Elektronikus karácsonyfadísz

A működés dióhéjban:

Az 1. ábra alapján az IC 4 db CMOS NAND kapujából - melyek Schmitt-triggerek - képezett oszcillátorok különböző frekvenciájú négyszögjeleket állítanak elő. A c kapu kb. háromszor nagyobb frekvenciájú jelet ad, mint a d kapu. Az a és b kapu jeleinek frekvenciája között viszonylag kis eltérés van. Az egyes kimenetekhez kapcsolódik egy-egy tranzisztor, melyek LED négyeseket hajtanak meg. A LED-ekkel áramkorlátozó ellenállások vannak sorba kapcsolva. Így amikor a megfelelő tranzisztor tápfeszültséget kapcsol a LED-ekre, azokon egyenként kb. 20 mA-es áram folyik. Ez elegendő fényerőt biztosít ahhoz, hogy jól látható legyen a fényjáték, mely az egyes négyszögjelek periódus idejének különbözőségéből ered.
A csúcson lévő D19 LED villogtatására T3, T4 tranzisztor jelét használja fel a kapcsolás. D17, D18 diódás VAGY-kapu összetett jele vezérli T5-öt, melynek kollektorában helyezkedik el D19 a soros R25-tel. Az a LED vagy a c, vagy pedig d kapu jelét kapja - T4, T5-ön keresztül - tehát kettős periodicitással villog. A LED-ek a karácsonyfa-alakú dísz szélein olyan sorrendben vannak felszerelve, hogy azok a lehető legváltozatosabb sziporkázást mutassák. A látványt fokozza a különböző színű LED-ek használata. A 2x1,5V-os ceruzaelemmel működő karácsonyfadísz fényjátéka K kapcsolóval működtethető.

Hogyan készítsük el a díszt? 

A 2. ábra alapján egyoldalon folírozott NYÁK-lemezből vágjuk ki a stilizált karácsonyfát a kontúrok mentén. A fémtisztára letisztított és zsírtalanított fóliás felületre átpontozzuk a furatok helyét. A rajzolás maratásálló festékkel és csőtollal történik. Először a forrpontokat rajzoljuk meg, majd az összekötő vonalakat vigyük fel a felületre. A lehető legvastagabb vonalakat használjuk a rajzoláskor, melyek azonban legyenek mindig összeérés-mentesek! Utána rajzoljuk meg a vastagabb keretet és a kapcsoló alatti részt. Utóbbi - értelemszerűen - a beszerzett miniatűr tolókapcsoló méreteihez igazodik. Gondos ellenőrzés után a maratást vas-kloriddal végezzük el. Az oldatot majdnem forrásig felmelegítve, a maratási idő lecsökkenthető 3-8 percre. A panel furatainak elkészítését 0,8 mm átmérőjű spirálfúróval végezzük el, nagy fordulatszámú fúrógéppel. Az esetleges óvatos sorjázás után forrasztólakkal vonjuk be a fóliás oldalt, mellyel megakadályozható a fémfelület oxidációja.
Az alkatrészek beültetését a 3. ábra alapján kell elvégezni. A forrasztás meggyorsítható, ha a lépcsős beültetést választjuk. Így először az átkötések kerülnek a helyükre - mint a legalacsonyabb alkatrészek. Majd a D17, D18-at rakjuk be, és a másik oldalon forrasszuk le azokat. A beültetésnél ügyeljünk a polaritásra. Ezek után az ellenállások kerülnek a helyükre, majd sor kerülhet az IC behelyezésére és beforrasztására.
Következik a kondenzátorok valamint a tranzisztorok beültetése, végül pedig a LED-eket forrasszuk be. Az összes LED 5 mm átmérőjű, különböző színű legyen. A legszebb látvány eléréséhez a következő színösszeállítást javasoljuk: D1, D3, D5, D6, D11, D16 sárga, D2, D4, D12...D15 zöld, D7...D10, D19 piros színű. Ha módunkban áll, használhatunk néhány kék színű LED-et is.
A LED kivezetések hosszát az határozza meg, hogy megelégszünk-e azzal, hogy az alkatrészek hozzáférhetőek a díszen, illetve részben vagy egészben burkoltak legyenek. Az első esetben a LED-ek a panelon fekszenek, így azok rövid kivezetésekkel vannak beforrasztva. Beültetésnél gondosan ügyelni kell arra, hogy a LED lecsapott része kifelé "néz".
A másik esetben ugyanolyan kontúrvonalú előlapot kell készíteni, mint az elektronika panel. Kivétel a "törzs", amelyet elhagyunk. Az 5 mm-es átmérőjű furatok helyét a NYÁK-lemez LED helyei jelölik ki. A lemezt tetszőlegesen zöld- vagy arany- illetve ezüstszínűre festhetjük. Az összes LED-et hosszú kivezetésekkel átdugjuk a NYÁK-lemezen és az előlapon is. A LED-eket forrasszuk be úgy, hogy a két lemez párhuzamos legyen. A működés ellenőrzéséhez vegyük le az előlapot. A két ceruzaelem összekötését a legegyszerűbben a két pólus huzaldarabkával történő összeforrasztásával végezhetjük el. A két szabad pólus "+" pontját a tolókapcsoló középső kivezetéséhez, a "-" pontot a NYÁK 0 pontjához forrasszuk. A kapcsoló felső kivezetését a "kapcsolt +3V"-os ponttal kötjük össze. (Ennél elegánsabb megoldás, ha teleptartót alkalmazunk, mely "kitermelhető" némely elemes játékból.) A telepet a forrasztási oldalon helyezzük el, az 1., 2. pontokon átvezetett hurokkal rögzítve. Hogy az esetleges zárlatot elkerüljük a forrasztási csúcsok miatt, helyezzünk keménypapír-lapot a két telep alá. A megoldást a 4/a. ábra mutatja.
Bekapcsolás előtt vizsgáljuk meg, hogy nincs-e rossz forrasztás, fóliazárlat, forrasztási paca miatt, vagy fóliaszakadás a panelon. Jó alkatrészeket feltételezve, K bekapcsolása esetén meg kell, hogy induljon a működés. Sajnos a gyakorlatban a legritkább esetben következik be, hogy akár a legegyszerűbb áramkör is rögtön tökéletesen működne. Így aztán, amelyik áramköri rész nem működik, azt kell tüzetesen végigellenőrizni.
Így például, ha nem villog D1...D4, úgy megnézzük, hogy T1 jó-e. Ha R5 alsó pontján megtalálható a négyszögjel, de a felsőn nincs ilyen kb. 0,6 V-os szintű lüktetés (vagy sokkal nagyobb), a tranzisztor valószínűleg rossz. Akkor sincs látható LED működés, ha 47 ohm helyett, pl. 4,7 Mohm-ot forrasztottunk be. Ekkor a LED árama igen kicsiny. Ha R5 alsó pontján sincs négyszögjel, úgy vagy rossz C1 illetve R1, vagy az IC kapuja. Az ellenőrzés jelen esetben nem kíván nagyobb műszerparkot. Elegendő egy mutatós, vagy digitális voltmérő. A kisfrekvenciás jel meglétét a műszer lengése mutatja. Türelmes kereséssel megtalálható a hiba forrása, melynek kijavítása után az áramkör már kifogástalanul működik. A kellő fényesség elérése miatt meglehetősen nagy össz-áramfelvételű az áramkör. A mintegy 150 mA-t csak néhány óráig bírja a 3V-os telep. Szuperfényességű LED-ek használatával már akár 2-3 mA/LED áramfelvétellel is megfelelő fényerő biztosítható. Így egy telep pár elegendő lehet a teljes karácsonyi ünnepek alatt. A szükséges LED előtét-ellenállások értéke 470 ohm.
A végleges összeállításhoz helyezzük vissza az előlapot. A lap rögzítését úgy oldhatjuk meg a legegyszerűbben, hogy három LED testet hátul az előlaphoz ragasztunk egy-egy csepp könnyen oldható ragasztóval. A 3, 4 pontok a függesztő kengyel felhelyezését könnyítik meg.
Említést tettünk a kivitelezés harmadik módjáról is. Ebben az esetben a teljes beburkolás a kitűzött cél (4/b. ábra). Vékony műanyag lapokból ragasszuk össze a karácsonyfa körvonalait (keret), sablonként használva az elektronikai panelt. A törzset is készítsük el hasonlóképpen. A formában ne szoruljon a NYÁK-lap. Ezután már a keretet használjuk, mint sablont az elő- és hátlap kivágásához. Az előlap LED furatait most nehezebb átjelölni, mint a 2. változatnál, de kissé nagyobb odafigyeléssel sikerülni fog. A következőkben a kapcsoló kivágásait kell elkészíteni, majd a keret és előlap összeragasztása után kivághatjuk a hátlapot is. A hátlap olyan vastagságú legyen, hogy M2, M2,5-ös csavarmenetet vághassunk bele. A felületek csiszolása után ugyanúgy dekorációs színekkel látjuk el a burkolatot, mint a 2. változatnál.
Remélhetőleg olvasóinknak sok öröme telik majd az elkészült karácsonyfadíszben, amellyel családtagjaik számára is kellemes meglepetést szerezhetnek.