ELEX tijdschrift voor hobby-elektronica 1984-16 issue december

nr. 16 december 1984 f4,25 Bfrs. 84

tijdschrift voor hobby -elektronica

modelbaanoverwegsturing drievoudige toonregeling nagalm

2 e jaargang nr. 12 december 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 (U 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.

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

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

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

s

Drukkerij: N.D.B. Leiden, Zoeterwoude

Voor talloze toepassingen is de varioversterker een uit¬ komst. Door het aanpassen van een enkele weerstand kan men de versterkingsfaktor van deze eenvoudige ééntrapsééntransistorve-rsterker instellen op een zelf gekozen waarde die mag lig¬ gen tussen 1 en 80 maal. Ideaal voor het versterken van audiosignalen! varioversterker

blz. 12-12

Vormgeving: C. Sinke Grafische produktie: N. Bosems, L.M. Martin, J.M.A. Peters Abonnementen: Y.S.J. Lamerichs

Auteursrecht: 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.

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). Adreswijzigingen: s.v.p. minstens 3 weken van tevo¬ ren opgeven met vermelding van het oude en het nieuwe adres en abonnee-nummer. Commerciële zaken: C. Sinke W.H.J. Peeters (advertenties) Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag. Prijslijst nr. 1 is van toepassing. Korrespondentie: In linker bovenhoek vermelden: TV technische vragen LP lezerspost HR hoofdredaktie AW adreswijzigingen ADV advertenties ABO abonnementen RS redaktiesekretariaat

Faites vos jeux.. .rien ne va plus. Breng de sfeer van het casino een beetje in huis met onze mini-roulette. Ze maakt geen gebruik van een rondtollend balletje, maar van een serie knipperende LED's. Weliswaar heeft deze roulette maar 13 nummers, maar dat maakt het spel beslist niet minder spannend! elektronische roulette

blz. 12-34

Een mikrofoon heeft nu een¬ maal een voorversterker nodig, aangezien het gele¬ verde signaal maar heel klein is. De zogenaamde elektret-mikrofoonkaspels, die goedkoop zijn en toch een goede kwaliteit bieden, hebben ook nog een eigen voedingsspanning nodig. Voor dit type mikrofoon hebben we een aparte voor¬ versterker ontworpen die beide dingen doet. elektretvoorversterkers

blz. 12-39

elextra

12-04

komponenten

12-25 12-28

jaarinhoud 1984

12-26

elektret-voorversterkers 12-39 Speciale voorversterkerschakelingen voor de populaire en goedkope elektret-mikrofoonkapsels. recipRIAA Een omgekeerde RIAA-kurve voor het meten aan MDvoorversterkers.

12-44

informatie, praktische tips zelfbouwprojekten drievoudige toonregeling 12-10 Met deze schakeling kan de frekwentiekarakteristiek van elke audioketen worden beïnvloed door middel van drie potmeters, voor laag, midden en hoog. varioversterker 12-12 Een ééntransistor-versterkertrap die in staat is om audio-signalen maximaal 80 keer te versterken. modelbaan-overwegsturing 12-16 Een schakeling die de komst van een trein detekteert en dan tijdig de spoorwegbomen sluit (en ook weer opent als de trein gepasseerd is). nagalm 12-29 Een tijdvertragingsschakeling die werkt met een zoge¬ naamde nagalmveer, voor het kreëren van een ruimtelij¬ ke indruk. elektronische roulette 12-34 Een casino in de huiskamer, en nu eens niet met een metalen balletje, maar met een serie oplichtende LED's. knipperlamp 12-38 Een supereenvoudig knipperlicht dat werkt met een TLstarter.

'n tip De omgang met IC-pootjes.

12-21

DIN 45500 Een hifi-norm voor audio-apparatuur.

12-32

12-42 omgangsvormen voor CMOS-IC's Zwarte doosjes die men voorzichtig moet behandelen. kaleidoskoop

12-45

grondbeginselen hoe zit dat Het begrip "draaistroom".

12-08

de transistor — een elektronische potmeter? . . . 12-14 Kan een transistor als een elektronisch gestuurde weerstand worden gebruikt? dB De decibel, een eenheid die de elektronica niet meer kan missen.

12-20

tegenkoppeling Wat is het en wat doet het?

12-22

kursus ontwerpen, deel 2 . De stroomkring en de diode.

12-46

bij de \oorpcgina Het modeltreintje dat op de voorplaat tussen de gesloten overwegbomen door rijdt, heeft voor het sluiten en openen van die bomen hulp gekregen van de elektronische over¬ wegsturing uit dit nummer. Tevens bedient die schakeling de knipperlichten bij de overweg, om alles zo natuurge¬ trouw mogelijk na te bootsen. De nagalm in deze Elex werkt met een nagalmveer, zoals duidelijk te zien is op de bovenste foto. Tenslotte staan onderaan nog een elektroni¬ sche "geluidsbewerker", een drievoudige toonregeling waar¬ mee laag, midden en hoog apart kunnen worden geregeld.

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 I = 10~12 = een mil¬ joenste van een miljoenste n = (nano) = 10~9 = een miljardste \x = (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 kö = 3900 Q 6M8 = 6,8 MS = 6 800 000 Q 0Ö33 = 0,33 Q Kondensatoren: 4p7 = 4,7 pF = 0,000 000 000 0047 F 5n6 = 5,6 nF = 0,000 000 0056 F 4^7 = 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

x "3 I _ P «-

In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de ge¬ bruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN.NEN). 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 " * " , " * 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 gehandhaafd. 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 (Europa-formaat) Bij iedere bouwbeschrijving hoort een plattegrond (komponentenopstelling), aan de hand waarvan de onderdelen op de print worden geplaatst en aansluitingen en eventuele resterende 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 è 2 sekonden later de bout weg. Tijdens het af¬ koelen van de soldeerverbinding 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 soldeerverbinding 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 soldeerverbin¬ ding is onvoldoende!). * De aarddraad moet langer zijn dan de twee andere draden. Bij onverhoopt lostrekken van de net¬ kabel 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.

j

MAKBN KORTE MZT V£

VAt/D£ UtKTRONlCA Het eerste deel van een serie stripverhalen, waarin twee onderne¬ mende figuren op hun manier het gebied van de elektronica verken¬ nen. Hun avonturen zitten vol spanning, omdat ze vaak tegen de stroom in roeien en daarbij op veel weerstanden stuiten, voordat ze uiteindelijk hun doel bereiken.

o

De lezer wordt op een geheel andere manier met de elektronica ver¬ trouwd gemaakt: spannend, spelenderwijs en toch gedegen. Bovendien wordt bij dit eerste deel een print geleverd waarmee men de besproken schakelingen kan opbouwen en zodoende zelf kan kontroleren of Resi & Transi ook steeds de waarheid spreken. Bestellingen: kunnen worden verricht door storting van f 29,50/Bfrs. 581 plus verzend- en administratiekosten f 3,50/Bfrs. 69 op gironummer 124.11.00 t.n.v. Elektuur B.V. te Beek (L) (voor België op PCR 00-0177026-01) onder vermelding van "Resi & Transi deel VB

In dit tweede stripalbum houden Resi & Transi zich bezig met de konstruktie van een universeel anti-diefstal-alarm, kompleet met een soort "Kojaksirene". Ook hier wordt "tussendoor" wat theorie behandeld natuurlijk: De monostabiele wordt besproken, de bistabiele (ofwel flipflop), de astabiele en verder alle andere elektronica die in de schakeling voorkomt. De humor ontbreekt ook nu weer niet en dat zorgt ervoor dat het boek nooit saai wordt en zich heel gemakkelijk laat lezen; de kennis wordt als het ware en passant meegepikt. Bij dit stripalbum horen twee printen (apart leverbaar), waarop het besproken alarm en de sirene gemakkelijk kunnen wor¬ den gebouwd. prijs f 17,50/Bfrs. 345 (exclusief printen) print 83999-1 f 9,85/Bfrs. 194, print 83999-2 f 9,55/Bfrs. 1127 ISBN 9070 160 307 Resi & Transi deel 2 is te bestellen door storting van het desbetref¬ fende bedrag (verzend- en administratiekosten f 3,50/ Bfrs. 69,—) op gironummer 124.11.00 t.n.v. Elektuur b.v. te Beek (L), voor België op PCR 000-177026-01, onder vermelding van de boektitel en/of printnummers.

Trouwe Elex-lezers weten inmiddels wel, wat de termen "gelijkstroom" en "wisselstroom" inhou¬ den. Het begrip "draaistroom" is minder bekend. In feite is het een soort wisselstroom, maar er is een drie-aderige leiding voor nodig om hem over te brengen. Op het eerste gezicht is dat bij de ge¬ wone 220-volt-netstroom ook het geval. Ook daar treffen we drie draden aan: fase, nul en aarde. De laatste is echter eigenlijk overbodig en alleen be- • doeld voor beveiligingsdoeleinden. Bij draaistroom is dat anders. Laten we eerst eens kijken hoe in een elektrische centrale de stroom wordt opgewekt. Een wisselspanningsgenerator is in principe een spoel, die wordt gedraaid in een magnetisch veld, ongeveer zo:

namelijk niet één, maar drie spoelen, die binnen het magnetisch veld draaien. Deze spoelen zijn ten opzichte van elkaar onder een hoek van 120° op¬ gesteld:

)

Omdat de spoelen ieder hun eigen aansluitingen hebben, ontstaan er drie wisselspanningen, die niet dezelfde fase hebben. Telkens als een spoel de noordpool van de magneet passeert, wordt er een positieve spanningspiek in geïnduceerd. Het faseverschil tussen de spanningen in de drie spoe¬ len bedraagt natuurlijk ook 120°:

Natuurlijk staan er in een centrale geen hoefijzermagneten; het gaat hier om het principe. Als de spoel gedraaid wordt, ontstaat er een wisselspanning, omdat ieder uiteinde van de spoel af¬ wisselend de noord- en de zuidpool van de magneet passeert. Het resultaat is een sinusvormige wisselspanning:

r\

V7

De werkelijkheid is weer wat gekompliceerder dan deze theorie. Een wisselspanningsgenerator bevat

\y

Wat is nu het nut hiervan? Om dat aan te tonen, maken we een opstelling van drie spoelen, weer onder een hoek van 120° ten opzichte van elkaar, met daartussenin een magneet, die kan draaien:

De drie spoelen sluiten we aan op onze driefasengenerator. Door de ene spoel na de andere loopt nu een positieve spanningspiek, die een magne¬ tisch veld veroorzaakt. Dat magnetisch veld wan¬ delt in een kringetje rond en die beweging wordt gevolgd door de magneet, die dus gaat draaien. We hebben nu een primitieve motor gekregen: de zuidpool van de magneet wordt telkens aangetrok¬ ken door de noordpolen van de drie magnetische velden en een halve omwenteling verderop ge¬ beurt het omgekeerde. De naam "draaistroom" is afkomstig van het draaiende magnetische veld, dat erdoor kan worden opgewekt.

het oprapen ligt. Maar ook daarvoor is een oplos¬ sing. Ten eerste kunnen we twee leidingen elimineren door drie spoelaansluitingen samen te voegen tot één gemeenschappelijk middelpunt. De spoelen zijn dan nog steeds onafhankelijk van elkaar: als we dat willen, kunnen we van de ene spoel meer stroom afnemen dan van de andere. In de praktijk komt dat echter nooit voor. De generatorspoelen in een elektrische centrale worden zodanig belast, dat ze allemaal evenveel stroom leveren. En dat opent interessante perspektieven! De stroom in de gemeenschappelijke middelpuntsleiding is in dat geval namelijk niet driemaal zo groot als in de af¬ zonderlijke spoelen, maar.. .nul! Om dat te begrijpen moeten we weer even naar de drie sinusvormige spanningen kijken. Als één van de drie spanningen maximaal positief is, zijn de twee andere "half negatief". Een eenvoudig re¬ kensommetje leert dan, dat er niets overblijft. Een draad, waardoor geen stroom vloeit, is overbodig en kan worden weggelaten. Dat is dan ook de reden, waarom hoogspanningsleidingen maar drie draden nodig hebben. Als het er meer zijn, is het stroomcircuit dubbel uitgevoerd; bovendien komt er altijd nog één "draad bij (de bovenste), die als bliksemafleider dient.

(tussen haakjes) De voordelen zullen nu ook wel duidelijk zijn: een draaistroommotor zit vrij simpel in elkaar. Niet zo eenvoudig als op de tekening natuurlijk, maar t o c h . . . Een duidelijk nadeel is het feit, dat we Voor onze motor zes leidingsaders nodig hebben; koper is nu niet bepaald een grondstof die voor

Bij het drukken van het oktobernummer is er met de kleurdruk van de sinusgenerator-print (figuur 5), pag. 10-37) iets verkeerd gegaan. De komponentenopstelling is namelijk t.o.v. de kleurdruk één gaatje naar beneden verschoven. De komponentenopstelling in figuur 4 is wel korrekt, zodat u deze gedeeltelijk als leidraad kunt gebruiken. Onze excuses voor dit ongemak.

De benaming "toonrege¬ ling" is eigenlijk niet hele¬ maal korrekt, want geregeld wordt er eigenlijk niets. Met twee potmeters beïnvloedt men het gehalte aan lage tonen en het gehalte aan hoge tonen in de weergege¬ ven muziek of spraak. Maar ja, het begrip toonregeling is nu eenmaal ingeburgerd, dus laat maar. Waarom gaat het eigenlijk? Ook anno 1984, het tijdperk van de compact disc, zijn er redenen genoeg om de klank van een audiosignaal te beïnvloeden. Dat wil zeg¬ gen dat bewust wordt afge¬ weken van de rechte frekwentiekarakteristiek van de versterker. Het kan zijn dat dat gebeurt om op die manier een "kromme" fre¬ kwentiekarakteristiek elders in de audioketen weg te werken, öf om de klank aan te passen aan de persoonlij¬ ke smaak. Er is gesproken van "beïn¬ vloeding van de frekwentie¬

karakteristiek". Wat daarmee bedoeld is kan het beste worden beschreven aan de hand van figuur 1. Kurve nummer 1 geeft de rechte frekwentiekarakteristiek weer die je krijgt als alle drie pot¬ meters in de middenstand ("twaalf uur") staan. Num¬ mer 2 in figuur 1 ontstaat als de hogetonenregelaar èn de lagetonenregelaar op maximum staan (potmeters op "vijf voor half zes"). Staan daarentegen beide potmeters in de andere uiterste stand ("vijf over half zes"), dan ontstaat kurve nummer 3. De extra kurven 4 en 5 ontstaan door verdraaiing van de derde, doorgaans niet aanwezige knop, die van de middento¬ nenregelaar. Nummer 4 betreft de maximale verster¬ king van de middenfrekwenties en nummer 5 ontstaat bij maximale verzwakking van die frekwenties. Er zijn oneindig veel andere kurven mogelijk, die ontstaan uit

drievoudige toonregeling +20 +15

s

S

f

+10 +5

s,.

)7

rv V 1 i

D -5

'S

-10 f

-15

1

7

/

-20 10

100

Figuur 1. Vijf van de oneindig vele mogelijke frekwentiekarakteristieken van de drievou¬ dige toonregeling. 1. Alle regelaars in de neutrale mid¬ denstand. 2. Laag en hoog maximaal, midden neutraal. 3. Laag en hoog minimaal, mid¬ den neutraal. 4. Midden maxi¬ maal, laag en hoog neutraal. 5. Midden minimaal, laag en hoog neutraal. Bij een korrekte bedrading komt de stand maximaal overeen met een geheel rechtsom gedraaide potmeter, met de klok mee dus. De stand minimaal komt overeen met een geheel links¬ om, tegen de wijzers van de klok in gedraaide potmeter. De neutrale stand bevindt zich exakt halverwege de genoem¬ de uiterste standen.

Ik

1

/11' |vL 10k

lOOk

frekwentie (Hz)

84772X-1 o

kombinaties van de standen van de drie regelaars. De toepassingen van deze drievoudige toonregeling hoeven echt niet beperkt te blijven tot de hifi-installatie. Zo kan de schakeling bij¬ voorbeeld heel goed als onderdeel van een gitaar¬ versterker worden gebruikt. Of als "oppoetser" van stokoude doch dierbare 78 toerenplaten. En als "korrektor" van mikrofoonsignalen, waarbij met name de unieke middentonenregeling ervoor kan zorgen dat via de geluidsinstallatie weergege¬ ven spraak niet "boemerig" of "esserig" klinkt, met als gevolg dat de mikrofoonspreker goed overkomt.

De schakeling Zo simpel het is om het effekt van de drievoudige toonregeling uit te leggen.

)

zo moeilijk is het om de werking van de schakeling duidelijk te maken. De uitleg van elk van de drie regelaars afzonderlijk vergt al een vol¬ ledig uit de hand lopende partij rekenwerk en als de drie regelaars in figuur 2, dan ook nog eens in één schakeling worden gekombineerd, kan men het hele¬ maal wel vergeten. Desondanks een poging. We beloven u: zonder for¬ mules. Het gaat om een zogenaamde aktieve toonre¬ geling. Dat wil zeggen dat niet alleen passieve onderde¬ len een rol spelen, maar ook aktieve (versterkende) onderdelen. In ons geval zijn dat twee operationele ver¬ sterkers, die op hun beurt weer samen in één huisje zitten. De wirwar van potmeters, weerstanden (R2.. .R8) en kondensatoren (C2.. .C5) kan voor elke frekwentie worden vertaald in twee impedanties: één impedantie

tussen de uitgang van A1 en de inverterende ingang ("—", dus pen 2) van A2, en de andere impedantie tussen die inverterende ingang en de uitgang van A2. De ver¬ sterking van A2 plus omrin¬ gende komponenten is afhankelijk van de verhou¬ ding tussen de laatst- en eerstgenoemde impedantie. Beide impedanties zijn afhankelijk van de frekwen¬ tie, dus is ook de verhou¬ ding tussen die impedanties daarvan afhankelijk. Dat is zo omdat beide impedanties ondermeer zijn samen¬ gesteld uit kondensatoren. En kondensatoren bezitten nu eenmaal een wissel¬ stroomweerstand (kapacitieve reaktantie; die "Hoe zit dat?" in de Elex van de vorige maand), die van de frekwentie en van de groot¬ te van de kondensator afhangt. Ook weerstanden spelen een rol bij de opbouw van de twee impe¬ danties. Potmeters zijn

regelbare weerstanden, zoals u weet. Een variatie van de loperstand van een bepaalde regelaar heeft een beïnvloe¬ ding van het weerstandsaan¬ deel in de beide impedanties tot gevolg. Wordt het aan¬ deel in de ene impedantie groter, dan daalt het aan¬ deel in de andere impedan¬ tie. Daardoor wijzigt zich ook de verhouding van deze twee impedanties voor frekwenties die zich binnen het regelgebied van de des¬ betreffende regelaar bevinden. Het zojuist globaal beschre¬ ven toonregelprincipe is al zeer oud. Pionier op dit gebied is — de naam komt u misschien in dit verband niet helemaal onbekend voor — ene meneer Baxandall, die al in 1952 een ont¬ werp voor een dergelijke toonregeling publiceerde. We moeten nog een paar andere onderdelen van figuur 2 bespreken. De ope¬ rationele versterker A1 vormt

een buffer tussen de op de ingang aangesloten signaalbron en de eigenlijke ingang van de toonregelschakeling. Een eventuele gelijkspanningskomponent op de ingang wordt door C1 geblokkeerd. Om dezelfde redenen is C7 tussen de uit¬ gang van A2 en de uitgang van de schakeling aange¬ bracht.

De bouw Zoals altijd het geval wordt ook deze schakeling op een universeel Elex-printje onder¬ gebracht. Figuur 3 verschaft nadere informatie. De opbouw van de print is pro¬ bleemloos. Bij de bedrading van de drie potmeters moet men zorgvuldig te werk gaan. De beste aanpak is: zorg ervoor dat de afstand tussen de potmeters en de print zo klein mogelijk is. In dat geval kunnen de verbin¬ dingen (negen stuks) met soepel montagedraad wor¬ den gelegd. Als langere ver-

15V

A1,A2= IC1 = NE 5532, LM 833, LF 353, TL 072, TL 082, MC 1458

Figuur 2. Het schema van de drievoudige toonregeling. Dit is een zogenaamde "aktieve" toonregeling, waarmee niet wordt bedoeld dat hij het doet, maar waarmee wordt bedoeld dat de frekwentiekarakteristiek tot stand komt in samenwerking met een aktief, dus versterkend onderdeel. In dit geval is dat de operationele versterker A2.

Figuur 3. Zó moet de print van de drievoudige toonregeling worden opgebouwd. Als de afstand tussen de print en de potmeters groot is, bijvoor¬ beeld bij inbouw in een bestaand apparaat, moet afge¬ schermd draad worden gebruikt voor de verbindingen tussen de potmeters en de print. In de onderdelenlijst staan verschillende mogelijk¬ heden vermeld voor de dubbe¬ le operationele versterker. De 5532 en de LM 833 zijn speciale ruisarme typen; die zijn het beste, maar ook het duurst. De MC 1458 is het goedkoopst. Onzes inziens de beste keus: de TL 072. Onderdelenlijst R1 = 470 kQ R2,R3,R4 = 10 kS R5,R6 = 3,9 kS R7.R8 = 1,8 kïï R9 = 270 Q R10 = 100 kQ P1.P2 = potmeter 100 k ö lineair P3 = potmeter 500 kQ lineair C1 = 220 nF C2 = 47 nF C3.C5 = 4,7 nF C4 = 22 nF C6 = 1 nF C7 = 470 nF C8,C9 = 100 nF IC1 = TL 072 (NE 5532, LM 833, LF 353, TL 082, MC 1458) Elexprint formaat 1

Een versterker is nodig om een stroom, een spanning of een vermogen een bepaald aantal keer te "ver¬ groten". In Elex is al een aantal van die "dingen" gepubliceerd. Deze keer gaat het om een met één transistor opgebouwde versterkertrap, die in staat is om audiosignalen maximaal 80 keer te versterken. Dit betekent dat een wisselspanning van 10 millivolt op de ingang op de uitgang een wisselspanning van 800 mV tot gevolg heeft. Die spanning is meestal zelfs voldoende om een eindversterker mee uit te sturen.

bindingen noodzakelijk zijn, bijvoorbeeld bij inbouw in een bestaand apparaat, moeten ze met vier-aderig afgeschermde kabel worden gemaakt. Verbind in dat geval de afscherming aan één zijde door met massa. Ook de verbindingen met de buitenwereld (ingang en uit¬ gang) moeten op dezelfde manier met afgeschermde kabel worden gemaakt. Als voeding kan de onlangs in Elex gepubliceerde ± 15 voltvoeding dienst doen. Bouw dan twee prin¬ ten op: één voor +15 volt en één voor —15 volt. De schakeling kan deel uit¬ maken van een groter geheel, of in een los kastje worden gebouwd. Aan u de keus. De toonregeling moet wor¬ den gestuurd met voldoende sterke audio-wisselspanningen, pakweg 100 a 500 mVeff. Hij kan dus niet direkt achter een mikrofoon worden geplaatst omdat mikrofoonsignalen daarvoor te zwak zijn en eerst moe¬ ten worden versterkt. En, haast overbodig om te zeg¬ gen, hij kan ook niet direkt een luidspreker sturen.

Laten we figuur 1 eens nader onder de loep nemen. Op de wat merkwaardige positie van R1 na komt de schakeling ons niet helemaal onbekend voor. Het is namelijk in principe een gemeenschappelijke emitterschakeling. Een dergelijke schakeling is van huis uit niet bepaald ongevoelig voor temperatuurveranderin¬ gen, dus de gelijkspanningsinstelling op een bepaald werkpunt verandert bij wijzi¬ ging van de temperatuur. En men zou toch graag willen dat dit verschijnsel niet optreedt, in ieder geval niet voor een bepaald temperatuurgebied. Dan is de ver¬

Heeft u een stereo-toepas¬ sing voor deze toonregeling? Bouw dan twee printen en gebruik voor P1, P2 en P3 stereo-potmeters. En werkt de toonregeling verkeerd? Dus wordt het hoog, midden of laag zwak¬ ker als u de desbetreffende potmeter rechtsom, dus met de wijzers van de klok mee verdraait? Dan moeten de buitenaansluitingen van de "verkeerde" potmeter wor¬ den verwisseld. Je kunt natuurlijk ook metéén ervoor zorgen dat de aansluitingen korrekt zijn. In de maximum-stand ligt de loper van P1 aan het R2-uiteinde, de loper van P2 aan het R5-uiteinde en de loper van P3 aan het R7-uiteinde van de potmeter.

sterking niet of nauwelijks afhankelijk van de tempe¬ ratuur. Met andere woorden: we zoeken een methode om een gelijkspanningsinstelling te krijgen die zich nagenoeg niets aantrekt van de tempe¬ ratuur. De methode? Maak gebruik van het tegenkoppelprincipe, dat elders in dit nummer is besproken. Laten we eens gaan kijken naar de praktische realisatie van de tegenkoppeling. In figuur 1 zit de weerstand R1 tussen de uitgang (= kollektor) en de ingang (= basis) van de transistor. We noe¬ men dit spanningstegenkoppeling. Een gedeelte van de

O

Figuur 1. De varioversterker bestaat uit een spanningstegengekoppelde transistortrap. Figuur 2. Alles gaat makkelijk op een stukje Elexprint. Als voeding dient een 9 voltbatterij. Tabel. De waarde van R2, afhankelijk van de gekozen versterkingsfaktor.

84777X-1

*zie tabel

Onderdelenlijst:

Tabel A

R2

1 5 10 20 50 80

r

berekend R2 = R1/A 470 94 47 23 9,4 5,8

gelijkspanning en de wisselspanning die op de kollektor aanwezig is, wordt naar de basis teruggevoerd. Indien de kollektorstroom door welke oorzaak dan ook, bij¬ voorbeeld door een stijging van de temperatuur, toe¬ neemt, wordt de spanningsval over R3 groter. Dus de kollektorspanning daalt. Die daling wordt door de weerstanden van de span¬ ningsdeler verzwakt naar de basis doorgegeven. De basis/emitterspanning daalt, evenals de kollektorstroom. Spanningstegenkoppeling zorgt er dus voor dat de dreiging van een grotere (of een kleinere!) kollektor¬ stroom in grote mate wordt tegengewerkt en daardoor praktisch helemaal wordt geëlimineerd. Welk deel van de kollek¬ torspanning wordt naar de basis teruggevoerd? Voor gelijkspanning spelen de

kö kö kö kö kS kQ

R1 = 470 kö R2 zie tabel R3 = 22 kQ R4 = 56 kS C1 = 100 nF C2 = 10 itF/16 V T1 = BC547B Elexprint maat 1

gemeten A 420 79 36 17,3 4,5 470

<•>•*

kö kö kS kS kö S

weerstanden R1 en R4 een rol; door R1 loopt tevens de basisstroom van T l . Voor wisselspanningen speelt ook R2, met daarmee in serie de uitgangsimpedantie van de te versterken wisselspanningsbron, een rol; het wordt er dan niet simpeler op. De gelijkspanningsinstelling kan vrij simpel worden bepaald indien de basisstroom door R1 kan worden verwaarloosd ten opzichte van de stroom door R4. Deze verwaarlozing is meestal mogelijk. De door R4 en R1 verzwakte kollektorgelijkspanning op de basis moet gelijk zijn aan circa 0,6 volt, de basis/emit¬ terspanning van de tran¬ sistor:

dus:

f)})

UCE = 0,6 x (1 + gi) V.

Vul de waarden van R1 en R4 in en dan blijkt dat de kollektor-gelijkspanning circa 5,6 V bedraagt. In principe is de maximale uitgangswisselspanning van de tran¬ sistorversterker ongeveer 2 volt effektief (Veff) bij een voedingsspanning van 9 V. In de tabel zijn enige versterkingsfaktoren en de bij¬ behorende waarden voor de weerstand R2 opgeyeven. De berekende versterking is gebaseerd op de verhouding van de weerstanden R1 en R2. De afwijking van de berekende waarde is met name groot bij een verster¬ king van 80x. Neemt men voor R2 een waarde van 5,8 kQ, dan is de verster¬ king iets kleiner dan 50x en dus nooit tachtig keer, zoals op grond van een bereke¬ ning zou mogen worden verwacht. De afwijkingen tussen gemeten en bereken¬ de waarden zijn voor een

deel het gevolg van de betrekkelijk lage voedings¬ spanning. De beide kondensatoren, C1 en C2, blokkeren gelijkspan¬ ning die anders op de ingang (via R2!) of op de uitgang (kollektorgelijkspanning) terecht zou komen. De versterkertrap neemt dus alleen maar wisselspannin¬ gen in behandeling, geen gelijkspanning. De uitgangswisselspanning is in tegenfase met de ingangswisselspanning. Deze 180°-fase¬ draaiing is een typische eigenschap van de gemeen¬ schappelijke emitterschakeling. Figuur 2 tenslotte verschaft u alle informatie over de bouw van deze versterker, op een stukje Elexprint.

de transistor — een elektronische potmeter? "De transistor is een stroomgestuurde stroom¬ bron." Zo zou je een tran¬ sistor in het kort kunnen omschrijven. Zoals een spanningsbron een konstante spanning levert, zo levert een stroombron een konstante stroom. De hoofd¬ stroom loopt van de kollektor naar de emitter, en de stuurstroom is de stroom die de basis aangeboden krijgt. In figuur 1 is dat voor een transistor van het NPN-type in tekening gebracht. De transistor versterkt de stroom met een faktor /? (bèta). In plaats van ft wordt deze faktor ook wel npg ge¬ noemd. De versterkte basisstroom loopt bij eenNPN-transistor van kollektor naar emitter en wordt meestal kortweg kollektorstroom genoemd. Aange¬ zien deze kollektorstroom veel groter is dan de basisstroom, en dat is meer het geval naarmate de versterkingsfaktor groter is, kan de kollektorstroom nage¬ noeg gelijk worden gesteld aan de emitterstroom

(= kollektorstroom + basisstroom); tussen kollektor- en emitterstroom wordt dan ook veelal geen onderscheid gemaakt. Zo eenvoudig de principiële werking van de transistor is, zo gemakkelijk maakt men zich een verkeerde voorstel¬ ling van zijn werking. Vaak beschouwt men een tran¬ sistor als een stroom¬ gestuurde potentiometer, een elektronisch regelbare weerstand dus. Hierbij ver¬ geet men echter een essen¬ tiële eigenschap, namelijk het stroombrongedrag. Op het eerste gezicht lijkt een voorstelling als stroom¬ gestuurde potmeter heel aardig te kloppen. De basisstroom is een maat voor de stand van de loper van onze denkbeeldige potmeter (figuur 2). Naarmate er een grotere basisstroom vloeit, neemt de weerstand van de potmeter af, dus loopt er in het potmetermodel een gro¬ tere kollektorstroom. Tot zo¬ ver lijkt de vergelijking op te gaan. In figuur 3a is het potmeter-

Figuur 1. De twee belangrijkste stromen in een transistor, hier een NPN-type: de basisemitter-stroom dB) stuurt de kollektor-emitter-stroom de). De verhouding tussen die twee is de stroomversterkingsfaktor /M= I C : IB).

84722X-1 Emitter

Figuur 2. De transistor opgevat als een potmeter waarvan de stand van de loper afhankelijk is van de basisstroom, de dio¬ de imiteert de 0,6 V spannings¬ drempel tussen basis en emit¬ ter. Is dit echter wel juist?

Basis

0-

84722X-2

o

Figuur 3. Met een weerstand in de kollektorleiding zou het potmetermodel een regelbare spanningsdeler geven. Maar in werkelijkheid gaat dat niet zo.

3a

BC108 lOOOr

i

- —4,0
—

L

800

r~

i

••

- r _^^ ——

• • • * • •••Ml

—•

600 —

—

— —

l=—

—3

Figuur 4. De karakteristiek (grafiek met het typische ge¬ drag) van een BC 108. Het hori¬ zontaal lopen van de kurven maakt duidelijk dat kollek¬ torstroom en kollektor-emitterspanning onafhankelijk van el¬ kaar zijn. Een tegenspraak met het potmetermodel.

\

— - 3,0 [LLA

— —2

A

Figuur 5. Van de kollektor¬ stroom kunnen we een kollektorspanning maken met een kollektorweerstand (Re). Net zo wordt van een basisspan¬ ning met RB een basisstroom gemaakt.

~9 n V 2,0(UM

1,5
1,0(UA

200

j. 0

1

2

3

4

5V

*- U,

CE 84722X-4

model via een kollektorweerstand R van voe¬ dingsspanning voorzien. De kollektorstroom zal in dat model niet alleen afhankelijk zijn van de basisstroom (en dus de stand van de potmeter), maar ook van de voe¬ dingsspanning en de weerstand R. Bij een echte transistor is dat echter zeker niet het geval: de kollek¬ torstroom is hier nagenoeg niet afhankelijk van de voe¬ dingsspanning (binnen zeke¬ re grenzen, als er bijvoor¬ beeld geen voedingsspan¬ ning is, zal er ook geen kol¬ lektorstroom kunnen lopen). Alleen de basisstroom be¬ paalt hoe groot de kollek¬ torstroom is. Die basis¬ stroom wordt immers met een konstante faktor ver¬ sterkt. De kollektorstroom is onafhankelijk van de voe¬ dingsspanning en de weerstand R. Bij het potme"termodel wordt een toe¬ name van de voedingsspan¬ ning over de potmeter en de

weerstand R verdeeld, ter¬ wijl een verhoging van de voedingsspanning in fi¬ guur 3b alleen over de transistor merkbaar zal zijn. De spanning over weer¬ stand R blijft immers konstant (= \Q x R) aangezien de kollektorstroom konstant blijft. Het potmetermodel is dus een onjuiste voorstelling van de werking van een transistor. Dat de kollektorstroom van een transistor vrijwel niet af¬ hankelijk is van de voe¬ dingsspanning, en dus ook niet van de kollektor-emitterspanning (Ufjg), kunnen we duidelijk zien in de grafiek van figuur 4. De kurven in deze door de fabrikant gele¬ verde grafiek geven, bij ver¬ schillende basisstromen, het verband tussen de kollek¬ torstroom Ie en de kollektor-emitter-spanning UCF_ van de welbekende tran¬ sistor BC 108. Nemen we als voorbeeld de kurve die geldt voor een basisstroom

IB = 1 ^A (één miljoenste ampère). Of de spanning tussen kollektor en emitter (UCE) nu 1 of 4 volt be¬ draagt, voor de kollek¬ torstroom maakt dat niet zoveel uit. Die blijft konstant zo'n dikke 200 ^A; de kurve is immers nagenoeg hori¬ zontaal. Ook de andere kur¬ ven die gelden bij een ande¬ re waarde van de basis¬ stroom blijken vrijwel hori¬ zontaal te lopen. We hebben al tussen haak¬ jes vermeld dat het stroom¬ brongedrag (de konstante kollektorstroom) van een transistor aan grenzen ge¬ bonden is. In het plaatje van figuur 4 ligt de onderste grens links, aan het begin van iedere UcE/'C'kurve. De kurve vertoont hier een zogenaamde "knie", een knik. Dat is te wijten aan het feit dat een transistor eerst een beetje kollektoremitter-spanning moet heb¬ ben alvorens hij zijn typische gedrag vertoont. Voor silici-

umtransistoren ligt deze kniespanning zo rond de 0,2 V (zie ook de grafiek). Naar de andere kant wordt het stroombrongedrag van de transistor door meerdere grenzen beperkt. Twee daar¬ van zijn de maxirriaal toe¬ gestane kollektor-emitterspanning en de maximaal toegestane kollektorstroom. Een derde grens treedt op wanneer een transistor in verzadiging wordt gestuurd. Over dat laatste verschaft het artikeltje "hoe zit dat . . ." elders in dit num¬ mer meer informatie. Het zal nu wel duidelijk zijn dat de kollektorstroom al¬ leen bepaald wordt door de basisstroom en de stroomversterkingsfaktor. Dat een transistor op is te vatten als een elektronisch gestuurde weerstand, is beslist niet waar. Het antwoord op de vraag die de titel van dit artikel vormt is dus: nee!

modelbaan-overwegsturing Zo lang er treinen in het groot rondrijden, zolang rij¬ den er ook al modellen door de huiskamer. Vroeger waren dat alleen de huiska¬ mers van de welgestelden, maar het duurde niet lang of iedereen kon zich een eigen trein permitteren. Voor een habbekrats zijn zoge¬ naamde startsets te koop, met daarin een rail-ovaal (zo noemen fabrikanten dat), een lokje, wat wagonnetjes en een transformator om het geheel tot leven te wek¬ ken. Na verloop van tijd kan een dergelijk bescheiden begin uitgroeien tot een kompleet emplacement waar menig lokaal seinwachter van zou watertanden. Wat een modelbaan pas modelbaan maakt, is de entourage, de scenery. Die bestaat deels uit zaken die eigenlijk niets met het treingebeuren zelf te maken heb¬ ben, huisjes, bergen en zo, en deels uit meer treinse zaken: bruggen, spoorweg¬ overgangen en dergelijke. Soms werken die overwe¬ gen ook echt, wat de natuurgetrouwheid ten goede komt. Hoewel, de

manier waarop de overwegbomen sluiten is niet altijd even natuurgetrouw. De eerste overweg die onze modelbaan-fanaat op de redaktie mocht ontvangen, uit handen van de goede Sint, was er één waarbij de bomen mechanisch gesloten werden onder het gewicht van de passerende trein. " Welnu, sluiten deden ze, die bomen. Met donderend geweld knalden de rood/witte barrikaden in de horizontale stand. Welke dood voor een toevallig pas¬ serende verkeersdeelnemer de minst wrede zou zijn, verpletterd worden door de trein of door de overwegbomen, kon uit het tafereel niet opgemaakt worden. Een elektrisch bediende overweg is wat dat betreft een hele verbetering. Reeds voor de trein op de overweg is kunnen de bomen geslo¬ ten worden, liefst een beetje rustig. Het sluiten van de bomen gebeurt als de trein over een schakelrail rijdt. Helaas is die schakelrail vaak de bron van alle pro¬ blemen. Meestal wordt geschakeld als één punt van

de trein zich op de bewuste rail bevindt. De lokomotief bijvoorbeeld, of een rijtuig waar een magneetje aan bevestigd is dat op zijn beurt een reed-kpntakt sluit. Als de lokomotief het schakelsignaal levert, kan het bij zeer lange treinen gebeuren dat de staart van de trein zich nog op de overweg bevindt terwijl de bomen alweer geopend worden. In feite moet je bij het sluiten van de bomen naar de voor¬ kant van de trein kijken, en bij het openen naar de ach¬ terkant. Deze overwegstu¬ ring doet dat, met als voordeel dat er aan de trei¬ nen zelf niets hoeft te gebeuren. Het ontwerp is zo gemaakt, dat praktisch alle sooren overwegen bediend kunnen worden. Een even¬ tuele knipperlichtinstallatie maakt het geheel kompleet.

Lichtsluizen Om het naderen en het voorbij zijn van een trein te kunnen detekteren, maken we gebruik van lichtsluizen. Zo'n lichtsluis, in het Elexjulinummer kwamen ze al aan de orde, bestaat uit een zender (een lampje of een LED) en een ontvanger (een fototransistor of een LDR). We maken hier gebruik van (onzichtbaar) infraroodlicht, dat maakt de schake¬ ling minder gevoelig voor omgevingslicht. Figuur 1 laat zien hoe de lichtsluizen langs de baan staan opgesteld. De één staat voor, de ander achter de overweg. Door de lichtsluizen schuin te plaat¬ sen ten opzichte van het spoor, voorkomen we dat de schakeling zich laat mislei-

Figuur 1. De opstelling van de lichtsluizen langs de baan en het blokschema van de scha¬ keling. Het onderbreken van de lichtstraal in de lichtsluizen door de trein heeft tot gevolg dat de bomen gesloten wor¬ den. Zijn de lichtsluizen weer vrij, dan gaan de bomen open.

)

den door de openingen tus¬ sen de wagons, ook als de trein stilstaat. Om ook lagebakwagens te kunnen detekteren (en bijna ieder¬ een heeft die, want ze zitten meestal in de startset), plaatsen we de LED's en de fototransistors op buffer¬ hoogte. Het is nu de bedoe¬ ling dat de bomen gesloten worden en blijven zolang een van de twee lichtstralen onderbroken wordt (of beide). Deze zogenaamde OF-funktie wordt verzorgd door het blok "OF". Het signaal dat uit het OF-blok komt geeft aan dat er een trein in de buurt of op de overweg is. Sommige spoor¬ wegovergangen (die van Marklin bijvoorbeeld) heb¬ ben aan dat signaal vol¬ doende, maar er zijn ook exemplaren die met een puls dicht en open gedaan moe¬ ten worden. Om die pulsen op te wekken zijn twee monostabiele multivibratoren (MMV's) aanwezig. Boven¬ dien stuurt het OF-blok ook een astabiele multivibrator die op zijn beurt de knipper¬ lichten stuurt.

De elektronica Figurr 2 is het eigenlijke schema, een gedetailleerde uitwerking van het bloksche¬

ma van figuur 1. De licht¬ sluizen worden gevormd door de infrarood-LED's LD 271 en de (voor infraroodlicht gevoelige) fototransistoren van het type TIL81. Bij een fototransistor vervangt het licht dat door de bovenkant naar binnen schijnt in feite de basisstroom. Er is dan ook geen basisaansluiting getekend, al hebben fototransistoren die wel om ze ook elektrisch aan te kunnen sturen. Als het licht de rails vrij over kan steken, zullen beide transistoren in geleiding zijn en de spanning op de kollektor is dan bijna nul volt. Bij het onderbreken van de straal (door de trein) stijgt de spanning op de kollektor naar +12 V. De dioden D3 en D4 zorgen vervolgens voor de OF-funktie: bij T1 of bij T2 (of bij allebei) moet de lichtstraal onderbroken worden om op punt A een hoge spanning te krijgen. Kondensator C4 en weer¬ stand R4 moeten kleine stoorpulsen, bijvoorbeeld veroorzaakt door gereflekteerd licht tussen de wagons, onderdrukken. De spanning op punt A is "hoog" zolang de trein de lichtstralen onderbreekt. De hierachter geschakelde

monostabiele multivibratoren (ze zitten alletwee in één ICbehuizing) wekken de besturingspulsen op voor het slui¬ ten en het openen van de bomen. MMV1 geeft een uitgangspuls van ongeveer % sekonde als punt A van "laag" naar "hoog" gaat, MMV2 als A van "hoog" naar "laag" gaat. Via een stuurtransistor en een relais wordt vervolgens de over¬ weg bediend. Er zijn twee trapjes met relais nodig als de overweg over twee lijnen (sluiten, openen) bediend moet worden. Eén stuurtrap (met T4) kan weggelaten worden als het aansturen over één lijn gebeurt. In dat geval moet draadbrug 2 gelegd worden. Met de spanning op punt A sturen we tevens de knip¬ perlichtinstallatie die bestaat uit MMV3 en MMV4. Samen vormen deze twee MMV's een astabiele multi¬ vibrator (AMV). Eerst wor¬ den vanaf punt A de reset-ingangen van MMV3 en MMV4 vrijgegeven. Direkt daarop wordt via C6 MMV3 getriggerd (gestart). D11 en D12 lichten nu op. Na zo'n halve sekonde is de monofloptijd van MMV3 verstreken. De LED's gaan weer uit en op dat moment

start MMV4; D9 en D10 lichten nu op. Na weer een halve sekonde hetzelfde ver¬ haal, MMV4 "valt" terug en start op zijn beurt weer MMV3. Dat gaat zo door tot de reset-ingang weer "laag' wordt, zodra de trein voorbij is. Voor de voeding kan de lichtaansluiting op de treintrafo gebruikt wor¬ den. De gelijkgerichte en door C7 afgevlakte spanning dient voor de voeding van de LED's. Voor de MMV's en de fototransistoren wordt de spanning door IC3 gesta¬ biliseerd op 12 V. Zo krijgen die nooit een te hoge voe¬ dingsspanning.

Bouwen Hoe de schakeling er uitein¬ delijk uit zal zien hangt af van het type overweg dat aangestuurd moet worden. Probeer eens hoe de betref¬ fende overweg met schake¬ laars bediend kan worden, de relaiskontakten van de overwegsturing zullen later de funktie van de schake¬ laars overnemen. Er zijn drie mogelijkheden: 1. Bediening gaat met één schakelaar. Stand 1 is overweg dicht, stand twee overweg open (Marklin bij¬ voorbeeld). 2. Bediening gebeurt met

R . 1 , R e 2 - ( R e e d ) Relais 5V

= 18 V

0 LD 271

12 V

D1,D2 = LD 271 T1,T2 = TIL81 D3 . . . 08 = 1N4148 MMV1.MMV2 = IC1 • 4528 MMV3.MMV4 - IC2 = 4528

MMV4

,_^ +

12 V

één druktoets waarmee pulsen worden gegeven. Bij de 1 e puls gaat de overweg dicht, bij de tweede weer open. 3. Bediening gaat met twee schakelaars. Een puls gegeven via de eerste scha¬ kelaar doet de bomen slui¬ ten. Een puls via de tweede schakelaar opent ze weer. Bij sommige overwegen (Faller bijvoorbeeld) mogen beide stuurlijnen met elkaar verbonden worden, waarna ze met één schakelaar dicht en open gaan. Deze over¬ wegen vallen dus eigenlijk onder mogelijkheid 2.

Leidraad bij het bouwen vormt figuur 3, de onderdelenopstelling. Afhankelijk van welke van bovenstaande mogelijkheden van toepas¬ sing is, kunnen bepaalde onderdelen weggelaten wor¬ den en moeten bepaalde verbindingen gelegd worden. Mogelijkheid 1 is de eenvou¬ digste, en de goedkoopste. Alle onderdelen die in figuur 2 in het grijze kader vallen, mogen weggelaten worden. Alleen MMV2 zal wèl aanwezig zijn omdat IC1 ook MMV1 bevat. Boven¬ dien leggen we draadbrug 1,

tussen punt A en punt B. Mogelijkheid 2 vraagt wat meer onderdelen. MMV2 is nu wèl nodig, evenals R6, C3, en D6. De stuurtrap rond T4 en Re2 is niet nodig. In dit geval leggen we draadbrug 1 niet, draad¬ brug 2 echter wel. Mogelijkheid 3 gaat gepaard met de meest uitgebreide schakeling. Alle onderdelen zoals getekend in figuur 2 en 3 zijn nodig. Zowel draadbrug 1 als draadbrug 2 wordt niet gelegd. De lichtsluizen, D1/T1 en D2/T2, komen niet op de print maar langs de baan.

4x LED

f™ 1 Zoals gezegd worden ze schuin ten opzichte van het spoor geplaatst. Wellicht kunnen fototransistors en LED's verstopt worden in naast de baan gesitueerde buizen of struikjes. Of de lichtsluizen goed werken, kan met een multimeter gekontroleerd worden. Zon¬ der onderbreking van de lichtstraal moet op de kollektor van T1 en T2 een spanning van nagenoeg 0,3 V gemeten worden. Bij het onderbreken van de lichtstraal vliegt de spanning omhoog naar praktisch 12 V. Wordt die lage spanning

Figuur 2. Het schema. Voor bepaalde gevallen, afhankelijk van het type overweg, kunnen bepaalde onderdelen weggela¬ ten worden (zie het gedeelte "opbouw"). Eventueel moet ook een draadbrug (1 of 2) gelegd worden. Het knipper¬ licht rond IC2 is een extra uit¬ breiding. Figuur 3. Komponentenopstelling op een Elex-print. De relais (de noodzakelijke span¬ ning voor de bekrachtigingsspoel moet 5 V zijn) komen niet op de print maar onder de baan, bij de overweg. Figuur 4. Om te vermijden dat bij de bouw een draadbrug wordt vergeten, zijn hier alle draadbruggen van de schake¬ ling nog eens apart getekend.

Onderdelenlijst R1 = 270 S/0,5 W * R2.R3 = 4,7 kS R4 = 68 kQ R5,R6,R11,R12 = 1,8 MS R7...R10 = 33 kS R13.R14 = 560 Q R15 = 56 kQ Cl = 10 jiF/16 V C2. . .C5,C9 = 1 /iF/16 V C6.C8 = 100 nF C7 = 220 ^F/25 V D1.D2 = LD 271 D3...D8 = 1N4148 D9.. .D12 = LED + 3 mm, rood D13...D16 = 1N4001 T1.T2 = TIL 81 T3,T4 = BC550C T5.T6 = BC 550B IC1JC2 = 4528 IC3 = 78L12 Diversen: 1 Elex-print formaat 2 2 16-pens IC-voetjes Re1,Re2 = (reed)relais, 5 V * zie tekst

niet gemeten, dan kan de afstand te groot zijn (bij dubbelspoor bijvoorbeeld), of zijn fototransistors en LED's misschien niet goed gericht. Met een reflektortje op de LED's, ook in de elektronicawinkel te krijgen, is misschien verbetering moge¬ lijk. Anders kan eventueel de stroom door de LED's verhoogd worden door R1 te verkleinen. Kleiner dan 150 Q mag niet, anders wordt de LED-stroom te groot. In noodgevallen kun¬ nen bij dubbelspoor twee extra lichtsluizen geplaatst worden. De extra LED's kunnen in serie met D1 en D2 gezet worden. De foto¬ transistors worden met elk een eigen kollektorweerstand (4,7 kQ) en een diode (1N4148) aangesloten op punt A. Er is nog één probleem op te lossen. De schakeling werkt alleen naar behoren als er altijd minstens één lichtsluis onderbroken wordt. Bij erg korte treinen kan dat problemen geven, de trein staat dan precies

tussen de sluizen in. Dat kan opgelost worden door de sluizen zo schuin moge¬ lijk te plaatsen (wij haalden zonder problemen een afstand van 10 cm tussen zender en ontvanger), of anders door het plaatsen van extra lichtsluizen. Die worden ook weer met een diode op punt A aan¬ gesloten. Of het knipperlichtgedeelte wel of niet gebouwd wordt, laten we aan de bouwer over. Wel wijzen we er op dat voor die paar gulden extra aan onderdelen in geen enkele treinenzaak iets vergelijkbaars te krijgen is. Als LED's hiervoor kunnen kleine 3 mm types toege¬ past worden. D9 en D11 komen bij het ene andreaskruis, D10 en D12 bij het andere. Probeer bij het sol¬ deren aan LED's (ook bij D1 en D2) de pootjes zo lang mogelijk te houden en houd ze bij het verhitten vast met een tangetje of een pincet. LED's gaan namelijk vaak stuk door oververhitting tij¬ dens het solderen.

weerstand van de versterker bedraagt:

Het ingangsvermogen bedraagt: 1 MA x 0,5 V = 0,5 jiW Stoorspanningsafstand: 62 dB; afwijkingen van een rechte frekwentiekarakteristiek: +1 dB; overspraakdemping: 88 d B . . . De folders van hifi-apparaten staan er vol mee. Bij het horen van al dat ge-dB vraagt men zich af waar die goeie ouwe volts en ampè¬ res zijn gebleven. Terecht, want bij opgaven in dB, er zijn trouwens óók nog meerdere soorten dB, komt af en toe zelfs de vak¬ man er niet of niet meteen uit. Dat neemt niet weg dat dB's als middel om iets op of aan te geven buitenge¬ woon zinvol zijn. Ze geven de getalsverhouding weer die er bestaat tussen twee elektrische grootheden, bij¬ voorbeeld tussen twee hoe¬ veelheden volt of ampère, of watt. Een voorbeeld van een vermogensverhouding. Op de ingang van een verster¬ ker, met een ingangs¬ weerstand van 500 kilo-ohm, moet een wisselspanning van 0,5 volt (effektieve waarde) staan om de ver¬ sterker tot het maximale uit¬ gangsvermogen, zeg 20 watt, uit te sturen. De stroom door de ingangs¬

En daar weer uit volgt voor de vermogensversterking: vermogensversterking =

($p$j

= 40000000

Nu is 40 000000 een erg onhandig getal, vindt u ook niet? Het kan ook anders. De elektrotechnici hebben de logaritmen van hun wis¬ kundige vakbroeders geleend en daarop een rekenmethode gebaseerd die tot een kompaktere weerga¬ ve leidt. In plaats van 40 000 000 wordt er 76 dB geschreven. De waarde 76 dB is de uitslag van de formule: 10 x log 40 000 000. Maar laten we de wiskunde maar weer gauw vergeten, want in de tabel zijn de belangrijkste dB-waarden op een rijtje gezet. Helaas komt 40 000 000 niet op het lijstje voor. 10 000 000, dus een 1 met zeven nullen, dus 10^ zien we wèl staan; dat is gelijk aan 70 dB. Er ont¬ breekt dus nog 6 dB, en 6 dB komt volgens de tabel overeen met een vermogen¬ verhouding van ongeveer 4.

Gaat er nu een lichtje bij u branden? Enerzijds 70 plus 6 is 76 dB, anderzijds 10 000 000 x 4 = 40 000 000. Het vermenigvuldigen van de losse faktoren met elkaar komt dus overeen met het optellen van de bij die fakto¬ ren horende hoeveelheden dB. Dat is handig! En dat dankzij die vervelende wis¬ kunde, die toch maar mooi de logaritme oplevert. Nog maar een paar voor¬ beelden. Een andere verster¬ ker versterkt het vermogen vijfduizend keer. Welk ver¬ mogen? Dat zal de dB worst zijn! (De versterker uiteraard niet!) Het gaat immers om een verhouding van twee vermogens. Voor de dB maakt het niet uit of 1 fAV aan de ingang, 5000 x ver¬ sterkt, 5 mW op de uitgang oplevert, of dat 1 watt aan de ingang 5 kW aan de uit¬ gang oplevert. Hoeveel dB is de vermogensversterking? Wel, 5000 is gelijk aan 5 x 1000. Bij 1000, vinden we in de tabel, hoort 30 dB en bij 5 vinden we een bedrag van 3,16 dB. We kennen inmiddels het optel/ vermenigvuldig-regeltje en stellen vast dat een vermo¬ gensverhouding van 5000 overeenkomt met 30 + 3,16 = 33,16 dB. Nu iets anders, namelijk in de omgekeerde richting. Hoeveel keer versterkt een versterker zijn ingangsver¬ mogen als de vermogens¬ versterking 22 dB bedraagt?

6 dB-spanningsdeler vermogensversterking 76 dB Rin • 500 k

Tabel 1.

dB 0 0,5 1,0

1,6 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 40 50 60 70 80 90 100

vermogen

spanning, stroom...

1,000 1,122 1,259 1,413 1,585 1,778 1,995 2,239 2,512 2,818 3,162 3,981 5,012 6,310 7,943 10,00 12,59 15,85 19,95 25,12 31,62 39,81 50,12 63,10 79,43 100,0 1.000 104 105 106 107 108 109

1,000 1,059 1,122 1,189 1,259 1,334 1,413 1,496 1,585 1,679 1,778 1,995 2,239 2,512 2,818 3,162 3,548 3,981 4,467 5,012 5,623 6,310 7,079 7,943 8,913 10,00 31,62 100,0 316,2 1.000 3.162 104 3,162 x 104 105

10'°

Ü> Tabel 1. Een aantal vermogens¬ verhoudingen (middelste kolom) en spannings- of stroomverhoudingen (rechter kolom). Met de bijbehorende dB-waarden (linker kolom). Figuur 1. Schematische voor¬ stelling van een versterker, ten behoeve van de vermogens¬ versterking. Indien de belastingsimpedantie van de versterker bekend is, liggen ook de uitgangspanning en de

uitgangsstroom vast en is het dus ook mogelijk om de span¬ ningsversterking en de stroomversterking (in dB en in " x " ) te bepalen.

20W

84788X1

84788X-2

Figuur 2. Ook een spanningsverzwakker, hier een span¬ ningsdeler die uit twee gelijke weerstanden bestaat, kan met een aantal dB (—6 dB) worden gekarakteriseerd.

22 is de optelsom van 20 en van 2. Bij 20 hoort de faktor 100 en bij 2 de faktor 1,59. 22 dB komt dus overeen met een vermogensverster¬ king van 100 x 1,59 = 159 x . U vraagt zich mis¬ schien af waarom we tot nu toe niet met de derde kolom van tabel 1 hebben gewerkt. Dat komt omdat er in de voorbeelden sprake was van vermogensversterk'ing. Als het om spannings- of stroomversterking ging, zou die 22 dB van daarnet zijn overeengekomen met 10 x 1,26 = 12,6 x (spannings/stroomversterking). In dat geval geldt dus de derde kolom van de tabel. Overi¬ gens kunnen behalve ver¬ houdingen, ook de absolute waarden van vermogen, spanning of stroom in dB worden uitgedrukt. Achter "dB" komt dan nog een let¬ ter te staan, bijvoorbeeld "dBm", waarbij het gaat om het aantal dB ten opzichte van 1 milliwatt. Bijvoor¬ beeld: 36 dBm is 4000 x zo veel als 1 mW, dus 4 watt. Weer een ander voorbeeld.

IC-pootjes "... en dan hoeft alleen nog het IC in het voetje te worden gestopt." Zinsneden als deze zijn in haast elke bouwbeschrijving te vinden. Een simpel klusje ogen¬ schijnlijk. In de praktijk blijkt het echter verdraaid lastig, omdat de pootjes van fabriekswege te ver uit elkaar staan. Die zullen dus naar binnen moeten worden gebogen, maar dan wèl gelijkmatig. Dat gaat het , beste door de beide zijkan¬ ten van het IC beurtelings voorzichtig (!) tegen een

Figuur 3. Overspraak is het ongewenste verschijnsel dat een naburig kanaal (stereo¬ installatie, telefoonlijn) ver¬ zwakt tot dat kanaal door¬ dringt. Hoe geringer de overspraak, des te hoger de overspraakdemping.

starao-apparaat

Rachti

t I

—88 dB overspraak 88 dB overspraakde

Links

84788X-3

Een spanningsdeler levert op zijn uitgang de halve ingangsspanning. Hoeveel dB levert dat op? Stop! We hebben het nog niet gehad over verhoudingen, kleiner dan één. Helemaal geen probleem. Bepaal het aantal dB's dat bij de omgekeerde verhouding hoort (die dan dus wèl groter dan één is) en zet er een minteken voor, en klaar is Kees. Als de spanningsdeler de ingangsspanning halveert, is de omgekeerde verhouding twee. Daar hoort bij: 6 dB.

Minteken ervoor: —6 dB. Een vermogenshalvering leidt tot het bedrag —3 dB. En voor de zekerheid nog een allerlaatste voorbeeld. Nemen we aan dat het ene kanaal van een stereo¬ installatie zodanig op het andere kanaal doorkomt dat het nuttige kanaal 88 dB sterker is dan het onge¬ wenste overspraaksignaal van de linker of rechter buurman. O ja, we zeggen er nog bij dat het om ver¬ houdingen van spanningen gaat. 88 dB komt overeen

met een spanningsverhou¬ ding van 80 + 8 (dB), dus 10 000 x 2,512, dus 25 120 x. We hadden het over de verhouding tussen een gewenste spanning en een ongewenste spanning die, (gelukkig maar) positief is, dus een positief aantal dB's oplevert: 88 dB over¬ spraakdemping. Je kunt het verschijnsel ook met een negatief aantal dB's karakte¬ riseren: in een bepaald kanaal is —88 dB overspraak uit het andere kanaal aanwezig.

tafelblad te drukken. Buig de pootjes niet te ver naar binnen, want dan raakt u

van de regen in de drup! En hoe moet een IC uit een voetje worden gehaald?

Daarvoor gebruiken we een kleine schroevedraaier. Die steken we tussen de korte zijden van het IC en het voetje en lichten deze zijden dan beurtelings stukje bij beetje op. Overigens moet u IC's niet te vaak uit hun voetjes halen, want noch de IC's, noch de voetjes kun¬ nen daar goed tegen. Voor die toepassingen waar¬ bij het vaak uitwisselen van IC's onvermijdelijk is, zijn in de handel speciale voetjes verkrijgbaar waarvan de kontakten met een hefboompje kunnen worden ontgrendeld (o.a. Textool). Helaas zijn die ingenieuze voetjes niet bepaald goedkoop.

zijn werk? Behandel een deel van die bijprodukten als ingangssignaal. Voer daartoe een gedeelte van het uit¬ gangssignaal naar de ingang terug. Het aandeel van de ongewenste bijprodukten in het uitgangssignaal zal daar¬ door afnemen. De prijs die er voor moet worden betaald is, dat ook de ver¬ sterking van het nuttige ingangssignaal afneemt. Maar dat laatste hoeft hele¬ maal geen probleem te zijn. Tegenkoppeling kom je ove¬ rigens niet alleen in de elek¬ tronica tegen. In het alge¬ meen is het een regelme-

tegenkoppeling Je kunt er donder op zeg¬ gen dat bij de bespreking van het schema van een hifi-versterker meer dan eens het woord "tegenkop¬ peling" zal vallen. Dit medi¬ cijn van de analoge elektronica zal meestal in positieve zin aan de orde komen, maar ook de nega¬ tieve bijwerkingen van tegenkoppeling kunnen de revue passeren. De wijze waarop tegenkop¬ peling in een bepaalde scha¬ keling is toegepast zal niet meteen opvallen, omdat deze meestal is uitgevoerd in de vorm van één of meerdere netwerken van weerstanden en kondensatoren. En dat zijn nu niet bepaald zeldzame onderde¬ len in een schakeling. Veel van die tegenkoppelnetwerken werken tegen de signaalrichting in. Maar tegenkoppeling kan zich ook anders uiten, bijvoorbeeld juist door het ontbreken van een onderdeel. Een konkreet voorbeeld: In figuur 1 staat het schema van de megafoonversterker die onlangs in Elex werd gepubliceerd. De tegenkop¬ peling is hier gerealiseerd in

de vorm van weerstand R3, die een klein beetje van het uitgangssignaal aan de basis van T1 toevoert. Waarom gebeurt dat eigenlijk? Dat doen we om het effekt van onvolkomenheden in de eigenschappen van bijvoor¬ beeld een transistor, zoals hier, sterk te verminderen. De meeste aktieve onderde¬ len in de elektronica, zoals transistoren en IC's, funktioneren helaas niet zo goed als we graag zouden willen zien. Meestal produceren schakelingen op hun uit¬ gang "op eigen houtje" méér dan ze op basis van hun "opdracht", een ingangssignaal, zouden moeten doen. "Mag het iets meer zijn", hoor je nog wel eens bij de slager. Nou, hier niet. Want dat "meer" betreft onaangename bijpro¬ dukten zoals vervorming en ruis of, als we het over de gelijkspanningsinstelling hebben, een wijziging daarin ais gevolg van een tempera¬ tuurverandering. Tegenkop¬ peling zorgt ervoor dat het aandeel van die bijprodukten in het eindprodukt (het uit¬ gangssignaal) sterk wordt verminderd. Hoe gaat dat in

Figuur 1. Een gedeelte van het uitgangssignaal van deze versterker komt via weerstand R3 op de basis van Tl terecht; een eenvou¬ dig voorbeeld van span ningstegenkoppeling. Harmonische vervorming, die nu eenmaal in de eindtrap van de versterker ont¬ staat, wordt door de tegenkoppeling in een bepaalde mate onderdrukt.

chanisme dat ervoor zorgt dat een ongewenste drei¬ ging tot fouten in het uit¬ gangssignaal in een bepaalde mate wordt tegen¬ gewerkt. De schakeling van figuur 1 bestaat uit twee versterkertrappen,T1 en T2 & T3. Nemen we T1 onder de loep. Zoals iedere transistor versterkt ook T1 de stroom die in (of, bij een PNPtransistor: uit) de basis loopt. De stroomversterkingsfaktor is verre van konstant. Dat blijkt wel uit de grafiek van figuur 2; de kurve is nogal krom. We zien dat een hoge basisstroom met een groter bedrag wordt versterkt dan een lage basisstroom. Boven een kollektorstroom van ca. 2 mA neemt de stroomversterkingsfaktor echter weer af. In figuur 2 zien we ook wat de invloed van de temperatuur is. En dan nog iets anders: het gaat om een gemiddelde kurve, want de spreiding (tolerantie) in stroomversterkingsfaktor van transistoren van één en het¬ zelfde type is aanzienlijk. Tegenkoppeling is een mid¬ del om het effekt van al de genoemde variaties en sprei-

stroomversterking 0 = f UCE = 5 V BC 546 B, BC 547 B. BC 648 B. BC 549 B. BC 550 B — •

—

lOlri"

,.

I\I M

4+

J 5°C

!

^

!!

^

,, S* "'

, . -

2

4 # -50°C

> •

- -^ 1 !

•

,-"

^

—

10° 10"

10'

102 mA

Figuur 2. De stroomversterkingsfaktor is een belang¬ rijk gegeven van een transistor. Deze is niet onder alle omstandigheden gelijk en hangt onder meer af van de kollektorstroom en de bedrijfstemperatuur van de transistor.

O

Figuur 3. Verplaats één aansluting van de weerstand Rj van de plus¬ aansluiting van de voe¬ dingsspanning naar de kollektor (en wijzig de waarde van Rj, en er is al sprake van spanningstegenkoppeling. Figuur 4. Een kleine kondensator, aangesloten tus¬ sen de kollektor en de basis van een transistor, zorgt voor een wisselspanningstegenkoppeling die toeneemt bij hogere frekwenties. Figuur 5. Een voorbeeld van "verborgen" tegenkoppeling: de kollektorstroom levert een spannng over de emitterweerstand Rg op, die van de ingangsspan¬ ning wordt afgetrokken. Deze zogenaamde stroomtegenkoppeling is hier voor gelijkstroom èn voor wisselstroom werkzaam.

dingen grotendeels teniet te doen. In figuur 3 is een transistor¬ versterker met spanningstegenkoppeling getekend. De transistor werkt in de gemeenschappelijke emitterschakeling. De basisstroom voor T1 wordt via de weerstand R j aangevoerd. Deze weerstand is echter niet, zoals gebruikelijk, met de positieve voedingsspan¬ ning verbonden, maar met de kollektor. De basisstroom hangt dus af van de kollektorspanning. Nemen we aan dat de kollektorstroom toe¬ neemt, bijvoorbeeld als gevolg van een temperatuurstijging. Hierdoor daalt de kollektorspanning. De spanningsval over de kollektorweerstand neemt immers toe. Omdat de kollek¬ torspanning daalt, zal ook de beschikbare basisstroom dalen. Dat heeft tot gevolg dat de kollektorstroom weer daalt. Eind van het liedje: alles is vrijwel bij het oude gebleven, ondanks de blij¬ vende stijging in tempera¬ tuur. Ziedaar de verbetering die je krijgt door één kant van een weerstand te ver¬ plaatsen naar een ander

aansluitpunt. Uiteraard zullen op ongeveer dezelfde wijze veranderingen in kollektorwisselspanning worden tegengewerkt. De versterking voor wisselspanning zal dus afnemen, net als het aandeel van ongewenste bijprodukten. In plaats van een weerstand tussen kollektor en basis te plaatsen, zoals in figuur 3, is het ook mogelijk om een kondensator tussen die pun¬ ten te plaatsen (zie figuur 4). Aangezien een kondensator gelijkstroom niet doorlaat (uitsluitend bij het op- of ontladen), zal het duidelijk zijn dat de spanningstegenkoppeling nu uit¬ sluitend voor wisselspanning werkzaam is. Hoe lager de frekwentie, des te hoger de wisselstroomweerstand van de kondensator is en des te minder sterk het effekt van de tegenkoppeling is. De versterking zal dus afnemen naarmate de frekwentie toe¬ neemt. Een dergelijke versterkertrap wordt vaak opgenomen in een meertraps-versterkerschakeling met tegenkoppeling van de uitgang naar de ingang. De versterkingsafname voor

hogere frekwenties is nodig om de totale tegengekoppelde versterker stabiel te hou¬ den. Zo wordt voorkomen dat de tegenkoppeling ontaardt in oscilleren. Nu een subtielere vorm van tegenkoppeling. In figuur 5 is een doodnormale transistorversterkertrap getekend. De gelijkspanningsinstelling geschiedt op de ouderwetse manier met een spannings¬ deler. Er zit niks tussen de uitgang en de ingang, toch is er sprake van tegenkoppe¬ ling. Hoe kan dat? De tegenkoppeling is aanwezig in de vorm van de emitterweerstand Rg. Door die weerstand loopt de kollektorwisselstroom en over die weerstand staat een wisselspanning die in fiete van de ingangswisse Ispanning wordt afgetrokken. De kollektorstroom werkt via Rg de ingangsspanning tegen. Tegenkoppeling dus! In dit geval spreken we van stroomtegenkoppeling. Ook de emitterweerstand werkt stabiliserend op de gelijk¬ spanningsinstelling, dus ook hier wordt de invloed van de temperatuur grotendeels teniet gedaan. Voor de ver¬

sterking van de trap geldt dat die nagenoeg gelijk is aan de verhouding van de waarden van de kollektorweerstand en de emitter¬ weerstand.

Allerlei eigenschappen en kenmerkende grootheden van de transistor spelen hierbij niet of nauwelijks een rol. En dat is nu precies een kenmerkende eigenschap van tegenkoppeling. Hoe kleiner de emitter¬ weerstand wordt gekozen, des te hoger wordt de ver¬ sterking en des te minder de stabiliserende werking van die weerstand. Minder tegenkoppeling dus. Indien we een kondensator parallel aan de emitter¬ weerstand zouden plaatsen, is er geen sprake meer van wisselstroomtegenkoppeling. Op de emitter staat dan immers geen wisselspanning meer. Wèl is er nog steeds sprake van gelijkstroomtegenkoppeling, met alle voor¬ delen van dien voor de stabiliteit van de gelijkspanningsinstelling. Het is overi¬

gens mogelijk om de mate van stroomtegenkoppeling voor beide verschillend te kiezen. In figuur 6 moet voor wisselspanningen wor¬ den gerekend met de paral¬ lelschakeling van de weerstanden Rj: en R^'. Voor gelijkspanning is alleen de weerstand RE van belang. In figuur 7 is een variant getekend, waarbij ook de weerstand RE' mee¬ werkt aan de stabiliteit van de gelijkspanningsinstelling. Bij het repareren van oudere apparaten dient men goed te letten op eiko's die in tegenkoppelnetwerken zijn opgenomen. Bejaarde eiko's vertonen nog wel eens het verschijnsel dat de kapaciteit sterk afneemt. Dan kan tot gevolg hebben dat de tegenkoppeling ook voor wisselspanningen, met name voor de lagere fre¬ kwenties, aktief wordt. Daardoor worden de lage tonen zwakker weergege¬ ven. Verder zorgt de toege¬ nomen lekstroom van oudere eiko's vaak voor een ongewenste bijdrage aan de gelijkspanningstelling. Mon¬ teer in dergelijke gevallen een nieuwe elko.

Figuur 6. De schakeling van figuur 5 is uitgebreid met de onderdelen C3 en R'g. Voor de gelijkstroomtegenkoppeling (stabiliteit van de gelijkspanningsinstelling) speelt alleen Rg een rol en voor de wisselstroomtegen¬ koppeling is (voor voldoen¬ de hoge frekwenties) de parallelschakeling van R^ en R'E van belang. Figuur 7. Een variant op figuur 6. Voor de gelijkstroomtegen koppeling speelt de serieschakeling van RE en R'E een rol; voor wisselstroom is alleen RE werkzaam.

Weerstanden

Hoeveel ohm en hoeveel farad?

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

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

i

i

kleur zwart bruin rood oranje geel groen blauw

j

i1 V Ie Ggf er 2e 0 - crjfer 2

i

nullen

tolerantie in%

(pico) (nano) (micro) Imilli)

(kilo) IMegal IGiga)

= = = = .

10-12 10-9 10-6 10-3 103

= 106 • 109

= = = « = • •

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

-

-

0

±1%

2

00

±2%

Kondensatoren

zijn kleine ladingreservoirs. 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 f*F, dus tussen

3

3

000

-

4

0000

-

5

5

00000

±0,5%

6

6

000000

-

violet

7

7

-

-

grüs

8

8

-

-

wit

9

9

-

goud zilver zonder

-

-

xO.I

±5%

-

-

xO.0!

± 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 %-wattweerstanden gebruikt. Ze kosten ongeveer een dubbeltje.

0

ingang uitgang

chassis aan nut

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 4n7= 4,7MF = 0.000 0047 F c

1

4

-

• = = fj m = k M • G • p n

Diverse tekensymbolen

lichtnet aarde draad (geleider) verbindingen

~\\~ kruising zonder verbinding

afgeschermde kabel

'i.OOO.OOO.OOO.OOO F e " fÓÖOÖÖÖ R ' D e W a a r d e i s op de kondensator vaak in de Elex-schrijfwijze aangegeven. Voorbeelden: 1n5 = 1,5 nF; M03 - 0,03f
schakelaar (open) drukknop lopen) aansluiting (vast) aansluiting (losneembaar) meetpunt gelijkspanningsbron (batterij, akku) lichtgevoelige weerstand

temperatuurgevoelige weerstand

Elektrolytische kondensatoren

Potentio 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 / 1,50.

~\u~

(eiko's) hebben een heel hoge kapaciteit (ruwweg tussen ifiF en 1O.OOOj*F). Ze zijn echter wel gepolariseerd d.w.z. ze hebben een plus- en een min-aansluiting, die niet ver¬ wisseld mogen worden. Bij tantaal-eiko's (een heel klein 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.

draaispoel instrument gloeilamp

potentiometer (potmeter)

neonlampje zekering

Meetwaarden variabele kondensator stereo potmeter

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 untverseelmeter met een inwendige weerstand van 20 kQ/V.

Audio,video drievoudige toonregeling 12-10 eenvoudige lesley 11-09 elektret-voorversterkers 12-39 ELS-40 4-26 gitaar-phaser 9-31 gitaarvoorversterker 9-13 megafoon 8-44 mengpaneel met één transistor 8-30 metronoom 4-45. mikrofoonversterker met dynamiekkompressie 4-47 mikrofoonversterker met fantoom voed ing . . . . 11-36 nagalm 12-29 telefoonmeeluisterversterker 8-33 universele luidsprekereenheid 1-12 varioversterker 12-12 Auto, ( b r o m ( f i e t s automatische fietsverlichting automatische fietsverlichting automatisch knipperlicht automatisch reservelampje auto-spanningsomzetter fietssnelheidsmeter laadstroommeter licht-aan-alarm motorstandaard-alarm teststeker voor aanhangers toerenteller voor bromfietsen wis-interval-schakelaar

1-31 11-26 3-47 7-13 8-20 10-26 6-26 7-47 9-10 8-40 2-20 3-34

Diversen akwariumthermostaat Atlantis automatische plantengieter campinghaan computeroog dagboekbeveiliging deurbelgeheugen dobbelsteen doka-zaklamp eenvoudige dimmer elektronische plaaggeest elektronische roulette FM-antenneversterker hoofdsignaaloverbrugging knipperlamp kwismaster Las Vegas looplicht lichtsluis machinistenpost voor modelspoorders

I

s

7-44 9-37 5-40 5-50 11-31 2-38 7-28 6-46 4-21 6-42 8-18 12-34 5-17 3-30 12-38 1-15 6-16 7-42 3-40

middengolfradio

5-30

mini-misthoorn modelbaan-overwegsturing multiflits-ontsteker noodlander optische telefoonbel

3-12 12-16 8-09 9-26 5-36

piepschuimzaag reaktie-tester remlicht voor modelauto's scheepsdiesel 7-segment uitlezing spiraalspel tijdschakelaar voor elektro-vliegtuigen tiptoets toerenteller voor modelvliegtuigen verkeerslichtensturing vochtigheidsindikator voor kamerplanten . . . . vorstalarm zonnecel-dochterflitser ZX81-ingangsinterface ZX81-stuurcomputer

8-16 4-31 5-26 2-17 5-20 5-14 2-32 1-46 7-16 7-38 8-38 2-14 1-18 11-12 7-24

Meten & thuislab audio-millivoltmeter 7-10 batterijtester 9-08 P-tester 10-08 DIN-kabeltester 6-22 hengelthermometer 9-19 HF-testkop 11-17 kapaciteitsmeting met de multimeter 10-22 kondensatordekade 1-42 metaalspeurneus 10-17 multimetervoorzet voor frekwentiemeting . . . . 4-16 ohm-adapter 8-12 praktische doka-schakelklok 6-36 RC-oscillator 3-20 recipRIAA 12-44 servotester 8-25 sinusgenerator 10-34 standaard-voeding 6-44 testgenerator 11-46 thermometer 1-22 universele voeding 3-24 veldsterktemeter 5-28 zela-tester 6-50 zenerdiode-tester 2-44

informatie, praktische tips Informatief aarde, nul, massa allerlei kondensatoren astabiele multivibrators

7-32 1-38 10-31

BC 547 en co de 555 DIN 45500 gehalveerd vermogen het vonkje van de deurbel hoogfrekwent-komponenten kapaciteit luidsprekers relais spanningsdeler in BASIC speciale weerstanden zes op een rij

8-28 '.

10-41 12-32 3-19 2-26 5-46 1-28 9-46 2-36 1-51 7-52 10-44

Praktisch batterijen bevestigen met klitteband 7-21 batterij-ompoolbeveiliging 5-42 bouwen zonder fouten 10-12 de omgang met IC-pootjes 12-21 de kleinste soldeerbout ter wereld 2-12 FM-antenne in 5 minuten 5-45 gedestilleerd water uit de koelkast 11-47 hete elektronica 5-22 kleine kastjes van printmateriaal -33 koppeling van stereo-apparatuur 6-10 luidspreker-fasetest met een batterij 4-51 maak zelf een hulpwikkeling op een voedingstrafo 10-29 meetbereik vergroten 3-50 mikrofoonaansluitingen 11-46 omgangsvormen voor CMOS-IC's 12-42 onderdelen solderen zonder dat ze uit de print vallen 8-32 optimale geluidsweergave 4-34 praktische soldeertinhouder 1-41 solderen 1-32 trafogegevens: onbekend 6-24 transistoren monteren 4-38 twee tips over printen 6-21 vermogensmeting met de multimeter 5-43 zelf printen maken 6-30

grondbeginselen Algemeen afvlakkondensator 1-40 dB 12-20 de transistor — een elektronische potmeter? . 12-14 een pond ijzer en een pond koper 6-34 fase 6-15 fase-aansnijding 6-20 gelijkrichters 6-52 gemeenschappelijk basisschakeling 8-36 golven 3-23 HF-terugkoppeling 9-16 hoe werkt een LCD? 7-30 hoog- en laag-doorlaatfilters 9-22 kantelfrekwentie 9-34 lineair en logaritmisch 7-22 membraanmodel 1-20 mikrofoon a la carte 11-18 mikrofoonkarakteristieken 11-23 muziek op 208 meter 5-24 naijlende spanning 3-16 ontvangers 5-10 opto-elektronica 7-36 oscillators 10-14 , radiotechniek anno 1900 11-33 tegenkoppeling 12-22 turbotransistor 1-30 twee kondensatoren 1-29

vermogen zo werkt een luidspreker

5-13 4-13

Experimenten bierviltjesradio Colpitts-oscillator hete draad kurkmotor laden en ontladen maak een koolmikrofoon magneet-fotogrammen spanningsschommel stroom en magnetisme zondags-thyristor

8-22 10-24 7-14 4-50 3-38 4-42 2-30 2-41 2-13 6-28

Kursussen DIGI-taal deel 5: schakelen met poorten DIGI-taal deel 6: binaire getallen DIGI-taal deel 7: de flipflop DIGI-taal deel 8: nogmaals de flipflop DIGI-taal deel 9: alwéér de flipflop DIGI-taal deel 10: delen DIGI-taal deel 11: tellen en dekoderen DIGI-taal deel 12: het schuifregister DIGI-taal deel 13: RC-logica DIGI-taal laatste deel: logica-families hoe zit dat: buizen- en transistorversterkers . . hoe zit dat: filters hoe zit dat: draaistroom hoe zit dat: kondensatoren hoe zit dat: magnetisme hoe zit dat: luidsprekers hoe zit dat: magnetische band hoe zit dat: potentiaal en potentiometer . . . . hoe zit dat: radiogolven hoe zit dat: schakeltransistor hoe zit dat: transformatoren hoe zit dat: vermogen hoe zit dat: wisselspanning hoe zit dat: wisselstroomweerstand ofwel impedantie kursus ontwerpen, deel 1 Stroom, spanning en de "wet van Ohm". kursus ontwerpen, deel 2 De stroomkring en de diode.

1-35 2-48 3-44 4-52 5-52 6-49 7-50 8-42 9-43 10-46 4-24 9-07 12-08 1-16 2-11 4-12 10-07 7-08 5-09 8-08 6-09 5-12 3-11 11-08 11-43 12-46

Tussen haakjes thermometer ('84, blz. 1-22) wis-interval-schakelaar ('84, blz. 3-34)

4-23 4-23

Dioden

—H—

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.

Transistors

Geïntegreerde schakelingen

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 kollektor, bij PNPtypen is dat precies andersom.

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.

0 PNP-transistor

NPN-transistor

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 zenerspanningl 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.

Indien een voorgeschreven type halfgeleider niet voorhan¬ den is kan heel vaak gebruik worden gemaakt van een gelijkwaardig (ekwivalent) 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: pA 741, LM 741, MC 741, RM 741, SN 72741, enzovoorts. Elexomschrijving: 741. Het verdient aanbeveling om IC's in IC-voeten te plaatsen (ze kunnen dan, indien nodig, mak¬ kelijk vervangen wordent.

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 bij logische poorten, wij¬ ken de gebruikte schema-symbolen af van officiële tekenafspraken (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 "&", "%V, " 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 operationele versterker (opamp)

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 bi\ FET's N- en P kanaal-typen.

AND-poort (EN-poort)

fototransistor (NPN) met en zon¬ der basisaansluiting

hotodiode

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)

BR-poort (EX-OF-poort)

O/

K

thyristor

EXNOR-poort (EX-NOF-poort)

Wat "echo" is hoeven we waarschijnlijk niemand te vertellen. Iedereen die wel eens in de bergen geweest is, heeft zich ongetwijfeld een keer met dit effekt ge¬ amuseerd. Er bestaat nog een ander effekt, dat sterk verwant is aan echo. Daar¬ voor hoef je niet de bergen in, want dat valt in elke kamer te beluisteren. Juist, we bedoelen "nagalm"! De overeenkomst is duidelijk: beide effekten hebben te maken met geluidsvertra¬ ging, iets wat we in de akoestiek ook wel looptijdverschil noemen. Maar wat is nu precies het verschil tussen echo en nagalm? Zoals met zoveel dingen het geval, is ook dit verschil lou¬ ter een kwestie van...

tijd Ja, "tijd", daar draait alles om. Zo heeft het door een willekeurige geluidsbron geproduceerde geluid

gewoon even tijd nodig om het luisterende oor te berei¬ ken, terwijl een deel van dat geluid bovendien nog enkele hindernissen moet overwin¬ nen. Het "direkte geluid" is vanzelfsprekend sneller bij het oor dan het "indirekte", dat onderweg eerst door muren, plafond en vloer gereflekteerd wordt. Reflekties die met een ver¬ traging van meer dan 60 ms (millisekonde) bij het oor arriveren, worden door ons als afzonderlijk geluid waar¬ genomen; dat noemen we dus echo's. De tijd die het geluid nodig heeft om de afstand tot het oor af te leggen, is de daarstraks genoemde looptijd. In nor¬ male kamers en zalen komen we doorgaans niet zulke extreem lange looptij¬ den tegen — gelukkig maar, want echo's zijn weliswaar heel geinig, maar voor de verstaanbaarheid van gesproken woord vormen ze een ramp. Bij galm ligt de zaak heel anders: Wanneer die ont¬ breekt (in heel sterk gedempte ruimten of in een zg. "dode kamer") klinkt het geluid juist heel onnatuur¬ lijk. Nagalm (engels: reverberation) bestaat uit

verschillende geluidsimpul¬ sen met een looptijd van minder dan 60 ms, zodat ze door het oor dus niet als afzonderlijke pulsen worden waargenomen. In elk ruimte treedt galm op — sterk of minder sterk, al naargelang de afmetingen en de meubi¬ lering ervan. Elke ruimte heeft daardoor ook haar eigen specifieke galmkarakteristiek; bij ondeskundige mikrofoonopnamen gaat die soms verloren en dat wordt door de meesten prompt als "onecht" ervaren. Nagalm is behalve een gewoon alledaags verschijn¬ sel ook een gewild effekt bij muzikanten. Helaas zijn pro¬ fessionele galmapparaten kostbare dingen. Om de minder kapitaalkrachtige gitaar- en orgelspelers ook aan hun trekken te laten komen, hebben wij een wat goedkopere oplossing bedacht om kunstmatig muzieksignalen te vertragen. Daarbij is gebruik gemaakt van een zogenaamde "nagalmveer" — een lange metalen spiraal die verend is opgehangen. Meestal is zo'n spiraal dubbel uitgevoerd, omdat het effekt van een enkele spiraal een beetje aan het geluid van een roestige emmer doet denken. Deson¬ danks blijft kunstmatig opgewekte nagalm altijd een tikkeltje kunstmatig klinken. Dat komt omdat de galm eigenlijk te gelijkmatig van aard is — iets dat met nor¬ male apparatuur niet te ver¬ mijden valt.

De nagalmveer is van huis uit ingebouwd in een meta¬ len kastje, waarin zich ook de beide benodigde omzetters bevinden; op dat laatste komen we zodadelijk nog terug. De aansluitingen voor de (afgeschermde) in- en uitgangskabel vinden we aan de zijkant van het kast¬ je. Het geheel van veer en kastje wordt door de firma Monacor onder typenummer RE-4 in de handel gebracht. Het principe van een nagalm-met-veer is simpel. Het te vertragen signaal wordt toegevoerd aan een elektromechanische omzetter, bestaande uit een spoel en een permanente mag¬ neet. Door de aangelegde spanning vormt zich een magnetisch veld, waarbin¬ nen de permanente magneet zich beweegt. Daardoor ont¬ staan in de spiraal mechani¬ sche trillingen, welke aan het andere einde van de spi¬ raal op dezelfde manier weer in elektrische signalen wor¬ den omgezet. Aangezien de aldus opgewekte signalen tamelijk zwak zijn, hebben we naast de nagalmveer nog wat nodig — en wel een beetje...

elektronica Figuur 1 toont het schema van ons nagalmapparaat. Zoals te zien, valt de beno¬ digde elektronica best mee. Ingangsversterker IC1 (LM 386) versterkt de bin¬ nenkomende wisselspanning een faktor 20 en levert zodoende voldoende "power" om de ingangsspoel van de nagalmveer fatsoenlijk aan te sturen. Met P1 wordt de spanning op de niet-inverterende ingang van ICI — en daarmee de ingangsgevoeligheid

15V

I

O

I ,| ^ ^ ^ ^ ^** «4* ^»

C2

-^^t J

nagalmveer

1OOM 16V

Onderdelenlijst R1 = 10 S R2,R4,R6 = 100 kQ R3 = 4,7 kQ R5 = 1 MS P1 = 10 kQ potmeter (log.) P2 = 1 MS instelpot C1,C4 = 470 nF C2 = 47 nF C3.C6 = 220 nF/25 V C5 = 100 (jF/16 V C7 = 10 f^F/25 V

° ril

iJ

Diversen: nagalmveer RE-4 (Monacor) één-aderig afgeschermde kabel printpennen 6 kabelschoentjes behuizing Elex-print formaat 1

Figuur 1. Het schema van de nagalmveer. Zoals te zien, gaat

het om twee versterkertrappen, met daartussen de nagalmveer. Figuur 2. Erg gekompliceerd is de print niet. Er zijn slechts drie draadbruggen nodig. Het gebruik van IC-voetjes is zoals altijd sterk aan te bevelen.

— ingesteld. Het netwerk C2/R1 is noodzakelijk voor de stabiliteit van de LM 386, terwijl C3 dient als gelijkspanningsblokkade tussen het IC en de nagalmveer; tenslotte is het ons uitslui¬ tend om de wisselspanning begonnen! Via een stuk afgeschermde kabel, de nagalmveer, en nogmaals afgeschermde kabel, komen we vervolgens bij de uitgangstrap terecht. Aldaar wordt het (zwakke!) signaal door IC2 flink ver¬ sterkt. In het terugkoppel¬ netwerk van deze versterker is een potmeter opgenomen (P2), waarmee de verster¬ king kan worden ingesteld. Daarmee wordt dus ook het uitgangsnivo geregeld, omdat de uitgang van IC2 tegelijk de uitgang van de schakeling is. Met behulp van R2 en R4 is de inverterende ingang van het IC ingesteld op de halve voe¬ dingsspanning.

Bouw en afregeling Het belangrijkste onderdeel, de nagalmveer, is van

O

Figuur 3. Op deze simpele manier kan men het galmsignaal en het oorspronkelijke signaal in elke gewenste ver¬ houding met elkaar mengen. Voor de meeste toepassingen geeft dit een wat prettiger effekt.

mengregelaar 10k 84782X-3

Tabel 1. Gegevens van de nagalmveer RE-4

ingang: uitgang: frekwentiebereik: vertragingstijd: afmetingen:

fabriekswege al in een behuizing ondergebracht. Die behuizing is aan de onderkant open (zie foto) en het is de bedoeling dat die open onderkant tegen de bodem van de eigenlijke kast van het apparaat wordt geschroefd. De benodigde schroefgaten zijn al voorgeboord. Daar de nagalmveer heel gevoelig is voor schok¬ ken en trillingen, dient men onder de nagalmveer-behuizing wel een paar rubberen of schuimplastic voetjes te monteren. De elektronica past gemak¬ kelijk op een standaard¬ printje formaat 1. Omdat ons de opbouw daarvan nu niet direkt zo'n moeilijke zaak lijkt voor de gemiddel¬ de Elex-lezer, volstaan we met een verwijzing naar de printplattegrond van figuur 2 en de onderdelenlijst. Dan iets over de afge¬ schermde kabel. Voor dege¬ nen die hiermee nog nooit gewerkt hebben, zijn een paar tips misschien op hun plaats. Bij het "ontbloten" van een kabeluiteinde wordt eerst de buitenste isolatie¬

15 Q 30 kQ 100...3000 Hz 25...30 ms 238 x 55 x 30 mm (L x B x H)

mantel verwijderd (even voorzichtig met een scherp mesje insnijden en het stuk¬ je kan er zo afgeschoven worden). Daar onder bevindt zich de afschermmantel, die de vorm heeft van een metalen vlechtwerk. Die afscherming moet met de massa van de schakeling worden verbonden. Daartoe pluizen we het vlechtwerk een stukje uit, draaien de afzonderlijke draadjes tot een bundeltje in elkaar en vertinnen vervolgens het uit¬ einde hiervan. Daarna wordt het uiteinde van de bin¬ nenste ader (de signaalleiding) van zijn isolatie ontdaan en vertind. Het handigste is om zowel aan de signaal-ader als aan de afscherming kleine kabel¬ schoentjes te solderen die over de aansluitpennen op de print kunnen worden geschoven. De schakeling heeft een voedingsspanning nodig van 15 V en trekt een stroom van ongeveer 50 mA. Voor een batterij is dat wat veel en daarom adviseren wij dan ook om een kleine netvoe-

ding te bouwen (zie Elex juni '84: "standaard¬ voeding"). Monteer de voedingstrafo overigens niet te dicht bij de nagalmveer, want dat kan bijzonder hin¬ derlijke bromstoring ver¬ oorzaken. Voor het afregelen en testen zijn in het schema van figuur 1 enkele meetpunten (U1.. .U4) aangegeven. Potmeter P1 wordt zo ingesteld dat op punt U1 een (wisseUspanning wordt gemeten van tenminste 50 mV. Op de uitgang van IC1 (U2) dient dan — als alles in orde is — een spanning te staan die een faktor 20 hoger is, dus tenminste 1 V. Wat er dan na de nagalmveer wordt gemeten (U3) hangt van de frekwentie van het ingangs¬ signaal af. De verhouding tussen U3 en U4 ligt wèl weer vast: bij bijv. 50 mV op U3, zal op U4 een spanning van 1 V staan, mits P2 op minimum wordt gedraaid. P2 kan in principe naar smaak worden ingesteld, zolang de schakeling maar niet overstuurd wordt. Zij die niet over een wissel-

spanningsmeter beschikken, hoeven bij het lezen van het bovenstaande niet te wan¬ hopen, want de afregeling van de schakeling kan ook prima op het gehoor gebeu¬ ren: de door verkeerde potmeter-instellingen ontstane oversturing resulteert name¬ lijk meteen in een afgrijselijk geluid! Over smaak valt natuurlijk niet te twisten, maar in muzikaal opzicht kan het effekt van onze nagalm beduidend worden verbeterd door het uitgangssignaal ervan weer te mengen met het oorspronkelijke signaal. Het blokschema van figuur 3 laat zien hoe men dat kan doen: een heel een¬ voudige aangelegenheid, waarvoor alleen twee extra weerstanden en een potmeter nodig zijn. Tot slot hebben we voor de nieuwsgierigen onder u in tabel 1 de belangrijkste gegevens van de nagalm¬ veer op een rijtje gezet.

Als een fabrikant in zijn fol¬ der met nadruk wil bevesti¬ gen dat de audio-apparatuur die hij maakt van HiFikaliber is, dan zet hij achter de specifikatie: ".. .voldoet

aan DIN 45500". Wat dit magische getal ongeveer inhoudt, wordt in dit artikel verduidelijkt. Rond 1970 heeft het Duitse buro voor normalisatie (Deutsches Institut für IMormung, afge¬ kort DIN) een lijst opgesteld die aangeeft aan welke eisen een audio-apparaat moet voldoen om het etiket HiFi te mogen voeren. Ook vermeldt deze norm een aantal meetvoorwaarden die het mogelijk maken techni¬ sche gegevens van verschil¬

lende fabrikanten te kunnen vergelijken. Dit pakket van minimale eisen is in principe niet gebaseerd op wat wen¬ selijk is. Het geeft aan wat technisch haalbaar is, of, liever gezegd, wat destijds haalbaar was; want volgens de kenners van vandaag zijn deze normen intussen voor een deel achterhaald. Wie de norm 45500 wil han¬ teren, moet bovendien nog rekening houden met een aantal andere normen waar¬ in de te volgen meetproce¬

dures zijn vastgelegd, en de eisen waar de te gebruiken meetapparaten en -hulpmid¬ delen (zoals meet-grammofoonplaten) aan moeten voldoen. De oorspronkelijke tekst van de norm 45500 is voor een deel niet eenvoudig. Vanwe¬ ge de overzichtelijkheid wor¬ den in dit artikel slechts de belangrijkste waarden aan¬ gegeven en toegelicht. Ook van de meetvoorwaarden worden alleen de hoofdza¬ ken weergegeven.

Eigenschappen

Meetvoorwaarden

Meetwaarden

Toelichting

FM-TUNERS Frekwentiebereik

40...12500 Hz

max. + 3 dB

Harmonische vervorming

bij 1000 Hz

* 2%

Overspraak-onderdrukking

250...6300 Hz 6300...12500 Hz

2S26dB £.15 dB

Het frekwentiebereik geeft de laagste en de hoogste frekwentie aan die het apparaat kan verwer¬ ken. Het is gunstig als deze ver uit elkaar liggen, en als de afwij¬ kingen t.o.v. hel 0 d8-nivo gering zijn. Alleen dan worden alle frekwenties even sterk weer¬ gegeven. Onder harmonische vervorming verstaan we die vervormingen welke het apparaat aan het origi¬ nele signaal toevoegt. Hoe lager het percentage, hoe beter. Bij overspraak komt een signaal dat in het ene kanaal thuishoort voor een deel ook in het andere terecht. Dit gaat ten koste van het stereo-effekt; een hoge mate van onderdrukking is dus gewenst.

Signaal- ruisverhouding (lineair gemeten)

Testsignaal: 1000 Hz Bereik 31,5 Hz... 15000 Hz

£ 4 6 dB

Signaal-ruisverhouding Igewogen meting»

als boven

£54 dB

DIN 45500

Piloottoon-onderdrukking 19 kHz Hulpdraaggolf-onderdrukking 38 kHz

Aansluitingen laagfrekwent-uitgang Uitgangsimpedantie DRAAITAFELS Toerental-afwijking

H CN T—

>25dB £ 3 1 dB

Belasting 47 kQ/100 pF Testfrekwentie: 1000 Hz

0,5...2 V S47 kQ

gemiddelde afwijking binnen 30 sekonden Meetgrammofoonplaat

max. + 1,5%/—1,0%

Rumble (lineair gemeten)

Meetgrammofoonplaat met 1000 Hz testsignaal

£35 dB

Rumble (gewogen meting)

als boven

£55 dB

Wow en flutter

11

als boven

Pick-up-element Frekwentiebereik

max. t 0,2%

min. 40...12500 Hz ie

l—~I——^r~j i ' i ^ I

De uitgangsspanning bevat niet alleen het audiosignaal, maar bestaat ook voor een deel uit sto¬ ring; in hoofdzaak wordt deze door het apparaat zelf opgewekt, maar invloeden van buitenaf kun¬ nen er eveneens een bijdrage aan leveren. De spanningsverhouding tussen signaal en storing wordt uitgedrukt in dB. Hoe hoger het dB-getal, hoe beter. Als boven, maar met dit verschil. dat in deze meting de gevoeligheidskurve van het menselijk oor verwerkt is. Aan de uiteinden van het frekwentiespektrum vermin¬ dert namelijk gevoeligheid van onze oren. Omdat de storingen zich ook gedeeltelijk in deze gebieden bevinden, vallen de meetwaarden hier gunstiger uit. Zenders voor FM-stereo zenden o.a. een "piloottoon" uit van 19 kHz; de ontvanger zet deze om in een hulpdraaggolf van 38 kHz. Geen van beide signalen mag echter op de uitgang terecht komen, zodat een goede onder¬ drukking noodzakelijk is. De uitgangsspanning moet in het aangegeven bereik liggen. Lage waarden zijn gunstig. Afwijking t.o.v. het nominale ioerental (45 of 33 t.p.m.). Kortdurende toerentalafwijkingen* Spanningsverhouding tussen het testsignaal en de stotingen die door trillingen van de motor ver¬ oorzaakt worden. Als boven, maar gekorrigeerd m.b.v. de oorgevoeligheidskurve. Naarmate de frekwentie lager is wordt de oorgevoeligheid gerin¬ ger, zodat nu de meetwaarden gunstiger uitvallen. De weergave-eigenschappen moe¬ ten bij verschillende frekwenties zoveel mogelijk hetzelfde zijn. Afwijkingen moeten binnen de zone blijven die in het diagram staat aangegeven.

O

Eigenschappen

Meetvoorwaarden

Intermodulatiever vorming

Meetgrammofoonplaat

Overspraak-onderdrukking

Meetgrammofoonplaat 1000 Hz testtoon Bereik 500... 6300 Hz:

Meetwaarden £i%

Toelichting Het audiosignaal bevat verschil¬ lende frekwenties, die gelijktijdig verwerkt moeten worden. Als hierbij ongewenste mengprodukintermodulatie.

Naaldkracht Aansluitingen Uitgangsspanning bij lineair werkende systemen Uitgangsspaning bij niet-lineaire systemen BANDRECORDERS Toeren ta 1 -af wijkingen Wow en flutter Frekwentiebereik Signaal-ruisverhouding Overspraak onderdrukking Wisdemping

Meetgrammofoonplaat 1000 Hz; afsluitweerstand 470 kQ Meetgrammofoonplaat 1000 Hz; afsluitweerstand 47 kQ

Intermodulatievervorming Overspraak onderdrukking Signaal-ruisverhouding

Uitgangsvermogen (kontinu)

bij optimale modulatie bij 1000 Hz bij 500...6300 Hz 1000 Hz testtoon bij optimale modulatie

0,5. . .1,5 V

Uitgangsspanning voor kristal¬ elementen.

5...15mV

Uitgangsspanning voor MDelementen.

£46 dB £20 dB ï15dB 566 dB

mn. 40...16000 Hz; lineaire ingangen max. + 1,5 dB; ingangen met frekwentiekorrektie max. + 2 dB Voorversterkers {bij volledige uitsturing) Eindversterkers (bij 1/400 van het uitgangsvermogen) Geïntegreerde versterkers (bij 1/400 van het uitgangsvermogen f Twee meetfrekwenties: 250 en 8000 Hz; volledige uitsturing (250 Hz) bij 1000 Hz 250...10000 Hz Voorversterkers bij volledige uitsturing, eindversterkers en geïntegreerde versterkers tot 20 W bij 2 x 50 mW geleverd vermogen Volledige uitsturing bij 1000 Hz

£0,7% £ 1,0% Voorv. £ 2% Endv.£2% Geïnt. v.£3% 540 dB ?30dB J50 dB

mono: 10 W stereo: 2 x 6 W

47 kQ ( + 20%) £5mV 4 of 8 Q (uitgangsimpedantie < 1 Q) 200 of 400 Q bj 1 W: min. 50...12500 Hz

Afstand 1 m Afstand 3 m

? 12 ^b (96 dB)

Wordt gemeten onder belasting, volgens een speciale frekwentiekarakteristiek

250...1000 Hz: 3%; 1000...2000 Hz: van 3% afnemend tot 1 % ; boven 2000 Hz: 1 % 3S8O% van de gespecificeerde impedantie

Speciaal ruissïgnaal waarin de hoge frekwenties met minder energie vertegenwoordigd zijn dan de lage

>6 W

Sinussignaal lager dan 250 Hz

>10 W

Impedantie

I Muziek vermogen

rs (bijv. 40 W: 47 dB; 80 W: 44 dB). Het maximale vermogen dat de versterker met een sinustoon van 1000 Hz minimaal gedurende 10 minuten moet kunnen leveren. Voorbeeld: als volgens de specifikatie de afsluit-impedantie 4 Q bedraagt, moet de versterker ook bij een belasting met 3,2 Q nog goed blijven werken.

47 kQ £0,5 V

<*>

Belastbaarheid

Bij versterkers van meer dan 20 W mag de dB-waarde lager

bij 1000 Hz

LUIDSPREKERS Frekwentiebereik

Harmonische vervorming

De MD-ingang is altijd voorzien van een frekwentiekorrektie (RIAA).

bij 1000 Hz

Hoofdtelefoon

Geluidsdruk

Van een opgenomen signaal mag na het wissen nauwelijks meer iets te bespeuren zijn; een hoge wisdemping bevordert dit.

£ 0,7%

80% van de gespecificeerde af uit-impedantie

Belastingsweerstand

Aansluitingen Ingangen (lineair) Impedantie Gevoeligheid MD-ingang (RIAA korr.) Impedantie Gevoeligheid Afsluit-impedantie Luidspreker

De kracht waarmee de naaldpunt in de groef wordt gedrukt.

max. + 1,5% max. + 0,2% min. 40...12500 Hz

VERSTERKERS Frekwentiebeteik en de toegestane afwijkingen Harmonische vervorming

5 20 dB J 15 dB £ 0,03 N (3p)

J 4 ^b (86 dBI

Bij alle frekwenties moet de geluidssterkte binnen de zone blij¬ ven die in het diagram is aan¬ gegeven.

De geluidsdruk is een maatsial voor de geluidssterkte van een luidspreker; de meting vindt reflektieviije Izgn "dode") kamer. Vetvottningspieken mogen de gegeven waarden overschrijden, maar meer dan drie pieken is niet toegestaan. Voorbeeld: een luidspreker mag slechts als "4 Q" te boek staan als bij geen enkele frekwentie de impedantie daalt onder 3,2 Q. Na een duurproef van 100 uur mag de luidspreker geen enkel defekt vertonen. Deze test zegt niets over de geluidsdruk, noch over de klankkwaliteit. Als boven; het praktisch nut van deze lest beperkt zich tol de woofet.

Monte Carlo, casino, dia¬ manten, mondaine vrouwen, glamour, schatrijk worden, of berooid in één avond.. .en alles met de komplimenten van James Bond. Het gezelschap dat zich dit soort zaken kan ver¬ oorloven wordt steeds klei¬ ner. Maar met onze elektronische roulette kan ook de modale werknemer zich op het kansspel stor¬ ten; tegen een minimum aan kosten verbouwt hij zijn huiskamer tot casino, en hoeft niet eens een smoking aan. Een ding is zeker: bedrog is onmogelijk; de beruchte rem onder de rou¬ lettetafel heeft geen vat op elektronen. Weliswaar zijn er in plaats van 37 slechts 13

el

mogelijkheden (velden, waarin het balletje terecht kan komen), maar de span¬ ning is er vast niet minder om. Nu de techniek. In figuur 1 vinden we de funktieblokken van de elektronische roulet¬ te. Ze bestaan elk uit een IC en wat losse komponenten. Schakelaar S1 aktiveert de klokoscillator. Een teller telt de klokpulsen en zet het resultaat om in een 4-bits kode. Al naar gelang de inhoud van de kode geeft de demultiplexer een signaal via een van zijn uitgangen. Dit uitgangssignaal doet een LED oplichten. Het spel gaat dus eenvoudig in zijn werk. De startknop wordt ingedrukt en de roulette begint te "draaien": na elkaar lichten in een hoog tempo de LED's op. Als we de startknop weer loslaten draait de roulette nog even door, steeds langzamer, en na enige tijd stopt hij. Op dat moment brandt nog slechts een enkele LED, en die geeft het winnende getal aan.

De schakeling Maar voordat de sfeer van Monte Carlo kan worden opgeroepen moet eerst de schakeling (figuur 2) worden opgebouwd en voorzien van een passende behuizing. De klokoscillator bestaat uit IC1, T1, R1...R4, Cl, C2en natuurlijk S1. Om te berei¬ ken dat door de oplichtende LED's het effekt van een langzaam uitrollend balletje wordt nagebootst is de klok¬ oscillator uitgerust met een speciale voorziening. Hoe dit werkt valt te begrijpen door in gedachten de klok¬ oscillator uit elkaar te halen: de verbinding tussen de emitter van T1 en R3 wordt losgenomen en de vrijgeko¬

men aansluiting van R3 ver¬ binden we met +5 V. Daardoor ontstaat rond het timer-IC 555 een klokoscilla¬ tor van een bekend stan¬ daardtype. De frekwentie bedraagt ongeveer 75 Hz en wordt bepaald door de waarden van R3, R4 en C2. Als we ons nu voorstellen dat R3 weer met de emitter van T1 verbonden is, begrij¬ pen we ook waar de andere onderdelen voor dienen. Bij het inschakelen van de voe¬ dingsspanning is S1 ge¬ opend. De basis van T1 ligt via R2 aan massa. T1 spert, zodat door het RC-netwerk dat met de pennen 2, 6, en 7 van IC1 verbonden is, geen stroom kan vloeien. De klokoscillator geeft dan ook geen kik. Maar nu wordt S1 ingedrukt. Via R1 wordt C1 zeer snel opgela¬ den, T1 geleidt, en de klok¬ oscillator levert een frekwentie rond de 75 Hz: de roulette draait. Nu laten we S1 los. Maar omdat C1 tot +5 V is opgeladen, blijft T1 nog even in geleiding. In de sekonden die volgen ont¬

laadt C1 zich deels via R2, en deels doordat hij nu basisstroom aan T1 levert. Hierbij daalt de spanning over Cl aanvankelijk vrij snel en vervolgens steeds langza¬ mer (dit ontlaadgedrag, waarvan de kurve is afge¬ beeld in figuur 3, is karakte¬ ristiek voor kondensatoren). Naarmate de kondensatorspanning afneemt ontvangt T1 steeds minder basisstroom zodat hij in toene¬ mende mate uit geleiding raakt. Dit heeft tot gevolg dat ook door het RC-net¬ werk bij IC1 minder stroom vloeit. De klokfrekwentie daalt, de roulette rolt dus uit, en blijft na ongeveer 8 sekonden stil staan: alleen de LED bij het winnende

getal licht nog op. Het tweede funktieblok is opgebouwd rond IC3 (74LS163). Volgens de databoeken is dat een "synchro¬ ne programmeerbare 4-bits binaire teller met synchrone CLEAR". Dat klinkt ver¬ schrikkelijk ingewikkeld, maar de werking laat zich vrij eenvoudig verklaren. Met de ingangen A . . . D wordt het IC geprogram¬ meerd: A en B zijn perma¬ nent verbonden met +5 V, C en D liggen aan de voe¬ dingsnul. Dit houdt in dat op deze ingangen het bi¬ naire getal 0011 aanwezig is, wat in het hexadecimale stelsel overeenkomt met het getal 3 (de relatie tussen binaire, decimale en hexade-

klokoscillator

teller

damultiplextr

LED-cirkel

Figuur 1. Het blokschema toont uit welke elektronische funkties de roulette is samen¬ gesteld. Figuur 2. In het volledige sche¬ ma zijn de onderdelen van het blokschema gemakkelijk terug te vinden: elk funktieblok bestaat uit een IC met slechts een paar "losse" onderdelen.

cimale getallen is te vinden in de tabel). Zolang het IC klokpulsen ontvangt worden deze opgeteld tot het deci¬ male getal 15 (hexadecimaal F). Als deze waarde bereikt is wordt de overloop-uitgang (CARRY, afgekort CRY) van IC3 geaktiveerd: hij wordt logisch 1. Door R5, R6 en T2 wordt dit signaal geïnverteerd (omgekeerd, wat in dit geval betekend: omgezet in ' een logische 0); dat is nodig omdat de LOAD-ingang, die het signaal moet verwerken.

zich uitsluitend door een logische 0 laat aktiveren. Het gevolg is dat bij de vol¬ gende klokpuls de teller wordt geladen met het getal 3, dat op de ingangen A . . .D permanent is ingesteld. Vanaf dit moment kan de teller niet meer vanaf 0 beginnen te tellen: hij telt nu van 3 tot en met 15, en herhaalt dit voortdurend. Voor deze beperking van het aantal telstappen tot dertien bestaat in technisch opzicht geen enkele noodzaak. Maar

het getal dertien past nu eenmaal goed bij het roulet¬ tespel: sommige mensen denken dat het ongeluk brengt, en anderen beschouwen het juist als hun geluksgetal. Op de uitgangen Q A - . .QQ verschijnen deze getallen in binaire kode. Terwijl de rou¬ lette draait doorloopt de inhoud van deze kode een cyclus van 0011 tot en met 1111. Wanneer dus bijvoor¬ beeld het binaire getal 1010 verschijnt, zijn de uitgangen

O-D en Q B logisch 1 en de uitgangen QQ en Q A logisch 0. Nu moet dit binaire getal nog zodanig worden omge¬ zet dat de bijbehorende LED gaat oplichten. IC2, een TTL-IC van het type 74159 is hiervoor zeer geschikt. Het IC heeft vier ingangen (A.. .D) die verbonden zijn met de uitgangen Q A - • .QQ van IC3. Bovendien heeft IC2 zestien uitgangen die een voor een worden geakti¬ veerd, al naar gelang de

Figuur 3. De ontlaadkurve van een kondensator. Hiermee kan het langzame "uitrollen" van een echte roulette realistisch worden nagebootst. Figuur 4. Een volle print, maar het past. Slechts de schakelaar en de LED's worden extern gemonteerd. Let goed op de draadbruggen.

Onderdelenlijst R1 = 100 Q R2 = 2,2 MS R3 = 150 kö R4 = 1,5 kQ R5 = 2,2 kfi R6 = 10 kö R7 = 180 S C1 = 10/iF/16 V C2 = 100 nF D1...DT3 = LED T1.T2 = BC547B IC1 = 555 IC2 = 74159 IC3 = 74LS163 Diversen: S1 = enkelpolige druktoets (maak) Elex-standaardprint formaat 1 1 x IC-voet 8 pens 1 x IC-voet 16 pens 1 x IC-voet 24 pens Kastmateriaal naar keuze

kode die op de ingangen A . . .D wordt aangeboden. Als deze kode bijvoorbeeld bestaat uit het binaire getal 0011 (decimaal 3), dan wordt uitgang 3 aktief; maar luidt het binaire getal 1010 (decimaal 10), dan vinden we een signaal op uitgang 10. De uitgangen van IC2 beschikken verder over twee eigenschappen die in de schakeling goed van pas komen: ze zijn van het "open-kollektor"-type, en ze worden aktief als ze in de toestand logisch 0 verkeren. Hierdoor is het mogelijk de uitgangen rechtstreeks te verbinden met de kathoden van de LED's. De anoden van de LED's zijn via een gemeenschappelijke voorschakelweerstand (R7) met + 5 V verbonden. Wanneer een van de uitgangen aktief wordt, ligt hij aan massa. Via de voorschakelweerstand en de LED die op de betref¬ fende ingang is aangesloten, vloeit de stroom het IC bin¬ nen: de LED licht dan op. Omdat er nooit meerdere uitgangen tegelijk aktief kunnen zijn, brandt altijd slechts een van de LED's. Op de uitgangen 0.. .2 zijn in onze schakeling geen LED's aangesloten: omdat de telcyclus beperkt is van

3 . . .15 zouden die toch nooit kunnen oplichten. Maar wie met het getal 13 niet gelukkig is mag ook op deze uitgangen van IC2 (pen 1, pen 2 en pen 3) nog een LED aansluiten. Wel moet men in dat geval de pennen 3 en 4 van IC3 met de voedingsnul verbinden. Bij de start van een nieuwe telcyclus wordt de teller dan steeds met 0000 geladen, zodat hij de volledige reeks van 16 kombinaties door¬ loopt.

De bouw Met uitzondering van de LED's en de schakelaar wor¬ den alle onderdelen op een standaardprint van formaat 1 gemonteerd (zie figuur 4). Plaatsing en kleur van de LED's (rood, groen of geel) zijn naar eigen keuze. Bij ons eigen proefmodel heb¬ ben we de LED's in de vorm van een cirkel aangebracht op een stuk gaatjesprint (zie foto), maar dat is wel wat erg simpel. Mooier is het de LED's in een kastje onder te brengen waarvan het uiter¬ lijk is aangepast aan het roulettespel. Hoe die voor¬ kant van die kast er uit zou kunnen zien toont figuur 5. De uitvoering van dit ont¬ werp is enigszins bewerkelijk

(bovenpaneel spaanplaat 8 mm, formaat 30 x 50 cm, en gelakt in vier kleuren) maar beslist de moeite waard. De LED's worden voorzien van reflektoren en vastgelijmd in gaten die in het bovenpaneel worden geboord. Langs de randen van het paneel worden latjes bevestigd (8.. .10 mm dik, en 50.. .100 mm breed). Zo ontstaat een kastje waarin de standaardprint en een eenvoudige 5-V-netvoeding met gemak een plaatsje vin¬ den. De startknop en de netschakelaar monteren we in de zijwand van de kast.

Spelregels In principe kan iedereen zijn eigen spelregels maken. Wel is het van belang dat in sta¬ tistisch opzicht de bank een grotere kans om te winnen moet hebben dan de indivi¬ duele spelers, want als de bank "springt" is het spel uit. Op het speelveld uit figuur 5 kan bijvoorbeeld als volgt gespeeld worden. De gele LED is de "gouden 13". Wanneer deze oplicht, krijgt de speler die op dit getal heeft ingezet van de bank het 13-voudige van zijn inzet uitgekeerd. Zoniet, dan ver¬ valt de inzet op dit veld aan de bank. Als iemand op de

Figuur 5. Een ontwerp voor het speelveld. Het is enigszins bewerkelijk, maar wie met een vaste hand verf en penseel gebruikt kan rekenen op een mooi resultaat. Foto. Deze foto van ons proefmodel laat zien dat de LED indikatie desnoods ook een¬ voudig gekonstrueerd kan worden. Tabel. Voor een goed begrip van dit artikel is het nodig de relatie tussen binaire, hexadecimale en decimale getallen te kennen. Deze tabel laat hier geen misverstanden over bestaan.

Tabel.

binair

hexadecimaal

decimaal

0000 0001 19010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

O scheidingslijn tussen kleur- en getal svelden

1 2 3 4 5 6 7 8 9

A B C D E F

"gouden 13" speelt is dat niet van invloed op de inzet¬ ten die hij elders op het veld heeft staan: ze kunnen blij¬ ven liggen voor de volgende ronde. Volgens de regels moet overigens na een "gouden 13" altijd nog een ronde gespeeld worden. Verder kan men op een kleur of op en getal inzet¬ ten. Wie op een kleur inzet krijgt van de bank het dub¬ bele van zijn inzet indien een LED van die kleur oplicht. De inzetten op vel¬ den met een andere kleur vervallen aan de bank. Wil men op een kleur inzetten, dan moeten de fiches (of een ander betaalmiddel) op een van de velden in de middencirkel geplaatst wor¬ den. De buitenste velden hebben dezelfde kleur, maar zijn bovendien voorzien van een getal. Hiervoor gelden regels die iets ingewikkelder zijn. Alle inzetten op getalsvelden waarvan de kleur niet overeenkomt met de kleur van de oplichtende LED, vervallen aan de bank. De inzetten op die getalsvelden waarvan de kleur wel over¬ eenkomt met de kleur van de oplichtende LED moeten — op een enkele uitzonde¬ ring na — blijven liggen; ze worden niet door de bank geïnkasseerd maar ook de speler mag ze niet van het veld nemen: ze blijven dus in het spel. Voor zover deze inzetten in de loop van het spel niet alsnog verloren gaan, krijgt de speler ze bij het einde van het spel terug. De zojuist genoemde uitzondering betreft natuur¬ lijk het getalsveld waarin de oplichtende LED zich bevindt. Wie op dit veld heeft gespeeld krijgt een veelvoud van zijn inzet terug, en wel via de volgen¬ de verdeelsleutel: de velden 1, 2, 5.. .8, 11 en 12 leveren het vijfvoudige van de inzet op, en de velden 3, 4, 9, en 10 het zevenvoudige. De winst wordt direkt door de bank aan de speler uitbe¬ taald, en de speler mag nu

kiezen uit twee mogelijkhe¬ den: ofwel de inzet laten staan op het veld waar hij zojuist gewonnen heeft, of de inzet verplaatsen naar een ander veld; het is ech¬ ter niet toegestaan de inzet uit het spel te nemen. Aan het einde van de speelavond geldt ook voor hem de genoemde uitzondering: hij krijgt zijn inzet terug. Deze regels zijn slechts bedoeld als voorbeeld. Met een beetje fantasie kunnen ook andere regels bedacht worden.

Tot slot... . . . moeten we nog even terugkomen op de techniek. De schakeling hoeft niet te worden afgeregeld; na een korrekte bouw moet de rou¬ lette werken zodra de voe¬ dingsspanning wordt ingeschakeld. Het kan ech¬ ter gebeuren dat na het inschakelen van de voe¬ dingsspanning geen enkele LED oplicht. Dan staat de teller bij toeval tussen 0 en 2 (0000 en 0010) omdat hij nog niet met het getal 3 geladen is. Geen nood: door S1 in te drukken gebeurt dit alsnog, en dan werkt alles zoals het hoort. Zo, en nu: "Rien ne va plus"... .

knipperlamp Dit is een schakeling die in een natuurkunde-kwis niet zou misstaan. Figuur 1 geeft het schema van een uiterst simpele knipperschakeling. Een normale gloeilamp schakelen we in serie met een TL-starter, en meteen begint de lamp te knippe¬ ren. Leuk... Maar echt interessant wordt het natuurlijk pas als we ook proberen te begrijpen hoe het werkt. In figuur 2 zien we het standaarschema van een TL-armatuur. De starter bestaat uit een ont¬ stekingslampje en een ontstoorkondensator in parallelschakeling. Het ont¬ stekingslampje is een met neon gevuld gasontladingsbuisje waarin zich een bimetaalelektrode bevindt. Bij het inschakelen van de netspanning is deze elektrode nog koud, zodat het bimetaalkontakt geopend is. Omdat via de smoorspoel en de gloeielektroden van de TLbuis de netspanning op de aansluitingen van de starter staat, vindt er in het neonlampje een gasontlading plaats. Als gevolg van deze gasontlading raakt het bimetaal opgewarmd; daardoor trekt het krom en sluit het kontakt. In deze toestand staat de spanning niet meer over de starter maar over de smoorspoel en de gloeielek¬ troden van de TL-buis. Via de smoorspoel en de kon¬ takten van de starter vloeit nu een krachtige stroom die de gloeielektroden (c.q. gloeidraden) voorverwarmt. Het bimetaal koelt intussen af, en na korte tijd opent het kontakt zich weer. Tijdens het voorverwarmen is echter in de spoel een magnetisch veld opgebouwd dat bij het openen van het kontakt instort, en prompt wordt omgezet in een impulsspanning van enkele

L._.J

gloeilamp 25 . . . 60 W

220 V ~50 Hz

84768X-2

honderden volts. Door deze impulsspanning ontsteekt de TL-buis. Na het ontsteken funktioneert de smoorspoel als een induktieve weerstand die de netspanning redu¬ ceert tot de bedrijfsspanning van de TL-buis (deze bedraagt ongeveer de helft van de netspanning). Aan-

Figuur 1. Eenvoudiger kan het niet. Deze knipperschakeling bestaat uit een gloeilamp en een TL-starter die hier op een enigszins ongebruikelijke manier wordt toegepast.

Figuur 2. Zo wordt de TLstarter geschakeld in de toe¬ passing waarvoor hij bedoeld is.

gezien de bedrijfsspanning van de buis lager is dan de ontsteekspanning van het gas in het ontstekingslamp¬ je, kan de starter niet opnieuw in aktie komen: zodra de buis brandt doet de starter niets meer. Het zal nu duidelijk zijn dat het inschakelen van een TLbuis minder simpel in zijn werk gaat dan het er uit ziet. De werking van de schakeling in figuur 1 is echter veel eenvoudiger. Ook hier valt na het sluiten van de schakelaar de net¬ spanning volledig over de starter, zodat de gebeurte¬ nissen zich voltrekken in de volgorde die we al kennen: gasontlading, opwarmen van het bimetaal, en sluiten van het kontakt, gevolgd door het uitdoven van de gasontlading. De gloeilamp brandt zolang het kontakt gesloten is. Maar zodra het bimetaal is afgekoeld gaat het kontakt weer open. Dan is de aanvangstoestand weer hersteld, zodat het gebeuren opnieuw begint: gasontlading, . . . enzo¬ voort. Het knippertempo wordt bepaald door de starter en kan per exemplaar sterk ver¬ schillen. Hoewel TL-starters van huis uit niet berekend zijn op een dergelijke "duurproef" gaan ze toch verba¬ zend lang mee: het einde van een feestje zal deze schakeling dan ook zeker kunnen halen. Maar, feest of geen feest, een veilige opbouw is absoluut noodza¬ kelijk. Monteer de starter en de gloeilamp in passende fittingen, en zorg ervoor dat de spanningsvoerende delen niet kunnen worden aange¬ raakt; dit laatste geldt uiter¬ aard ook voor de schakelaar en de netsteker. Steek de netsteker pas in het stopkontakt nadat alles stevig en veilig is gemonteerd. Boven¬ dien mag het vermogen van de gloeilamp nooit groter zijn dan het maximale ver¬ mogen dat op de starter staat aangegeven.

Mikrofoons zijn heel gewone dingen. Toch weten maar weinig mensen wat er voor nodig is om dat zwakke mikrofoonsignaaltje tot luidsprekernivo te verster¬ ken: dat signaal kan niet zonder meer op een verster¬ ker worden aangesloten — dat moet eerst vóórversterkt worden! Er zijn natuurlijk heel wat soorten mikrofoons. In Elex heeft al eens een ontwerp voor een zelfbouwkoolmikrofoon gestaan. Bij¬ zonder praktisch en inmid¬ dels veel gebruikt is het elektret-mikrofoonkapsel, dat niet groter is dan een vin¬

ken. In dat opzicht wijken elektret-mikrofoons duidelijk van de familie af. Zo hebben ze bijvoorbeeld de noodza¬ kelijke (FET-)buffer al in het kapsel ingebouwd. Zo'n buf¬ fer hoeft dus niet meer extern te worden aangeslo¬ ten. De in het kapsel inge¬ bouwde FET-buffer heeft een voedingsspanning van 3V2...10V nodig; de stroomopname bedraagt 0,4.. .0,8 mA, geen bedra¬ gen dus om wakker van te liggen. Als afsluitweerstand wordt door de fabrikant van het door ons gebruikte type (LBC 1055/00) een weer¬ stand van 2,2 kilo-ohm aan-

gernagel. Niet alleen de afmetingen zijn gering, maar óók de kosten. Daarom heb¬ ben we de hier beschreven voorversterker op zo'n elektret-mikrofoon afgestemd.

bevolen. (Die weerstand vindt u in figuur 1 als R1 terug.) De meetbare en, belangrijker nog, de hoorbare eigen¬ schappen van elektretmikrofoonkapsels zijn zeer goed: volgens opgave van de fabrikant loopt de fre kwentiekarakteristiek van 100 Hz tot 14 kHz, met afwijkingen van hooguit 3 dB (+ 6 dB: 50 Hz... 16 kHz). Dat bete¬ kent dat de frekwentiekarak-

Mini-mikro Elektret-mikrofoons behoren tot de familie van de kondensatormikrofoons. Bij dit type mikrofoons komt door¬ gaans een betrekkelijk grote hoeveelheid elektronica kij-

teristiek geen al te grote afwijkingen van het ideale verloop toont. Ook de gevoeligheid van elektret's is goed. Als maat hiervoor geldt de verhouding tussen de geleverde wisselspanning en de geluidsdruk die voor die wisselspanning zorgt. De geluidsdruk drukken we in /^bar uit. De geluidsdruk die het menselijke oor verwerkt varieert van 0,0002 ybar (gehoordrempel) tot 200 pbar (pijngrens). De

gevoeligheid van onze elektret bedraagt 0,63 mV/^bar. Al met al is de elektretmikrofoon, voor nog geen tientje te koop, beduidend beter dan een kristalmikrofoon en ook beter dan dynamische mikrofoons uit de midden-prijsklasse.

De versterker Met het uitgangssignaal van een elektret-mikrofoon kun¬ nen we, zoals gezegd, nog niet zo veel beginnen. Daar-

1

Figuur 1. De versterking van

de voorversterker wordt door

N>

een supertransistor geleverd.

jjj

Figuur 2. De voorversterker past op het kleinste formaat Elexprint. De draadbrug X-Y is alleen nodig als een elektretkapsel met twee aansluitingen wordt gebruikt. Figuur 3. De aansluitsoldeerpunten van het mikrofoonkapsel LBC 1055/00. Het solderen hieraan dient met de nodige voorzichtigheid te gebeuren!

l_

J

Onderdelenlijst R1 = 2,2 kQ R2 = 10 kQ R3 = 47 Q R4 = 6,8 kÖ R5,R6 = 39 kQ R7 = 4,7 kQ R8 = 8,2 kQ (of 10 kQ, zie tekst) R9 = 120 k« C7,C2,C5 = 2 , 2 ^ / 4 0 V C3.C4 = 47 HF/25 V

T1 = BC 549C of BC 550C T2 = BC 559C of BC 560C verder: S1 = aansluitschakelaar M = elektret-mikrofoonkapsel, bijvoorbeeld Philips LBC 1055/00 9-V-batterij 1 Elexprint maat 1

(VI

voor is het nog veel te zwak. Er is een zo klein mogelijke versterker nodig die als het even kan uit dezelfde batterij moet wor¬ den gevoed als de elektretmikrofoon zelf. Het geheel kan dan op een betrekkelijk ongevoelige versterker wor¬ den aangesloten, of op een ingang van een mengpa¬ neel. Een ingangsgevoeligheid van 100.. .300 mVeff is ruim voldoende. Transistoren vormen een wezenlijk onderdeel van de voorversterker. Er zijn standaard-typen (NPN en PNP) toegepast. De verster¬ king hangt af van de ver¬ houding R7/R3 en bedraagt dus ongeveer honderd. Omdat elektret-mikrofoons van huis uit al flink wat spanning leveren kan deze versterking wat aan de hoge kant zijn. Dit kan worden verholpen door R7 te verla¬ gen of, nog beter omdat de gelijkspanningsinstelling dan ongewijzigd blijft, door R9 sterk te verlagen (en C5 even sterk te verhogen). Deze verlaging, via R7 of via R9, heeft dan bovendien tot gevolg dat de toch al betrekkelijk lage uitgangsimpedantie van de voorverster¬ ker nog verder daalt. En dat is gunstig omdat dan een langere verbindingskabel tussen de voorversterker, die

bij de mikrofoon komt te zit¬ ten, en de versterker of het mengpaneel kan worden gebruikt. Een te lange afge¬ schermde verbindingskabel betekent immers een te grote kapaciteit waarmee de voorversterkeruitgang wordt belast, dus een verlies aan hoge tonen en dus een "duf" geluid. Met R6 kan men eventueel wat gaan sleutelen aan de gelijkspan¬ ningsinstelling van de voor¬ versterker, maar we zeggen er meteen bij dat er meer edukatieve dan praktische redenen zijn om dat te doen.

De bouw De schakeling, zie figuur 1, is overzichtelijk en klein. Vandaar dat die samen met het elektret-mikrofoonkapsel in één behuizing wordt ondergebracht. Men kan als behuizing een normaal kast¬ je nemen, maar er zijn andere mogelijkheden. We hebben een stukje PVC-pijp nodig, of iets anders in die geest. Verder een kapje van een peper- of zoutstrooier. Dit kapje komt aan één uit¬ einde van de pijp te zitten. Direkt daarachter wordt het mikrofoonkapsel gemon¬ teerd. En daar weer achter worden het printje en de 9 V-batterij in de pijp geplaatst. Het andere uitein¬

de van de pijp sluit men af met een dekseltje, waarop de DIN-aansluitbus en de aan/uit-schakelaar worden gemonteerd. Het is van belang dat trillingen van de behuizing niet op het kapsel terecht komen. Het kapsel kan dan ook het beste "ve¬ rend" worden bevestigd, bij¬ voorbeeld met behulp van een paar stukjes schuimplastic. De beste montage¬ methode volgt uit een aantal experimenten. De richtingskarakteristiek van de mikrofoon als geheel hangt sterk af van de richtingska¬ rakteristiek van het mikro¬ foonkapsel. Verder geen bijzonderheden over de bouw. Let uiteraard op de polariteit van bepaal¬ de onderdelen, zie figuur 2. Het stroomverbruik van Vh mA is zeer gering, maar dat moét ook wel bij gebruik van een batterij¬ voeding. De meeste mikrofoonkapsels bezitten geen aansluitdraadjes, maar drie (soms twee) heel kleine soldeerpunten op de achterzijde van het mikrofoonkapsel. Soldeer deze verbindingen met vaste hand en een zeer fijne soldeerpunt. De voorversterker is ook geschikt voor de gebruikelij¬ ke dynamische mikrofoons, zij het dat dan R8, C3 en

T1.T2

soms zelfs R1 (afhankelijk van de afsluitweerstand) weggelaten kunnen worden.

Elektretmikrofoonkapsels Een elektret-kapsel van een onbekend merk is in de onderdelenhandel soms gemakkelijker te pakken te krijgen dan het door ons gebruikte kapsel LBC 1055/00 van Philips. Pas daar echter een beetje mee op en neem de in de katalogi voorkomende fantastische eigenschappen gerust maar met een korreltje zout! Alle gebruikelijke kapsels kunnen in kombinatie met deze voorversterker worden gebruikt, zonder dat veran¬ deringen nodig zijn. Experi¬ menteren met de waarde van R1 mag. Ook typen met twee aan¬ sluitingen zijn toegestaan. Bij deze kapsels worden de voedingsspanning voor de interne elektronica en het uitgangssignaal over één en dezelfde leiding doorgege¬ ven. Vandaar dat de draad¬ brug X-Y moet worden gemaakt. R1 en C3 komen te vervallen en R8 wordt tot 10 kQ verhoogd.

'O

Zo werkt het 1

Op het eerste gezicht ziet die kombinatie van twee transistoren in de voor¬

versterker er maar gek uit. Wat is dat voor NPN-PNPhuwelijk? In figuur 5a wordt deze transistorkombinatie apart onder de loep genomen. De basis van T1 doet dienst als basis van de kombinatie. Deze basisstroom wordt door T1 versterkt en dient, op een klein gedeelte na dat door R4 vloeit, als basisstroom voor T2, die op zijn beurt deze stroom versterkt. Er ontstaat een soort supertransistor met een buitenge¬ woon hoge stroomversterkingsfaktor. Deze bedraagt: ftot = p (T1) x p (T2) (In plaats van p wordt ook wel hpE gebruikt.) Het lijkt allemaal erg veel op de Darlington-schakeling, die in figuur 5b is geschetst. Als men bedenkt dat de stroomversterkingsfaktor van C-transistoren 400 bedraagt, ligt de gekombineerde stroomversterkingsfaktor ver boven de honderdduizend. De weerstand R4 bepaalt hoe groot de kollektorstroom van T1 is. Over die weerstand staat namelijk altijd de basis/emitterspanning (ca. 0,6 V) van T2. Als we in figuur 1 de tran¬ sistorkombinatie T1/T2 ver¬ vangen door een Darlingtontransistor, dan krijgen we het schema van figuur 4. De funktie van de diverse

omringende weerstanden zal nu ook duidelijker worden. De weerstanden R6, R5 en R2 vormen een spannings¬ deler, waardoor de basisgelijkspanning uit de kollektorgelijkspanning ontstaat. Voor wisselspanning is deze spanningsdeler via C2 naar massa ontkoppeld, zodat geen beïnvloeding van de ingang door de uitgangswisselspanning optreedt. R7 is de kollektorweerstand. De verhouding van R7 tot de waarde van R3, de emitterweerstand, bepaalt hoe hoog de spanningsverster¬ king van de supertransistor is. Via C5 wordt het uit-

gangssignaal, van gelijk¬ spanning bevrijd, naar de uitgang van de schakeling doorgegeven. C5 is zo hoog in waarde gekozen dat er geen verlies aan lage tonen optreedt. De in het mikrofoonkapsel ingebouwde elektronica krijgt zijn voeding via R8 toegevoerd. Kleine oneffen¬ heden op deze voedingslijn worden met C3 glad¬ gestreken. Weerstand R1 tenslotte is de sourceweerstand van de in het kapsel ingebouwde FETbuffer, die is opgebouwd volgens het principe van de sourcevolger.

omgangsvormen voor CMOS-IC's CMOS-IC's zijn tegenwoor¬ dig niets bijzonders meer. Ook in Elex worden regel¬ matig schakelingen met dit soort IC's gepubliceerd. Vaak zijn de beschrijvingen dan voorzien van de waar¬ schuwing, bij het inzetten van het IC de "pootjes" niet aan te raken. Veel mensen trekken daaruit de konklusie dat CMOS-IC's bijzonder kwetsbaar zijn en ze worden er een beetje huiverig voor, ze te gebruiken. Hoe zit dat nu precies? In principe onderscheiden CMOS-IC's zich van andere (bipolaire) IC's doordat ze niet werken met gewone transistors, maar met veldeffekttransistors (FET's) met een geïsoleerde "gate". In figuur 1a is zo'n MOSFET schematisch afgebeeld. Tus¬ sen de gate-aansluiting (de ingang van de FET) en het drain-source-kanaal bevindt zich een flinterdun schijfje isolatiemateriaal. Het bestaat uit siliciumoxyde, beter bekend als kwarts. Het drain-source-kanaal is een klein stukje geleidend silicium tussen de twee gelijknamige aansluitingen van de FET. Het geheel doet denken aan een kondensator: die bestaat namelijk uit twee geleidende platen met daar¬ tussenin een isolerend diëlektricum. Bij de FET zijn de twee "platen" de gate en het drain-source-kanaal; het diëlektricum is de isolerende laag kwarts. Net als een kondensator heeft een FET een bepaalde doorslagspan¬ ning; wordt die overschre¬ den, dan treedt er vonkoverslag op tussen de twee geleiders. Daardoor wordt er in de isolatielaag

1a SOURCE

Figuur 1a. Het principe van een MOS-veldeffekttransistor. De dunne isolatielaag tussen gate-aansluiting en het sourcedrain-kanaal is erg gevoelig voor te hoge spanningen. Figuur 1b. Het schemasymbool van een n-kanaal-MOSFET en de dwarsdoorsnede van een chip met zo'n transistor. De isolatielaag tussen gate en source-drain-kanaal is bijna onvoorstelbaar dun: 0,1 urn, het tienduizendste deel van een millimeter! Figuur 2. Deze schakeling beschermt de ingang van een CMOS-IC. De dioden vormen praktisch een kortsluiting voor te hoge spanningen en de weerstand begrenst de stroom door de dioden.

drain-source-kanaal (silicium, n- of p- geleidend)

84769X-1a

DRAIN 84769X-2

GATE

DRAIN

substraat (p- geleidend silicium) drain-source-kanaal in- geleidend silicium) isolatielaag (siliciumoxide)

•

.

•

•

•

•

•

• . . . • • • • . • •

•

opgedampte aluminiumlaag

•

84769X-1b

een gaatje gebrand en in het geval van het IC bete¬ kent dat het definitieve einde. Bij deze vonkoverslag speelt de stroomsterkte geen enkele rol. De ingan¬ gen van MOS-IC's zijn extreem hoogohmig, omdat de gate-aansluitingen, zoals we al zagen, geïsoleerd zijn en er dus (vrijwel) geen stroom kan vloeien. De spanning die onstaat door statische oplading kan daar¬ door zeer gemakkelijk oplo¬ pen tot een paar duizend volt. Dat is meer dan genoeg om mikroskopisch kleine gaatjes te slaan in de uiterst dunne isolatielaag. Zo bezien lijkt het vrijwel onmogelijk, een CMOS-IC onbeschadigd in een scha¬ keling te monteren. Gelukkig valt dat mee.

Ingebouwde bescherming In de meeste MOS-IC's zijn de ingangen voorzien van "bliksemafleiders" (figuur 2). Ze bestaan uit een ingangs¬ weerstand en twee dioden. Inwendig zijn de dioden ver¬ bonden met de voedings¬ aansluiting (D1) en massa (D2). In een MOS-IC staan ook de drain- en de sourceaansluitingen in verbinding met de voedingsspanning en met massa. Doorslag van de isolatielaag kan alleen plaatsvinden als het spanningsverschil tussen gate enerzijds en het sourcedrain-kanaal anderzijds te groot wordt. De dioden voorkomen dat. Een te hoge positieve spanningspiek wordt opgevangen door D1, D2 verwerkt negatieve pie¬ ken. De spanningsval over een geleidende diode is nooit meer dan 1 volt, zodat er geen gevaar meer bestaat voor de oxydelaag van de gate. Het enige dat er nog zou kunnen gebeuren is een te 'grote stroom door de beschermingsdioden, maar bij statische oplading is daar

geen sprake van. Een lekstroom, afkomstig van een defekte soldeerbout, kan in dit opzicht wel gevaar opleveren. Ook als het IC in bedrijf is, blijft de schakeling de ingang beschermen. Zodra de voe¬ dingsspanning is aangelegd, sperren de beide dioden omdat de kathode van D1 aan plus en de anode van D2 aan massa ligt. Komt er op de ingang een spanning die hoger is dan de voe¬ dingsspanning, dan gaat D1 geleiden en beschermt de gate-aansluiting. De gatespanning kan niet hoger worden dan de voedings¬ spanning plus de spannings¬ val over de diode. Een negatieve spanning aan de ingang laat D2 geleiden zodat de negatieve spanning aan de gate altijd kleiner blijft dan 1 volt. In de praktijk zijn deze vei¬ ligheidsmaatregelen voldoen¬ de. Toch blijft enige voorzichtigheid geboden. Behalve CMOS-IC's zijn er namelijk ook andere soor¬ ten, zoals P-MOS en NMOS, die veel worden gebruikt in computer-, horloge- en stuurschakelingen. Deze chips zijn vaak duur en niet altijd zo goed beveiligd als CMOS-IC's.

Omgaan met MOS Gevaarlijk zijn alleen span¬ ningsverschillen die een stroom door het IC kunnen laten lopen. Vandaar ook de speciale verpakking van MOS-IC's in geleidend schuimplastic of in aluminiumfolie. Als namelijk de ICaansluitingen geleidend met elkaar verbonden zijn, kun¬ nen er ook geen spannings¬ verschillen optreden. Het voorkomen of opheffen van spanningsverschillen is ons voornaamste doel. Dat klinkt moeilijker dan het is. Voordat we het IC uit de verpakking halen, raken we eerst het geleidende verpak¬ kingsmateriaal aan. Het IC

komt dan op "lichaamspo¬ tentiaal" en kan dan verder veilig worden aangeraakt. Hetzelfde geldt als we het IC in zijn voetje plaatsen: we nemen het IC in één hand en raken dan met de andere hand een massapunt van de schakeling aan. Via ons lichaam vloeit het ladingsverschil dan weg, zodat we het IC zonder risiko kunnen inzetten. IC-voetjes zijn altijd aan te bevelen, niet alleen bij MOS-IC's. Het is namelijk erg moeilijk een defekt IC los te solderen zonder de print te beschadigen. Mocht het toch eens noodzakelijk zijn een MOS-IC recht¬ streeks in de schakeling te solderen, zorg er dan in ieder geval voor dat de punt van de soldeerbout gelei¬ dend verbonden is met de massa van de schakeling. Sommige soldeerbouten hebben daar een speciale aansluitklem voor; met een snoertje met een (liefst hittebestendige) krokodilklem gaat het ook. Het spreekt uiteraard vanzelf dat halfge¬ leiders nooit mogen worden geplaatst in een schakeling die onder spanning staatl Tenslotte nog een laatste belangrijke veiligheidsmaat¬ regel. Als u aan een schake¬ ling met MOS-IC's een signaalbron hebt aangeslo¬ ten (bijvoorbeeld een sinusof blokgolfgenerator), moet u altijd eerst de signaalbron uitschakelen en dan pas de schakeling zelf. Anders zou het toch nog kunnen gebeu¬ ren, dat de beschermingsdi¬ oden worden overbelast.

F 4611PC

3Ü HCF 4063 BE 1 P6O2/R

RCA 3*ê 9

Merkwaardige titel, vindt u niet? We hadden het ook " W l d " kunnen noemen, een soort Russisch dat je krijgt als het woord "RIAA" ten opzichte van een hori¬ zontale lijn wordt gespie¬ geld. De gekozen titel is een kombinatie van de woorden "reciprook" en "RIAA". Het woord reciprook betekent in deze samenhang: het tegen¬ overgestelde (van RIAA). "RIAA" heeft betrekking op de officieel afgesproken frekwentiekarakteristiek van de voorversterker die is belast met de versterking van de signalen die door een magneto-dynamische (MD-)toonopnemer — onderdeel van de meeste platenspelers — worden afgegeven. De afkorting van de officiële instantie die bij de vaststel¬ ling van die frekwentiekarakteristiek betrokken is luidt: RIAA. Vandaar.

Si *

Figuur 1. De RIAA-weergavekarakteristiek (a) en de RIAA opnamekarakteristiek (b). De RecipRIAA-schakeling heeft een frekwentieverloop dat nagenoeg gelijk is aan de opnamekarakteristiek. Figuur 2. De hele schakeling bestaat uit drie weerstanden en drie kondensatoren. Geen transistoren dus en ook geen IC's, dus óók geen voedings¬ spanning! En toch een meetap¬ paraat! Figuur 3. De meetschakeling ten behoeve van de kontrole van de frekwentiekarakteristiek van een MDvoorversterker.

In het algemeen verwacht men van een wisselspanningsversterker dat hij alle frekwenties binnen een bepaald frekwentiebereik even sterk weergeeft, dus met een even groot bedrag versterkt. Dat leidt tot een kaarsrechte frekwentiekarakteristiek, bijvoorbeeld binnen

het audio-frekwentiebereik, dat van 20 Hz tot 20 kHz loopt. Dat ziet eruit als een horizontale lijn. Hoe anders is het gesteld met een MD-voorversterker. Die bezit een buitengewoon krom verlopende frekwentiekarakteristiek, die in figuur 1a is geschetst. Deze

Figuur 4. De schakeling vindt onderdak op een klein stukje gaatjesprint, bijvoorbeeld een deel van een Elexprint.

O

0 dB 100 mV

'V 5 * ii i

ss S

o

\ 84744X - 2

f3isooHii

fi(2i20H,i

frekwentie

/

p

S musgen e ra tor U o vast 100 mV f o variabel

MD-voorversterker

AC-milli-

RecipRIAA >

i1

1•

Onderdelenlijst 't sa!

3 IN

R1 = 82 kQ R2 = 1 MS R3 = 3,3 kö Cl = 1 nF C2a m 1,5 nF C2b = 1,5 nF Eventueel R: 1 % , C: 2'/ 2 % (styroflex)

4

* 1

r

u

. O-IR3

O

o0

C

1, T , oHI-ooo I-O

O

O J.

versterker moet namelijk de tijdens de opname op de grammofoonplaat gehanteer¬ de frekwentiekarakteristiek (zie figuur 1b) weer "gladstrijken". Ook de opna¬ mekarakteristiek ligt officieel vast via de RIAA-frekwentiekurve. In het kort komt het erop neer dat bij de plaatop¬ name frekwenties, lager dan 500 Hz, worden verzwakt; maximaal 10 x beneden 50 Hz. Frekwenties boven 2100 Hz worden versterkt. De MD-voorversterker doet bij de plaatweergave het tegenovergestelde: verster¬ king van de frekwenties beneden 500 Hz en (maxi¬ maal 10 x beneden 50 Hz) en verzwakking van de fre¬

kwenties boven 2100 Hz. Het eindresultaat is het gekombineerd effekt van twee onderling gespiegelde frekwentiekarakteristieken: een rechte frekwentiekarak¬ teristiek. De oorspronkelijke kiankbalans van het op de grammofoonplaat opgeno¬ men signaal is dus weer hersteld. Tot zover de theorie. In de praktijk kan het voorkomen dat een grammofoonplaat niet helemaal klinkt zoals het moet; bijvoorbeeld teveel hoge tonen of te wei¬ nig lage tonen. We denken dat de fout in de MDvoorversterker zit, dus slui¬ ten we een toongenerator aan op de ingang van de

MD-voorversterker en een AC-millivoltmeter op de uit¬ gang, teneinde de frekwen¬ tiekarakteristiek te meten. Maar wacht even! Dat is toch onnodig moeilijk, dat gedoe met voor iedere frekwentie een andere ampli¬ tude. Als we een kwa frekwentiekarakteristiek "kromme" ingangsspanning toevoeren aan een versterker met een tegengesteld krom frekwentieverloop, dan moet als alles goed is het eindre¬ sultaat op de uitgang van de versterker onafhankelijk van de frekwentie zijn. Bekijk figuur 2 eens. Drie weerstanden en drie kondensatoren. Dat is alles wat er nodig is om "krom" de

versterker binnen te gaan. Dit netwerk bezit de fre¬ kwentiekarakteristiek van figuur 1b en bootst dus samen met de toongenera¬ tor de grammofoonplaat na. Over de bouw kunnen we kort zijn. Figuur 4 geeft de nodige informatie. Tot slot nog een tip voor de hififreaks onder u: de grootste afwijking van het verloop volgens figuur 1b bedroeg in ons laboratorium-exemplaar zegge en schrijve 0,4 dB bij 20 kHz! Wie de nauwkeurig¬ heid nóg groter wil maken, die gaat zijn gang maar. Neem dan 1%-weerstanden en 21/2%-kondensatoren. Wèl iets duurder!

CUU^UCIIC. Op een röntgenfoto zijn de verschillen tussen harde bot¬ ten en zacht weefsel beter zichtbaar te maken dan voorheen, doordat men bij het maken van de opname de energie van de röntgenbundel snel wisselt tussen hoog en laag, en de verkre¬ gen informatie met een computer bewerkt. In het Elex-nummer van oktober '83 (blz. 10-34) hebben we al uitgelegd wat computer¬ tomografie precies inhoudt. Diverse afwijkingen zijn op deze manier gemakkelijker te herkennen. Uit de eenmaal verkregen gegevens zijn ver¬ schillende beelden af te lei¬ den en deze beelden kunnen achteraf voor ieder geval afzonderlijk worden geoptimaliseerd. Het is ook mogelijk een indruk te krij¬ gen van het mineraalgehalte van botweefsel, zodat botporositeit kan worden opgespoord. Ook zijn gege¬ vens voor een eventuele bestralingstherapie eenvou¬ dig te berekenen. Door de snelle energiewisselingen ^vermijdt men storende effekten door bewegingen van de patiënt tijdens de opname.

Computer-tomografie weer een stapje verder: Ten opzichte van de oude methodes, waarbij afzonder¬ lijke opnamen moesten wor¬ den gemaakt met een voor elk speciaal gekozen, opti¬ male bundelenergie, bete¬ kent deze techniek een belangrijke vooruitgang.

Twee oorzaken Als een röntgenbundel een weefsel treft, wordt hij door twee oorzaken verzwakt: door absorptie en door ver¬ strooiing. Daarbij geldt dat harde (hoog-energetische) straling meer verstrooid wordt dan geabsorbeerd, terwijl zachte straling daar¬ entegen meer geabsorbeerd wordt. Absorptie en strooi¬ ing zijn bovendien nog afhankelijk van de aard van het weefsel. Zacht weefsel bestaat uit relatief lichte ato¬ men zoals zuurstof, koolstof en waterstof, waardoor het hoofdzakelijk voor verstrooi¬

ing van de röntgenstralen zorgt en de echte absorptie gering is. Botweefsel, met zwaardere atomen, vertoont voornamelijk absorptie. De verzwakking van röntgenstraling in het lichaam is dus zowel van de aard van het weefsel als van de energie van de straling afhankelijk. In konventionele röntgendiagnostiek wordt de energieafhankelijkheid slechts in beperkte mate gebruikt en soms zelfs als hinderlijk ervaren.

Nieuwe aanpak Bij de dubbelenergieröntgendiagnose wordt er echter zowel op de bekende energieafhankelijkheid van absorptie en strooiing als op de materiaalafhankelijkheid van beide gelet. De proce¬ dure verloopt daarbij in prin¬ cipe als volgt. Eerst wordt een objekt bestraald met

een bundel van hoge ener¬ gie en de verzwakking gemeten. Vervolgens meet men de verzwakking bij bestraling met een röntgen¬ bundel van lage energie. In beide gevallen is de ver¬ zwakking afhankelijk van een onbekende strooiingsen een eveneens onbekende absorptiefaktor (die beide alleen materiaalafhankelijk zijn) en we hebbe'n nu dus voor elke plaats in het weef¬ sel twee meetgegevens en twee onbekenden, zodat men de twee onbekenden kan berekenen. Daar er 140 keer per sekonde van bun¬ delenergie gewisseld wordt, treedt geen verstoring door beweging van de patiënt op. Met behulp van de compu¬ ter kan men nu berekenen wat het aandeel in de ver¬ zwakking is van hard weef¬ sel en wat van zachter weefsel. Daarna kan men de verschillende soorten weef¬ sel naar believen op het beeldscherm zichtbaar maken, het mineraalgehalte van botten berekenen, en zo nodig een bestralingstherapieschema opstellen. Bron: Philips Persdienst

kursus ontwerpen Deel 2 In de vorige aflevering was sprake van een stroomkring, die altijd gesloten moet zijn, anders gebeurt er niets. Een een-' voudige stroomkring bestaat uit een stroombron, een stroomverbruiker en de verbindingsleidingen.

1 spanning U I

De totale weerstand is nu ongeveer twee keer zo groot, zodat de stroom nog maar de helft bedraagt. Dat is duide¬ lijk te zien aan het lampje, dat nu veel zwakker brandt. Dat is niet het geval in een parallelschakeling (figuur 4); daarin brandt het lampje weer fel en onafhankelijk daarvan loopt er ook een stroom door de weerstand.

| weerstand R I (verbruiker)

In figuur 1 is de verbruiker een weerstand. Volgens de wet van Ohm bepaalt de waarde van die weerstand het stroom¬ verbruik, of beter gezegd: het energieverbruik. De stroomsterkte immers is overal in de kring even groot. In de weerstand wordt de elektrische energie omgezet in warmte. Omdat we in de elektronica van warmteproducerende weerstanden meer ellende dan plezier hebben, laten we deze schakeling voor wat ze is en gaan we eens kijken naar figuur 2. Een gloeilampje is in feite ook een weerstand, die zo hittebestendig gemaakt is, dat hij zonder schadelijke gevolgen witgloeiend gestookt kan worden. Behalve warmte ontstaat er dan ook licht. De stroombron is hier een platte 4,5-volt-batterij; het lampje is een exem¬ plaar dat in zaklantaarns wordt gebruikt.

U b - 4,5 V

D

De door de batterij geleverde stroom is nu twee maal zo groot als de stroom die zou lopen als alleen het lampje óf alleen de weerstand zou zijn aangesloten.

Diode lampje La 3,5 V/0,2 A (verbruiker)

In de volgende schakeling (figuur 5) is in plaats van de weerstand een diode van het type 1N4001 in serie geschakeld met het lampje. 1N4001

Aan het lampje zien we duidelijk, dat stroom alleen in een gesloten kring vloeit: het gaat onmiddellijk uit als we de kring, waar dan ook, onderbreken. Welk effekt een weerstand heeft in een stroomkring, wordt in de schakeling van figuur 3 duidelijk zichtbaar. Een weerstand van 22 Q (maximaal vermogen 1 watt; verkrijgbaar in iedere elektronicazaak) wordt in serie geschakeld met het lampje, zodat alle stroom eerst door de weerstand en dan door het lamp¬ je gaat.

i. T

Ub

I - 4,5 V I

I

1N4001

l U b - 4.5 V '

O

Net als weerstanden hebben dioden twee aansluitdraden, maar daar houdt alle overeenkomst dan ook wel mee op. Of het lampje al dan niet brandt, hangt namelijk af van de richting, waarin de diode is aangesloten. In een diode is alleen eenrichtingverkeer mogelijk. Om dat te demon¬ streren zien we in figuur 6 een vergelijkbaar watermodel.

8

bescherming tegen verkeerd aansluiten van de batterij

0,6 ... 0,8 V

U„-4,5V

o

Het schemasymbool van een diode is een pijltje met een dwarsbalk. Als we er van uitgaan dat de stroom van plus naar min loopt (dat heet de "technische" stroomrichting) dan is de diode in pijlrichting doorlaatbaar. In figuur 5 kunnen we in plaats van de diode om te polen ook de batterijaansluitingen verwisselen. 1N4001

o

elektronische schakeling

Helaas heeft deze schakeling één nadeel: over de diode gaat nutteloos spanning verloren. Bij siliciumdioden zoals de 1N4001 is dat 0,6 tot 0,8 volt, afhankelijk van de stroom. Bij lage batterijspanningen is dat een relatief groot verlies aan vermogen. Bij spanningen die lager zijn dan 0,6 volt blijft de diode potdicht. Ook in het watermo¬ del van figuur 6 gaat de klep pas open als de druk van het water groter is dan de spanning van de veer. Deze zogenaamde "drempelspanning" is niet recht even¬ redig met de stroom. Bij weerstanden is er wel een lineair verband tussen spanning en stroom; daarop is de wet \/an Ohm gebaseerd, die we dus nu even moeten verge¬ ten. Bij een kleine stroom is de spanningsval over een diode 0,6 volt; vergroten we de stroom, dan stijgt de spanningsval naar 0,8 volt en wordt dan niet meer groter. Dit effekt kunnen we gebruiken om stabiele spanningen te verkrijgen.

1N4001

ow I

U b - 4.5 V

T lampje brandt

84718X-9 I

1

Het resultaat is hetzelfde: het lampje brandt alleen als de diode in doorlaatrichting aangesloten is. Daaruit volgt al een mogelijke toepassing van de diode: je kunt hem gebruiken als bescherming tegen het verkeerd-om aan¬ sluiten van de voedingsspanning. 8ij lampjes is dat natuurlijk niet nodig. De meeste IC's echter leggen onmiddellijk het loodje als de voedingsspanning verkeerd wordt aangelegd en dan is zo'n beveiliging wel degelijk op zijn plaats (figuur 8).

Dl ... D3= 1N4001

In figuur 9 staat over de drie in serie geschakelde dioden een konstante spanning van ongeveer 2,1 volt. De weerstand is daar nodig om de stroom door de dioden niet te groot te laten worden. Hoe dimensioneren we nu zo'n schakeling? Het spanningsverschil over de weerstand bedraagt 4,5 V — 2,1 V = 2,4 V. Willen we een stroom van 10 mA door de dioden, dan hebben we toch weer de wet van Ohm nodig: I

2.4 V 10 mA = 240 Q

De dichtstbijzijnde gangbare waarde is 220 Q en die kie¬ zen we dus. We hebben dan een mooie konstante span-

ning van 2,1 volt, tenminste, zolang we op die spanning geen stroomverbruiker aansluiten. Als we dat namelijk wel doen, wacht ons een teleurstelling: de spanning blijkt allesbehalve konstant. Laten we eens nagaan wat er gebeurd is.

10

U b - 4,5 V

84718X-9

8471BX-10

D1 ...D3 = 1N4001

De spanning over R is vrijwel niet veranderd, de stroom door R moet dus ongeveer konstant gebleven zijn. De verbruiker eist een gedeelte van die stroom op. Daaruit volgt, dat de stroom door de dioden nu aanmerkelijk klei¬ ner is. In de stroom-spanningskarakteristiek van figuur 11 zien we, dat juist bij kleine stromen de drempelspanning van de diode erg varieert.

We nemen dus de gestandaardiseerde waarde van 22 Q en gaan dan met behulp van een multimeter eens kijken, of de stabilisatie nu beter is. Dat blijkt inderdaad zo te zijn. We simuleren de verbruiker met behulp van een weerstand van 220 Q; het verschil tussen de belaste en de onbelaste voedingsspanning is nu minder dan 0,25 volt. Uiteraard is deze stabilisatieschakeling alleen geschikt voor kleine stroomverbruikers, omdat 90% van de door de stroombron geleverde energie in de weerstand en de dioden in warmte wordt omgezet. Bij het kiezen van het type dioden moeten we letten op de maximale stroom, die ze in doorlaatrichting kunnen verdragen. Voor de 1N4001 is dat 1 ampère; de kleinere 1N4148 zouden we in de boven beschreven schakeling niet kunnen toepassen, omdat die maximaal 75 mA mag voeren, leder type diode heeft ook zijn eigen maximale sperspanning. Die moet groter zijn dan de in de schake¬ ling gebruikte voedingsspanning. De 1N4001 verdraagt maximaal 50 volt, de 1N4148 kan in sperrichting met 75 volt belast worden. Overigens is in onze stabilisatie¬ schakeling de sperspanning niet belangrijk, omdat daar de dioden voortdurend "open" staan. Vrijwel altijd staat op de diode de aansluitrichting aange¬ geven: de kant waar de kathode zit (dat is de balk in het schemasymbool) is gekenmerkt door een opgedrukte ring. In twijfelgevallen kan de universeelmeter uitkomst bieden. Zet die op een weerstandsbereik en meet de diode door. Als de meter uitslaat, dan zit de rode meetpen aan de kathode.

11 diodestroom

1

1.6

^7

V

T

T T

0,8

Y_ / 42

0,4

0,6

0,8 diode¬ spanning 847T8X-11

Onze schakeling zou veel beter gefunktioneerd hebben, als we de diodestroom flink wat groter hadden gekozen: vanaf ongeveer 200 mA loopt de karakteristiek mooi steil omhoog. Met deze gegevens gaan we de zaak opnieuw doorrekenen. Gesteld dat de aangesloten schakeling 10 mA verbruikt, dan kiezen we voor de dioden een stroom van 100 mA. Een optimale waarde is dat eigenlijk nog niet, maar we willen een beetje energiebewust blij¬ ven. De weerstand moet nu 110 mA verwerken. De span¬ ning over de weerstand wordt iets kleiner, omdat de sperspanning van de dioden bij deze stroom wat hoger wordt, totaal ongeveer 2,3 volt. De waarde van R wordt dan: R R

_ 4,5 V - 2,3 V _ " 110 mA "

?0 n 2

1985 N.B. In verband met de komende feestdagen zijn onze kantoren van 24 december t/m 1 januari gesloten!