LED-SKOOP signalen bekijken zonder beeldbuis auto-pauze-timer houdt u fit op 'n lange rit
8 710966"002186
8® jaargang...
16 downloads
576 Views
54MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
LED-SKOOP signalen bekijken zonder beeldbuis auto-pauze-timer houdt u fit op 'n lange rit
8 710966"002186
8® jaargang nr. 4 april 1990 ISSN 0167-7349
Internationaal hoofdredakteur/ chef ontwerp: ing. K.S.M. Walraven
Uitgave van: Uitgeversmij. Elel
Hoofdredakteur: P.E.L. Kersemakers bc.
Korrespondentie-adres: Postbus 121, 6190 AC Beek (L) Kantoortijden: 8.30-12.00 en 12.30-16.00 uur Direl^teur: M. Landman Bourgognestraat 13, Beek (L) Elex verschijnt de eerste van elke maand. Het blad wordt ook uitgegeven in het Frans en in het Indonesisch. Elex/Elektuur-databank: 24 uur per dag bereikbaar (behalve op maandagmiddag tussen 12.30 en 16.00 uur) voor informatie en bestellingen via computer, modem en telefoon (Viditel-systeem). Tel.: 04490-71850 Elex verschijnt rond de eerste van elke maand. Auteursrecht: Niets uit deze uitgave mag verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt worden door middel van druk, fotokopie, mikrofilm of op welke wijze dan ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgeefster. De auteursrechtelijke bescherming van Elex strekt zich mede uit tot de illustraties met inbegrip van de printed circuits, evenals tot de ontwerpen daarvoor. In verband met artikel 30 Rijksoktrooiwet mogen de in Elex opgenomen schakelingen slechts voor partikuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van schakelingen geschiedt buiten de verantwoordelijkheid van de uitgeefster. De uitgeefster is niet verplicht ongevraagd ingezonden bijdragen, die zij niet voor publikatie aanvaardt, terug te zenden. Indien de uitgeefster een ingezonden bijdrage voor publikatie aanvaardt, is zij gerechtigd deze op haar kosten te (doen) bewerken; de uitgeefster is tevens gerechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haar andere uitgaven en aktiviteiten te gebruiken tegen de daarvoor bij de uitgeefster gebruikelijke vergoeding. Nadrukrecht: © Uitgeversmaatschappij Elektuur B.V.-1990 Printed in the Netherlands Grafische prod.: G.B.S., Beek (L)
Redaktle: J.F. van Rooij (eindred.), E. de Ruiter b c , B.M.R RomQn b c , ing. P.H.M. Baggen, ing. H.D. Lubben, ing. J.P.M. Steeman
^a/«ri lid NOTU, Nederlandse Organisatie van Tijdschrift- Uitgevers
4-2 - elex
Elex-printen zijn verkrijgbaar in drie f o r m a t e n :
^':i'ïïv'^fi'?:-™^?T.s:ij.;:.:.,' " |i:gii||;afiite|te|:iifes5:J:|
formaat 1:
(1/4 X euroformaat), 4 0 m m X 100 m m f 7,50/Bfrs. 148
Bijilplfflji||iiÈ6liitS§^
formaat 2-
(1/2 X euroformaat), 8 0 m m x 100 m m f 12,50/Bfrs. 2 4 6
formaat 4 :
(1/1 X euroformaat), 160 m m X 100 m m f 20,-/Bfrs. 394 (zie afbeelding)
Ontwerpafd./laboratorium: J. Barendrecht, ing. A.A.J.N. Giesberts, ing. A.M.J. Rietjens, ing. P.J. Ruiters,
mm
iSÈ99?SHrtteflfl»»»?|j|:ESfl
Redaktiesekretariaat: M. Pardo G.W.P. van Linden Dokumentatie: PJ.H.G. Hogenboom
Voor een aantal Elex-schakelingen zijn kant en klare printen verkrijgbaar. Hieronder volgt daarvan een overzicht:
Techn. illustraties: L.M. Martin Fotografie: J.M.A. Peters Vormgeving/cover: C.H. Gulikers Abonnementen: Th.H. Dewitte Jaarabonnement Nederland België buitenland f 57,50 Bfrs. 1190,- f 8 3 , Studie-abonnement f 4 6 , - (Bfrs. 952) Een abonnement kan op ieder gewenst tijdstip ingaan en loopt automatisch door, tenzij het 2 maanden voor de vervaldatum schriftelijk is opgezegd. De snelste en goedkoopste manier om een nieuw abonnement op te geven is die via de antwoordkaart in dit blad. Reeds verschenen nummers op aanvraag leverbaar (huidige lossenummerprijs geldt). Losse nummerprijs: Nederland f 5,75; België Bfrs. 119 Adreswijzigingen: s.v.p. minstens 3 weken van tevoren opgeven met vermelding van het oude en het nieuwe adres en abonnee-nummer. Commerciële zaken: H.J. Ulenberg
Druk: NDB, Zoeterwoude Distributie: Betapress B.V.
Voor het o p b o u w e n van Elex-schakelingen hebben w i j speciale standaardprinten o n t w o r p e n . Deze standaardprint is zodanig van koperbanen en gaatjes voorzien, dat ze zowel voor een eigen ontwerp als voor een o n t w e r p uit Elex gebruikt kan worden. De gaatjes zijn geboord volgens het genormaliseerde raster 2,54 m m (1/10 inch), zodat alle elektronica-onderdelen passen.
Advertenties: R.F.G.G. Troquet (hfd. adv. expl.) M.H. Bertram-Meijering (verkoop) RJ.M. Kunkels (adm.) Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag.
1986 86659 - Basisprint 86660 - 5 V netvoeding 86661 - experimenteerprint 86717 - - 1 - / - 15-volt-voeding 86681 - sinusgenerator 86688 - transistor als schakelaar 86723 - complementaire eindtrap 86687 - transistor en relais 86725 - astabiele multivibrator 86756 - mini-fm-ontvanger 86724 - bistabiele multivibrator 86765 - LCD-display (universeel) 1987 86766 - ingangsverzwakker 87640 - IR audiotransmissie 87022 - LED VU meter 87636 - éénknopstreinbesturing 87653 - fruitmachine 1988 85493 - wisselstraat-indikatie 886025 - auto-audio: regelversterker 886026 - auto-audio: inschakelautomaat 886027 - auto-audio: boosterprint 86799 - testprint opamptester 886034 - DC-ontvanger 886071 - dipmeter 886077 - tiptoets-orgel 886087 - transistor-kurve-tracer 80543 - meeluisterversterker (twee stuks) 886126 - auto-service-module 1989 886127 - VHF-ontvanger 896038 - dia-overvloeier 896140 - IC-monitor 1990 900006-1 - 2-meter-band-konverter 896150 - disko-lights 906030-1 - 5-A-voeding basisprint 906030-2 - 5-A-voeding koelplaatprint
^ f f f f f f f f f / f
34, - /Bfrs. 9,65/Bfrs. 15,20/Bfrs. 16,40/Bfrs. 12,40/Bfrs. 9,75/Bfrs. 10,40/Bfrs. 9,75/Bfrs. 10,90/Bfrs. ^^,70/Bfrs. 10,60/Bfrs. 14,35/Bfrs.
670 190 300 323 244 192 205 192 218 234 212 287
f f f / f
11,20/Bfrs. 17,45/Bfrs. 6,95/Bfrs. 16,95/Bfrs. 23,75/Bfrs.
224 349 139 334 468
f f f f f f f f / f f
14,70/Bfrs. 27,75/Bfrs. 14,85/Bfrs. 18,50/Bfrs. 10,15/Bfrs. 27,70/Bfrs. 15,30/Bfrs. 40,28/Bfrs. 15,85/Bfrs. 16,30/Bfrs. 16,25/Bfrs.
290 547 293 365 200 545 301 792 312 322 321
f 23,75/Bfrs. 586 f 22,15/Bfrs. 436 f 31,60/Bfrs. 623 / f / f
17,65/Bfrs. 27,10/Bfrs. 23,70/Bfrs. 19,20/Bfrs.
348 534 467 378
software: oktober '87 XSS-100 - telex voor MSX f 2 5 , - / B f r s . 493 (geformatteerde diskette met MSX.D0S.COM en C0MMAND.COM opsturen) oktober '88 XSS-101 - digisimulator voor Atari 1040 ST ^ 2 5 , - / B f r s 493 (dubbelzijdig-geformatteerde 372"-diskette opsturen) Verzend- en administratiekosten f 5,00/Bfrs. 99 per bestelling. Elexprinten zijn in de meeste elektronica-zaken verkrijgbaar. Ze zijn ook rechtstreeks bij Elektuur B.V. te bestellen d.m.v. de bestelkaart elders in dit blad, of tegen vooruitbetaling op giro 124.11.00 t.n.v. Elektuur B.V., Beek (L> (België: PCR 000-017-70.26.01) o.v.v. de desbetreffende print. Ook via de " d a t a b a n k " (zie kolofon) kan besteld worden.
april 1990 j
^r
n
JÊ j ^
jk
Ik
Ik
DEZE MAAND inhoud
binnenkort Hebt u dat soms ook? Het is verdorie maar net april en we hebben hier met zijn allen het gevoel dat we al weer ruimschoots aan vakantie toe zijn. Voorjaarsmoeheid misschien? Hoe dan ook, vakantie is niet voor ons weggelegd, want volgende maand wilt u weer een nummer in de bus; de maand daarop trouwens ook... Wat gaan we in het mei-nummer doen? Twee dingen in elk geval. We gaan verder met onze LEDskoop — een van de aardigste Elexprojekten van de laatste tijd, vinden we zelf. Voorts kunt u rekenen op een "autoservice-timer", een leuk èn nuttig elektronica-speeltje dat in de auto van geen enkele Elexlezer mag ontbreken. Tot binnenkort.
zelfbouwprojekten LED-skoop bij het omslag Als hoofdmotief diende dit keer onze "oscilloskoop zonder beeldbuis".
Dit allerliefst mini-skoopje presteert weliswaar wat minder dan zijn grote broers, maar kost ook maar een firaktie daarvan. Q Q
informatieve artikelen
5-A-voeding Een heel kompakte regelbare voeding, die heel veel waar biedt voor haar geld. De spanning is regelbaar tot 20 V en de te leveren stroom mag oplopen tot 5 A. i Q
huistelefoon
12 regelbare 5-ampère voeding — veel stroom voor weinig geld 18 stereo-expander — van twee naar vier kanalen 24 low-cost huistelefoon — goedkoop en eenvoudig na te bouwen 28 LED-skoop — een uiterst kompakt meetinstrumentje 34 auto-pauze-timer — voorkomt ongelukken onderweg 38 salto mortale — elektronisch van de ene trapeze naar de andere 44 powerzener — "diskreet" opgebouwde zenerdiode
salto mortale Het halsbrekende trapeze-werk in het cirkus is hier vertaald in een elektronisch behendigheidsspelletje. Voor artiesten in de dop. Q Q
4 5 10
elextra veiligheid hoe zit dat? — volt, ampère & ohm nadenkertje
22 23,43, 47 marktinfo 48 tussen haakjes — eenvoudig auto-alarm 49 komponenten
Deze relais-centrale is geknipt voor het opzetten van een simpele huistelefoon-installatie met twee (of meer) goedkope toestellen. OA
elex - 4-3
Over het lezen van Elex, het bouwen van Elex-schakelingen en over wat Elex nog méér voor de lezer betekenen kan.
Databank
Schema's
Voor Informatie en bestellingen Is Elex 24 uur per dag bereikbaar via de Elex/Elektuurdatabank, op telefoonnummer 04490-71850 (behalve op maandag van 12.30 tot 16.00 uur). Voor een verbinding met onze databank hebt u drie dingen nodig, namelijk een computer, een viditel-ontvangprogramma en een telefoonmodem. De procedure is uitermate simpel: — Het databank-systeem is viditel-kompatibel (dus ook dezelfde kodes, adressen en opdrachten). — Sluit de computer aan op de modem en de modem op de telefoonlijn. — Start het viditelontvangprogramma. — Draai het bovengenoemde telefoonnummer. — Druk, zodra u een fluittoon hoort, het knopje 'data' in op de modem. Klaar!
Symbolen
Technische vragen Lezers die problemen hebben met Elex-schakelingen kunnen, behalve via de databank (zie boven), ook telefonisch vragen stellen, en wel op maandagmiddag tussen 12.30 en 16.00 uur, tel. 04490-71850. — Alleen vragen die betrekking hebben op in de laatste drie jaar in Elex gepubliceerde schakelingen komen voor beantwoording in aanmerking. — Helaas kunnen wij niet ingaan op vragen die niet rechtstreeks te maken hebben met de gepubliceerde schakeling zelf, maar met speciale individuele wensen (zoals bijv. aanpassing van onze ontwerpen op fabrieksapparaten). — Om o.a. auteursrechtelijke redenen, zijn wij helaas niet in staat om kopieën te leveren van datasheets van halfgeleiderfabrikanten. — Wanneer de verkrijgbaarheid van bepaalde onderdelen een probleem vormt, kijk dan eerst de advertenties in Elex en Elektuur nal — Houd uw vraag kort en zakelijk en zorg dat u de nodige meetgegevens bij de hand hebt van de schakeling in kwestie.
Nabestelling Elexnummers Wanneer u een print of software bij ons bestelt, kunt u het bijbehorende Elex-nummer meegeleverd krijgen door extra overmaking van een bedrag ter grootte van de huidige losse-nummerprijs (zie kolofon). Vermeld dan bij uw bestelling: "plus Elex-nummer (maand/jaar)". Mocht het bestelde nummer niet meer leverbaar zijn, dan ontvangt u kopieën van het desbetreffende artikel. Wegens tijdgebrek kunnen we helaas géén artikel-kopieën op verzoek maken.
4-4 — elex
In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de gebruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN, NEN). De schema's worden namelijk in vele landen gepubliceerd. Logische poorten zijn op z'n Amerikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en DIN gebruikelijke tekens " & " , " ^ 1 " , " 1 " of " = 1 " genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar en blijft de aansluiting op de in het elektronica-onderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd. Voor een overzicht van symbolen: zie het artikel Komponenten, achterin dit nummer.
Hoeveel ohm en hoeveel farad? Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels: p = (pico) = 10~ = een miljoenste van een miljoenste n = (nano) = 1 0 " ^ = een miljardste li = (micro) = 10'® = een miljoenste m = (milli) = 1 0 " ' ' = een duizendste duizend k = (kilo) = lO-" M (Mega) = 10 = miljoen miljard (giga) = 10" Het voorvoegsel vervangt in Elex niet alleen een aantal nullen vóór of achter de komma maar ook de komma zélf: op de plaats van de komma komt het voorvoegsel te staan. Een paar voorbeelden: Weerstanden: 3k9 = 3,9 kQ = 3900 Ö 6M8 = 6,8 MQ = 6 800 000 Q 0Ö33 = 0,33 Q Kondensatoren: 4p7 = 4,7 pF = 0,000 000 000 0047 F 5n6 = 5,6 nF = 0,000 000 0056 F 4/i7 = 4,7 n? = 0,000 0047 F De voorvoegsels worden overigens óók gebruikt voor de afkorting van andere soorten hoeveelheden. Een frekwentie van 10,7 MHz wil zeggen: 10 700 000 Hz, dus 10 700 0 0 0 trillingen per sekonde.
Meetwaarden Soms zijn in het schema of in de tekst meetwaarden aangegeven. Die meetwaarden dient men als richtwaarden op te vatten: de feitelijk gemeten spanningen en stromen mogen maximaal 10% van de richtwaarden afwijken, De metingen zijn verricht met een veel voorkomend type universeelmeter met een inwendige weerstand van 20 kQ/V.
Bouwbeschrijvingen Elex-schakelingen zijn meestal vrij klein, ongekompliceerd en betrek-
kelijk gemakkelijk na te bouwen. Voor een aantal schakelingen worden speciale printen ontworpen, waarvan een deel in kant-en-klare vorm bij ons verkrijgbaar is. Op pagina 2 vindt u daarvan een overzicht. De overige Elex-schakelingen kunnen worden gebouwd op onze standaard-printen, welke leverbaar zijn in drie formaten: Maat 1: 4 cm x 10 cm Maat 2: 8 cm x 10 cm Maat 4: 16 cm x 10 cm (Europa-formaat) Bij iedere bouwbeschrijving hoort een plattegrond (komponentenopstelling), aan de hand waarvan de onderdelen op de print worden geplaatst en aansluitingen en eventuele resterende doorverbindingen worden gerealiseerd. Een plattegrond geeft de opgebouwde schakeling in bovenaanzicht weer. Dezich op de onderkant (soldeerzijde) van de print bevindende koperbanen zijn in de plattegrond dun gedrukt. Soms is voor de bouw van een schakeling slechts een gedeelte van een standaard-print nodig. Het niet gebruikte gedeelte kan men met een figuurzaag langs een gatenrij afzagen.
Onderdelen Elex-schakelingen bevatten doorgaans uitsluitend standaardonderdelen, die goed verkrijgbaar zijn. En bovendien betrekkelijk goedkoopl Ga daarom niet bezuinigen op de aanschaf door het kopen van grote partijen onderdelen (bijvoorbeeld weerstanden per kilo of "anonieme", ongestempelde transistoren). Goedkoop is vaak duurkoop! Tenzij anders aangegeven worden Vi-watt-weerstanden gebruikt.
Solderen De tien soldeer-geboden. 1. Ideaal is een 15 a 30 wattsoldeerbout met een rechte 2 mm brede "longlife" punt. 2. Gebruik soldeertin, samengesteld uit 6 0 % tin en 4 0 % lood, bij voorkeur met 1 mm doorsnede en met een kern van vloeimiddel. Gebruik geen soldeermiddelen zoals soldeerwater, -vet of -pasta. 3. Bevestig vóór het solderen alle onderdelen stevig op de print. Verbuig daartoe de uit de bevestigingsgaten stekende aansluitdraden. Zet de soldeerbout aan en maak de punt schoon met een vochtig doekje of sponsje. 4. Verhit de beide metalen delen die aan elkaar gesoldeerd moeten worden, bijvoorbeeld een koperbaan en een aansluitdraad, met de soldeerbout. Voeg vervolgens soldeertin toe. Het tin moet vloeien, zich dus verspreiden over het gebied waar de te solderen delen elkaar raken. Haal 1 è 2 sekonden later de bout weg. Tijdens het afkoelen van de soldeerverbinding mogen de twee delen niet ten opzichte van elkaar bewegen. Anders opnieuw verhitten.
5. Een goede soldeerlas ziet er uit als een bergje met een rondom holle helling. 6. Kopersporen en onderdelen, met name halfgeleiders, mogen niet te warm worden. Zorg desnoods voor extra koeling door de te solderen aansluitdraad met een pincet vast te houden. 7. Knip uit de soldeerlas stekende aansluitdraden af met een scherpe zijkniptang. Pas op voor rondvliegende stukjes draad! 8. Zet de soldeerbout uit na het solderen en tijdens onderbrekingen die langer dan een kwartier duren. 9. Moet er soldeertin worden verwijderd? Maak dan gebruik van zg. zuiglitze. Verhit het te verwijderen tin met de soldeerbout. Houd het uiteinde van de litze bij het tin. De litze " z u i g t " het tin nu op 10. Oefening baart kunst. Weerstanden of stukjes draad zijn zeer geschikt als oefenmateriaal.
Foutzoeken Doet de schakeling het niet meteen? Geen paniek! Nagenoeg alle fouten zijn snel op te sporen bij een systematisch onderzoek. Kontroleer allereerst de opgebouwde schakeling: — Zitten de juiste onderdelen op de juiste plaats? Kijk of de onderdelenwaarden en typenummers kloppen. — Zitten de onderdelen niet verkeerd om? Zijn de voedingsspanningsaansluitingen niet verwisseld? — Zijn de aansluitingen van halfgeleiders korrekt? Heeft u de onderdelenplattegrond misschien opgevat als het onderaanzicht van de schakeling, in plaats van het bovenaanzicht? — Is alles goed gesoldeerd? Een goede soldeerverbinding is ook in mechanisch opzicht stevig.
Netspanning Maak voor de voeding van uw schakelingen zoveel mogelijk gebruik van een losse stekernetvoeding (net-adapter). Is dat niet mogelijk, houd u dan aan de in het artikel "Veiligheid" beschreven voorschriften. Bij reparaties of metingen aan netgevoede apparaten gelden de volgende hoofdregels: * Verwijder de netsteker uit het stopkontakt vóór het verrichten van werkzaamheden aan het apparaat. Uitschakelen alleen is niet voldoende! * Kontroleer de drie netspanningsaansluitingen op onderbrekingen en onderlinge kortsluitingen. * Bevestig bij het meten aan netspanningsvoerende delen van een schakeling éérst de meetsnoeren met behulp van geïsoleerde meetklemmen; steek daarna pas de steker in het stopkontakt. * Zorg er bij het meten aan het laagspanningsgedeelte van een schakeling voor dat de netspanningsvoerende delen geïsoleerd zijn.
VEILIGHEID (bron: NEN3544 Elektronische en aanverwante toestellen met netvoeding voor huishoudelijk en soortgelijk algemeen gebruik — veiligheidseisen.) De wet schrijft Iterechl!) voor dat alle elektrische apparaten veilig moeten zijn, met name wat betreft elektrische veiligheid en brandgevaar. Dat geldt natuurlijk ook voor zelfgebouwde apparaten. Er is een Europese norm die grotendeels ook door Nederland is overgenomen. Niet iedereen is in het bezit van deze norm en bovendien is het interpreteren hiervan geen eenvoudige zaak. Het lijkt ons daarom verstandig deze NEN3544 — die we verder "de norm" zullen noemen — kompakt samen te vatten, waardoor het ook voor de niet-ingewijde beter mogelijk is op verantwoorde wijze een toestel op te bouwen. De veiligheidseisen hebben voor een groot deel te maken met de netspanning, 220 volt, maar ook met de temperatuur van aanraakbare onderdelen en de brandveiligheid. Alle netvoedingsproblemen kunt u vermijden door gebruik te maken van veilige (goedgekeurde} net-adapters. U bouwt dan geen direkt uit het net gevoed toestel en u hoeft zich geen zorgen meer te maken over de inhoud van de norm aangaande dit punt. Wij raden u daarom aan zoveel mogelijk adapters met een geschikt vermogen toe te passen bij zelfgebouwde schakelingen. Als het om direkt uit het net gevoede toestellen gaat. zijn voor de bouwer twee soorten isolatie van belang: klasse I (enkele isolatie, en altijd voorzien van een steker met randaarde en drie-aderig snoer) en klasse II (dubbel geïsoleerd en voorzien van een netsteker zonder randaarde). U ziet dus dat er altijd een dubbele beveiliging wordt geëist, enkele isolatie met randaarde of dubbele isolatie. Waar het op aan komt, is dat bij een gesloten behuizing alle aanraakbare delen (dus kast, in- en uitgaande leidingen of stekerbussen, knoppen, schakelaarhefbomen enzovoorti geen gevaarlijke spanning kunnen voeren.
Klasse I
Figuur 1 geeft enkele voorbeelden van deze zogeheten euro-chassisdelen en een bijbehorende euroapparaatsteker. Denk eraan dat deze materialen op zich EM ook veilig moeten zijn, dus liefst voorEU zien van KEMA-keur of VDE-keur (dat is het Duitse keurmerk) Wees hier kritisch, het kan zijn dat op bijvoorbeeld een tuimelschaketaar staat dat hij geschikt is voor 250 V, maar dat deze toch niet veilig is omdat de luchten kruipwegen op geen enkele wijze voldoen aan de norm van 3 mm voor enkele isolatie en al helemaal niet aan de norm van 6 mm voor dubbele isolatie. De fabrikant bedoelt iets heel anders, n.l. dat de schakelaar niet stuk gaat bij 250 volt! Gebruikt u geen speciale net-entree, maar sluit u het netsnoer direkt aan op het apparaat, dan moet dit zijn voorzien van een deugdelijke trekontlasting. Figuur 2 geeft twee voorbeelden van trekontlastingen die voldoende bescherming bieden tegen schuren, torsie en trek op de bevestigingspunten. Denk eraan dat u apparaten van klasse I altijd voorziet van een drie-aderig snoer met daaraan een steker mèt randaarde en hiervoor nooit een snoer met aangegoten euronetsteker zonder randaarde gebruiktl De laatste passen zowel in stopkontakten (wandkontaktdozen) zónder als mèt randaarde en mogen daarom alleen voor dubbel geïsoleerde (klasse-ll-japparaten worden gebruikt. Voor de duidelijkheid: figuur 3 toont een steker met randaarde (links) en een euro-netsteker zonder randaarde (rechts).
K
éh
Schakelaars Toestellen die niet voldoen aan de drie hierna te noemen voorwaarden moeten worden voorzien van een dubbelpolige netschakelaar. 1) Een enkelpolige netschakelaar is toegestaan voor toestellen die zijn voorzien van een voedingstransformator met gescheiden primaire en sekundaire wikkelingen.
Kort samengevat komt de norm op het volgende neer: Klasse-l-isolatie vereist dat alle geleidende aanraakbare delen deugdelijk worden geaard. Verder moet de isolatie tussen de netspanning en ieder aanraakbaar deel een testspanning van minstens 2120 V (topwaarde) kunnen doorstaan. Om te voorkomen dat doorslag optreedt door de lucht of over het isolatiemateriaal, moet er tussen de netspanning voerende delen en de aanraakbare delen een lucht- of kruipweg worden aangehouden van tenminste 3 mm. De lucht- of de kruipweg is de kortste afstand (door de lucht of over de isolatie) tussen het deel waar de netspanning op staat en het deef dat aangeraakt kan worden.
Klasse II Ook hier in het kort de eisen: een isolatie die 4240 Vt doorstaat, hetgeen een lucht- of kruipweg vereist van tenminste 6 mm (2x3 mm). Tevens moeten de draden die verbonden zijn met de netspanning voorzien zijn van een isolatielaag die voldoet aan de eisen voor dubbele isolatie.
Figuur 2. Een netsnoer moet voorzien zijn van een goede trel
De praktijk Een van de belangrijkste vuistregels is het zoveel mogelijk gescheiden houden van het gedeelte van de schakeling dat de gevaarlijke spanning voert (meestal dus 220 V) en het overige gedeelte. Probeer het deel met gevaarlijke spanningen zo kompakt mogelijk te houden. Wi| raden u aan om een net-entree te gebruiken waarin de zekering, en liefst ook de netschakelaar, geïntegreerd is.
Figuur 3. Een steker met randaarde (links) en een euro-netsteker (rechts).
2] Een funktieschakelaar (hiermee wordt een aan/uitschakelaar bedoeld die niet in het 220-V-circuit is aangebracht] is toegestaan als de voedingstransformator gescheiden wikkelingen heeft en het verbruik van het toestel in de " u i f stand niet meer dan 10 W bedraagt. Wel moet er voor zijn gezorgd dat duidelijk zichtbaar is (bijvoorbeeld d.m.v. een LED} wanneer de steker in het stopkonlakt zit en er dus netspanning aanwezig is. 3) Er is geen netschakelaar vereist als het opgenomen vermogen bij normaal gebruik niet meer dan 10 W bedraagt of wanneer het toestel bedoeld is voor kontinu-bedrijf (klok, antenneversterker). Smeltveiligheden en spoelen, kondensatoren en weerstanden voor storingsonderdrukking hoeven echter niet te worden uitgeschakeld. Hoewel het niet voorgeschreven wordt, is het in dit verband wel aan te bevelen om een primaire zekering voor de schakelaar te monteren. Een defekte netschakelaar is dan ook beveiligd.
Bedrading Bij de bedrading van het 220-V-gedeelte moet men zeer zorgvuldig te werk gaan. Gebruik netsnoer of montagesnoer van tenminste 0,75 mm^ met een isolatie van tenminste 0,4 mm. Netsnoer met 2 lagen isolatie verdient de voorkeur. De draad moet ook mechanisch stevig zijn bevestigd; alleen solderen is niet voldoende! De draad dient u door een soldeeroogje te steken, om te buigen en dan te solderen. Ontbreken soldeeroogjes, dan kunt u na het solderen een extra versteviging aanbrengen met krimpküus. Geschikt zijn ook kabelschoentjes die met een speciale tang worden dichtgeknepen en dan niet meer hoeven te worden gesoldeerd. U mag de draden van het netsnoer nooit direkt op de print vastsolderen. Wie een klasse-l-apparaat bouwt, moet ook speciale aandacht besteden aan de randaarde. Gebruik een geel/groene geïsoleerde draad, die zo lang moet zijn dat, als er aan de bedrading wordt getrokken, de aarddraad als laatste wordt losgetrokken, De randaarde moet deugdelijk zijn verbonden met alle elektrisch geleidende delen die aanraakbaar zijn. "Deugdelijk" kan dus inhouden dat u bijvoorbeeld de frontplaat wel degelijk moet voorzien van een eigen aarddraad die met de binnenkomende randaarde is verbonden. Is de frontplaat echter d.m.v. metalen schroeven en metalen delen verbonden met een deel van de behuizing dat al geaard is, dan kunt u dit achterwege laten. Let vooral ook op metalen assen van potmeters of schakelaars. Ook die mogen geen gevaar voor aanraking opleveren! Ook als er een storing optreedt, mag er geen gevaar voor de gebruiker ontstaan. Kortgesloten uitgangen, defekte gelijkrichterbruggen en andere fouten die kunnen optreden in het apparaat, mogen geen gevaar opleveren, De temperatuur van aanraakbare delen mag niet te hoog worden en er worden ook eisen gesteld aan de brandveiligheid. Dit alles kan worden bereikt door een juiste keuze van zekeringen (smeltveiligheden), een voldoend stevige mechanische opbouw, de keuze van juiste isolatiematerialen en voldoende koeling Id.m.v. ventilatie, koellichamenl. Laat dus geen zekeringen weg die wel in het schema staan. Voor het zelf dimensioneren van de primaire zekering kunt u als vuistregel aanhouden dat de waarde van de trage zekering niet meer mag zijn dan 1,25 x Inotninaal. Bij meerdere sekundaire wikkelingen kan het nodig zijn om, met het oog op brandgevaar of een te hoge temperatuur, ook sekundair (snelle) zekeringen aan te brengen (Izekertng =« inominaal}. Zit er een eiko achter de sekundaire zekering, dan is het beter een trage zekering te gebruiken in verband met de optredende laadstromen. Om nog even terug te komen op ventilatie: Houd punten die de netspanning voeren ver van ventilatiegaten, want ook een naar binnen gestoken schroevedraaier of een naar binnen vallende metalen ketting mag niet in aanraking komen met spanningvoerende delen. Apparaten moeten stevig worden gebouwd. Een val op de tafel van 5 cm hoogte moet ook na meerdere keren geen enkele schade opleveren. Ook na flink rammelen moeten de trafo, de voedingselko en andere essentiële komponenten nog vast op hun plaats zitten. Gebruik geen twijfelachtige of brandbare materialen waaruit gassen kunnen vrijkomen (zoals limonaderietjes als isolatie voor blanke draad, of hout en papier]. Schroeven die te lang zijn, moet u inkorten; soms komen die gevaarlijk dicht bij andere komponenten.
Transformatoren
Figuur 1. Enkele euro-chassisdelen en een euro-apparaatsteker. Hiermee is de netspanning op een veilige manier aan te sluiten. Deze zijn overigens bedoeld voor klasse-lapparaten. Bij klasse-ll-apparaten mag er geen aardpen in het chassis-deel zitten.
In de figuren 4 en 5 hebben we getekend hoe een transformator met inachtneming van de veiligheidseisen kan worden aangesloten. Met de aanduiding 1 en 2 geven we respektievelijk aan of er tussen de aangegeven punten een enkele of een dubbele isolatie moet worden toegepast. In principe mogen de in de figuren getekende netschakelaars enkelpolig zijn, omdat alle getekende trafo's
gescheiden wikkelingen hebben. Als we er van uitgaan dat deze trafo's kortsluitvast zijn, dan verklaart dat ook de afwezigheid van een primaire zekering. Als u een "gewone", niet kortsluitvaste trafo gebruikt, dan is een primaire zekering noodzakelijk.
Opschriften Bij alle professionele apparaten ziet u steeds diverse opschriften. Verplicht zijn de volgende; Bij iedere zekering (ook als die op een print zit) moet de stroomwaarde staan vermeld en of het een snelle (Fl danwei een trage (T) zekering moet zijn. Verder dient men op de buitenzijde (maar niet op de bodem] te vermelden: de identiteit van het toestel (dit kan een naam of een nummer zijn), de netspanning (bijv 220 V - ) en de frekwentie (bijv. 50 Hz). Mag het apparaat alleen op wisselspanning worden aangesloten, dan moet u het wisselspanningssymbool ( - ] vermelden.
Veilig werken Het voorgaande verhaal gaat vooral over de veiligheid van het apparaat tijdens
gebruik, maar zodra u de kast open schroeft ontstaat een heel andere situatie. Uiteraard raden we u aan de steker uit het stopkontakt te trekken voordat de kast wordt opengeschroefd. Maar aangezien er dan niets te meten valt, zal toch de steker weer aangesloten moeten worden. Voor uw persoonlijke veiligheid is het dan prettig als de lichtinstallatie is uitgerust met een aardlekschakelaar van hoogstens 30 mA. Het is ook mogelijk om een steker of tafelkontaktdoos te gebruiken met een ingebouwde aardlekschakelaar. Aardlekschakelaars die gevoeliger zijn dan 30 mA zijn alleen nodig indien te verwachten is dat de lekstroom kleiner blijft dan 30 mA. In de praktijk zal dit zelden voorkomen.
Dit uittreksel is door de redaktie met zorg samengesteld. Toch kunnen wij geen enkele aansprakelijkheid aanvaarden ten aanzien van de juistheid van de informatie, noch de eventueel daaruit voortvloeiende gevolgen.
Figuur 4. Het gaat hier om een klasse-l-toestel dat via een dubbel geïsoleerde transformator wordt gevoed. Alle aanraakbare en geleidende delen moeten worden geaard. De uitgangen hoeven m dit geval niet te worden geaard.
Figuur 5. Voor een klasse-ll-toestel is het voor wat betreft de trafo erg simpel: u monteert een dubbel geïsoleerde trafo. U kunt hier ook zien dat de isolatie tussen punten die deel uitmaken van het 220-V-circuit. niet vergroot hoeft te worden.
Figuur 6. Het meest praktische is tiet bouwen van een klasse-ll-toestel. In deze figuur hebben we de knelpunten van kommentaar voorzien. 11 Gebruik een netsnoer met aangegoten euro-netsteker. 2) Het netsnoer wordt via een deugdelijke trekontlasting naar binnen geoerd. 31 De zekeringhouder. De omgeving van de zekering is ook een prima plaats om type, "soort" netspanning, en de waarde van de zekering te vermelden (uiteraard aan de buitenzijde van de kast). 4) De netschakelaar. De lucht- en kruipweg tussen de kontakten en het chassis moet minstens 6 mm zijn. Gebruik geen metalen knoppen, deze zijn in de meeste gevallen onvoldoende geïsoleerd. 5) De draden dóór de soldeerogen steken en solderen. 6) Breng een kous aan voor dubbele isolatie. 7) De afstand lussen de primaire kontakten tot de kern en de rest van de omgeving moet minstens 6 mm (lucht- of kruipweg) zijn. 8) Gebruik snoer met tenminste 0,4 mm isolatie en een kerndoorsnede van 0,75 mm. 9) Aan de print en de schakeling worden geen bijzondere eisen gesteld. Uiteraard moet de print wel stevig worden bevestigd. 10! De massa van de schakeling mag worden aangeraakt, omdat de nettrafo voor voldoende veiligheid zorgt (als dit tenminste een veiligheidstrafo is). IV De kast mag best van metaal zijn, immers het primaire circuit is met een dubbele isolatie van de omgeving gescheiden. Kunststof heeft echter de voorkeur.
elex
4-5
HOE ZIT DA T?\
volt, ampère & ohm elektronica-fenomenen in een kort bestek In deze aflevering gaan we even terug naar de basis van het elektronica-gebeuren: de verschijnselen spanning, stroom en weerstand. Voor de jonge lezers een uitgerekende kans om kennis te maken met de elektronica! Voor diegene die op de hoogte zijn van de nodige theorie misschien een goede opfrissen Hoe dan ook, we gaan de verschijnselen "spanning", "stroom", en "weerstand" eens uitgebreid onder de loep nemen. sluiter dicht; er loopt geen druppel water door de buis. De turbine zal dan ook stilstaan. We kunnen ook zeggen: de schakelaar is geopend, er loopt geen stroom en het lampje is uit. Wanneer de afsluiter geopend wordt, stroomt het water door de buis naar de turbine. Het water moet
Hoe vanzelfsprekend is het niet dat wanneer we op de knop van onze zaklantaarn drukken, er een straal licht uit komt? Dit is precies wat we verwachten want zo hoort het toch ook? Althans, zo lang de batterijen in de lamp in goede konditie zijn; dat is natuurlijk wel een voorwaarde. Want de batterijen vormen immers de spanningsbron, en zonder spanning kan er ook geen stroom lopen. Zonder lampje trouwens ook niet. Maar hoe zit het nu eigenlijk met het verband tussen spanning, stroom en weerstand? Wat is spanning nu eigenlijk precies? 4-10 - elex
Een situatie zoals die in de praktijk kan voorkomen zou een mooie vergelijking kunnen zijn met onze zaklamp. Als we de batterij vergelijken met een stuwmeer, de draad met een buis, de schakelaar met een afsluiter en het lampje met een turbine zijn we al een heel eind op weg. Figuur 1 geeft een indruk van een dergelijke situatie. Stel je voor: Er zit een gigantische hoeveelheid water in het meer. Die massa water drukt voortdurend tegen de damwand, en dat levert een enorme spanning op. Daar hebben we het begrip spanning al! Nu zit de af-
zich daar door nauwe gaatjes heen persen om het schoepenrad van de turbine in beweging te zetten en zal daardoor de nodige weerstand ondervinden. Terug naar de zaklamp. We hebbe\i de schakelaar gesloten en er loopt een stroom door de draad naar het lampje. In het lampje moet de
stroom ook door een dun draadje en ondervindt daar eveneens weerstand. Door de stroom wordt het draadje heet en gaat licht uitzenden: de lamp is aan. In de praktijk loopt het water uit de turbine door de afvoerbuis via een aantal rivieren naar zee. Daar verdampt het en in de vorm van regen komt het weer terug in het stuwmeer. In deze (ideale) kringloop gaat er geen water verloren. Er is alleen maar een mechanisme dat er voor zorgt dat het water terugkomt in het stuwmeer. Dit mechanisme is feitelijk de pomp van de kringloop. In figuur 2 is dit geschetst. In het circuit in onze zaklamp is er ook een kringloop. Maar doordat elektriciteit geen rivieren, zeeën en verdamping van stroom kent, voeren we de stroom uit de afvoerdraad van de lamp rechtstreeks terug in de batterij. Deze kringloop is getekend in figuur 3. Ook deze kringloop heeft natuurlijk een pomp; anders kan de stroom niet rond blijven lopen. Deze "pomp" zit in de batterij. Om te verklaren hoe die nu precies werkt gaat hier iets te ver. Het heeft in ieder geval te maken met chemische reakties. We komen er later nog wel een keer op terug. Als we dus zeggen dat de batterij "leeg" is, bedoelen we eigenlijk dat de pomp niet meer werkt!
Spanning, stroom, & weerstand We hebben bij het stuwmeer dus gezien dat er waterdruk moet zijn voordat er water kan stromen. Hoewel het in de natuur minder duidelijk is, is er wel terdege sprake van een kringloop: water kan immers niet zomaar verdwijnen (wel verdampen of bevriezen, maar het blijven vormen van water). We kunnen dus stellen dat voordat er water stroomt, er zowel een druk moet zijn als een kringloop. In die kringloop zal het water ongetwijfeld een (of meer) weerstand(en) ondervinden. De turbine bijvoorbeeld is er een. De hoeveelheid water die er stroomt is
I = U/R De stroom is de spanning, gedeeld door de weerstand. We kunnen er ook van maken: U = IxR De spanning is de stroom maal de weerstand, of: R = U/I
afhankelijk van de druk en van de weerstand. Met elektriciteit is het precies zo. Er kan alleen een stroom gaan lopen als er een spanning is en wanneer de stroomkring gesloten is; dat wil zeggen dat de stroom weer terug kan lopen in de spanningsbron waar hij vandaan komt. Ook de stroom kan een weerstand ondervinden. En ook voor de stroom geldt dat de grootte van de stroom die in de kring rondloopt, afhankelijk is van de hoogte van de spanning en de grootte van de weerstand.
Volt, ampère & ohm De waterdruk in het stuwmeer hangt samen met de hoogte van het waterpeil. We zouden de druk dus kunnen uitdrukken in meters waterhoogte. Voor de grootte van de spanning hebben we een andere eenheid: de volt. Afgekort: V. De spanning zelf noemen we U. Dus van een IVa-voltbatterij kunnen we zeggen: U = 11/2 volt. De hoeveelheid water die door de buis stroomt, kunnen we uitdrukken in liters per sekonde. Met elektrische stroom kan dat ook: de "hoeveelheid" elektriciteit per tijdseenheid. De sterkte van de stroom drukken we weliswaar niet uit in "iets-persekonde", maar in ampère. De stroom zelf geven we net als de spanning ook een letter: I. Dus kunnen we, wanneer er een stroom loopt van 5 ampère, zeggen: I = 5 A. (Ampère korten we ook af!) Dan hebben we nog het begrip weerstand. Hoe we de weerstand van
de turbine in het "watermodel" moeten noemen, is ons nog niet helemaal duidelijk; wat we echter wel weten, is hoe we de elektrische weerstand noemen. Deze weerstand drukken we uit in ohm. De weerstand zelf noemen we R, terwijl we ohm afkorten tot de Griekse hoofdletter omega, de Q. Als we een weerstand van 10 ohm hebben, zeggen we: R = 10 Q. Zo kan bijvoorbeeld het lampje een weerstand hebben van 15 Q. We hadden al eerder geschreven dat de grootte van de stroom afhankelijk is van de hoogte van de spanning en de grootte van de weerstand. Hoe hoger de spanning, des te groter de stroom. En hoe groter de weerstand, des te kleiner de stroom. In formulevorm ziet het er zo uit:
De weerstand is de spanning, gedeeld door de stroom. Dit stel formules (ze zijn in wezen natuurlijk gelijk) vormt de zogenaamde "Wet van Ohm", die het verband aangeeft tussen spanning, stroom en weerstand. Deze "wet" is de meest elementaire wet van de elektriciteitsleer, want alles wat we in de elektronica tegenkomen, is hierop gebaseerd. In de volgende "hoe zit dat" gaan we verder in op de heren Volta, Ampère en Ohm, waarnaar de grootheden spanning, stroom en weerstand zijn vernoemd. We gaan ook de "Wet van Ohm" toepassen in onze zaklamp. We zullen het begrip "vermogen" tegenkomen en een paar nieuwe formules.
elex
4-11
tegelbare 5-ampère voeding
een kleine zware jongen Voedingen zijn altijd heel bruikbare dingen in een lab of hobbywerkplaats, en er zijn dan ook legio ontwerpen daarvan in omloop. De reden dat we hier ook weer zo'n ontwerp plaatsen, is dat deze voeding uitstekende prestaties levert en heel veel stroom biedt voor zijn geld. Deze voeding mag met recht een kleine krachtpatser worden genoemd. Een low-budget ontwerp, met een minimum aan onderdelen en zonder overbodige poespas. Hij doet gewoon zijn werk: een gestabiliseerde spanning leveren. Dat de gewenste spanning daarbij oploopt tot zo'n 20 volt is voor onze voeding geen enkel probleem, terwijl de 4-12 - eiex
stroom gerust mag klimmen tot een vijftal ampères. En ook dan geeft de kleine geen krimp. De voeding is hiermee bij uitstek geschikt voor het verrichten van metingen aan elektrische auto-onderdelen, die normaliter nogal wat stroom vergen. Tevens is hij natuurlijk bruikbaar als akkulader.
Het
blokschema
In figuur 1 zien we het blokschema van de voeding. In het midden vinden we de regulator. Dit is eigenlijk het hart van de voeding: het gedeelte dat de uitgangs spanning regelt. De regulator is zelf echter niet in staat om alle te leveren stroom te "regelen". Daarom wordt de regulator bijgestaan door een aantal bypass-transisto-
ren, die het merendeel van de stroom voor hun rekening nemen. De regulator wordt gestuurd vanuit een blok dat we de spanningsregeling noemen. Dit gedeelte kunnen we met de hand instellen en het wordt tevens geregeld door de stroombegrenzer. Deze laatste bewaakt de stroom die de voeding mag leveren en zorgt tevens voor de kort-
bypasstransistor
uitlezing
Figuur 1. Hier zien we tiet bloltsctiema van de voeding, met de versctiillende delen waaruit de voeding is opgebouwd.
"A" ik
1r
o
1
0-
o-
^I^O:
-•—t
KL
k.
regulator
-w
I
\^ \%
i-
spanning
De
regulator
Als regulator is hier de spanningsstabilisator LM 317 gebruikt. Dit is een instelbare regulator, die een stroom kan leveren van 1,5 A. Door de spanning op de "adjusf'-aansluiting te veranderen, kunnen we de uitgangs spanning variëren van 1,2 volt tot iets minder dan de ingangsspanning. In figuur 2 zien we de basisopstelling van de regulator. Omdat deze schakeling maar 1,5 A kan leveren, en dat alleen wanneer de regulator goed wordt gekoeld, moeten we een aantal bypass-transistoren aanbrengen om toch de nodige ampères te kunnen leveren. Figuur 3 maakt een en ander duidelijk. De werking is als volgt: Wanneer er een stroom uit de regulator wordt betrokken, dan loopt deze stroom natuurlijk ook door de weerstand aan de kant van de ingang. Deze stroom veroorzaakt een spanningsval over die weerstand. Als de stroom toeneemt, dan wordt de spanningsval op een gegeven moment zo
_^^KE)
t
spanningsregeling
sluitbeveiliging. De waarde van de maximaal te leveren stroom kunnen we instellen. Verder hebben we nog een uitleeseenheid, zodat we de spanning of de stroom kunnen aflezen. Tenslotte zien we uiterst links de voeding zelf: een forse ringkerntrafo, een bruggelijkrichter en de bekende bufferelkds. De stroom moet toch ergens vandaan komen, of niet?
voeding
stroombegrenzing
groot dat de transistor in geleiding wordt gestuurd. Met andere woorden: er zal ook door de transistor een stroom gaan lopen. De transistor neemt een gedeelte van de stroom door de regulator over, vandaar de naam bypass-transistor. "En hoe werkt de spanningsstabilisatie nu?", zal de nieuwsgierige lezer zich afvragen. Welnu, als de bypass-transistor te veel zou gaan geleiden, d.w.z. dat de spanning aan de achterkant van de regulator te hoog zou worden, dan zal de regulator "dicht" gaan en geen stroom meer leveren. En daarmee verdwijnt de spanning over de weerstand en wordt de bypass-transistor weer afgeknepen. De spanning zal dus altijd bepaald worden door de instelling van de regulator, terwijl voor de extra benodigde stroom wordt bijgesprongcn door de bypass-transistor. In het uiteindelijke schema van de voeding is de bypass-transistor uit ons voorbeeld vervangen door meerdere transistoren parallel. Dit is gedaan om gemakkelijk een grotere stroom te kunnen leveren. De emitterweerstanden zorgen ervoor
Figuur 3. Het toepassen van een bypass-transistor vergroot de stroom die de schakeling kan leveren.
stroom
' ^
Figuur 4. Het regelen van de uitgangsspanning van onze voeding. Dit is hetzelfde als in figuur 2.
906030X- 18
dat de stroom evenredig over de transistoren wordt verdeeld.
Het regelen spanning
Figuur 2. De "standaard" schalfeling rondom de regulator LM 317. Vin is de ingang. Vout is altijd 1,25 volt hoger dan Vadj. Met R2 kunnen we Vadj variëren.
van de
We hebben al beschreven dat de uitgangsspanning van de regulator wordt bepaald door de spanning op de adjust-aansluiting van het IC. De uitgangsspanning is namelijk altijd 1,2 volt hoger; de stabilisator houdt dit zelf in stand. Dus als we de adjust-spanning kunnen variëren van O tot 18,8 volt, dan hebben we de uitgangsspanning in de hand van 1,2 tot 20 volt. Figuur 4 laat zien dat deze adjust-spanning wordt verkregen uit de door P en R gevormde spanningsdeler. Met P kunnen we deze spanning dus regelen tussen O en pakweg 19 volt. Het spreekt vanzelf dat we de regelspanning halen uit de uitgangs spanning van de voeding. Dit zorgt ervoor dat de uitgangs spanning altijd konstant is.
Het begrenzen de stroom
van
Het kunnen regelen van de spanning is echter niet ge-
noeg. We zullen ook de stroom in de hand moeten kunnen houden, want anders betekent iedere kortsluiting in het gunstigste geval een kapotte zekering. In figuur 5 wordt het duidelijk hoe we een regelbare stroombegrenzing hebben gerealiseerd. P vormt in serie met R een spanningsdeler. Deze spanningsdeler ligt vast tussen de uitgang van de bypasstransistoren en de adjustaansluiting van de regulator. Nu is het spanningsverschil tussen de uitgang van de regulator en de adjust-aansluiting altijd 1,2 volt. Eigenlijk moeten we zeggen: 1,2 volt, gerekend van de kant van de uitgangsspanning (üuit). Verreweg het grootste gedeelte van de uitgangsstroom wordt geleverd door de bypass-transistoren. Indien er een stroom loopt, zal dit een spanningsval (Usense) over dc meetweerstand Rsense opleveren. De grootte van Usense is evenredig met de grootte van de stroom door die weerstand, en is trouwens positief ten opzichte van Uuit. Als we er voor het gemak van uitgaan dat R even groot is als P, dan kunnen elex -
4-13
we stellen dat de spanning Uref op het knooppunt van de spanningsdeler lager is dan Uuit zolang U sense kleiner is dan 1,2 volt. Evenzo zal Uref hoger worden dan Uuit wanneer Usensc groter zal worden dan 1,2 volt. Dit hoger of lager zijn van Uref ten opzichte van Uu» kunnen we detekteren met een komparator. De +-ingang verbinden we met Umt, de —-ingang ziet dan Uref. Zolang Uref lager is dan Uuit (dit komt voor zolang de stroom binnen de toegelaten waarde blijft) is de uitgang van de komparator hoog. Hij heeft dan geen enkele invloed op de rest van de schakeling. Wordt Uref echter hoger, dan zal de uitgang van de komparator laag worden en via de diode ook de regelspanning aan de adjust-ingang "naar beneden trekken". Met andere woorden: Umt stort dan in elkaar. Om preciezer te zijn: de regelspanning zal -1,2 volt moeten bedragen om een Uuit van O volt te kunnen krijgen! Omdat we de grootte van P kunnen regelen, hebben we ook de toegestane limiet van de te leveren stroom in de hand. Een nadeel van deze regeling is dat we niet de totale uitgangsstroom meten. De regulator levert zelf namelijk
4-14 - elex
ook een deel van de stroom, en dat deel meten we immers niet. Deze stroom is echter maar zo klein ten opzichte van de door de bypass-transistoren geleverde stroom, dat we dit kunnen verwaarlozen.
Terug naar de schakeling De hierboven geschetste details zijn in het definitieve schema (figuur 6) gemakkelijk terug te vinden. De regelspanning voor de adjust-aansluiting van de regulator betrekken we uit de spanningsdeler P2 en Ril. C5 is toegevoegd om de rimpelspanning op de uitgang van de voeding te verminderen. De detektie van een te grote stroom vindt plaats door de als komparator geschakelde opamp 741. RIO fungeert als stroomvoeler, terwijl de referentiespanning wordt gehaald uit de spanningsdeler PI en R8. R7 zorgt samen met C2 voor een (bijna) konstante RC-tijd; dit geeft een vertraging in de werking van de stroombegrenzer en maakt de regeling wat stabieler In onze later gebouwde versie van het apparaat bleek hij echter niet nodig. R6 zorgt ervoor dat de +ingang (ongeveer) dezelfde weerstand "ziet" als de - ingang. Dit is nodig om de
©pamp evenwichtig te laten werken. Aan de uitgang van de opamp zien we in serie met diode D5 een LED (D7), zodat we kunnen zien wanneer de stroombegrenzing in werking treedt. R5 is toegevoegd om voldoende stroom door de LED te laten lopen om deze te laten oplichten; de stroom, uit de adjust-ingang van de regulator is daar namelijk veel te klein voor. R5 maakt echter ook de toevoeging van D4 noodzakelijk om te voorkomen dat de aanwezigheid van deze weerstand
Figuur 5. De stroombegrenzing zoals we die in de voeding itebben toegepast. Figuur 6. Het Itomplete schema van de voeding.
906030X-15
de regelspanning op de adjust-ingang zou beïnvloeden. R9 is nodig om ook wanneer P2 is kortgesloten toch een negatieve spanning op de adjust-ingang van de regulator te kunnen krijgen.
meter geijkt op de juiste spanning. In de stand stroommeting wordt de Ml parallel aan RIO (de senseweerstand voor de stroombegrenzer) geplaatst. De spanningsval over RIO wordt hier dus tevens geFoldback regeling bruikt voor de uitsturing van de meter. Het draaiWanneer jumper PI is kortgesloten werkt de stroombe- spoelinstrument kan in deze grenzing van de voeding zo- stand worden geijkt met P3. Indien u in het bezit zou als we hebben omschreven. zijn van een meetmodule Er is echter ook nog een met LCD-uitlezing is het andere mogelijkheid: de "foldback-stroombegrenzing". ook mogelijk om deze te gebruiken. Dit staat wat Dit mechanisme zorgt ersjieker. Hij kan zonder meer voor dat de te leveren worden aangesloten in stroom afneemt naarmate plaats van de draaispoelmede uitgangsspanning daalt. ter; parallel aan de module In figuur 7 is het verschil te moet dan wel een weerzien tussen een normale en stand van 180 ohm worden een foldback-begrenzing. geplaatst. De voeding van Het voordeel hiervan is dat de dissipatie van de bypass- de module moet echter uit een aparte 9 volt batterij transistoren niet te groot wordt bij kortsluiting van de worden betrokken. Wat betreft de voeding zelf: voeding. De spanning wordt als voedingstrafo gebruiken dan zo laag, dat de stroom, we een ringkerntrafo van ook al was die begrensd op ILR Deze levert 6,6 A bij 2 5 ampère, automatisch op X 9 volt. Hij is primair geeen veel lagere waarde zekerd met een zekering wordt begrensd. Deze regeling treedt in werking als we van 800 mA traag en sekundair met 8 A traag. niet jumper JPl overbrugVoor de gelijkrichting zorgt gen, maar JP2. De referenbrugcel BI; een type dat tiespanning voor de spanningsdeler R8/P1 wordt dan 25 A kan verdragen. C7 niet meer van de regelspan- dient als bufferelko, terwijl C3 kortstondige pieken uit ning van de regulator, maar het lichtnet filtert. Aan LED via de spanningsdeler R12, D6 kunnen we zien of de R13 van de uitgangsspanning van de voeding betrok- voeding ingeschakeld is. ken. En wanneer deze span- We hebben echter nog een negatieve hulpspanning noning daalt, neemt ook de dig. Want zoals we al eerreferentiespanning af, zodat der hebben geschreven — de stroombegrenzing eerder om bij kortsluiting de uitin aktie komt. Het zal duidelijk zijn dat we gangsspanning tot O volt terug te kunnen regelen moeten kiezen hoe de teneinde de stroom te bestroombegrenzing werkt: of perken — hebben we een op de gewone manier, of adjust-spanning nodig van met de foldback-regeling. -1,2 volt. Als we de doorWe moeten dus altijd één laatspanningen van D4, D5 van de twee jumpers instalen D7 daarbij optellen, koleren. men we op - 4 , 4 volt uit. De uitgang van de 741 De voeding en uitmoet dus minimaal deze tezing spanning kunnen halen. Het is natuurlijk prettig om Aangezien er ook nog verte kunnen aflezen welke liezen optreden in de eindspanning we instellen of trap van de opamp zijn we welke stroom er loopt. Hier- uitgegaan van een negatieve toe dient de draaispoelmeter hulpspanning van - 8 volt. Ml, die door middel van Hoe we deze spanning verschakelaar S2 wordt omgekrijgen wordt uit figuur 8 schakeld tussen het meten duidelijk. van de uitgangsspanning en Op punt D staat de volle de stroom. In de stand zotrafo-wisselspanning t.o.v. de als de schakelaar is getekend, wordt er spanning ge- massa, punt F. Op de stijgende flank van de sinus meten. Met P4 wordt de
Uuit (V)
O
"o
5
max. waarde 'uit (A) •
5
max. waarde 'uit (A) foldback regeling
normale begrenzing
906030X- 19
8
©-^^
+• ^voeding
"trafo
ground
lading over C l
• Uhulp
zal C4 worden opgeladen via D2. Wanneer de spanning weer gaat dalen, dan zal de lading van 0 4 via D3 worden opgeslagen in Cl. Deze krijgt daardoor een negatieve lading ter hoogte van de trafowisselspanning. Zenerdiode Dl stabiliseert deze spanning op -8,2 volt, waarbij R2 de stroom door de diode beperkt. Over Dl staat dan de negatieve hulpspanning die nodig is voor de 741.
Figuur 7. Het foldbackprincipe. In de linker grafiek zien we dat de stroom de maximaal ingestelde waarde behoudt, onafhankelijk van de uitgangsspanning. In de rechter grafiek zien we dat de stroom afneemt met het dalen van de uitgangsspanning. Hier komt ook de naam vandaan (to foldback = terugvouwen). Figuur 8. Op deze manier wekken we de negatieve hulpspanning op.
De opbouw De elektronica is opgebouwd op twee printen. De layout daarvan zien we in
elex
4-15
©^'!,„ !<2_3| KX» 0lRÏ"lO
m®@ •
F
G
u
Ka
0@®
9b
figuur 9. De ene print bevat de stuurschakeling met de voedingselko's, de andere bevat de bypass-transistoren met de emitterweerstanden. De transistoren worden op een L-vormig koelprofiel gemonteerd en dienen te worden voorzien van isolatie4-16 -
elex
plaatjes. Dit profiel kan tegen de achterwand van de kast worden bevestigd; aan de buitenkant van de achterwand moet vervolgens een groot koellichaam worden gemonteerd. Dan hebben we nog de voedingstrafo. Een ringkerntrafo
van ILP (type 41011) voldoet in ons exemplaar uitstekend, zij het dat bij de volle 5 ampère de maximale spanning van 20 volt net niet wordt gehaald. De brugcel kan op de bodem van de kast worden gemonteerd; ook deze heeft zijn
Figuur 9a. De stuurprint van de voeding. Figuur 9b. De print met de bypass-transistoren.
10
POWER
OVERLOAD o O
e
1 .! J 4 4 ® .^^ 16 5A s..Awto''""'""'""/w///,./ 20 V
T
906030X-F
koeling nodig. De foto geeft een blik op het inwendige van onze voeding. Hoe de bedrading moet worden gelegd, wordt al grotendeels duidelijk uit het schema. De letters van de printkroonsteentjes staan op de printen gedrukt. Wanneer een ILP-trafo wordt gebruikt, is de bedrading te herkennen aan een kleurkode. De aansluitdraden van de primaire wikkeling (de kant waar de 220 volt op komt) hebben een roze kleur. De twee sekundaire wikkelingen moeten in serie komen te staan: de blauwe en de gele draad moeten met een enkel kroonsteentje Onderdelenlijst
R1 = 2 , 2 kS/% W
KïMS
R2 = 1,2 KQ R3 = 1 5 kQ M4 = 33 Q/3 W FIS = 680 Q •••**• R6,R7,R8 - 10 kÖ ; : i « B « R9,R11 - 220 Q R10 = 0,22 S/5 W I M ï j] R12 = 100 Q R13 = 1,8 kÖ R14 = 560 S R15, . .R18 - 0,1 Q/3 W « i » C1,C4
= 47(JF/35 V
C2 = 1 fiF MKT (zie tekstJiiiB C3 = lOOnF C5,C6 = 10f.(F/35 V C7,C8 = 4700 ixf/35 V 1 » ^ T l . . .T4 = MJ 2955 Dl = zener 8,2 V/400 m W ; » D2,D3 = 1N4001 D4,D5 = 1N4148 D6 = LED, groen D7 = LED, rood
B1 = BI25/110-25 .mmmm i c i = L M 3 i 7 ^mÊÊmimÊK IC2
= LM 741
:1BME-^^B~
PI = l O k S l i n . » f * " ; ' ^ ^ ^ P2 = 4,7 kS lin. ^^^B P3 = 470 Q inste! ' ^ ^ B P4 = 5 kS instel T l = transformator 2 x ' 9 V, 2 X 6,6 A ttl {ILP 41011)
met elkaar worden verbonden, en de rode en de grijze draad gaan naar de wisselspanningsaansluitingen van de brugcel. De uitgangsbussen van de voeding, de LED's, de potmeters voor de instelling van de spanning en de stroom, de schakelaar voor de meter en de meter zelf kunnen op de voorkant worden gemonteerd. Op de achterkant komt een eurochassisdeel met ingebouwde zekering en schakelaar. De achterkant biedt daarnaast voldoende ruimte voor het koellichaam en de zekeringhouder met de 8 ampère zekering. Figuur 10 F1 = zekering 800 mA traag (in eurocliassisdeei) F2 = zekering 8 A traag M l = draaispoelmeter ImA 51 = netschakelaar (in eurochassisdeel) 52 = miniatuur tulmelsohakelaar, 2 x om KI,2,3 = 3-polige printkroonsteen isolatieplaatjes voor TO 3 behuizing ( 4 x ) M3-boutjes & -moeren koelprofiel voor T l . . . 4 : Fischer L-profiel WP 40/30, 15 cm idem voor achterwand: Fischer SK 120 aansluitbussen voor WÊÊÊMÊÊÊ banaanstekers (3 x 1 ' ^ B ^ ^ ^ enkel "gewoon" ^^Bï^B kroonsteentje IC-voet 8-pens PIL (1 x) paneelzekeringhouder 5 x 2 0 (lx! behuizing: TELET LC 860 De printen zijn leverbaar. Nadere informatie hierover vindt u op pagina 2 van jah j,s iedere Elex. Geschatte kosten (zonder / a i printen en behuizing): :*w" ca. f 160,-
11
ELEX 220 W
50Hz
Figuur 10. Een mogelijk idee voor de frontplaat.
D
No. 906030X F= 800mAT
Figuur 11. Het plaatje met de klasse II aanduiding. Dit moet worden uitgeknipt (of gekopieerd, als u het blad heel wilt houden) en opgeplakt naast de net-ingang. Dit is trouwens wettelijk verplicht. Figuur 12. Een foutje op de print: potmeter PI moet ondersteboven worden gemonteerd en dan met draadjes met de print worden verbonden.
tenslotte toont een mogelijk geschikte layout voor de frontplaat van de kast.
De
veiligheid
Vooral wanneer een zelfgebouwd apparaat door het net wordt gevoed, moeten de allerhoogste eisen ten aanzien van de veiligheid worden gesteld. Het kan geen kwaad om ook even de "veiligheidspagina", die we altijd voor in dit blad opnemen, door te lezen. De voeding is ontworpen als klasse II apparaat. Dat wil dus zeggen; dubbel geïsoleerd, en niet geaard. Als eurochassisdeel hebben we het middelste exemplaar van de foto op de veiligheidspagina gebruikt. Voor klasse II gebruik is het dan wel noodzakelijk om de aardpin te verwijderen; met een zijkniptang en een telefoontang mag dit geen problemen opleveren! Het plaatje in figuur 11 moet worden opgeplakt naast het chassisdeel. Let ook op een goede
soldering en isolatie van die bedrading binnen de kast waar netspanning op kan staan. En voor wat betreft de voeding zelf: neem voor de bedrading waardoor een forse stroom kan lopen een voldoende dikke kern, bijvoorbeeld 1 mm^. Tenslotte: als behuizing hebben wij een kastje uit de "TELET LC-Cassette serie", type LC 860 gebruikt. Het staat u natuurlijk vrij om een andere behuizing te kiezen.
Voordat u gaat bouwen Nog een belangrijke opmerking voordat u de soldeerbout ter hand neemt. Er is helaas een foutje geslopen in het ontwerp van de stuurprint (figuur 9a). De aansluitingen van de potmeter waarmee we de stroom in kunnen stellen, PI, zijn verwisseld. De potmeter zal nu verkeerd om werken. Figuur 12 laat zien hoe we dit probleem op kunnen lossen. (906030X) elex
4-17
van twee naar vier kanalen
stereo-expander voor huiskanner en auto
Bij hifi-weergave is het streven om het op band of plaat opgenomen geluid zo realistisch mogelijk in de huiskamer te reproduceren. Daarbij spelen een heleboel aspekten een rol. Een daarvan is de "ruimtelijkheid" van de weergava In onderstaand artikel wordt met een praktisch oog bekeken hoe dit ruimtelijk effekt op eenvoudige wijze kan worden versterkt. Ofwel: hoe maken we van de huiskamer een klein beetje een koncertzaal. 4-18 - elex
Vrij vertaald staat het begrip "hifi-weergave" voor werkelijkheidsweergave of kwaliteitsweergave. Die kwaliteit is niet het gevolg van één enkele hoedanigheid van het weergegeven signaal, maar is eigenlijk de uitkomst van een grote optelsom. Frekwentiekurve, vervorming, signaal/ruisverhouding vormen daar natuurlijk belangrijke onderdelen van, maar ook dingen als de breedte en diepte van het stereobeeld zijn elementen die sterk bepalend zijn voor de mate waarin wij het geluid als natuurgetrouw ervaren. Aan de breedte van het stereobeeld valt — binnen zekere grenzen — het nodige te doen door met de opstelling van de luidsprekerboxen in de huiskamer te experimenteren. Maar met de diepte van het geluidsbeeld ligt het wat moeilijker. Een gemiddelde huiskamer (om van het auto-interieur maar te zwijgen) wijkt qua afmetingen nogal af van een koncertzaal en daardoor ontstaat er per definitie minder galm en dus ook minder ruimtewerking. Schuiven met de luidsprekerboxen verhelpt daar niet
13
versterker
LM:
Figuur 1. Als een extra luidspreker zó op een stereoinstallatie wordt aangesloten, geeft hij uitsluitend het verschilsignaal tussen beide kanalen weer; dit noemen we het "L-R-signaal",
«1
906035 - 11
ZO bar veel aan. Hoe kunnen we hier dan wel wat aan doen? Duidelijk is in elk geval dat we op een of andere manier zullen moeten zorgen voor geluidsinformatie die van achteren op de luisteraar instraalt. Daar zijn in de loop der tijden verschillende manieren voor uitgeknobbeld,
Surround
sound
We zetten de diverse mogelijkheden eens even op een rijtje: - De allerbeste manier om "ruimtelijk stereo" of "surround sound" of hoe u het ook wilt noemen, te kre-
eren, is om een 4-kanaals opname te maken en die ook via vier gescheiden kanalen af te spelen: twee kanalen vóór en twee achter. Dit quadro-systeem hebben audio-fabrikanten ettelijke jaren geleden proberen in te voeren, maar een sukses werd het niet. Dit zal niet in de laatste plaats te wijten zijn aan de forse extra investering die een en ander van de luisteraar vergde. Er was namelijk een komplexe dekoder en een tweede stereo-versterker voor nodig. En dan nog een extra paar boxen natuurlijk! - Een tijd lang is er ook
geëxperimenteerd met matrix-schakelingen die uit een gewoon stereo-signaal een soort quasi-quadro destilleerden. De resultaten waren lang niet gek, maar de systemen waren bijna net zo duur als "echt" quadro, aangezien ook hier een extra stereo-versterker nodig was. - Volledigheidshalve vermelden we ook nog de mogelijkheid om twee achterkanalen aan te sturen via een nagalm-apparaat. Levert interessante ruimtelijke effekten op, maar vereist wederom nogal wat elektronica.
P1 : AT-60SK: :705l
versterker uitgangen
4 -: 0-
- 0-
I
R I
I
I
I
j
906035 - 13
Figuur 2. De definitieve opzet. Het effekt van de achterluidsprekers kan met PI worden geregeld van "L-R" tot "dubbel-stereo". Als de achterluidsprekers te luid klinken, kunnen ze d.m.v. de weerstanden R' worden getemperd.
elex -
4-19
Figuur 3. Dit is dus de bedoeling. We voegen een Idein lostje èn twee spealters toe aan de installatie, teneinde het reeds aanwezige ruimte-effekt door gerichte achter-informatie te versterken.
stereo versterker
R
R
achter
voor
L
L stereo - expander
906035-12
- Dan de simpelste oplossing, die veel mensen in huiskamer of auto hebben toegepast: gewoon twee luidsprekerboxen parallel schakelen aan de reeds aanwezige boxen. Natuurlijk is dat een mogelijkheid, maar een extra ruimtelijke dimensie geeft dat in feite niet. Het geluid komt nu weliswaar uit vier hoeken in plaats van twee, maar aangezien uit de achter-kanalen exakt hetzelfde klinkt als uit de voorste boxen, is het resultaat niet bijster natuurlijk. - We kunnen ook gebruik maken van het zogeheten "L-R"-signaal en dit naar de achter-luidspreker(s) leiden. Dit geeft heel bevredigende resultaten en is bovendien heel goedkoop te realiseren. Daarom hebben wij hier ook voor deze oplossing gekozen. Nieuw is de techniek overigens niet. Wèl nieuw is de hier gepresenteerde praktische uitwerking. L-R Het "L-R"-signaal, of "R-L'-signaal zo u wilt, is precies wat de naam aangeeft: het verschil tussen 4-20
elex
het linker en rechter stereokanaal. Hierbij gaat het dus om dè signalen die op een gegeven moment uitsluitend uit het linker of uitsluitend uit het rechter kanaal klinken. Signalen die in beide kanalen even sterk vertegenwoordigd zijn, hebben uiteraard geen aandeel in het verschilsignaal. Wat hebben we aan dat "L-R"-signaal? Zoals misschien bekend, bevat een stereo-signaal onder een frekwentie van ca. 200 Hz nauwelijks richtingsinformatie. Dat hindert niet, want bij die lage frekwenties is de spreiding van een luidspreker dermate goed dat de hele luisterruimte a.h.w. wordt volgeblazen met geluid. Wat de lage tonen betreft, hebben we dus altijd al een soort "surround sound" om ons heen. Bij de midden- en hoge tonen ligt het echter anders. Die worden namelijk veel gerichter afgestraald en hierbij zou wat extra surroundsound-effekt wel wenselijk zijn. Nu wil het toeval dat juist die frekwenties boven 200 Hz te vinden zijn in het deel van het signaal dat alléén links of alléén rechts wordt afgestraald — want.
zoals we zojuist al zeiden, signalen onder pakweg 200 Hz zijn in beide kanalen ongeveer even sterk vertegenwoordigd. Ergo conclusio: als we op een of andere manier kunnen beschikken over het verschilsignaal tussen links en rechts, hebben we precies de goede informatie te pakken om naar een of twee achter-kanalen te leiden. Hoe komen wc aan dat L-R-signaal? Figuur 1 laat zien dat dit werkelijk supersimpel is. Er hoeft alleen maar een luidspreker te worden aangesloten tussen de "plus"-aansluitingen van de beide stereo-kanalen. De gedeelten onder 200 Hz die in beide kanalen identiek zijn, staan nu een keer in fase en een keer in tegenfase over de luidspreker en heffen elkaar dus op; alleen het verschilsignaal wordt weergegeven. In principe kan de schakeling van figuur 1 zonder meer in de praktijk worden toegepast. Alleen is de oplossing in deze vorm natuurlijk wat simpeltjes. Daarom hebben wij het idee ietwat "gepolijst".
De
schakeling
Figuur 2 laat zien welke vorm onze stereo-expander uiteindelijk heeft gekregen. Er zijn wat extra onderdelen bijgekomen, maar het is duidelijk dat het in wezen om hetzelfde idee gaat als geschetst in figuur 1. Immers, als we de potmeter en de twee eiko's wegdenken, staan de beide achterluidsprekers in serie over de "plus"-aansluitingen van het linker en rechter kanaal. Alleen hebben we nu dus twee, in plaats van één achter-luidspreker. Met SI kunnen de extra luidsprekers worden in- en uitgeschakeld. Omdat het niet zeker is of het pure "L-R-effekt" iedereen in deze vorm wel zo zal bevallen, hebben we een regeling toegevoegd, waarmee aanpassing aan de persoonlijke smaak mogelijk is. Als PI op maximum weerstand staat, dan is het effekt bijna hetzelfde als zonder deze potmeter en geven de achter-luidsprekers dus alleen het L-R-signaal weer. Draait men PI ongeveer half dicht, dan krijgt men een soort "spatial-stereo", terwijl met PI op minimum
Fota Omdat bij de achterkanalen de lage tonen onder 200 Hz niet worden weergegeven en de hoge tonen al evenmin van belang zijn, worden aan deze luidsprekers veel minder hoge eisen gesteld dan normaal. Kleine breedbandluidsprekers zoals hier afgebeeld, zullen — gemonteerd in een klein kast/e — dan ook prima voldoen.
de achter-luidsprekers zo goed als parallel staan aan de normale luidsprekers, met als resultaat een soort "dubbel-stereo". Alleen zorgen in dit laatste geval Cl en C2 ervoor dat de (overbodige) lage frekwenties onder ca. 200 Hz niét door de achter-luidsprekers worden weergegeven. Bovendien worden door deze bipolaire eiko's mogelijke aardlussen voorkomen. Voor de potmeter is elk type bruikbaar met een waarde van rond 40 Q en een belastbaarheid van 10 watt. Parallel-weerstand Rl is toegevoegd om de belastbaarheid nog wat verder te vergroten en het gedrag van de regeling te verfijnen. Mocht de verkrijgbaarheid van een geschikte vermogens-potmeter overigens problemen geven, dan kunt in plaats daarvan — net als wij — eventueel ook een zogeheten L-pad-regelaar gebruiken. Het type AT-60SK van Monacor is voor onze doeleinden prima geschikt; de aansluitingen ervan zijn in figuur 2 weergegeven.
Geschikte luidsprekers Zoals al uitgebreid aan de orde is geweest, hoeven de achter-luidsprekers geen frekwenties lager dan ca. 200 Hz weer te geven. Dat impliceert al dat er beslist
geen grote boxen voor nodig zijn, want een grote kastinhoud is alleen maar noodzakelijk voor de basweergave. Ook de weergave van de hoge frekwenties boven ca. 5000 Hz blijkt in de praktijk bij de achter-luidsprekers nauwelijks van belang; sterker nog, die hoge tonen zijn vaak zelfs storend. Dus hebben we in feite voldoende aan twee goede middentoners of kompakte breedband-luidsprekers (zie foto) in een behuizing van 2 a 3 liter inhoud. Ook autoradio-luidsprekers zijn in principe uitstekend bruikbaar. Wel is het van belang dat het rendement van de achter-luidsprekers niet te hoog is. De achter-kanalen mogen namelijk maar nèt hoorbaar zijn, anders wordt het effekt veel te nadrukkelijk en onnatuurlijk. Daarom zijn in het schema van figuur 2 ook al gestippeld twee serieweerstanden aangegeven (R'), waarmee de achter-luidsprekers iets kunnen worden "geknepen". De waarde van die weerstanden dient proefondervindelijk te worden bepaald, maar zal waarschijnlijk tussen 2,2 Q en 10 Q komen te liggen (10 W).
Praktijk Het is is verreweg het gemakkelijkste als de benodig-
de komponenten in een klein kastje worden gemonteerd, wat dan op de in figuur 3 geschetste manier tussen versterker (of autoradio) en luidsprekers wordt geschakeld. Gezien het geringe aantal onderdelen, is er voor wat betreft de behuizing keus genoeg. De potmeter en de schakelaar monteert men aan de voorkant, terwijl voor de aansluitingen aan de achterkant een stel luidsprekerklemmen of banaanstekerbussen kunnen worden geplaatst. De overige onderdelen kunnen daar dan als het ware tussen worden "gehangen". Hoe klinkt de stereoexpander nu in de praktijk? Dat blijkt een heel subjektieve zaak te zijn. De een vindt het mèt L - R inderdaad een stuk natuurlijker en ruimtelijker klinken, terwijl de ander de neiging heeft om de potmeter de andere richting uit te draaien. In het algemeen kan gesteld worden dat het effekt beter tot zijn recht komt bij pop dan bij klassieke muziek. Doordat popmuzikanten nogal vaak werken met nagalm en andere effekten, gaat de muziek soms heel spektakulair klinken. Bij vokale nummers treedt het grappige effekt op dat de solist vrijwel uitsluitend door de voorluidsprekers te horen is, ter-
wijl een achtergrondkoor plots duidelijk van achter lijkt te komen. Of u dat waardeert is vers twee, feit is wel dat zo'n achtergrondkoor zijn naam nu natuurlijk wel eer aan doet. Kortom, het is met deze stereo-expander heel erg een zaak van persoonlijke smaak. Het is trouwens best mogelijk dat u met andere waarden voor de elko's en de potmeter de zaak beter vindt klinken. Daarom willen we iedereen eigenlijk aanmoedigen om wat met de schakeling te experimenteren. Buitensporige kosten zijn er met de stereoexpander niet gemoeid, dus in financieel opzicht riskeert u met dit audio-experiment niet al te veel. (906035X)
elex — 4-21
NADEi
1
elektronische schakelaar II
ll [l :i
Zoals u straks zult zien, hadden we bij de vraag van vorige maand net zo goed een andere schakeling kunnen nemen. Bij elk apparaat waar een relais in zit, zou u dit probleem namelijk tegen het lijf kunnen lopen. Hieruit kunt u al konkluderen dat antwoord A niet juist kan zijn. In lang niet elk apparaat wordt het relais via een transistor uit een CMOS-poort gestuurd. Daarnaast zou u moeten weten dat bij logische schakelingen het spanningsnivo van een "één" nagenoeg gelijk is aan de voedingsspanning. Het is dus onmogelijk dat het uitgangsnivo ooit hoger dan de voedingsspanning wordt, omdat er anders spanning uit het niets moet zijn voortgekomen. A is dus niet goed. Voor antwoord B moeten we gaan kijken naar de funktie van Ril. Deze weerstand heeft namelijk een dusdanige waarde dat er een basisstroom gaat lopen die zo groot is dat de transistor volledig in geleiding komt. Aangezien we in de onderdelenlijst vermeld hebben dat er relais met een spoelstroom van 100 mA gebruikt mogen worden, betekent dit dat de basisstroom zo groot moet zijn dat er nog gemakkelijk 100 mA kollektorstroom kan gaan lopen. Als de BC547 een versterkingsfaktor van 100 heeft (in de praktijk ligt deze waarde tussen 75 en 900, afhankelijk van het type) dan moet er minimaal een basisstroom van 1 mA lopen. Met de wet van Ohm valt te berekenen dat er met een serieweerstand van 10 kQ aan deze eis voldaan wordt (Ib is ca. 1,2 mA). Vergroting van R i l naar 100 kQ levert een basisstroom van 0,12 mA op, waardoor de transistor niet meer volledig uitgestuurd wordt. Antwoord B is dus ook fout. Gaan we nu naar C. Wie in een databoek de verschillen tussen een BC547 en een BC548 bekeken heeft, zal gezien hebben dat alleen de 4-22 - elex
maximale kollektor/emitterspanning afwijkt en dat deze twee transistoren voor de rest gelijk zijn. Aangezien de voedingsspanning van het cijferslot lager is dan de maximale spanning van een BC548 kan dit type dus gerust een BC547 vervangen. Hieruit valt te konkluderen dat ook C niet korrekt is. Blijft er dus nog een over en wie zich gerealiseerd heeft wat de gevolgen zijn als D3 omgedraaid is, zal dan ook D als juist antwoord gekozen hebben. Is namelijk D3 verkeerd om gemonteerd, dan staat de diode in doorlaatrichting in plaats van in sper, zodat er ongeveer 11 V over de transistor komt te staan. Bij een basisstroom van 1,2 mA en een aangenomen versterkingsfaktor van 100 gaat er nu gegarandeerd een stroom van 120 mA lopen (in werkelijkheid misschien zelfs nog wel meer). Het vermogen dat daarbij in de transistor gedissipeerd wordt, zal dan ongeveer 11 V X 0,12 A = 1,3 W bedragen, hetgeen ruim het dubbele is van wat de transistor aan kan. Gevolg: de transistor wordt behoorlijk warm en zal na korte tijd defekt raken. Zo, en dan nu het probleem van deze maand. We zijn even aan het stoeien gegaan met een zelfgebouwde elektronische schakelaar. Dit idee dateert uit de tijd dat we naar keuze een audiosignaal al dan niet door een extra filter konden laten lopen, zonder gebruik te maken van een relais. Dit omschakelen wilden we persé op een elektronische manier, maar de bekende elektronische schakelaars zoals die al geruime tijd per 4 stuks in IC-vorm verkrijgbaar zijn waren er nog niet. En losse FET's waren amper voorhanden. Figuur 1 laat zien hoe we het signaal wilden omschakelen. We hebben onze toevlucht genomen tot een diodeschakeling. Het principe is vrij
\c/^
_ ^ ^ 9
'1 r C;
D
^r
_9
-KB)
ik
extra filter 90603 1X-11
906031X - 12a
simpel: Als we zodanig een spanning over de diode zetten dat er een kleine stroom doorheen gaat lopen, heeft hij een inwendige weerstand. Wanneer we de diode als schakelaar beschouwen, dan kunnen we zeggen: hij is gesloten (maar heeft wel een overgangsweerstand). Wanneer we nu de spanning ompolen, zal de diode sperren: de schakelaar is geopend. Figuur 2 maakt het duidelijk. Figuur 3 laat zien hoe de schakelaar in de praktijk werkt. A en B zijn de signaal-aansluitingen, S is de "kontrole"ingang. Wanneer S met massa wordt verbonden, is de schakelaar open. Wordt S echter met de voeding
906031X - 12b
Figuur 1. Het omschakelen van een audiosignaal: door middel van de schakelaars kan zoiets als "een extra filter" worden opgenomen in de signaalketen. Figuur 2. Een diode als schakelaar. De diode is opgehangen in een soort brugschakeling. In het linker voorbeeld zorgen we er met de gestippeld getekende weerstand voor dat de spanning op de anode hoger is dan die op de kathode: de diode geleidt. In het rechter voorbeeld is het net andersom, en spert de diode. Figuur 3. Het circuitje uit figuur 2 in gebruik als elektronische schakelaar. De aansluitingen van de schakelaar zijn A en B. Door kontrole-ingang S aan massa of aan de voeding te leggen kunnen we de schakelaar openen of sluiten.
( + ) verbonden, dan geleidt onze schakelaar. Deze schakelaar blijkt heel bruikbaar, zolang de wisselspanning die we willen schakelen niet te groot wordt. Het probleem is nu het volgende: We willen de schakelaar opbouwen volgens figuur 4. Helaas hebben we alleen nog maar de onderdelenlijst! Wie is in staat om de "elektronische omschakelaar" te reproduceren? Volgende maand kunt u uw oplossing met die van ons vergelijken. We moeten nog vermelden dat we^ de kontrolesignaien S en S (de geïnverteerde
Figuur 4. De schakelaar van figuur 1, maar dan In elektronische uitvoering. De letters bij de aansluitingen korresponderen met die uit figuur 1. De aansluitingen S en S stellen een "normale" en een geïnverteerde kontrole-ingang voor.
Onderdelenlijst:
van S) al tot onze beschikking hebben. De letters bij de signaal-aansluitingen korresponderen met die in figuur 1. En dan nog iets: we
mogen niet meer onderdelen gebruiken dan er op de onderdelenlijst staan. Sukses ermee!
'''|||
12 weerstanden van 1 M ^ 4 kondensatoren van 10 ftBH 3 dioden 1ISI4148
Programmeerbare afstandsbediening Compact disc speter met "hitstream" Geluid wordt op Compact Discs uiterst nauwkeurig vastgelegd in de vorm van een reeks 16-bits digitale muziekmonsters. De CDspeler heeft tot taak deze bitreeksen (nullen en enen) om te zetten in een analoge stroom, zodat er uiteindelijk muziek uit de luidsprekers komt. Dit omzetten van digitaal naar analoog moet zo nauwkeurig mogelijk geschieden, zonder toevoeging van enigerlei vervorming. Voor het omzetten van de nullen en de enen tot normale muziek zijn bij 16 bits maar liefst 65.536 verschillende stroomnivo's realiseerbaar. Elke schommeling in een van die stroomnivo's kan tot vervorming en ruis van het geluid leiden. De "bitstream"-omzetter (van digitaal naar analoog) zorgt voor het gladstrijken
van elk probleem. Met een tempo van meer dan elf miljoen positieve en negatieve stroompjes per sekonde, zorgt de "bitstream" ervoor dat er geen, voor de geluidshobbyist bekende begrippen als: crossoververvorming, stoorpulsen en afwijkingen van lineariteit ontstaan. Ook de weergave ten aanzien van zwakkere hogere frekwenties is nog verder geperfektioneerd. In de nieuwe Philips CD 840 is het systeem voor het eerst toegepast. Deze speler is uitgerust met twee bitstream-omzetters, die differentieel fungeren. Deze verdubbeling zorgt voor een extra verbetering van de signaal/ruisverhouding met niet minder dan 4 dB. De winkelprijs van de CD 840 ligt rond de ƒ 1000,—.
Ook van Philips is een nieuwe programmeerbare afstandsbediening, de RC 790. Deze is voorgeprogrammeerd als RC-5 afstandsbediening, geschikt voor een kompleet AVsysteem met tien komponenten. De voorgeprogrammeerde funkties zijn echter op eenvoudige wijze uit te breiden voor apparatuur met RC-5 of andere systemen van afstandsbediening: de RC 790 leest rechtstreeks nieuwe kodes in. Daarom kan hij zonder problemen worden gebruikt voor het bedienen van apparatuur van vrijwel alle andere merken en systemen. Een transparant funktiesjabloon vereenvoudigt het bedienen en programmeren. Op de RC 790 zitten verder vijf multifunktionele toetsen, waarmee vijf apparaatgebonden funkties voor elk van de tien voorgeprogrammeerde apparaten bediend kunnen worden. Op het LCD-schermpje verschijnen de funkties die bij het apparaat horen. Heel bijzonder aan dit apparaat zijn de vier makrotoetsen waarmee een serie kommando's (max. 15) onder een toets kan worden vastgelegd. Dit betekent dat naderhand meerdere kommando's overgestuurd kunnen worden door middel van het indrukken van één toets op de RC 790. Een
voorbeeld: macrotoets 1 kan de volgende kodereeks bevatten; 1) versterker aan, 2) kies bron tuner, 3) tuner aan, 4) kies radio 3, 5) kies bron versterker, 6) kies bepaalde volumestand. De winkelprijs van de RC 790 ligt rond de ƒ 349,-. Philips Persdienst, Postbus 523, 5600 AM Eindhoven, tel.: 040 - 757189 elex -
4-23
low-cost huistelefoon relais-centrale voor twee of meer telefoons G. Kleine
Zij die hun hobbyruimte in de kelder of op de zolderetage hebben ingericht, zullen waarschijnlijk snel de voordelen inzien van een fatsoenlijk kommunikatiesysteem in huis. Voor dit doel zijn in de handel voldoende goedkope telefoontoestellen te krijgen, maar hoe sluit je die dingen nu op eikaar aan? Deze simpele zelfbouw-centrale is geknipt voor dat karwei. De hier beschreven schakeling bestaat hoofdzakelijk uit een drietal relais die de verschillende toestanden sturen waarin de "huisinstallatie" zich kan bevinden. Aangezien het in principe om een simpele verbinding tussen twee toestellen gaat, kan men de kiesschijf (kontakten nsi en nsa) gevoeglijk vergeten. Wat hebben we dan wèl nodig? In de eerste plaats moet het ene toestel gaan rinkelen als bij het andere de hoorn van 4-24 - elex
de haak wordt genomen. Wanneer er wordt opgenomen, dient de bel natuurlijk te zwijgen en moet er een gesprek mogelijk zijn. Voorts zou het prettig zijn als vermeden kan worden dat het ene toestel rinkelt op het moment dat men bij het andere de hoorn op de haak legt. Onze centrale voldoet aan al die voorwaarden. Bovendien is er nog een eenvoudige uitbreiding mogelijk, in die zin dat er aan elke kant
van de lijn desgewenst twee (of zelfs drie) toestellen parallel kunnen worden geschakeld. Zulks om bijvoorbeeld een verbinding te realiseren tussen de huiskamer aan de ene kant en twee slaapkamers aan de andere kant.
Een gesprek: toestanden
vijf
De bespreking van de schakeling doen we ditkeer een beetje onorthodox. Een goed begrip van de werking
van een en ander, is namelijk onmogelijk zonder daarbij de afzonderlijke fasen van een telefoongesprek nader te bekijken. Daarom bespreken we de zaak punt voor punt. We gaan daarbij van twee toestellen uit. Bij meerdere parallel aangesloten telefoons funktioneert de zaak immers precies hetzelfde, alleen staan in de ruststand de "bellen" parallel. Aktief wordt uitsluitend het toestel dat wordt opgenomen; het eventuele paral-
leltoestel wordt door het geopende haak-kontakt in uitgeschakelde toestand gehouden. Ter illustratie van een en ander is in figuur 1 het principeschema van een gewone huis-tuin-en-keukentelefoon weergegeven. • De beginsituatie is dat bij beide toestellen de hoorn op de haak ligt. Alle relais bevinden zich in afgevallen toestand. • Uit figuur 1 blijkt dat indien de hoorn van de haak wordt genomen, de weerstand van 100 Q voor een laagohmige verbinding tussen de punten a en b zorgt. Als we nu even verder kijken naar het schema van onze "centrale" in figuur 2, dan wordt duidelijk dat hierdoor relais Rel zal aantrekken als toestel nrl wordt opgenomen. Dat relais schakelt de belspanning in van toestel nr.2, want de wisselstroomkring is nu via reSa, re2a, rela en C2 gesloten. De bel rinkelt tot toestel 1 weer wordt neergelegd of toestel 2 wordt opgenomen. • Besluit men tot het laatste, dan trekt ook relais Re2 aan. C2 ligt op dat moment via rela en re2a tussen de beide "hete" aansluitingen van de telefoontoestellen en zorgt aldus voor de spreekverbinding. De relaisspoelen en de voorschakelweerstanden (R3 en R4) fungeren nu nog uitsluitend als belastingsweerstanden voor de beide spreekstroomcircuits. Het derde relais (Re3) wordt nu ook interessant. Via de in serie geschakelde kontakten relc, reSc, reSb en re2c wordt de relaisspoel van Re3 namelijk met massa verbonden. Het gevolg is dat het relais aantrekt en de voor het belsignaal verantwoordelijke wisselstroom onderbreekt. Bij het opnemen van de hoorn schakelt voorts relb (resp. re2b) afvlakkondensator Cl tussen de katode van gelijkrichtdiode Dl (resp. D2) en massa, teneinde brom tijdens het spreken tegen te gaan. • Tegelijkertijd wijzigen reSb en reSc de serieschakeling van de vier kontakten in een parallelschakeling, zodat ReS pas afvalt als beide hoorns weer op de
Figuur 1. Zo ziet het binnenwerlf van een telefoontoestel er als regel uit. Figuur 2. Een komplete huistelefooncentrale voor twee of vier abonnees. Bij vier toestellen worden deze twee aan twee parallel geschakeld.
^!^
^TTTi" 11
(K
i -
Elex 220 W
b;:^ toestand: hoorn op de haak
50Hz
D
No. 900014 F= 50mA T
'K'Zie tekst
50mA
elex -
4-25
Onderdeienlijst R1 = 2,2 kQ/0,3 W " • R2 = 6,8 kQ/0,3 W s i II R3. . .R5 = 470 Q/1 ^ C l = 2200 MF/63 V . j j l l C2 = 470 nF/100 V C3 = 1 i/F/63 V D l . . . D 4 = 1N4002 D5 = LED 5 mm rood D8 = LED 5 mm groen
^
Rel, Re 2 = relais 2. . .36 V DC, 1 X wissel, 2 X maak Re3 = relais 1 2 . . . 36 V DC, 2 X wissel, 1 x verbreek (geschikt type voor Rel . . . Re3: Siemens V23100 V7213-F110) KI = 3-polige printkonnnek tor F1 = zekering 50 mA (traag) met printzekeringhouder Tr1 = printtrafo 2 x 18 V/2 X 125 mA behuizing: bijv. Bopla E445 Figuur 3. De kompakte en overzichtelijke print staat garant voor een probleemloze nabouw.
4-26 - elex
haak zijn gelegd. C3 zorgt ervoor dat Re3 niet afvalt op het moment dat er omgeschakeld wordt van serie naar parallel; zo wordt dus verhinderd dat het ene toestel even rinkelt als het andere wordt opgelegd. Het relais blijft via een van de beide massa-verbindingen akticf. • Wanneer beide hoorns weer op de haak liggen, bevindt de schakeling zich opnieuw in de eerder beschreven ruststand. In figuur 2 zijn alle kontakten ook in deze stand getekend en wel zodanig dat ze bij aktivering van rechts naar links bewegen. Daarmee hebben we de hele schakeling besproken. Op één klein detail na. Behalve de hierboven beschreven basisfunkties biedt onze schakeling namelijk nog een extra "feature", en wel een toestandsindikatie met behulp van twee LED's. D5 signaleert de aanwezigheid van de voedingsspanning, terwijl D6 oplicht als er bij een van de toestellen is opgenomen. Na afloop van het gesprek dooft D6 langzaam, omdat hij tevens tot taak heeft om elko Cl te ontladen.
maakkontaken, Re3 moet beschikken over twee wisselkontakten en een verbreekkontakt. Als u de hand kunt leggen op een stel relais met vier wisselkontakten, dan zijn die natuurlijk zowel voor Rel, Re2 als Re3 bruikbaar; onder in figuur 2 (ReX) is een dergelijk relais getekend. In het geval dat de layout van de aansluitpootjes afwijkt van die op de print, soldeert u gewoon een paar verloopdraadjes aan de relais. Wat wel van belang is, is dat de voorschakelweerstanden (R3, R4 en R5) voor de relais goed gedimensioneerd worden. Om dat goed te kunnen doen, dienen we drie dingen te weten, namelijk de voedingsspanning van de schakeling, de spoelspanning van het relais en de spoelstroom. De voedingsspanning van de schakeling weten we natuurlijk, want die bedraagt bij de hier gebruikte 36-V-trafo na gelijkrichting ongeveer 1,4 X 36 V = 50 V; in belaste vorm wordt dat ca. 45 V. De spoelspanning van een relais wordt altijd opgegeven. De spoelstroom niét.
maar die valt te berekenen als de spoelweerstand bekend is en die wordt weer wèl opgegeven door de fabrikant. Dus bij bijvoorbeeld een veel voorkomend relais van 24 V/600 Q. delen we de spanning door de weerstand en krijgen dan een spoelstroom van 40 mA. Bij deze stroom dient er over de voorschakelweerstanden een spanning te vallen ter grootte van het verschil tussen de voedings- en de relais spanning. Met de Wet van Ohm komen we dus tot de volgende weerstandswaarde: R = (45 - 24) / 0,04 = 525 Q De dissipatle in de weerstand valt te berekenen met de formule P ^ F X R = (0,04)2 X 525 = 0,84 W Dus bij gebruik van relais van 24 V/600 Q dienen R3, R4 en R5 een waarde te hebben van ca. 525 Q en een vermogen van minimaal 0,84 W te kunnen verwerken. Afgerond tot "normale" waarden worden dat dus weerstanden van 470 Q/ 1 W.
Aangezien de voedingsspanning die we voor onze schakeling nodig hadden (ca. 50 V) te hoog was om uit een netadapter te betrekken, konden we in dit geval niet om een netvoeding heen. Dat betekent dat u extra netjes moet bouwen en de op pagina 5 vermelde veiligheidvoorschriften terdege in het oog moet houden. Wij adviseren u om de schakeling uit te voeren als klasseIl-apparaat. Gebruik dus een dubbelgeïsoleerde trafo en monteer het geheel in een aanraakveilige kunststoffen behuizing; het type dat wij voor ons prototype gebruikt hebben, is in de onderdelenlijst vermeld. Vergeet ook vooral niet het aan konnektor KI aan te sluiten netsnoer van een degelijke trekontlasting te voorzien. Hoe u de telefoontoestellen aansluit, mag u zelf uitmaken; u kunt hiervoor printkonnektors gebruiken, maar ook met jack- of cinchbussen valt prima te werken. (900014)
Op- en inbouw Met behulp van de in figuur 3 afgebeelde print mag de praktische realisatie van een en ander voor niemand een hindernis van betekenis vormen. Op deze print past namelijk letterlijk alles, dus de kleine printtrafo Tri en de relais incluis. Over die relais nog een paar opmerkingen. Vanzelfsprekend hoeft u zich absoluut niet gebonden te voelen aan het in de onderdelenlijst voorgestelde type. Het is de bedoeling dat dit projekt een beetje betaalbaar blijft en het is dus eigenlijk zaak om naast een paar goedkope telefoontoestellen tevens een paar voordelige relais op de kop te tikken. Waar het om gaat is dat de nominale spoelspanning van de relais zich ergens in het gebied tussen 12 V en 36 V bevindt. Rel en Re2 dienen elk voorzien te zijn van een wisselkontakt en twee elex — 4-27
LED-skoop LED's in plaats van beeldbuis
De hier beschreven LED-skoop biedt een zeer kompakt en goedkoop alternatief voor de peperdure professionele exemplaren of de weliswaar goedkope, maar nogal bonkige "buizenbakken" uit de dump. Het apparaat, dat in een volgend nummer ook nog van een uitbreiding voorzien zal worden, heeft als speciaal voordeel dat het met laagspanning gevoed wordt en dus geheel portabel uitgevoerd kan worden. De LED-skoop die op deze pagina's beschreven wordt, kan natuurlijk niet konkurreren met oscilloskopen van honderden tot duizenden guldens. Bij die toepassingen echter, waarbij een frekwentiegebied tot maximaal enkele tientallen kilohertz gemonitord moet worden, kan het apparaat heel goed van pas komen. Ditzelfde geldt ook voor metingen onder "mobiele" omstandigheden: hier is 4-28 - elex
geen stopkontakt meer nodig, maar kan de voeding eenvoudig uit batterijen of akku's betrokken worden, aangezien de LED-skoop niet op 220 volt werkt, maar op laagspanning.
Het idee Het principe van de LEDskoop is hetzelfde als dat van de uit lampen of grote LED's bestaande lichtkranten die men wel eens op de gevels van grote warenhui-
zen aantreft. Met behulp van een matrix van lichtbronnen kan ieder willekeurig beeld worden samengesteld. Een belangrijk verschil tussen de matrix uit de LEDskoop en die van een muurkrant is dat er bij de LEDskoop telkens maar één LED tegelijk brandt. Men heeft bij de LED-skoop weliswaar de indruk dat er meerdere LED's gelijktijdig oplichten, maar dat ligt aan
de traagheid van het menselijk oog. Bij een muurkrant daarentegen kunnen de diverse lichtbronnen echt gelijktijdig in aktie zijn. Een van de redenen waarom in plaats van een oscilloskoopbuis heel goed LED's gebruikt kunnen worden, is de lage kostprijs van een LED. Deze bedraagt, indien men grotere aantallen tegelijk koopt, ongeveer 15 cent. Dit betekent dat het hele LED-schermpje nog
1 10V T1-T10 = BC557
1ffO^'
„,
_.
D1-D160 = LED 3mm
^
•^•^">^H^^H^^^^-^>^->^-^>^\
D151
~ ^ - ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^
1
%-.,. f. ^
j ^ z - ^^ïr\'\>,\\:\w'\'ww\\ -^^^^^^^^^^^^^^ A , \
"V
^
Z^-j^^y^^^^^y^^y^y^x^W^ Z^~^^y.^y.^y.y.yc\^x\yc\
?. ^^
Vf."y
11—
(^
^^5^^^^^^^^^^^^^^ l1f,7:^3x^^^^^^^^xx^^>:
.^^.W^^^.W^WX'^
i 1—
D10
Dl 60 18
10V
1— •H 3
X _ ! 2 10
17 IN H p
16 irt 1p
15 i"» 1p
14 iio 1p
13 lic H p
12 IN 1p
11 |oa Up
lo
|o
lo
lo
lo
lo
lo
9
IC1 = ULN2803A
o
2
0
4
3
0
0
5
7
6 C
l
8 C
9
C
10
11
( (>
12
o
K1
K2
0
17
. "
15
14
12
13
1
—\ 10V
i i i i i i i II IC2 = ULN2803A
i
i
ï
i
i
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
ii
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
z 1
18
z
z
(
z
c>
z
(!)
z
C
z
C)
i
z
C
O
0
(
)
(!
()
()
C
9
S i Cï
O 906038X-11
geen 20 gulden aan LED's kost, In figuur 1 is de LED-matrix te zien waarop de LEDskoop is gebaseerd. De matrix is hier zodanig afgebeeld, dat de LED's in precies dezelfde positie staan als in werkelijkheid op het LED-scherm. In de horizontale richting hebben we de X-as, oftewel de tijdbasis, van de oscilloskoop In de vertikale richting, dus langs de Y-as, wordt de amplitude van het ingangssignaal afgebeeld. Een bepaald spanningspatroon, bijvoorbeeld een sinus, wordt verkregen door de desbetreffende LED's simpelweg één voor één te laten oplichten. De traagheid van het menselijk oog zorgt voor de rest. Het oplichten van ds LED's wordt door de links in figuur 1 getekende transistoren T l . . .TIO geregeld, alsmede door de twee bufferIC's (oftewel line-drivers) die onder in de figuur zijn getekend. De eigenlijke sturingselektronica zit niet op de LED-print, maar op een tweede print, waarover we het verderop in de tekst zullen hebben. Indien bijvoorbeeld LED D151 (geheel rechtsboven in figuur 1) moet branden, dan
moet transistor Tl in geleiding komen en gelijktijdig pen 11 van IC2 "laag" worden. Via de geleidende transistor krijgt de LED dan aan zijn linkerzijde een voedingsspanning van plus 10 volt aangeboden, terwijl zijn rechterkant via het inwendige van IC2 aan massa wordt gelegd. Voorschakelweerstand Rl zorgt in dat geval voor de noodzakelijke stroombegrenzing, zonder welke de LED defekt zou raken. De aansturings-elcktronica, waarover verderop meer, is zodanig opgezet dat er telkens maar één van de transistoren T l . . .TIO in geleiding kan komen. Eveneens kan maar één van de OUT-uitgangen van beide buffers, ICl en IC2, tegelijk
"laag" worden. Als gevolg hiervan kan er dus onmogelijk meer dan één LED tegelijk oplichten. Om één van de links in figuur 1 getekende transistoren te laten geleiden, moet de basis van de desbetreffende PNP-transistor "laag" worden gemaakt. Voor het "laag" maken van een OUT-uitgang van ICl of IC2 moet een "hoog" op de bijbehorende ingang van één van deze beide IC's gezet worden. Deze stuurspanningen voor T l . . .TIO en ICl en IC2 moeten van buitenaf op respektievelijk aansluitbussen KI en K2 gezet worden. De stuurspanningen worden door de sturingselektronica uit figuur 2 geleverd.
Figuur 1. Het beeld van de LED-skoop wordt geproduceerd door een matrix van LED's. Hiervan brandt er tell<ens maar één tegelijl<.
Vertikaal: Y-as Het gedeelte voor de vertikale scherm-as, de Y-as dus, is het eenvoudigst, zoals ook uit figuur 2 blijkt. In vertikale richting moet de amplitude (de spanning) van het ingangssignaal worden afgebeeld. Bij een hoge ingangsspanning moet de bovenste rij LED's in figuur 1 oplichten, bij een minder hoge spanning de LED's die wat lager zitten, bijvoorelex - 4-29
START o
~1
12.'6i
°i T r
Cl
•"
Figuur 2. De aansturing voor de LED-matrix bestaat uit een vertiltaal (IC3) en een tiorizontaal deel (IC7, IC8). IC4 pias aantiang triggert de fiorizontale generator (ICSb).
•9
Riar'-
lï
IC7 4017
IC8 " 4017 02
10V IC9 7810 10 ^ _
=1 TlOOn
IC5 Q
=1 Toon
IC6 Q
™; IC7,IC8 |7oOn @
_ 1
[ïoo
, beeld die rechts van R5, terwijl bij een zeer lage ingangsspanning de onderste rij LED's moet gaan branden. Om dit te verwezenlijken, is de schakeling in figuur 2 van een zogeheten ADomzetter voorzien (IC3). Deze werkt ongeveer zo als de VU-LED-indikator op uw stereo-installatie. In tegenstelling tot zon VU-meter heeft IC3 een lineaire schaal. Indien er op de signaalingang van IC3 (konnektor K5) een spanning wordt gezet die langzaam stijgt, dan zullen de uitgangen L I . . . LIO één voor één "laag" worden, maar telkens met één tegelijk. Bij een lage spanning op pen 5 van IC3 is bijvoorbeeld LI "laag", bij een hoge spanning (1,25 volt) is LIO "laag" en bij een spanning die daar tussen in ligt, dus een van zqn^0,6 volt, is bijvoorbeeld L5 of L6 "laag". Omdat de ingangs spanning van IC3 alleen maar tussen O en 1,25 volt mag liggen, moet er uiteraard nog een versterker/verzwakkerschakeling vóór ingangskonnektor K5 worden aangebracht, zoals we die trouwens ook in elke normale 4-30 - elex
oscilloskoop aantreffen. Een dergelijke schakeling, plus nogwat andere uitbreidingen op de huidige schakeling, zullen in de komende nummers besproken worden.
Horizontaal:
X-as
De elektronica voor de "horizontale afbuiging", om even op beeldbuizen-termen terug te vallen, is wat ingewikkelder dan die voor het vertikale gedeelte. Toch is dit deel niet al te gekompliceerd. In figuur 2 is namelijk te zien dat de hoofdmoot van het horizontale deel uit een tweetal tientellers, IC7 en IC8, bestaat. Voor de eigenlijke LEDaansturing (via ICl en IC2 uit figuur 1) zijn bij IC7 en IC8 de uitgangen Q l . . .Q8 gebruikt. De twee tientellers staan als het ware "in serie" en zijn, met behulp van IC5c en IC5d, zodanig geschakeld dat er een 16-teller ontstaat. Om de Q-uitgangen, ten behoeve van de LED-sturing, één voor één "hoog" te laten worden, moeten er klokpulsen aan de klok-ingangen van beide IC's worden toegevoerd. Nu is het wel de bedoeling, dat eerst IC7 "gaat lopen"
^ -cM@
C3|
b
-CMJ)
en dan pas IC8. Met "lopen" bedoelen we dat de Quitgangen van de IC's één voor één "hoog" worden, dus dat de tien-tellers één voor één hun tellerstanden afwerken. Om een korrekte horizontale "afbuiging" op het LED-schermpje te krijgen, moet dus eerst Ql van IC7 "hoog" worden, daarna Q2, dan Q3 enzovoorts tot en met Q8. Vervolgens moet er op IC8 worden overgeschakeld en moet ook dit IC zijn uitgangen Q l . . .Q8 één voor één "hoog" maken. Aan het eind hiervan moet er weer naar IC7 worden teruggesprongen en moet deze weer van voren af aan beginnen te "lopen. Als IC8 "loopt", moet IC7 dus "stilstaan" en, omgekeerd, moet IC8 nog geblokkeerd zijn als IC7 al begint te "lopen". Om dit te bewerkstelligen, kan het klok-signaal dat naar IC8 gaat, met behulp van IC5c/IC5d onderbroken worden. Het wel of niet doorlaten van het kloksignaal naar IC8 wordt met het nivo op pen 8 van IC5c geregeld. Alleen bij een "hoog" op deze pen komt de "klok" in IC8 terecht. IC7 daarentegen krijgt altijd
een klok-signaal, maar dit wil nog niet zeggen dat dit IC dan "loopt". In figuur 2 kunnen we zien, op welke wijze beide IC's elkaar beurtelings blokkeren en weer inschakelen. We zien namelijk een lijntje van Q9 van IC7 naar zowel zijn eigen "enable'-ingang als naar pen 8 van IC5c lopen. Als gevolg hiervan gebeuren er twee dingen zodra IC7 in zijn hoogste tellerstand (Q9 = "hoog") komt: ten eerste blokkeert dan IC7 zichzelf en houdt op met tellen, en ten tweede krijgt 1C8 nu ineens wèl klokpulsen en begint dus te "lopen". Nadat eerst IC7 al zijn tellerstanden heeft afgewerkt, doet IC8 nu dus hetzelfde. Van de laatste uitgang van IC8, Q9, zien we een verbinding naar de reset-ingang van IC7 lopen. Zodra IC8 in zijn laatste stand komt, wordt IC7 dus gereset. IC7 komt hierbij weer in zijn eerste tellerstand te staan, dus de stand waarbij QO "hoog" is. Aangezien van deze laatste uitgang wederom een lijntje naar de resetingang van IC8 loopt, wordt dan ook IC8 gereset. Samenvattend begint dus eerst IC7 te "lopen"; daarna
D160
ooooooooo ?
flooooooooVèóo]
wordt op IC8 overgeschakeld; nadat deze in zijn laatste stand gekomen is, worden beide IC's gereset en kan het spel weer van voren af aan beginnen. Op het scherm zullen ten gevolge hiervan de LED's één voor één van links naar rechts oplichten, telkens opnieuw.
Klok De klokpulsen voor 15-teller IC7/IC8 zijn afkomstig uit de blokgolf-generator, bestaande uit IC5b, C2 en P2/R14. De generator is alleen ingeschakeld, indien pen 5 van IC5b "hoog" is. De werking van deze klokgenerator berust op het beurtelings opladen en weer ontladen van C2 via P2/R14. Indien de uitgang van IC5b, pen 4 dus, "hoog" is, dan wordt C2 opgeladen; bij een "laag" op de uitgang van IC5b ontlaadt C2 zich weer. Het IC werkt echter als een
IC1
IC2
ooooooooo
'ooooooooo
looooooooooooooo
inverter. Daardoor wordt een "hoog" op pen 6 van IC5b in een "laag" aan de uitgang omgezet en wordt een "laag" in een "hoog" omgezet. Dit heeft dan ook tot gevolg dat, zodra het spanningsnivo op C2 gelijk begint te worden aan dat van de ICuitgang, het uitgangsnivo plotseling omklapt naar een tegengesteld nivo. Was de kondensator zich net aan het opladen, dan zal deze zich nu gaan ontladen en omgekeerd. Doordat dit spelletje zich maar blijft herhalen, is er op de uitgang van IC5b dus een blokspanning beschikbaar De frekwentie daarvan kan met P2 worden ingesteld.
Trigger-schakeling Wanneer de klok-generator onbeperkt doorloopt, dan krijgen we alleen een goed afleesbaar skoop-beeld, een beeld dat netjes blijft stilstaan, wanneer de frekwen-
sy®
Figuut 3. De onderdelenopstelling en de layout voor het maken van de LED-print ("displayprint"). De koperzijde is gespiegeld.
Onderdelenlijst Display-print: R1 . . . R 1 0 = 2 2 Q ^''' T l . . . T 1 0 = BC557 D l . . . D 1 6 0 = 3 m m LE£^ rood ' P IC1,IC2 = U L N 2 8 0 3 A
tie van het ingangssignaal gelijk is aan de frekwentie waarmee de horizontale "afbuiging" plaatsvindt. U krijgt overigens ook een stilstaand beeld indien de ingangsfrekwentie een geheel veelvoud is van die van de horizontale "afbuiging". Aangezien we meestal een bepaalde vaste ingangsfrekwentie hebben, welke we liever niet willen (of niet kunnen) veranderen, dient dus de frekwentie van de horizontale "afbuiging" instelbaar te zijn. De horizontale "afbuigings"frekwentie kan in figuur 2 met behulp van P2 worden ingesteld. Toch zal, in verband met temperatuurschommelingen en dergelijke, altijd wel één van beide genoemde frekwenties een beetje kunnen verlopen. Op het scherm resulteert dit dan in een hinderlijk, voortdurend naar links of naar rechts verschuivend plaatje. We moeten dus een manier vinden om de horizontale afbuiging altijd in de pas te laten lopen met het ingangssignaal. Een veelgebruikte methode hiervoor, die in alle oscilloskopen wordt toegepast, is het zogeheten "triggeren" van de horizontale generator met behulp van het ingangssignaal. Ook in de LED-skoop is een dergelijke trigger-schakeling aanwezig. Deze is linksboven in figuur 2 te vinden, en bestaat uit het gedeelte rond IC4, IC5a en IC6a. Van het ingangssignaal dat op konnektor K5 binnenkomt, wordt een deel naar de ingang van de triggerschakeling gestuurd, en wel naar pen 2 van IC4. Om te zorgen dat zowel IC3 als IC4 niet door te hoge ingangsspanningen kunnen worden "opgeblazen", is op de signaal-ingang een spanningsbegrenzer aangebracht. Deze bestaat uit twee dioden. Dl 61 en D162. Beide dioden zijn in serie geschakeld. De uiteinden van de serieschakeling zijn met plus 10 volt en massa verbonden. Hoewel dus de voedingsspanning over de dioden staat, loopt er toch geen stroom, aangezien beide dioden voor de elex - 4-31
Onderdelenlijst Driver-print:
FIPW
R11 = 560 kQ R12 = 47 kQ R13 = 4,7 kS R14 = 10 kQ R15 = 12 kQ R16 = 2,2 kQ ,P1 = 500 kQ lin . potmeter f::P2 = 1 MQ log. potmeter | C l , C 4 . . . C 7 = 100 nF C2 = 1 nF C3 = 100(.iF/25 V llll: IC3 IC4 IC5 IC6
= = = =
UV13914 UV1311 4093 4013
lil:
IC7,iC8 = 4017 IC9 = 7810 D161,D162 = 1N414g;ïW S1 = schakelaar enkelpoüg om Geschatte bouwkosten, zonder voeding en behuizing, - 1 circa f 70,-
Figuur 4. De layout/onderdelenopstelling voor de aansturingsprint ("driver-print"). Figuur S. De LED-print van ons prototype.
voedingsspanning in sperrichting staan. Voor (te) hoge ingangsspanningen op konnektor 5 geldt dit echter niet. Indien de ingangsspanning op K5 hoger dan circa 10,6 volt dreigt te worden, dan komt Dl 61 in geleiding. Wordt de ingangsspanning lager dan min 0,6 volt, dan komt Dl 62 in geleiding. De beide dioden begrenzen de ingangsspanningen dus tot een gebied dat tussen 0,6 volt beneden massa-nivo en 0,6 volt boven het positieve voedingsspanningsnivo ligt. IC4, van huis uit een gewone opamp, is als een zogeheten komparator geschakeld. Dit wil alleen maar zeggen dat er bij deze opamp helemaal geen tegenkoppel-weerstand tussen de uitgang (pen 7) en de inverterende ingang (pen 3) is aangebracht. Als gevolg daarvan is de spanningsversterking van de opamp tot een waarde van 4-32 - elex
(theoretisch) oneindig gestegen. Het gevolg daarvan is dat de uitgangs spanning van IC4 alleen nog maar een extreem maximale of een extreem minimale waarde kan aannemen. De uitgangsspanning van IC4 kan dus alleen nog maar op massa-nivo of op het positieve voedingsspanningsnivo liggen. De tussenliggende uitgangsnivo's kunnen niet meer via de ingangspennen van het IC worden ingesteld. Komt de ingangsspanning op pen 2 (de nietinverterende ingang) boven een bepaald nivo, dan "knalt" de uitgang onmiddellijk naar plus 10 volt. Daalt de ingangsspanning net iets beneden het zojuist genoemde nivo, dan "knalt" de uitgang van IC4 naar massa-nivo. Het ingangs-spanningsnivo waarbij dit gebeurt, kan met PI worden ingesteld; deze
potmeter bepaalt dus het "omslagpunt" van komparator IC4. Omdat IC4 door zijn enorm hoge spanningsversterking ook bij zeer geringe ingangssignalen onmiddellijk "vastloopt" tegen voedingsspannings-nivo of massanivo, wordt bijvoorbeeld iedere sinusvormige ingangsspanning door de
komparator in een blokvormige spanning omgezet. De frekwentie van deze blokgolf is gelijk aan die van de sinus. De blokgolf loopt dus automatisch "in de pas" met het ingangssignaal. De blokvormige uitgangsspanning van komparator IC4 wordt gebruikt voor het op het juiste moment in-
Figuur 6. De koperzijde van ons prototype. De 160 LED's dienen ftier (goed-om!) op vast te worden gesoldeerd.
schakelen van de klokgenerator rond IC5b. Dit gebeurt door nniddel van D-flipflop IC6a, welke via zijn Quitgang het nivo op pen 5 van de IC5b kan bepalen. Zodra er door IC4 een klokpuls aan IC6a wordt geleverd, wordt de Q-uitgang van IC6a "hoog" en begint IC5b te genereren. Het genereren stopt echter, zodra beide tientellers, IC7 en IC8, al hun tellerstanden hebben afgewerkt. Dan worden via Q9 van IC8 niet alleen beide tientellers weer in hun beginstand gezet, maar wordt ook IC6a gereset, zodat de klokgenerator stopt. Pas bij een volgend blok uit IC4 wordt de klok weer even ingeschakeld. Bij het ontbreken van een ingangssignaal op K5 branden er dus geen LED's, omdat er dan geen trigger-signaal is. We zien in figuur 2 ook nog een schakelaar (SI) en een inverter tussen IC4 en IC6a zitten. Met SI kan men kiezen of de klok op een opgaande of op een dalende flank van bijvoorbeeld de ingangs-sinus moet triggeren (d.w.z. worden ingeschakeld). Heeft men met SI gekozen op welke flank men de skoop wil laten triggeren, dan stelt men daarna met PI het precieze moment in waarop de LED-skoop moet beginnen te "schrijven".
Figuur 7. De "driver-print" zorgt voor de aansturing van de LED-print. Beide printen ifunnen worden gesandwictied. Figuur 8. De verscfiiiiende ICbeliuizingen op een rijtje.
4017
4013
Opbouw Zoals al uit het voorgaande gebleken is, bestaat de LED-skoop uit twee printen. Deze zijn in figuur 3 en figuur 4 te zien. In figuur 3 is de onderdelen-opstelling en de (gespiegelde!) koperzijde van de LED-print afgebeeld, terwijl figuur 4 beide kanten van de aansturings-printlayout laat zien. Zie voor de LED-print ook de foto's van ons prototype (figuur 5 en 6). Bij de LED's moeten de kathodes van iedere rij met een draad worden doorverbonden. Deze draad moet boven de koperzijde van de print zweven en met de aansluitpunten van ICl en IC2 worden verbonden. De anode-lijntjes daarentegen, die loodrecht op de kathode-draden lopen, zijn wèl op de print-layout aanwezig. Iedere LED dient door zijn ei-
HiMüHilMillLJ-^
O5
Oi
OQ
EMIT OUT IN+ IN Vcc -
D
02
Q6
O7
O3
^
H l U s H Vcc + C 2 7 H COL OUT C3 6 H BAUSTRB Cf 5 ] BALANCE
LH3914 EDNO
;
ULN2803A —
lEONO 4
IB
— (EONO i SIGNSL INPUT
—
— lEDNO 6
3 — EEDND }
DIV(D£B IHIGHEN01
1
HEFENEMCE (]UTPUT
—
I4EEEE1ENCE ADJUST
k^ '
MOEIE SELEEr
—
EED NO S EED N O S
EONO 10
OESO CMAINSENSE RESISTORI
gen twee eilandjes op de print te worden gestoken en te worden vastgesoldeerd. De kathode-draad van iedere LED wordt op iets grotere lengte afgeknipt, zodat de zwevende kathode-draad hieraan kan worden vastgesoldeerd. Van de aansturings-print van ons prototype is alleen de onderdelenzijde gefotografeerd (figuur 7). Omdat hun afmetingen identiek zijn, kunnen beide printen desgewenst worden gesandwiched. Omdat u dit misschien bij het opbouwen wel handig vindt, hebben we in figuur 8 de behuizingen van de gebruikte IC's afgebeeld. Hoewel u het hier beschreven skoop-deel ook los kunt gebruiken, zijn er voor volgende maanden nog een tweetal uitbreidingen gepland in de vorm van een ingangs-versterker/verzwakker en een uitgebreidere klokgenerator met omschakelbare bereiken. Dit laatste deel wordt dan op de punten "START" en "EXT." aangesloten. Hebt u het uitbreidingsgedeelte niet nodig, dan kunt u desgewenst zelf een instelbare of vaste spanningsdeler op K5 aansluiten. Daarna kunt u de LEDskoop eventueel in een of andere bestaande audioschakeling inbouwen. De voedingsspanning voor de schakeling dient 13 volt te bedragen en gestabiliseerd te zijn. De meeste 12 V/500 mA adapters leveren voldoende spanning om deze schakeling van voeding te voorzien. (906038X) elex
4-33
auto-pauze-timer voorkomt ongelukken onderweg
Er zijn nog steeds mensen die de auto een bij uitstek geschikt vervoermiddel voor de langere afstand vinden. Nu bieden sommige auto's inderdaad wat meer komfort bieden dan het gemiddelde treinstel van onze spoorwegen, maar dat houdt tevens een risiko in. Te veel komfort gedurende te lange tijd doet de aandacht van de automobilist verslappen en kan funeste gevolgen hebben voor het uiterlijk van de auto. Laat staan voor het welzijn van de inzittenden. Hoewel we ons in principe alleen bezighouden met allerhande technische zaken, zijn er momenten dat we ook aan de lezers denken. En niet alleen omdat we zuinig zijn op de omvang van het abonneebestand, maar ook omdat het ons een heel goede zaak lijkt om schakelingen die "gezondheidsbevorderend" kunnen werken, te publiceren. Daarom introduceren we ruim voor de grote vakantiedrukte aanbreekt deze schakeling. Een auto-pauzetimer, die door middel van een aantal LED's aangeeft hoe lang we nog mogen rijden voordat de bestuurder aan een rustpauze toe is 4-34 - elex
(en niet de auto, zoals de titel zou kunnen doen vermoeden). Want als we de statistieken mogen geloven, neemt het aantal verkeersongevallen op de snelwegen naar het zuiden nog steeds toe, met duidelijke pieken aan het begin van de vakanties. De oorzaak ligt vaak in het te lang achtereen achter het stuur zitten. Ongemerkt slaat de vermoeidheid dan toe. En wanneer je dan plotseling op een onverwachte situatie moet reageren, ben je net iets te laat. Om dat soort verrassingen met vaak ellendige afloop te voorkomen, is het verstandig om niet langer dan 2 uur achtereen
te rijden. Daarna is het even tijd voor ontspanning, alvorens opnieuw in de auto te stappen en weer 2 uur lang sardines-in-een-blikje te spelen.
De
timer
De auto-pauze-timer is de bestuurder behulpzaam met het timen van de "verplichte" pauze. Door middel van een aantal LED's wordt aangegeven hoeveel tijd er al om is van de twee uur die gereden mag worden. Figuur 2 geeft een indikatie hoe dit er uit kan zien. Acht groene LED's op een rijtje geven de resterende rijtijd aan en een rode gaat knipperen als we moeten stop-
pen. Wanneer we met de reis beginnen, lichten alle groene LED's op. Na ieder kwartier gaat er een LED uit. We kunnen dan op het kwartier nauwkeurig zien hoe lang we nog mogen. Nadat het laatste kwartier is verstreken, gaat de rode LED knipperen: de tijd is om, verplichte pauze! Het is natuurlijk ook weer niet de bedoeling dat u dan terstond op de rem gaat staan, want daarmee bent u nog verder van huis. Neem dan rustig de tijd om een geschikte plek op te zoeken. De rode LED blijft nog wel even knipperen. Wanneer het kontakt van de auto wordt uitgescha-
keld, wordt de timer spanningsloos en "vergeet" daardoor de stand. Na de pauze wordt de timer weer gereset door het opkomen van de boordspanning en u heeft weer twee uur voor de boeg. Er is echter een ding dat de timer niet voor u in de gaten houdt: de lengte van de pauze. Dat mag u zelf bepalen!
De
schakeling
In figuur 3 zien we het blokschema uitgewerkt. Het blok bovenaan bevat een oscillator die een blokgolf opwekt, en een deler die uiteindelijk een bloksignaal met een periodetijd van een kwartier oplevert. Dit "kwartier"-signaal wordt geïnverteerd en vormt dan het kloksignaal voor een schuifregister. Dit register is in eerste instantie leeg, maar na ieder kwartier wordt er een "1" naar binnen geklokt. De uitlezing geschiedt met behulp van een aantal LED's. Deze maken de inhoud van het register zichtbaar. Wanneer ook het laatste bitje van het register hoog is, kunnen we een waarschuwingsLED laten knipperen. We gebruiken hiervoor een blokgolf die we uit de deler halen. Omdat de schakeling zijn voeding aan het boordnet van de auto onttrekt, gaat de inhoud van het schuifregister verloren bij het uitschakelen van het kontakt. Wordt het kontakt weer ingeschakeld, dan worden de deler en het register automatisch gereset. De timer begint dan weer geheel van voren af aan.
De oscillator en deler We duiken eerst even in het schema, figuur 5. De oscillator en deler worden gevormd door ICl. Dit is een ripple-counter met "zelf oscillerende ingang". Een paar externe komponenten zijn voldoende om de klokfrekwentie op te wekken. De frekwentie wordt bepaald door C6 en de gezamenlijke waarde van R5 en PI, Met PI kunnen we de oscillator afregelen op de juiste frekwentie. R6 verzorgt de terugkoppeling.
waardoor de schakeling kan oscilleren. Willen we op uitgang Q13 van de deler een blokgolf hebben met een periodetijd van een kwartier, dan kunnen we de gevraagde oscillatorfrekwentie Fosc als volgt berekenen: De periodetijd Tp op Q13 = 15 minuten; dit is 15 x 60 = 900 sekonden. De frekwentie van dit signaal = 1/900 Hz. Tussen het oscillatorsignaal (Po) en Q13 liggen 14 delertrappen; de deelfaktor is dus 2^*. FOSC — 1/900 X 2 " = 18,2 Hz.
De oscillatorfrekwentie moet dus 18,2 Hz zijn om op Q13 een blokgolf met een periode van precies een kwartier te krijgen. Voor Fosc geldt dat Fosc = 1/(2,5 X R X C). C is hier C6 (= 220 nF). R is R5 + PI en varieert tussen 82 kQ (met PI kortgesloten) en 132 kQ. De
1
1
'80
'82
t
I
I
'84
'86
'88
aantal verkeersslachtolfers (oorzaak vermoeidheid)
oscillator
delertrappen
Il M 1 1 1 ''
laagste waarde v o o r rosc IS!
1 / (2,5 X 82 X 103 X 220 X 10-5) ^ 14 Hz. De hoogste waarde is: 1 / (2,5 X 132 X 103 X 220 X 10-9) = 22 Hz. De gewenste 18,2 Hz. zit hier mooi tussen in. Bent u in het gelukkige bezit van een oscilloskoop of een frekwentiemeter, dan kunt u deze frekwentie eenvoudig afregelen. Op PO is de te meten blokgolf aanwezig. Anders zult u het proefondervindelijk moeten doen, en met een klok in de hand moeten checken of het kwartier van Q13 daadwerkelijk 15 minuten is. Een snellere, maar minder nauwkeurige methode is door
906009X • 11
Figuur 1. Uit deze grafiek biijlft dat het aantal verltoersslaciitoffers van ongevallen onstaan door oververmoeidheid, nog steeds toeneemt.
3
^
I
'90
Figuur 2. Het principe van de timer. Een rijtje groene LED's geeft aan hoe lang er nog gereden mag worden, terwijl de rode LED "Oh" gaat knipperen wanneer alle tijd verstreken is: tijd voor een pauze!
inverter
* schuilregister
^ uitlezing 906009X •13
met een LED (en een serieweerstand) te kijken hoe lang Q8 hoog is. Dit moet precies 14 sekonden zijn. Bij het aanzetten van de timer moet ICl worden gereset. Gebeurt dat niet, dan bestaat de kans dat de deler met een willekeurige waarde is gevuld, eri uitgang Q13 zou dan wel eens eer-
Figuur 3. Het blokschema van de auto-pauze-timer. De schakeling bestaat uit een oscillator, gevolgd door een aantal delertrappen. Hier wordt een blokgolf met een periodetijd van een kwartier opgewekt. Deze wordt via een inverter naar een schuifregister gevoerd. De inhoud van dit register maken we zichtbaar met een aantal LED's.
elex - 4 - 3 5
der hoog kunnen worden dan de bedoeling is. Het is dus logisch dat de inhoud van de deler geheel leeg moet zijn voordat het tellen begint. Dit resetten gebeurt door het even hoog maken van de reset-ingang van het IC wanneer de voeding wordt ingeschakeld. C5 en R2 zorgen hiervoor.
Het schuUregister en de uitlezing Ook het schuifregister, IC2, wordt automatisch gereset. Het netwerkje R4, C7 zorgt er namelijk voor dat de clear-ingang (aktief laag) van het register enige tijd laag blijft na het opkomen van de voeding. Alle 8 uitgangen van het register zijn dan laag; de aangesloten LED's (Dl t/m D8) zullen dan allemaal oplichten. Nu is het de bedoeling dat er ieder kwartier een "1" wordt ingeklokt in het register. Dus na een kwartier wordt de uitgang Qa hoog, en zal de aangesloten LED doven. Na nog een kwartier wordt ook uitgang Qb hoog, en zal ook de tweede LED doven. En zo gaan we het rijtje af. De seriële ingangen van het register maken we beide hoog, dit is nodig om een 'T' naar binnen te laden. Nu werkt de klokingang op een stijgende klokpuls. Dat wil zeggen: datgene wat er
y_periode =
1 kwartier
Figuur 4. De noodzaak van de inverter. Het bovenste signaal staat op Q13 (ld), het onderste signaal is de gein verteerde versie daarvan. Aangezien de Idoltingang van IC2 reageert op de opgaande flanic van het signaal, moeten we dus het geïnverteerde signaal voor de klokingang gebruiken. Er wordt dan na een hele periode ingeklokt en niet na een halve wanneer we het signaal van Q13 rechtstreeks zouden gebruiken.
^ 1
Q13
"i
1 1
> periode 1
i
1^ 1 1
signaal lü inverter
f
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1
1
j
inl
op de seriële ingangen staat wordt pas ingeladen op het moment dat het nivo op de klokingang van laag naar hoog verandert. En nu zitten we met een probleem, omdat Q13 al na een halve periode hoog wordt. Het resultaat daarvan zou zijn dat het eerste kwartier maar IVz minuut zou duren, en dat leek ons toch wat al te gortig.
Vandaar dat we het signaal van Q13 eerst inverteren en pas daarna aan de klokingang van het register toevertrouwen. Figuur 4 geeft dit grafisch weer. Het kloksignaal wordt dan wel hoog bij het inschakelen van de voeding, maar dat geeft niet want het register wordt immers toch gereset. Na een kwartier wordt de klok opnieuw hoog en dan
1 ^ ^
wordt de eerste "1" binnengeklokt. Zo werkt de schakeling korrekt. De inverter is opgebouwd rond transistor TL Een extra "alarm"-LED (D9) is aangebracht om aan te geven dat de 2 uur rijtijd echt om is. Op de kathode staat een blokgolf met een frekwentie van ongeveer 1 Hertz, die wordt betrokken uit de deler ICl. Wanneer de spanning op de anode hoog wordt, zal de LED dus gaan knipperen en dat gebeurt wanneer de ingeklokte 'T' op de laatste uitgang (Qh) van het schuifregister verschijnt. Tenslotte nog wat over de voeding. Zoals we al hebben geschreven betrekt de schakeling zijn voeding uit het boordnet. IC3 stabiliseert deze spanning op een waarde van 5 volt: de voedingsspanning van de schakeling.
120 min. 105 min
Figuur S. Het schema van de timer. De verwantschap met figuur 3 valt duidelijk te herken-
4-36 -
elex
elex-abc 1—i
Figuur 6. De layout van de print. De opbouw tiiervan zal niet meer dan een uurtje of zo in beslag nemen.
kloksignaal: digitaal signaal dat op een klokingang van een teller, deler, flipflop, of register wordt aangeboden. Bij delers en tellers bestaat dit signaal uit de pulsen die gedeeld of geteld moeten worden. Bij flipflops en registers wordt of het nivo, of de stijgende of dalende flank van het kloksignaal op de klokingang gebruikt om een signaal dat op de data-ingang wordt aangeboden in te laden.
Onderdelentijst: Fi1,R2 = 100 kQ • ï : . * ' R3 = 22 kQ •fil^ll R4 = 1 MQ B^ï/J' R5 = 82 kQ fc|i':i^. R6 = 220 kQ R7, . .R15 = 3 3 0 Q ( # 1 PI = 50-kÖ-instelpot " H : . ' C l = 100 )JF/25 V racliiai
C2,C5,C7 = 100 nF
W»
C3,C4 = 22 nF C6 = 220 nF C8 = 2,2 nF/10 V radiaafc Dl
.08
schuifregistcr: een register dat bestaat uit een rij flipflops. De flipflops kunnen data naar elkaar kunnen doorschuiven. Dit gebeurt op het kommando van het kloksignaal op de klokingang. Afhankelijk van het type register kan dit de data in twee richtingen opschuiven. Data kan op deze manier serieel zowel naar binnen als naar buiten worden geklokt Vaak is de inhoud van een aantal naast elkaar liggende flipflops afleesbaar, waardoor we over parallelle data beschikken. Wanneer deze flipflops ook van buiten af met data geladen kunnen worden, spreken we van een register met parallelle ingang.
LED 5 mml
groen D9 = LED 5 mm rood i T l = eC547A IC1 = 74HCT4060 i !C2 = 74HCT164 :;sj iC3 = 7805 liJül iC-voeten: '•l|yp* 16-p8nsnX), 1 8 - p ^ p | K r behuizing: type i m l t a ^ a ^ h . 112 X 62 X 31 'fW • afmetingen: 42 x 91 m m £ Geschatte bouwkosten zonder print en behuizing oa. / 20,-
De
praktijk
Het bouwen van de schakeling zal weinig problemen opleveren. Figuur 6 laat de print zien. We raden aan om ICl en IC2 in voetjes te monteren. Voor de LED's kunnen ronde of platte typen worden gekozen, afhankelijk van uw eigen smaak. Knip de draden niet te kort af, want de LED's moeten natuurlijk boven de rest van de schakeling uitsteken. Maak de bedrading die de timer van voeding moet voorzien niet te kort. Kies een passende behuizing voor de print en boor daar de gaatjes voor de LED's in. Houd ook rekening met de
bedrading "naar buiten toe". Voordat de schakeling definitief in de auto wordt bevestigd, moet hij worden afgeregeld. Zodra de timer onder spanning wordt gezet moeten de groene LED's gaan branden. Is dit in orde, dan moet met behulp van PI de oscillatiefrekwentie zo worden ingesteld dat het precies een kwartier duurt voordat de eerste LED dooft. In het gedeelte "oscillator en deler" hebben we ook nog andere manieren aangehaald om de juiste frekwentie in te stellen. Nadat de schakeling is afgeregeld, kan hij definitief in de auto worden bevestigd. Het kast-
je kan op een duidelijk zichtbare plaats op of onder het dashboard wordt gemonteerd. Het is natuurlijk veel mooier wanneer de timer rechtstreeks in het dashboard wordt geïntegreerd, maar daar moet dan wel ruimte voor zijn en . . . het geeft wat meer werk. Op de foto is te zien hoe wij het hebben gedaan. En dan is het wachten op mooi weer. We kunnen dan een eind gaan rijden en kontroleren of ons gevoel van "vermoeid zijn" gelijke tred houdt met de door de timer aangegeven verstreken tijd! (906009X)
ripple counter: een deler die bestaat uit een rij flipflops. ledere flipflop deelt het op de ingang aangeboden signaal door twee en geeft het door aan de volgende. De ingang van de eerste flipflop is de klokingang van de deler Meestal wordt de inhoud van een aantal flipflops naar buiten gevoerd, waardoor we over meerdere deleruitgangen kunnen beschikken, tedere deleruitgang noemen we Q, waarachter we het nummer van de desbetreffende flipflop vermelden. Q13 is dus de uitgang van de dertiende flipflop. De deelfaktor van het kloksignaal is op dit punt 2^". elex
4-37
salto mortale elektronisch akrobaten-spel naar een idee van H. de Belder
U zult, net als wij, ongetwijfeld wel eens het cirkus bezocht hebben en met ingehouden adem, bonzend hart, gekruiste vingers en gekrulde tenen het halsbrekende trapeze-werk hebben gadegeslagen dat zich in de nok van de tent afspeelt. Met het hierna beschreven apparaatje kunt u deze bloedstollende verrichtingen elektronisch nabootsen en uzelf zodoende ook een beetje artiest voelen. De essentie van deze "salto mortale'-schakeling is het uitbeelden, door middel van LED's, van de bewegingen die een cirkus-artiest moet maken als hij zich van de ene trapeze naar de andere verplaatst en onderweg ook nog een salto mortale moet uitvoeren. De cirkus-artiest staat aan het begin van deze stunt op een platform en houdt de eerste trapeze vast. Dan laat hij zich, de trapeze vasthoudend, van het platform vallen, zodat hij een 4-38 - elex
flinke zwaai maakt. Aan het eind van de zwaai, dus op het punt waar hij het verst van het start-platform verwijderd is, dient hij de trapeze op het juiste moment los te laten, anders mislukt zijn stunt. Dan voert hij een salto mortale uit en grijpt exakt op het goede ogenblik de tweede trapeze. Hieraan hangend zwaait hij naar het punt van aankomst, een metalen grijpstang welke aan het aankomstplatform is bevestigd.
Knopjes
en
LED's
Om te zien hoe dit alles elektronisch kan worden nagebootst, werpen we een blik op figuur 1. Op deze foto is de bovenzijde van ons prototype te zien. De beide trapezen (of liever gezegd: hun banen) worden door de twee boogvormig opgestelde rijtjes LED's gesymboliseerd. De LED-cirkel in het midden stelt de saltomortale-beweging voor. Beneden op de foto zijn een vijftal schakelaars te zien
voor het regelen van de bewegingen van de artiest. De meest linkse knop is een reset-knop; hiermee wordt de schakeling op "gereed" gezet na het inschakelen van de voedingsspanning. Met de tweede knop start u de schakeling en begint de artiest aan zijn zwaai aan de linker trapeze. De veranderende positie van de linker trapeze wordt uitgebeeld door het één voor één oplichten van de LED's van de linker LED-boog. Brandt
het LED-je dat zich het dichtst bij de salto-mortaleLED's in het midden bevindt, dan drukt u op de derde knop. Hiermee zorgt u dat de artiest de eerste trapeze loslaat en aan de salto mortale begint. Deze wordt uitgebeeld door het één voor één oplichten van de LED's uit de cirkel. Aan het eind van de salto mortale dient de artiest precies op het goede moment de tweede trapeze te grijpen, de rechter LED-boog dus. Dit bereikt u door op de vierde knop te drukken. Is dit gelukt, en heeft de artiest dus de tweede trapeze kunnen grijpen, dan kunt u dit zien aan het één voor één oplichten van de LEDjes van de rechter LEDboog. Toch zijn de problemen dan nog niet voorbij, want aan het eind van deze zwaai moet ook nog de grijpstang op het aankomst-platform gegrepen worden. Hiervoor moet u op de meest rechtse knop drukken. Behalve de zojuist genoemde (rode) trapeze- en (gele) salto-mortale-LED's bevat de schakeling ook twee groene LED's. Deze zijn geheel links en geheel rechts onder de LED-bogen gemonteerd en geven aan dat de artiest nog veilig op het linker platform staat of veilig op het rechter platform is aangekomen. Tenslotte moet natuurlijk ook nog worden aangegeven, wanneer de stunt mislukt en de artiest een val in het net maakt. Hiertoe is onder de salto-mortale-cirkel een rode LED aangebracht, welke gaat branden als het fout gaat. Om uw paniek in dit geval nog erger te maken, klinkt er dan ook nog een luide piep uit een piëzobuzzer
Het belangrijkste onderdeel van zo'n schakeling is in het huidige schema een tienteller van het type 4017 (IC5. . .IC7). Indien aan pen 14 van dit IC-type klokpulsen worden toegevoerd, dan worden de uitgangen van het IC (QO. . . .Q9) één voor één "hoog", zodat de LED's die aan deze uitgangen bevestigd zijn, om de beurt oplichten. De andere kant van de LED's is via een gemeenschappelijke voorschakelweerstand (R14) met massa verbonden. Als de schakeling gereset wordt door op SI te drukken, dan worden IC5. . . IC7 in hun laagste "stand" gezet. Dit betekent dat bij de drie IC's de QO-uitgang "hoog" is. Ook alle andere IC's die aan de reset-lijn vastzitten,
te weten de vier flipflops ICla/b en IC2a/b, worden dan gereset. Bij een reset wordt de Q-uitgang van ICla "hoog", zodat LED Dl gaat branden, ten teken dat de artiest gereed staat op het start-platform.
Blokgolven klok-signaal
als
De klok-signalen voor de drie "looplichten" worden door drie verschillende klokgeneratoren geleverd. In het schema zijn dat IC3a, IC3b en IC4a. Aan het op deze IC's getekende hysteresissymbooltje kunnen we zien dat we hier met Schmitttrigger-NAND's te doen hebben. Het opwekken van blokgolven bij de bovenste klokgenerator ontstaat doordat
IC3a tracht om de bovenste plaat van kondensator Cl via R3 op hetzelfde spannings-nivo te krijgen als zijn eigen uitgang. Door de hoge waarden van Cl en van R3 kan de spanning op de bovenste plaat van Cl die op de uitgang echter maar langzaam volgen. Is de spanning op de bovenste plaat van Cl eindelijk een beetje "op de goede weg", dan klapt het uitgangsnivo plotseling om en moet de spanning op Cl weer "terug naar af'. Dit komt doordat IC3a zich als een Inverter gedraagt (mits pen 2 "hoog" is). De uitgang van deze inverter handhaaft daardoor altijd een nivo dat tegengesteld is aan dat van de ingang. Het ingangsnivo komt in de schakeling over-
1
"Looplicht" In het schema van figuur 2 kunt u zien wat er zoal aan elektronica nodig is om de "salto mortale"-schakeling te laten werken. De één voor één oplichtende LED's voor de twee trapeze-bogen en de saltomortale-cirkel zijn door middel van een drietal looplichtschakelingen gerealiseerd.
Figuur 1. De twee (rode) LEDbogen stellen ieder een trapeze voor. De (gele) LED-cirkel in het midden symboliseert een salto mortale. De (groene) LED 's geheel links en rechts vormen het start- en aankomst-platform. De (rode) LED in het midden duidt, samen met de piëzo-buzzer, een val in het net aan. '
elex -
4-39
^
f§^ ©
A^-51^ QO Q1
15
14
Q2
RST
CLK
03 IC5 Oi 10 4017 Q5 7^
Q6 13
ËNA
DBVÏ-». D 9 ^ - - ^
Q7 11^
Q8
D10
^
Q9
5V©
18
D11
'^' rc3d 131
ï H
1N4148
i!§^
5V(
S3
®
jj-
®
QO 17^
Q1
-
15
Hll-
14
CLK
10)1 10V
IC6 Q« 4017 Q5
10
13 " ^ l l
C3|
ENA
Q7 Q8
I I
1>
r
W Ö^
. ^ 3 ^ D17 20^
D19^--»-
21-.
P20
24-
D21
[8
5V© BC557B
022
IC1,IC2 = 4013 IC3,IC4 = 4093
1N4148
© 15
14^,
QO Q1 Q2
RST
13j^ Bzl
Dl 2
.^
Q3
C4
•Hlh
14
CLK
IOM
IC7 Q4 4017 Q5
10V
isJ^
10
i2r
Q6 13
Q7
ENA
35-.
Q8
T
.?
Q9
1 1'^"
n
P31
11
18
D32
10
S5_
D C6
Q
12
IC2b
—Oh 10(1 10V
R13I
-
. 11
CLK
D33 Q
13
26^
5V©
>h
25^
1;Ï
1
II R141
|
906029X-11
4-40 — elex
Tl
R4 lOk
i!%
5V
100n
Q9
10V 1
è
C7
" ^
_!6^D18i^-i-
Q6
R6r*1
V " - ^
HN^
Q3
C2
D14
19-y 015^:-»-
Q2
RST
IC1 IC2 IC3 IC4
Figuur 2, De flipflops aan de linkerkant schakelen de klokgeneratoren aan of uit. Deze laten de 4017's en de daaraan bevestigde LED's "lopen". Schakelaar SI is de resetknop; S2 is de start-knop Met S3 laat de artiest de eerste trapeze los en begint aan de salto. Een druk op S4 laat de artiest de tweede trapeze grijpen, terwijl hij met een druk op S5 de platform-stang aan de overzijde vastgrijpt.
een met de spanning over Cl; Cl is immers direkt met pen 1 van IC3a, de ingang, verbonden. Populair gezegd probeert Cl via R3 hetzelfde spanningsnivo te krijgen als de uitgang van IC3a, maar de uitgang op zijn beurt wil precies het tegengestelde nivo hebben als de ingang. De uitgang klapt dus iedere keer als Cl een beetje in de goede richting gaat snel om. Het periodieke omklappen van de uitgang vindt snel (een paar maal per sekonde) plaats en zeer regelmatig, zodat er aan de uitgang van IC3a dus een blokspanning beschikbaar is. Deze blokspanning, en ook die op de uitgang van IC3b en IC4a, dient als klok-signaal voor de drie 4017-IC's.
Flipflops De drie klok-generatoren kunnen via de bovenste ingangspennen, dus die waaraan zich geen elko bevindt, worden in- en uitgeschakeld. Of de generatoren in werking zijn of niet, wordt derhalve bepaald door het nivo van de Q-uitgangen van de
drie D-flipflops die links van de klok-generatoren zijn getekend. Onder deze drie flipflops bevindt zich nog een vierde exemplaar, waarover dadelijk meer. U kunt zelf de vier flipflops links in figuur 2 laten omklappen door op de geheel links in het schema getekende schakelaars SI of S2. . . S5 te drukken. Aan S 3 . . . S5 ziet u overigens de elkds C2, C4 en C6 vastzitten, terwijl aan S2 geen elko is bevestigd. De reden hiervan is, dat het er niet toe doet, op welk moment of hoe lang u startknop S2 indrukt, maar dit we! van belang is bij S3 (loslaten eerste trapeze), bij S4 (grijpen tweede trapeze) en bij S5 (grijpen van grijpstang aan aankomstplatform).
een reset, te allen tijde door S2 gestart worden. Toch wil dat niet zeggen dat de LED's bij IC5 dan blijven "lopen". Ér is namelijk bij IC5. . .IC7 voor gezorgd dat deze worden lamgelegd zodra het desbetreffende IC in zijn hoogste stand komt, dus zodra Q9 "hoog" wordt. In figuur 2 is te zien hoe dit gerealiseerd is. Bij iedere 4017 is Q9 namelijk met de "enable"-ingang verbonden. Zolang deze ingang "laag" is, kan het IC normaal werken. Op het moment echter dat Q9 "hoog" wordt, legt het IC zichzelf via het "hoog" op de "enable-ingang lam en blijft het in de laatste stand staan. Omdat er op Q9 helemaal geen LED is aangesloten, zie we er dan ook geen meer branden.
Het bij de drie laatstgenoemde schakelaars aangebrachte RC-netwerkje zorgt ervoor, dat er maar één enkele puls aan de flipflops wordt doorgegeven en u de zaak niet kunt neppen door de desbetreffende schakelaar in te blijven houden. De puls dient door u dus op precies het goede ogenblik gegeven te worden. Op het ogenblik dat u de schakelaar indrukt, wordt het nivo dat op dat moment op de D-ingang van de desbetreffende flipflop staat, aan de Q-uitgang daarvan doorgegeven. Is de D-ingang op dat moment "hoog", dan wordt ook de Q-uitgang "hoog" en schakelt deze de daaraan bevestigde klok-generator in. De bijbehorende "looplicht"schakeling begint dan te lopen. Bij een "laag" op de Dingang daarentegen, blijft ook de Q-uitgang "laag" en wordt de klokgenerator niet ingeschakeld. Het daaraan bevestigde "looplicht" blijft dan in zijn laagste stand staan (QO "hoog"). Bij de startknop (S2) ligt de zaak iets eenvoudiger dan bij S 3 . . . S5. Door deze startknop kan de bijbehorende flipflop, nadat deze uiteraard eerst via SI gereset is, alleen maar geset worden; het door-klokken van een "O" is hier dus niet mogelijk. De klok-generator rechts van S2 kan dus, na
We hebben hierboven uitgelegd hoe de looplichten gestart kunnen worden en hoe ze zichzelf in hun laatste stand blokkeren. De schakeling bevat echter, om alles zo realistisch mogelijk te maken, ook nog wat elektronica om een val in het net aan te duiden. Dit gedeelte van de schakeling treedt in werking indien u net iets te vroeg of net iets te laat op S3, S4 of S5 drukt. Laten we echter eerst eens kijken, wat er gebeurt als het wèl goed gaat. In dat geval hebt u precies op het moment dat Q8 van IC5 "hoog" is (en dus LED DIO brandt), op S3 gedrukt. Het "hoog" op de met Q8 verbonden D-ingang van IClb wordt dan aan de Quitgang van IClb doorgegeven, zodat de tweede klokgenerator (IC3b) wordt ingeschakeld en dus IC6 begint te lopen. Bij het lager in figuur 2 getekende deel van de schakeling werkt het net zo. Als u dus op S4 drukt op precies hetzelfde moment dat Q8 van IC6 "hoog" is, dan kan IC7 gaan lopen. Indien u echter S5 indrukt terwijl Q8 van IC7 "hoog" is, dan wordt er door IC2b geen volgend looplicht gestart, maar gaat alleen LED D33 branden, ten te-
Ongeluk
ken dat de artiest veilig op het aankomst-platform is gearriveerd. Bij een te vroeg of te laat indrukken van schakelaars S 3 . . . S5 moet er "val in het net" plaatsvinden. Dit wordt gesymboliseerd door het gelijktijdig oplichten van LED D12 en het klinken van piëzo-buzzer Bzl. Dat deze twee onderdelen gelijktijdig aktief worden, is niet zo verwonderlijk, want ze staan parallel. Zodra Tl in geleiding komt, worden de LED en de buzzer van stroom voorzien, en komen ze in aktie. De LED is uiteraard, zoals gebruikelijk, van een stroombegrenzende voorschakelweerstand voorzien. Transistor Tl, die dus als elektronische schakelaar dienst doet, wordt in geleiding gebracht zodra de linkerkant van R4 "laag" wordt. Zoals in figuur 2 te zien is, gebeurt dat als minstens één uitgang van het groepje IC3d/IC4d/IC4c "laag" is. De uitgangen van deze drie genoemde IC's kunnen alleen maar "laag" zijn als hun beide ingangspennen gelijktijdig "hoog" zijn. In alle andere gevallen, dus één ingangspen "laag" en de andere "hoog" of beide ingangspennen "laag, is de uitgang "hoog" en klinkt er geen alarm. Indien u op het goede moment op bijvoorbeeld S3 drukt, dan wordt het "hoog" op Q8 van IC5 via de Dingang van IClb naar de Quitgang van ditzelfde IC_ door-geklokt. Naar de Quitgang van IClb wordt dus een tegengesteld nivo, oftewel een "O" doorgeklokt. Indien u echter op het verkeerde moment op S3 drukt, dus als Q8 van IC5 nog niet "hoog" is of al "hoog" geweest is, dan staat er een "hoog" ("1") op de Quitgang van IClb. Dit hoog komt op pen 13 van IC3d terecht. Zodra IC5 heel even daarna in zijn laatste stand gekomen is, en dus Q9 "hoog" wordt, gaat het alarm af. Het "hoog" op Q9 gaat namelijk direkt naar de tweede ingangspen (pen 12) van IC3d. Bij de andere schakelaars, 54 en 55, elex
4-41
Figuur 3. De onderdelen- en koperzijde van de LED-print. Deze laatste is gespiegeld afgebeeld.
m
Dig [feoT^DSI
D13
; T D 1 4
Ï - Tmo T ;
vTb23
i;o7j:°«i=
I
i
l
D12
•i
Das
OÓ
10 m 000000000
T4 soeassia 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0
21
5 4 E 9
1ë
3 7B
D30^^
Si
10 2 3
13
17
se 00 25
D27
3333 a7 3a 000000000 3 3
3 0 3 4 31
3S
^
e
^^_i_i_ij89 9 i i 9
©
B3
11 1 2 1 3
ooooooooooo 1 2 3 4 S B 7
Q _ 1 0 _ -
.QQOQQQQQ,
14
IS
o o oo IS
1B 2 0 2 2 2 4
ooooooooo 17
^^
2S
00 000 000 ->
CS
!ü
SB
U
D
C3
9\
34
Figuur 4. De beide kanten van de hoofd-print. Ook hier is de koperzijde gespiegeld, om een betere print-kwaliteit te kunnen krijgen.
OOOOOOOOO 2 7
2 9 31 3 3
3S
QQOQQQQQ
OQ 9
IC7
1O OO O OO O O
. o o 1 ^ -o 0o0 0. 0, 0 0Q0 O |^g >
'5"S'
/ y ^
28 3 0 32
Jü <
oo S^ S
13 2 1 S 3
OOQOQQQO, IC6
999999999
OOOOQOO 1
f AA C4 4 C
i^p
o
IC2
)l
'ooooooo' 1 QC C6
w cp
m
O
O
^^
_
^
Onderdelenlijst R1,R2,B4,R7,R8, ~" R10,Fi13 = lOkQ R3,R11 = 100 kQ R5,R14 = 330 Q R6,R9,R12 = 1 MS
•
C l . . X e = lO^F/IO V l C7,C8 = 100 nF D1,D33 = LED groen i D2. . .D10,D12, D23. . .D31 = LED rood D13. . .D21 = LED geel D11,D22,D32 = 1IS14148 T l = BC557B tC1,IC2 = 4013 ia IC3,IC4 = 4093 IC5 . . . 1C7 = 4017 Bzl = DC-buzzer SI . . .35 = drukknop 1 X maak (terugverend)
4-42
elex
werkt de alarm-melding net zo.
Konstruktie Voor het opbouwen van de schakeling kunt u de printlayout gebruiken die in figuur 3 en 4 is te zien. Het gaat hier om een tweetal printen, één print voor de LED's en eentje voor de rest van de elektronica (figuur 4). Let erop dat we de koperzijde van de layouts van nu af aan gespiegeld afbeelden. Dit geeft een veel scherper beeld ais u de gewoonte hebt om de layout eerst op folie te kopiëren, en daarna een kontaktafdruk op een stuk fotogevoelig printmateriaal maakt. U kunt van nu af aan dus de emulsie-zijde van de folie tegen de print leggen. Aangezien de schakeling CMOS-lC's bevat, moet u ervoor zorgen dat u niet statisch geladen bent als u de IC's vastpakt. Werk ook met een goed geaarde soldeerbout die vrij is van kapacitieve spanningen. Voor de behuizingen van de 4013, 4017 en de 4093 verwijzen wij u naar de LEDskoop elders in dit nummer. Kontroleer na de opbouw of er geen onderdeel verkeerd
Digitaie beeldruisonderdrukking Bij het afspelen van een slechte video-opname of de ontvangst van een zwakke tv-zender, worden we regelmatig gekonfronteerd met ruis in beeld. Deze, vooral in gekleurde vlakken goed zichtbare spikkeltjes, brengen een aanzienlijke verslechtering van de beeldkwaliteit met zich mee. Akai is er in geslaagd een digitaal systeem te ontwikkelen dat een sterke reduktie van die beeldruis tot stand weet te brengen: Digital Noise Rcduction. Binnen de tot nu toe gebruikte digitale systemen ter reduktie van de beeldruis, wordt de inhoud van twee elkaar opvolgende beeldlijnen bij elkaar opgeteld. De
gemonteerd is en of u zich niet vergist hebt bij het verbinden van beide printen. Bij ons prototype hebben we een behuizing met een doorzichtige bovenkant gebruikt; dat leek ons wat overzichtelijker. U mag het kastje natuurlijk aan uw eigen smaak aanpassen. De schakelaars die wij in het prototype gebruikt hebben, zijn data-switches. Bij ons prototype hebben we deze tot spel-pookjes omgetoverd door er plastic pennetjes boven te zetten welke door het plexiglas heen steken. U kunt de drukknoppen natuurlijk ook gewoon bovenop de behuizing monteren. Indien u het storend mocht vinden dat LED Dl 3 en LED D23 na de reset blijven branden, dan mag u deze ook weglaten. De LED's rechts daarvan kunt u dan wat naar links buigen. Voor de gelijkspanningsvoeding kan een goedgestabiliseerd 5 volts netadaptertje gebruikt worden of een zelfgemaakt voedinkje met een 7805. De schakeling gebruikt slechts ongeveer 30 mA, afhankelijk van hoeveel LED's er branden. (906029X)
sterkte van het videosignaal wordt daardoor verdubbeld terwijl de willekeurig over de lijn verdeelde ruisspikkels deels tegen elkaar wegvallen. De bereikte ruisonderdrukking is echter gering, terwijl het vertikaal oplossend vermogen door het systeem wordt aangetast, omdat de inhoud van twee elkaar opvolgende beeldlijnen sterk kan verschillen. Akai heeft daarom gekozen voor een systeem waarbij dezelfde lijnen uit twee elkaar opvolgende rasters bij elkaar worden geteld. Het verschil tussen de inhoud van een bepaalde beeldlijn en de inhoud van diezelfde beeldlijn, precies één tvraster later, is doorgaans gering, abrupte beeldwisselingen even buiten beschou-
resetten: Een schakeling (meestal digitale schakeling) terug zetten in de begintoestand. Schmitt-trigger: Digitale bouwsteen waarvan de uitgang pas van nivo verandert, wanneer aan de ingangen een bepaalde bovenste schakeldrempel wordt overschreden, of wanneer het nivo onder een bepaalde onderste schakeldrempel daalt NAND (niet-AND): Dit is een poort die vergelijkbaar is met de NOR, alleen bestaat deze uit een AND (ook wel EN-poort genaamd) en een inverter. De AND heeft als eigenschap dat de uitgang alleen "hoog" is wanneer op alle ingangen een 1 staat In alle ande-
wing gelaten. Het gevolg is een hoge mate van ruisonderdrukking zonder het verlies van oplossend vermogen. Om te voorkomen dat de inhoud van het oude beeld, in geval van de genoemde snelle beeldwisseling, te lang zichtbaar blijft, wordt een speciale detektieschakeling toegepast die in dat geval de mate van ruisonderdrukking tijdelijk vermindert.
re gevallen is de uitgang "laag". De inverter draait dit om, zodat voor de NAND geldt: de uitgang is alleen "laag" als alle ingangen "hoog" zijn. inverter: Schakeling die van het ingangssignaal een "spiegelbeeld" maakt; een hoge ingangsspanning geeft dus een lage uitgangsspanning en omgekeerd. Deze schakeling komt zowel in de digitale als in de analoge elektronica voor D-flipflop: Data-flipflop wordt gebruikt om op kommando van een klokpuls de waarde van een signaal (O of 1) op te slaan en vast te houden.
Het systeem is terug te vinden in de nieuwe videorecorder VS-865, waarin de digitale elektronica tevens wordt aangewend om digitale effekten zoals "strobe", stilstaand beeld en een variabele slow motion tot stand te brengen. Prijs: ƒ 1499,—. Fodor Radio B.V., Postbus 5, 3(X)0AA Rotterdam, tel: 010 - 4246555
elex — 4-43
9Ii zenerdiode opgebouwd uit losse komponenten
Soms kan het nodig zijn om wat overtollige stroom af te voeren. Een zenerdiode is hier bij uitstek voor geschikt. Als het echter om wat grotere vermogens gaat, moeten we een "zware" zenerdiode nemen, of er zelf een maken met losse onderdelen. We kunnen hem dan zo zwaar maken als we willen, en bovendien instelbaar voor verschillende spanningen. Zoals het water op vele manieren van de bergen naar de zee kan stromen, zo kan ook de elektrische stroom ons op vele manieren bereiken. En: waar stroom is, is spanning. Er zijn heel wat spanningsbronnen op te noemen. Denk bijvoorbeeld eens aan batterijen, zonnecellen, en het lichtnet. Ook de dynamo van onze fiets is een spanningsbron. Feitelijk zijn er twee soorten spanningsbronnen te onderscheiden: voor gelijk- en wisselspanning. Batterijen en zonnecellen produceren een gelijkspanning, terwijl onze fietsdynamo (en ook verreweg de meeste auto-dynamo's) een wisselspanning leveren. 4-44 — elex
Ook het lichtnet geeft ons al vele jaren een wisselspanning. Al deze spanningsbronnen hebben echter een nadeel gemeen: de spanning die ze leveren is niet konstant. Zonnecellen plegen 's nachts nu eenmaal geen spanning te leveren, batterijen raken leeg, en onze fietsdynamo doet niets zolang we stilstaan. Alleen de spanning van het lichtnet is redelijk konstant. De koplamp van onze fiets, de autoradio, de sfeerverlichting thuis: een te lage spanning kunnen ze allemaal verdragen. Maar wordt de spanning te hoog, dan kan het goed mis gaan. Gelukkig kan de spanning die
de fietsdynamo produceert niet veel hoger oplopen dan de spanning waarvoor het lampje gemaakt is. Het lampje heeft er nauwelijks last van. De sfeerverlichting thuis gaat daarentegen veel minder lang mee wanneer de netspanning ineens 240 volt zou gaan bedragen, en de autoradio kan toch wel wat mankementen gaan vertonen boven een volt of zestien. En een digitale schakeling die met TTL-IC's uit de vertrouwde 7400serie is opgebouwd ziet er gegarandeerd heel anders uit nadat de voedingsspanning een tijdje van 5 naar 7 volt is verhoogd. Ook zijn er akku's die een te hoge spanning tijdens het
opladen heel slecht verdragen. We lopen dan het risiko dat, wanneer we deze akku's door middel van zonnecellen op zouden laden, de hoge celspanning op een zonnige dag een schaduw gaat werpen in onze portemonnee. En dat kan natuurlijk nooit de bedoeling zijn.
Stabilisatie Gelukkig hoeven we niet naast de telefoon te blijven zitten om op ieder moment even Apeldoorn te kunnen bellen, want het is heel eenvoudig om ongelukken te voorkomen door de spanning te stabiliseren. Dat dit alleen voor gelijk- en niet voor wisselspanning geldt,
is hier niet van belang, want de elektronica die gevoelig is voor spanningsvariaties werkt toch alleen op gelijkstroom. En de gelijkspanning die hiervoor nodig is krijgen we - doorgaans na stabilisatie - door gelijkrichting van de wisselspanning. Goed, even terug naar de spanningsstabilisator. Wie kent niet de bekende 78xx"voltage regulators"? Je koopt hem in de gewenste spanningsuitvoering, en zolang de ingangsspanning binnen redelijke grenzen blijft, is de uitgangsspanning konstant. Als de ingangsspanning te laag wordt, dan kan de stabilisator niet meer werken. De spanning op de ingang moet minimaal zo'n 3 volt hoger zijn dan het "type" spanning van de stabilisator. En hij mag ook weer niet zo hoog worden dat de stabilisator de geest geeft. Afhankelijk van het spanningstype ligt de grens tussen de 30 en 40 volt. In figuur 1 zien we het symbool en de uitvoering van de 7805-regelaar.
Serie of
parallel
De in figuur 1 afgebeelde spanningsstabilisator werkt volgens het serie-principe. Het regelelement is in feite niets anders dan een regelbare weerstand, die in serie met de belasting staat. We zien dit in figuur 2. Deze weerstand is in vrijwel alle gevallen een transistor. De spanning over de belasting wordt "gemeten" en vergeleken met een vaste referentiespanning. Hieruit wordt een regelsignaal verkregen dat de regeltransistor meer open of dicht stuurt. Als de uitgangsspanning bijvoorbeeld zou dalen, dan wordt de inwendige weerstand van de transistor wat kleiner, zodat de spanning over de belasting weer toeneemt. En andersom werkt het ook. De uitgangsspanning blijft hiermee konstant, onafhankelijk van de grootte van de belasting, en eveneens onafhankelijk van de ingangsspanning. Alles binnen zekere grenzen, natuurlijk. Het voordeel van zon seriestabilisator is dat de ingangsspanning binnen een ruim gebied mag variëren en
dat er relatief weinig energie verloren gaat. Een nadeel is dat de ingangs spanning minimaal 3 volt hoger moet zijn dan de uitgangsspanning; met andere woorden: er is altijd een spanningsverlies. En er zijn situaties waarin we dat niet kunnen gebruiken. We moeten dan onze toevlucht nemen tot een ander soort stabilisator.
1 7805 8 . . . 24 volt IN
^
*
>
5 volt UIT
2£j
^ H
^ 906034 -12
Parallelstabilisatie De parallelstabilisator werkt op een geheel andere manier. Ook hier vinden we weer een regelelement, maar dan parallel aan de belasting. In figuur 3 is dit getekend. Het regelelement zorgt er hoe dan ook voor dat de spanning over de belasting niet boven een bepaalde waarde kan stijgen. In zijn meest simpele vorm kan dit een zenerdiode zijn; een transistor is natuurlijk ook mogelijk. In deze schakeling maken we gebruik van de inwendige weerstand (R) van de spanningsbron. Als de spanning hoger zou worden dan wat het regelelement toestaat, dan zal het spanningsverschil over R vallen. In de praktijk zeggen we dan dat de spanningsbron zo zwaar wordt belast dat de spanning daalt (of niet hoger kan worden). Het nadeel van deze regeling is dat er nogal wat stroom door het regelelement wordt opgesoupeerd als de spanning te hoog zou worden. Deze regeling werkt dus niet zo efficiënt. Een voordeel is echter dat er geen spanningsval is tussen ingangs- en uitgangsspanning. Als we even teruggaan naar het voorbeeld van de zonnecellen-en-akku's op een mooie zomerdag, dan zullen we tot de konklusie komen dat we dan aan serie-stabilisatie niet veel hebben. De maximum spanning die de zonnecellen kunnen produceren is ook weer niet zoveel hoger dan wat de akku's kunnen verdragen. Wanneer we van de zonnecel-spanning 3 volt aftrekken (voor de werking van de stabilisator) blijft er te weinig over om de akku's goed bij te kunnen laden! Dus wenden we ons tot
regelelement
Inwendige weerstand spanningsbron
0 i-iJ ^ ^
O
uitgang (vaste spanning)
variërende spanning
906034-13
uitgang (vaste spanning)
r c5^
inwendige weerstand spannings bron
^
regelelement
1 variërende spanning
906034-14
symbolen voor een zenerdiode
Z'3t 906034 -15
parallel-stabilisatie.
De
zenerdiode
De meest simpele vorm van parallelstabilisatie is - zoals we al hebben geschreven - de zenerdiode. We zullen hier nog even wat theorie ophalen. De gewone diode kennen we. In de ene richting laat hij de stroom door (als de anode positief wordt t.o.v. de kathode), in de andere niet. In figuur 5 hebben we de spanning over een "diode af-
Figuur 1. Een voorbeeld van een "standaard" spanningsregelaar uit de bekende 78xx reeks. Daarnaast zien we de behuizing die de regelaar herbergt. Figuur 2. De serie-stabilisator. Het regelelement staat in serie met de belasting, en regelt de stroom zodanig dat de spanning over de belasting konstant is. Figuur 3. De parallel-stabilisator. Het regelelement staat hier parallel aan de belasting, en onttrekt zoveel stroom aan de spanningsbron dat die "wat in elkaar zakt" en daardoor de spanning over de belasting konstant is. Figuur 4. Een (parallel)stabilisator in de meest elementaire vorm. de zenerdiode,
elex — 4-45
6
5
4
L
0.6 V
4-46 — elex
kunnen we samen met onze zonnecellen in de zon gaan liggen bakken.
De
1
Uz
!^
^
u
U
diodekarakteristiek
gezet tegen de stroom die bij die spanning gaat lopen. We zien dan dat wanneer de spanning hoger wordt dan ongeveer 0,6 volt, de stroom enorm toeneemt. Wanneer de spanning negatief wordt, spert de diode: er loopt dan alleen nog maar een (zeer) kleine lekstroom. Bij een zenerdiode gaat het wat anders. De grafiek zien we in figuur 6. Bij positieve spanningen werkt hij net als een gewone diode. Bij het toenemen van de negatieve spanning zien we wat anders gebeuren. In eerste instantie loopt er alleen maar een kleine lekstroom. Plotseling, bij een bepaald punt (de "zener'spanning), zien we dat de stroom sterk toeneemt. Met andere woorden; de spanning kan niet negatiever worden dan de zenerspanning, want de stroom die dan zou gaan lopen belast de spanningsbron zo zwaar dat deze "inzakt". Dus; als we dus een zenerdiode aansluiten parallel aan de belasting, met de kathode aan de positieve en de anode aan de negatieve kant van de spanningsbron, dan zal de spanning niet hoger kunnen worden dan de zenerspanning die op de zenerdiode staat vermeld. Dit geldt natuurlijk alleen zolang de zenerdiode in staat is om de stroom te verwerken die gaat lopen wanneer de spanning wil stijgen. Als we dit principe toepassen bij onze zonnecellen, dan beschermt een zenerdiode onze akku's dus voldoende. Met een gerust hart
/
powerzener
De pret duurt echter niet zo lang. We zijn namelijk niet de enige die het risiko lopen om te verbranden. Onze zenerdiode is ondertussen al aardig bruin gebakken doordat de zonnecellen zoveel energie kunnen leveren dat de diode het overschot niet aankan. We zullen dus een zwaardere zenerdiode moeten installeren. Nu zijn er uitvoeringen voor diverse vermogens. Het meest gangbare type kan 400 milliwatt verdragen, maar er zijn er ook van 1,3 watt, en een goed gesorteerde elektronica-zaak zal misschien nog exemplaren van 5 watt op de plank hebben liggen. Maar daar houdt het echt wel bij op. Een zwaardere zenerdiode zullen we dus zelf moeten maken. Een bijkomend voordeel is dat we dan de zenerspanning zelf kunnen instellen. We hebben dan een zware, instelbare zenerdiode die universeel toepasbaar is! Dat dit niet zo'n probleem is, is te zien in figuur 7. We zien hier een transistor, waarvan we de basis rechtstreeks of via een aantal dioden met de koliektor verbinden. Bij een bepaalde spanning zal de transistor gaan geleiden, en daarmee verhinderen dat de spanning verder zal stijgen. Kortom; een instelbare zenerdiode. Aangezien een diode pas gaat geleiden bij een spanning van 0,6 volt, kunnen we hierdoor in stappen van 0,6 volt instellen bij welke
r
spanning de transistor gaat geleiden als we die aanleggen tussen emitter en koliektor Als de schakelaar in stand 1 staat, gedraagt de schakeling zich als een zenerdiode van 0,6 volt; met de schakelaar in de onderste stand wordt de zenerspanning 3,6 volt. In beide gevallen is de maximaal op te nemen stroom 1 ampère. Dat het ook anders kan bewijst figuur 8. Hier zien we een zenerdiode die traploos instelbaar is tussen 2 en 12 volt. De werking is als volgt; Wanneer de spanning over de schakeling stijgt, wordt de basis-emitter-spanning van Tl ook hoger. Wanneer die precies hoog genoeg wordt om Tl in geleiding te brengen (zo'n 0,6 volt), zal ook T2 in geleiding worden gebracht, want zijn basis wordt immers negatief ten opzichte van zijn emitter. Aangezien T2 meer gaat geleiden naarmate de spanning op de basis van Tl hoger wordt, zorgt deze er
zenerkarakterlstiek
Figuur 5. De spanning/stroomkarakteristiek van een diode. Horizontaal staat de spanning over de diode, gemeten op de anode ten opzichte van de katliode. Vertikaal staat de stroom die bij die spanning loopt. Bij een negatieve spanning zien we een kleine lekstroom, bij een positieve spanning boven de 0,6 volt neemt de stroom plotseling sterk toe. De diode komt hier in geleiding. Figuur 6. De spanning/stroomkarakteristiek van een zenerdiode. We zien hier dat wanneer de negatieve spanning de waarde Uz (de zenerspanning) bereikt, de diode plotseling begint te geleiden. Dit noemen we het "zener "-effekt.
Figuur 7. De powerzener: een instelbare zenerdiode voor grotere vermogens. Let op de Kfathode)- en Afnodei-aansiuiting. Het symbool van een zenerdiode staat ernaast afgebeeld.
Figuur 8. Nog een powerzener: traploos instelbaar tussen 2 en 12 volt.
8
Figuur 9. Voor de opbouw van een van de powerzeners van figuur 7 of 8 is een kwart van een Elex-printje formaat-1 al meer dan voldoende.
'BD140
I lOk 906034 -11
& - ^ dus ook hier weer voor dat de spanning over de schakeling nauwelijks meer zal kunnen stijgen. Nu ontvangt de basis van Tl zijn spanning via een spanningsdeler die wordt gevormd door Rl, en R2 -t- PI. Wanneer de basisspanning van Tl het nivo van 0,6 volt bereikt, hangt dus niet alleen af van de spanning over de schakeling, maar ook van de instelling van potmeter PI. Op deze manier hebben we een zenerdiode gekreëerd, die we in kunnen stellen tussen 2 en 12 volt. Deze instelbare "powerzener" kan een stroom opnemen van maximaal 1 ampère; T2 moet dan wel goed worden gekoeld. Voor de schakeling uit figuur 7 geldt dat we de "zener"stroom zelfs tot 8 ampère mogen laten toenemen wanneer we de transistor
BD139 vervangen door de darlington TIP130. De zenerspanning wordt dan wel 0,6 volt hoger. In figuur 8 kunnen we de maximum stroom eveneens tot 8 ampère laten stijgen door de BD140 te vervangen door de darlington TIP135.
Tenslotte Met een van de twee uitgewerkte schakelingen in bedrijf kunnen we onze zonnecellen in de volle zon laten staan, terwijl we niet bang hoeven te zijn dat de akku's worden beschadigd. Zolang we die maar niet in de volle zon zetten. . . De getoonde oplossingen zijn zo simpel dat ze het predikaat "schakeling" nauwelijks verdienen. En het zijn trouwens ook geen dingen die vaak voorkomen. Want als een schakeling
/A/FO Niet
storen!!!
Een telefoon is een nuttig kommunikatiemiddel. Toch zijn er van die momenten dat men de neiging heeft om de telefoonlijn door te knippen. Velen trekken dan ook daadwerkelijk de telefoonstekker uit het stopkontakt om maar niet gestoord te worden. De "Selectfoon" maakt hieraan echter een einde, want dit apparaat, dat tussen de PTT-lijn en het telefoontoestel wordt geplaatst,
goed wordt gedimensioneerd kan een enkele zenerdiode van hooguit 1,3 watt al voldoende zijn. Niettemin zijn de "powerzeners" leuke dingen en gemakkelijk te bouwen als ze ooit eens nodig zouden zijn. Trouwens . . . de wetenschap erachter is zo mogelijk nog interessanter dan de powerzeners zelf! Figuur 9 geeft de layout van de "zeners" zoals wij die op een Elex-print hebben gebouwd. (906034X)
zorgt ervoor dat u alleen door de door u gewenste personen kan worden gestoord. U kunt dus zelf thuis bepalen voor wie u telefonisch bereikbaar bent. Door na het draaien van uw telefoonnummer nog een (geheim) pin-nummer van drie cijfers te draaien, vindt het doorschakelen naar uw telefoontoestel plaats, en krijgt de oproeper u aan de telefoon. Kortom, een ideaal apparaat voor bijvoorbeeld: -arts; heeft geen dienst en wil uitsluitend door 'zijn fa-
darlington: een transistor die eigenlijk opgebouwd is uit twee transistoren. De basis van de eerste is de basis van de darlington; en zijn emitter is verbonden met de basis van de tweede. De koUektoren van beide transistoren zijn met elkaar verbonden en vormen de kollektor van de darlington. De emitter van de darlington wordt gevormd door de emitter van de tweede transistor In het symbool van de darlington zijn beide transistoren getekend. De darlington gedraagt zich als een vermogenstransistor met een hoge ingangsimpedantie. Hij heeft dan ook een zeer hoge stroomversterkingsfaktor.
milie of vrienden worden gestoord. -zakenman: in bespreking, wil dus niet gestoord worden behalve door een belangrijke relatie die zijn pinnummer weet. -privé: lekker rustig, alleen uw familie, vrienden en kennissen, bekend met het pinnummer, kunnen u nu bereiken. Voor inlichtingen: Van Dam Beveiligingen/ telecommunicatie BV, Postbus 450-3000 AL Rotterdam, tel: 010-4670022 tsl.14. elex — 4-47
^^$AKMSr Nogmaals: eenvoudig auto-alarm Ongeveer een jaar geleden, te weten in januari '89, publiceerden wij in Elex het "eenvoudig auto-alarm". Omdat het artikel op enkele punten wat summier was en ons ten gevolge daarvan door een aantal lezers vragen gesteld werden, hebben we besloten de nodige aanvullende informatie te leveren in deze rubriek. We hebben meteen van de gelegenheid gebruik gemaakt om onze ontwerper een verbetering in de schakeling aan te laten brengen. De wijzigingen ten opzichte van het oorspronkelijke schema zijn in de bijgaande figuur zwart getekend. We sommen de aan te brengen wijzigingen voor de zekerheid nog even op: Cl (oorspronkelijk een elko van 4,7 ixF/25 V) wordt een gewone kondensator van 100 nF. De verbinding tussen pen 5 van FFl en de plus van de voeding vervalt. Aan pen 5 van FFl komen een elko van 4,7 MF/25 V (andere kant aan massa) en een instelpotmeter van 1 MQ te zitten. De loper van de potmeter komt aan de bovenkant van de relais spoel te zitten. Schakelaar S2, oorspronkelijk van het type "enkelpolig aan-uit", wordt vervangen door S2', een "enkelpolig om"-type. Bij het nieuwe schema wordt niet meer de RC-tijd van R2/C1 gebruikt om snel uit te kunnen stappen voordat de alarm-cyclus gestart wordt, maar die van P3/C4. Bij het huidige schema is Cl namelijk zo klein dat FFl meteen een klokpuls krijgt als het deurkontakt (aan de linkerkant van Rl) open gaat. Als het alarm op "aktief gezet wordt net vóórdat u uitstapt (S2' verbindt de bovenkant van de relais spoel met de plus van de voeding), dan zal bij het uitstappen een "O" in FFl geklokt worden (C4 is dan namelijk nog niet opgeladen). Er kan dan geen alarm volgen. Alleen als pen 4-48 - elex
worden. Bij het instappen zet u, vóórdat de vertragingstijd P1/C2 verstreken is, S2' in
5 van FFl "hoog" ("1") is geworden, en dat gebeurt pas enige tijd nadat het alarm op "aktief' is gezet,
1M
bepaalde RC-tijd op scherp. Het voordeel is dat S2' nu niet meer van buitenaf bereikbaar hoeft te zijn. (zie
'fi *
9i J
P3
® i
'1
U-V
"=':: : 1=3
L
4M7
:,L..J„„^'[j
•:
:
^ „
'
•
.::,;[;:••..
f"ip^
li S
II" i i i mm
^ ^-i m
hoon
kan FFl omklappen en het alarm afgaan (zie verderop). Bij het instappen zal de "1" op pen 5 van FFl dus onmiddellijk naar de uitgang van FFl worden doorgeklokt en de alarm-cyclus gestart worden. Bij de oude versie van de schakeling zette u na het instappen het alarm met S2 uit. Hierbij maakte het niets uit of u de Cl/R2-tijd al overschreden had. De Pl/C2-vertragingstijd zorgde er namelijk wel voor dat het alarm-signaal niet meteen weerklonk. Bij het uitstappen kon het echter gebeuren dat de Cl/R2-tijd per abuis overschreden werd. In dat geval kon het alarm niet op een handige manier worden lamgelegd, tenzij men S2 zodanig gemonteerd had, dat deze schakelaar ook van buiten af bereikt kon worden. Indien men S2 alleen van binnen uit de auto kon bereiken, moest er dus voor elko Cl een zodanige waarde worden gekozen dat men net voldoende tijd had om uit te stappen. In de nieuwe schakeling hebben we de uitstap-tijd op een iets andere wijze gerealiseerd en deze (in verband met mogelijke toleranties) instelbaar gemaakt. De schakeling is daardoor wat gebruikers-vriendelijker ge-
* ^
:•
FFi,r-PÏ ; ; SCI .^v 4013
i de stand "uit" (bovenkant van de relaisspoel aan massa). Het alarm kan dan niet af gaan. C4 wordt nu via P3 ontladen. Aan het eind van de autorit schakelt u S2' in de stand "aktief' (relaisspoel aan de plus van de voeding). Pas na een door P3 en C4 bepaalde uitstap-tijd wordt pen 5 van FFl "hoog". Pas dan kunnen er door FFl eventuele instap-pulsen aan FF2 worden doorgegeven. Met andere woorden: bij het uitstappen staat het alarm pas na een door P3 en C4
Extra onderdelen: P3 = 1 MQ (instel-lf^feter Cl = 100 n F ,J||lil|i' C4 = 4,7f
ook de onderdelenopstelling voor opbouw op een Elex-print formaat 1 van de oorspronkelijke schakeling). (906054X)
KOMPONENTEN Weerstanden
Hoeveel o h m en hoeveel farad?
Meetwaarden
worden met R aangegeven. Door middel van gekleurde ringen is de waarde erop gedrul
Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels:
Soms zijn in het schema of in de tekst meetwaarden aangegeven. Die meetwaarden dient men als richtwaarden op te vatten: de feitelijk gemeten spanningen en stromen mogen maximaal 10% van de richtwaarden afwijken. De metingen zijn verricht met een veel voorkomend type universeelmeter met een inwendige weerstand van 20 kQ/V.
1
1
r
\
kleur
Ie cijf er
zwart
-
bruin
1
rood
2
nullen
tolerantie in%
(1
-
-
2e1 cijfer 2
(1
± 1%
(XI
±2%
3
3
(KKI
geel
4
4
()()(l()
groen
5
5
(X)0()0
blauw
h
6
(K)()(I(M)
violet
7
7
grijs
8
8
wit
y
9
goud
-
-
zonder
k M G
-
-
10'^ 10^ 10 ^ 10 ' 10^ 10^ 10^
-
een miljoenste var een n iljoensie een miljardste L'ün miljoenste ücn duizendste duizend m il] oen
Diverse tekensymbolen
miljard
ingang
\
oranje
zilver
ril
i
1
(picol (rianul (mictol (rrullil (kilo) (Mcgal (Giga)
p n
1 1
1 1
xO.l
±0,5%
±5%
xO,()l
-t 1(1%
-
± 2()%
Het voorvoegsel vervangt in Elex niet alleen een aantal nullen vóór of achter de komma, maar ook de komma zélf: op de plaats van de komma komt het voorvoegsel te staan. Een paar voorbeelden: 3k9 - 3,9 kQ - 3900 Q 4^7= 4 , 7 M F = 0 000 0047 F
Potentiometers oftewel potmeters worden met P aangegeven. Het zijn speciale weerstanden met een verstelbaar sleepkontakt. Met dat sleepkontakt wordt een deel van de spanning die over de hele potmeter-weerstand staat, afgetakt. Met een schroevedraaier instelbare, zogenaamde instelpots, kosten ongeveer twee kwartjes; echte potmeters fmet een as) zijn te koop vanaf ongeveer f 1,50.
massa chassis aan nul
Kondensatoren zijn kleine ladingreservoirs. Ze worden met C aangeduid. Aangezien ze wel wisselspanning maar geen gelijkspanning doorlaten, worden ze daarnaast ook gebruikt voor het transporteren van wisselspanning. De hoeveelheid lading die ze kunnen bevatten, oftewel de kapaciteit, wordt in farad (F) gemeten. De waarden van gewone kondensatoren (keramische en folie-kondensatoren} liggen tussen 1 pF en 1 /JF, dus tussen
lichtnet aarde draad (geleider)
verbindingen
T^"
f
— F en F), De waarde is 1.000.000.000.000 1.000.000 op de kondensator vaak in de Elex-schrijfwijze aangegeven. Voorbeelden: 1n5
Voorbeelden: bruin-rood-bruin-zilver: 120 Q 10% geel-violet-oranje-zilver: 47.000 Q - 47 kQ 10% fin Elex'Schema's: 47 k) bruin-groen-groen-goud: 1.500.000 Q. = 1,5 MQ 5% fin Elex-schema's: HVI5) In Elex-schakelingen worden uitsluitend weerstanden gebruikt uit de zogeheten E12-reeks met een tolerantie van 10% (of 5%). Tenzij anders aangegeven worden 14-watt-weerstanden gebruikt. Ze kosten ongeveer een dubbeltje.
uitgang
--
1,5
nF;
^03
=
0,03MF
=
30 nF;
100 p
(of
nlOO of n1) = 100 pF. De werkspanning van gewone kondensatoren moet minstens 20% hoger zijn dan de voedingsspanning van de schakeling. De prijs is afhankelijk van de kapaciteit en van het materiaal waaruit de kondensator is opgebouwd: f 0,40 tot f 1,50.
kruising zonder verbinding
afgeschermde kabel
^
schakelaar fopen)
drukknop (open)
:>.
aansluiting fvast)
^v
aansluiting fiosneembaar)
Elektrolytische kondensatoren (eiko's) hebben een heel hoge kapaciteit (ruwweg tussen 1)jF en lO.OOOftF). Ze zijn echter wel gepolariseerd d.w.z. ze hebben een plus- en een minaansluiting, die niet verwisseld mogen worden. Bij tantaal-elko's (een heel klein type elke) is de plus altijd de langste van de twee aansluitdraden. De werkspanning van elektrolytische kondensatoren felko's) is in het schema en in de onderdelenlijst opgegeven. De prijs van eiko's hangt samen met de waarde en de spanning. Eentje van 10^F/35 V kost zo rond / 0,40.
MO-
meetpunt
H3
gelijkspanningsbron (batterij, akku) lichtgevoelige weerstand
temperatuurgevoelige weerstand
koptelefoon
luidspreker
spoel
Variabele kondensatoren nstelpotmeter
Evenals bij weerstanden bestaan ook bij kondensatoren speciale instelbare uitvoeringen. Met een schroevedraaier instelbare "trimmers" kosten ca. f \, — : variabele kondensatoren met een as zijn te koop vanaf ongeveer f 2,50.
spoel met kern
transformator
relais (kontakt in ruststand)
^ potentiometer (potmeter)
draaispoel instrument gloeilamp neonlampje
stereopotmeter
^
variabele kondensator
zekering
elex — 4-49
KDMPONENTEISh Dioden aangeduid met D, rijn de eenvoudigste halfgeleiders en kunnen het beste worden vergeleken met elektronische éénrichtings-wegen of fietsventielen. Ze geleiden de stroom slechts in één richting. Draai je ze o m , dan sperren ze. In doorlaatrichting valt er over de aansluitingen van een siliciumdiode een spanning van ca. 0,6 V Idrempelspanning). De aansluitingen heten kathode (streepje in symbool) en anode. De kathode is meestal op het huisje van de diode aangegeven door middel van een gekleurde ring, een punt of een inkeping. Zijn de aansluitingen onbekend, dan kan de diode m.b.v. een lampje en een batterij worden getest. Het lampje brandt alleen als de diode is aangesloten in de getekende richting.
"
Geïntegreerde schakelingen
zijn net als aioden en LED's halfgeleiders. Ze hebben drie aansluitingen: basis, emitter en koliektor. Er zijn NPN- en PNP-transistors. Bij NPN-transistors ligt de emitter altijd aan een negatievere spanning dan de koliektor, bij P!MP-typen is dat precies andersom.
meestal afgekort tot "IC's", bestaan tegenwoordig in zoveel varianten, dat er nauwelijks iets in het algemeen over te zeggen valt. De meeste IC's zijn ondergebracht in een DIL-behuizing (dual-in-line); de bekende zwarte "kevertjes" met twee rijen pootjes. Vaak staan die pootjes trouwens iets te ver uit elkaar en moeten ze (voorzichtig!) wat worden bijgebogen, wil het IC in het voetje passen. Om vergissingen te voorkomen is pen 1 op het IC altijd gemerkt met een punt of een inkeping o.i.d.
Een kleine stroom die van basis naar emitter loopt, veroorzaakt een (veel) grotere stroom tussen kol/ektor en emitter. Daarom zeggen we dat de transistor de basisstroom "versterkt" (stroomversterking). Transistors zijn vandaag de dag de belangrijkste basiselementen in versterkerschakelingen.
r©—®-— _J
Transistors
6V
^
De belangrijkste technische gegevens van een diode zijn de sperspanning en de maximale stroom in doorlaatrichting. In Elex worden hoofdzakelijk twee typen gebruikt: 1N4148 (sperspanning 75 V, doorlaatstroom 75 mA), prijs ca. f 0,15. 1N4001 (sperspanning 50 V, doorlaatstroom 1 A ) , prijs ca. i 0,25.
In onze schakelingen worden de typen BC 547 (NPN) en BC 557 (PNP) het vaakst gebruikt. Deze twee hebben dezelfde aansluitingen. In de meeste schakelingen kan men in plaats van de BC 547 en BC 557 ook andere typen gebruiken met ongeveer dezelfde eigenschappen: NPN: BC 548, BC 549, BC 107 (108, 109), BC 237
(238, 239) PNP: BC 558, BC 559, BC 177 {178, 179), BC 251 (252, 253). De prijs van al deze typen ligt rond f 0,40.
Zenerdiode is een diode die in sperrichting boven een bepaalde spanning (de zenerspanning) niet meer spert. Deze diode slaat dus door zonder daarbij defekt te raken. De spanning die over de diode staat, blijft vrij konstant. Ze zijn verkrijgbaar voor verschillende spanningen (en vermogens). Prijs: vanaf f 0,25.
LED's (light errtitX'ing diodes) zijn in een doorzichtige behuizing ondergebrachte dioden, die oplichten als er stroom door loopt. De spanning over deze dioden bedraagt geen 0,6 V, maar ligt afhankelijk van het type tussen 1,6 V en 2,4 V. De benodigde stroom bedraagt 15 a 25 mA. De kathode (streepje in symbool) herkent men aan het korte pootje. De goedkoopste LED's kosten zo ongeveer een kwartje.
=0 -5
= 1(1
jeciale transistoren Spï zijn bijvoorbeeld de fototransitor en de FET De fototransistor kan opgevat worden als een fotodiode met versterker. De FET is een transistor die met een spanning (dus geen stroom) in geleiding gebracht kan worden. Zo als er bij een transistor NPN- en PNP-typen zijn, zo kennen we bij FET's N- en P-kanaal-typen.
Symbolen In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de gebruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN, NEN). De schema's worden namelijk in vele landen gepubliceerd. Logische poorten zijn op z'n Amerikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en DIN gebruikelijke tekens " & " , " > : 1", " 1 " of " - 1 " genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar èn blijft de aansluiting op de in het elektronica-onderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd.
t^=
operationele versterker (opampï
j<*^
fototransistor (NPIM) met en zender basisaansluiting AND-poort (EN-poortI
^•^. M
Fotodiode is eigenlijk een omgekeerde LED; in plaats van licht te geven ontvangt deze diode licht en levert een lichtafhankelijke stroom. Prijs: vanaf ca. f 2,50. D /^
44^ Kapaciteitsdiode is een diode die, in sperrichting aangesloten, zich als een kondensator gedraagt. De kapaciteit van de kondensator is afhankelijk van de spanning over de diode: een spanningsafhankeüjke kondensator dus. Prijs: vanai ca. / 1, —.
N-Kanaal J-FET
NAND-poort (NEM-pooit)
P-kanaal J-FET
Andere aktieve k o m p o n e n t e n zijn o.a. de thyristor, de diac en de triac. De thyristor is een diode die met een stuurstroom (gatestroom) in geleiding gebracht kan worden. De triac werkt als een thyristor, maar dan voor wisselstroom. De diac spert in beide richtingen maar komt boven een bepaalde spanning volledig in geleiding.
=E>
OR-poort (OF-poort)
H
NOR-poort (NOF-poort)
~
EXOR-poort (EX-OF-poort)
^W^ thyristor
4-50 — elex
Indien een voorgeschreven type halfgeleider niet voorhanden is kan heel vaak gebruik worden gemaakt van een gelijkwaardig (ekwivalent) type. Geïntegreerde schakelingen (IC's) zijn vaak door verschillende fabrikanten van een in details afwijkend type-nummer voorzien. In schema's en onderdelenlijsten wordt uitsluitend het gemeenschappelijke hoofdgedeelte van het type-nummer weergegeven. Een voorbeeld. De operationele versterker, type 741, komt in de volgende "gedaanten" voor: ^ A 741, LM 741, IVIC 741, RM 741, SN 72741, enzovoorts. Elex-omschrijving: 741. Het verdient aanbeveling om IC's in IC-voeten te plaatsen (ze kunnen dan, indien nodig, makkelijk vervangen worden).
•+
EXNOR'POort triac
(EX-NOF-poort)
HF
