničkih i elektronskih komponenti, koje su funkcionalno povezane, klasiran je u rad multidisciplinarnog tipa. Napaja se iz stabilisanog ispravljača, a može da se koristi i rezervno napajanje ( NiCd akumulator ) koje se stalno dopunjava. Ova varijanta dobra je kao rešenje za savremeno nastavno sredstvo u školi, kada se desi da nestane struje u mreži, što je u zimskom periodu u seoskim školama česta pojava.

Prilikom sazrevanja ideje o konstrukciji problemski je postavljen zadatak da se spoji klasična mehanika i savremena elektronika u jedinstven zahtev preciznog merenja dve fizičke veličine, puta ( h ) i vremena ( t ) pri slobodnom padanju kuglice koju drži jak elektromagnet. Nosač elektromagneta može se slobodno pomerati po vertikalnom štapu na kome postoji milimetarska podela. U teoretskom pogledu, slobodan pad predstavlja padanje tela ( kuglice ) bez otpora vazduha, međutim, u praksi se može dokazati da za precizno računanje možemo doći i do koeficijenta otpora vazduha čija vrednost zavisi čak i od meteoroloških uslova.

Zavidan nivo preciznosti pri merenju postignut je upotrebom veoma osetljivih relejnih prekidača, jer je obezbeđeno da se istovremeno pri puštanju kuglice uključuje digitalni hronometar koji odbrojava sve do momenta dok telo koje pada ne preseče uzan svetlosni snop u uskom tunelu, a time aktivira osetljvi foto-tranzistor. Kad se taj snop prekine, istovremeno se aktivira relejni prekidač koji zaustavlja odbrojavanje vremena na preciznom hronometru. Posle očitavanja vremena ( t ) i pređenog puta ( h ), hronometar se resetuje i stavlja u radnu poziciju novog merenja. Osetljivi foto rele uzet je iz RK 3092, a čini ga zanimljiva konstrukcija sa sa tri tranzistora i sa jednim foto-tranzistorom (BC214). Ova elektronika se može nabaviti u “Kelco” Beograd. Kod ugradnje elektronike relea moramo biti veoma precizni u odnosu na osu stuba sa kojeg pada kuglica.

Prednosti ovog uređaja, u odnosu na neka druga praktična rešenja nastavnih sredstava u školama, su brzina, preciznost i mogućnost naknadnog očitavanja podataka, koji stoje na displeju hronometra, sve dok ga ne resetujemo. Može se uzeti više merenja, pa odrediti srednja vrednost, apsolutna i relativna greška, što je od bitnog značaja za veću preciznost prilikom merenja. Sa uređajem se može odrediti ( merenjem i računski ) koeficijent otpora vazduha koji zavisi od oblika i poprečnog preseka tela u odnosu na ravan padanja, gustine vazduha i njegove temperature koja utiče na gustinu. U nastavi fizike u osnovnoj školi ovakav uređaj se može koristiti za laboratorijske vežbe u VII razredu, koje su obavezne po Nastavnom planu i programu. Uređaj je zanimljiv za merenja i proračune vrednosti gravitacije Zemlje.

Uređaj koji sam opisao, sa manje detalja o samoj konstrukciji, danas služi kao moderno nastavno sredstvo u Osnovnoj školi “Žarko Zrenjanin” u Izbištu, ali i kao vredna uspomena na njene bivše učenike koji se svojim izumima danas uspešno dokazuju izvan zemlje. Koliko i kako se taj uređaj danas koristi nije mi poznato, ali je evidentno da je sve manje entuzijazma među prosvetnim radnicima koji su u štrajku, a mladi su željni znanja. Ko je za to kriv, nije mesto da ovde o tome raspravljamo, ali se moramo složiti da je ulaganje u znanje i našu pamet najveća investicija društva. Dok to ne shvatimo, tapkaćemo u mestu!

“Nagrađeni studentski radovi sa TELFOR konferencije su “Small Balanced Antennas for Bluetooth Applications”, Save Grkovića sa Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu, “Realizacija bežičnog prenosa podataka sa mobilnog telefona na ekran informacionog sistema u automobilu”, Predraga Igića sa Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu, i “Proračun kvaliteta usmerenih radio-veza na relaciji ripiter-bazna stanica u UMTS mrežama”, Ivane Marković sa Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu”.

“Studenti kojima smo danas odali priznanje sutra će biti lideri u sektoru telekomunikacija. Ulaganjem u njih pomažemo njihovo dalje usavršavanje i dajemo doprinos razvoju najvećeg potencijala naše zemlje, a to su obrazovani mladi”, kaže Pjer Vučković iz Telenora.

Nagrada je ustanovljena u znak sećanja na prof. dr Iliju Stojanovića, pionira telekomunikacija u Srbiji i na prostorima bivše SFRJ.

LITERATURA:
1.Elektronika, Svetislav Šiler, “Tehnička knjiga” Beograd, 1986. godine,
2.Mala škola elektronike, Vladimir i Željko Krstić, 2002. godine,

Fizika I deo, Branko Đurić, Živojin Ćulum, “Naučna knjiga” Beograd, 1967. godina

Izrada kvalitetnog stereo pojačala nije ni malo jednostavan posao koji, pored dobrog poznavanja teorije, traži odgovarajuću spretnost prilikom izbora, konstrukcije i rasporeda elektronskih komponenti. Ovom problematikom bavio sam se godinama kroz mentorski rad sa učenicima koji su sa svojim takmičarskim radovima izlazili na zapažene smotre iz tehnike. Kroz seriju pažljivo odabranih članaka rečju i slikom prezentujem najbolje radove koji su osvojili zlatne medalje na republičkim smotrama. U ovoj oblasti, sa interesantnim konstrukcijama, se pojavilo nekoliko učenika, među kojima je Sava Grković u Beogradu 2004. godine osvojio zlatnu medalju. Danas je pomenuti takmičar uspešan elektroinženjer. Negujući uspomenu i posebnu zahvalnost za blistave radove mojih učenika, u ovom članku sam objedinio u praksi isprobana rešenja za konstrukciju kvalitetnog stereo pojačala, koje sam “za svoju dušu” radio nešto duži vremenski period, sa namerom da se što manje razlikuje, ili da čak bude bolje, od fabričkog.

Kod izrade pojačala uvek mi je najveći problem bila odgovarajuća kutija (ovde sam odabrao kutiju od rashodovanog projektora) u kojoj će biti dovoljno prostora da se odvoji napajanje od ulaznih i izlaznih kola na samom pojačalu, kako ne bi došlo do samooscilovanja, ili neprijatnog brujanja. Ispravljački stepen može biti standardnog tipa sa dobrom filtracijom, a za pojedine module (predpojačalo i mikseta) i sa dobrom stabilizacijom napona. Prilikom izrade napajanja posebnu pažnju obratiti na snagu transformatora koja mora odgovarati izlaznoj snazi pojačala, odnosno da bude nešto veća od nje. Presek jezgra transformatora ( S = a*b , cm2) se određuje vađenjem kvadratnog korena iz odabrane snage. Danas se mogu naći, ili jednostavno kupiti transformatori potrebne snage različitog izgleda i pakovanja. Ispravljanje napona je najbolje uraditi pomoću fabričkog grec-spoja koji odgovara proračunatoj jačini struje. Napajanje pojačala i predpojačala treba odvojiti, odnosno da ne budu sa istog sekundara transformatora. Veoma je važno da se mrežni deo u samoj kutiji odvoji od ostalih delova zbog mogućih iznenađenja. Elektrolitički kondenzatori moraju da imaju kapacitet od nekoliko hiljada mikrofarada (10 000 - 15 000) i probojni napon koji je najmanje za 10 % veći od stvarnog napona napajanja. Za regulatore napona najbolje je koristiti fabričke integralce sa tri izvoda koji se mogu naći u slobodnoj prodaji (T812, T815, T824, …), ali sa odgovarajućom amperažom.

Zahtevan posao je izrada odgovarajućeg predpojačala, ukoliko želimo da koristimo jedan, ili više mikrofona. Slab signal iz mikrofona se vodi okloljenim kablom do ulaza predpojačala. Za gradnju koju opisujem koristio sam mikrofonsko stereo predpojačalo iz radio-kompleta ( RK: 3660, 3665, 3772, 3765, 3779 ), gde, kako je naznačeno, postoji izbor nekoliko vrsta u stereo i mono tehnici. Kompleti se mogu nabaviti u “KELCO Doo” Beograd, a oni sadrže štampanu pločicu i sve pasivne i aktivne komponente. Na izlazu stereo predpojačala koristio sam stereo potenciometar 100 koma (log). Sa njegovog srednjeg izvoda uzima se signal preko otpornika vrednosti 10 koma, što se odnosi i na drugi i treći potenciometar (stereo) preko koga idu NF signali. Takva kombinacija predstavlja pasivnu miksetu čija je šema na priloženoj slici.

Na tačke U1-L i U1-R dovodi se pojačan mikrofonski signal sa izlaza stereo predpojačala, a nezavisni NF izlazi se dovode preko tačaka U2-L i U2-R, odnosno U3-L i U3-R. Signal za ulaz pojačala se uzima iz tačaka L i R, koje predstavljaju dva kanala, preko stereo potenciometra sa oznakama R14-R13 (Out-L, Out-R). Kombinaciju stereo potenciometara predstavljaju R1-R10, R2-R11 i R3-R12. Svi spojevi sa potenciometrima moraju biti izvedeni sa oklopljenim kablom da bi se izbeglo pištanje i brujanje. Za izbegavanje ove neprijatne pojave važno je i kako vezujemo masu ( izjednačavanje potencijala ), da to bude na jednoj tački ( - ) kod elektrolitičkog kondenzatora velikog kapaciteta ( kod ispravljačkog stepena ). Pletena košuljica oklopljenog kabla, takođe mora biti vezana na minus ( - ) pol, odnosno na masu, što se odnosi i na kutiju uređaja, ukoliko je metalna.

Kod izrade pojačala možemo se opredeliti na nekoliko izbora iz radio-kompleta. Svako od njih traži ugradnju odgovarajućih aluminijskih hladnjaka zbog odvođenja toplote sa izlaznih tranzistora, ili integralnih kola. Kod moje gradnje odlučio sam se za RK 3822 koji se sa pločicom i delovima može nabaviti u Radio klubu “KELCO Doo” Beograd. Ovu varijantu sam namerno odabrao zato što je jednostavna za konstrukciju, zauzima malo prostora i napaja se stabilnim naponom od 6 – 18 V sa maksimalnom strujom od 3,3 A. Ukoliko nemamo jake zvučnike možemo odabrati RK 7057 ( 2x5W ), RK 2003 ( 2x10 W ). Probao sam i sa većim snagama pojačala, što se ne isplati, pre svega zbog zvučnika koji su prilično skupi, ali i zbog koncepcije da ne gradim snažna, već kvalitetna (osetljiva) pojačala koja će dati odgovarajući kvalitet reprodukcije. Stara mudrost Vilhelma Buscha glasi: “Čini se da nam muzika često smeta, jer uz nju stalno ide buka”. Kod izbora zvučnika treba voditi računa o njihovoj snazi koja mora biti nešto veća od nominalne izlazne snage pojačala. Ni jedan od izlaza zvučnika ne sme da se veže za masu, tako da treba obratiti pažnju ako koristimo metalnu kutiju. U suprotnom možemo uništiti vitalne komponente pojačala, ili same zvučnike. RK 3822, koji sam izabrao prilikom gradnje, daje na 4 oma 2x20W čiste sinusne snage u frekventnom opsegu od 20 Hz do 15 000 Hz. Nekoliko ugrađenih zaštitnih mera brinu da se integrisano kolo TDA 1553CQ s pravom označi kao krajnje robusno. Tu spada, pre svega, osigurač od kratkog spoja, zatim osigurač koji štiti zvučnike, osigurač od termičkog preopterećenja i zaštita od zamene polova. Posebnu ulogu integrisano kolo ima sa priključkom 11 za nemu vezu (“muting”), pri čemu IC prelazi u stanje mirovanja ( stand-by ). Zbog jakih struja koje protiču kroz IC moramo ugraditi dobar aluminijski hladnjak i obaveznu upotrebu termalne paste pri postavljanju IC na telo hladnjaka.

Na kraju, opravdano pitanje, da li se isplati ova konstrukcija? Za mnoge ne isplati, jer su delovi skupi i samo mala nepažnja može dovesti do pregorevanja osetljivih aktivnih komponenti. Za one prave zaljubljenike elektronike gradnja predstavlja izazov vredan pažnje. Kod same konstrukcije moramo imati jasan plan šta želimo, predstavu koliko koštaju svi delovi i jaku volju da to uradimo valjano, precizno i sa dobrim proračunima ulaznih i izlaznih napona u odnosu na osetljivost predpojačala i pojačala. Za eventualne rizike, kod samostalne konstrukcije, ne snosim nikakvu odgovornost, jer je opisani rad u domenu takmičenja i hobija.

Izvori saznanja:
1.“Mala škola elektronike”, Vladimir D. Krstić i Željko V. Krstić, Beograd 2002. godine,
2. Radioamater”, broj 7/8, 1976. godina.

Najveći izazov za pravog konstruktora je napraviti kvalitetan prijemnik, ili još bolje, predajnik sa kojim se može ispitati prostiranje elektromagnetnih talasa (EMT). Među dva zapažena takmičarska rada mojih bivših učenika ( Aleksandar Petrović i Miloš Milunov ), kojima sam bio mentor, spadaju radovi iz elektronike od kojih je jedan ( Miloš Milunov ) osvojio zlatnu medalju na Republičkoj smotri iz naučno-tehničkog stvaralaštva u Beogradu 2000-te godine. Radi se o nešto složenijem konstruktorskom radu koji, pored fantastičnog dizajna, ima dva funkcionalno povezana sklopa, a to su predajnik i mala trokanalna mikseta. Pored realne mogućnosti velikog dometa, moralo se ići na frekvenciju FM područja koja ne smeta drugima sa dometom koji je manji od 2 km, kako bi se izbegla složena procedura izdavanja dozvole za rad od strane nadležnih organa. Uređaj je tako poslužio samo u eksperimentalne svrhe za rad sa učenicima na časovima sekcije “Mladi fizičar”.

Teško je naći poreklo ovog predajnika. Sigurno se zna da je objavljen 1996. godine u italijanskom časopisu “Megaherz”, a potom je objavljen u časopisu “Elektronics” 2000-te godine. Proizvodi se u Grčkoj, a vrlo je popularan i u Engleskoj. Sa svoja 4 W snage ovo nije igračka. To je pravi predajnik, bez obzira na jednostavnost šeme. Sa dobrom antenom i ispravno podešenim oscilatornim kolom predajnik može imati domet i do 50 km na otvorenom. U urbanim zonama, ili na brdovitom terenu ovaj domet je daleko manji. Obzirom da predajnik emituje na FM području, za upotrebu kvalitetne antene mora postojati adekvatna dozvola za rad. Namerno je pravljena antena za mali domet (“štap” antena, L(m) = 300/f(MHz) - talasna dužina), koji je svega do 50 m.

Slika 1 i 2. Raspored delova i šema veza RK 3872 – Mala trokanalna mikseta

Pored predajnika, dosta pouzdanom u radu se pokazala mala trokanalna mikseta (Šema i raspored komponenti prikazani na slici 1.) sa tri ulaza, od kojih, onaj najosetljiviji može poslužiti za mikrofon, što daje poseban značaj za sam predajnik. Mikseta je popularan naziv pojačavača namenjenog mešanju više tonskih signala. Ona može da ima više ulaza, a samo jedan izlaz. Na miksetu možemo priključiti električnu gitaru, radio, mangetofon, CD plejer, kasetofon, mobilni telefon kao i fiksnu telefonsku liniju. Kad sve to pomešamo, na izlazu dobijemo jedan kombinovan izlaz po želji. Jačina signala pojedinih ulaza može se po volji posebno regulisati potencimometrima koji su spojeni za svaki ulaz.

Slika 3: RK 3405 – FM predajnik snage 4 W

Predajnik ima oscilator, modulator, drajver, ili pobudni stepen i izlazni stepen. Sve u svemu, četiri tranzistora u jednom, ne komplikovanom spoju ( pogledati šemu RK 3405 ). Regulacija dubine modulacije vrši se preko tranzistora T4 potenciometrom P1. Pojačan signal sa tog tranzistora ide preko elektrolita C2 na oscilator, koji je izveden u jednostavnom spoju sa tranzistorom T1. Frekvencija oscilatora je od 85 do 110 MHz, a određena je kalemom L1 i trimer kondenzatorom C15. Sa oscilatora oscilacije se trimer-kondenzatorom vode na drajver, te na stepen za pobudu izlaznog stepena. Kalem L2 je kalem drajvera. Sa drajvera, trimerom C9 signal ide na izlazni stepen koji ima tri kalema, u pobudi L4 i u izlazu L3, a u anteni L5. Za sprečavanje samooscilovanja imamo kondenzatore C3 i C4 na jednom kraju pločice, kao i C13 i C14 na drugom kraju pločice. Imamo i tri prigušnice namotane na feritinim jezgrima sa šest radijalnih rupa sa dva i sa pet navojaka. Na ulaz mogulatora u kutiji je spojena mikseta sa tri ulaza. Predajnik i mikseta se napajaju sa 12 V dobro filtriranog napona koji dolazi iz ispravljača koji je potpuno odvojen od njega kako bi se sprečio uticaj transformatora na oscilator predajnika. Te smetnje se čuju kao neprijatno zujanje.

Detaljnije uputstvo o gradnji navedenih modula, sa oznakama vrednosti komponenti uređaja, dato je u knjizi “Mala škola elektronike”, “Radio klub” Beograd, izdanje 2002. godine ( RK 3405 – predajnik, stranica 321, RK 3872 – mali trokanalni mikser, stranica 265), a delovi sa štampanim pločicama mogu se nabaviti u Kelco Doo” Beograd ( 011-2403 376 ). Međusobno spajanje modula nije prikazano na slikama, ali je delimično opisano, što za dobrog konstruktora ne predstavlja poseban problem. Na kraju, ponovimo da je opisani rad poslužio samo za eksperimente u nastavi, a za druge namene treba provesti odgovarajuću zakonsku proceduru izdavanja dozvole za rad. Za naprednije konstruktore uređaj može poslužiti za daljinsku komandu uređajima u stanu, automobilu, ili u vikendici.

Izvori saznanja:

1.“Megaherz”, italijanski časopis, 1996. godine,
2.“Elektronics”, popularni časopis za elektroniku, 2000. godine,
3.“Mala škola elektronike”, treće dopunjeno izdanje, Beograd 2002. godine