ELEX tijdschrift voor hobby-elektronica 1984-14 issue october

«..-*• ik-

/

*

%

-

ir

tijdschrift voor hobby-elektronica

paciteitsmeter fietstachometer oscillatoren

-*

waarom oscilleren ze?

y

-'

f'

»J

2 e jaargang nr. 10 oktober 1984 ISSN 0167-7349

Hoofdredakteur: P.V. Holmes Chef redaktie: E.J.A. Krempelsauer Chef ontwerp: K.S.M. Walraven

Uitgave van: Elektuur B.V., Peter Treckpoelstr. 2-4, Beek (L) Telefoon: 04402-74200, Telex 56617 Korrespondentie-adres: Post¬ bus 121, 6190 AC Beek (L) Kantoortijden: 8.30-12.00 en 12.30-16.00 uur Direkteur: J.W. Ridder Bourgognestraat 13a, Beek (L)

Elex verschijnt rond de eerste van elke maand. Onder dezelfde naam wordt Elex ook in het Duits uitgegeven.

Auteursrecht:

Redaktie Nederland: P.E.L. Kersemakers (hoofd landgroep), J.F. van Rooij, P.H.M. Baggen, I. Gombos, M.J. Wijffels Redaktie buitenland: A. Schommers, R.Ph. Krings Redaktiesekretariaat: C.H. Smeets-Schiessl, G.W.P. Wijnen

Abonnementen: Y.S.J. Lamerichs

Nadrukrecht: Voor Duitsland: Elektor Verlag GmbH, 5133 Gangelt.

Commerciële zaken: C. Sinke W.H.J. Peeters (advertenties) Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag. Prijslijst nr. 1 is van toepassing.

N.D.B. Leiden, Zpeterwoude

metaalspeurneus

blz. 17

Grafische produktie: N. Bosems, L.M. Martin, J.M.A. Peters

Adreswijzigingen: s.v.p. minstens 3 weken van tevo¬ ren opgeven met vermelding van het oude en het nieuwe adres en abonnee-nummer.

Drukkerij:

Men zegt wel eens dat het geld op straat ligt. Vaak gaat dat letterlijk op, maar het zoeken ernaar is als de spreekwoordelijke naald in de hooiberg. Zeker als de buit niet aan de oppervlakte maar op enige diepte ligt. Met de metaalspeurneus is het een fluitje van een cent om de door anderen verlo¬ ren rijkdommen weer op te sporen (en ook die naald).

Vormgeving: C. Sinke

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 opge¬ nomen schakelingen slechts voor partikuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van schakelingen geschiedt buiten de verantwoorde¬ lijkheid van de uitgeefster. De uitgeefster is niet verplicht on¬ gevraagd ingezonden bijdragen, die zij niet voor publikatie aan¬ vaardt, terug te zenden. Indien de uitgeefster een ingezon¬ den bijdrage voor publikatie aan¬ vaardt, 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 gebrui¬ kelijke vergoeding.

© Uitgeversmaatschappij Elektuur B.V.-1984 Printed in the Netherlands

uit de inhoud: |

jaarabonnement 1985 Nederland België buitenland f 42,50 Bfrs. 840 f 58,Een abonnement loopt van januari tot en met december en kan elk gewenst moment ingaan. Bij op¬ gave in de loop van een kalender¬ jaar wordt uiteraard slechts een deel van de abonnementsprijs be¬ rekend. Bij abonnementen die in¬ gaan per het oktober-, novemberof decembernummer wordt tevens het volgende kalenderjaar in reke¬ ning gebracht. 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 losse nummerprijs geldt).

Korrespondentie: In linker bovenhoek vermelden: TV technische vragen LP lezerspost HR hoofdredaktie AW adreswijzigingen ADV advertenties ABO abonnementen RS redaktiesekretariaat

Voorzetschakelingen voor multimeters zijn ervoor be¬ doeld om die meters nog meer "nrtulti" te maken, zo¬ dat er meer mee gemeten kan worden. Gewone multi¬ meters kunnen spanning, stroom en weerstand meten. Met deze schakeling is het mogelijk om ook de kapaciteit van kondensatoren te meten. kapaciteitsmeting met de mutlimeter blz. 20

Een "sinus-funktie" is een bepaald wiskundig verband dat het amplitudeverloop (de uitslag) van een harmoni¬ sche trilling in de tijd be¬ schrijft. (Een harmonische trilling klinkt gewoon als een zuivere toon.) Bij veel meettoepassingen is het erg handig om over een sinusvormig signaal te beschik¬ ken, bij het doormeten en testen van geluidsapparatuur bijvoorbeeld. Een sinusgenerator wekt een dergelijk sig¬ naal op, en zal een welkome aanvulling op de meettafel zijn. sinusgenerator

blz. 34

elextra

10-04

komponenten

10-48

informatie, praktische tips bouwen zonder fouten 10-12 In dit artikel wordt besproken welke fouten tijdens het opbouwen van een print kunnen worden gemaakt en hoe die voorkomen kunnen worden.

zelf bouwprojek ten /3-tester 10-08 Met dit handige meetapparaatje hebt u in een wip de wisselstroomversterkingsifaktor van een transistor vast¬ gesteld. metaalspeurneus 10-17 Metalen zijn reukloos; zelfs voor de beste speurhond is het zoeken naar metalen bodemschatten dan ook een onbegonnen karwei. Voor deze elektronische speurneus blijven in de grond verborgen metalen voorwerpen niet onopgemerkt. kapaciteitsmeting met de multimeter 10-22 Door middel van een adapter kan het toepassingsgebied van de multimeter verruimd worden. Zo kan men met de multimeter ook de kapaciteitswaarde van de kondensatoren meten. f ietssnelheidsmeter 10-26 Deze elektronische tachometer verraadt u niet alleen welke snelheid u uit uw fiets weet te trappen, maar ook hoe snel de trappers ronddraaien. sinusgenerator 10-34 Evenals een multimeter, een voeding en een oscilloskoop staat ook een sinusgenerator hoog genoteerd op de wenslijst van de elektronica-hobbyist. Deze schake¬ ling genereert keurige sinusgolven in het frekwentiegebied van 10 Hz tot maar liefst 1 MHz.

kaleidoskoop

10-25

'n tip Maak zelf een hulpwikkeling op een voedingstrafo.

10-29

astabiele multivibrators 10-31 Hoe deze blokgolf-oscillators werken en hoe ze ontwor¬ pen moeten worden. de 555 Een IC met legio mogelijkheden.

10-41

zes op een rij Zes oscillators in één IC.

10-44

grondbeginselen hoe zit dat De magnetische band.

10-07

oscillators Hoe werken die dingen eigenlijk?

10-14

de Colpitts-oscillator Een speciale oscillator.

10-24

DIGI-taal lessen in enen en nullen het laatste deel: logica-families

10-46

bij de voorpagina Wellicht heeft deze dame een armband of een ring verlo¬ ren. Ze zit in elk geval niet bij de pakken neer. Fluks de metaalspeurneus ter hand genomen, en in geen tijd is het sierraad tussen de graspollen weer teruggevonden. En als het geluk een beetje mee wil werken, wordt er en passant ook nog een verloren schat gevonden.

o

8

Over het lezen van Elex, het bou¬ wen van Elex-Schakelingen en over wat Elex nog méér voor de lezer betekenen kan.

Lezersservice — Nog vragen of opmerkingen over de inhoud van Elex? Schrijf gerust als er iets niet duidelijk is. Het antwoord volgt zo snel moge¬ lijk. Er is één voorwaarde: zend een voldoende gefrankeerde retour-enveloppe mee. Zet " T V " (technische vragen) op de brief en stuur deze naar: redaktie Elex, Postbus 121, 6190 AC Beek (L). — De Elex-redaktie staat altijd open voor meningen, wensen of nieuwtjes van lezers. In de rubriek "Postbus 121" worden interessante kommentaren en aanvullingen op oudere artikelen gepubliceerd. Zet " L P " op de brief. — Elex-printen zijn verkrijgbaar bij de uitgever van Elex en bij de be¬ tere elektronica-onderdelenhandelaar.

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-' 2 = een mil¬ joenste van een miljoenste n = (nano) = 10~9 = een miljardste ^ = (micro) = 10~6 = een miljoenste m = (milli) = 10~3 = een duizendste k = (kilo) = 103 = duizend M = (Mega) = 106 = miljoen G = (Giga) = 109 = miljard 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 0S33 = 0,33 ö Kondensatoren: 4p7 = 4,7 pF = 0,000 000 000 0047 F 5n6 = 5,6 nF = 0,000 000 0056 F 4|/7 = 4,7 ^F = 0,000 0047 F De voorvoegsels worden overigens óók gebruikt voor de afkorting van andere soorten hoeveelheden. Een frekwentie van 10,7 MHz wil zeg¬ gen: 10 700 000 Hz, dus 10 700 000 trillingen per sekonde.

Bouwbeschrijvingen Elex-schakelingen zijn klein, ongekompliceerd en betrekkelijk ge¬ makkelijk te begrijpen. Er zijn speciale Elex-printen voor ontwikkeld, in drie formaten:

Schema's Symbolen In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de ge¬ bruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN,I\IEN). De schema's worden namelijk in vele landen gepubli¬ ceerd. Logische poorten zijn op z'n Amerikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en'DIN gebruikelijke tekens " * " , " S 1 " , " 1 " of " = 1 " genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen in¬ ternationaal bruikbaar en blijft de aansluiting op de in het elektronica-onderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehand¬ haafd. Voor een overzicht van symbolen: zie het artikel Komponenten, achterin dit nummer.

Maat 1: 4 cm x 10 cm Maat 2: 8 cm x 10 cm Maat 4: 16 cm x 10 cm (Euro pa-formaat) Bij iedere bouwbeschrijving hoort een plattegrond (komponentenopstelling), aan de hand waarvan de onderdelen op de print worden geplaatst en aansluitingen en eventuele resterende doorverbin¬ dingen worden gerealiseerd. Een plattegrond geeft de opgebouwde schakeling in bovenaanzicht weer. De zich 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 Elex-print nodig. Het niet gebruikte gedeelte kan men met een figuurzaag langs een gatenrij afzagen.

Onderdelen Elex-schakelingen bevatten door¬ gaans uitsluitend standaard¬ onderdelen, die goed verkrijgbaar zijn. En bovendien betrekkelijk goedkoop! Ga daarom niet bezui¬ nigen op de aanschaf door het kopen van grote partijen onderde¬ len (bijvoorbeeld weerstanden per kilo of "anonieme", ongestempelde transistoren). Goedkoop is vaak duurkoop! Tenzij anders aangegeven worden %-watt-weerstanden gebruikt.

Solderen De tien soldeer-geboden. 1. Ideaal is een 15 a 30 watt-soldeerbout met een rechte 2 mm brede "longlife" punt. 2. Gebruik soldeertin, samen¬ gesteld uit 60% tin en 40% 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 bevesti¬ gingsgaten 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 moe¬ ten worden, bijvoorbeeld een koperbaan en een aansluitdraad, met de soldeerbout. Voeg vervolgens soldeertin toe. Het tin moet vloei¬ en, zich dus verspreiden over het gebied waar de te solderen delen elkaar raken. Haal 1 a 2 sekonden later de bout weg. Tijdens het af¬ koelen van de soideerverbinding mogen de twee delen niet ten op¬ zichte van elkaar bewegen. An¬ ders 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 des¬ noods 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 onderbrekin¬ gen die langer dan een kwartier duren. 9. Moet er soldeertin worden ver¬ wijderd? Maak dan gebruik van zg. zuiglitze. Verhit het te verwij¬ deren tin met de soldeerbout. Houd het uiteinde van de litze bij het tin. De litze "zuigt" het tin nu op.

10. Oefening baart kunst. Weer¬ standen of stukjes draad zijn zeer geschikt als oefenmateriaal.

Foutzoeken Doet de schakeling het niet met¬ een? 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 ver¬ keerd om? Zijn de voedingsspan¬ ningsaansluitingen niet verwisseld? — Zijn de aansluitingen van half¬ geleiders korrekt? Heeft u de onderdelenplattegrond misschien op¬ gevat als het onder-aanzicht van de schakeling, in plaats van het boven-aanzicht? — Is alles goed gesoldeerd? Een goede soideerverbinding is ook in mechanisch opzicht stevig.

Netspanning Isoleer netspanningsleidingen zo¬ danig dat er bij een gesloten kast geen aanraakgevaar bestaat. Alle van buiten bereikbare metalen de¬ len moeten zijn geaard. * De netkabel moet met een trekontlastingsbeugel of -doorvoer aan de kast zijn bevestigd. * De drie aders van de netkabel moeten mechanisch stevig zijn be¬ vestigd. (Alléén een soideerverbin¬ ding is onvoldoende!). * De aarddraad moet langer zijn dan de twee andere draden. Bij onverhoopt lostrekken van de netkabel blijft de aardverbinding dan het langst gehandhaafd. * Houd ongeïsoleerde netspanningsvoerende draden of soldeerpunten minstens 3 mm van ande¬ re draden of soldeerpunten verwijderd. * Verwijder de netsteker uit het stopkontakt vóór het verrichten van werkzaamheden aan het ap¬ paraat. 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 netspan¬ ningsvoerende delen geïsoleerd zijn.

Al eens het volgende truukje met een band- of cassetterecorder uitgeprobeerd? Als tijdens het op¬ nemen de wiskop in papier gewikkeld wordt, dan kan er opgenomen worden zonder dat de vorige opname gewist wordt. Hoe kan dat nou? Door dat papier krijg je een zekere afstand tussen kop en papier. Hierdoor kan het magneetveld van de wiskop de band niet meer bereiken. Hoe zit dat eigenlijk met die magneetvelden? De opnamekop magnetiseert de band in het ritme van de spraak- of muziektrillingen. Op de band zit een dunne laag ijzerpoeder of ander magnetisch te maken materiaal. Daardoor zal de band het mag¬ netisme van de kop vasthouden, onthouden als het ware. Tot de band weer gewist wordt. Ja, dat wissen. Hoe gaat dat dan? Ook weer met een magneetveld, de wiskop is immers ook een magneetkop. In wezen is de wiskop een opnamekop. Alleen wordt hier niet het geluidssignaal op¬ gezet, maar een hoogfrekwente wisselspanning. Dat "hoogfrekwent" wil hier zeggen dat de frekwentie van de wisselpanning te hoog is om met het oor te horen. Een mens kan horen tot maxi¬ maal 20-duizend hertz (trillingen per sekonde). De frekwentie van de wisspanning ligt in de buurt van de 50-duizend hertz. De wiskop moet het magnetisme op de band on¬ gedaan maken, demagnetiseren heet dat. Het 50 kHz wissignaal heeft een te hoge frekwentie om op de band opgenomen te kunnen worden. Maar het schudt wèl als het ware alle magneti¬ sche deeltjes op de band door elkaar. Het geluid van de vorige opname gaat eigenlijk verloren in de magnetische chaos. Vergelijk het met een bak met zand waar bergjes en kuilen in gevormd zijn. Door de bak snel heen en weer te schudden kan de oppervlakte van het zand volkomen vlak worden gemaakt. De "informatie", de kuiltjes en de berg¬ jes, is gewist. Het signaal voor de wiskop wordt in de recorder zelf opgewekt. Hier zit een zogenaamde wisoscillator in, een schakeling die een wisselspanning opwekt met de gewenste frekwentie van 50 kHz. Overigens wordt dat signaal niet alleen naar de wiskop gestuurd, maar ook sterk verzwakt met het op te nemen geluidssignaal gemengd. Door

dat te doen blijkt het mogelijk te zijn een geluids¬ signaal met minder vervorming op de band vast te leggen. Men spreekt van "voormagnetisatie", of "bijstroom" (bias). Om even terug te komen op dat wissen. Weet u dat het mogelijk is om een band op een veel een¬ voudigere manier te wissen? Gewoon, door er met een magneet langs te gaan. Heel soms zie je dat nog wel, vooral in oude apparaten. Vandaar ook dat u magneetband altijd uit de buurt van magne¬ ten moet houden (transformatoren, losse luidsprekers).

'

"Voordeelpak: 50 transistors BC . . . voor f 6,95". Slechts 13,9 cent voor een transistor, dat is bijna te geef. Met dit soort aanbie¬ dingen trekken de post¬ orderbedrijven de aandacht van de elektronica-hobbyist. Daarbij gaat het dan vaak om restantpartijen uit de in¬ dustrie die niet altijd van duidelijke opdruk voorzien zijn. Zodoende weten we soms niet of een transistor nu tot de stroomversterkingsklasse A, B of C be¬ hoort. Maar niet alle types werken in elke schakeling even goed. Een transistor van het C-type kan meestal probleemloos een A-type vervangen, maar bij de om¬ gekeerde situatie is een goe¬ de werking van de schake¬ ling beslist niet gegaran¬ deerd. Wie dus gebruik wil maken van de voordeelaanpiedingen moet over een meetinstrument beschikken dat de stroomversterkingsfaktor meet en aangeeft. Bij

/r-tester . . . zonder een woord Grieks transistoren met de standaardopdruk wordt de ver¬ sterking aangegeven met de letters A, B of C. Een A betekent: versterkingsfaktor tot ongeveer 250; B tot on¬ geveer 450; en C tot onge¬ veer 800. Maar wie het precies wil weten moet het nameten, ook bij transisto¬ ren met standaardopdruk. De gangbare transistor¬ testers, en daartoe behoort ook onze testschakeling uit Elex oktober '83, werken op basis van een konstante stroombron. De stroom hier¬ van wordt naar de basis van

de te testen transistor ge¬ leid, en de kollektorstroom wordt gemeten. De verhou¬ ding tussen kollektor- en basisstroom is de versterkings¬ faktor voor gelijkstroom, en deze duiden we aan met /? (bèta, de Griekse b). Hoe¬ wel de /3-waarde globaal aangeeft tot welke klasse de transistor behoort, kunnen we het gedrag van de trans¬ istor onder werkelijke bedrijfskondities beter bepalen door hem te testen met wisselspanning. Dit meetresul¬ taat wordt aangeduid met p' (spreek uit: bèta-aksent). In

transistorgidsen vinden we ook wel de aanduiding hfe of h2ie onder de kop "dy¬ namische gegevens". De testschakeling bestaat der¬ halve uit drie blokken: een wisselspanningsgenerator, de testopstelling en de meetschakeling. Blok 1 Juist, dit is een astabiele multivibrator die een blokspanning met een frekwentie van 1000 Hz op¬ wekt. Deze blokspanning heeft slechts een geringe amplitude, die door . . . Blok 2 met de ,te testen transistor TUT versterkt wordt (TUT is een afkorting van "transistor under test"). De versterkertrap is uitgevoerd als emitterschakeling. De TUT ver¬ sterkt de spanning aan zijn basis met de faktor /?'. De versterkte stroom vloeit bij de TUT via het kollektor/

O

TUT

Figuur 1. Het blokschema ver¬ duidelijkt de globale werking van de schakeling. Er zijn drie funktieblokken: 1 = astabiele multivibrator, 2 = transistor¬ versterker, 3 = meetschakeling.

B'= 1000 f

J-LTL M= 100 nA

1000 Hz

Figuur 2. In het volledige sche¬ ma zijn de drie funktieblokken gemakkelijk te herkennen.

5V

220 » 16 V

4n7

1N4148

T2

1N4148

emitter-trajekt, en de relatie tussen de grootheden kun¬ nen we als volgt uitdrukken:

le multivibrator, de TUTversterkertrap en de meetschakeling.

IC = P • 'B

AMV De astabiele multivibrator (AMV) is konventioneel van opbouw: twee transistoren (T1, T2), twee kondensatoren (C3, C4) en een paar weerstanden. De AMV zet een deel van de voedings¬ spanning (5 V) om in een blokspanning met een frekwentie van 1000 Hz. Dit gaat als volgt in zijn werk. We gaan ervan uit dat na het inschakelen van de voe¬ dingsspanning de volgende situatie ontstaat: T1 is in verzadiging (zie ook Elex sept. '84, "hoe zit dat?") en geleidt dus volkomen, T2 spert. De stroom van +5 V vloeit via R2, C3 en het kollektor/Vemitter-trajekt van T1 naar massa, zodat C3 wordt opgeladen. Intussen heeft C4 zich reeds via R4 en het basis/emitter-trajekt van T1 opgeladen. Het laden van

De (versterkte) kollektorstroom is dus een maat¬ staf voor de versterkingsfaktor. Daarom moet de draaispoelmeter M in . . .

Blok 3 een waarde meten en aan¬ geven welke een direkt ver¬ band heeft met de kollektorstroom. Om meetfouten te voorkomen is voor de draai¬ spoelmeter M nog een tran¬ sistor geschakeld die als emittervolger dient.

De praktijk In het volledige schema (fi¬ guur 2) is de volgorde van de funktieblokken gelijk aan die in het blokschema (fi>guur 1). Zo vinden we van links naar rechts: de astabie¬

C4 gaat erg snel omdat de waarde van R4 ten opzichte van R3 10 maal kleiner is. Wanneer C3 opgeladen is tot ongeveer 0,6 V, komt T2 in geleiding. Nu vloeit de stroom via R1 door C3 en het basis/emitter-trajekt van T2, en stuurt zo deze tran¬ sistor heel snel in de verzadigingstoestand. Zodra T2 geleiding komt, spert T1. Dit wordt veroorzaakt doordat de kollektorspanning van T1 daalt. Omdat C4 zich niet plotseling ontlaadt, daalt ook de basisspanning van Tl. Maar via R3 en het kollektor/emitter-trajekt van T2 begint C4 zich opnieuw op te laden. Wanneer de laadspanning van C4 de basis/emitterspanning van T1 bereikt, komt deze transistor in geleiding en spert T2. Volgens dit principe sperren en geleiden de beide tran¬ sistoren om beurten, en dit proces herhaalt zich voort¬ durend. Aan de uitgang van de

AMV (dat is het knooppunt van R5, R6 en C5), be¬ draagt de signaalamplitude slechts ongeveer 20 mV. Toch is dat voldoende, want de volgende trap versterkt de blokspanning. TUT-versterker

De versterker bestaat uit de te testen transistor (TUT), R7 . . . R12, C5 . . . C8, D2/D3 en S2. Laten we on¬ ze uitleg met deze laatste beginnen. Met S2, een dubbelpolige omschakelaar, kunnen we de polariteit van de voe¬ dingsspanning voor de versterkertrap omschakelen. Door deze voorziening kun¬ nen zowel IMPN- als PNP^ transistors getest worden. De getekende schakel¬ stand A geldt voor NPNtransistors. De kondensator C5 houdt de gelijkspanningen op de uitgang van de AMV buiten de versterkertrap, zodat alleen het wisselspanningssignaal

Figuur 3. Met een standaardprint formaat 2 blijft de op¬ bouw overzichtelijk.

Onderdelenlijst R1,R4,R6,R8,R15,R17 = 10 S R2.R3 = 100 ö R5 = 39 Q R7 = 1 Q R9 = 15 Q R10 = 27 Q R11 = 3,9 Q R12 = 1,8 Q R13 = 12 Q R14 = 4,7 Q R16 = 5,6 ö PI = 5 Q, instelpotentiometef P2 = 10 Q, instelpotentiometer C1

=

Tabel 1. Met deze gegevens kan men zelf een passende schaal tekenen.

Tabel 1

10 ( J F / 1 6 V

C2 = 10 ^mo v C3.C4 = 4,7 nF C5 = 680 nF C6,C7,C9 = 220 jiF/16 V C8 = 22 nF D1,D4,D5 = 1N4148 D2.D3 = 3,3 V/400 mW, zenerdiode T1J2 = BC547B T3 = BC550C IC1 = 78L05, spanningsrege¬ laar 5 V Diversen: 51 = druktoets 52 = dubbelpolige omschakelaar M = draaispoelmeter, 100 yA volle schaal 1 standaardprint, formaat 2 ca. 15 soldeerstiften, <(> 1,2 mm 1 transistorvoetje 1 aansluitclïp voor batterij 1 9 V-batterij flexibel montagedraad, mon¬ tagemateriaal enz. Geschatte onderdelenkosten: f 35, — (inkl. print)

wordt doorgelaten. Om te bereiken dat de TUT het signaal vervormingsvrij ver¬ sterkt, moet op de basis een bepaalde voorspanning aanwezig zijn. De basis van de TUT moet daarom op een vast gelijkspanningsnivo liggen. Hiervoor dient R7 met de zenerdioden D2 en D3, in kombinatie met de parallelweerstanden R8 en R9. De weerstand R12 maakt de versterking van de transistor onafhankelijk van de omgevingstemperatuur en de opwarming tijdens het gebruik. C6 en C7 zorgen ervoor dat het wisselspanningssignaal tussen de emitter van de TUT en massa geen weerstand ondervindt. Zodoende gaan de goede ei-

genschappen van de emitterschakeling, onder andere de hoge versterking, niet verloren. De signaalstroom op de basis van de TUT wordt ver¬ sterkt met de stroomversterkingsfaktor (]' die de tran¬ sistor heeft meegekregen; bijgevolg gaat er een kollektorstroom lopen die een spanningsval over R11 ver¬ oorzaakt. Deze spannings¬ val, en dus ook de kollektorstroom, is een maatstaf voor de stroomversterkingsfaktor van de TUT. Hier vol¬ gen een paar voorbeelden voor een signaalspanning op de basis van 20 mV; links staat de stroomversterkingsfaktor, rechts de spannings¬ val (in volt) over Ril: 50 0,14 100 - 0,26; 200 - 0,48 300 - 0,67; 400 - 0,83 500 - 0,97; 600 - 1,09 700 - 1,20; 800 1,29 900 - 1,388; 1000 - 1,46 Deze waarden zijn langs theoretische weg berekend. De werkelijke waarden kun¬

nen door toleranties bij de fabrikage en temperatuurgevoeligheid enige procenten afwijken. De meetschakeling Waarom is die transistortrap rond R3 eigenlijk nodig? Kan de draaispoelmeter M dan niet direkt op de TUT-versterkertrap worden aan¬ gesloten? Deze vragen beantwoorden we in omgekeerde volgorde: in principe kan dit wel, maar niet in werkelijkheid. De me¬ ter zou de te meten span¬ ningsbron overbelasten en daardoor een foutieve waar¬ de aangeven. De transistortrap verhindert dit en zorgt ervoor dat het meetresultaat korrekt wordt weergegeven. Voor wie het precies wil we¬ ten: een 100 JJA draaispoel¬ meter heeft een inwendige weerstand die tamelijk laag is, meestal 2 kOhm. Als de meter direkt op de TUTversterkertrap wordt aan¬ gesloten, zou de trap zoveel stroom moeten leveren dat

Versterkings¬ factor /?'

Uitslaghoek (in gradenl

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

8,63° 16,03° 23,42° 29,59° 35,75° 41,30° 46,23° 51,16° 55,48° 59,79° 63,49° 67,19° 70,89° 73,97° 77,05° 79,52° 82,60° 85,07° 87,53° 90,00°

de signaalamplitude instort. Daarom passen we de emittervolger rond T3 toe als buffertrap. Deze schakeling heeft van nature een hoge ingangsimpedantie (welke volgt uit het produkt van de versterkingsfaktor van T3 en de waarde van de weerstand R15) en de eigen versterking van een dergelijke trap is ongeveer 1. In de praktijk betekent dit dat de signaal¬ amplitude niet wordt aange¬ tast: de belasting is niet van invloed en ook de trap zelf verzwakt of versterkt op geen enkele wijze. De voeding De voedingsspanning wordt geleverd door een 9 Vbatterij. Deze is niet direkt, maar via de drukschakelaar S1 met de schakeling verbonden. De drukschakelaar wordt alleen tijdens de testprocedure ingedrukt, en daardoor besparen we ener¬ gie. De volle voedingsspan¬ ning van 9 V is alleen nodig voor de TUT-versterker. De

AMV en de meetschakeling nemen genoegen met 5 V. De aanpassing wordt ver¬ zorgd door IC1, een span¬ ningsregelaar voor vaste spanningen; hij reduceert de 9 V op zijn ingang tot 5 V aan de uitgang.

Bouwen en testen Het aanbrengen van de on¬ derdelen op een standaardprint van formaat 2 geeft geen problemen als men zich houdt aan de opstelling uit figuur 3. Let op de juiste polariteit van de onderdelen. Buig de basis van T3 iets naar buiten, anders past hij niet. Vergeet ook niet dat ene, kleine draadbrugje, rechts naast de aansluitin¬ gen van de meter. De aan¬ sluitingen van de TUT worden voorzien van soldeerstiften. Deze worden bij het inkasten verbonden met een transistorvoetje. Bij het testen steekt men de TUT in het voetje. Voordat bepaald kan worden

of de schakeling goed werkt, moet eerst S2 aan¬ gesloten worden. Figuur 4 laat de bedrading zien vanaf de soldeerzijde. Welke dra¬ den naar de aansluitingen op de print gaan is duidelijk aangegeven, en vergeet ook de doorverbindingen op de schakelaar niet. Nadat beide zijden van de print visueel gekontroleerd zijn, bepalen we met enkele gelijkspanningsmetingen of de tester in principe werkt of niet. Voor dit doel sluiten we de 9 V-batterij aan, maar nog niet de TUT, en ook de draaispoelmeter laten we nog even liggen. Schakelaar S2 moet op A staan. Nu gaan we de volgende span¬ ningen meten, alles ten op¬ zichte van de voedingsnul. Pluspool C2 = 5 V Kollektor T1 = 1,8 V Kollektor T2 = 2,5 V Kathode D2 (bij R7/R8) = 4V Knooppunt R8, R9, R10, C5 = 2,4 V

De laatste twee metingen herhalen we met S2 in de stand B; we krijgen dan: Kathode D2 = 5 V, en knooppunt R8, R9, R10, C5 = 6,6 V Vervolgens meten we: Knooppunt P1, R13 = 2,2 V Knooppunt loper PI, ano¬ de D4 = 1,5 V . . . 2,2 V (hangt af van loperstand) Emitter T3 = 0,4 V . . . 1 V (hangt af van loperstand PD Als deze meetresultaten kloppen, waarbij kleine af¬ wijkingen natuurlijk niet on¬ mogelijk zijn, kan de schakeling worden ingekast. Zorg ervoor dat de soldeer¬ zijde bereikbaar blijft, want de warme bout moet er op¬ nieuw aan te pas komen. Hetzelfde geldt voor de schakelaars S1 en S2, voor het transistorvoetje en de draaispoelmeter M. De draaispoelmeter (100 ytA vol¬ le schaal) is weliswaar in verschillende maten te koop, maar niet met een schaal die geijkt is voor het meten

S2a

S2b

Figuur 4. De dubbelpolige omschakelaar, gezien vanaf de soldeerzijde. Ook is aangege¬ ven naar welke aansluitpunten de draden voeren. Figuur 5. Schaalverdeling voor versterkingsfaktoren van 0 tot 1000.

84713X-5

van versterkingsfaktoren. De schaal die we nodig heb¬ ben, is afgebeeld in fi¬ guur 5. Wie een meter heeft met een schaal van precies dezelfde maat, is snel klaar: fotokopie maken van fi¬ guur 5, uitsnijden en op de oude schaal lijmen. Bij me¬ ters met andere maten kun¬ nen we kiezen uit de volgende mogelijkheden: 1. De schaal uit figuur 5 langs fotografische weg vergroten of verkleinen. 2. Zelf een schaal van de juiste maat tekenen. Voor dit doel geeft tabel 1 de sa¬ menhang tussen de versterkingsfaktor f}' en de uitslaghoek van de naald. Maar met het vervangen van de schaal moeten we wachten totdat het . . .

Afregelen voltooid is, want daarbij moeten we op de meter nog een stroomwaarde afle¬ zen. Eerst wordt de mecha¬ nische nul-instelling van de meter afgeregeld (meestal zit er een stelschroefje op). Daarna wordt de draaispoel¬ meter met P1 op nul gesteld. Daarna zetten we de soldeerbout weer aan en verrichten de volgende in¬ grepen: — R11 uit de schakeling verwijderen — C5 uit de schakeling verwijderen — R5 (39 Ohm) vervangen door een weerstand van 2,2 kOhm — Knooppunt R5, R6 ver¬ binden met punt C van de TUT-aansluiting — P2 zo instellen dat de draaispoelmeter 64 fjA aanwijst. — Tot slot alle veranderin¬ gen weer ongedaan ma¬ ken en de schaal vervangen Dat is alles.

bouwen zonder fouten Op onze ontwerpafdeling worden de Elex-schakelingen natuurlijk op zo'n manier gekonstrueerd dat ze gemakkelijk na te bouwen zijn. Bovendien kunt u er zeker van zijn dat we alle schakelingen getest hebben. En toch kunnen er tijdens het nabouwen nog genoeg problemen optreden, vooral wanneer u voor het eerst een soldeerbout in uw hand houdt. Bij die problemen kunnen we u niet helpen, want ervaring moet iedereen nu eenmaal zelf opdoen. Zo erg is dat ook weer niet, want een schakeling die alleen maar hoeft te worden nagebouwd, zou elk per¬ soonlijk initiatief overbodig maken en dat is zeker niet onze bedoeling. In dit artikel wordt dan ook besproken welke fouten er tijdens het opbouwen van de print kun¬ nen worden gemaakt en hoe die voorkomen kunnen worden. Het grote aantal gaatjes dat een Elex-print telt (bij for¬ maat 1 precies 549) kan een probleem zijn. Weliswaar zorgen de verschillende kleuraanduidingen op de print ervoor dat de koperba¬ nen niet telkens moeten worden nageteld, toch kun¬ nen we ons gemakkelijk ver¬ gissen (we spreken uit ervaring). Een vergissing van slechts één gaatje heeft meestal tot gevolg dat de schakeling niet werkt. Daartegen bestaat slechts één middel: langzaam werken en twee keer tellen. Bovendien kun¬ nen we het geheel beter overzien, wanneer eerst het IC-voetje op de print wordt gesoldeerd. Omdat de print niet geheel symmetrisch is, moet er bij het monteren van de eerste komponent ook op gelet worden dat de print in de goede positie ligt.

De beste methode om de schakeling zonder fouten op te bouwen is een kopie van de komponentenopstelling met kleine stukjes dubbelzij¬ dig plakband op de print te plakken (figuur 1). De losse komponenten moeten dan alleen nog door de kopie worden gestoken. Als de kopie nauwkeurig op de print is bevestigd, zijn fouten wat betreft het opbouwen van de print vrij¬ wel onmogelijk. Voor het kopiëren moet er wel een kopieerapparaat worden gebruikt dat precies 1 : 1 afdrukt, hetgeen niet altijd het geval is. Of het beter is eerst alle komponenten op de print te plaatsen en dan pas te sol¬ deren of elk onderdeel afzonderlijk te monteren, daarover zijn de meningen verdeeld. Voor de eerste methode moeten de uitein¬ den van de aansluitdraden vóór het solderen worden afgeknipt. Om te voorkomen dat de komponenten uit de print vallen worden de aan¬ sluitdraden licht omgebogen in de richting van de desbe¬ treffende koperbaan. De pennen van het IC-voetje worden naar buiten gebo¬ gen, omdat anders tijdens het solderen verbindingen kunnen ontstaan met koper¬ banen die in de lengte onder het IC door lopen. Wanneer we eerst alle kom¬ ponenten op de print plaat¬ sen en daarna pas met solderen beginnen, is het voordeel dat de koperbanen slechts éénmaal worden ver¬ hit. Hier staat tegenover dat het afzonderlijk plaatsen en solderen van de komponen¬ ten iets overzichtelijker is. De gebruikelijke volgorde bij het solderen is: bruggen en voetjes eerst, daarna weerstanden en kondensatoren en tot slot de halfgelei¬ ders. Deze volgorde is

echter niet altijd optimaal. Ingewikkeld gebogen brug¬ gen bijvoorbeeld kunnen we het beste als laatste op de print solderen; dan kunnen we hun vorm beter aan de situatie aanpassen. Verbin¬ dingen met o.a. bedienings¬ elementen, stekerbussen en voeding komen ook als laatste aan de beurt, omdat ze anders alleen maar in de weg zitten. Een handleiding bij het sol-

Figuur 1. Opbouwen zonder fouten: een kopie van de kom¬ ponentenopstelling op de standaardprint plakken en de onderdelen eenvoudig op de juiste plek door de kopie steken. Figuur 2. De oude vertrouwde soldeëroogjes worden langza¬ merhand zeldzaam. Gelukkig kunnen we ter vervanging zelf oogjes aan de pennen buigen. Krimpkous krimpt na verhit¬ ting om de aansluitdraad en zorgt zo voor een prima isolatie.

deren staat in "elextra" op bladzijde 9-04 van dit num¬ mer. Daarom worden hier alleen nog enkele aanvullen¬ de tips gegeven. De koper¬ banen van een standaardprint liggen, doordat de onderlinge afstand van de gaatjes 2,54 mm bedraagt, vlak naast elkaar. Daardoor is een bout met een smalle soldeerpunt noodzakelijk. Hier moet dus bij het aan¬ schaffen van een soldeerbout op gelet worden. Wanneer u al in bezit bent van een soldeerbout kunt u eventueel de soldeerpunt vervangen. De gaatjes hebben een doorsnede van 1,3 mm, zodat we ook de aansluitpennen van een instelpotmeter zonder problemen op de print kunnen monteren. Voor dunne aansluitdraden, bijvoorbeeld bij dioden, zijn de gaatjes iets te groot; ze kunnen met het soldeertin moeilijk worden gevuld. Dit is geen ramp, want de diode werkt ook prima als ze slechts aan één rand van het gaatje wordt gesol¬ deerd. Koperbanen waar een grote stroom door gaat lopen, kunnen hei beste over de gehele lengte met tin wor¬ den bedekt. Met de soldeer¬ punt, gevolgd door het soldeertin, wordt de hele koperbaan nagetrokken. Gebruik voor draadbruggen een stukje blank koperdraad met een doorsnede van 0,7 mm (doorsnee-oppervlak 0,4 mm2). Voor de verbin¬ dingen van en naar de print gebruiken we geïsoleerd soepel draad van gelijke dik¬ te. Als er een grote stroom door de verbinding gaat lopen dient soepel draad met een doorsnede van 1 mm toegepast te worden, want het doorsnee-opper¬ vlak bedraagt hiervan 0,75 mm2. Meestal zijn de aansluitingen van potentiometers, LED's, vermogenstransistoren enz. als .pennen, lipjes of soldeeroogjes uitgevoerd, die dan

direkt of via soepel draad met de print kunnen worden verbonden. We kunnen het soepel draad direkt op de aansluitingen van deze komponenten solderen, steviger is de verbinding echter als aan de aansluitpennen een soldeeroogje of -lipje wordt gebogen (figuur 2). Transistoraansluitingen die vlak naast elkaar liggen, moeten met een stukje iso¬ latieslang (eventueel van geïsoleerde draad af strip¬ pen) worden beschermd. Krimpkous is iets duurder, maar voldoet prima. Het kan gemakkelijk op zijn plaats worden geschoven en krimpt zodra het voorzichtig met een aansteker of haar¬ droger wordt verhit. De krimpkous kan daarna niet meer worden verwijderd. Dat de lengte van de aan¬ sluitdraden aan de afmetin¬ gen binnen de behuizing wordt aangepast, spreekt vanzelf. Ook op de inbouw van de schakeling in een kastje wordt hier niet verder ingegaan. Neem in ieder geval een ruime behuizing, zodat we bij eventueel foutzoeken overal gemakkelijk bij kunnen. Fouten kunnen altijd worden gemaakt, zelfs als we heel nauwkeurig werken. In "elextra" zijn enkele handige tips voor het opsporen van fouten vermeld. Als de fout is gevonden, moeten we de desbetreffende komponent lossolderen. Hiervoor moet het soldeertin opnieuw wor¬ den verhit, waarna de kom¬ ponent uit de print kan worden getrokken. Voordat er een nieuwe komponent wordt gemonteerd, verwijde¬ ren we met behulp van een stukje zuiglitze alle soldeer¬ tin. Zuiglitze wordt op het soldeertin gelegd en verhit tot het soldeertin geheel is opgezogen (figuur 3). Voor het verwijderen van tinbrugjes, ontstaan door het gebruik van te veel soldeer¬ tin of een te brede soldeer¬ punt, is zuiglitze ook een prima oplossing.

Het lossolderen van komponenten met meer dan twee aansluitpennen is iets moei¬ lijker. Bij transistoren bijvoor¬ beeld moeten de drie soldeerverbindingen om de beurt verhit en verwijderd worden. Het wordt nog lastiger wanneer we IC's en IC-voetjes moeten lossolde¬ ren. Ook voor die proble¬ men biedt zuiglitze de oplossing. Tot slot nog een belangrijke tip! Wanneer een IC meerdere malen uit een voetje wordt getrokken, kan het gebeuren dat de busjes in het voetje worden verbo¬ gen, waardoor slechte kon¬ takten kunnen ontstaan. Om dit te voorkomen tillen we het IC, afwisselend aan beide kanten, m.b.v. een klein (horlogemakers-)schroevedraaiertje voorzich¬ tig uit het voetje (figuur 4). Alle in dit artikel vermelde tips zijn bedoeld om de lezer te helpen bij de bouw van een schakeling. Algemene regels bestaan er nauwelijks; iedere elektronicus krijgt op den duur zijn eigen specifie¬ ke manier van werken. Ook u zult ongetwijfeld allerlei andere kneepjes ontdekt hebben.

Figuur 3. Lossoideren: het vloeibare soldeertin op de koperbaan wordt met behulp van zuiglitze opgezogen. Zuig¬ litze en soldeertin moeten hiervoor tegelijkertijd worden verhit. Figuur 4. Een IC moet voor¬ zichtig uit het voetje worden getrokken. Om kontakten en aansluitpennen zoveel moge¬ lijk te beschermen tillen we het IC, afwisselend aan beide kanten, met een minischroevedraaiertje uit het IC-voetje.

9 u

o o I

Oscillatorenmaken zonder uitzonderinggebruik van een terugkoppelingdie een deel van het uitgangssignaal weer terugvoert naar de ingang. Bij de Schmitttrigger oscillatorvan figuur 1 wordt die taak vervuld door een RC-netwerk (laagdoorlaat). De benodigde terugkoppeling kan niet "lukraak" gebeuren, aangezienzij bepalend is voor de frekwentie waarop de zaak gaat oscilleren.Door het laden en ontladen van kondensator C zorgt het RCnetwerk voor een tijdvertraging, die de tijdafstand vastlegt tussen de afzonderlijke pulsen. Een tweede noodzakelijke voorwaarde voor oscillatorschakelingen is dat er voldoende veÍsterking moet zijn. De door de terugkoppeling ontstane verliezen moeten door het aktieve deel van de schakeling (hier de poort) tenminste worden gekompenseerd. Beter echter is een nog wat hogere versterking, zodat de oscillator meer energie opwekt dan er in het terugkoppelnetwerk verloren gaat. Dat teveel aan energie kan dan aan de uitgang van de schakeling worden afgenomen. Tijdvertraging en voldoende versterking vormen dus de basisvoorwaarden om een oscillator te doen werken. Dat wil overigens niet zeggen dat als aan beide voorwaarden voldaan is, de schakelingook geheid zeker oscilleert.Nemen we bijvoorbeeld de astabielemultivibrator met twee poorten die in figuur 2 is afgebeeld. In principe funktioneert deze schakelingprima, toch heeft ze in de praktijk een enigszins onbetrouwbaar karakrer. Aan de basis-voorwaarden is voldaan: de versterking vindt plaats in de poorten en voor de tijdvertraging zorgen de beide RCnetwerken. Het schema vertoont sterke overeenkomst met dat van de elders in dit nummer besoroken

:'í'-r

'l

.l

. :.1

,,.,;+;l.,,t i: -.

';f i'i:: '',"i;:;' ;i: ;';r

t.!;^ttjf,

I :

Hoewerkendie dingeneigenlijk? 2

84750X-1

Figuur 1, Deze eenvoudige Sch m itt-t rig g er-oscillato Í maakt duidelijk waaÍ het bij RC-oscillatoren om gaat: versterking en tijdvertraging.

3

Figuur 2. Ook bij deze NANDmultivibrator is aan de oscillatievoorwaarden voldaan. Helaas is de betrouwbaarheid toch niet 1d)7o omdat er vooral bij het inschakelensoms een stabiele toestand ontstaat: de twee kondensatoÍen zijn dan toevallig tegelijkertijd geladen, waardoor de poorten dezelÍde logische toestand bezitten. Figuur 3. De werking van deze pooÍt-oscillator is hetzelfde als die van de Schmitt-triggeroscillator van Íiguur 1. Toevoeging van een tweede poort maakt echter de toepassing van Schmitt-trigger lC's mogelijk.

4 1Mít

Figuur 4. R- en C-waarden voor de met CMOS-|C's uitgeruste oscillator van figuur 3 of figuur 5.

300 ko

+| 100 kÍ)

Rl I

30 k{) 1 0k a

t0

100

lk

10k

100k íM

frekwàntie(H!) + 84750X-4

Deze transistor-AMV. werkt ook NAND-schakeling manier' dezelfde oo exakt rekwentie De oscillatorf bedraagt:

' -

+ -

4

2-R-:T

bij gelijke weerstanden, resp' kondensatoren. Voor TTLlC's moet R ongeveer 330 ohm zijn, terwijl bij CMOS deze weerstand elke waarde mag hebben tussen 10 kohm en 10 Mohm. Vanwege haar slechte startgedrag wordt de AMVschakelingvan Íiguur 2 betrekkelijkweinig toegeoast. Als er al een schakeling met twee Poortjes moet worden gebruikt, dan geeft men meestal de voorkeur aan de opzet van figuur 3. Die leent zich bij uitstek voor CMOS-IC's en funktioneert op dezelfdemanier als de Schmitt-trigger-oscillator

6

8

Figuur 5. Dezelfde schakeling als die van Íiguur 3' maar nu met NAND-pooÍten' Met de extra ingang kan de oscillator worden in- en uitgeschakeld.

7

Figuur 6. Een oscillator met variabele Írekwentie.

R2

c

tl L -rr--r-r

l\-, l/

urrgFng

t :ï1ru

Figuur 7. Hier zijn de Pulsen en pauzes verschillendvan lengte, want als oP de uitgang een "1" staat (en dus oP de rechter PooÍt-uitgang een "0") qeleidt de diode en wordt Rl àan R2 parallel geschakeld'

van figuur 1. Omdat echter de tweede Poort het schakelgedrag verbetert, werkt de schakelingook goed met doodgewone Poortjes' Aan de oscilleervoorwaarden is uiteraardvoldaan: voldoende versterking door de Poorten en vertragingvia het RCnetwerk. De tijdvertraging - en daarmee de oscillatorfrekwentie - valt binnen ruime grenzen in te stellen' In figuur 4 zijn de benodigde R- en C-waardente vinden bij gebruik van CMOSlC's zoals de 4049 of de 4069. Figuur 5 toont een praktischeuitwerking van de s c h a k e l i n gv a n f i g u u r 3 . D e in gan gsvoorschakelweerstand RV dient tien maal zo groot te zijn als de tijdbePalende weerstand R. In het schema zijn in Plaatsvan

invertersNAND's (4093) toegepast;zo is een ingang verkregendie het mogelijk maaktom de oscillatormet een "1" te startenen met een "0" uit te schakelen. freWil men een instelbare kwentie, dan kan er simpelweg een Potmeter in serie met R worden geplaatst (figuur 6). Voor een oscillator met verschillende puls/pauze-verhoudingen worden twee weerstanden en een diode toegevoegd. ln het schema van figuur 7 is tijdens de Pulsen alleen R2 werkzaam, terwijl in de pauzes R1 en R2 zijn Parallel geschakeld. De noodzaak tot een terugkoppeling met tijdvertraging is bij de besProken RCoscillatoren met Poorten zonneklaar.Bij andere oscillatoren, zoals bijvoorbeeld de Colpitts-oscillator, ligt de zaak anders, want daarbij wordt de oscillatorfrekwentie door een LC-kring bePaald' ln plaats van een tiidvertraoinq dient de terugkoPPeling Ëi"r'uoo, een bePaaldefaseo

Figuur 8. En deze oscillator? Dit is gewoon dezelfde als die van figuur 3, alleen is hij hier op een wat gebruikelijkere manier getekend.

)eurneus

84732X'1

een dieptevan 10 centiJe hebt arme mensenen Je en meter.Sleutelbossen hebt minderarme mensen. dergeeen van voorwerpen je hele En hebt ook een lijke grootte warentot oP kleinegroePrijke mensen 25 centimeterte traceren. dan)' gesProken (financieel ledereendroomt er wel eens En nog groterevoorwerpen zijn zelÍsoP een halvemeter van om bii die kleinegroeP nog niet veilig voor de rijkente horen' Het is niet Zo kan in metaalspeurneus. menzoveel voor niets dat de voortuin nog een vroegsen meedingenin de lotto. V2 of tijdig neergekomen Alleen is de kans dat je oP die manierje fortuinbinnen- een verdwaaldeonderzeeër haalt wel zo verschrikkelijk opgespoordworden. klein, dat het meestalbij het Maar voor het sPeurenkan beginnen,eerstwat elekdromenover de rijkdom tronica. blijft. Voor wie dat dromen beu is en eens daadwerkelijk de handenuit de mouwen wil stekenom de rijkdomte Principe vergaren,is dezemetaaldeinstruIn figuur2 zienwe het blokgekniPt een tektor de kans schemavan de metaaldetekment. Toegegeven, tor. Linkszien we de zoekdat je op een oude schat stuit is zo mogelijknog klei- spoel gevolgddoor het blok ner dan de kans oP het win- "oscillator".De spoel is van de oscillator gescheiden nen van de loterij,afgezien getekendomdat dat overnog van het feit dat eenkomtmet de mechani"bodemschatten"(of dat sche opbouw van het aPPanou gas is of goud) grotenraat. Elektrischgezienechdeelsdoor de staat worden ter maakt de spoel deel uit opgeëist.Maar toch heeft van de oscillator.Dezetrilt heiwerken (en bouwen!) van dezemetaaldetektorzijn met een frekwentievan ongeveer5 kHz' Daardoor bekoring.SPannendis het zal rond de zoeksPoeleen in elk geval. magnetischwisselveldontHet prototypebleekin staat staan. Komt er metaalin de munten oP te sporentot oP nabijheidvan de sPoel,dan zal dit het magnetischveld beÏnvloeden'Die verstoring van het magneetveldwerkt terug op de bewust eenvoudig opgebouwdeoscillator: dezezal zich instellenoP een anderefrekwentie ("toonhoogte"), hetgeen gepaardgaat met een kortstondigeamPlitudeverandering("trillingssterktd'). Betere(lees:ingewikkeldere) zullen oscillatorschakelingen gen amplitudeveranderin D e m e c h a n i s c h e Figuur L o tegenwerken,hebbendus konstruktie van het pÍototype. x Met de vleugelmoer kan het een konstanteamPlitude. handvat met de bedieningskast I zoudenwe hier niets Daar in hoogte aangêpast worden juist het o want hebben, aan op de léngte van de bedienenvan de amPlituveranderen de percoon.

Fíguur 2. Het blokschema wn ds mêtaaldetektor. Figuur 3. En dit zit er allemrd in aan elektronica. Voor een dergelijk apparaat is het eigED lijk helemaal niet zo veel. en toch weÍkt de schakeling naer volle tevredenheid.

de gebruikenwe hier als een draaispoelmeter in een teken:aha, metaalin de wijzeruitslagomgezet. buurt. Bij dezemetaaldetektor Om de amplitudete meten moet de zoekspoelpermamoet de wisselspanning van nent bewogenworden, om de oscillatoreerstworden metaalte kunnenontdekgelijkgericht.Tussengelijkken. Wordt de spoel stil richteren meetversterker zit gehoudenboveneen stuk vervolgenseen kondensaror, metaal.dan zal de wijzer Daardoorwordenalleen weer terugvallen naarnul. spanningsve|t|nderin gen Na de verstoringvan het (dusveranderingen in het magneetveldzal de oscillamagneetveldvan de zoektor zich namelijkinstellenop spoel)aan de meetversterxer een nieuwestabielefredoorgegeven.De uitkwentieen amplitude.Dit gangsspanning van de "nadeel"zou ondervangen meetversterkerwordt door kunnenwordendoor een

andere opbouw (met zenoen ontvangspoel) en veel meer elektronica. Hier is daar vanaf gezien vanwege de hogere kosten en het veel grotere nabouwrisiko. In "meer elektronica" kunnen natuurlijk ook meer fouten ontstaan.

Schakeling M e t T 1 , R 1 .. . R 3 , C 1 . . . C 3 , C5 en Ll is een zogenaamde Colpitts-oscillatoropgebouwd. Met R2, R3 en Cb

t o o n l t i n Z R t l

x g o I

€ o

0

+ 5 0! A

Onderdelenlijst R 1 : $ k A R 2 = 1 k a R3 : 2,2 kA R 4 , R 5 , R 8: 1 0 0 k a R6,R9: 10 kA R 7 . R 1 0 . R 1=1 1 M a P 1 : 1 0 k Q p o t m e t e r ,l i n . P2 = 25 kQ potmeter, lin c1.c2,c3,c6,c8 : 1 pF MKH C4 = 1 pF/16Y C 5 = 1 0 0 0g F l 1 6 V C7 : 100nF MKH C 9 . C 1 0 = 1 0 0 r r F l 1 6V D3 : 1N41/A D1 T1 = BC 550C tcl,tc2 : 741

o

E

0

o-{

F

o-{[k cll

c

s+

o-o H

H

En verder: L 1 : 1 0 0 w i n d i n g e ng e l a k t koperdraadop houten of kunststof kern, + 20. 25 cm. S1 = tweepolige aan/uitschakelaar M = draaispoelmeter, -50. .0. +50 pA wvee I V batterijen plus houders/ aansluitclips twee-aderigafgeschermd snoer soepel montagedraad standaardprint,formaat 2 Geschatte onderdelenkosten: f 50, {inkl.print)

Figuur 4. Het geheel gaat oP e€n formaat 2 standaardprint volgens deze plattegrond.

wordt de voedingsspanning ontkoppeld;wordt voorkomen dat de oscillatorterugwerkt op de voeding.Op de werkingvan de Colpittsoscillatorgaanwe hier niet verderin, die komt eldersin dit nummeraan de orde. Het blok "gelijkrichter"uit het blokschemabestaatin de schakeling uit D1,C4 en R4. De werking kan eenvoudig begrepenworden als men aan een voedingdenkt, waarbijC4 de afvlakkondensator voorstelten R4 de verbruiker,de aangesloten belasting.Als de amplitude van de oscillatorstabielis, dan zal over C4 een stabiele ning afgevlakte gel'rjkspan ontstaan.Verandertde amplitude,dan zal ook de hoogte van de gelijkspanning veranderen.R4 is nodig om ervoorte zorgen dat de kondensatorzich kan ontladenals de amplitude kleinerwordt.

C6 werkt als een hoogdoor- raaktde tweedeversterkerlaatfilter.In de praktijkkomt trap niet van de wijs van dat erop neer dat alleenver- een eventuelegelijkspanning in de gelijkspan- aan de uitgangvan lcl, veranderingen ning worden doorgelaten oorzaaktdoor de offset (zie naar de meetversterker. kader).Van de tweedeverDe meetveFterkervormt de sterkertrapis de versterking dit rest van de schakelingen ook op 100vastgelegd, bestaatuit twee trappen.De keerdoor R9 en R10.De geschakelde dioantiparallel eerstetrap wordt gevormd den aan de uitgang(D2 en door lC1,R6, R7 en C7. R6 D3) zorgenervoordat de en R7 leggende versterniet hoger uitgangsspanning kingsÍaktorop ï00 vast. C7 zorgt ervoordat voor hogere kan worden dan 0,7 V positief of lagerdan -0.7 V frekwentiesde versterking negatief(0,7 V is de doorkleinerwordt. Daarmee van een laatspanning wordt voorkomendat de diode).Op die manierwordt versterkerals oscillatorgaat beveiwerkenen dat hoogfrekwen- de draaispoelmeter ligd. Met P2 kan de gevoete storingvoor een "valse wijzeruitslag"zorgt. Tussen ligheidvan de meter ingesteldworden. de eersteen de tweedetrap zien we weer een hoogdoor- P1 en R5, R8 en R11dienen laatfilter(C8).Ook de twee- voor het instellenvan de o zal daarom offset van lC2. Eenvia de de versterkertrap x R5/P1lR8 alleenop.spanningsverande-spanningsdeler I ringenreageren,ditmaalvan verkregenhulpspanning wordt via R11op de ingang o van de uitgangsspanning (o lCl. Door dezevoorziening van de tweede versterker-

Figuur 5. Alle elektronica, op de zoekspoel na, zit in het kastje aan het handvat. Het zwarte ding rechts in de zij_ kant van het kastje is een batterijenvak voor twee 9 V batteÍijen.

5

ffi trap gezet.In het stukje "bediening" wordt verteld hoe P1 ingesteldmoet worden. De stroomvoorziening van de metaaldetektorwordt verzorgddoor twee 9 V batterijen. De kondensatoren C10en C1l zorgenvoor het bufferenvan de voedingsspanning,zodat plotselinge veranderingen in het stroomverbruikgemakkelijk woroen opgevangen.

Opbouw

x I o N

Het grootstedeel van de schakeling komt op een standaardprintvan formaat2, en wel volgensde Komponentenopstelling van fíguur4. Dit gedeeltevan de bouw zal, zekerals u al wat handigheidhebt in solderen.weinig problemen opleveren.De resterende onderdelenwordensamen met de print, maar met uitzonderingvan de spoel, ondergebrachtin een

kunststofbehuizing.De aan/uit-schakelaar, potmeters en draaispoelmeter komen natuurlijkin het deksel. Figuur6 laat zien hoe het prototype werd opgebouwd. De zoekspoelkomt om verschillende redenenniet in het kastje.Die redenenzijn de grootte, iets waar we dadelijkop terugkomen,en het feit dat de spoel dicht bovende grond bewogen moet worden, liefst zonder dat we hoevente kruipen. Om dat laatstete bereiken is gekozenvoor een ergonomische1: goed hanteerba_ re, op de mens aangepaste) vormgeving.De tekeningen foto's bij dit artikel,en ook de voorplaatfototrouwens, zullenmeerzeggendan een lijvigeomschrijving.Voor de steel hebbenwe gewoon een bezemsteelgebruikt. Hoe de zoekspoelgemaakt moet worden laat figuur 7 zien.Als wikkeÍlichaam gebruikenwe drie gestapelde schijvenvan hout of

kunststof(metaalmag niet). De bovensteen ondersre schijf zijn van een grotere diameterdan de middelste schijf en worden uit dun plaatmateriaal, bijvoorbeeld hardboardof triplex, gezaagd.De kleineremiddelsteschijf is aanmerkelijk dikkeren kan bijvoorbeeld gemaaktworden van het makkelijkte verwerken polystyreenschuim (piepschuim, styropor).De schijven moet gelijmdworden. Gebruikgeenmetalen nagelsof schroevenwant die zullende uiteindelijke gevoeligheidvan het instrument nadeligbeihvloeden. Op het spoellichaamworden 100windingengelakt koperdraadgelegd.De dikte van dat draadis niet zo belangrijk, die mag tussen0,1 en 1 mm liggen.Met afgeschermdekabel (twee-aderig mikrofoon-of hoofdtelefoonsnoerbijvoorbeeld) wordt de spoel met de schakeling verbonden.De draadeindenvan de spoel

wordenverbondenmet de binnenaderc.Bij het solderen moet de lak van de uit_ eindenvan de draadvan de spoel afgekrabdworden. De afschdrmingwordt verbonden met de nul van de schakeling.

Bediening Na het inschakelenwordt het apparaatmet de spoel-

schotel op de bodem gezet en wordt P1 zo ingesteld dat de wijzer van de draaispoelmeter zich in het midden van de schaal bevindt. P2 wordt op maximale weerstand ingesteld, dat komt overeen met een mini¬ male gevoeligheid van het instrument. De zoekspoel wordt nu vlak boven het af te speuren stuk grond bewogen. Met zwaaiende bewegingen kan het terrein "afgeneusd" worden. Slaat de wijzer niet uit, dan ver¬ hogen we de gevoeligheid door aan P2 te draaien. Zouden we beginnen met de meter in de gevoeligste stand en blijkt er inderdaad een onderzeeër, of om het even welk ander groot metalen voorwerp op een decimeter diepte te liggen, dan knalt het wijzertje in de hoek. Hoewel de draaispoelmeter de maximale span¬ ning van 0,7 V (D2/D3) best zal overleven, is het toch niet raadzaam dat al te vaak Figuur 6. Zicht op het bedie¬ ningspaneel. De draaispoelmeter heeft de 0 in het midden van de schaal.

te laten gebeuren. Welnu dan, veel sukses met het schatzoeken. Probeer nog wat te laten liggen voor het nageslacht, latere arche¬ ologen zullen ook nog wat te doen willen hebben. Overigens willen wij er nog even op wijzen dat de scha¬ keling minder heftig reageert op goud (en andere metalen die geen ijzer bevatten, zogenaamde non-ferro meta¬ len) dan op ijzer. Het magnetiseerbare ijzer zal het magneetveld namelijk veejl sterker verstoren dan goud.

-25 . . . 30 cm-20 . . . 25 cm.

Figuur 7. Konstruktie van de zoekspoel. De wikkeling bestaat uit 100 windingen gelakt koperdraad (zgn. wik¬ keldraad). De dikte van het draad is niet zo belangrijk.

3 . . . 4 cm 847 32 X-5

Offset Bij opamps (operationele versterkers) is theoretisch de uitgangsspanning 0 V als beide ingangen op 0 V lig¬ gen. In de praktijk blijkt dat echter niet precies te klop¬ pen, er zal toch een bepaal¬ de uitgangsspanning aanwezig zijn. Om deze foutspanning te onderdruk¬

ken hebben opamps meestal een offset-aansluiting. Daar wordt een potmeter op aan¬ gesloten die gebruikt kan worden om, met beide ingangen op 0 V, de uitgang op 0 V af te regelen. Hoe de potmeter moet worden aangesloten is afhankelijk van het type opamp. In de metaaldetektorschakeling wordt de offset (dus het

niet in balans zijn van de opamp) door een toege¬ voegde regelbare ingangs¬ spanning gekompenseerd. Deze extra ingangsspanning wordt afgeleid van een spanningsdeler die tussen de positieve en de negatieve voedingsspanning gescha¬ keld is. Een potmeter maakt het mogelijk ze zo in te stel¬ len dat de uitgangsspanning

0 V wordt, en de wijzer in het midden van de schaal staat. Overigens zullen we over een paar maanden in een apart artikel over opamps op het onderwerp offset terug komen.

De naam zegt het al: multimeters zijn universele meet¬ instrumenten. Maar ook een multimeter heeft zijn beper¬ kingen. Daarom zijn er in Elex al enkele voorzetjes voor de multimeter gepubli¬ ceerd: de tabel geeft een overzicht van deze Elexadapters. Zo kunnen we voor elke meting een pas¬ send voortzetje uitzoeken en tussen "proefkonijn" en multimeter schakelen. Die oplossing is praktisch en

die we bijna als de Elexstandaard-IC's kunnen beti¬ telen. Ze kunnen verschillen¬ de funkties in een schake¬ ling hebben: de meest voor¬ komende zijn die van astabiele multivibrator (blokgenerator) en monostabiele multivibrator. Het timer-IC 555 als blokgenerator heb¬ ben we uitvoerig in het Elex-nummer van april '84 ("metronoom") beschreven. In hetzelfde nummer werd ook de werking van de 555

kapaciteitsmeti ng met de multimeter goedkoop tegelijk! Een adapter voor kapaciteitsmetingen ontbrak nog aan onze verzameling. Welnu, hier is hij dan! Met een vrij eenvoudige schake¬ ling kunnen we de kapaciteit van een kondensator in drie meetbereiken van ongeveer 1 nF tot 1 juF meten en de waarde op de multimeterschaal tot op tienden nauw¬ keurig direkt aflezen. In figuur 1 zien we dat de schakeling eigenlijk alleen uit twee timer-IC's bestaat,

als monostabiele multivibra¬ tor uitgelegd, namelijk op bladzijde 4-18. Onze voorzet voor kapaciteitsmetingen bevat beide varianten van dit IC. Het "proefkonijn", kondensator Cx, bevindt zich in het tijdbepalende netwerkje voor IC1, de monostabiele multi¬ vibrator. We berekenen: T1 = 1,1 • R1 • C X (S1 in stand 1)

Met de waarden voor de ingeschakelde weerstand R1

en C1 (in het desbetreffende meetbereik) is de omschakeltijd (ook wel monofloptijd genoemd): T1 = 1,1 • 8,2 kQ • 1 tiF = 9 ms Hetzelfde geldt ook voor de andere twee meetbereiken. Hoe leiden we nu uit het uitgangssignaal van IC1 (pen 3) de waarde van Cx af en hoe wordt deze waar¬ de korrekt aangegeven? Welnu, met een puls die 9 ms duurt en vrijwel alleen

optreedt als de voedings¬ spanning wordt inschakeld, kunnen we niet veel doen. Een automatische meting zou een oplossing kunnen zijn. IC2, het tweede timer-IC, is verantwoordelijk voor die automatische meting. Het levert namelijk een bloksignaal met een frekwentie van 100 Hz. Dit signaal aktiveert (triggert) de monostabiele multivibrator elke 10 ms. Uit het pulsdiagram van figuur 2 kunnen we afleiden dat elke

SI - 1: 1 «F 2: 100 nF 3: 10 nF

100 M 16 V

|Cx

Figuur 1. De schakeling van de adapter voor kapaciteitsmeting bestaat in feite uit een mono¬ stabiele en een astabiele multi¬ vibrator — beide met een timer-IC opgebouwd.

O

meting binnen de door IC2 veroorzaakte periodetijd van 10 ms valt. Met de negatie¬ ve flank van het bloksignaal klapt de uitgangsspanning van laag naar hoog, en klapt na de mono-tijd weer terug naar laag; hier is bij¬ voorbeeld Cx = 82 nF en x = 8,2 nF in meetbereik 2 getekend. Het uitgangssignaal van IC1 bestaat dus min of meer uit brede pulsen. Deze puls¬ reeks bereikt het RC-net-

werk (R5 + PD R3. Over kondensator C3 staat ten¬ slotte een spanning die een stroom van maximaal 100 \JLA door het aangeslo¬ ten instrument laat lopen. Waar komt die spanning vandaan? Elke puls die via het RC-netwerk bij de kon¬ densator terechtkomt, zorgt ervoor dat C3 iets opgela¬ den wordt. Hoe langer de puls, hoe meer de konden¬ sator wordt opgeladen. Met andere woorden: Het RC-

netwerk integreert de pulsen met een tijdkonstante van 2,2 tot 4,7 s (afhankelijk van de instelling van P1). Een¬ voudiger kan het bijna niet! De schakeling wordt op een standaardprint formaat 1 opgebouwd. Let hierbij goed op de polariteit van de diode, de eiko's en de IC's. Samen met de vier aansluitbussen voor de in- en uit¬ gangen, de aan/uit-schakelaar en de schakelaar voor de keuze van de meetberei-

-+\ T2 = 10 mi } • •

ken past de print in een klein kunststof kastje (afme¬ tingen: 12 x 6,5 x 4 cm). Wie een apart 100 /^Adraaispoelinstrument wil gebruiken, heeft natuurlijk een ruimere behuizing nodig. Ook bij het aanslui¬ ten van de voorzet of van de multimeter moet er op de juiste polariteit worden gelet. Dat geldt eveneens voor het aansluiten van eiko's op de ingangsbussen en meetpennen. Tot slot nog een tip. Wie het meetbereik van de voor¬ zet niet bevalt, kan dit met de volgende formules aan¬ passen:

(R5 + P1) = MX , waarbij 'M

I

J3Ï.

§

§

Figuur 2. Het pulsdiagram toont het verloop van de metingen.

Tabel

Figuur 3. De schakeling kan op een standaardprint formaat 1 worden opgebouwd.

ELEX-adapters ("voorzetjes") voor de multimeter

titel

eigenschappen

voorzetje voor multimeter december 1983

hoge ingangsweerstand (1 MQ...10MS) meetbereiken: 3 V, 12 V 30 V gelijkspanning keuze uit 3 meetstromen keuze uit 3 meetstromen

zenerdiode-tester februari 1984 multimetervoorzet voor frekwentiemeting april 1984 veldsterktemeter mei 1984 vermogensmeting met de multimeter mei 1984 audiomillivoltmeter juli 1984 ohm-adapter augustus 1984

oatterij-tester september 1984 kapaciteitsmeting met de multimeter oktober 1984

i

multimeter meetbereik 1 V...2 V =

20 V =

meetbereiken: 200 Hz 2 kHz, 20 kHz

3V =

geschikt voor zendamateurs. CB'ers en bouwers van radiobestuurde modellen samen met sinusgenerator

50(jA =

meten van kleine wisselspanningen max. 50 mVeff.

100 piA = (50nA = )

meten van kleine en grote weerstanden meetbereiken: 10 S, 100 S, 1 MS, 10 MQ keuze uit vier belastings¬ weerstanden meetbereiken: 10 nF, 100 nF

1 V...3 V =

wisselspanning

Onderdelenlijst R1 = 8,2 kQ R2.R6 = 82 kQ R3 = 820 kQ R4 = 10 kö R5 = 22 kQ R7 = 33 kQ P1 = 25 kQ-instelpotmeter C1,C2,C4 = 10 nF C3.C7 = 100 nF/16 V C5 = 100 nF C6 = 10 M F / 1 6 V D1 = 1N4148

IC1.IC2 = 555 IC3 = 7805 diversen:

1MF

l|\/l het meetbereik van de meter is. De kombinatie (R5 + PD moet dan zo gekozen wor¬ den dat de tijdkonstante (R5 + P1)xC3 binnen een meetbereik van 2 tot 5 sekonden ligt.

100 |iA = 100 ^A =

S1 = drie-standen-schakelaar M = draaispoelinstrument 100 ^A 9 V-batterij met aansluit-clip aan/uit-schakelaar 1 standaardprint formaat 1 Geschatte onderdelenkosten: f 3 0 , - (inkl. print)

r

de colpitts-oscillator In de metaaldetektor (zie elders in dit nummer) was sprake van een Colpittsoscillator. Dat is een schake¬ ling die, zoals oscillatoren in het algemeen, een wisselspanning met een bepaalde frekwentie opwekt. De scha¬ keling (figuur 1) ziet er wat ongewoon uit. Behalve weerstanden, kondensatoren en een transistor zien we ook een spoel. Bij oscillatorschakelingen (ook bijvoor¬ beeld in zenders en ontvangers) zie je vaker spoelen. Samen met één of meerdere kondensatoren, hier C1 en C3, bepalen ze de frekwentie waarop een oscillator werkt. Wie kent niet het gefluit als bij een geluidsinstallatie met mikrofoon, versterker en luidspreker de volumeknop te ver open wordt gedraaid. De mikrofoon vangt geluid op, het wordt versterkt, weergegeven via de luid¬ sprekers, weer door de mikrofoon opgepikt, wéér versterkt, enzovoorts. Het is een gesloten kringetje waar¬ in het geluid zichzelf opjaagt tot maximale sterkte. Heel toepasselijk wordt dat ook wel rondzingen genoemd. Technisch spreekt men wel van meekoppeling. Een deel van het uitgangssignaal (uit de luidspreker) wordt terug¬ gevoerd naar de ingang (mikrofoon) en weer ver¬ sterkt zodat het geluid zich¬ zelf in stand houdt. De Colpitts- en ook enkele andere oscillatoren werken op dezelfde manier: van het uitgangssignaal wordt een deel genomen en weer toegevoerd naar de ingang. Daar bevindt zich een tril¬ lingskring die ervoor zorgt dat de oscillator het op één bepaalde frekwentie zal doen, de trillingskring filtert die frekwentie eruit. De terugkoppeling is bij de

Colpitts-oscillator niet zo eenvoudig te herkennen (de spoel is het niet!). Om de schakeling beter te begrij¬ pen, bekijken we haar in twee fasen. Eerst bekijken we het gelijkstroomgedrag. Om een transistor te laten werken als versterker, moet er eerst een gelijkstroom door lopen. Dat is de gelijkstroominstelling. Kon¬ densatoren laten gelijk¬ stroom niet door, dat komt door de isolatie tussen de twee geleidende platen. Spoelen laten gelijkstroom gewoon door, een draad is een draad, of ie nou gekruld is of niet. Met dit in het achterhoofd kunnen we van de schakeling een zoge¬ naamd gelijkspanningsschema tekenen: figuur 2. De kondensatoren zijn weggela¬ ten, de spoel is doorgetrok¬ ken. Via R3 en R1 kan een kleine gelijkstroom in de basis van T1 vloeien. De transistor wordt daarom open gestuurd (de basisemitter-overgang gaat gelei¬ den). Er kan nu ook een stroom lopen via R3 en de basis-emitter-overgang. Deze hoofdstroom zal, samen met de (veel kleinere) basisstroom, een spanning over R3 veroorzaken. De grootte van die spanning is eigenlijk niet belangrijk, straks wordt er een wisselspanning bovenop gezet er daar gaat het uiteindelijk om. Laten we nu de alleen voor wisselstroom belangrijke onderdelen rond T1 bekijken (figuur 3). C2 is in deze figuur voor de eenvoud weggelaten. Omdat zijn "weerstand voor wissel¬ stroom" (impedantie) zo klein is ten opzichte van R1, is het alsof de basis van T1 rechtstreeks is gekoppeld met de trillingskring. De trillingskring bestaat uit LI, C1 en C3. De twee in

C3

C1

Figuur 1. Deze schakeling zit in de metaaldetektor en moet een wisselspanning met een bepaalde frekwentie (5 kHz) opwekken. R2 en C5 maken geen deel uit van de oscillatorschakeling zelf, maar moeten de voedingsspanning ontkop¬ pelen (ervoor zorgen dat de oscillator niet terugwerkt op de voeding). Figuur 2. Voor de gelijkstroom¬ instelling zijn slechts drie onderdelen van belang. Figuur 3. Cl en C3 delen de spanning die over de trillings¬ kring staat. Het gedeelte dat over C1 staat, wordt gebruikt om de basis-emitter-overgang te sturen. Figuur 4. Deze Colpittsoscillator heeft andere onderdelenwaarden dan die in de metaaldetektor. De oscillatorfrekwentie is daardoor 6 MHz; met een kortegolf-radio (op de 49-meter band) kan de schake¬ ling afgeluisterd worden. Figuur 5. Een schakeling die zo opgebouwd is wordt wel een spinneweb genoemd. Mis¬ schien niet zo fraai als een printje, maar het werkt.

12V

22 pF 16V

18 Wdg.ó 10 mm

c2

seriegeschakeldekondensatoren kunnenals één kondensator(met de halve kapaciteit!)wotden opgevat. Over dezetrillingskringstaat de hoogfrekwentewisselspanningdie de oscillator opwekt. De twee kondensatoren werkenals een zogenaamdekapacitievespanningsdeler.Dezedeelt de spanning,net als een spanningsdelerdie uit weerstanden bestaat.Het gedeelte van de spanningdat over Cl staat, staat ook over de van basis-emitter-overgang

de transistor.Belangrijk daarbijis nog dat deze spanningde uitgangsspanning (op de kollektor)verder versterkt,en niet tegenwerkt. Het terugkoppelen van de uitgangsspanning naarde ingangvia zo'n is kapacitievespanningsdeler het specifiekekenmerkvan de Colpitts-oscillator. Zelf dezeoscillatoruitproberen kan ook, ook als u de metaaldetektorniet bouwt. We gebruikende schakeling van figuur 4. Dezeschakeling kan het beste (en het

goedkoopste)" zwevend" opgebouwdworden (figuur5). De onderdelenwaardenzijn zo gekozendat ongede oscillatorfrekwentie veer 6 MHz is, een frekwentie die middenin de 4{f-meterband ligt waardoor "beluisterd" de schakeling kan worden (als stilte) op een normalekortegolf-radio. De spoel is gemaaktvan 1 mm dik koperdraaddat, om de goedevorm te krijgen, om een viltstift werd gewikkeld.Er moeten 10windingengemaaktwor-

Gewijzigde zendtijden HobbYscooP

ruimtevaart,kommunicatie (zendenen ontvangen), algemene elektronica,hifiaudio (stereo)en computers. Voor die computerbezitters die hun machine reeds door middel van een speciaalvertaalprogrammaal hebben leren lezen en schrijven in NOS-Basicode-2wordt tevens een kort programma de ether ingestuurd. Bij deze wijzen we nogmaals op het bestaan van het Basicode-2-boekvan Hobbyscoop (de tweede druk is inmiddelsal verschenen), waarin de NOS-Basicode-2

is beschrevenen uit de doeken is gedaan hoe dertien populairehu iscomputers voor software-uitwisseling in Basicode-2geschikt gemaakt kunnen worden. Op een bijgeleverde(musi-) cassette staan de daarvoor benodigde vertaalprogramma's. Op de vrijdagavond(van 20.10htot 20.15h)zal op de middengolf (1008kHz) via Hilversum5 (!) ook computersoftware in Basicode-2 uitgezondenworden en tevens kunt u een korte

Het bekende radioProgramma "Hobbyscoop" van de NederlandseOmroep Stichting (NOS) in Hilversumzal met ingang van 7 oktober niet meer op de zondagavond worden uitgezonden. Vanaf die datum is Hobbyscoop twee maal in de 's Woensweek te horen. dagsavondskunt u van 20.03h tot 20.30h op de FM-band via Hilversum1 het hoofdprogramma in stereo beluisteren,dat als vanouds gewijd zal zijn aan

den. Door de spoel meer of minderop te rekkenkan de rekwentieveranoscillatorf derd worden. Zo llan de Írekwentiegekorrigeerdworden als hij in eersteinstantieniet in de zl9-meterband valt. Door tegen de schakelingte stoten is het trillen van de spoel op de radiote horen. Door het trillen verandertde spoelnamelijkpermanent van vorm waardoorje een soort van frekwentiemodulatie (FM) krijgt.

voorbeschouwingop het daarop volgende hoofdprogramma verwachten. Op bijgaandefoto het voltallige Hobbyscoop-team ( v . l . n . r . ) :H a n s . G . J a n s s e n . Lidy Martin, Willem-Jan Hagens, Elles Berger en (zittend) programmatechnicus Rens Soaink. Voor meer inÍormatie: NOS - Hobbyscoop, Postbus 1200. 1200 BE Hilversum.

q o x o N

o

r*tu

Íietssnelheidsme

x g o I @ N

o

De "snelheidskoorts" bestaatal sinds de mens gebruikmaakt van vervoermiddelen.En niet alleen bezittersvan snellesportauto-s worden erdoorbevangen, ook fietsers bijvoorbeeldweten eryan mee te spreken.Of kent u het sensatiegevoel niet als u - ja, met hoeveelkilometer per uur eigenlijk- vanaf een berg naar beneden scheurt.Om die exakte snelheidte weten te komen, ook interessantvoor mensen die "gewoon" fietsen,is een fietssnelheidsmeter nodig. Dat hoeft helemaal niet zó'n ingewikkeldapparaat te zijn. Bij dezeschakeling worden bovendientwee vliegenin een klap gevangen. Behalvesnelhedentot maximaal75 km/uur is het ook mogelijkhet aantal omwentelingenper minuut van de trappers,de zogenaamdekadans,aan te geven. Het bereikvan de kadansmeterloopt van per 0.. .150omwentelingen m i n u u t( R P M ) .

Zo werkt het Als opnemersgebruikenwe

twee rietkontaktenen twee kleinemagneetjes.Een magneet komt aan de spaken van het achterwiel.Het bijbehorenderietkontaktmonteren we ergensop de achtervork.Het tweede magneetjewordt op het kettingwiel bevestigd.Ook hierbij hoort een rietkontakt,en dat wordt op het frame bevestigd,ergensin de buurt van het trapasleger (door Germanistenook wel -lagergenoemd).De foto's makenduidelijkhoe een en andereruitzou kunnenzien. Het is de bedoelingdat het magneetjebij het passeren van het rietkontakthet kontakt sluit. Dat is te horen aan een zacht "ploinkachtig" geluid.Vanafelk rietkontaktgaat een draad naarde schakeling. De andereaansluitingmoet met massaworden verbonden. Als massakan het frame van de fiets dienen. De impulsenvan de rietkontakten worden toegevoerd aan de triggeringangen van twee monostabielemultivibrators,MMVI en MMV2 (figuur 1). De netwerken Rl/Cl en R2lC2 moeten

zogenaamde"kontaktdender" van de rietkontakten voorkomenen ervoorzorgen dat er per omwenteling slechtséén mooie zuivere puls ontstaat. De MMV's hebbende taak dezepulsen om te zetten in pulsenmet een exakt bepaaldepulsduur. Die pulsduurhangt nauw samenmet het maximale toerental,het maximale aantalpulsenper minuut dat de MMV kan verwerken. Neem bijvoorbeeldMMV1. Dezekrijgt de ingangspulsen van het achterwiel.De uitgangspulsenvan MMV1 hebbeneen vaste lengte van 100ms (1/10sekonde dus). Als de uitgangspulsen van MMV1 elkaarzo snel mogelijkopvolgen{figuur2 bovenaan).dan passener precÍes10 pulsenin een sekonde(eigenlijkiets minder omdat tussende pulsen een hele korte pauzezit, maar dat verwaarlozenwe hier),Voor die 10 pulsen moet het wiel 10 omwentelingen maken.Als dat een 26 inch wiel is, een wiel met een omtrek van 2,10meter 126x 3,14 x 2,54 cm), dan is de afgelegdeafstand

21 meter in die ene sekonde. Een uur telt 3fl)0 sekonden. dus in een uur zou de afgelegde afstand 3600 x 21 meter zijn, ruim 75 kilometer.De bijbehorendesnelheid is dus 75 km/uur. Snellerkan de fietssnelheidsmeterniet meten, oe pulsenzoudendan nog dichter op elkaarmoeten liggen.maar dat kan niet vanwegede vaste pulsduur. Je zal echtervan zeer goede huizemoeten komen om die 75 km/uur uit je fiets te krijgen. Aan MMV2 worden de oulsen van de trapperstoegevoerd. Omdat de trappeÍs langzamerdraaiendan het achterwiel{er zit immers niet voor niets een "versnelling" op de fiets) kon de pulsduurvan MMV2 langer gekozenworden. Met de waardenvoor R4 en C4 zoalsaangegevenin figuur1, is die pulsduurop zl00ms vastgelegd.Dat betekentdat er in een minuut maximaal150pulsen passen(150 x 400 ms = @ s); 150pedaalomwentelingenper minuut is de maximalekadansdie geme-

ten kan worden. Zoalsuit het voorgaande blijkt is de snelheidsmeting gebaseerdop een 26 inch wiel. Voor afwijkendewielmaten moet de tijdkonstante van MMV1 opnieuw berekend worden. Meet de omtrekvan het wiel en vermenigvuldighet aantal gemetencentímetersmet de faktor 0,€. Het getal dat daaruitkomt is de nieuwe tijdkonstantevoor MMVI (in Afhankelijk millisekonden). van dezeberekeningworden R3 en C3 aangepast. Wie lievernietsverandert aan de schakelingkan ook een anderesnelheidsschaal maken.Voor een 24 inch wiel wordt de maximaalte meten snelheid69 km/uur, voor een 28 inch wiel 81 km/uur.De anderesnelhedendie op de schaal staan kunnenomgezetworden door ze met een faktor 0,92 (voor een 24" wiel) of 1,08(voor een 28" wiel) te Handiger vermenigvuldigen. is het echter om met een vriend op brommerof fiets zelf de schaaloPnieuwte ijkenop mooie rondegetallen. Straksmeer daarover.

-t-f-

-rL

MMV1-MMV2=lCl =4538

51 : 1 =snelheid

lOOp 16V

s1

Wat elektronica De tijdkonstante(duur van de uitgangspulslvan een monostabielemultivibrator wordt vastgelegdmet de waardevan een kondensator en een weerstand.Voor de schakelingvan figuur 1 zijn dat R3 en C3 voor MMV1 en R4 en Gl voor MMV2. Beidemultivibratorszitten trouwenssamenin één huisje.Bij dit tYPemultivibratorskan de tijdkonstante heel eenvoudigberekend worden, en wel door de waardevan de kondensator en de weerstandmet elkaar (let wel te vermenigvuldigen op het aantalnullenachter de kommal. In figuur2 is nog eenste zien hoe de uitgangspulsen van beide MMV's er uitzien. Bij maximalesnelheidvolgen de pulsensnel op elkaar,zo snel dat de Pauze

Figuur 1. Wie had gedacht dat in e€n elêktronische fietssnelheidsmeter zo weinig onderdelen nodig zijn. Met 51 kan gekozen worden tu&sen hêt msten n€n de snelheid en het tÍaptémpo (kadansl.

2 3íTil;,,

Figuur 2. De monostabiele multivibrators geven aan dê uitgang pulsen met ê6n vaste pulsduur- Baj een hogere snelheid, rcspektiwelijk een hoger tÍaptempo, volgen de pulsen elkasr sneller op en wordt de gemiddelde uitgangssPanning €rlenredig groteÍ,

b,j 150 RPM

bri r@ RPM

o

1OO 2O0

3OO

4OO

5OO 600

7OO

tiid{n.} +

8OO

9OO rcOO rlOO

}47ZSX-2

Figuur 3, Een schaal voor de Íietssnelheidsmeter, gebaseerd op 26" wielen. Figuur 4, De onderdelenopstelling op een standaardpÍint, Zorg voor deugdelijke soldêerverbindingen; een Íietsstuur kan flink trillen.

#fllcrao

84725X-3

x o o I @

o

tussende pulseneigenlijk nauwelijkste zien is. Voor de duidelijkheidzijn die pauzes iets langergetekend.Bij een lageresnelheidkomen de pulsenverderuit elkaar te liggen, het duurt immers langervoordat het wiel een keer rond is. De duur van de pulsenblijft echtereven lang. Die pulsenzijn aardig,maar nog niet geschiktom een meter mee uit te sturen. Eerstbepalenwe de gemiddelde gelijkspanning. We smerende pulsenals het ware uit over de tijd. Dat gebeurtvoor MMV1 door R5 en C5, en voor MMV2 door R6 en C6. Als de Quitgangvan een MMV "hoog" is {hieris dat nagenoeg 5 V omdat lCl waarin de monostabielemultivibrators in zitten met 5 V gevoedwordt als die uitgang dus "hoog" is), wordt de kondensatorvia de weerstandopgeladen.Als de uitgang "laag" is wordt hij weer ontladen.De Waarden voor de weerctanden de kondensatorzijn zo gekozendat dat op- en ontladen betrekkelijklangzaam gaat. C5 en C6 zijn dus, net als in een voeding,afvlakkondensatoren. Op de punten 1 en 2 van schakelaar 51 staat daaroni een betrekkelijkstabielegelijkspanning waarvan de waarde (tussen 0 en 5 V) een maat is voor respektievelijk de snelheid en het trapritme.CGis groter dan C5 omdat de pulsen van de trappeÍselkaarminder snel opvolgendan die van het wiel. Met Sl wordt

omgeschakeld tussenhet meten van de snelheiden het traptempo. Als meetinstrumentgebruiken we een eenvoudige weekijzermeterdie bij í mA een volle wijzeruitslaggeeft. Weekijzermeters hebbenals voordeelten opzichtevan draaispoelmeters dat ze veel soliderzijn; dat is op een trillendfietsstuurgeen overbodige luxe. Het nadeeldat ze mindergevoeligzijn ondervangenwe met een apart stuurtrapje.Dat trapje bestaatuit de opamp lC2 en T1. Ze zijn zo geschakeld dat een bepaaldespanning op de ingang(pen3 van lC2) omgezetwordt in een daarvanafhankelijke stroom die door de meterzal vloeien. Het is zoalsdat heet een spanningsgestuurde stroombron.De stroom zal niet afhankelijkzijn van de weerstandvan de meter, maar wel van de grootte van de ingangsspanning. Dat werkt als volgt. Op de plus-ingang van de opamp komt de meetspanningte staan. De opamp zal deze spanningversterken;de uitgangsspanning stijgt. Daardoor zal via R7 een stroom in de basisvan T1 gestuurd worden. de transistorwordt opengestuurden er zal een (veelgrotere)stroom van kollektornaar emitter vloeien. De emitterstroomveroorzaaktover R8 en R9, díe samen opgevat mogen worden als één weerstandvan 5 k9. een spanningdie op de min-ingangvan de opamp staat en die daarom de uitgangsspanning tegen

zal werken. Een evenwicht wordt bereiktals op de miningang nagenoegdezelÍde spanningstaat als op de plus-ingang.De versterking van de opamp is namelijkzo verschrikkelijk hoog dat een miniemverschiltussende spanningop beideingangen al een flinke uitgangsspanning tot gevolg heeft. Stel nu dat op de plus-ingang 5 V staat, het maximum zoalswe eerderzagen.Wil op de min-ingangook 5 V staan. dan zal er een emitterstroomvan 1 mA moeten lopen.Die ene milliampère veroorzaaktover de emitterweerstandvan 5 kQ namelijk preciesde gewenste5 V. De kollektorstroom is praktisch even groot als de emitterstroom. en dus loopt er 1 mA door de meter,die dan ook prompt vol zal uitslaan. Tusseningangsspanning en uitgangsstroombestaateen lineairverband,wat zoveel wil zeggendat bij bijvoorbeeld halveringvan de (tot 2,5 V) ingangsspanning ook de uitgangsstroomzal halveren(0,5 mA).

Bouwen en afregelen Zoalsgebruikelijkwordt de schakelingopgebouwdop een Elex-printje, en wel volgens de plattegrondvan figuur4. Samenmet het weekijzermetertjeen een batterij kan het ondergebracht worden in een kastje, dat op zijn beurt met een stevigebeugelop het f ietsstuur vastgezetwordt. Eventueelkan het kastje met elastiekin de beugel

H Eg

T H

O o a

Áoo

sfl

TÀ

__J

Onderdelenlijst R 1 , R 2: 1 M A R3 = 560 ka R4 = 1,2Ma R5,R6 : 100ka R 7 = 1 k a R8,R9: 10 ka C1,C7 = 22 nF C2:68nF C3 = 180nF C4 : 330 nF C5 : 22 pF/16Y C 6 = 1 0 0y F / 1 6 Y C8:10nF C9:1pFl16V C 1 0 = 1 0y F / 1 6 V T1 = BC 549C rcl = 4538

rc2 : cA 3130 lC3= 78105

diversen: S 1 = e n k e l p o l i g es c h a k e l a a r , wisselkontakt 5 2 : e n k e l p o l i g ea a n / u i t schakelaar 53,54 : Íietkontakt 2 kleíne magneetjesen bevestigingsbeugeltjes M = w e e k i j z e r m e t e rl ,m A volle-schaaluitslag 9 V batterij met aansluitclip 3,5 mm stereo jackplug en aansluitbus standaardprintjeformaat l (zl0 x 100 mm) Geschatte bouwkosten: / 25,- (inkl.print)

gehoudenworden. Dat maakt het mogelijkhet eraf te nemenals u uw fiets ergensvoor langerctijd stalt. In dat geval moet het wel mogelijkzijn de rietkonlos te taktaansluitingen nemen.Dat kan heel gemakkelijkdoor gebruikte makenvan een 3,5 mm stereo jack-plugje.Dat heeft drie kontaktenwaarvaner één voor massa(verbinden met het frame van de fiets) en twee voor de rietkontakten gebruiktworden. in de De onderdelenwaarden schakelingzijn zo gekozen dat bij maximalemeteruitslag {1 mA} de snelheid 75 km/uur bedraagt.Afwij-

t

Een defekt netkontrolelamp je uitwisselenis een eenvou dige klus, tenzij er sprake is van een exotisch type van o n b e k e n d eh e r k o m s t .M a a r al te vaak wordt het zoeken n a a r e e n e k w i v a l e n td o o r d e h a n d e l a a rb e l o o n d m e t h e t a n t w o o r d : " N e e m e n e e r ,d a t h e b b e nw e n i e t ! " I n d i t k o r te artikeltjebeschrijvenwe een alternatiefvoor het net kontrolelampje. In plaats van een gloei- of

a4157X-1

kingenkunnenechter ontstaanvanwegetolerantiesin de onderdelenwaarden, omdat er geen 26" wielen op de fiets zitten of omdat de (te) zachtebanden indeuken.De wijzeruitslag kan worden beïnvloeddoor R8 en/of R9 te veranderen. Daarmeezal echter de schaalvan zowel de sne, heidsmeterals ook de kadansmeter worden beÏnvloed. De kadansmeterzal waarschijnlijk wel goed zijn met dezeonderdelenwaarden; dezemeting is immers niet afhankelijkvan de wieldiameter.Vandaardat we eigenlijkalleenwillen aanraden R8 en R9 aan te passen

als het weekijzerinstrument een anderestroom dan 1 mA nodig heeft voor volleschaaluitslag.ls dat bijvoorbeeld0,5 mA, dan moet de totaalweeÍstandtwee keer zo groot zr1n,10 kQ dus. Om dat te bereikenkan één van de twee weerstanden weggenomenworden. Het ijkenvan de snelheidsmetermoet in elk gevalgebeurenals er sprake is van een afwijkendewielmaat. Zonderde waardevan R3 en C3 te veranderen,zal de maximaalte meten sneÍheid bij grotere wielen groter zijn. Groterewielen leggen bij hetzelfdeaantalomwentelingenimmerseen langere

weg aÍ. Aanpassenvan de maximaalte meten snelheid doen we door de tijdkonstantevan MMV1 (R3 x C3) te veranderen. Een groteretijdkonstante (een groterewaardevoor R3 en/of C3) maakt dat de maximalesnelheidkleiner wordt. Merk bij het plaatsenvan de merkstreepjes op dat een weekijzermeter in het begin geen lineaireschaalheeft. De streepjesstaan daar iets dichter op elkaar. Het stroomverbruikvan de schakelingbedraagt 5 . . . 6m A .

n e o n l a m p j ek u n n e n w e n a t u u r l i j kg e b r u i k m a k e n van een lichtgevendediode, e e n L E D . H e t o r i g i n e l ek o n trolelampjeis meestal op

een voor een LED te hoge s p a n n i n ga a n g e s l o t e n D . e LED zal dan ook voorzien moeten worden van energie. verkwistendeserieweerstan

den en, bij wisselspanning, van een beschermingsdiode Er bestaat echter een ele ganter alternatief Van geïsoleerdsoepel draacJ w o r d t e e n h u l p w l k k e l i n go ' ' de kern van de nettrafo g e l e g d . D a a r i s m e e s t a l! " e p l a a t sv o o r ( z i e f o t o ) A a n g e z i e nd e b r a n d s p a n ' r r r c r van een LED zeerlaagi> (zo'n1,5à 2 volt) hoeÍt cle h u l p w i k k e l i n gs l e c h t se n k e l : w i n d i n g e nt e t e l l e n A Í h a n k e l i j kv a n d e n e t t r a f oz u l l e . zo'n 10tot 20 windingen nodig zijn om de LED te d o e n o p l i c h t e n .H e t j u i s t e aanïal zal men proefonder v i n d e l i j km o e t e n v a s t s t e l l e f r P r o b e e rh e t m e t 5 w i n d i n gen (knip het geisoleerde d r a a dn o g n i e t a Í ) e n v e r h o o g d i t a a n t a lt o t d e L E D h e l d e ro p l i c h t . S c h a k e ln u i n s e r i em e t d e L E D e e n m u l t i m e t e re n s t e l d e z e i n op een gelijkstroommeetbe r e i k v a n 1 0 0m A . W a n n e e r de meter niet ongeveer 2 0 m A a a n w i j s t ,z a l h e t a a n t a l w i n d i n g e na a n g e p a s l moeten worden tot dit i n d e r d a a dh e t g e v a l i s E e n te hoge stroom kan een vroegtijdig einde van de LED betekenen. 6

astabiele multivibrators De astabiele multivibrators (AMV's) behoren tot onze meest geliefde oscillators voor het opwekken van blokspanningen. Door hun betrouwbare werking is dat niet zo verwonderlijk. In dit artikel zullen we ons uitvoe¬ rig met de eigenschappen van de astabiele multivibra¬ tors bezighouden en tips voor het dimensioneren van dit soort schakelingen geven.

0,2 V staat loopt de stroom door R3 in de kondensator. Na korte tijd is de spanning over kondensator C2 zover gestegen dat op de basis van T2 een spanning van 0,6 V staat, waardoor T2 gaat geleiden. Daardoor daalt de kollektorspanning van T2 naar ongeveer 0,2 V. Over C1 staat echter nog de laadspanning; de positieve kant aan de kollektor van T2 en de negatieve aan de basis van T1. Hieruit volgt

dat op de basis een negatie¬ ve spanning (minder dan 0 V) staat. T1 spert abrupt. C1 wordt ondertussen ech¬ ter via R2 geladen. Zodra de spanningsdrempel van 0,6 V wordt bereikt, gaat T1 weer geleiden. Op hetzelfde moment wordt T2 gesperd, omdat C2 dit keer voor een negatieve spanning op de basis van T2 zorgt. De uit¬ gangspositie is nu weer her¬ steld en alles kan opnieuw beginnen.

In figuur 2 zijn de span¬ ningsdiagrammen van som¬ mige punten in de schake¬ ling (kollektor, basis) weer¬ gegeven. De negatieve "zaagtanden" van de span¬ ning op de basis zijn duide¬ lijk herkenbaar. De tijd tussen het omklappen wordt bepaald door het tot 0,6 volt opladen van C1 via R2 respektievelijk C2 via R3. Deze laadtijd is dus afhanke¬ lijk van de waarden van de kondensators en de

Funktie

1

De transistors T1 en T2 geleiden om de beurt (figuur 1); ze sturen elkaar. Zodra één van de transistors geleidt, spert hij de andere. Stel dat bijvoorbeeld T1 geleidt, doordat er een basisstroom via R2 loopt. Van de voedingsspannings¬ bron loopt nu een stroom door R4 (T2 spert) en kondensator C1. De laadspanning over C1 stijgt snel tot bijna de voedingsspanning. Ook Cl wordt geladen. Omdat op zijn (in figuur 1) linker aansluiting een verzadigingsspanning (zie ®ok Elex aug. '84, blz. 8-08: hoe zit dat?) van slechts

Figuur 1. Bekend om zijn betrouwbaarheid: de astabiele multivibrator (AMV) met transistoren.

9 u

weerstanden. Bij een voe¬ dingsspanning van 9 V bedragen de laadtijden: t, = 0,7 • R2 • C1 t 2 = 0,7 • R3 • C2 (R in ö; C in F) Bij elkaar opgeteld resulteert dit in de totale laadtijd: t t = t, + t 2 De omgekeerde waarde is de frekwentie van de oscillator:

-4 Geven we R2 en R3 respektievelijk C1 en C2 dezelfde

waarden, dan is t-| gelijk aan t 2 , met als gevolg: = 1 2ti 1,4 • C1 • R2 Bij dezelfde weerstandsrespektievelijk kapaciteitswaarden hebben de kollektorspanningen even lange pulsen en pauzes. De puls/ pauze-verhouding (duty cycle) bedraagt 1 : 1 (50%). Bij verschillende bouwonder¬ delen worden de pulsen of pauzes korter. Bijvoorbeeld een AMV is met gelijke 1

basisweerstanden è 39 kQ en gelijke kondensatoren a 18 nF opgebouwd en aan¬ gesloten op een voedings¬ spanning van 9 V. Op welke frekwentie zal de AMV nu oscilleren? f -

en machten van tien "goo¬ chelt", vindt in tabel 1 een aantal RC-kombinaties en hun bijbehorende frekwenties. Let wel: de tabel geldt voor een voedingsspanning van 9 volt. Maar om terug te komen op de frekwentie-formule: Wan¬ neer we een AMV met een bepaalde frekwentie nodig hebben, komen daarvoor meerdere RC-kombinaties in aanmerking. De 1 kHzgenerator hadden we ook met 68 kö en 10 nF kunnen

1

1,4 • R2 • C1

1 18 nF • 39 kö

1,4

1 1,4 • 18 • 109 . 39 . 103

%

ftM kHz Wie liever niet met formules

n n Figuur 2. Het pulsdiagram illustreert hoe de beide transistoren afwisselend geleiden.

a f

S

Foto. Onze bekende standaardprint biedt genoeg plaats aan de beide AMV's. Hier de kombinatie van een "knipper"- en een "pieper"-AMV.

S

*

'

s

s UB1

/

B2

V V

/

Li n r

C21

U

\

Us-

84747X-2

t l = R2 • C1 • In2 ~ 0,7 • R2 • Cl t2 = R3 • C2 • In2 ~ 0,7 • R3 • C2

opbouwen. Blijft alleen de vraag welke kombinatie het gunstigste is. Door de basisweerstand moet een basisstroom kun¬ nen lopen die groot genoeg is om de transistor te sturen en de kondensator op te laden. Hoewel de stroom door moderne kleinsignaaltransistoren (BC 547 o.a.) meer dan 100 keer wordt versterkt, moeten we toch niet te zuinig met de basisstroom zijn. In de regel is 1/20 of beter nog 1/10 van de kollektorstroom vol¬ doende. Voor een LED met een kollektorstroom van 15 mA is dus een basis¬ stroom van 0,75.. .1,5 mA gewenst. De basisweerstand kunnen we met de Wet van Ohm berekenen, waarbij de spanningsval over de weerstand 0,6 V lager is dan de voedingsspanning: R

5,4 V 0,75... 1,5 mA 7,2... 3,6 kö

Uit dit voorbeeld kunnen we afleiden dat weerstanden van 39 k<2 voor de werking van de LED niet zo geschikt zijn. Maar wanneer hebben we een LED nodig die met een frekwentie van 1 kHz (onzichtbaar! I knippert? (Wanneer dit wel het geval is: bij RB = 3,3 kQ moet C = 220 nF zijn en RQ = 390 Q.) Bij multivibrators die voor het opwekken van sig¬ nalen worden gebruikt (klei¬ ne kollektorstroom) liggen de basisweerstanden meest¬ al in het tientallen kQbereik, en de kollektorweerstanden hebben een waarde van enkele kö. In tabel 2 is het dimensione¬ ren van een astabiele multivibrator in een stroom¬ diagram weergegeven.

Polariteit De negatieve zaagtanden van de basisspanning zijn ^natuurlijk eigenaardig. Voor¬ al transistors zijn er bepaald

geen fan van, want bij een basis-emitter-sperspanning van meer dan 6 . . .7 V kun¬ nen de gebruikelijke kleinsignaaltransistoren (BC 547 o.a.) stuk gaan. Bij een werkspanning van 9 V wordt deze grens nauwelijks over¬ schreden. Voor alle zeker¬ heid, vooral bij hogere voedingsspanningen en grote kondensatorwaarden, kunnen we een diode in serie met de basis schake¬ len. Hiervoor kunnen we echter alleen een siliciumdiode met kleine sperstromen gebruiken (bijvoorbeeld 1N4148). AMV's voor lage frekwenties respektievelijk lange periodetijden worden met eiko's opgebouwd, omdat gelaagde kondensators met hoge kapaciteiten moeilijk verkrijgbaar en duur zijn. De negatieve kant van de elko bevindt zich altijd aan de basis. Ook al wisselt de polariteit tijdens het oscille¬ ren even, de eiko's hebben daar geen problemen mee.

Tabel 1 0,02 f iF

frekwentie* 0,01 100 200 300 400 500 750 1 2 3 4 5

Hz Hz Hz Hz Hz Hz kHz kHz kHz kHz kHz

710 360 240 180 140 96 71 36 24 18 14

kQ 360 k ö 180 kö 120 kö 89 71 kö kö 48 k» 36 kö 18 12 kQ kö 8,9 kö 7,1

0,1 yF

0,05 /iF

kQ 140 kQ 71 kQ 48 kQ 36 kQ 29 kQ 19 kQ 14 kQ 7,1 kQ 4,8 kQ 3,6 kQ 2,9

kö kQ kQ kQ kQ kQ kö kQ kQ kQ kQ

71 36 24 18 14 9,6 7,1 3,6 2,4 1,8 1,4

0,2/. F

kQ 36 kQ 18 kQ 12 kQ 8,9 kQ 7,1 kQ 4,8 kQ 3,6 kQ 1,8 kQ 1,2 kQ kQ

kQ kQ kQ kQ kQ kQ kQ kQ kQ

*lUb = 9 V

Tabel 2

Kol lek tor weerstanden berekenen bij U b = 9 V.

Transistor typen met hogere stroom verster¬ king uitzoeken.

Van welke stroomversterking wordt uitge¬ gaan?

Basisweerstanden bere¬ kenen bij U b = 9 V .

Welke frekwentie is gewenst?

Kondensatoren bereke¬ nen.

Tabel 1. Een overzicht van de weerstandswaarden, kapacitei¬ ten en bijbehorende frekwenties bij een voedingsspanning Ub van 9 volt. Tabel 2. Op deze manier kunnen we een A M V dimen¬ sioneren.

84747X

sinusgenerator MHz 10 H z . . . 1

Bij het opbouwen van een meetlab zullen de meesten ongetwijfeld begonnen zijn met het aanschaffen van een multimeter. Heel terecht, want zo'n ding heb je al bij het minste en geringste nodig. Als tweede werd dan meestal een labvoeding in huis gehaald. Ook dat is zonder meer een verstandige keuze, want elke maand een pondje batterijen kopen kan met de beste wil van de wereld niet als ekonomisch worden bestem¬ peld. Maar dan? Een skoop? Als dat zou kunnen... Maar wat dan wel? Nu, onze ervaring is dat op de derde plaats een sinusgene¬ rator thuishoort. Want voor¬ al bij metingen in het audio-gebied is zo'n appa¬

raat vrijwel onmisbaar. Maar ook bij het meten van reso¬ nantie frekwenties, vermo¬ gens, kapaciteiten en indukties is een sinusgenera¬ tor (in kombinatie met een voltmeter) bij uitstek geschikt. Een derde plaats op het lijstje is dus echt wel terecht! Onze sinusgenerator kunt u zelfs in twee uitvoeringen bouwen: een eenvoudige en een luxe versie. Voor elk wat wils dus. Een blik op figuur 1 — de "eenvoudige" versie — maakt al duidelijk dat de schakeling in de kategorie "iets moeilijker" valt. Het is dan ook raadzaam om eerst het hele verhaal goed door te lezen en dan pas naar de soldeerbout te grijpen (er is

ons namelijk ter ore geko¬ men dat sommigen alleen de inleiding lezen, waarna ze direkt met de opbouw beginnen...). Voor sinusgeneratoren die signalen met een frekwentie van ongeveer 1 MHz produ¬ ceren, is als "motor" van de schakeling een rond een Wien-Robinson-brug opge¬ bouwde oscillatorschakeling als het ware geknipt. Wat zo'n Wien-Robinson-brug precies is en doet, zien we in het nu volgende stukje.

Wien-Robinson-brug De met een Wien-Robinsonbrug gemaakte oscillator bestaat in onze schakeling (figuur 1) uit een serie- en

een parallelschakeling van een weerstand en een kondensator (respektievelijk P1a + R1/C1...C5, C11 en P1b + R2/C6.. .C10, C12) en een tak die door P2 en de gloeilamp (LaD wordt gevormd. Tussen het knoop¬ punt van de RC-netwerken en het knooppunt van P2 en La1 is dan nog een wisselspanningsversterker opge¬ nomen, waarmee we alle ingrediënten van de oscilla¬ tor hebben opgesomd. Goed, we weten nu hoe e.e.a. er op papier uitziet, maar nog niet hoe zo'n ding werkt. Voor de duidelijkheid is het schema van figuur 1 sterk vereenvoudigd in figuur 2 getekend; alle voor de principiële werking niet ter zake doende komponen-

24 V

2,5 V

rsHK^T00: 400 mV

84731 X-1

300 mW

Figuur 1. De eenvoudige versie van de sinusgenerator.

2

Figuur 2. Het belangrijkste gedeelte van de schakeling: de rond een Wien-Robinson-brug opgebouwde oscillator.

Uo

| p i a + R1

A Tt

C1 . . . C C11

R Pib + R2

r

J •

Ao ^

L[

• C6 .. . C10, C11

^™

1 | R1 (=• 2 x R2) |+P2x T I | R2

I 1 U1 84731X-3

ten zijn weggelaten. De twee R's en C's in figuur 2 (in werkelijkheid zijn dat dus meerdere weerstanden en kondensatoren) vormen het frekwentiebepalende gedeel¬ te van de Wien-Robinsonoscillator. Als we op een oscilloskoop het verband tussen Ui en Uo bij ver¬ schillende frekwenties zou¬ den bekijken, dan zien we dat de faseverschuiving tus¬ sen die twee spanningen, slechts bij één enkele frekwentie precies 0° is. Die frekwentie noemt men de resonantiefrekwentie en die kan als volgt worden berekend: f r = 1/(2 • n • R • C). Verder is het zo dat bij de resonantiefrekwentie de uit¬ gangsspanning (Uo) precies drie maal zo groot is als de ingangsspanning (U-|). Zou¬ den we nu U-| drie maal versterken en dan terugvoe¬ ren naar Uo, dan ontstaat er een kontinue wisselwerking in de schakeling; de oscilla¬ tor oscilleert. Weliswaar hebben we in figuur 2 een opamp als versterker gete¬ kend, maar die zult u in figuur 1 vergeefs zoeken. In plaats van een opamp heb¬ ben we gewone torren gebruikt (T1, T2 in figuur 1). Een versterking van drie maal echter is in de praktijk erg kritisch. Wanneer de versterking namelijk ook maar iets te groot is, dan zal de versterker een steeds groter wordend uitgangssig¬ naal leveren, totdat dit begrensd wordt door de voedingsspanning. Gevolg: onze sinusgenerator wordt opeens een blokgolfgenerator, nou ja, levert in ieder geval geen keurige sinussen. Is de versterking anderzijds ook maar een fraktie kleiner dan drie, dan zal de oscilla¬ tor stoppen, of zelfs niet eens op gang komen! Er is daarom een of andere rege¬ ling nodig, waarmee de ver¬ sterking zo aangepast wordt, dat de zojuist beschreven ellende niet kan optreden; want alleen maar dan kun-

9

k

S2:7= 2V 8=200 mV 9= 20 mV

24 V

C2 150n

HK,1

2N3055 ff E

R14

2,5 W 84731X-2

nen we van een mooi sinusvormig uitgangssignaal verzekerd zijn. Nu, voor het stabiliseren van de versterkingsfaktor (en daarmee de spanningsamplitude I, draagt de gloeilamp (LaD een wezenlijk deel bij. Een gloei¬ lamp heeft namelijk een positieve temperatuur koëfficiënt (PTC). Bij een stijgen¬ de spanning over de gloei¬ lamp, zal de stroom door de gloeidraad natuurlijk ook groter worden. Voor de hand liggend gevolg daar¬ van is dat de gloeidraad heter wordt. Door de PTCeigenschap ervan, zal de weerstand van het gloeidraadje toenemen, waardoor de stroom wordt "begrensd" (dit is overigens ook de reden waarom gloeilampen meestal bij het inschakelen sneuvelen; door de dan nog lage weerstand van het draadje kan er (kortstondig) een grotere stroom vloeien). Natuurlijk kunnen we de gloeilamp niet aan al te

hoge spanningen blootstel¬ len, maar binnen een bepaald gebied kan men heel goed van het PTCeffekt gebruik maken. Zoals we in figuur 1 kunnen zien, vormt de gloeilamp een deel van de emitterweerstand van de eerste versterkertrap (T1). Daardoor wordt — zodra de uitgangsspanning stijgt — de versterking gelei¬ delijk kleiner gemaakt, omdat de weerstand van de gloeidraad dan immers toe¬ neemt. Bij dalende spanning gebeurt uiteraard het tegen¬ overgestelde. Ergo: de gloei¬ lamp is een prima amplitude¬ stabilisator! De stroom door de lamp is echter zo gering, dat het stabiliseringseffekt niet zichtbaar is. Dus niet schrikken als het lampje konsekwent donker blijft, want dat is ook de bedoe¬ ling (de gloeidraad hoeft immers hier geen licht te geven, dat zou energiever¬ kwisting zijn). Oplettende lezers zullen zich

nu misschien afvragen, waar de wisselspanning voor de ingang van de oscillator vandaan komt. Nu, daartoe moeten we twee dingen weten. Ten eerste oscilleert een schakeling alleen maar dan, wanneer deze terugge¬ koppeld is. Ten tweede moet zowel de fase als de amplitude van het signaal aan bepaalde voorwaarden voldoen. Eén van de voor¬ waarden om de zaak te laten oscilleren is dat de uitgangswisselspanning fasengelijk op de ingang komt (fasengelijk betekent dat de beide sinusvormige signalen precies op hetzelfde moment en in dezelfde rich¬ ting door de nuldoorgang gaan (zie ook "fase", Elex juni 1984). Deze vorm van terugkoppelen noemt men meekoppelen. Een andere voorwaarde is dat de ver¬ sterking in de terugkoppel¬ lus minstens één moet zijn. In onze schakeling voldoet de fase in ieder geval aan

Figuur 3. De luxe versie van de sinusgenerator is voorzien van een eindtrap. Figuur 4. De eenvoudige versie past op een standaardprint for¬ maat 2. Figuur 5. Voor de luxe versie is een print van het formaat 4 vereist.

»

Onderdelenlijst figuur 4 R1,R2,R5,R7 = 1 k ö R3 = 12 kQ R4 = 5,6 kQ R6 = 330 Q

R8 = 390 Q

o

R9 = 1,8 kQ R10 = 100 Q R11 = 180 Q P1a, P1b = 10 kQ stereopotmeter (lin.) P2 = 100 Q instelpotmeter P3 = 250 Q potmeter (lin.) C1,C6 = 1,5 fiF folie C2,C7 = 150 nF C3,C8 = 15 nF C4,C9 = 1,5 nF C5.C10 = 100 pF C11,C12 = 60 pF (trimmer, figuur 6) C13...C15 = 2200/jF/25 V C16 = 1 nF C17 = 470 pF T1,T2 = BC550C T3 = BC 141 La1 = gloeilamp 6 V/0,3 W (50 mA) S1a,S1b = draaischakelaar 2 x 5 standen Standaardprint formaat 2

Onderdelenlijst figuur 5 R1,R2,R5,R7 = 1 kQ R3 = 12 kö R4 = 5,6 kQ R6 = 330 Q R8 = 390 Q

R9 = 270 Q R10 = 1,8 kQ R11.R12 = 100 Q R13 = 1,2 kQ R14 = 680 Q R15 = 10 Q/2 W R16 = 10 kQ P1a,P1b = 10 kV stereopotmeter P2 = 100 Q instelpotmeter P3 = 100 Q potmeter 2,5 W (lin.)

C1.C6 = 1,5 nF folie C2,C7 = 150 nF C3,C8 = 15 nF C4.C9 = 1,5 nF C5.C10 = 100 pF C11.C12 = 60 pF (trimmer) C13,C14,C15, C17,C18 = 2200 H F/25 V C16 = 1 nF C19 = 470 pF T1.T2 = 6C550C T3 = BC 141 T4 = 2N3055 La1 = gloeilamp 6 V/0,3 W (50 mA) S1a,S1b = draaischakelaar 2 x 5 standen S2 = draaischakelaar 1 x 3 standen Koellichaam voor T4 Standaardprint formaat 4

CD X

I

?

de gestelde eisen, want het uitgangssignaal (op de ernitter van T3) heeft bij resonantiefrekwentie precies dezelfde fase als het ingangssignaal (op de basis van Tl). Ook de amplitude voldoet aan de voorwaar¬ den, want weliswaar is het ingangssignaal bij resonantie drie maal kleiner dan het uitgangssignaal, maar dat wordt, zoals we al zeiden, door een versterkertrapje opgevangen. In de praktijk zal echter blijken dat de totale lusversterking meestal wat hoger uitvalt. Daarom is P2 in de schakeling opgeno¬ men, zodat de versterking kan worden bijgesteld. Een belangrijke eigenschap van een Wien-Robinsonoscillator hadden we bijna vergeten te noemen. De schakeling vervormt namelijk bijzonder wenig, zodat het geproduceerde signaal vrij¬ wel "brandschoon" is. Daar¬ door is de oscillator o.a. heel goed bruikbaar voor het "doorfluiten" van HiFiversterkers. Voor de insiders: Bij een uitgangssignaal met een frekwentie van 1 kHz, bedraagt het aandeel aan hogere harmonischen slechts 2% o , oftewel 0,2%! Is de Wien-Robinsongenerator korrekt ingesteld, dan is slechts een kleine "stoot" nodig om 'm te starten, dus te laten oscille¬ ren. Wij stoten de oscillator heel eenvoudig aan met het inschakelen van de voe¬ dingsspanning. Simpel, maar 't werkt altijd. Men kan uit drie verschillen¬ de frekwentiebereiken een keuze maken met schakelaar S1a + b (de sekties a en b zitten op één as). Met de dubbele potmeter P1a + b kan de frekwentie ingesteld worden. Met P3 kan men de uitgangsspanning van nul tot maximaal (25 mVeff, 400 mVeff, 2,5 V e ff) instel¬ len. De "dikke" uitgangselko (C15) zorgt er tenslotte voor dat er geen gelijkspanningen op de uitgang terecht kun¬ nen komen.

De luxe versie Het enige verschil tussen de eenvoudige en luxe versie (figuur 3) is, dat de laatstge¬ noemde een eindtrap heeft. Daardoor is de uitgang kortsluitvast en tamelijk laagohmig, zodat meerdere testobjekten gelijktijdig aan¬ gesloten kunnen worden. Het gaat hier om een emittervolger als vermogensversterker. Omdat deze versterker in de zogenaamde klasse-A staat (er loopt eep flinke ruststroom door de tor), moet de transistor (T4) goed gekoeld worden (nee, niet met een ventilator, met een koellichaam). Per slot van rekening Wordt daar tot 10 W aan warmte opgewekt.

Opbouw Zoals altijd bij Elex-schakelingen wordt ook de sinusgenerator op een standaardprint opgebouwd. Formaat 2 voor de eenvoudige versie (figuur 4) en formaat 4 voor de luxe uitvoering (figuur 5). De eindtor (T4) moet eerst van een koellichaam worden voorzien, waarna de kollektor, emitter en basis met de overeenkomstige punten op de print (C, E, B) worden aangesloten (m.b.v. van wat soepel draad). Omdat bij deze schakeling nogal wat onderdelen "in de lucht" bedraad moeten worden (PI, S1 met bijbehorende C's, S2, P3, T4), is het ver¬ standig om alles aan de hand van een checklist aan te sluiten en vast te solde¬ ren. Wij verzekeren u dat het zoeken naar fouten in een spaghetti-schotel van draden absoluut niet bevor¬ derlijk is voor de gemoeds¬ rust! Goed, het voedingsgedeelte is aan de beurt. We grijpen daartoe terug op de stan¬ daardvoeding uit het juninummer '84. In dit geval wordt de uitgangsspanning op 24 V gedimensioneerd (figuur 7). De spanningsre¬

gelaar (IC1) kan het beste naast de eindtor op de achterzijde van de behuizing worden aangebracht, zodat het IC het nooit te "benauwd" kan krijgen. Apropos behuizing, we heb¬ ben de luxe versie van de sinusgenerator onderge¬ bracht in een kastje met de maten 7 x 20 x 16 (h x b x d, alles in cm). De vermogenstor en de bij¬ behorende koelplaat hebben een plaatsje op de achterzij¬ de van de behuizing gekre¬ gen (isolatie niet vergeten!). Voor de schaalverdeling van P1 kan men de tekening in figuur 8 gebruiken (kopië¬ ren). Daarmee komt de daadwerkelijk ingestelde fre¬ kwentie heel goed overeen. Wie het precies wil weten, kan natuurlijk ook de fre¬ kwentie van het uitgangssig¬ naal meten. Maar voor de meeste toepassingen zal de schaalverdeling nauwkeurig genoeg zijn. Bij het aflezen mag men natuurlijk niet ver¬ geten om de met P1 ingestelde waarde, te verme¬ nigvuldigen met het ingestelde bereik (met S1).

Gebruik Voordat we ingaan op de toepassingsgebieden van het apparaat, eerst nog een paar woorden over de afre¬ geling er van. Als eerste moet op de uitgang een multimeter (in het wisselspanningsbereik) worden aangesloten. Vervolgens stellen we de frekwentie met P1 en S1 op ongeveer 1000 Hz in. P3 wordt op maximale amplitude gezet — bij de luxe versie tevens S2. Nu moet P2 zo worden ingesteld, dat op de uitgang van de eenvoudige versie 2,5 V e ff en op de uitgang van de luxe uitvoering 2 V e ff staat. Klaar. Wie zin en tijd heeft (en natuurlijk over de juiste meetappara¬ tuur beschikt), kan met een frekwentiemeter nagaan of de bereiken kloppen en ze

84731X-6

Figuur 6. Trimmers met deze rastermaat passen probleem¬ loos op een standaardprint. Figuur 7. De voeding is een exakte kopie van de standaard¬ voeding uit het juninummer van dit jaar. Figuur 8. De schaalverdeling voor P1. Met deze potmeter kan de frekwentie worden ingesteld. Figuur 9. Enige toepassingen van de sinusgenerator: a. ver¬ mogensmeting, b. frekwentiemeting, c. induktiemeting, d. kapaciteitsmeting. X c van het meetobjekt moet meer dan 100 x groter zijn dan Rs).

8

1,2

B40C1000

24 V

IC1 7824

C1

C2

cv

10 1M 25V

84731X-8

2x 1000 (i 40 V

eventueel met de trimmers C11 en C12 korrigeren. De gelukkige bezitters van een skoop kunnen uiteraard alles op het scherm volgen. Nog een opmerking: Om diep¬ gaande problemen te vermij¬ den mag de uitgangsampli¬ tude bij belastingsweerstan¬ den die kleiner zijn dan 1 kQ, nooit boven 1 Veff worden ingesteld. Zo, we gaan over tot de toepassingsgebieden van de sinusgenerator. Voor een beter overzicht hebben we deze in figuur 9 blokschematisch weergegeven. Een toe¬ passing is het meten van vermogens. In het meinum¬ mer van dit jaar is beschre¬ ven hoe je op eenvoudige wijze vermogens m.b.v. een multimeter kan meten. Voor het opstellen van een frekwentiekarakteristiek geldt dezelfde meetopstelling als bij vermogensmeting. Daar¬ toe wordt de spanning (bij voorkeur met de audiomillivoltmeter) bij verschil¬ lende frekwenties tussen de 20 en 20000 Hz opgemeten en in een diagram uitgezet. Het resultaat is een goed overzichtelijke overdrachtska¬ rakteristiek. Ook spoelen en kondensatoren kunnen met de sinusgenerator (in kombinatie met de audio-millivoltmeter) heel goed gemeten worden (figuur 9c en 9d).

Een voorbeeld: Laten we aannemen C|< = 30 pF, C|\j = 100 n F en f res = 6 kHz (de resonantiefrekwentie kan worden bepaald door te kijken bij welke frekwentie de millivoltmeter maximaal uitslaat; de dan ingestelde frekwentie is de resonantiefrekwentie). L x kan als volgt worden berekend:

0

L x = 1/(4 • n2 • C|\|) = 7 mH res

sinusgenerator

audiomiliivoltmeter

sinusgenerator U o fres

De kapaciteit van een kondensator kan eenvoudig worden bepaald door de spanning erover te meten. Cx wordt dan aan de hand van de volgende formule berekend: C

U

- °• -

1 2 • n • fr e s

Een rekenvoorbeeld: Urj = 2 V, f res = 1 kHz, Rs = 100 ö, Ui = 2 mV. Daaruit volgt C x = 1,6 nF. U mag het narekenen... Uiteraard zijn deze toepassingen alleen maar als voorbeeld bedoeld. In de praktijk biedt de sinusgenerator u legio mogelijkheden. Veel plezier met uw nieuwe aanwinst!

sinusgenerator

©

il

audiomilüvoltmeter

c x <xc> sinusgenerator U„ fres

audiomillivoltmeter Ui

I 9

WIÏ1

REINAERT ELECTRONICS uw adres voor elektronica en deskundig advies Blasiusstraat 14-16 1091 CR Amsterdam

iftmwdorï)

Tel 020-947218 020-658051

lay 9 18 uur

Gratis adverteren voor Elex-lezers Wanneer u van het Elex-memobord gebruik wil maken, houd dan de volgende regels in acht: Alleen voor partikulier gebruik (niet zakelijk). Volledig adres en/of privé telefoonnummer; geen postbus¬ nummers. Advertenties moeten betrekking hebben op elektronica. Tekst in blokletters. Maximale hoeveelheid tekst: 114 karakters (dus één letter, cijfer, punt, komma of spatie per hokje), exclusief het adres. Wilt u het tijdschrift niet te veel beschadigen, maak van deze pagina dan een kopie en vul daarop uw tekst in. • Eén advertentie per lezer per maand. Linksonder in de hoek treft u een "memobord-bon" aan. Knip deze uit en sluit hem in bij uw advertentie-tekst. Zonder originele bon (dus geen kopie!) geen publikatie! ledere bon is geldig tot de aangegeven datum (datum poststempel geldt). • Advertenties voor het Elex-memobord worden, in volgorde van binnenkomst, in de eerstvolgende uitgave geplaatst voor¬ zover er ruimte is. INI.B.: de overige inzendingen, alsook onlees¬ bare teksten en inzendingen naar antwoordnummer, worden niet geplaatst noch geretourneerd. • Elektuur B.V. kan niet aansprakelijk worden gesteld voor schade of gevolgen welke uit deze vorm van adverteren kunnen voortvloeien, noch voor onjuistheden in de tekst. • Wij behouden ons het recht voor om, zonder opgaaf van redenen, advertenties te weigeren. Tevens ontdoen wij ons van de verplichting memobord-advertenties te retourneren.

•

AUTOCOMPUTER. Het nieuwste type van Prince met 12 funkties en Nederlandse + Duitse gebruiksaanwijzing, eenvoudig zelf te in te bou¬ wen, tijdelijk van f 595,— voor f 420,—. RADIOBESTURING voor modelbouwers e.d. Complete set modulen bestaand uit zender en ontvanger op 40,68 MHz, servo en antennes; f 195,-. BEVEILIGING. Met onze produkten en bijbehorende uitgebreide koste¬ loze voorlichting kunt u zelf uw huis, bedrijf, vaar- of voertuig beveiligen tegen inbraak, brand en diefstal. Hierdoor kunt u duizenden guldens aan installatiekosten besparen; vraag onze nieuwe prijslijst aan. Uitgebreide en kosteloze documentatie van bovenstaande produkten zullen we u graag toezenden. Zoekt u iets anders? Bel ons even, we heb¬ ben zo'n 30.000 soorten artikelen in voorraad. ALLE PRIJZEN ZIJN EXCLUSIEF 19% BTW

'1 Ik wil als partikulier gebruik maken v,~n uw memobord. Oe daaraan verbonden voorwaarden zijn mij bekend. Ik heb een geldige memo¬ bord-bon ingesloten. Plaats onderstaande advertentie gratis in uw volgende uitgave (indien er voldoende ruimte is). (S.V.P. INVULLEN IN BLOKLETTEBS; EEN LETTER , CIJFER, PUNT, KOMMA OF SPATIE PER HOKJE)

Naam en adres (in blokletters):

v

Sturen naar: Elex-memobord, Postbus 121, 6190 AC Beek (L). Alle advertenties dienen vergezeld te gaan van een originele, geldige memobord-bon en moeten gepost worden vddY de daarop vermelde datum.

Heeft u iets te verkopen, of zoekt u een bepaald onderdeel, schema, etc? Etke maand kunnen ook zogenaamde rubrieksadvertenties in ELEX opgenomen worden in de rubriek "konnektors". Teksten voor deze rubriek dienen schriftelijk opgegeven te worden aan: Elex, Afd. Adv., Postbus 121, 6190 AC Beek IL). Voor particuliere advertenties bedragen de kosten f 3,75/Bfrs. 74 per regel (± 27 letter¬ tekens). Voor zakelijke advertenties bedragen de kosten, bij een minimum afname van 5 regels, f 11,—/Bfrs. 217 per regel. Plaatsing tegen vooruitbetaling op gironummer 124.T 1.00 t.n.v. Elektuur B.V. te Beek (L), voor België: PCR 000-0177026-01, onder vermelding van "konnektors".

Te koop: Hobby-oscilloscoop HRS-130. Identieke x en y verster¬ ker, 7 cm beeldscherm 4500 Bfrs. Tel: 03-6647613 BELGIË. Te koop.' Elektr. nagalm compl. gebouwd in kast met 2xSAD1024 en geluidseff. Werkt uitstekend. Te koop: Aristona bandrecorders, Bfrs 6000. D. van Roy, Heiendestr. antenneomschakelaar, inbouw- 33, 9100 LOKEREN (B). bandrecorder. Div. radio's en cass. recorders. M. Boon, Julianastraat Te koop: Thyristorontsteking 10% 31, 6247 CD GRONSVELD. Tel: benzinebesparing ƒ50, — . excl. kast. E. Bosman, Holtingerbrink 04408-1422. 284, 7812 DE EMMEN. Te koop: Philips spelcomp. G7400 Te koop: 2 sell mobilofoons 25 W + 3 spelcass. + opbergkoffer inkl. micros ant., speakers PTT Bfrs. 6800 of 350,-. A. Cordeel, goedgekeurd. S. Laan, Gravestein Steyvensstr. 8, 3690 BREE (B). Tel: 18, 2804 GV GOUDA. Tel: 0182033341. 071-471805.

Te koop: Beaocord de luxe 2000 f 675,-. UHER 4200 report stereo f725, — . Twee speakers AD5200 f 125, — . UHER tas en laadapp. F. Spelbos, Livingstonelaan 249, 3526 HG UTRECHT. Tel: 030-885493.

De hitlijst van de IC's veran¬ dert voortdurend en er zijn maar weinig typen die er langer dan een paar jaar een plaatsje op weten te verove¬ ren. Een uitzondering hierop vormt echter het timer-IC 555. Geen nummer één, maar wel al meer dan tien jaar goed voor een plaats in veel schakelingen. Zo nu en dan worden er zelfs nog nieuwe toepassingsmogelijk¬ heden voor de 555 ontdekt. Het binnenste van de 555 is in figuur 1 voorgesteld en beval alleen bekende onder¬ delen: twee komparators (spanningsvergelijkers), een flipflop en aan de uitgang een eindtrap. De spannings¬ deler, die uit drie gelijke weerstanden R (5 k) bestaat, levert de vergelijkspanningen voor de kom¬ parators. De waarden bedragen ongeveer 1/3 respektievelijk 2/3 van de voedingsspanning Ub. In figuur 1 is het IC als oscillator met instelbare frekwentie geschakeld. Met behulp van het volgende voorbeeld proberen we u de samenwerking van de afzon¬ derlijke komponenten duide¬ lijk te maken. Na het inschakelen van de voe¬ dingsspanning loopt er een stroom door de weerstanden R1, P1 en R2 naar kondensator Cl. Deze laadt zich op,

de 555 waardoor de kondensatorspanning Uc stijgt. De spanning wordt door beide komparators gekontroleerd (pen 2 en 6). Komparator 1 reageert pas als de spanning Uc groter wordt dan 2/3 van de voedingsspanning (die via de interne span¬ ningsdeler op de andere ingang van de komparator staat). Daardoor wordt de flipflop gereset en op de uit¬ gang, waar eerst ongeveer de voedingsspanning stond, staat nu geen spanning meer. Tegelijkertijd zorgt de flipflop ervoor dat de interne transistor gaat geleiden. Pen 7 komt nu aan massa te liggen, zodat kondensator C1 zich via R2 en T1 ont¬ laadt. T1 zorgt er ook voor dat de stroom door R1 en P1 naar massa wordt afge¬ voerd. Zodra de spanning over C1 minder dan 1/3 Ub is, wordt de flipflop door komparator 2 geset. Op de uitgang komt weer de voe¬

regelspanning

dingsspanning te staan en er loopt geen stroom meer door Tl. De uitgangssituatie is hersteld; C1 begint zich weer op te laden. Kortom de kondensatorspanning beweegt zich voortdurend tussen 1/3 en 2/3 van de voedingsspan¬ ning (figuur 3) en de uit¬ gangsspanning springt telkens met dezelfde regel¬ maat van 0 op U D en terug, en vormt dus een bloksignaal. De frekwentie van het bloksignaal is afhankelijk van de laad- en de ontlaadtijd van kondensator -Cl. Beide tijden zijn verschillend. Tij¬ dens het laden is de stroom die door R1, P1 en R2 loopt, kleiner dan tijdens het ontla¬ den, waarbij alleen R2 op zijn weg ligt. Het laden gaat dus langzamer. Dit heeft tot gevolg dat de pulsen langer duren dan de pauzes tussen de pulsen. De duur van de pulsen, en dus ook de fre¬ kwentie, kan met P1 worden

84752X-2a

84752X-2b

Figuur 1. De 555 als astabiele multivibrator. Met de potentiometer wordt de laadtijd van Cl en dus ook de oscillatief rekwentie ingesteld.

voedings¬ I spanning

Figuur 2. Laad- en ontlaadstroom leggen allebei een andere weg af. Daardoor zijn de laad- en ontlaadtijd niet gelijk.

larnluiting 84752X-1

9 4»

Figuur 3. De kondensatorspanning ligt altijd ergens tussen 1/3 en 2/3 van de voedings¬ spanning van het IC. Aan de uitgang verschijnt een bloksignaal.

f. 2

/3ub

% ub

Uuit

-•tijd

Figuur 4. Twee dioden zorgen ervoor dat er telkens maar één weerstand in werking is. Bij gelijke weerstanden zijn de laad- en de ontlaadtijd van de kondensator ook gelijk. Dat geldt eveneens voor de puls/pauze-verhouding van de uitgangsspanning. Figuur 5. Als monostabiele multivibrator reageert de 555 alleen op stuurpulsen aan de ingang van pen 2. Hij levert dan een uitgangspuls, waarvan de duur van R1 en C1 afhanke¬ lijk is.

- •

tijd

R1

84752X-4

regelspanning

(--O-

voedings¬ I spanning

ingesteld. De frekwentie kan met de volgende formule worden berekend: L44 f [R1 + P1 + 2 • R2J • C Als de potentiometer tussen de pennen 2 en 7 met weerstand R2 in serie was geschakeld, konden we ook de pauzes tussen de pulsen instellen (in dat geval zou de waarde van P1 aan R2 worden toegevoegd). Omdat de kondensatorstroom in deze schakeling tijdens het laden een andere weg aflegt dan tijdens het ontladen, is de duur van puls en pauze verschillend. Met de schakeling in figuur 4 duren puls en pauze ech¬ ter even lang. De laadstroom loopt door R1 en D1; de ontlaadstroom door R2 en D2. Wanneer R1 en R2 dezelfde waarde hebben, is de stroom in beide geval¬ len gelijk. Verbinden we pen 2 niet met de schakeling, maar met de pluspool (R2 kan dan weggelaten worden; figuur 5), dan houdt de schakeling op met oscille¬ ren. Met een korte negatie¬ ve impuls (0 V) op pen 2 kunnen we de schakeling telkens tot één puls aktiveren: de spanning over C1 stijgt tot 2/3 Ub en T1 gaat geleiden. Omdat deze scha¬ keling slechts één puls aan de uitgang levert, wordt ze een monostabiele multivibra¬ tor of kortweg monoflop genoemd. De pulsduur is van R1 en Cl afhankelijk en bedraagt: T = 1,1 • R1 • a In figuur 6b zijn de waarden voor R en C met de bijbe¬ horende pulstijden weerge¬ geven. De pulsduur kan maximaal 100 sekonden bedragen. Voor een timer met één eindtrap is dat een behoorlijk lange tijd. Ook nog langere tijden zijn mogelijk. De schakeling werkt dan wel minder nauwkeurig, omdat er nu technische tekortkomingen (zoals bijvoorbeeld een kondensatorlekstroom) in het

6a

l\ \ \ \

N\ \

\ (R1 2R2)

6b

/ // pj f / / / /

ei 1 '«

/

1

10

-> /

0.1 /

/

001 /

/ /

0 001

/ /

/

Figuur 6b. Hieruit kunnen we de pulsduur van een monosta-

biele multivibrator (met een

NN \ \\ \ \ /

1/uF)

Figuur 6a. Uit deze grafiek kunnen we de frekwentie van een 555-oscillator afleiden. Dit kan met behulp van de volgen¬ de formule: R1 + 2 • R2.

\

555) afleiden. Figuur 7. Een knipperlicht van 1 Hz. Beide LED's lichten om de beurt op, omdat de uit- ^ gangsspanning afwisselend hoog en laag is.

/

/

/

/ /

/ / / *4. £ -4 V / A / / / / / /

/ /

Tabel 1. De belangrijkste gege¬ vens van de 555. Met betrek¬ king tot het gebruik van grote weerstanden in de externe schakeling (lange tijden) is het belangrijk te weten dat de stuuringangen ook stroom ver¬ bruiken. Over een weerstand van 10 MQ levert een stroom van 0,1 fiA nog altijd een spanningsval van 1 V! Ook de lekstroom van pen 7 (ontlaadaansluiting) loopt door de weerstanden, en wel tijdens de laadtijd.

Tabel 1

min. voedingsspanning (pen 1-8) stroomverbruik (pen 8; zonder belasting op pen 3) bij: Ub = 5 V Ub = 15 V uitgangsstroom (pen 3) stuurstroom (pen 2) stuurstroom (pen 6) lekstroom (pen 7)

C2 1OM

100 n

n

typisch

max.

4,5 V

18 V

3,0 mA 10 mA

5,0 mA 12 mA 200 mA

0,5 ixA 0,1 piA 0,25 uA 0,1 MA

i't |

I

I

' massaaansluiting 84752X 7

geding komen. De spanningsdeler is verant¬ woordelijk voor de stabiele werking van de schakeling: storende spanningsverande¬ ringen hebben hetzelfde effekt op het externe RCnetwerk als op de span¬ ningsdeler en beïnvloeden de werking dus vrijwel niet. Om korte stoorpulsen te onderdrukken wordt vaak een kondensator (100 nF) tussen pen 5 en massa geplaatst. Naast de hier besproken astabiele en monostabiele werking van de 555 zijn nog een viertal andere varianten mogelijk. Deze kunnen in dit artikel niet allemaal worden besproken. Vaak wordt pen 5 voor het sturen van de pulsbreedte of de fre¬ kwentie gebruikt, of de flipflop wordt met een spanning van 0 V op resetpen 4 op non-aktief gezet. De eindtrap van het IC heeft een vrij groot vermogen. Hij bedraagt maximaal 200 mA. Hierbij speelt het geen rol of de belasting tussen uitgang en massa of tussen uitgang en pluspool ligt. In het knip¬ perlicht (figuur 7) worden beide mogelijkheden benut; de LED's knipperen afwisse¬ lend. We kunnen de LED's ook door gloeilampjes ver¬ vangen, mits deze .niet meer dan 0,2 A verbruiken. De 555 kan ook gekoppeld worden met TTL- of CMOSpoorten. Hij wordt dan uit de voedingsspanning van de poorten gevoed. De ingangspennen van het IC mogen alleen worden gestuurd met een spanning die tussen 0 V en de voe¬ dingsspanning ligt. Tabel 1 geeft een overzicht van de belangrijkste gege¬ vens. Het type 7555 is een CMOS-versie van het timerIC. Dit type verbruikt minder stroom dan de standaardver¬ sie. De uitgang kan echter maximaal slechts 100 mA leveren. 556 en 7556 zijn de type-nummers van 14-penIC's met elk twee timerschakelingen.

Dit is géén nieuw spelletje, of je moet het hele elektronicagedoe als een spelletje opvatten. Verrassingen levert de elektronica in elk geval wel op; wat dacht u van zes osc il la toren in één IC. Dat is zelfs helemaal geen speciaal IC, maar een heel normaal al lang verkrijgbaar digitaal IC. In dat IC zitten zes inverters van het Schmitttrigger-type. Een inverter maakt van een logische 0, 0 volt dus, een logische 1, Een " 1 " wil zeg¬ gen: een spanning (bijna) gelijk aan de voedingsspan¬ ning. Omgekeerd geldt het ook, van een " 1 " wordt een " 0 " gemaakt. Een inverter draait het signaal dus als het ware om. De Schmitt-trigger-versie van een inverter heeft een verbeterde ingangsschake¬ ling. De uitgang klapt daar¬ om om bij precies gedefi¬ nieerde ingangsspanningen. De spanning aan de ingang die het IC als een " 1 " her¬ kent is daarbij hoger dan de spanning die als " 0 " wordt opgevat. Heeft de ingangs¬ spanning een waarde die daar tussenin ligt, dan zal de uitgangsspanning dezelf¬ de waarde blijven. Dat maakt Schmitt-triggers

zes op een rijij

ongevoelig voor storingen (brom en ruis) op de sig¬ naallijnen. Om man en paard te noe¬ men, de IC's waar we het • hier over hebben zijn de 74(LS)14, 74(LS)19 (TTL-IC's met 5 V voedingsspanning, LS staat voor de stroomzuinige uitvoering) en de CMOS-IC's 4584, 40014 en 40106 (voedingsspanning 3...15 V). Maar nu de oscillatorschakeling: per inverter is één weerstand en één kondensator nodig (figuur 1). Op één Elex printje (formaat 1) zou¬ den met twee IC's 12 oscillatoren gebouwd kunnen worden.

Werking Zo eenvoudig als de schake¬ ling er uitziet, zo simpel is dat werking. Bij het inscha¬ kelen van de voedingsspan¬ ning ligt de ingang nog op

0 V (de kondensator is nog ongeladen). De uitgang zal daarom " 1 " zijn vanwege de inverterende (omdraaiende werking. Via weerstand R zal C nu vanuit de uitgang worden opgeladen. De spanning over kondensator C zal geleidelijk stijgen tot de schakeldrempel bereikt wordt, het nivo van de spanning waarop de ingang door het IC als " 1 " wordt gezien. De uitgang klapt nu om, wordt 0 V. Via dezelfde weerstand die nu via de uit¬ gang aan massa ligt, zal C ontladen worden; de span¬ ning over C zal weer dalen. Dat gaat door tot de onderste schakeldrempel bereikt is. Het IC ziet dan een "0" aan de ingang en de uitgang wordt weer " 1 " . Alles begint nu weer van voor af aan. De kondensator wordt permanent geladen en weer ontladen en de uit¬

gangsspanning floept heen en weer tussen " 0 " (0 V) en " 1 " (voedingsspanning). De uitgangsspanning is dus een rechthoekspanning. Het tempo waarin de uitgang heen en weer klapt (de fre¬ kwentie) hangt af van de waarde van C en R. Hoe groter die waarden, des te langzamer wordt C geladen en ontladen en des te lager zal de frekwentie van de oscillator zijn. Voor hoge frekwenties moeten R en C een kleine waarde hebben.

CMOS-oscillatoren Inverterende Schmitttriggers uit de CMOS-familie zijn bijzonder geschikt om toe te passen in de hier besproken oscillatorschakeling. Frekwenties tot 1 MHz zijn ermee te halen. In figuur 3 kan afgelezen wor¬ den op welke frekwentie de oscillator (met een CMOSIC) zal werken met een bepaalde waarde voor R en C. Weerstanden met een waarde kleiner dan 10 kö of groter dan 1 Mö kan men beter vermijden. Wie niet zoveel (zes) oscilla¬ toren nodig heeft en graag over wat meer schakelmogelijkheden beschikt, kan een oscillator maken met een

Figuur 1. Met een inverterende Schmitt-trigger is het mogelijk zeer eenvoudige oscillatorschakelingen te maken. Slechts één weerstand en één kondensator hoeven toegevoegd te worden. Figuur 2. De penaansluitingen van een CMOS-IC dat zes inverters/Schmitt-triggers bevat. Figuur 3. De waarde van R en C bepalen de oscillatorfrekwentie. Bij het dimensioneren (kiezen van de onderdelenwaarden) gaat men uit van de gewenste frekwentie. Ga vanaf de frekwentie-as naar boven tot een lijn met een bepaalde kondensatorwaarde gesneden wordt. Vanaf dat punt gaat men naar links tot de weerstand-as gesneden wordt, alwaar de benodigde weerstandswaarde afgelezen kan worden.

\ \

\

\ \

\\ N \ 1OOk

11*

NAND-Schmitt-trigger (bij¬ voorbeeld 4093, figuur 4). De tweede ingang van een poortje kan gebruikt worden voor het in- en uitschakelen. Een " 1 " op deze ingang laat de oscillator werken, bij een " 0 " stopt hij weer. In een IC zitten vier NAND's, de overige NAND's kunnen ook als oscillator geschakeld worden of zijn beschikbaar voor andere schakelfunkties. Het is mogelijk enkele varia¬ ties te bedenken op dit type oscillator. Figuur 6 laat zo'n variant zien. Het opladen van C1 gaat alleen via R2, een weerstand met een tamelijk hoge waarde. Dat opladen gaat daarom nogal langzaam. R1 doet nog niet mee want de ermee in serie geschakelde diode staat in sperrichting. Bij het ontla¬ den, de uitgang is dan "0", doet R1 echter wel degelijk mee. De diode geleidt nu en C1 zal ontladen worden over R2 èn over R1/D1. Omdat R1 een tamelijk lage weer¬ standswaarde heeft zal het ontladen veel sneller gaan dan het opladen. Heel snel wordt daarom de onder¬ grens bereikt en de uitgang wordt weer " 1 " , waarna het langzame opladen weer begint. We spreken van een

asymmetrische puls/pauze¬ verhouding. De uitgang is iedere keer lang "1" en kort "0".

TTL-oscillatoren TTL-IC's doen het het beste als een terugkoppelweer¬ stand van 330 Q gebruikt wordt, onafhankelijk van de gewenste frekwentie. LStypen (extra zuinige TTLIC's) doen het ook met 1 kQ en zelfs nog met 1,8 kQ, dat kan handig zijn voor lagere frekwenties. In figuur 7 kan afgelezen worden welke kondensatorwaarde nodig is (bij R = 330 S) voor een bepaalde frekwentie. Die weerstandswaarde moet overigens zo laag gekozen worden omdat er nogal wat stroom uit de ingang moet worden getrokken (jawel) om hem "laag" te krijgen. Vandaar dat de diodetruuk (figuur 6) beter met alleen CMOS-IC's gedaan kan wor¬ den. En dat geldt ook voor de schakeling uit figuur 8. Met een extra potmeter is het mogelijk een oscillator te maken waarvan de fre¬ kwentie ingesteld kan wor¬ den. Al met al hele bruikbare schakelingetjes, u zult ze vast nog tegenko¬ men in Elex-schakelingen.

TTL 1

1000MF

IOOJUF-

10

MF"

i>

1 »F100nF10nF1 nF100 pF.

z

Figuur 4. Penaansluitingen van een CMOS-IC met vier NANDpoorten.

p'

Figuur 6. Deze oscillator heeft een sterk asymmetrische puls/pauze-verhouding. Het opladen van C1 gaat namelijk alleen via R2, het ontladen gaat via R2, D1 en R1 en zal veel sneller verlopen dan het opladen.

Figuur 8. Met de potmeter kan de frekwentie van deze oscilla¬ tor ingesteld worden.

1

"N

_] JT jp—*-& "i's..

8

Figuur 5. Een oscillator opge¬ bouwd met een NAND-poort. Als de stuuringang " 1 " is, dan zal de oscillator het doen, als hij "0" is, dan staat hij stil.

Figuur 7. Omdat TTL-IC's een relatief grote ingangsstroom hebben, wordt voor de weerstand altijd een 330 öexemplaar genomen. Uit deze grafiek kan, bij de keuze van een bepaalde C, de frekwentie worden afgelezen.

stuuringang rf-

84749X-7

10 Hz 10 MHz 100 kHz 1 kHz 10 kHz 100 Hz 1 Hz 1 MHz

Figuur 9. Penaansluitingen van de betreffende TTL-IC's. LStype TTL-IC's hebben dezelfde penaansluitingen. Let erop dat bij de NAND-poorten (74132) de aansluitingen anders zijn dan bij de CMOS NANDpoorten. De voedingsspanning van TTL-IC's is overigens 5 V.

CO

7414

citgang

DIGI-taal lessen in enen en nullen deel 14: logica-families In de achter ons liggende afleveringen van DIGI-taal ging het om de (logische) samenwerking van individuele bouwstenen, bijvoorbeeld NEN-poorten en flipflops. Maar hoe zit het eigenlijk met de IC's zélf? Is de samenwerking • altijd zo goed, zoals bij DIGI-taal het geval is? En wat bete¬ kenen de diverse letters van de type-aanduiding?De basisgedachte om elektronische bouwstenen te maken die verschillende logische funkties hebben, maar deson- K danks zonder extra aanpassingen met elkaar te kombineren zijn, is in de loop der tijd met verschillende technieken ver¬ wezenlijkt. Bij elkaar passende IC's, in identieke technologie uitgevoerd, horen zoals dat heet tot dezelfde familie. Op de digitrainer zijn IC's van de LS-TTL-familie gebruikt, een ver¬ beterde versie van de TTL-familie.

TTL Deze familie herkent men aan het vier- of vijfcijferige type¬ nummer, dat met 74.. .begint. De LS-familienaam luidt 74LS.. .De beide families zijn echter praktisch identiek, de bouwstenen zijn grotendeels uitwisselbaar oftewel, zoals de vakman dat noemt, kompatibel. De IC-behuizingen, de aan¬ sluitingen en de voedingsspanning zijn gelijk, zij het dat een LS-TTL-uitgang met hooguit vijf TTL-ingangen mag worden belast. De LS-TTL-IC's reageren ongeveer even snel op logische veranderingen op ingangen als hun neefjes van de TTLfamilie, maar verbruiken daarentegen minder stroom. Eigen¬ lijk is dat verbazingwekkend, want in het algemeen geldt dat hoe sneller een logische schakeling is, des te hoger ook het stroomverbruik, net zo als het benzineverbruik van supersnelle auto's.

Men kan overigens IC's van dezelfde familie niet willekeurig met elkaar koppelen. Uitgangen mogen doorgaans niet met elkaar worden verbonden. Wèl kunnen twee, logisch gelijke, uitgangen binnen één IC worden doorverbonden als één uitgang niet voldoende is om de belasting te sturen. Hoe¬ veel TTL-ingangen kunnen er probleemloos op een TTLuitgang worden aangesloten? Dit aantal wordt aangegeven met^e belastingsfaktor (jargon: de "fan out"). Een TTLuitgang kan, als-ie " 1 " is, een bepaalde stroom leveren en in de situatie " 0 " een bepaalde stroom opnemen. Deze stroom is bijvoorbeeld tien keer zo hoog als de ingangsstroom van een TTL-ingang. De belastingsfaktor bedraagt dan tien. De CLEAR-ingang van een 7476-flipflop is intern, dus binnen het IC, met twee TTL-ingangen ver¬ bonden. Dit betekent dat een TTL-uitgang met een belastingsfaktor van 10 vijf CLEAR-ingangen mag sturen.

Méér gaat niet. De voedingsspanning van TTL- en LS-TTL-IC's mag maar heel weinig (0,2 volt) van 5 volt afwijken en dat is vaak een probleem als dergelijke IC's aan andere schakelingen, met een afwijkende voedingsspanning, moeten worden gekop¬ peld. In speciale gevallen biedt een TTL-uitgang in de zoge¬ naamde open-kollektor-uitvoering (zie figuur 1) uitkomst. Hier schakelt de uitgang niet tussen 0 en 5 volt, maar de uitgangstransistor geleidt als de uitgang " 0 " is en spert als de uitgang " 1 " is. De voedingsspanning van de op de uit¬ gang aangesloten schakeling mag meestal maximaal 30 volt bedragen.

CMOS-poort ook op een hogere spanning "draaien". Een CMOS-uitgang is in staat om één LS-TTL-ingang (geen gewone TTL-ingang) aan te sturen.

CMOS-ingangen mogen nooit onaangesloten blijven, zoals dat bij TTL nog wel eens gebeurde. Overbodige CMOSingangen moeten dus altijd op een passend logisch nivo worden aangesloten, want anders ontstaan er geheid sto¬ ringen.

CMOS De CMOS-technologie lijkt helemaal niet op de TTLtechniek. Uiteraard blijven de logische funkties van de diverse CMOS-bouwstenen ongewijzigd. Een heel belangrijk verschil is het veel geringere stroomver¬ bruik, ten koste van een lagere verwerkingssnelheid van logische signalen. Een CMOS-NEN-poort reageert pas na 60 nanosekonden (= miljardste sekonden) op een "ingangsprikkel", tegenover 10 nanosekonden voor een TTL-NEN-poort. Daar staat tegenover dat een TTL-NENpoort 20 keer zo veel stroom verbruikt (8 mA tegenover 0,4 mA bij 1 MHz) als zijn CMOS-kollega. Het lagere stroomverbruik schuilt in het gebruik van speciale FET's (veldeffekt-transistoren) en neemt nog verder af bij tragere toepassingen. Het typenummer van CMOS-IC's begint met een 4, het serienummergedeelte van het typenummer wijkt geheel af van dat voor een TTL-IC. Een 4001 bijvoorbeeld bevat vier CMOS-NOF-poorten, terwijl een 7401 vier TTL-NEN-poorten herbergt. Ook de aansluitingen zijn geheel anders, vergelijk maar eens een 4011 met een 7401, beide met vier NENpoorten in huis. De voedingsspanning van CMOS mag lig¬ gen tussen 3 en 15 volt. Het zal duidelijk zijn dat CMOS en TTL niet zo maar uitwis¬ selbaar zijn. Soms gaat dat wèl. Een CMOS-1C dat op 5 volt werkt kan worden gestuurd uit een TTL- of LS-TTLuitgang. Een weerstand van 2,2 k tussen de doorverbinding ep de +5 volt, zoals in figuur 2 is aangegeven, is alleen dan nodig als de uitgang van de TTL-poort een openkollektor-uitgang is (zie ook figuur 2). In dat geval mag de

74HC Het nieuwste van het nieuwste in de digitale techniek: de 74HC-serie. Hierin worden de voordelen van CMOS en van TTL gekombineerd, dus de TTL-snelheid en het CMOSstroomverbruik. 74HC-IC's zijn op dit ogenblik nog erg schaars, zeker voor de hobbyist. Waarmee we aan het eind zijn gekomen van DIGI-taal, maar nog lang niet aan het einde van de digitale techniek. Dit thema zal ook in de toekomst in Elex aan de orde komen, met inbegrip van toepassingen op de digitrainerprint.

worden met R aangegeven. Door middel van gekleurde ringen is de waarde erop gedrukt. De kleurkode is als volgt: j

i

41m V

1

i \

Ie

kleur zwart bruin rood oranje geel groen blauw

er

-

nullen

0

0

1

3

2

2e2 3 cijfer

4

4

5

5

6

6

tolerantie in%

on 000

0000 ooooo 000000

± 1%

= pico) = nano) micro) m - milli) k = kilo) M = Mega) G = Giga)

= 10-12

= 10-9 = 10-6 = 10-3 - 103 = 106 = 109

= = = = = = =

-

-

-

8

8

-

-

wit

9

9

-

-

goud zilver zonder

-

-

-

-

xO.i xO.01

±5%

± 10% ± 20%

Voorbeelden: bruin-rood-bruin-zilver: 120 Q 10% geel-violet-oranje-zilver: 47.000 Q = 47 kQ 10% (in Elexschema's: 47 k) bruin-groen-groen-goud: 1.500.000 Q = 1,5 MQ 5% (in Elex-schema's: 1M5) In Elex-schakelingen worden uitsluitend weerstanden ge¬ bruikt uit de zogeheten E12-reeks met een tolerantie van 10% (of 5%). Tenzij anders aangegeven worden %-watt¬ weerstanden gebruikt. Ze kosten ongeveer een dubbeltje..

massa

chassis aan nul

1

lichtnet aarde draad (geleider) verbindingen

Kondensatoren

7

uitgang

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 4M7= 4,7fiF - 0.000 0047 F

zijn kleine la ding reservoirs. Ze worden met C aangeduid. Aangezien ze wel wisselspanning maar geen gelijkspan¬ ning doorlaten, worden ze daarnaast ook gebruikt voor het transporteren van wisselspanning. De hoeveelheid la¬ ding die ze kunnen bevatten, oftewel de kapaciteit, wordt in farad (F) gemeten. De waarden van gewone kondensa¬ toren (keramische en folie-kondensatoren) liggen tussen 1 pF en 1 jiF, dus tussen

±0,5%

ingang

een miljoenste van een miljoenste een miljardste een miljoenste een duizendste duizend miljoen miljard

±2%

7

-

p n

-

violet grijs

-

Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels:

&

kruising zonder verbinding

afgeschermde kabel

1

: F en 1.000.000.000.000 op de kondensator vaak in de Elex-schrijfwijze aangegeven. Voorbeelden: 1n5 = 1,5 nF; ^03 = 0,03^F = 30 nF; 100 p (of n100 of nV =

schakelaar (open) drukknop (open) aansluiting (vast)

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: ^0,40 tot f 1,50.

aansluiting (losneembaar) meetpunt gelijkspanningsbron (batterij,

lichtgevoelige weerstand

temperatuurgevoelige weerstand

Elektrolytische kondensatoren

Potenti o meters 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 (met een as) zijn te koop vanaf ongeveer f 1,50.

(elko's) hebben een heel hoge kapaciteit (ruwweg tussen 1/iF en 10.000fiF|. Ze zijn echter wel gepolariseerd d.w.z. ze hebben een plus- en een min-aansluiting, die niet ver¬ wisseld mogen worden. Bij tan taal-eiko's (een heel kleirr type elko) is de plus altijd de langste van de twee aansluitdraden. De werkspanning van elektrolytische konden¬ satoren {eiko'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 f 0,40.

koptelefoon luidspreker spoel spoel met kern

transformator

Variabele kondensatoren

relais (kontakt in ruststand)

Evenals bij weerstanden bestaan ook bij kondensatoren speciale instelbare uitvoeringen. Met een schroevedraaier instelbare "trimmers" kosten ca. f 1, — ; variabele konden¬ satoren met een as zijn te koop vanaf ongeveer f 2,50.

draaispoelinstrument gloeilamp

potentiometer (potmeter)

neonlarnpje . zekering

Meetwaarden

f

variabele kondensator stereopotmeter

Soms zijn in het schema of in de tekst meetwaarden aan¬ gegeven. 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 kS3/V.

Ueïntegreerde schakelingen aangeduid met D, zijn 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 om, dan sper¬ ren ze. In doorlaatrichting valt er over de aansluitingen van een siliciumdiode een spanning van ca. 0,6 V (drempelspan¬ ning). De aansluitingen heten kathode (streepje in sym¬ bool) 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.

zijn net als dioden en LED's halfgeleiders. Ze hebben drie aansluitingen: basis, emitter en kollektor. Er zijn NPN- en PNP-transistors. Bij NPN-transistors ligt de emitter altijd aan een negatievere spanning dan de koflektor, bij PNPtypen is dat precies andersom.

'

koltoktoi C

T

1 PNP

ï NPN

i

0 NPNtr;

©

•mitter

«nitur

PN P-transistor

nsistor

Een kleine stroom die van basis naar emitter loopt, ver¬ oorzaakt een (veel) grotere stroom tussen kollektor en emitter. Daarom zeggen we dat de transistor de basisstroom "versterkt" (stroomversterking). Transistors zijn vandaag de dag de belangrijkste basiselementen in versterkerschakelingen. De belangrijkste technische gegevens van een diode zijn de sperspanning en de maximale stroom in doorlaat¬ richting . 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. f 0,25.

Zenerdiode is een diode die in sperrichting boven een bepaalde span¬ ning (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 verkrijg¬ baar voor verschillende spanningen (en vermogens). Prijs: vanaf f 0,25.

LED's

^

^

(light emitting 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 ka¬ thode (streepje in symbool) herkent men aan het korte pootje. De goedkoopste LED's kosten zo ongeveer een kwartje.

meestal afgekort tot "IC's", bestaan tegenwoordig in zo¬ veel 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.

Indien een voorgeschreven type halfgeleider niet voorhan¬ den is kan heel vaak gebruik worden gemaakt van een gelijkwaardig (ekwivatent) type. Geïntegreerde schakelin¬ gen (IC's) zijn vaak door verschillende fabrikanten van een in details afwijkend type-nummer voorzien. In sche¬ ma's en onderdelenlijsten wordt uitsluitend het gemeen¬ schappelijke hoofdgedeelte van het type-nummer weerge¬ geven. Een voorbeeld. De operationele versterker, type 741, komt in de volgende "gedaanten" voor: /iA 741, LM 74Ï, MC 741, RM 741, SN 72741, enzovoorts. Elexomschrijving: 741. Het verdient aanbeveling om IC's in (C-voeten te plaatsen (ze kunnen dan, indien nodig, mak¬ kelijk vervangen worden).

Symbolen In onze schakelingen worden de typen BC 547 (NPN} en BC 557 (PNP) het vaakst gebruikt. Deze twee hebben de¬ zelfde aansluitingen. In de meeste schakelingen kan men in plaats van de BC 547 en BC 557 ook andere typen gebruiken met on¬ geveer 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.

In sommige gevallen, met name bjj logische poorten, wij¬ ken 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" ge¬ noteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar èn blijft de aansluiting op de in het elektronicaonderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd. Elex

NEN

Speciale transistoren zijn bijvoorbeeld de fototransitor en de FET. De fototran¬ sistor kan opgevat worden als een fotodiode met verster¬ ker. 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.

operationele versterker (opamp)

inverter

fototransistor (NPN) met en zon¬ der basisaansluiting

D//

Fotodiode

AND-poort (EN-pooirtl

NAND-poort (NEN-poort)

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. N-kanaal J-FET

P-kanaal J-FET

OR poort (OF-poort)

Andere aktieve komponenten 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 spanningsafhankelijke kondensator dus. Prijs: vanaf ca. f 1,—.

zijn o.a. de thyristor, de diac en de triac. De thyristor is een diode die met een stuurstroom (gate-stroom) in gelei¬ ding gebracht kan worden. De triac werkt als een thy¬ ristor, maar dan voor wisselstroom. De diac spert in bei¬ de richtingen maar komt boven een bepaalde spanning volledig in geleiding.

NOR-poort (NOF-poort)

XOR-poort (EX OF-poort)

thyristor

EXNOR-poort ,EX-NOF-poort)

=1

=1