ELEX tijdschrift voor hobby-elektronica 1985-28 issue december

nr. 28 december 1985 f4,50 Bfrs. 90

#

tijdschrift voor hobby-elektronica

ai. \ * *

6*1

schaapjesteller

4> i

lichtorgel heavy-metalmachine * TAL

:

^'

*f v

Tm «fc . A m

^#lv^« li^»l.

V

\ mr

•wfr | y

3 e jaargang nr. 12 december 1985 ISSN 0167-7349

Internationaal hoofdredakteur/ chef ontwerp: K.S.M. Walraven Hoofdredakteur: P.E.L. Kersemakers Redaktie: J.F. van Rooij, P.H.M. Baggen, H.G.C. Lemmens, I. Gomboslass.)

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

Ontwerpafd./laboratorium: J. Barendrecht, G.H.K. Dam, K. Diedrich, A.P.A. Sevriens, J.P.M. Steeman, P.I.A.Theunissen

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

Vormgeving: C. Sinke

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 opgenomen schakelingen slechts voor partikuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van schakelingen geschiedt buiten de verantwoordelijkheid van de uitgeefster. De uitgeefster is niet verplicht ongevraagd ingezonden bijdragen, die zij niet voor publikatie aanvaardt, terug te zenden. Indien de uitgeefster een ingezonden bijdrage voor publikatie aanvaardt, is zij gerechtigd deze op haar kosten te (doen) bewerken; de uitgeefster is tevens gerechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haar andere uitgaven en aktiviteiten te gebruiken tegen de daarvoor bij de uitgeefster gebruikelijke vergoeding.

Redaktiesekretariaat: C.H. Smeets-Schiessl, G.W.P. Wijnen

Grafische produktie: N. Bosems, L.M. Martin, J.M.A. Peters Abonnementen: Y.S.J. Lamerichs jaarabonnement Nederland België buitenland f 4 5 , - Bfrs. 900 r" 61,50 Studie-abonnement f 36,— (Bfrs. 720) Een abonnement kan op ieder gewenst tijdstip ingaan en loopt automatisch door, tenzij het 2 maanden voor de vervaldatum schriftelijk is opgezegd. De snelste en goedkoopste manier om een nieuw abonnement op te geven is die via de antwoordkaart in dit blad. Reeds verschenen nummers op aanvraag leverbaar (huidige losse nummerprijs geldt). Adreswijzigingen: s.v.p. minstens 3 weken van tevoren opgeven met vermelding van het oude en het nieuwe adres en abonnee-nummer. Marketing: D.K. Grimm

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

Commerciële zaken: H.J. Ulenberg

© Uitgeversmaatschappij Elektuur B.V.-1985 Printed in the Netherlands

Advertenties: E.A. Hengelmolen (hoofd adv. exploitatie), W.H.J. Peeters Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag.

Druk: NDB, Zoeterwoude

uit de inhoud: Zoals de foto al doet vermoeden, gaan we hier eens wat dieper in op het thema "elektronische muziek". Dit houdt niet in, dat we een komplete bouwbeschrijving van een synthesizer behandelen. Een dergelijk projekt " p a s t " gewoonweg niet in Elex. Waar we het wèl over hebben is over de verschillende systemen en over het gebruik van computers in de muziek: veelzijdigheid is troef! elektronische muziek

blz. 12-11

Waarschijnlijk hebben vele lezers hierop gewacht: het Elex-lichtorgel! Een heerlijk simpel apparaat, dat echter stukken betere lichteffekten geeft dan de meeste andere minimum-opzet lichtorgels. In dit deel behandelen we de één-kanaals-versie en volgende maand de drie-kanaalsuitbreiding. luxe-lichtorgel 1 blz. 12-16 Schaapjes tellen is een populaire bezigheid wanneer men de slaap niet kan vatten. Na het passeren van de zoveelste viervoeter vallen de ogen dicht en wordt men hopelijk niet meer wakker voor het aanbreken van de morgenstond. Gelukkig valt deze teller tijdens het telkarwei niet in slaap. Tenzij de spanning uitvalt. . . universele teller blz. 12-22

volgende maand: fototronica '86 fotowedstrijd met prachtige prijzen ledereen die het onderwerp elektronica op een interessante, boeiende, originele, indrukwekkende of kunstzinnige manier fotografisch in kleur weet vast te leggen, kan meedingen naar één van de prachtige prijzen die wij voor deze wedstrijd in de pot hebben gestopt. Alles hierover in het komende januari-nummer!

Elextra

12-04

komponenten

12-52

informatie, praktische tips

zelfbouwprojekten luxe-lichtorgel 1 Hoe luxe toch eenvoudig kan zijn.

12-16

universele teller Een elektronische geheugensteun bij elk telkarwei.

12-22

klapschakelaar Een schakeling die een applaus weet te waarderen...

12-26

heavy-metal-machine Wekt geluiden op met een "metalen" klank.

12-30

roek-interface Een gitaarvervormer met een "zacht" karakter.

12-37

elektronische muziek . . .waar de computer (alweer) de bryentoon speelt.

12-11

'n tip Een bougie-verloophuls anders gebruikt.

12-43

nieuwe produkten boekenmarkt

kortegolfontvanger deel 2 12-40 Deze maand komt de hoofdmoot aan bod: mixer, MF-trap en demodulator. noodverlichting 12-44 Lichtpuntje in de duisternis bij plotselinge netspanningsuitval. 555-sirene Een veelzijdig IC dat gebruikt wordt als "FBI-sirene".

12-47

bij de voorpagina, Bij de omslagillustratie van deze maand werd onze tekenaar geïnspireerd door het binnenwerk van een elektronische piano. Weliswaar een fraai beeld maar de kenners onder ons zullen de elektronica-opzet ietwat ouderwets vinden. "Te veel weerstanden en kondensatoren" zullen zij menen, "het gaat nu toch ook met een paar computer-IC's?". Inderdaad, de huidige muziek gaat steeds meer de software-kant op. Of het ook beter klinkt. . 1 In dit nummer zijn volop geluidsproducenten te vinden: "heavy-metal-machine", "555-sirene" en "roek-interface". De linksboven afgebeelde teller-eenheid is een van de weinige "geluidloze" schakelingen!

12-19, 12-46 12-49

grondbeginselen hoe zit dat? Over elektrische energie.

12-10

middenfrekwentie Wat er gaande is in een superhet-ontvanger.

12-20

passieve mixer Zó werkt een schakelmixer.

12-34

kursus ontwerpen deel 14 Over oscillatoren.

12-50

Over het lezen van Elex, het bouwen 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 mogelijk. 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 betere elektronica-onderdelenhandelaar.

Hoeveel ohm en hoeveel farad? Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels: p = (pico ) = 10 ' 2 = een miljoenste van een miljoenste n = (nano) = 10~9 = een miljardste H = (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 MQ = 6 800 000 Ö 0Q33 = 0,33 Q Kondensatoren: 4p7 = 4,7 pF = 0,000 000 000 0047 F 5n6 = 5,6 n F = 0,000 000 0056 F 4^7 = 4,7 uF = 0,000 0047 F

S -

f?

De voorvoegsels worden overigens óók gebruikt voor de afkorting van andere soorten hoeveelheden. Een frekwentie van 10,7 MHz wil zeggen: 10 700 000 Hz, dus 10 700 000 trillingen per sekonde.

-

Postbus l 1 •5190 IC

Beric ( I )

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

Schema's Symbolen In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de gebruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN.NEN). De schema's worden namelijk in vele landen gepubliceerd. Logische poorten zijn op z'n Amerikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en DIN gebruikelijke tekens " 4 " , " * 1 " , " 1 " of " = 1 " genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar en blijft de aansluiting op de in het elektronica-onderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd. Voor een overzicht van symbolen: zie het artikel Komponenten, achterin dit nummer.

Maat 1: 4 cm x 10 cm Maat 2: 8 cm x 10 cm Maat 4: 16 cm x 10 cm (Europa-formaat) Bij iedere bouwbeschrijving hoort een plattegrond (komponentenopstelling), aan de hand waarvan de onderdelen op de print worden geplaatst en aansluitingen en eventuele resterende doorverbindingen worden gerealiseerd. Een plattegrond geeft de opgebouwde schakeling in bovenaanzicht weer. 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 doorgaans uitsluitend standaardonderdelen, die goed verkrijgbaar zijn. En bovendien betrekkelijk goedkoop! Ga daarom niet bezuinigen op de aanschaf door het kopen van grote partijen onderdelen (bijvoorbeeld weerstanden per kilo of "anonieme", ongestempelde transistoren). Goedkoop is vaak duurkoop! Tenzij anders aangegeven worden %-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, samengesteld 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 bevestigingsgaten stekende aansluitdraden. Zet de soldeerbout aan en maak de punt schoon met een vochtig doekje of sponsje. 4. Verhit de beide metalen delen die aan elkaar gesoldeerd moeten worden, bijvoorbeeld een koperbaan en een aansluitdraad, met de soldeerbout. Voeg vervolgens soldeertin toe. Het tin moet vloeien, zich dus verspreiden over het gebied waar de te solderen delen elkaar raken. Haal 1 a 2 sekonden later de bout weg. Tijdens het afkoelen van de soldeerverbinding mogen de twee delen niet ten opzichte van elkaar bewegen. Anders opnieuw verhitten. 5. Een goede soldeerlas ziet er uit als een bergje met een rondom holle helling. 6. Kopersporen en onderdelen, met name halfgeleiders, mogen niet te warm worden. Zorg desnoods voor extra koeling door de te solderen aansluitdraad met een pincet vast te houden. 7. Knip uit de soldeerlas stekende aansluitdraden af met een scherpe zijkniptang. Pas op voor rondvliegende stukjes draad! 8. Zet de soldeerbout uit na het solderen en tijdens onderbrekingen die langer dan een kwartier duren. 9. Moet er soldeertin worden verwijderd? Maak dan gebruik van zg. zuiglitze. Verhit het te verwijderen tin met de soldeerbout. Houd het uiteinde van de litze bij het tin. De litze "zuigt" het tin nu op.

10. Oefening baart kunst. Weerstanden of stukjes draad zijn zeer geschikt als oefenmateriaal.

Foutzoeken Doet de schakeling het niet meteen? Geen paniek! Nagenoeg alle fouten zijn snel op te sporen bij een systematisch onderzoek. Kontroleer allereerst de opgebouwde schakeling: — Zitten de juiste onderdelen op de juiste plaats? Kijk of de onderdelenwaarden en typenummers kloppen. — Zitten de onderdelen niet verkeerd om? Zijn de voedingsspanningsaansluitingen niet verwisseld? — Zijn de aansluitingen van halfgeleiders korrekt? Heeft u de onderdelenplattegrond misschien opgevat als het 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 zodanig dat er bij een gesloten kast geen aanraakgevaar bestaat. Alle van buiten bereikbare metalen delen 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 bevestigd. (Alléén een soldeerverbinding is onvoldoende!). * De aarddraad moet langer zijn dan de twee andere draden. Bij onverhoopt lostrekken van de netkabel blijft de aardverbinding dan het langst gehandhaafd. * Houd ongeïsoleerde netspanningsvoerende draden of soldeerpunten minstens 3 mm van andere draden of soldeerpunten verwijderd. * Verwijder de netsteker uit het stopkontakt vóór het verrichten van werkzaamheden aan het apparaat. Uitschakelen alleen is niet voldoende! * Kontroleer de drie netspanningsaansluitingen op onderbrekingen en onderlinge kortsluitingen. * Bevestig bij het meten aan netspanningsvoerende delen van een schakeling éérst de meetsnoeren met behulp van geïsoleerde meetklemmen; steek daarna pas de steker in het stopkontakt. * Zorg er bij het meten aan het laagspanningsgedeelte van een schakeling voor dat de netspanningsvoerende delen geïsoleerd zijn.

JmM^MkJisJdh^. Vroeger — we spreken dan van tijden rond 1879 — was het een hele sensatie toen Thomas Alva Edison voor het eerst door middel van een elektrische stroom een kooldraadje in vacuüm deed gloeien: de geboorte van de gloeilamp. Sindsdien heeft de ontwikkeling niet stilgestaan. Nu maken we ons al helemaal niet meer druk om het inschakelen van een doodgewone gloeilamp. Maar wist u bijvoorbeeld, dat een gloeilamp juist dan een forse hoeveelheid energie verbruikt? Dit hangt samen met de elektrische eigenschappen van het wolframdraadje. In koude toestand is de weerstand lager dan in gloeiende toestand. Men spreekt dan van een "positieve temperatuurkoëfficiënt" of PTC. "Positief" betekent dat de weerstandswaarde groter wordt als de temperatuur stijgt. Laten we eens rekenen aan een 100-Wgloeilamp.

koud

inschakeltijdstip

85799X

Wanneer we met een universeelmeter de koude weerstand meten, vinden we een waarde van ca. 40 Q. De stroom bedraagt dan:

220 V 40 Q

5,5 A

Volt maal ampère geeft watt; het vermogen wordt dan: 5,5 A • 220 V = 1210 W oftewel 1,2 kilowatt. Ten opzichte van de nominale 100 watt ligt het inschakelvermogen een flink stuk

hoger. Gelukkig daalt dit vermogen snel na het inschakelmoment. De gloeidraad warmt immers op en vermindert de stroom, en daarmee ook het vermogen. Eigenlijk kunnen we beter rekenen met de grootheid energie in plaats van het vermogen. Bij energie nemen we ook nog de tijdsduur mee, dat een bepaald vermogen wordt "verstookt". Het maakt immers heel wat uit of een lamp één sekonde brandt of één uur! Om de hoeveelheid energie te berekenen, moeten we het verbruikte vermogen vermenigvuldigen met de tijd dat dit vermogen afgenomen wordt. Op deze manier kunnen we een schatting maken van de energie die de 100-W-lamp bij het inschakelen verbruikt. Stel dat de gloeidraad binnen één sekonde op temperatuur is. Het energieverbruik is dan: 1,2 kW • 1 s = 1,2 kWs Kilowatt-sekonden is een weinig gangbare eenheid. We zijn meer bekend met de eenheid "kilowatt-uur": kijk maar eens in de meterkast. De elektriciteitsmeter geeft het verbruik aan in kilowatt-uur. Daar er 3600 sekonden in een uur gaan, moeten we het aantal kilowatt-sekonden delen door 3600 om uit te komen op kilowatt-uur. Onze lamp neemt dus bij het inschakelen 1,2/3600 kilowatt-uur (kWh) op, oftewel één-drieduizendste! Dit is niet eens af te lezen op de kilowatt-uurmeter! Bij het inschakelen neemt de lamp twaalf maal zoveel energie op als in brandende toestand. Omdat dit maar één sekonde duurt, kunnen we de inschakelenergie vergelijken met 12 sekonden brand-energie. Kniesoren die toch nog durven te beweren dat dit teveel is, moeten de verlichting dus 12 sekonden eerder uitschakelen!

1 is? Eli

ps^pjBjjgMapg

:

,. *

r

*"* * ï ";';: S'3 !}

; ,,,.-, a

H o" *." * - ° ° Ö o "© . , O • 9 '» ' a

i * .

f-JfW*-*

r»tfH-
;,,,:„ ,«)li„,.,!i,, .,,„,„

r

I i

^

... q o v ;

. ; "

*J<*

••••••«

fcSt*^

J U t f j r it ###;

elektronische muziek De eerste elektronische orgels waren echte buizenpakhuizen, en ook in de latere transistorversies was aan halfgeleiders geen gebrek. Dit was een gevolg van het feit dat voor elke toon een afzonderlijke schakeling nodig was. Zelfs bij een vrij geringe klavieromvang van vier oktaven waren (omdat een oktaaf twaalf tonen bevat) reeds 48 trappen nodig. De opzet van een dergelijk orgel, die overigens ook vandaag nog veel wordt toegepast, is als volgt. De twaalf trappen van het hoogste oktaaf zijn oscillatoren. Deze zogeheten "hoofdoscillatoren" moeten bijzonder frekwentie-stabiel zijn, omdat het menselijk gehoor zeer gevoelig is voor afwijkingen ten aanzien van de juiste toonhoogte. De tonen van de lagere oktaven worden afgeleid uit de frekwenties van de hoofdoscillatoren met behulp van twaalf delerketens. Immers, als we een bepaalde frekwentie delen door twee, verkrijgen we aan de uitgang van de frekwentiedeler eeh toon die een oktaaf lager ligt. Deze methode maakt het stemmen van het orgel nogal

eenvoudig: als het bovenste oktaaf goed gestemd is, zal ook de rest van het orgel op stemming zijn. Onder de toetsen bevinden zich kontakten die er voor zorgen dat bij het indrukken van een toets de bijbehorende toon op een gemeenschappelijke geleider (de "verzamelrail") terecht komt. Nadat het signaal de ver-

2

m

Foto 1. Deze reusachtige synthesizer uit de jaren 70 is een waar hoogaltaar van de elektronische muziek. In plaats van patchcords zijn voor de verbindingen kleine stekerpaneeltjes toegepast. Foto 2. De Formant, een geliefde synthesizer voor zelfbouw. De afzonderlijke modules (die de bespeler van te voren moet verbinden en instellen) zijn duidelijk te herkennen.

sterker gepasseerd is, kan het worden weergegeven. Bij de meer recente instrumenten mag dan wat betreft dit koncept weinig veranderd zijn, maar dankzij de IC-techniek kan met veel minder komponenten worden volstaan. Drie of vier IC's zijn al voldoende voor een eenvoudig instrument.

De modulaire synthesizer Intussen deden zich op het gebied van de elektronische muziekinstrumenten nieuwe ontwikkelingen voor. De Amerikaan Robert Moog bouwde een instrument dat uit afzonderlijke modules bestond, die naar believen gekombineerd konden worden. Het apparaat, de synthesizer, werd bespeeld via een toetsenbord. Het hart van een synthesizer is een spanningsgestuurde oscillator (= voltage controlled oscillator, afgekort: VCO). De toetsenbord-elektronica levert bij het indrukken van een bepaalde toets een stuurspanning die aan de VCO wordt toegevoerd. De waarde van de stuurspanning bepaalt welke toonhoogte de VCO zal

Figuur 1. In het traditionele elektronische orgel is voor elke toon (minstens) een afzonderlijke schakeling nodig. Voor het hoogste oktaaf zijn dat oscillatoren, en voor de lagere oktaven delertrappen (c.q. gesynchroniseerde oscillatoren).

ofcillator

, * "

Foto 3. De algoritmesynthesizer DX-5 heeft 16 stemmen waarvoor telkens 2 x 6 operators beschikbaar zijn; het is dus een "verdubbelde versie" van de DX-7.

toetskontakten

deler 2:1 G3

deler 2:1

opwekken. Met behulp van een spanningsgestuurde versterker (VCA) kan men aan de sterkte van de opgewekte toon een bepaald verloop geven. Dit wordt bereikt door de VCA te sturen met een spanningsvorm die men de "omhullende kromme" noemt. Deze kromme wordt opgewekt door de ADSRmodule. Nadat een toets is ingedrukt, produceert deze module een uitgangsspanning die aanvankelijk snel stijgt (Attack) en vervolgens weer snel daalt (Decay) tot een gemiddelde waarde. Deze waarde blijft nog enige tijd behouden (Sustain) totdat de bespeler de toets weer loslaat. Tenslotte zal de spanning dan weer dalen tot nul (Release). Alle fasen van de ADSR-kurve zijn (wat betreft de duur en de intensiteit) instelbaar. Omdat de amplitude van het signaal op de VCA-uitgang de ADSR-kurve volgt, kan door de kombinatie van VCA en ADSR het aanslaan, doorklinken en uitsterven van bestaande instrumentale klanken worden nagebootst (bijvoorbeeld piano). Verder vindt men op elke synthesizer een VCF-module; dit is een spanningsgestuurd filter. Omdat ook dit filter door de ADSR-module wordt gestuurd, kan niet alleen de

sterkte, maar ook de klankkleur van de aangeslagen toon tijdens het uitklinken veranderen. Voordat men begint te spelen moeten de modules, die geheel zelfstandig zijn uitgevoerd, met elkaar worden verbonden; de kabels die hier voor nodig zijn, noemt men "patchcords". Omdat alle modules spanningsgestuurd zijn, bestaan er vele kombinatiemogelijkheden. Wie dat leuk vindt kan bijvoorbeeld ook de oscillator door de ADSR-module laten sturen of de VCF moduleren met een tweede (meestal langzame) VCO; er kunnen dus ook meerdere exemplaren van een bepaalde module-soort worden toegepast. Kortom, met een synthesizer kunnen talloze klanken worden opgewekt. Anders dan bij het elektronische orgel, dat hoofdzakelijk bedoeld was voor het nabootsen van het pijporgel en andere bestaande instrumenten, kunnen met de synthesizer ook klanken worden opgewekt die nog nooit eerder gehoord zijn. Maar helaas heeft de synthesizer, net als alle andere instrumenten, zijn beperkingen. Zo heeft het bij een synthesizer volgens het modulaire systeem geen zin meerdere toetsen tegelijk in

trigger

te drukken, want in tegenstelling tot het orgel of de piano kan dit apparaat maar één toon tegelijk voortbrengen. Anders gezegd: het instrument is niet polyfoon maar monotoon.

De polyfone synthesizer Door de opkomst van de microprocessortechniek kon het probleem van de "eentonigheid" worden opgelost. Door het toetsenbord te verbinden met een microprocessor kunnen vier tot tien synthesizers tegelijk worden gestuurd. Zodra een toets wordt ingedrukt schakelt de processor een synthesizer in die op dat moment vrij is. Op deze wijze wordt het mogelijk vier tot tien toetsen tegelijk te bespelen. Bij deze polyfone synthesizers moet men helaas in vele gevallen de modulaire struktuur prijsgeven; anders zou de konstruktie te gekompliceerd en de bediening zeer onoverzichtelijk worden. Daarom voegen de konstrukteurs de eenheden samen in bepaalde standaard-kombinaties die voor vele muzikale doeleinden geschikt zijn, bijvoorbeeld VCO-VCF-VCA met ADSR; de instellingen van de

modules worden bij elk van de synthesizers gelijktijdig via de computer gestuurd. De polyfonie wordt dus verkregen ten koste van de veelzijdigheid in de klankvorming. Op het moment zijn vele instrumenten verkrijgbaar die volgens dit principe zijn opgebouwd. Meestal is dan niet alleen de sturing maar ook de klankvorming (bijvoorbeeld de VCO's) gerealiseerd met behulp van digitale techniek.

De algoritmesynthesizer De meest recente ontwikkelingen gaan weer in de richting van verhoogde flexibiliteit. De keyboards uit de Yamaha-DX-serie werken volgens het zogeheten algoritme-principe. Ook bij deze apparaten worden weer meerdere synthesizers tegelijkertijd gestuurd (bijvoorbeeld 16 stuks bij de DX-7). Deze bestaan elk uit zes "operators". Een operator (de basisbouwsteen van een algoritme-synthesizer) bestaat uit een VCO en een VCA, die beide met een ADSR-kurve kunnen worden gestuurd. Al naar gelang de klank die men wenst worden de operators op een bepaalde manier gekombi-

-M

spanning (1 V/okt.l

Figuur 2. Een modulaire synthesizer. De musicus kan zelf kiezen hoe hij de modules w i l kombineren.

rr

rr n

Figuur 3. De polyfone synthesizer bestaat uit meerdere synthesizer-eenheden. Deze kunnen echter niet naar keuze worden verbonden. Analoge bouwstenen worden tegenw o o r d i g niet meer toegepast, alles w e r k t digitaal en computergestuurd. Figuur 4. Een eenvoudig voorbeeld van frekwentiemodulatie: de oscillator van operator 1 stuurt de frekwentie van de oscillator van operator 2. Aan de uitgang ontstaan dan totaal nieuwe klanken.

ti

neerd. Als de operators "parallel" worden geschakeld, wekt het instrument gelijktijdig meerdere sinustonen op, bijvoorbeeld een grondtoon en een aantal harmonischen daarvan. Maar nog interessanter is het de operators als een keten achter elkaar te schakelen. Dan moduleert het uitgangssignaal van elke operator de frekwentie van de volgende. Daarbij ontstaat een toon waarvan de frekwentie gelijk is aan het frekwentie-verschil tussen de beide VCO's; het boventonenspektrum wordt bepaald door de intensiteit van de modulatie. Omdat de uitgangsspanning van de modulerende operator een bepaald verloop heeft, dat bepaald wordt door de ADSR-kurve waarmee de VCA van die operator wordt gestuurd, zal diezelfde ADSR-kurve er ook voor zorgen dat de klankkleur van de aangeslagen toon tijdens het uitklinken verandert. Nog komplexere geluiden ontstaan wanneer drie operators in serie worden geschakeld: de modulator kan dan zelf worden gemoduleerd. Binnen het bestek van dit artikel is het helaas onbegonnen werk alle mogelijkheden van de algoritme-synthesizer te beschrijven: verschillende operator-kombinaties, wijziging in de verhouding tussen de VCO-frekwenties of in de ADSR-kurves, beïnvloeding van de ADSRkurves en de VCO-waarden

f r e k w e n t i e gemoduleerd uitgangssignaal

1—

""1

* operator

operator

4

1

1

Q^J andere stammen

Figuur 5. Een algoritme is de kombinatie waarin de operators van een algoritmesynthesizer met elkaar verbonden zijn; hieraan ontleent het instrument dus zijn naam. Deze synthesizers beschikken over een hele reeks van algoritmes (DX-7: 32). Ook terugkoppeling, (zoals bij operator 4 in de figuur) behoort tot de mogelijkheden. Het aantal operator-groepen bepaalt het aantal toetsen dat tegelijk kan worden ingedrukt. De algoritmen en de operator-groepen zijn echter niet gerealiseerd in de vorm van schakelingen; ze bestaan uitsluitend als onderdelen van het computerprogramma dat zich in het geheugen van de synthesizer bevindt. Figuur 6. Sampling. De golfvormen worden niet als een kontinu verschijnsel geregistreerd, maar als een snelle reeks van afzonderlijke meetwaarden. Deze waarden kunnen digitaal worden verwerkt en als dat gebeurd is, kunnen ze weer met behulp van een digitaal-naar-analoog omzetter tot geluid worden omgevormd.

\

B. 85798X-6

via het toetsenbord — de musicus die alles uit een dergelijk instrument wil halen zal zich flink moeten inwerken. Ook het programmeren is even wennen. Omdat de bediening van alle operators via schakelaars en knoppen een gigantische frontplaat zou vereisen, wordt ook hiervoor de computer ingezet. De bespeler geeft met een druk op de knop te kennen welke eigenschap hij wil veranderen, en vervolgens kunnen de benodigde gegevens in de vorm van getallen worden ingevoerd. Overigens zijn de operators niet gerealiseerd in de vorm van "echte" schakelingen. In de DX-7, met zijn 16 stemmen a 6 operators elk, zouden zich dan 96 VCO's, VCA's en ADSR-generatoren moeten bevinden. In plaats daarvan simuleert een snelle computer hoe al deze scha-

kelingen zich zouden gedragen als ze in konkrete vorm bestonden. Per sekonde produceert deze computer een reeks van 32000 spanningswaarden. Met behulp van een filter worden deze spanningen omgezet in een analoog signaal en dat is dan het uitgangssignaal dat de synthesizer aan de versterker levert. Deze omzetting is enigszins te vergelijken met de traagheid van het menselijk oog, die er voor zorgt dat we bij het bekijken van een film geen afzonderlijke beeldjes zien maar een kontinue beweging. Er bestaan ook synthesizers die volgens het omgekeerde principe werken: de sampling-synthesizers. We kunnen bijvoorbeeld de golfvorm van een opgenomen geluid (zoals een pianotoon) door een computer laten analyseren; het resultaat hiervan is een beschrijving

van het geluid in de vorm van een reeks getallen. Om dit zogeheten "sampling"proces (bemonstering) goed te laten verlopen moet het aantal metingen per sekonde ongeveer het dubbele bedragen van de hoogste frekwentie die we nog kunnen horen (16000 Hz); zo verkrijgen we per sekonde 2 x 16000 = 32000 meetwaarden, en deze worden opgeslagen in een geheugen. Als we nu een toets indrukken worden deze gegevens weer opgeroepen, omgezet in spanningsimpulsen en via een afvlakfilter naar de uitgang gevoerd; we horen dan weer het oorspronkelijke geluid. Het bijzondere is echter dat de computer in staat is de enkele toon die we hem als "voorbeeld" hebben gegeven, om te rekenen naar elke gewenste toonhoogte. Met behulp van het toetsen-

bord kunnen we dat geluid dus in elke gewenste ligging, van hoog tot laag, ten gehore brengen, maar dan wel met behoud van de oorspronkelijke klankkleureigenschappen. Theoretisch kunnen we dus met een enkele hondeblaf de Negende van Beethoven spelen.

-IA

UI

luxe - lichtorgel 1 De zelfbouw van een primitief lichtorgel heeft tegenwoordig eigenlijk geen zin meer. Als we uitrekenen wat de onderdelen kosten, zal blijken dat een kant en klaar exemplaar even duur en soms zelfs goedkoper is. Bovendien zijn de resultaten meestal teleurstellend, omdat de lichteffekten die met een dergelijk apparaat bereikt worden nogal armetierig zijn. Wie dus een

lichtorgel zoekt waar men werkelijk iets aan heeft, moet al te simplistische oplossingen vermijden en omzien naar een wat uitgebreider ontwerp. Maar als die beslissing eenmaal gevallen is, kan de zelfbouw weer met succes worden ondernomen. Maar laten we eerst eens nagaan wat een lichtorgel eigenlijk is. Als we ons even beperken tot de eenvou-

-©

o-

Figuur 1. Het basisschema van een primitief lichtorgel: eenvoudig van opzet, maar voor praktisch gebruik niet aan te bevelen.

M

•0

o-

-0

Figuur 2. Omdat een eenvoudig lichtorgel de amplitudepieken van een muzieksignaal niet naar behoren kan verwerken, hebben onze ontwerpers een luxe-versie bedacht die met komplexe signalen geen moeite heeft.

digste vorm (eenkanalig), kunnen we de werking als volgt omschrijven: het lichtorgel verandert de lichtsterkte van een lamp, overeenkomstig de geluidssterkte van de muziek. Dit gebeurt door middel van een elektronische schakelaar die direkt door het muzieksignaal wordt gestuurd. De elektronische schakelaar heeft een bepaalde drempelwaarde. Als de amplitude (geluids-

sterkte) deze drempel overschrijdt, gaat de lamp aan en als de amplitude weer onder deze waarde daalt, gaat ze weer uit. Figuur 1 toont de gebruikelijke opzet van een goedkoop lichtorgel. De triac dient als elektronische schakelaar. De schakeldrempel wordt gevormd door de drempelspanning van de gate; de stuurstroom wordt pas doorgelaten als de spanning gro-

12 V / 1 0 0 m A

R5

-0~®-é-\

2k2

La2 <400

D2

S

H

226D' 150 n

'C4

Figuur 4. Deze optocoupler kan men zelf b o u w e n . Figuur 5. Fase-aansnijding. In dit voorbeeld vindt de ontsteking plaats op de helft van elke halve periode.

ter is dan 0,7 V. Met behulp van een kleine transformator (die de 220-V-lampsturing scheidt van de versterker) wordt het muzieksignaal van de luidsprekeruitgang afgenomen. De sekundaire wikkeling van de trafo is rechtstreeks verbonden met de gate van de triac. Eenvoudig, nietwaar? En het werkt ook nog. Maar anderzijds heeft een lichtorgel van dit type ernstige nadelen. De problemen beginnen al met de scheidingstrafo. Deze is weliswaar onmisbaar als bescherming voor de geluidsinstallatie en de gebruiker. Maar deze opstelling heeft wel tot gevolg dat de triac pas begint te schakelen als de versterker het nodige vermogen levert. Wanneer het muziekvermogen niet minimaal 1 W bedraagt, doet de

K ^

1 ^ BR100 ER900

3

100n 100V

Figuur 3. Het komplete schema van de eenkanaalsuitvoering. Iets ingewikkelder, maar kwalitatief veel beter dan w a t in figuur 1 getekend is.

" []"'

schakeling niets. Daarom is het bijvoorbeeld niet mogelijk een dergelijk lichtorgel te sturen met behulp van een kleine cassetterecorder. Bovendien is de primaire wikkeling van de scheidingstrafo bepaald laagohmig. Als men niet oppast en teveel vermogen in de trafo "perst" dan goed voor hem is, kan doorbranden het gevolg zijn. En als het tegenzit kan daarbij een kortsluiting optreden die in het voorbijgaan nog even de eindtrap van de versterker opblaast. Dat wordt een feestje met verrassingen. Een geheel ander punt is de gebrekkigheid van de lichteffekten, als gevolg van het zeer karakteristieke amplitudeverloop van muziek (zie figuur 2). Muziek bestaat namelijk uit een reeks relatief smalle pieken met een

basissignaal dat aanzienlijk lagere amplitudes heeft. Al naar gelang de uitsturing zal de lamp dus twee toestanden aannemen: zwakjes gloeiend of bijna voortdurend aan, zodat het ritme van de muziek nauwelijks zichtbaar wordt gemaakt. Ons luxe-lichtorgel heeft uiteraard geen van deze nadelen. Als we naar figuur 3 kijken, zien we dat de trafo vervangen is door een kombinatie van een lampje en een lichtgevoelige weerstand (LDR); te zamen vormen deze een optocoupler die men zelf kan bouwen volgens het model van figuur 4. Vanzelfsprekend geeft dit systeem een prima scheiding van het lichtnet. Een lichtorgelkanaal van dit type bestaat uit twee delen: een vermogensdeel en een laagfrekwent gedeelte. Van-

5 ontsteking

/

\ 10 ms

lampje 12 V • 50 m A

,\ W/////h<'

/ % \

\w 85S54X-5

• • • : . : • • • •

•

•

•

:

•

•

•

•

•

:

:

:

oïflH" ®-o

£)«S=II£|

Onderdelenlijst R1,R2 = 10 kQ R3 = 22 kQ R4 = LDR 03, LDR 05, LDR 07 (bij voorkeur ingegoten) R5 = 2,2 kQ/1 W R6 = 22 kQ/1 W P1 = 50 kQ C1 = 10 JJF/16 V C2

=

1 /JF/16 V

C3 C4 D1 D2 T1

= *= = = =

150 nF/400 V 100 nF/100 V 1N4148 diac ER900 of BR100 BC557B

wege de veiligheid worden de twee deelschakelingen elk op een eigen print gemonteerd: het LF-deel op een halve standaardprint van formaat 1 en het vermogensdeel (dat een netspanning voert) op een stukje experimenteerplaat dat voorzien is van een dubbele rij soldeerlippen ( 2 x 8 stuks). Het hart van het vermogensdeel is de triac die als elektronische schakelaar dienst doet. Om een triac in geleiding te brengen moet men op het juiste ogenblik aan de gate een korte stroompuls toevoeren. De triac blijft dan geleidend totdat de stroom die er door vloeit onder een bepaalde waarde daalt. Deze zogeheten "houdstroom" bedraagt meestal enige milliampères. Daarna spert de triac weer. Omdat de netspanning een wisselspanning is met een frekwentie van 50 Hz, wordt de stroom door de triac (en door de lamp) 100 maal per sekonde nul, zodat de triac telkens nadat hij is ontstoken weer automatisch zal sperren. Als we dus willen dat de lamp blijft branden, moeten we er voor zorgen dat 100 maal per sekonde aan de gate een stroompuls wordt toegevoerd.

T2 » BC547B Tril = triac TIC226D Diversen: La1 = lampje 12 V/50 mA F1 = zekering 2 A traag Zekeringhouder voor F1 1 Elex-standaardprint formaat 1 1 Experimenteerprint met 2 x 8 soldeerlippen Desgewenst: 1 potentiometer (10 kQ) voor de ingang 12-V netvoeding geschatte bouwkosten • (zonder voeding): ca. f 25,-

Figuur 6. Vanwege de elektrische veiligheid moet het vermogensdeel op een afzonderlijke print worden gemonteerd. Neem hiervoor een stuk experimenteerplaat met een dubbele rij soldeerlippen. Let er op dat de aansluitdraden van het lampje La1 op enige afstand van de overige leidingen komen te liggen. Figuur 7. Het LF-deel past op een halve standaardprint van formaat 1.

De lamp wordt bestuurd door middel van "faseaansnijding" (zie ook Elex nr. 10, juni 1984, pp. 20-21). Stel dat de triac wordt ontstoken kort voordat de netspanning een nuldoorgang bereikt. De triac zal dan slechts gedurende een klein deel van de periode-helft geleiden. De gemiddelde stroom door de lamp is in dat geval gering, zodat hij weinig licht geeft. Wordt de triac echter kort na het begin van een halve periode ontstoken, dan zal hij tot de volgende nuldoorgang in die toestand blijven, zodat de lamp bijna met volle sterkte brandt. Alle tussenstanden zijn ook mogelijk, en de lamp zal dan telkens met een andere lichtsterkte branden. Figuur 5 toont hoe het spanningsverloop over de lamp er uit ziet als de triac telkens op de helft van elke halve periode wordt ingeschakeld. In dat geval is de lamp gedimd tot de helft van zijn maximale vermogen. In het vermogensdeel van onze schakeling is het moment waarop de triac wordt gestuurd afhankelijk van de weerstandswaarde van de LDR (zie figuur 3). Stel dat La1 gedoofd is,

zodat de LDR geen licht ontvangt. De donkerweerstand van een LDR bedraagt minstens een paar honderd kilo-ohm. Die waarde is zo hoog dat de laadstroom door C4, welke via R5 en R6 wordt aangevoerd, niet door de LDR wordt afgevoerd, maar snel en volledig door C4 wordt opgenomen. Als C4 tot de (schakel-)waarde van 30 V is opgeladen, gaat D2 geleiden. D2 is een "diac", een zogenaamde vierlagendiode. Deze halfgeleider, die uit vier lagen bestaat, werkt als volgt. Bij spanningen die lager zijn dan 30 V is de weerstand van de diac zo hoog dat er vrijwel geen stroom naar de gate van de triac kan vloeien. Maar zodra de spanning over C4 (die ook over de diac staat) de drempel van 30 V overschrijdt, zal de diac plotseling gaan geleiden; daardoor vloeit alle energie die tot dan toe in C4 was opgeslagen in de vorm van een stroomstoot naar de gate van de triac. Het gevolg is dat de triac geleidend wordt; maar omdat C4 nu zijn lading kwijt is, zal direkt nadat de ontsteking heeft plaatsgevonden de weerstand van de diac weer een

hoge waarde aannemen. Laten we nu eens aannemen dat het lampje van de optocoupler gaat branden, zodat de LDR laagohmig wordt, bijvoorbeeld 10 kQ. In dat geval zal het even duren voordat C4 tot 30 V is opgeladen, want die waarde wordt pas bereikt wanneer de netspanning gestegen is tot 120 V. Wie nu nog even denkt aan figuur 5 zal begrijpen dat de triac nu iets later gaat geleiden. Op deze wijze wordt bereikt dat de helderheid van La2 verandert als de LDR een andere weerstandswaarde krijgt: bij lage weerstand weinig licht, en bij hoge weerstand veel licht. Maar omdat de weerstand van de LDR daalt als La1 meer licht gaat geven, is de helderheid van La1 omgekeerd evenredig met de helderheid van La2. Als La1 fel gaat branden, zal La2 gaan doven, en omgekeerd. Nu het LF-deel. De helderheid van La1 is omgekeerd evenredig met de sterkte van het muzieksignaal dat op de ingang van de schakeling wordt aangeboden. Nadat het muzieksignaal

door C1 ontdaan is van gelijkspanningsresten, bereikt het de kathode van D1. D1 laat alleen de negatieve pieken door; de positieve hebben we voor deze toepassing niet nodig. Omdat de basis van T1 via D1 een negatief signaal ontvangt, wordt hij in de richting van de voedingsnul getrokken. Hierdoor daalt de emitterspanning van T1, wat tot gevolg heeft dat C2 wordt opgeladen. De basisspanning van T2 zal eveneens dalen, zodat de stroom door deze NPNtransistor wordt afgeknepen. De lichtsterkte van het lampje La1 zal nu verminderen. En zoals we weten gaat La2 dan (evenredig met de signaalsterkte) meer licht geven. C2 is het "geheugen" van de schakeling. Hij zorgt er voor dat de impulsvormige signaalpieken iets worden verlengd. Dat is nodig omdat het gewenste effekt (ondersteuning van het ritme door middel van lichtflitsen) zonder impulsverlenging niet bereikt wordt. De mate van impulsverlenging kan naar eigen smaak worden bijgeregeld.

Een kleinere waarde voor R3 geeft kortere impulsen en bij een grotere waarde worden de impulsen langer. Wat betreft de bouw en de afregeling kunnen we met een korte toelichting volstaan. De zelfgebouwde optocoupler moet natuurlijk enigszins lichtdicht zijn. Men kan het lampje en de LDR bijvoorbeeld tegen elkaar lijmen en het geheel vervolgens omwikkelen met zwart linnenkleefband; maar ook kan een buisje van kunststof, bijvoorbeeld de huls van een afgedankte DIN-plug, als behuizing dienen. Het lampje mag maximaal 100 mA opnemen, anders raakt T2 overbelast en wordt de LDR te heet. Nadat de beide printen zijn gemonteerd en grondig gekontroleerd (220 VI!!) kan het LF-deel worden aangesloten op een voedingsspanning van 12 V. Vervolgens verbindt men de vermogensprint met de lamp La2 en met het lichtnet. P1 wordt nu zo ingesteld dat zonder muzieksignaal de lamp La2 net niet brandt. De gevoeligheid van het lichtorgel is dan maximaal,

zodat ook met een kleine ingangsspanning (van iets meer dan 1 V) een goede werking wordt verkregen. Wie de schakeling direkt als eenkanalig lichtorgel wil gaan gebruiken, moet nog een extern te monteren potentiometer toevoegen waarmee het ingangsnivo geregeld kan worden (zie figuur 3: P = 10 kQ). De uitgang van de schakeling is berekend voor 400 Watt. Per kanaal mogen dus maximaal 4 Comptalux-reflektorlampen van 100 W worden aangesloten. In het volgende nummer van Elex wordt een driekanalen versie van dit lichtorgel gepubliceerd. Deze zal bestaan uit drie units van het in dit nummer beschreven type en een uitgekiend scheidingsfilter, dat er voor zorgt dat elk van de drie kanalen een eigen frekwentieband krijgt toegewezen. Intussen kunnen de liefhebbers zich alvast bezig houden met het bouwen en testen van drie één-kanaals exemplaren. De volgende maand hoeft dan alleen nog het scheidingsfilter te worden toegevoegd.

digitale duimstok De elektronika maakt ook furore op terreinen waüV je dat helemaal niet zo zou verwachten. Dit nieuwtje van de firma Gedore-Eslon is daar het beste bewijs van. Een digitaal afleesbare rolbandmaat! Het meetlint is 5 meter lang. De gemeten afstand is digitaal afleesbaar tot 0,5 mm nauwkeurig. Het apparaatje kan 8 afzonderlijke maten in het geheugen opslaan. Het kan oppervlakte en inhoud berekenen en vervolgens digitaal weergeven. Er kan worden gemeten en gerekend in feet/inches, in inches en in milimeters. In het geheugen kan een minimum- en maximum-maat ingevoerd worden. De rolbandmaat geeft dan aan of de gemeten waarde de tolerantie overschrijdt. Ook is het mogelijk binnenmaten af te lezen inklusief de breedte van het huis van de rolbandmaat. Het apparaatje heeft een willekeurige nulinstelling. Vanaf dat punt telt het bij of trekt het af. Een uitklapbaar kunststof hulpstukje maakt het mogelijk nog exakter te meten en maten te nemen in moeilijk bereikbare ruimtes. Deze digitaal afleesbare rolbandmaat is verkrijgbaar bij de gereedschap-vakhandel.

1

WNWSWSP

.

„

—

—

-.-

..

. .

—

'-,

~oI

•

Voor meer informatie kunt u zich wenden tot de importeur: Technag, Leiderdorp, Telefoon 071-4133 41.

m iddenfrekwentie De kwaliteit van een ontvanger wordt in zeer sterke mate bepaald door de eigenschappen van de MFtrap, die het ontvangen signaal versterkt en filtert. Een flinke versterking is nodig omdat de spanning van het antennesignaal maar een paar /A/ bedraagt. Filteren moet, omdat er van de vaak dicht op elkaar gedrongen zenders maar één hoorbaar mag worden. De ontvangstfrekwentie zelf uit-

filteren is onbegonnen werk: je zou daarvoor een regelbaar filter moeten hebben met konstante eigenschappen over een groot frekwentiegebied; voor de korte golf bijvoorbeeld van 2 tot 30 MHz. Dat is een vrijwel onmogelijke opgave. Het is veel eenvoudiger een filter te ontwerpen dat optimaal werkt voor één bepaalde frekwentie. Daarom wordt in de mengtrap het gewenste signaal omgezet in de mid-

denfrekwentie. Nu zouden alle problemen zijn opgelost, als de mixer inderdaad alleen maar die ene frekwentie losliet op de MF-versterker. Helaas is dat niet zo. Laten we maar weer eens het voorbeeld bekijken van de oscillator, die een signaal afgeeft van 6455 kHz, bedoeld om een zender te ontvangen die op 6000 kHz werkt. Dat lukt natuurlijk wel, maar behalve het

gewenste 455-kHz-signaal ontstaat er ook een somsignaal van 12455 kHz. De oorspronkelijke frekwenties, 6000 en 6455 kHz, zijn eveneens nog aanwezig. Bovendien zal een zender op bijvoorbeeld 6100 kHz ook mee gaan doen: die wekt een somfrekwentie op van 12555 kHz en een verschilfrekwentie van 355 kHz. Gelukkig zijn de meeste van die frekwenties ver verwijderd van de middenfrekwen-

1 >f antenne

I

1

J preseleklor

l

1»

mixer

1

osci lator

^

M F-trap 455 kHz

demodulator

L F-versterker

~*A

~^M ^\

Figuur 1. Het blokschema van een ontvanger. In de mixer w o r d t de ontvangstfrekwentie gemengd met het oscillatorsignaal. Er ontstaat daardoor een vaste middenfrekwentie van 455 kHz, die veel effektiever versterkt en gefilterd kan worden.

Figuur 2. De mengtrap levert aan de ingang van de midden frekwentieversterker een groot aantal frekwenties. Veel meer nog dan hier getekend, omdat er in de 49-m-band echt wel wat meer dan twee zenders werken. De meeste f r e k w e n ties liggen zo ver boven de middenfrekwentie, dat ze met een laagdoorlaatfilter gemakkelijk zijn af te snijden. De bandfilters selekteren het gewenste MF-signaal (hier 455 kHz) uit de diverse verschilfrekwenties. Figuur 3. Het schema van een dubbelsuper. Om de spiegelfrekwenties te onderdrukken is de eerste MF zeer hoog gekozen (ruim boven het ontvangstbereik). Daarna w o r d t het signaal nogmaals gemengd, omdat een lage MF veel scherper gefilterd kan worden.

I

I

preselektor (—

I

laagdoorlaat filter

H oscillator (afstembaar)

tie. In onze kortegolf ontvanger worden de hoge somfrekwenties verwijderd met een CLC-filter, een eenvoudig laagdoorlaatfilter. Daarna volgen twee in serie geschakelde piëzo-keramische filters, waarvan de resonantiefrekwentie precies 455 kHz is bij een bandbreedte van 4,5 kHz; dat snijdt ook de 355 kHz van de naburige zender effektief de pas af. Verderop in de ontvanger bevinden zich nog twee keramische filters, die de puntjes op de i zetten doordat ze de doorlaatkurve nogmaals versmallen.

tweede M F -trap (455 kHz)

eerste M F -trap (40 MHz)

oscillator 40455 kHz

Dat is nodig, omdat op de kortegolf de zendfrekwenties vaak niet meer dan 5 kHz uit elkaar liggen. Toch blijft er nog een probleem over: de spiegelfrekwentie, die ook het beste MF-filter niet kan onderdrukken. Dat is namelijk de frekwentie, die op een afstand van 455 kHz boven de oscillatorfrekwentie ligt, in ons voorbeeld dus op 6910 kHz. Bevindt zich daar toevallig een zender, dan wekt die een even groot MF-signaal op als de gewenste zender. Gelukkig is ook daar iets tegen te doen. We kunnen

W bijvoorbeeld vóór de mengtrap een afstembare preselektor aanbrengen met een dusdanige bandbreedte, dat de spiegelfrekwentie wordt afgesneden. Die oplossing hebben wij in onze kortegolfontvanger toegepast. In kommerciële ontvangers wordt een andere methode gebruikt. Men kiest daar een zeer hoge middenfrekwentie, bijvoorbeeld 40 MHz. Bij een oscillatorfrekwentie van 46000 kHz ligt dan de spiegelfrekwentie van de zender uit ons voorbeeld op 86 MHz. Een preselektor is dan niet nodig:

met een simpel nietafstembaar laagdoorlaatfilter kan de spiegelfrekwentie worden tegengehouden. Jammer genoeg is het niet mogelijk voor een middenfrekwentie van 40 MHz een filter te ontwerpen met de vereiste bandbreedte van 4,5 kHz. Daarom moeten er nog een tweede (vaste) oscillator en een tweede mengtrap aan te pas komen om die 40 kHz te transformeren naar 455 kHz. Zo'n ontvanger heet dan een dubbelsuper.

Mensen onderscheiden zich van andere levende wezens, doordat ze dingen of gebeurtenissen kunnen tellen. En daar maken we een druk gebruik van. Op zeer jeugdige leeftijd bekwamen we ons in het tellen van knikkers en kauwgomballen, om later bloedserieus te worden bij het tellen van doelpunten, bankbiljetten, voorkeurstemmen, verkeersongevallen en SS-20-raketten. En dat zijn nog maar een paar voorbeelden, want er wordt heel wat afgeteld op deze wereld. Al in een heel vroeg stadium is er gezocht naar een automatische registratie van periodieke gebeurtenissen; mensen raken nu eenmaal snel de

omdat er carry-in- en carryout-aansluitingen zijn, kan een in principe onbeperkt aantal modulen met elkaar worden doorverbonden. Zelfs volkstellingen behoren dus tot de mogelijkheden.. .

Het schema De schakeling van de teller bestaat uit twee delen, die ieder een eigen print krijgen. In het voorgaande hebben we gezien, dat we een aantal in serie geschakelde flipflops nodig hebben. Zulke serieschakelingen zijn er in geïntegreerde vorm; het CMOS-IC 4510 bevat vier flipflops. Deze teller kan vooruit of achteruit tellen, afhankelijk van het logische nivo op pin 10. Met vier flip-

universele teller tel kwijt. Wie wel eens heeft geprobeerd zonder geheugensteuntje duizend windingen draad op een spoelvorm te krijgen, weet wat we bedoelen. De eenvoudige mechanische teller die we aantreffen op breimachines, in cassetterecorders en op het dashboard van auto's is het klassieke voorbeeld van een "telmachine". Een elektronische teller werkt nauwkeuriger en is gemakkelijker af te lezen. Bovendien wordt zo'n teller niet mechanisch "getriggerd" en op nul gezet, maar met behulp van elektrische signalen. Daardoor neemt het aantal toepassingsmogelijkheden enorm toe. We kunnen de teller bijvoorbeeld gebruiken als rondenteller bij een racebaan, als windingenteller bij het wikkelen van spoelen of als schaapjesteller bij het inslapen. In kombinatie met een lichtsluis kunt u voortaan exakt vaststellen hoeveel personen uw verjaardagspartijtje of de thuiswedstrijd van uw voetbalcub bezocht hebben.

Flipflops — de rest telt niet mee

Elektronisch tellen is heel eenvoudig (figuur 1). Met een flipflop kunnen we tot twee tellen. De uitgang kan een spanning hebben van 0 volt (laag) of 5 volt (hoog). Het spanningsnivo aan de uitgang wisselt half zo vaak als dat aan de ingang, zodat er na twee ingangspulsen een uitgangspuls volgt: de frekwentie is gedeeld door twee. Dat komt doordat de CLK-ingang reageert op een neergaande flank van de ingangspuls; alleen daarbij wisselt de polariteit van de uitgang. Als we twee flipflops in serie schakelen, dus de uitgang van de eerste verbinden met de ingang van de tweede, dan wordt de frekwentie nogmaals gedeeld door twee, zodat er tot vier geteld kan worden. In figuur 1 is te zien hoe de vier flipflops binair tot 16 tellen. Onze teller werkt ook volgens dit principe. Natuurlijk moet er dan nog wel het een en ander gebeuren: het

binaire getal moet worden omgezet in een decimaal getal en worden aangegeven op een LED-display. Verder moet de te tellen gebeurtenis nog worden omgezet in een impuls die de eerste CLK-ingang aan kan sturen.

Nog meer mogelijkheden Ons elektronisch telsysteem heeft nog een paar voordelen boven een mechanische teller. Door het omzetten van een schakelaartje kan het ding ook terugtellen, zodat u na afloop van het verjaardagsfeestje snel kunt konstateren, of alle bezoekers al weg zijn. Dan is er nog een funktie, die op digitale horloges met het woord " L A P " wordt omschreven: de teller loopt gewoon door terwijl de cijfers op het LEDdisplay blijven staan. Een resetknop zet de teller op 0, met een presetknop kan de teller op zijn maximale stand worden gezet, wat bij het terugtellen wel eens handig kan zijn. Een module van de teller stuurt een cijfer aan;

flops kan theoretisch tot 16 worden geteld. Dat is hier natuurlijk niet de bedoeling, omdat de zeven-segmentuitlezing alleen de cijfers van 0 tot en met 9 kan weergeven. In dit IC wordt de teller na de tiende impuls aan de ingang automatisch op nul gezet. Zo'n soort teller heet een BCD-teller (Binary Coded Decimal). De uitgangen van de teller (A, B, C, D) gaan naar een dekoderIC, dat er voor zorgt dat voor ieder cijfer de juiste segmenten van het LEDdisplay oplichten. Behalve deze twee IC's zijn er dan alleen nog zeven weerstanden nodig om de stroom door de segmenten te begrenzen. Wie niet verder wil tellen dan 9, kan nu de vijf met een sterretje aangegeven draadbruggen verbinden met plus of massa. Het tweede deel van de schakeling is in dat geval ook niet nodig. Voor een uitlezing met meer displays moeten de RST- en de CLK-aansluitingen van alle prints met elkaar wor-

0, Q2 a CLK

3

juinn— ~: den doorverbonden. De telimpulsen komen aan de CLK-leiding. Als de RSTleiding even aan plus wordt gelegd, bijvoorbeeld met behulp van een drukknopschakelaar, springen alle displays op nul. Als er slechts één display wordt gebruikt, wordt de Clingang (carry-in) verbonden met massa. De CO-uitgang (carry-out) blijft open. Bij gebruik van meerdere displays wordt alleen de eerste Cl-ingang met massa verbonden; de andere Clingangen komen aan de CO-uitgang van het vorige display. De laatste COuitgang blijft weer open. Zoals de naam al zegt, bestaan de zeven-segmentdisplays uit zeven apart aanstuurbare lichtbalkjes, die zo zijn opgesteld dat alle cijfers ermee kunnen worden gevormd, plus nog een aantal andere symbolen, die wij voor onze teller niet nodig hebben. Achter ieder segment bevindt zich een doodgewone LED. Het stroomverbruik is dus vrij hoog. De beide IC's van een telmodule passen op een kleine Elex-print. De weerstanden R1 t / m R7 staan niet op de bouwtekening. Wij hebben ze "zwevend" tussen de tellerprint en de uitlezing gemonteerd. Dat spaart ruimte op de print en draagt bovendien bij tot een stevigere verbinding tussen print en uitlezing. Andere displays dan

NC a f CC e NP e NP CC

1 2 3 4 5 6 7 8 9

T_n_r

0

LD1

n

^a

O

o'hh

o : ^ z o o f_±.f o o # o o

NC = geen aansluiting NP = geen pen CC = gemeenschappelijke kath ode-aansluiting voor alle LED's

18

n 17

dpo

NP CC

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

Qi

Q„

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

= • = = = = = » = = = =

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

Figuur 1. Een fhpflop deelt het aantal impulsen aan de ingang door twee. Een elektronische teller is niets anders dan een aantal in serie geschakelde flipflops. De tabel laat de achtereenvolgende uitgangsnivo's van de vier flipflops zien. Het resultaat is de binaire (tweetallige) weergave van de getallen van 0 t / m 15. Figuur 2. Per module bestaat de elektronische teller uit slechts 2 IC's. De 4510 telt, de 4511 regelt de uitlezing. Via de zeven weerstanden worden de zeven LEDs in het display aangestuurd.

43371

+ so

O+s

><

e_8 c

O—QLE/STH OOBL

oor?

PBOO

Ó

>oc OC ui

b )

ï TÓ

J

dZ>-^

OV

•fHs)

1 1 1 —

BL

OCLK ORST

N 1 - N 4 = IC1=4093 N5- N8=IC2=4093

-ff

55 85763X-3

aangegeven in figuur 2 kunnen ook worden gebruikt; misschien moeten dan de weerstandswaarden worden aangepast. De stroom per segment mag in ieder geval hoogstens 20 mA bedragen. Alleen displays met een gemeenschappelijke kathodeaansluiting zijn bruikbaar. Denk er ook om, dat andere displays ook andere aansluitingen kunnen hebben. Dat is eventueel uit te zoeken met behulp van een 4,5-volt-batterij en een serieweerstand van 220 Q.

De stuureenheid Onderdelenlijst

OOÖ fO B E I

11 c J— o

tellerprint: R1...R7 = 82 Q (zie hier» Cp onder bij "uitlezing") OT T O L E / S T R Cl = 100 nF IC1 = 4511 OOOBL L3 r a 9To—o 0LT IC2 = 4510

I ? s e OC u 3 OHHOOC C 3 OOOC

stuurprint: R1...R6 = 1 MQ R7...R9 = 10 kS C1...C3 = 100 nF C4 = 1 f/F/16 V C5...C7 = 100 nF D1 = 1N4148 IC1.IC2 = 4093 S1.S6 = drukknop S2 = drukknop, 1 x S3.S4.S5 = aan/uitschakelaar

R

aLrf

a

3

i!s C C

IO—O

>póqs<» 3 O > Q

uitlezing:

o

L

•^•••••^pmJ-

foco OIOCLK

W H 1 P A U X

|

Figuur 3. De hier gebruikte IMAND poorten dienen als antidender-schakeling voor de toetskontakten. De teller kan meer dan rechttoe-rechtaan tellen; meer daarover in de tekst. Figuur 4. Voor ieder cijfer van de teller is deze print eenmaal nodig. Figuur 5. Voor één display kan worden volstaan met een halve Elex-print. Figuur 6. De stuurprint bevat alle elektronika die voor het bedieningspaneel van de teller nodig is.

LD1 = LED-display met gemeenschappelijk; kathodeaansluiting. Op de print passen: DL 3403 (LITRONIX, rood, 20 mm) of DL 03903 (LITRONIX, rood, 20 mm, high efficiency) of MAN 8640 (General Instruments, oranje, 20 mm, high efficiency) R1. . .R7 zijn afgestemd op deze displays. Bij andere displays moeten de weerstandswaarden zodanig worden gekozen, dat de stroom door ieder segment niet groter dan 20 mA wordt. Geschatte bouwkosten voor één telmodule zonder voeding, behuizing en montagemateriaal: ca. f 20,— Stuurprint

ca.

f25,-

Pas met behulp van deze module kunnen we volledig gebruik maken van alle mogelijkheden die de tellerschakeling biedt. De acht NAND-poorten zijn noodzakelijk om het "denderen" van de schakelkontakten onschakelijk te maken. Mechanische schakelaars hebben namelijk de nare eigenschap niet in een keer te openen of te sluiten. Door de kondensatoren C1 t / m C6 wordt de schakelaktie met een minieme vertraging doorgegeven, zodat ongewenste impulsen de achterliggende schakeling niet kunnen bereiken. De up/down-schakelaar schakelt om van vooruit tellen naar terugtellen. De holdschakelaar laat de cijfers op de uitlezing stil staan; de inwendige teller loopt gewoon verder. De presetschakelaar zet alle cijfers op 9. De clock-schakelaar geeft bij iedere druk op de knop een impuls aan de teller af. Het is een drukknop met een omschakelkontakt. De AUX-aansluiting biedt de mogelijkheid om een extern telkontakt aan te sluiten. Als deze aansluiting wordt kortgesloten met massa, springt de teller een cijfer verder. De reset-schakelaar zet alle cijfers op nul. De schakeling rondom N6 zorgt voor een "power-on-reset": bij het inschakelen springen alle tellers op nul. Dat komt

doordat C4 zich bij het inschakelen oplaadt en zo een impuls afgeeft aan de ingang van N6. De diode D1 voorkomt dat er een negatieve impuls ontstaat, die het einde van N6 zou kunnen betekenen. Eveneens bij het inschakelen wordt aansluiting LT even "laag", waardoor alle segmenten van alle cijfers even oplichten. De gebruiker kan dan konstateren of de displays in orde zijn. Alle uitgangen van het schema in figuur 3 moeten natuurlijk worden verbonden met de overeenkomstige aansluitingen in figuur 2.

Gebruiksmogelijkheden Of de teller nu met de hand of automatisch wordt bediend, hij is voor van alles en nog wat te gebruiken. Wie wil weten hoeveel auto's er per dag door een bepaalde straat rijden, kan bij iedere passerende auto één maal op de knop (clock) drukken. Een kontakt op het wegdek of een eenvoudige schakeling met een fotodiode kan ervoor zorgen, dat het telproces geheel automatisch verloopt. Met behulp van een magneet en een reedkontakt kan het aantal omwentelingen worden bijgehouden van bijvoorbeeld een wikkelmachine voor spoelen. Ook als puntenteller voor onze flipperkast (Elex november 1985) kan de teller worden gebruikt. De AUX-ingang kan ook positieve impulsen tellen. Een NPN-transistor (bijvoorbeeld een BC 547) moet dan met zijn emitter worden verbonden aan massa en met zijn koliektor aan de AUX-ingang. De voedingsspanning moet 5 volt bedragen. De benodigde stroom per display is 100 mA. Deze relatief hoge stroom is nodig omdat bij het cijfer 8 alle LEDs van het display gelijktijdig branden.

Dat elektronica ons het leven op velerlei manieren kan veraangenamen, hoeven we u waarschijnlijk niet te vertellen. Wat dacht u bijvoorbeeld hiervan: je komt de huiskamer binnen, klapt een keer in je handen en het licht gaat aan! Te veel van het goede? Iets voor extreem luie mensen? Wij dachten van niet, want aangezien je op deze manier ook andere dingen zoals bijvoorbeeld de TV, hifiinstallatie of koffiezetapparaat, om maar eens wat te noemen, aan- en uit kunt schakelen, kan het met name voor gehandikapten of bedlegerigen een erg handig hulpmiddel zijn. De technische kant van dit elektronisch "hebbedingetje"

geklapt is, maar blijft in die toestand totdat een tweede keer wordt geklapt. Goed, dit was het wat betreft de blokjes. Hoe de schakeling in detail werkt kunnen we het beste aan de hand van figuur 2 uit de doeken doen.

De schakeling ontleed De signaalversterker Zoals reeds gezegd, moet het door de luidspreker geleverde signaal eerst versterkt worden, voordat het geschikt is voor verdere "konsumptie". Die taak heeft opamp IC1 (figuur 2). Met behulp van de spanningsdeler — bestaande uit R1 en R2 — wordt vervol-

klapschakelaar

lijkt op het eerste gezicht misschien wat gekompliceerd, maar is het echt niet. Vooral niet wanneer we het in de vorm van een blokschema gieten.

Het werkingsprincipe Het zojuist bedoelde blokschema zien we in figuur 1. Laten we eens gaan kijken wat er zoal in de diverse blokjes gebeurt. Als eerste wordt het akoestisch signaal omgezet in een elektrisch. De grap hierbij is dat dat niet zoals gebruikelijk door een mikrofoon wordt

en in één klap ging het licht aan

gedaan, maar door een luidspreker. De door de luidspreker geleverde signalen zijn echter zo zwak, dat ze voor verdere verwerking niet bruikbaar zijn. Althans, niet in die vorm. Blok A heeft dan ook tot taak het signaal wat op te peppen, waarna het in blok B met een referentiespanning wordt vergeleken. Is het versterkte signaal nu groter dan de referentiespanning, dan wordt de schakelaar in blok C gesloten. De gebrui-

ker kan nu uit twee verschillende opties kiezen: 1. De uitgang van blok C wordt rechtstreeks met de ingang van blok E (een tweede schakelaar) verbonden. In dit geval wordt de schakelaar slechts heel even gesloten. Het relais trekt dus aan, maar valt na korte tijd weer af. 2. De uitgang van blok C wordt via D (een geheugenelement) met E verbonden. In deze situatie trekt het relais ook aan nadat er

gens de gelijkspanning op de in- en uitgang van de opamp op ongeveer de halve voedingsspanning ingesteld ( -Ü?). Het zo

vastgelegde gelijkspanningsnivo vormt de nullijn van het door de luidspreker geproduceerde signaal. De versterkingsfaktor van de opamp hebben we met behulp van de terugkoppelweerstand R3 zodanig ingesteld, dat het signaal (bijna) tot in de begrenzing wordt versterkt. Het sterk vereenvoudigde pulsdiagram in figuur 3 maakt het zojuist

1 Jl

\P~ D>

JT

11

-S--f

Figuur 1. Een blokschematische voorstelling van een schakeling is altijd weer hèt middel om de zaak w a t overzichtelijker te maken. Blok A is de signaalversterker. Blok B de grenswaardegever (komparator). C is de eerste schakeltrap. D het geheugen (flipflop) en E de tweede schakeltrap.

beschrevene nog eens duidelijk. We gaan verder met...

9

470 |

De komparator Ook dit trapje wordt grotendeels door een opamp gevormd. Hier wordt het signaal echter niet versterkt, maar met een vast ingestelde gelijkspanning vergeleken. Afhankelijk van het resultaat van deze vergelijking, verschijnt er op de uitgang van de opamp al dan niet een puls. Zoals u in het schema kunt zien, is de min-ingang van IC2 rechtstreeks met de uitgang van IC1 verbonden. Het spanningsnivo aan de ingang is dus gelijk aan het spanningsnivo op de uitgang (%U). De tweede ingang van de opamp (de plus-ingang dus), is via een spanningsdeler (R4, R5) met de voedingsspanning verbonden. Dit aansluitpunt is echter ook nog via een potmeter (PD met de uitgang verbonden. Door deze terugkoppeling van de uitgang naar de plus-ingang, klapt de uitgang van de opamp onmiddellijk om zodra het ingangssignaal op de miningang de positieve of de negatieve schakeldrempel (de referentiespanning UR) overschrijdt. Hoe ver de twee schakeldrempels uit elkaar liggen, hangt voornamelijk af van hoe P1 is ingesteld. Ook dit proces hebben we in de vorm van een (sterk vereenvoudigd) pulsdiagram gegoten, zodat e.e.a. wat aanschouwelijker wordt. Duidelijk is in dit diagram te zien dat wanneer er geen klappuls is gegeven, de uitgangsspanning U u hoog is. Zodra echter de ingangsspanning groter wordt dan de waarde + U „ daalt de uitgangsspanning onmiddellijk naar vrijwel nul volt. In die situatie komt pas verandering wanneer de referentiespanning — U r door het ingangssignaal wordt onderschreden.

12V

—© 1

•<§)

© IC1JC2

© -®

4fe4-{n

D1 ...D5--1N4148

Figuur 2. De klapschakelaar in schemavorm. De schakeling kan naar keuze met of zonder flipflop uitgevoerd worden. Daartoe hoeft men alleen maar de dienovereenkomstige draadbruggen tussen de aan sluitpunten A, B, C en D te leggen. Figuur 3. Na de eerste opamp heeft het klapsignaal nog zijn oorspronkelijke vorm; het is alleen maar wat versterkt. Figuur 4. Alle signalen die kwa amplitude ónder een bepaald nivo blijven, worden door de schakeling geïgnoreerd. Alleen signalen die boven die drempel uitstijgen, hebben een schakelpuls tot gevolg.

4 «^

+u 2

l e klao

t X 7\ K\ \ / \y \ \)

2 e klap

«

\

i^\ /\ 7 ^ \J

Ua-

B3794X-4

Eerste schakeltrap Gestuurd wordt dit eerste schakeltrapje door de uitgang van IC2. Zolang het spanningsnivo op deze uitgang zo hoog is dat er minstens 0,6 V over R7 staat, is T1 geleidend en T2 gesperd. Aan de uitgang van de schakeltrap staat nu ongeveer de voedingsspanning. Ook C2 wordt via R10 tot die waarde opgeladen. Verschijnt er nu op de ingang van de schakeltrap een negatieve puls, dan spert T1 waardoor T2 gaat geleiden. De spanning op de uitgang van het schakeltrapje wordt daardoor kortstondig laag en C2 ontlaadt zich via R9 en de kollektor-emitter-overgang van T2 naar massa. Het RCnetwerkje (R10, C2) heeft dus tot taak om bij elke klappuls slechts één enkele puls te verwerken en de rest te onderdrukken. Het geheugen Dit gedeelte van de schakeling heeft een zeer belangrijke funktie: het houdt de door de eerste schakeltrap geleverde puls vast. Het gaat hier dus in feite om een flipflop die de door de schakeltrap geleverde informatie vasthoudt. Tweede schakeltrap Voor het aansturen van de tweede schakeltrap (opgebouwd met o.a. T5) is de spanning op de uitgang van de flipflop verantwoordelijk. Is die spanning gelijk aan de voedingsspanning, dan is T5 gesperd en het relais blijft in zijn rustpositie staan. In deze situatie komt echter drastisch verandering, zodra de uitgang van de flipflop laag wordt: T5 is nu geleidend waardoor het relais van voedingsspanning wordt voorzien en het aangesloten apparaat wordt via de relaiskontakten ingeschakeld.

Opbouw Uiteraard is het ook bij deze schakeling de bedoeling dat

de diverse komponenten op een standaard-Elex-print worden aangebracht en wel eentje van het formaat 2. Waar wat hoort, ziet u in figuur 5: de komponentenopstelling van de klapschakelaar. Bij het invullen van de print kan men het beste beginnen met de draadbruggen, daarna de diverse weerstanden, dioden, kondensatoren, transistoren, \Cvoetjes, relais en als laatste de soldeerpennen. Wellicht ten overvloede, maar let er op dat polariteitsgevoelige komponenten zoals eiko's, dioden e t c , niet verkeerd om aangebracht worden. Dit geldt uiteraard ook voor de IC's. Is het soldeerwerk achter de rug, dan kan de geluidsoppikker (luidspreker of piëzozoemer) aangesloten worden. Maar kontroleer de zaak eerst grondig, want een foutje is immers snel gemaakt. A propos foutje, mocht uw schakeling onverhoopt niet meteen werken, meet dan alle in de tabel opgegeven meetpunten na (uw meetwaarden mogen maximaal 10% afwijken). 10

tegen 1 dat u de fout tegenkomt. Een paar woorden nog over de geluidsopnemer. U kunt daarvoor zowel een gewone mini-luidspreker van 8 ohm (250 mW) als een piëzozoemer gebruiken. Die laatste heeft weliswaar wat kleinere afmetingen, wat bij sommige toepassingen een groot voordeel kan zijn, maar daar staat meteen een klein nadeel tegenover: piëzozoemers (in het schema met Bz — van het Engelse woord "buzzer" — aangegeven) zijn ten opzichte van gewone luidsprekers wat duurder en bovendien minder goed verkrijgbaar.

A-B-C-D Van deze verbindingen hangt het af of de klapschakelaar met of zonder flipflop wordt gebruikt. Wil men niet van de diensten van deze flipflop gebruik maken, dan moet de verbinding (het beste kan dat met behulp van een schakelaar worden gedaan) B-C worden gelegd. In het andere geval moeten de punten A-B en

tabel

meetpunt

spanning (V)

opmering

1

4,5

2

4,5

3

4,5

loper P1 aan pen 3

8

loper PI aan pen 6

8 4

8

5

0

6

9

7

9

relais geopend

0

relais gesloten

9

relais geopend

0

relais gesloten

8

voedingssp anning: 9 V Stroomopn ame: 7 mA, re lais geopend 30 mA, re lais gesloten

C-D met elkaar verbonden zijn. Ook deze verbindingen kunnen met behulp van dezelfde schakelaar tot stand worden gebracht. Stelt men er om de een of andere reden geen prijs op dat de flipflop in- en uitgeschakeld kan worden, dan kan men natuurlijk ook draadbruggen tussen de desbetreffende aansluitpunten leggen. U ziet zelf maar wat bij uw toepassing het beste is. Zeer belangrijk is dat de luidspreker (of de zoemer) niet te dicht bij het relais wordt geplaatst, omdat anders een akoestische terugkoppeling ontstaat. Het relais produceert bij het opkomen en afvallen immers een hoorbare klik, die door de luidspreker als een klap in de handen zou kunnen worden geïnterpreteerd. Afstand houden dus (mocht dat om welke reden dan ook niet mogelijk zijn, dan moet het relais met wat dempingsmateriaal zoals bijvoorbeeld glaswol of tempex, afgedekt worden. In ieder geval moet de luidspreker zo opgesteld worden, dat de konus ervan niet in de richting van het relais wijst). Is alles tot zover in orde, dan kan de klapschakelaar in gebruik worden genomen. Daartoe moet de loper van P1 zo ingesteld worden, dat deze rechtstreeks met pen 6 van IC2 is verbonden (RP] is dus nul). In deze stand is de klapschakelaar het ongevoeligst. Vervolgens draait men PI terug, totdat de gewenste gevoeligheid is bereikt. Wij hebben voor P1 een gewone potmeter gebruikt en de as naar buiten uitgevoerd, zodat de gevoeligheid van de klapschakelaar makkelijk gewijzigd kan worden, maar er zijn gevallen denkbaar waar slechts een eenmalige instelling voldoende is. In dat geval kan met een instelpotje worden volstaan. De stroomopname van de schakeling is natuurlijk afhankelijk van het al dan

Onderdelenlijst

Q4RB "IC v J Q C (II ) C U } C ~ 3

OO

t—•

Ta

V Ó

NV

R1.R2 = 15 kQ R3 = 1 MS R4.R5 = 22 kQ R6 = 68 kQ R7 = 10 kQ R8 = 6,8 kQ R9 = 47 Q R10.R17 = 100 kQ R11.R16 = 4,7 kQ R12.R14 = 47 kQ R13.R15 = 470 kQ PI = 100 kQ-instelpotmeter C1 = 82 nF C2,C5 = 10 JJF/16 V C3,C4 = 470 nF D 1 . . . D 5 = 1N4148 T 1 . . . T 4 = BC547B IC1.IC2 = 724 (opamp) Diversen: 1 standaardprint formaat 2 1 Re = Siemens printrelais (V23027 - A0002 - A101) 1 Bz = PB 2720 (Piezozoemer. Toko), of I LS = luidspreker 8 Q/ 250 mW I I soldeerstiften, 1,2 mm $ 1 batterij (met batterij-clip) of voedingsgedeelte

( I) >Ó

cc
'T

Figuur 5. Waar wat hoort, zien we hier. Wanneer men zich precies aan deze komponentenopstelling houdt, kan er eigenlijk niets fout gaan.

IC1 78L12

1N4148 " p i g "

-©

2.®

Figuur 6. Uiteraard is een netvoeding op den duur een stuk ekonomischer dan batterijen. De mobiliteit van de schakeling is dan wel een stuk minder.

niet bekrachtigd zijn van het relais (7 mA bij open kontakten en 30 mA wanneer het relais aangetrokken is). Als voedingsbron is een 9-Vbatterij op den duur dan ook minder geschikt. Ekonomischer is de in figuur 6 getekende netvoeding. Deze rond een 78L12 opgebouwde voedingsbron kan maximaal 100 mA (bij 12 V) leveren, wat voor onze toepassing meer dan genoeg is. Een extra koeling voor het IC is dan ook overbodig. Tot slot nog een paar opmerkingen over de behuizing. Zoals u op de foto's kunt zien, hebben wij een kastje met dusdanige afmetingen gebruikt, dat we op het frontje ervan zowel een geaarde (inbouw)kontaktdoos, twee schakelaars (één voor de flipflop en de andere voor de netvoeding), als een potmeter voor het instellen van de gevoeligheid konden onderbrengen. Hoe ü het aanpakt, is natuurlijk helemaal uw zaak, maar zorg er voor dat de netspanningsvoerende delen nooit en te nimmer aangeraakt kunnen worden!

m

tp"

komplex geluid met eenvoudige middelen

heavy-meta I-machine Kwisvraag: welke eigenschap hebben de volgende begrippen gemeenschappelijk: zweepslag, kanongebulder, schot, stoomlokomotief, waterval, trommelslag? Juist! Het spektrum van al deze geluiden bevat in meerdere of mindere mate een ruiskomponent. Bij de elektronische nabootsing van deze bijzondere geluiden moet men daarom met behulp van filterschakelingen, spanningsgestuurde versterkers en omhullende modulatoren het basismateriaal ("witte ruis") zodanig omvormen dat het gewenste effekt ontstaat. Enkele voorbeelden: een ruis die plotseling inzet en langzaam uitsterft doet denken aan een schot (dit ten behoeve

van de thriller-fans), terwijl een omgekeerd verloop van de omhullende karakteristiek (dus langzaam opkomend en met een snelle uitsterving) vooral tot de verbeelding spreekt hij stoomliefhebbers. Maar we kunnen ook de geluidssterkte konstant houden en met behulp van band- of laagdoorlaatfilters bepaalde delen van het ruisspektrum benadrukken; door wat met de regelorganen te spelen krijgen we dan het geluid van de beruchte griezelwind die het verblijf op spookkastelen zo zenuwslopend maakt. Kortom, het ruisen is een schone zaak en verschaft het mensdom veel vermaak. Bovendien zijn ruisgenerato-

ren gemakkelijk te bouwen, zodat schakelingen van dit type zich in een grote belangstelling mogen verheugen. Maar natuurlijk kan een ruisgenerator niet alle denkbare kunstmatige en natuurlijke geluiden opwekken. Een van die lacunes, de nabootsing van metaalachtige geluiden, kan echter worden opgevuld met het apparaat dat we in dit artikel aan U voorstellen.

Metaal-achtig geluid? Wat is dat? Hierbij kunnen we bijvoorbeeld denken aan het geluid van een grote metaalplaat, een gong, een slagwerkbekken en soortgelijke

"instrumenten". Wie naar deze geluiden goed heeft geluisterd, zal bemerkt hebben dat ze niet alleen de reeds genoemde ruiskomponent bevatten, maar ook een aantal tonen waaraan we, anders dan bij ruis, een zekere (toon)hoogte kunnen toekennen. Kenmerkend is echter dat we niet in staat zijn onze aandacht te richten op een specifieke toon uit het geheel van de klank. Het aantal tonen dat klinkt is erg groot, ze liggen dicht bij elkaar, en bovendien zijn ze geen van allen konstant. Terwijl de ene uitsterft, duikt er weer een andere op, alsof er op een denkbeeldig toetsenbord telkens weer nieuwe toetsen in een volstrekt chaotische volgor-

rNlh^ 2x2 25 V ,

10 k log.

1*-®

s I

3E>i 5

N1 . . . N 4 = IC1 - 4 0 9 3 N5 . . . N7 - K IC2 - 4030/4070

N2

fO R2 4k7

9...18V

i ©0© © VB

™8

IC4 IC3

IC1

IC2

llv Q Q Q ® Q

*H°)

de worden ingedrukt. Wie wel eens geprobeerd heeft op een synthesizer het geluid van een klap tegen een metalen plaat te imiteren, zal gekonstateerd hebben dat dit niet lukt. Het geluid is zo komplex dat met de kombinatie van wat ruis en enkele zuivere tonen het gewenste effekt niet bereikt wordt. Daarom werkt het apparaat dat hier beschreven wordt volgens een volkomen ander principe.

Het schema Hoewel het schema (figuur 1) er eenvoudig uitziet, kan dit stukje elektronica een enorm komplex geluid voortbrengen. De

schakeling bestaat uit twee delen. De poorten N1. . .N7 nemen de klankopwekking voor hun rekening. Verder wordt er gebruik gemaakt van een spanningsgestuurde versterker die is opgebouwd rond een OTA; deze wordt gestuurd met behulp van een opamp en een eenvoudige generator voor de omhullende. We beginnen bij het begin. De wat gevorderde lezers zullen al wel hebben opgemerkt dat de poorten N 1 . . . . N4 zijn geschakeld als eenvoudige blokgolfoscillatoren waarvan de frekwentie me behulp van P1. .. P4 binnen zeer brede grenzen geregeld kan worden. De vier oscillatorsignalen worden op een wat ongebruike-

lijke wijze verwerkt. Eerst worden ze twee aan twee gemengd door middel van EXOR-poorten. De uitgangssignalen van de beide EXOR-poorten worden vervolgens ook weer met elkaar gemengd door ze toe te voeren aan een derde EXOR-poort (N7). Met het uitgangssignaal van N7 kunnen we dan de spanningsgestuurde versterker sturen. Als we de vier oscillatorsignalen zouden mengen op de gebruikelijke wijze (bijvoorbeeld met een mengpaneelschakeling) zou het resultaat weinig verrassend zijn: de klank bestaat dan uit de opgetelde signalen van de vier oscillatoren, en dat heeft weinig te maken met het metaal-achtige geluid

Figuur 1. Ook zonder c o m p u ter kan men geluidseffekten maken die geheel van deze tijd zijn. Deze uitgekiende schakeling bevat slechts twee digitale en twee analoge IC's, maar produceert niettemin een bizar en denderend geraas. Wie het kastje niet gezien heeft, denkt beslist aan een van de grote merken op het gebied van synthesizers.

dat we willen opwekken. Maar dankzij de drie EXORpoorten lukt het wel! Een EXOR-poort stelt namelijk vast of de logische nivo's die op zijn ingangen verschijnen, aan elkaar gelijk zijn of van elkaar verschillen. Als er sprake is van een verschil zal de uitgang van de EXOR-poort logisch ' T ' zijn; zoniet, dan is hij logisch " 0 " . Zoals blijkt uit figuur 2 kunnen we zo uit twee regelmatige signalen een derde golfvorm laten ontstaan die allesbehalve regelmatig is. Dit "vervreem-

dingsprocédé" wordt met behulp van de derde EXORpoort nog wat verder doorgezet, zodat het uiteindelijke resultaat een golfvorm is die zich nauwelijks nog laat beschrijven met de gebruikelijke begrippen zoals periode, frekwentie en dergelijke. En ook de klank tart elke beschrijving: al naar gelang de instelling van P 1 . . . P4 (die talloze varianten toelaat) ontstaat een klankpalet dat loopt van een lawaaiige machinehal tot een Chinese reuzengong. En dan hebben we de

omhullende nog buiten beschouwing gelaten! Een toon die kontinu met dezelfde sterkte klinkt, geeft op den duur een onbevredigend effekt. Daarom hebben we onze "heavy-metal"machine voorzien van een eenvoudige ADSR-generator, die bestaat uit een aantal kondensatoren, een potmeter en een druktoets. Nadat de toets is ingedrukt, wordt de kondensator die met S2 gekozen is, opgeladen. Al naar gelang de waarde die met P6 is ingesteld, zal het laden snel

of langzaam gaan. Als de toets weer wordt losgelaten, gebeurt het omgekeerde:.de gekozen kondensator ontlaadt zich dan via P5. Hoe snel (of langzaam) dit gaat, wordt bepaald door de waarde van de kondensator; op deze wijze kunnen niet alleen klopgeluiden maar ook lang uitklinkende, klokachtige tonen worden opgewekt. Natuurlijk is de waarde van de kondensator die met S2 gekozen is ook van invloed op de attack-tijd. Dit storende effekt kan echter weer teniet worden gedaan

2 uitgang N I

i uitgang N2

uitgang N5

y ii

II

r 8S775X-2

Figuur 2. Dit diagram laat zien w a t een EXOR-poort produceert als op de ingangen twee regelmatige blokgolfsignalen worden aangeboden. Telkens wanneer de oscillatorsignalen verschillende logische nivo's vertonen, verschijnt op de uitgang van de EXOR-poort een logische " 1 " . Door deze eigenschap ontstaan zeer onregelmatige golfvormen. Figuur 3. Op de ene ingang van de OTA w o r d t het audiosignaal aangeboden, en op de andere de ADSR-kurve. Aan de uitgang van de OTA krijgen w e dan een audiosignaal waarvan de amplitude de vorm van de ADSR-kurve heeft aangenomen.

"stuurstroom te klein

stuurstroom te groot

stuurstroom korrekt

Figuur 4. Zo worden de onderdelen gemonteerd op een stan daardprint van formaat 2. De regelpotmeters van de oscillatoren zijn hier getekend als instelpotentiometers, maar men kan ook paneelpotmeters of schuifregelaars toepassen. In dat geval worden de aan sluitdraden verbonden met de soldeerpunten van de instelpotentiometers.

door aan P6 te draaien. P5 regelt de amplitude van de omhullende, die natuurlijk niet te groot en niet te klein mag zijn: in het eerste geval wordt de OTA overstuurd; we konstateren dan dat de toon al niet meer luider kan worden terwijl de ADSRkurve (Attack-DecaySustain-Relaise = omhullende kromme) nog lang niet zijn maximum heeft bereikt. In het tweede geval wordt het werkgebied van de OTA niet volledig benut, wat tot gevolg heeft dat de dynamiek van het geluid niet optimaal is; in het ergste geval kan het geluid dan gepaard gaan met ruis en brom (figuur 3). De OTA is een stroomgestuurde bouwsteen. Daarom wordt met behulp van IC3 en T1 de spanning van de omhullende omgezet in een stuurstroom voor de OTA. En voor wie het nog niet wist: een OTA is een versterker waarvan de ver-

sterkingsfaktor geregeld kan worden tussen nul en een (of meer) door middel van een externe stuurstroom. Dat maakt het mogelijk de sterkte van het signaal dat aan pen 2 van de OTA wordt geleverd te laten beïnvloeden door de ADSRkurve. De weerstanden R5 en R6 delen de voedingsspanning door twee, en leggen zo de massapotentiaal vast voor de opamp en de OTA.

mee het karakter van het geluid kunnen instellen: klopsignalen, gongklanken en fantasie-geluiden behoren alle tot de mogelijkheden. P5 moet zo worden ingesteld dat de geluidssterkte na het indrukken van S1 niet meer toeneemt. P I . . . . P4 zijn op de print getekend als instelpotentiometers, maar mogen worden vervangen door paneelpotmeters; die zijn overigens wel zo handig als men de klank wil veranderen.

Afregeling Omdat elk van de vier oscillatoren het geluid van de schakeling beïnvloedt, heeft het weinig zin bepaalde instellingen voor te schrijven. Elke stand van de potmeters P1. . . P4 geeft weer een andere klank, en alleen de gebruiker kan beoordelen of dat geluid hem bevalt. P6 en S2 bepalen, zoals reeds gezegd, het verloop van de ADSR-kurve, zodat we hier-

De b o u w Hoe deze kleine geluidsgenerator wordt ingebouwd, zal afhangen van de toepassing. De een zal hem gebruiken als uitbreiding bij een elektronisch slagwerk of orgel. De ander wil hem misschien als gag in de diskotheek toepassen, of simpelweg als draagbare herrieschopper voor algemene doeleinden. Omdat we den-

Onderdelenlijst R1,R2,R3,R4 = 4,7 kQ R5.R6 = 22 kQ R7.R8 = 220 53 R9 = 47 kQ R10 = 100 kQ R11 = 2 7 kQ R12 = 2,2 kQ R13 = 10 kQ P1,P2,P3,P4 = 500-kQ-instelpotentiometer of paneelpotmeter (lin.) P5 = 50-kQ-instelpotentiometer P6 = 10-kQ-potentiometer (log.) C1,C2,C3,C4 = 47 nF C5 = 470 nF C6 = 100 /vF/2.5 V C7.C10 = 10 M F/25 V C8 = 2,2 (jF/25 V C9 = 4,7 ^F/25 V C11,C12 = 22^F/25 V T l = BC557B IC1 = 4093 IC2 = 4070/4030 IC3 = 741 IC4 = 3080 51 = druktoets 52 = 4-standenschakelaar 1 Elex-standaardprint formaat 2 Kosten (z. kast): ongeveer f 25,00

ken dat dit laatste geval het meest zal voorkomen hebben we ons prototype ingebouwd in een klein en handzaam kastje met een schuin bedieningspaneel. Een jack-aansluiting zorgt voor de verbinding met de LF-versterker. De voeding kan bestaan uit een 9-Vbatterij (beter: twee 9-Vbatterijen in serie) of een kleine netvoeding. De versterking van de gebruikte eindtrap hoeft niet hoog te zijn, want het uitgangssignaal van onze generator ligt in de orde van enkele volts. Hoe groot de amplitude precies is, hangt natuurlijk ook af van de voedingsspanning. Als het signaal ten gevolge van oversturing in de eindtrap vervormd uit de luidspreker komt, kan dat worden opgelost door tussen de uitgang van de generator en de versterkeringang een serieweerstand van enkele tientallen kiloohms te plaatsen.

passieve mixer Vermoedelijk geldt "de mixer" als hèt onderwerp, dat de HF-technici de laatste decennia nogal heeft bezig gehouden. Vele boeken zijn reeds volgeschreven over dit uitgebreide item. Het gaat natuurlijk te ver om het hele mixergebeuren "eventjes" in een artikeltje samen te vatten, maar het kan beslist geen kwaad om een bepaalde groep uit dit gebied eens apart te belichten: de passieve mixer. Aan de hand daarvan bekijken

schakelaar als mengtrap we tevens de grondbeginselen van de mixer in het algemeen. Op naar de passieve mixer dus!

Schakelende FET's Allereerst de vraag: "Wat is een passieve mixer?" Wel, passief betekent hier dat de mixer geen voedingsspanning nodig heeft. Laten we

eens een blik werpen op de schakeling in figuur 1. De FET werkt als een schakelaar tussen source en drain. Het openen en sluiten van de schakelaar geschiedt via de gate-spanning (figuur 2). In feite bepaalt de gatesource-spanning de weerstand van het drain-sourcekanaal. Bij U G S = 0 is de weerstand minimaal, en stijgt bij afnemende U GS

(oftewel toenemende negatieve U GS ). Voorbij een bepaalde negatieve waarde, de pinch-off-spanning (afknijpspanning), is het drain-source-kanaal vrijwel geheel gesperd (weerstand hoog). Er behoort een forse schakelspanning aan de gate toegevoerd te worden: bij onze kortegolfontvanger ca. 10 V TT . De FET spert al bij — 1 . . . —4 V, zodat gedurende vrijwel de gehele negatieve periodehelft de schakelaar " o p e n " staat en gedurende de positieve helft "gesloten" is. Dit kunnen we zien in figuur 3. Het HFingangssignaal wordt dus op de maat van het oscillatorsignaal al dan niet doorgesluisd. " M o o i " zult u nu

mixeruitgang oscillator ingang

BF 981

HF.

„

BF 961

H F'ingang (signaal)

JMi—*0

*r

•i

|D

G

1

aak ~ ^ V

HF-ingai (signaal)

1 85795X-2

Figuur 1. Een hoogfrekwentFET als passieve mixer: eenvoudig èn goed.

85795X1

Figuur 2. De FET werkt als een schakelaar die door de oscillator spanning "bediend" wordt.

osciltatorspanning i i

10Vtt

f\

y\

•

i i i i

mixer

ti

i UI

I

r

I

J I I I

I 85795X3

X»

y i

"*'' tiid

i i i i i

r ti|d

Figuur 3. Wanneer we een FET als schakelaar willen gebruiken, moet de oscillatorspanning relatief hoog zijn. Tijdens de positieve periodehelft is de FET geleidend. Voor het doen sperren van de FET moet de spanning voorbij de pinch-offspanning gedaald zijn. Figuur 4. Wanneer de ingangssignalen dezelfde frekwentie hebben, bevat het uitgangssignaal een gelijkspanningsaandeel. Vanuit figuur 4a tot 4g doorloopt het faseverschil tussen ingangssignaal en oscillatorsignaal 360°, waarbij de gelijkspanning varieert tussen maximaal positief en maximaal negatief.

denken, maar wat is het uiteindelijke effekt?

Gelijke oscillator- en signaalfrekwentie

rzn

r\

c

r\ /

totale spanning: positief

totale spanning: negatief

f _n

totale spanning: nul

i

r\

n

/~\ / totale spanning: positief

totale spanning: negatief

CL

Wanneer beide ingangssignalen van de mixer dezelfde frekwentie hebben, kunnen de plaatjes eruit zien als in figuur 4a. . Ag. In figuur 4a wordt de mixer juist ingeschakeld tijdens de positieve periodehelft van het ingangssignaal. Het uitgangssignaal van de mixer heeft dan de vorm van een (enkelzijdig) gelijkgericht signaal. Een mixer als (HF-)gelijkrichter! Dit gaat echter alleen op, als de fase van de beide inganssignalen exakt gelijk is. Is één van de beide fases verschoven (figuur 4b), dan wordt er een stukje van de positieve helft "afgehapt", terwijl er een stukje van de negatieve helft bijkomt. Het geheel lijkt nog altijd op een gelijkgericht signaal, zij het wat minder fraai. Het gelijkspanningsaandeel is ook wat minder als bij het fasesynchrone geval: er is immers wat positief verdwenen, dat plaats heeft gemaakt voor wat negatief. In figuur 4c is het al heel gortig. Bij een faseverschil van 90° heffen positief en negatief elkaar op: het gelijkspanningsaandeel is nul. Verder gaat het in figuur 4d. Maken we het faseverschil groter dan 90°, dan wordt het gelijkspanningsaandeel steeds meer negatief totdat de situatie in figuur 4e is bereikt. Het faseverschil is hier exakt 180°, wat een maximale negatieve spanning oplevert. Vanaf hier wordt het gelijkspanningsaandeel steeds minder negatief (dus positiever), en passeert de nul (faseverschil 270°, zie figuur 4f). Uiteindelijk komen we weer in de beginsituatie terecht: maximale gelijkspanning bij 360° (is hetzelfde als 0°). Resumerend:

Als twee signalen met gelijke frekwenties aan een mixer aangeboden worden, ontstaat er aan de uitgang (o.a.) een gelijkspanning, waarvan de grootte en polariteit afhankelijk zijn van het faseverschil tussen de ingangssignalen.

85795X-5

QD

G

o-

t

s

gate-sou reespanning

gate-massaspanning

\ *

?• •••••»

85795X-6

Figuur 5. Wanneer w e de spanning in figuur 4c ietwat " s c h u i n " tekenen (in principe k o m t dit overeen met een soort hoogdoorlaatfiltering), dan tellen w e het dubbele aantal nuldoorgangen, oftewel de somfrekwentie. Figuur 6. Een passieve FETmixer is ook nog een beetje "versterker". Zodoende treffen w e ook de beide ingangsfrekwenties aan in het uitgangssignaal. Figuur 7. Een mixer maakt uit twee ingangssignalen vier uit gangsprodukten (de harmonischen niet meegeteld).

* Ós

massa -sourcemassa-sour spanning

85795X-7

Oscillator- en signaalfrekwentie niet hetzelfde Hoe krijgen we nu een wisselspanning uit de mixer? Wel, dat is niet zo moelijk voor te stellen. Wanneer de fase van het ene ingangssignaal konstant verandert ten opzichte van het andere signaal, zal ook het gelijkspanningsaandeel aan de uitgang van de mixer variëren in het ritme van het faseverschil. We spreken echter niet van een variërende gelijkspanning; dit heet "wisselspanning". Als de faseverschuiving tussen beide signalen éénmaal 360° heeft doorlopen, heeft de uitgangswisselspanning één periode achter de rug. Wanneer het ene signaal konstant in fase verandert ten opzichte van het andere ingangssignaal, dan betekent dit dat de frekwenties niet gelijk zijn. De in figuur 4 afgebeelde cyclus wordt sneller doorlopen naarmate de beide frekwenties meer van elkaar verschillen. Het is dus duidelijk wat er gebeurt bij verschillende ingangsfrekwenties: Wanneer men twee signalen met verschillende frekwenties mengt, ontstaat er een wisselspanning. Welke frekwentie is dat nou? Of anders gevraagd: wat moeten we aan de ingang aanbieden om bijv. 1 Hz aan de uitgang te krijgen? De frekwentie van het ingangssignaal moet dan in één sekonde één periode sneller (of langzamer) zijn dan de oscillatorfrekwentie. Het frekwentieverschil tus-

sen beide ingangssignalen moet dus 1 Hz zijn. De uitgangsfrekwentie van de mixer is het verschil tussen de ingangs frekwentie en de oscillatorfrekwentie. Hier zijn we echter niet mee klaar. Naast de verschilfrekwentie ontstaat er ook nog een mengprodukt met een frekwentie die gelijk is aan de som van oscillator- en ingangsfrekwentie. Dit is grafisch niet zo één-tweedrie te herkennen maar als we de uitgangsspanning in figuur 4c wat anders tekenen, tellen we in figuur 5 tweemaal zoveel nuldoorgangen als in figuur 4c. Dit is dan de dubbele frekwentie oftewel de som van de twee gelijke frekwenties. Naast de som- en verschilfrekwentie treffen we ook de oorspronkelijke ingangsfrekwenties aan in het uitgangssignaal. De FET werkt weliswaar als een schakelaar, maar toch ook een beetje als versterker. In figuur 6 zien we de FETmixer in een gedaante die doet denken aan een versterker. In het algemeen versterkt een FET de spanning tussen de gate en de source; hier is dit de kombinatie van de beide ingangssignalen, zodat deze ook aan de mixer-uitgang verschijnen. In totaal komen we in het uitgangssignaal dus vier verschillende frekwenties tegen: de verschilfrekwentie, de somfrekwentie en de beide ingangsfrekwenties. Meestal wordt alleen het verschilprodukt benut in ontvangermengtrappen en dergelijke. De resterende produkten worden dan uitgefilterd. Waar we eigenlijk nog niet over gesproken hebben, zijn de door de mixer opgewekte harmonischen die weer onderling naar hartelust met elkaar mengen en zo de HFontwerper slapeloze nachten bezorgen!

Tot in het midden van de jaren zestig wist het grote publiek eigenlijk nauwelijks hoe een elektrische gitaarmet-vervormer klinkt: zelfs de gitaarsolo's van de Stones en de Kinks, hoewel voor de oren van toen vrij gewaagd, waren wat de klankkleur betreft tamelijk konventioneel. Maar daarin zou spoedig verandering komen. Hoe het effekt precies ontdekt werd, is niet bekend. Hét kan tijdens een technische pech

gitaar + vervormer = roek-gitaar

geluidskwaliteit de klank toch draaglijk blijven. Dat komt doordat de boventonen die overblijven zich altijd nog op harmonische afstanden van elkaar bevinden; in dat geval spreken we van "lineaire vervorming", en ons gehoor ervaart deze niet als irritant. Maar er bestaan ook nietlineaire vervormingen. Daarvan is sprake als aan het oorspronkelijke signaal nieuwe boventonen worden toegevoegd die eerst niet

rock - interface bij toeval aan het licht gekomen zijn, maar ook zijn uitgevonden door iemand die er doelgericht naar zocht. In elk geval speelde plotseling iedereen die een beetje bij de tijd wilde zijn met een vervormer. En naar het voorbeeld van zulke bekende groepen als Spencer Davis ("Keep On Running") en Dave Dee ("Hold Tight") ontwikkelden zich andere formaties die de klank van de vervormde gitaar tot het handelsmerk van hun muziek maakten: rockmuziek! Ook nu nog mag deze vorm van de populaire muziek

zich verheugen in een grote schare aanhangers, en ondanks de opkomst van de synthesizer is de elektrische gitaar-met-vervormer nog altijd bepalend voor het geluid van een authentieke roek-band.

Hoe ontstaan vervormingen? Vervormingen kunnen ontstaan door verschillende oorzaken, maar de meeste zijn een gevolg van het feit dat een elektronisch overdrachtsysteem zich in de praktijk minder ideaal

gedraagt dan de ontwerper zou willen. Met behulp van een Fourier-ontwikkeling kan worden aangetoond dat een golfvorm zal veranderen wanneer boventonen worden weggefilterd of toegevoegd. Een verzwakking van de boventonen komt in de praktijk zeer vaak voor, omdat niet alle versterkers dit deel van het frekwentiespektrum onverzwakt doorgeven. Tast men het frekwentiebereik nog verder aan (bijvoorbeeld met behulp van klankregelaars of een equalizer), dan zal ondanks de toenemende verslechtering van de

aanwezig waren. Deze "toegiften" zijn van een soort waar ons gehoor niet altijd van gediend is: denk maar eens aan het hese, scheurende geluid dat optreedt wanneer een overbelaste versterker op het punt staat in rook op te gaan. De extra tonen die er dan bijkomen, staan in geen enkele harmonische relatie met de frekwenties van het oorspronkelijke signaal: ze doen zich voor in die delen van het spektrum waar eigenlijk geen geluidsinformatie aanwezig zou mogen zijn. En vandaar hun storende karakter.

Figuur 1. Het bovenste diagram stelt geen kontinu signaal voor, maar een reeks afzonderlijke sinusperioden met oplopende signaalsterkte. Als w e deze signalen aan de ingang van een versterker toevoeren, zal bij het overschrijden van de oversturingsgrens het uitgangssignaal: a. bij een buizenversterker worden platgedrukt b. bij een transistorversterker worden afgesneden. In beide gevallen stijgt de vervormingsgraad naarmate de amplitude van het ingangssignaal groter w o r d t .

Figuur 2. Het schema van onze buizensound-vervormer is eenvoudig. Omdat de kathoden van de dioden op verschillende potentialen zijn ingesteld, gaan de dioden, wanneer de signaalspanning stijgt, niet gelijktijdig, maar na elkaar geleiden. Dit heeft tot gevolg dat het signaal trapsgewijze w o r d t verzwakt. Hierdoor w o r d t , net als bij buizenversterkers, het ingangssignaal afgeplat. Zo ontstaat het karakteristieke geluid van de roek-gitaar.

'?)-<J-

i„ ©

@-^-
5V

'

I

0

IC1

IC2

©

0

X

Het ontstaan van deze vervormingen kunnen we als volgt verklaren. De meest voorkomende oorzaak is amplitude-begrenzing. Dit houdt in dat vanaf een bepaalde uitgangsspanning de golfvorm van het uitgangssignaal niet meer gelijk zal zijn aan de golfvorm van het ingangssignaal. Laten we bijvoorbeeld aannemen dat we een eindtrap hebben die versterkt met een faktor 10, en dat de voedingsspanning 30 V bedraagt. Nu laten we de ingangsspanning langzaam oplopen: 0,1 V tt aan de ingang geeft 1 V tt aan de uitgang; 1 V „ aan de ingang geeft 10 V „ aan de uitgang; 3 V tt aan de ingang geeft 30 V „ aan de uitgang. Maar let nu op: bij 4 V „ aan de ingang zal de spanning aan de uitgang niet verder stijgen; deze blijft 30 V „ omdat de uitgangsspanning van een versterker nu eenmaal nooit hoger kan worden dan de voedingsspanning. Als we de versterker in deze "vastloop-toestand" brengen met een sinusvormig signaal, zullen we aan de uitgang een "platgedrukte" sinus vinden. En hoe verder de ingangsspanning stijgt boven de kritische grens van

(in ons voorbeeld) 3 V „ , des te meer zal de sinus worden platgedrukt. We zeggen dan dat de versterker wordt "overstuurd" (figuur 1). Als een sinus op deze wijze wordt aangetast, krijgt het signaal (dat van nature geen boventonen bevat) er een aantal boventonen bij. In het geval van een sinus zijn deze boventonen harmonisch. Maar als we door amplitude-begrenzing de toppen afsnijden van een komplex signaal (zoals dat van een elektrische gitaar) dan ontstaan bovendien niet-harmonische boventonen. Nu is het bij een elektrische gitaar zo, dat ook deze niet-harmonische boventonen de "impact" van het geluid verhogen; maar hun aandeel mag beslist niet te groot worden, want in dat geval ontstaat een herr.ie die werkelijk niet om aan te horen is. Het zal nu duidelijk zijn dat de toppen van het gitaarsignaal niet al te radikaal mogen worden afgesneden. Om bijvoorbeeld het typische Santana-geluid te bereiken, is een kleine toevoeging van boventonen al voldoende. Buizenversterkers zijn wat dit betreft in het voordeel: buizen hebben

namelijk de eigenschap dat ze niet abrupt maar geleidelijk gaan begrenzen. Daardoor ontstaat een vloeiende overgang tussen lineaire weergave en vervormd geluid. In figuur 1a is dit effekt grafisch voorgesteld: de sinus wordt steeds verder platgedrukt maar hij behoudt zijn afgeronde vorm. Bij een transistorversterker is het beeld echter volkomen anders. Transistoren werken tot hun laatste millivolt lineair, maar bij het overschrijden van de kritische grens lopen ze zeer abrupt vast tegen de voedingsspanning. Op de oscilloskoop zien we dan het beeld van figuur 1b: een sinus waarvan de toppen messcherp zijn afgesneden. Voor de klank heeft dit onaangename gevolgen. Het aandeel van de niet-harmonische boventonen neemt namelijk zo drastisch toe dat het middel aan zijn doel voorbij schiet. Anders gezegd: de vervormingen die door transistoren worder opgewekt, zijn een ware teistering voor het gehoor. Weliswaar werkten de eerste gitaarvervormers die destijds op de markt verschenen bijna allemaal volgens dit systeem, maar voor de gita-

risten van vandaag zou een dergelijk apparaat meer een aanfluiting dan een verrijking betekenen. Toch is het niet onmogelijk met halfgeleiders een aangenaam klinkende vervormer te konstru-

De hoeken w o r d e n rondgevijld — met dioden Als met behulp van een diode een signaalweg wordt kortgesloten, zal het kortsluit-effekt zich pas voordoen bij signalen die groter zijn dan 0,6 V; dat is immers de drempelspanning waarbij een diode gaat geleiden. Bovendien verloopt de overgang naar de kortgesloten toestand niet abrupt, maar geleidelijk. Het begrenzingsgedrag van een diode lijkt dan ook veel op dat van een elektronenbuis. Door meerdere dioden toe te passen kan het gedrag van een buis nog nauwkeuriger worden benaderd. Hoewel dit principe vele schakeltechnische varianten kent, hebben onze ontwerpers gekozen voor het schema van figuur 2. Het geheim van de elektronische " v i j l " schuilt in de kombinatie van de dioden D 1 . . . D6

D3 D2 Dl 3

D3D2D1

D1D2 D3

D1D2D3

Tr1 = 2 x 6 V/100 mA

Figuur 3. Hoe de vervormer w e r k t laat zich het eenvoudigst demonstreren aan de hand van een sinusvormig ingangssignaal. Telkens w a n neer (door het stijgen van de ingangsspanning) een nieuwe diode gaat geleiden, w o r d t de stijging van de uitgangsspanning wat minder. Hierdoor w o r d t de kurve enigszins afgeplat. Verder vertonen diodes een bepaalde karakteristiek die er voor zorgt dat aan de uitgang het verloop van de spanning ten opzichte van de tijd niet-lineair is. Hierdoor worden in het boventonenbereik precies die komponenten toegevoegd die nodig zijn om aan het vervormde geluid de gewenste kleur te geven. Figuur 4. De opstelling van de onderdelen. Als er geen montagefouten gemaakt zijn, moet de schakeling direkt werken, want kritische afregelpunten zijn er eigenlijk niet.

JF

ÓOlPia k> p UT C r

>

oi

=

•oo e u >ooT

o

Onderdelenlijst R1 = 1 MS R2,R8,R13 = 220 Q R3 = 100 kQ R4.R15 = 2,2 kQ R5.R14 = 3,3 kQ R6.R11 = 150 Q R7.R12 = 270 Q R9.R10 = 10 kQ R16 = 8,2 kQ P1 = 10 kQ, log. C1 = 100 nF C2

=

10 JUF/16 V

C3,C4 = 1 (jF/16 V T1 = BC 547 T2 = BC 557 D1. . .D6 = 1N4148 IC1.IC2 = LF356 Geschatte bouwkosten (zonder voeding en kast): ongeveer f 17,—

Figuur 5. Wie niet over een passende netvoeding beschikt kan deze schakeling toepassen. De transformator moet voorzien zijn van een midden aftakking of van twee gescheiden wikkelingen die, zoals in het schema is aangegeven, moeten worden doorverbonden. Als men zich niet in de aansluitingen vergist, zal de spanning tussen de uiteinden twee maal zo groot zijn als de spanning tussen het knooppunt en elk van de uiteinden. De schakeling kan ook met een hogere spanning gevoed w o r d e n ; de 5-V-regelaars mogen bijvoorbeeld vervangen worden door types voor 10 V of 15 V. Ook de kapaciteitswaarden zijn slechts bedoeld als richtlijn, maar afwijkingen groter dan + 50% zijn niet aan te bevelen.

met een aantal weerstanden. D1. . . D3 zorgen voor een "zachte" begrenzing van alle positieve spanningen, en D 4 . . . D6 doen hetzelfde voor de spanningen onder de nullijn. Naarmate de spanning op pen 6 van IC1 hoger wordt, zullen (als we ons even beperken tot de positieve helft van het signaal) achtereenvolgens de dioden D3, D2 en D1 gaan geleiden; de dioden hebben dus elk een eigen werkpunt, wat bereikt wordt doordat de kathoden op verschillende potentialen liggen. Omdat R4 in kombinatie met de overige weerstanden een spanningsdeler vormt, zal de versterking van de totale begrenzingstrap kleiner worden naarmate de signaalspanning toeneemt. Een sinusvormig signaal zal na het passeren van deze trap er uit zien zoals in figuur 3 is getekend: naarmate de amplitude groter is zal de afbuiging toenemen, zodat de sinus steeds meer wordt platgedrukt. De voortrap die is opgebouwd rond IC1 verzorgt de aanpassing tussen de uitgang van de gitaar en de begrenzingstrap. De vervormingsgraad kan worden ingesteld met PI. Bij het vinden van de juiste stand moet men rekening houden met een karakteristieke eigenschap van alle vervormers met een "zachte" overgang: als het ingangssignaal te zwak is, wordt het in het geheel niet door de vervormer beïnvloed. Maar als het te sterk is, zal ook de vervormingsgraad drastisch toenemen, wat een weinig fraaie klank tot gevolg heeft. De instelling van P1 en de omgang met de gitaar vergen dus enig gevoel, maar daar zal bijna elke musicus van nature wel iets van hebben meegekregen — nietwaar? Over de voeding kunnen we kort zijn. Een dubbele netvoeding, opgebouwd rond twee 5-V-spanningsregelaars (zie figuur 5) is zeer geschikt.

kortegolfontvanger deel 2

mixer, MF-versterker en demodulator In deze tweede aflevering gaan we ons bezig houden met het moeilijkste gedeelte van de ontvanger. Wie de montage van deze print tot een goed einde brengt, is het beginnersstadium duidelijk ontgroeid. Wat overigens niet inhoudt, dat het een bijna onmogelijke opgave zou zijn: de schakeling is meerdere malen getest en goed reproduceerbaar. Terwijl we de soldeerbout opwarmen, kunnen we nog even een blik werpen op het blokschema (figuur 1). In de mixer met de FET T1 komen het HF-signaal en het oscillatorsignaal bij elkaar. Daarbij ontstaan som- en verschilfrekwenties. Om bijvoorbeeld een zender te ontvangen die in de 49-mband op precies 6 MHz werkt, moet de oscillatorfrekwentie 6,455 MHz bedragen. De somfrekwentie is dan 12,455 MHz: daar doen we verder niets mee. De verschilfrekwentie is 455 kHz: die wordt uitgefilterd en verder verwerkt. Dat gebeurt in de MF-versterker, waarvan de frekwentiekarakteristiek een scherpe piek vertoont bij 455 kHz. Dat is te danken aan de twee banddoorlaatfilters FL1 en FL2. Omdat filteren altijd gepaard gaat met vermo-

gensverlies, brengt T2 het signaal weer een beetje op peil. Aan de ingang van IC1 treffen we dan een zuiver 455-kHz signaal aan; allerlei andere storende frekwenties zijn zeer sterk onderdrukt. IC1 ziet er uit als een gewone transistor, maar er zit heel wat meer in: vier MFversterkertrappen en een demodulator. Deze laatste haalt de laagfrekwente modulatie weer uit het signaal te voorschijn en daar ging het uiteindelijk om. In figuur 2 zien we nog een interessante bijzonderheid: de basisstroom van T2 wordt niet vast ingesteld met behulp van een paar weerstanden, maar via D1 afgeleid van de uitgang van IC1. Behalve het laagfrekwentsignaal geeft die uitgang namelijk ook nog een regelspanning af. Dat is een gelijkspanning, die hoger wordt naarmate het signaal zwakker is. Zo'n zwakker signaal heeft dus tot gevolg dat de basisstroom in T2 groter wordt, waardoor T2 meer gaat versterken. Het resultaat is een automatische versterkingsregeling (AVR): zwakke zenders krijgen een voorkeurbehandeling. Overigens heeft IC1 zelf ook een ingebouwde AVR. Het regelbereik daar-

van is echter niet zo groot: 20 dB (ca. 1:10). Door T2 in dit regelmechanisme te betrekken wordt het bereik vergroot tot ongeveer 80 dB (ca. 1:10000) en dat is een waarde die beslist geen gek figuur slaat. Diezelfde regelspanning komt ook, verminderd met 0,7 volt, terecht op de emitter van T2. Daarom is daar de veldsterktemeter (M) op aangesloten. Met P2 kan de maximale uitslag van het meetinstrument worden ingesteld. Met P1 wordt de meter bij afwezigheid van signaal op nul gezet.

Komponenten Zonder speciale onderdelen begin je niet veel in de HFtechniek. De komponenten die wij hebben gebruikt zijn echter vlot verkrijgbaar. De aansluitingen van de halfgeleiders zijn te vinden in het schema (figuur 2). Let erop, dat T1 vier aansluitingen heeft; IC1 daarentegen ziet er uit als een gewone transistor. De oude uitvoering van dit IC in een metalen behuizing is voor ons doel minder geschikt. L1 lijkt sprekend op een weerstand. De kathode van D1 (de balk in het schemasymbool) is op de diode aangegeven

door middel van een ringetje. Als meetinstrument is een goedkoop uitsturingsmetertje uitstekend geschikt.

Montage Net als bij de oscillator gaan we stap voor stap te werk. Na iedere stap kontroleren we het resultaat, zodat eventuele fouten gemakkelijk zijn te lokaliseren. • Eerst wordt de mixer opgebouwd: Cl, C2, C3, C4, R1, R2, L1 en T1. • Een ohmmeter (kQbereik) wordt aangesloten tussen massa en het knooppunt L1/C4. De meter zal een weerstand van een paar duizend ohm aanwijzen. Met behulp van een batterij en een weerstand van 100 kQ leggen we vervolgens een negatieve spanning aan de G1-aansluiting van T1 (figuur 3). Als alles in orde is, loopt de meter dan flink terug, tot bijna co Q. De batterij ea de weerstand kunnen daarna worden verwijderd. • Nu is de eerste MFversterker aan de beurt: R3, R4, R5, R6, C7 en T2. Let op de (minder gebruikelijke) aansluiting van T2: de emitter zit in het midden (figuur 2). P1 en R11 van de

-© -© preselektor met voorversterker

VV

i

i—i I

meng-

L

t

1 r

, MF-filter met versterker

-J

L_T_.

M

i LFversterker

0 THH

BF9€1;BF981 BF961;BF981

-. ' L X

Oictltatoringang

veldsterktemeter moeten ook alvast worden gemonteerd. • Sluit op de schakeling een regelbare voeding of twee in serie geschakelde 4,5-V-batterijen aan. Kontroleer dan, of de in figuur 4 aangegeven spanningen kloppen. Daarna maken we een tijdelijke verbindig (in figuur 4 aangegeven met een streeplijn) tussen de loper van P1 en de basis van T2. De kollektorspanning moet nu met de potmeter kunnen worden geregeld. Zo niet, dan is de transistor defekt of niet

Figuur 1. Ter herinnering nogmaals het blokschema van de komplete ontvanger. De oscillator is besproken in de vorige aflevering, nu is het dik omlijnde gedeelte aan de beurt: de mengtrap, de middenfrekwentversterker en de demodulator. In het januarinummer komen de resterende delen: de preselektor, de voeding en de LF-versterker. Figuur 2. Het schema. De moderne hoogfrekwenttechniek heeft ons hier een handje geholpen: behalve de veldsterktemeter hoeft er niets meer te worden afgeregeld. De MF filters zijn keramische resonatoren, die van fabriekswege al op de gewenste doorlaatkarakteristiek zijn ingesteld.

9...12V

-. "t-J

ingang (w»n presalaktor)

goed aangesloten. Vergeet niet, de tijdelijke verbinding weer te verwijderen! • De volgende stap is het monteren van de MFversterker en demodulator, IC1, samen met R7, R8, C9, C10, C12 en de (enige!) draadbrug. • Nu wordt weer de voedingsspanning aangesloten. Eerst kijken we of de in figuur 5 aangegeven spanningswaarden kloppen. Dan sluiten we op de uitgang "iets" aan, waarmee het LF-signaal hoorbaar gemaakt kan worden: een versterker, een radio of des-

noods een koptelefoon, als die tenminste een impedantie van minstens 2000 Q heeft. Aan de ingang van het IC komt een meter montagedraad, die als antenne dienst doet. Er moeten nu een stuk of wat sterke zenders door elkaar te horen zijn. Als de antenne wordt aangeraakt, wordt de ontvangst harder; tegelijkertijd loopt de regel(gelijk)spanning aan de uitgang van het IC terug. • Nu worden de onderdelen van de veldsterktemeter gemonteerd: R10, C11, D1, P2 en de aansluitdraden

van het meetinstrument. • P1 moet zo worden ingesteld, dat de spanning aan de loper iets hoger is dan de emitterspanning van T1. Het testen is erg eenvoudig: aanraken van de provisorische antenne moet een grotere meteruitslag geven. • Er liggen nu (hopelijk) nog vier onderdelen op de werktafel: de beide MFfilters en twee kondensatoren van 68 pF. De filters worden ondersteboven op de print gemonteerd, op de rug met de pootjes omhoog. Aan de twee filter-

F i g u u r 3. A l s e e r s t e d e e l s c h a keling w o r d t de m e n g t r a p g e m o n t e e r d . Die w e r k t zonder v o e d i n g s s p a n n i n g . De batterij e n d e w e e r s t a n d v a n 100 k Q zijn alleen voor het testen nodig.

T*-

T

G 2 ^ - > D ,_ ,_

C1

oscillatoringang

V

ohmmeter f ^ i j

F i g u u r 4. D e e e r s t e M F versterker — een eenvoudige s c h a k e l i n g , d i e o o k i n d e LFt e c h n i e k w o r d t g e b r u i k t . De v e r b i n d i n g naar de loper van P1 m o e t n a h e t t e s t e n w o r d e n verwijderd. F i g u u r 5. D r i e M F - v e r s t e r k e r s en een A M - d e m o d u l a t o r — een gekompliceerde schakeling die t o c h m a a r één driep o t i g IC k o s t . M e t e e n l a a g f r e k w e n t v e r s t e r k e r en een s t u k j e d r a a d als a n t e n n e k a n de s c h a keling w o r d e n uitgeprobeerd.

» > c CO CO

ingang (van preselektor)

aansluitingen die aan de kant van de markering zitten, worden de kondensatoren gesoldeerd. Houd de aansluitdraden zo kort mogelijk (figuur 2). Ook de andere verbindingen van en naar de filters moeten met korte stukjes draad worden gemaakt. Het verdient aanbeveling, de filters met een druppeltje sneldrogende lijm op de print vast te zetten. De print is nu klaar en kan worden verbonden met de oscillator uit deel 1. Dat moet met een stukje afgeschermde kabel gebeuren. De kern komt aan C1, de afscherming aan massa. Als antenne kan weer een stuk montagedraad dienen, dat met C2 moet worden verbonden. Als we nu aan de afstemkondensator draaien, moeten er verschillende zenders te ontvangen zijn. De ontvangst zal nog niet optimaal zijn. Dat heeft verschillende redenen. Ten eerste is de gevoeligheid voor zwakkere stations nog

draadantenne

9...12V

niet voldoende — er is nog een voorversterker nodig. Ook is er nog geen enkele onderdrukking van spiegelfrekwenties. Naast de signalen die 455 kHz beneden de oscillatorfrekwentie liggen (gewenste frekwentie) ontvangen we evengoed signalen die 455 kHz boven de oscillatorfrekwentie liggen. Deze spiegelfrekwentie moet onderdrukt worden. De nog te bouwen voorversterker zal dus ook voorzien moeten zijn van een filter voor een grove instelling op de gewenste ontvangstfrekwentie. Zoiets heet een preselektor. De beschrijving en de bouwtekening daarvan komen volgende maand aan de beurt, samen met een voeding, een laagfrekwentversterker en tips voor het inbouwen van de komplete kortegolfontvanger. De onderdelenlijst voor de preselektor staat al in dit nummer, zodat u volgende maand meteen aan de slag kunt.

Dat je heel veel dingen ook anders kunt gebruiken, dan waar ze oorspronkelijk voor bedoeld waren, weet iedereen wel. Neem nou bijvoorbeeld die verloophulsen op een bougie. Normaliter dienen die schroefjes om de bougiekap op de bougie te kunnen vastklemmen, maar een van onze Duitse lezers — Elex verschijnt immers ook in Duitsland — had er een heel andere toepassing voor: hij gebruikte de hulsen als afstandsbussen! Je moet er maar opkomen. . .In ieder geval vonden wij zijn idee zo aardig, dat wij het niet aan u wilden onthouden. Temeer omdat die hulsen "en gros" bij elke garage uit de prullenmand kan worden

Onderdelenlijst voor de mengtrap, de MFversterker en de demodulator R1 = 120 kQ R2 = 4,7 kQ R3,R5,R7 = 2,7 kQ R4 = 220 Q R6 = 470 Q R8 = 18 kQ R9 = 27 kQ R10 = 33 kQ R11 = 8,2 kQ Cl = 33 pF (keramisch) C2 = 1 nF C3 = 560 pF (keramisch) C4 = 150 pF (keramisch) C5,C8 = 68 pF (keramisch) C6,C7,C9,C10 = 100 nF C11 = 10 /iF/16 V C12 = 470 nF D1 = AA 119, AAZ18 (germaniumdiode) T1 = BF961, BF981 T2 = BF494 IC1 = ZN414Z P1 = instelpotmeter 1 kQ P2 = instelpotmeter 10 kQ L1 = 1 mH (hf-spoeltje) FL1.FL2 = SFD455-D (keramisch middenfrekwentfilter) M = draaispoelmeter 50 of 100 MA 1 kleine Elex-print Geschatte bouwkosten: ca. f 35,—

Onderdelenlijst voor de preselektor R1.R2 = 56 kS R3 = 47 Q R4 = 120 Q PI = 4,7 kQ lin C1 = draaikondensator 500 pF (bij voorkeur een luchtkondensator) C2 = 47 nF (keramisch) C3 = 100 nF (keramisch) T1 = BF961, BF981 L1 = 30 windingen CuL 0,6 mm op ringkern T50-6 (Amidon) 1 Elexprint (de rest van de oscillatorprint) Geschatte bouwkosten (zonder draaikondensator en print): ca. f 10,—

0—o«HaaD-o '—IR11

Figuur 6. Veel denkwerk op een klein stukje printplaat: voor deze vrij ingewikkelde schakeling is toch maar één draadbrugje nodig. De twee filters worden ondersteboven op de printplaat gemonteerd en met een druppeltje lijm vastgezet.

gevist. Kosten: waarschijnlijk geen. A propos kosten: Als een soort "dank-je-wel-voorde-tip", ontving de inzender van ons een Elex-tegoedbon ter waarde van 25 gulden. Zo zie je maar weer dat je zelfs met "afval" nog geld kunt verdienen...

t

%

-%•£ -

•

-

noodverlichting

Spanningsuitval is altijd een vervelende gebeurtenis. Maar behalve vervelend kan het, als het 's avonds of 's nachts gebeurt, ook nog gevaarlijk zijn. Stel je maar voor hoe het is als de huisgenoten gezamenlijk in het stikdonker op jacht gaan naar kaarsen en lucifers, de trap op en af rennend. Het is daarom geen slechte gedachte om op strategische plaatsen automatische noodverlichting te installeren. En hoe we daar op een niet al te kostbare wijze in kunnen voorzien vertelt dit verhaal. Aan een dergelijke noodverlichtingsinstallatie kunnen we een drietal eisen stellen. Ten eerste moet ze, na het uitvallen van de spanning natuurlijk, automatisch inschakelen en wel alleen als

het donker is, dus als het echt nodig is. Ten tweede is het handig dat, na het terugkomen van de netspanning, ook het uitschakelen weer automatisch gebeurt. En tot slot zou het plezierig zijn dat we er, na het installeren, geen omkijken meer naar hebben. Het zal duidelijk zijn dat déze noodverlichting aan alle hiervoor genoemde eisen voldoet, en wel met betrekkelijk eenvoudige middelen. Het aardige van deze schakeling is dat ze in rust maar nauwelijks stroom verbruikt. Met de gemiddelde stroomopname van zo'n 5 mA is het helemaal niet nodig een extra transformator aan te schaffen. De schakeling kan gewoon op de immer aanwezige beltransformator aangesloten

worden, en dat drukt de kosten. Laten we het schema in figuur 1 eens bekijken. D1 en C1 maken van de wisselspanning van de beltransformator een afgevlakte gelijkspanning. Via R1 en D2 loopt "bovenlangs" een kleine stroom om de 12 V akku, helemaal rechts, in konditie te houden (druppelladen). Het zal duidelijk zijn dat die akku de lamp van energie moet voorzien gedurende de spanningsuitval. De verdere werking van de schakeling is als volgt: na het wegvallen van de netspanning levert de transformator geen spanning meer. Transistor T1, die normaal gesproken door toedoen van spanningsdeler R2/R3 in geleidende toestand gehouden wordt, zal nu sperren.

Nemen we aan dat het donker is tijdens de stroomstoring, dan zal er geen licht op de lichtgevoelige weerstand (LDR) R10 vallen. Een LDR waar geen licht op valt heeft een hoge weerstand. Aangezien de LDR deel uitmaakt van de spanningsdeler R4/R10 zal de spanning op het knooppunt omhoog gaan. Overigens, de voeding van de schakeling is nu door de akku overgenomen. T3, waarvan de basis is aangesloten op spanningsdeler R4/R10, wordt geleidend, waardoor de kollektorspanning daalt. De basisspanning van T4 zal daardoor ook dalen en de tot dan toe geleidende T4 zal sperren. U kunt zich de werking van T3 en T4 als een wip voorstellen. Is de één geleidend, dan spert de ander. Aangezien T4 nu spert, zal de spanning op de koliektor omhoog gaan. De gatespanning van T2 (we komen er dadelijk op terug) is dezelfde als de kollektorspanning van T4. T2 gaat nu geleiden en de lamp zal gaan branden. Als er nog volop daglicht is ten tijde van de spanningsuitval, dan gedraagt de LDR zich als een laagohmige weerstand. De hiervoor beschreven "kettingreaktie" zal nu uitblijven aangezien de spanning op het knooppunt R4/R10 laag zal blijven. T3 wordt daarom niet geleidend, T4 blijft geleiden als voorheen en T2 blijft gesperd waardoor de lamp niet zal gaan branden. Dat is ook niet nodig want er is immers nog volop daglicht: wat je noemt een intelligente noodverlichting. Nog eventjes die MOSFET T2. Het is weliswaar een transistor, maar wel een van een bijzonder soort. Zoals in figuur 1 te zien is, ziet het tekensymbool van een' MOSFET er iets anders uit als dat van een gewone transistor. Daarbij komt nog dat de aansluitingen niet basis, koliektor en emitter heten maar gate (G), drain (D) en source (S). Globaal

Onderdelenlijst:

1N4001

©-

R1 = 1 kQ R2.R4 = 47 kQ R3,R5,R6,R8,R9 = 10 kQ R7 = 470 Q R10 = LDR (diverse typen bruikbaar)

Ml La1 12 V 10 W max.l

C1

V|V

LJ

T3

BC547'

T4

vt l Ö j 'S s'

©-

>

12 V

=

100 JJF/25 V

D1.D2 = 1N4001 T1,T3,T4 = BC 547 T2 = VN 66 AF of, als alternatief BC 547 + BD 139 verder:

R3l

La1 = 12 V (auto)lamp, max. 10 W lamphouder voor La1 12 V akku* koellichaam voor T2 standaard Elex-print, formaat 1 in geval geen beltrafo beschikbaar is: transformator 12 V/100 mA sekundair

DJ

|7OOM

J25 v

alternatief voor V N 66AF

VN66AF

Geschatte bouwkosten zonder lamp, akku, trafo en kastje: ca. f 2 0 , * zie tekst

bekeken werkt T2 echter net zo als een gewone NPNtransistor. De gate komt dan overeen met de basis, de source met de emitter en de drain met de koliektor. Het verschil met een gewone transistor is dat een (MOS)FET met een spanning op de gate gestuurd wordt, terwijl die transistor met een stroom in de basis werkt. De gatesfroo/77 van een FET is verwaarloosbaar klein. Voor wie het fijne van FET's in alle mogelijke soorten en uitvoeringen wil weten, verwijzen we naar het artikel in Elex feb. '85. Het tweede bijzondere onderdeel in deze schakeling is de akku die de eigenlijke noodstroomvoorziening van het geheel voor zijn rekening neemt. Voor een 12-V(auto)lamp is een 12-V-akku

nodig. Die kan worden samengesteld uit 9 a 10 NiCd-cellen van het penlight-formaat in serie geschakeld. Met een kapaciteit van ongeveer 0,5 Ah (ampère-uur) kan een dergelijke akkubatterij een lamp van 10 W ongeveer een half uur brandend houden. Met een 12-V-loodakku van bijvoorbeeld 4,5 A h , in de modelbouw worden deze vaak gebruikt voor de aandrijving van schepen, kan die brandtijd al gerekt worden tot meer dan vier uur. Daar komt nog bij dat loodakku's relatief veel goedkoper zijn dan nikkel-cadmiumcellen. Het enige nadeel is echter dat loodakku's wat groter zijn, en dus ook de behuizing van de noodverlichting wat lomper uit zal vallen.

Figuur 1. De schakeling van de noodverlichting. De lamp wordt uiteindelijk geschakeld met T2, een wellicht niet al te eenvoudig verkrijgbare vermogens-MOSFET. Mocht het niet lukken deze FET te verkrijgen, dan kan met twee "gewone" transistoren een vervanger gemaakt worden. Figuur 2. De printopbouw. We zien hier dat R10 gewoon op de print getekend is, maar uiteindelijk moet wel het eventuele daglicht er op kunnen vallen. Anderzijds moet ervoor gezorgd worden dat het licht van de lamp La1 R10 niet kan bereiken. Anders zou de noodverlichting zichzelf bliksemsnel kontinu in- en uitschakelen.

r

* * SË5 3 :::•

• : : • ; • • • • • . . • • •

7 •

.,.

BdlWrtiBBBJBSMBMBi •:;;•••••

' , * . • : ;

•

• . • • • • •

•••:

' • • ;

si

Voordat de schakeling daadwerkelijk gebouwd wordt, moet bepaald worden hoe groot de akkukapaciteit gekozen wordt. De waarde van R1, en daarmee de grootte van de druppellaadstroom, hangt namelijk samen met die akkukapaciteit. Deze laadstroom mag niet te groot zijn, de akku moet hem kontinu kunnen verdragen zonder dat hij er onder lijdt. Aan de andere kant is een te kleine laadstroom ook weer niet goed, aangezien we wel verzekerd willen zijn van een altijd goed gevulde akku. Als vuistregel kan gezegd worden dat de kontinu toegestane laadstroom één honderdste van de akkukapaciteit mag bedragen. Strikt genomen is die laatste

zin niet helemaal juist, want een akkukapaciteit (Ah) gedeeld door een getal (100) levert een akkukapaciteit (dus weer Ah) op, en géén stroom (A). De al eerder genoemde "penlight" NiCdakku's met een kapaciteit van 500 mAh mogen dus met 500/100 = 5 mA geladen worden. Bij een zwaardere loodakku, bijvoorbeeld die van 4,5 A h , is de laadstroom natuurlijk groter: 4,5/100 = 0,045 A, oftewel 45 mA. Stel nu dat men beschikt over een beltransformator die, zoals aangegeven in figuur 1, een wisselspanning afgeeft van 12 V. Over kondensator C1 staat een door D1 gelijkgerichte spanning van ongeveer 17 V. Dat deze gelijkspanning hoger is dan

12 V, heeft te maken met het feit dat die 12 V een effektieve waarde is, en de topwaarde van een wisselspanning is altijd hoger dan de effektieve waarde. Een volle 12 V akku heeft een eindlaadspanning van ongeveer 13,8 V. De spanning over R1 is het verschil tussen de gelijkgerichte spanning en de akkuspanning, dus ongeveer 4 V. Weliswaar staat over de dioden D1 en D2 ook nog een kleine doorlaatspanning, maar die verwaarlozen we hier voor het gemak. Dat is toegestaan aangezien een transformator die nauwelijks belast wordt, en dat is hier het geval, een hogere spanning afgeeft dan de gespecificeerde spanning. Kiezen we voor R1 een

waarde van 1 kQ, dan zal de laadstroom 4 mA bedragen (wet van Ohm: 4 V/1 kQ = 4 mA), een toereikende waarde voor een 500 mAh akku. Een akku van 4,5 Ah vraagt om een weerstandswaarde van 100 Q (1 watt). Wie helemaal zeker wil zijn, kan de laadstroom met een universeelmeter nameten en de waarde van R1 aanpassen als de stroom te groot of te klein zou blijken te

zijn.

computers kopen vanuit de luie stoel Terwijl de media bol staan met artikelen waarin de angst van de mensen voor computers breed wordt uitgemeten, zijn intussen in Nederland al weer minstens 75.000 microcomputers verkocht en als we de thuiscomputers meerekenen kunnen we over honderduizenden gebruikers spreken. Voor veel mensen is een computer niets nieuws meer: een handig stuk gereedschap waar ze dagelijks mee werken. Er is een groep computergebruikers die al weer aan z'n derde computer toe is. Bij zo'n aanschaf speelt angst geen rol meer. Rationele overwegingen zijn in het geding. Wie is de fabrikant, wat is de prijs, hoe is de service. Kunt u snel leveren? Zoals men nu ook wel een auto koopt: een proefrit?, misschien wel zonde van de tijd. . . Men kent het produkt. Met deze gedachte heeft de firma Computers Direct een computerverkoopsysteem opgezet, dat uniek is in Nederland: bestellen per katalogus. Naast het produkt zelf levert de firma tevens een 1-jarige garantietermijn op de verkochte apparatuur. De koper heeft een ruime keuze in o.a. printers, computers, toebehoren en software. Voor meer informatie: Computers Direct, Utrecht, tel. 030-898225

MTAUJGUS NAJMR' 85

'"•^"««««sss^S

555-sirene In de meeste gevallen heeft het huilen van een sirene met minder prettige gebeurtenissen te maken. Zelfs Odysseus, koning van Ithaca, hield aan zijn ontmoeting met de Sirenen alleen maar slechte herinneringen over. Maar dat is weer een heel ander verhaal. Onze 555-sirene heeft in ieder geval niets met minder prettige gebeurtenissen of met lokkende Sirenen te maken. De schakeling produceert namelijk enkel en alleen maar een geluid dat heel erg veel weg heeft van de nerveus jankende sirenes van Amerikaanse politieauto's. En dat is natuurlijk iets dat bij uitstek geschikt is voor het verlevendigen van hoorspelen of disko-show's.

De 555 De sirene bestaat voornamelijk uit twee timer-IC's van het type 555; een wijdverbreid en goed verkrijgbaar type IC met 8 aansluitpennen (zie figuur 1). Zo'n 555 is eigenlijk niets anders dan

een pulsgenerator, waarvan de pulstijd geprogrammeerd kan worden (m.b.v. een weerstand en een kondensator). Tevens kan het IC heel eenvoudig als astabiele of monostabiele multivibrator worden geschakeld. In onze sirene werken beide timerIC's als astabiele multivibrator. Hoe een als astabiele multivibrator geschakelde 555 er uit ziet, toont het principeschema in figuur 2. In het kort werkt het " d i n g " als volgt: na het inschakelen van de voeding verschijnt op uitgang 3 de voedingsspanning. Gelijktijdig wordt C1 via R1 en R2 opgeladen. Zodra de spanning over deze kondensator tot ongeveer 2/3 van de voedingsspanning is gestegen, klapt de timer om: uitgang 3 wordt 0 V. C1 begint zich nu via R2 en een gedeelte van het inwendige van het IC te ontladen. Op het moment dat de spanning over deze C tot ongeveer 1/3 van de voedingsspanning is gedaald, klapt de uitgang van het IC weer om en het hele proces begint van voor

af aan. De uitgang van het timer-IC klapt dus voortdurend om tussen 0 V en de voedingsspanning. De laadtijd wordt hierbij bepaald door de waarden van R1, R2, C1 en het IC zelf. De ontlaadtijd is daarentegen alleen maar afhankelijk van de waarden van R2 en Cl. Zolang er — zoals dat hier het geval is — geen stuurspanning (Ust) op pen 5 is aangesloten, is de frekwentie van de pulsen konstant. Wordt de genoemde ingang echter op een regelbare stuurspanning aangesloten, dan zal de uitga ngsfrekwentie binnen bepaalde grenzen variëren.

stuuringang

2 ©-

n

'D

555

3

-0+

De schakeling De met de timer-IC's opgebouwde astabiele multivib's zijn in het totaal-schema van de sirene (figuur 4) gemakkelijk terug te vinden. Helemaal links zien we de eerste (IC1). De omliggende onderdelen zijn zo gedimensioneerd, dat de uitgangsfrekwentie van het IC net iets meer dan 1 Hz bedraagt. De

©"

L_T

Figuur 1. Aansluitgegevens van de 555. Figuur 2. Principeschema van een als astabiele multivibrator geschakelde 555.

frekwentiebepalende kondensator van deze multivibrator (CD wordt dus in één sekonde zowel geladen als weer ontladen. Omdat de spanning over deze kondensator via R3 op T1 is aangesloten, zal de transistor telkens gaan geleiden wanneer de spanning hoger wordt dan 0,6 V, en weer gaan sperren zodra de spanning over de C onder die waarde komt. Omdat T1 als emittervolger is geschakeld, is het spanningsverloop over R4 nagenoeg identiek aan dat over Cl. De tweede multivibrator (IC2) is in tegenstelling tot de eerste voorzien van een diode (D1). De taak van deze diode is het omlaag brengen van de puls/pauzeverhouding. Zonder een diode is de puls/pauzeverhouding v a n ^ e 555 namelijk altijd 50%. Met behulp van D1 wordt de puls/pauze-verhouding kleiner gemaakt, waardoor de toonhoogte van het geproduceerde geluid hoger wordt. De pulsen zijn dan immers korter dan de pauzes. Doordat de stuuringang (pen 5) van IC2 de stijgende en dalende spanning van C1 ontvangt, varieert de uitgangsfrekwentie van IC2. Dat variëren gebeurt echter niet sprongsgewijs, maar relatief langzaam en binnen een bepaald bereik. Zo ontstaat het typische geluid van een Amerikaanse politiesirene. Om de zaak wat aanschouwelijker te maken, hebben we van het spanningsverloop over kondensator C3 tijdens het laad- en ontlaadproces een foto gemaakt: zie het bovenste signaal in figuur 3. Het signaal daaronder is het spanningsverloop over Cl. De toonhoogte hangt van twee dingen af: de waarde van C3 en — zoals reeds gezegd — de aanwezigheid van D1. De frekwentie van de toon ligt zonder D1 en met C3 = 2,2 nF rond de

Figuur 3. In de bovenste helft van de foto Is het spanningsverloop over de frekwentiebepalende kondensator van de tweede 555 te zien (C3). Daaronder het spanningsverloop over C l . Figuur 4. Om een sirene met het typische jankende geluid van een Amerikaanse politieauto te maken, heb je niet méér nodig dan 2 timer-IC's en een handjevol onderdelen.

5 C2

460 Hz, bij 4,7 nF is de frekwentie nog maar ongeveer 220 Hz. Wil men dus de toonhoogte veranderen, dan kan dat heel eenvoudig gedaan worden door de waarde van C3 te wijzigen, of door D1 te verwijderen c.q. aan te brengen. Om er voor te zorgen dat het sirene-gehuil ook daadwerkelijk hoorbaar is, moet de schakeling natuurlijk met een luidspreker worden uitgerust. De door IC2 geleverde uitgangsstroom is echter te klein om rechtstreeks een luidspreker te sturen. We versterken daarom het signaal met de als darlington geschakelde transistoren T2

en T3 tot een dusdanig nivo dat er ook werkelijk van een sirene gesproken kan worden...

Opbouw Zoals gebruikelijk wordt ook de 555-sirene op een standaard-Elex-print (formaat 1) opgebouwd. De komponentenopstelling zien we in figuur 5. Als eerste moeten alle draadbruggen aangebracht worden — met uitzondering van de verbinding T1/pen 5 van IC2. Dan de weerstanden, kondensatoren (let bij C1 op de polariteit) en transistoren, waarna tenslotte de twee

IC-voetjes aan de beurt zijn. Diode D1 mag voorlopig nog niet geplaatst worden. Bij C3 kan men overigens uit verschillende waarden kiezen. De vier soldeerstiften moeten als laatste aangebracht worden: twee voor de luidspreker en twee voor de voeding. Is alles vastgesoldeerd, dan kunnen de beide IC's in hun voetjes worden geprikt (pen-1-markering in de gaten houden!). Een koellichaam voor T3 is alleen dan noodzakelijk, wanneer het de bedoeling dat de sirene kontinu staat te loeien. Aangezien de stroomopname van de schakeling

Onderdelenlijst R1 = 180 kQ R2,R5,R6 = 470 kQ R3 = 10 kQ R4 = 4,7 kQ R7 = 1 kQ Cl = 1 M F / 1 6 V C2.C4 = 10 nF C3* = 2,2...4,7 nF C5 = 100 nF D1* = 1N4148 T1.T2 = BC 547B T3 = BD 139 IC1,IC2 = 555

Diversen: LS = luidspreker 8 a/0,5 W 1 standaardprint formaat 1 1 koellichaam voor transistor T3* * zie tekst

Figuur 5. Met uitzondering van de voeding en de luidspreker past alles op een standaard Elex-print formaat 1.

jaarboekje elektronica '86 Het "jaarboekje electronica" is een jaarlijks terugkerend begrip bij de uitgeversmaatschappij "Muiderkring". Als zakagenda en naslagwerkje inéén draait dit boekje toch al een hele tijd mee in de turbulente wereld van de elektronica. Ten opzichte van de voorgaande jaren biedt de nieuwe uitgave altijd weer nieuwe, aktuele items zoals schakelingen van en beschrijvingen over interfaces. Natuurlijk zijn de "standaard-onderwerpen" ook aanwezig: tabellen, formules, schakelingen enz. kunt u volop er in aantreffen. Het boekje kost f 10,— en is verkrijgbaar bij de radio- en boekhandel en kiosken (ISBN 90 6082 270 6).

ruim 500 mA bedraagt (bij een voedingsspanning van 9 V), is een 9-V-batterijtje als voedingsbron natuurlijk maar een heel kort leven beschoren. Het is daarom beter om twee 4,5-Vbatterijen in serie te schakelen. De op den duur goedkoopste oplossing is echter een 9-V-net-adapter. Deze moet dan wel minstens 500 mA kunnen leveren.

Test Zodra de voedingsspanning ingeschakeld wordt, moet er een relatief luide en konstante toon hoorbaar zijn. Is dat o.k., dan kan D1 gemonteerd worden; de toonhoogte moet nu veranderen. Mocht e.e.a. onverhoopt niet verlopen zoals zojuist beschreven, dan heeft u met een aan zekerheid grenzende waarschijnlijkheid ergens een aansluitfout gemaakt (vooropgesteld natuurlijk dat alle onderdelen in orde zijn). Werkt dit gedeelte van de

sirene wel zoals het de bedoeling is, dan kan de verbinding van T1 naar pen 5 (IC2) worden gelegd: de schakeling moet nu het zenuwachtig jankende geluid van een "patrol-car" ten gehore brengen. Tot slot nog een paar meetgegevens. Denk er wel aan dat het hier gaat om gemiddelde waarden, omdat de spanningen in de schakeling niet konstant zijn. Ook mag de luidspreker niet zijn aangesloten en moet C3 een waarde van 2,2 nF hebben (D1 tijdens de metingen aanbrengen!). We hebben verder een meetinstrument gebruikt met een inwendige weerstand (Ri) van 20 kQ/V (in het 10 V-bereik). — spanning over C1 = 3 . . . 6 V — spanning over C3 = 4 V — spanning op pen 3/ IC1 = variërend tussen

5 en 9 V — spanning op pen 3/ IC2 = variërend tussen 4 en 5 V

kursus ontwerpen

koolmikrofoon i

kE>-

deel 14 Verreweg de meeste schakelingen die we in de ontwerpkursus zijn tegengekomen, hebben een ingang en een uitgang. Als uitzonderingen hierop bespreken we ditmaal schakelingen, die alleen maar een uitgang hebben: oscillatoren. Tijdens de behandeling van de Miller-integrator hebben we al en klein teugje mogen proeven van het begrip "oscillator":

c

«np1

C

K

Hl—IFrO

Rond de transistor is een Miller-integrator opgebouwd, die van een blokvormig ingangssignaal een driehoekvormig uitgangssignaal maakt. Op het blok "komparator" gaan we hier niet verder in. Belangrijk is alleen te weten dat deze van het driehoeksignaal weer een blokgolf maakt (in feite schakelt deze de uitgang om als de ingangsspanning een bepaalde positieve dan wel negatieve spanningswaarde passeert). In feite zijn we er nu al: het uitgangssignaal van de komparator kan meteen dienen als ingangssignaal voor de Miller-integrator; de oscillator is geboren! Het terugvoeren van het uitgangssignaal naar de ingang is kenmerkend voor een oscillator. Dit kunnen we ook zien bij de volgende schakeling:

*k±>-^

De koolmikrofoon en de telefoon zijn afkomstig uit een oud telefoontoestel. Het door de mikrofoon opgepikte geluid wordt door de telefoon weergegeven en bereikt zo de mikrofoon opnieuw. Worden mikrofoon en telefoon maar dicht genoeg bij elkaar gebracht, dan zal er een pieptoon klinken. De schakeling oscilleert dan. Gelukkig zal niet elke schakeling met terugkoppeling spontaan gaan oscilleren, behalve in oscillatoren natuurlijk. Dan is oscillatie net de bedoeling. Er zijn een aantal eisen, waaraan een schakeling moet voldoen om te kunnen oscilleren (of juist niet). In de rondgaande kring moet zich een versterkend element bevinden, want er gaat in de lus energie verloren. Dit kunnen we ook zien in de mikrofoon-telefoonoscillator. Het door de luidspreker opgewekte signaal wordt op zijn weg naar de mikrofoon verzwakt. De kombinatie mikrofoon-batterij werkt echter als een soort primitieve versterker, waardoor de verzwakking van het akoestische signaal wordt opgeheven. De rondgaande versterking moet nèt iets groter zijn dan één. Een tweede voorwaarde is, dat ook de fase van het rondgaande signaal in orde moet zijn. Stel, dat het door de telefoon afgegeven signaal de mikrofoon bereikt met een fasedraaiing van 180°. Het mikrofoonsignaal wordt dan niet "opgezweept", maar juist uitgedoofd! Dit houdt echter niet in, dat er geen faseverschuiving in de lus zelf zou mogen optreden. Als de totale fasedraaiing na eenmaal doorlopen maar 0°, 360° of veelvouden hiervan bedraagt. In de volgende oscillatorschakelingen gaan we eens na, hoe deze voorwaarden tot stand komen.

Bij de astabiele multivibrator is de basis van de ene transistor verbonden met de koliektor van de andere, en omgekeerd. Er is dus terugkoppeling aanwezig: de schakeling kan oscilleren. Aan de eerste voorwaarde is snel voldaan. Er bevinden zich twee transistoren in de lus, dus aan versterking is er geen gebrek. Daar tevens elke transistor een faseverschuiving van 180° tussen basis en kolletor bezit, is de totale fasedraaiing 360°, waarmee ook aan de tweede voorwaarde is voldaan.

9... 15 V

-S-©

0-0 C1

C2

C3

C4

HhHhrIMF 10 n

Hier zien we een faseverschuivings-oscillator. Er zijn vier RC-netwerken achter elkaar geschakeld. T1 fungeert als versterkend element, dat de verzwakking van de RCnetwerken opheft. Tussen basis en koliektor is de fasedraaiing 180°, dus moet het netwerk nog eens 180° in fase verschuiven. De faseverschuiving hangt af van de frekwentie. Alleen bij één bepaalde frekwentie treedt een fasedraaiing op van 180° (4x45°) en de schakeling oscilleert op dié frekwentie. Men zou zich kunnen afvragen of er bij een rondgaande fasedraaiing van 2x360° ook oscillatie kan optreden. In totaal is dit 720°, waarvan de transistor al 180° voor zijn rekening neemt. Over blijven dan nog 540° voor het netwerk. Daar één RC-sektie maximaal 90° kan draaien, bereikt men hoogstens 4 x 9 0 ° = 360°. Dientengevolge kan de schakeling dus maar op die ene frekwentie oscilleren. 12V

n

22 uF 16V

cal [_•) f

18 wdg. 0 10 mm

basis als ingang en de koliektor als uitgang. Het LCnetwerk (L1, C1 en C3) behoort dus de resterende 180° te draaien. De parallelkring, bestaande uit L1 en de serieschakeling van C1 en C3 werkt gewoonlijk als een bandfilter, dat bij de centrale doorlaatfrekwentie een fasedraaiing van 0° bezit. Aan de bovenkant van de kring wordt dan het ingangssignaal aangekoppeld en wordt tevens het uitgangssignaal afgenomen. De onderkant van de kring is dan gemeenschappelijke massa. Nu hebben we voor onze oscillator geen 0°, maar 180° nodig. Bij een LC-kring gaat dit als volgt: de kondensator wordt opgedeeld (in C1 en C3) en het knooppunt hiertussen wordt gemeenschappelijke massa, terwijl de uiteinden van de kring worden verheven tot resp. ingang en uitgang. Op die manier ontstaat de gewenste 180°. De oscillatiefrekwentie kan gewijzigd worden door verandering van de kondensatorwaarden en/of de zelfinduktiewaarde van de spoel. Wanneer er juist behoefte is aan een zeer stabiele frekwentie, kan de spoel worden vervangen door een kwartskristal:

Het voordeel van een kristal als frekwentiebepalend element is, dat de resonantiefrekwentie akelig nauwkeurig en stabiel is. Deze frekwentie hangt af van de afmetingen van het kristal, en wordt tijdens het fabrikageproces op de gewenste waarde geslepen of geëtst. De fasedraaiing bij de resonantiefrekwentie verloopt zeer steil zodat bij 180° de oscillatiefrekwentie zo goed als niet verandert. Vooral in de hoogfrekwenttechniek bestaan er zóveel verschillende soorten en uitvoeringen van oscillatoren, dat we er een hele kursus aan konden besteden. Eén feit is echter voor alle oscillatoren hetzelfde, nl. dat de fase én de versterking aan de korrekte oscillatie-voorwaarden moeten voldoen. Daar komen we niet onderuit!

Hh Rl

f33k

€>

BC547B

1n

0 -©

In de hoogfrekwenttechniek is deze LC-oscillator bekend onder de naam "Colpitts-oscillator". Als versterkend element gebruiken we ook hier weer een transistor met de

(wordt vervolgd)

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

1

1 i

fl [E üv

u Vuw

kleur

Ie' cyfer

zwart

-

\ \

nullen

bruin

1

2e0 cijfer I

rood

2

2

oranje

3

3

000

geel

4

4

0000

groen

s

5

ooooo

blauw

6

6

000000

violet

7

7

grijs

8

8

-

wit

9

9

goud

-

-

zilver zonder

r

i

tolerantie in%

0

± 1%

00

±2%

xO.1

Hoeveel ohm en hoeveel farad?

Meetwaarden

Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren w o r d t de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels:

Soms zijn in het schema of in de tekst meetwaarden aangegeven. Die meetwaarden dient men als richtwaarden op te vatten: de feitelijk gemeten spanningen en stromen mogen maximaal 10% van de richtwaarden afwijken. De metingen zijn verricht met een veel voorkomend type universeelmeter met een inwendige weerstand van 20 kQ/V.

p n M m k M G

-. = = » = =

= . m = = «

{pico) Inano) (micro) (milli) (kilo) (Mega) (Giga)

M

10-12 10~9 10-6 IQ"3 103 106 109

= = == » « = «

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

Het voorvoegsel vervangt in fclex niet alleen een aantal nullen vóór of achter de komma, maar ook de komma zélf: op de plaats van de komma komt het voorvoegsel te staan. Een paar voorbeelden: 3k9 - 3,9 kQ - 3900 Q 4 ^ 7 = 4,7fiF - 0.000 0047 F

Wh

Kondensatoren ±0.5%

±5%

xO.01

± 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 gebruikt uit de zogeheten E12-reeks met een tolerantie van 10% (of 5 % ) . Tenzij anders aangegeven worden Va-wattweerstanden gebruikt. Ze kosten ongeveer een dubbeltje.

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

Diverse t e k e n s y m b o l e n

f\

ingang

m

uitgang

m

^

massa

TO^

chassis aan nul

.

lichtnet aarde draad (geleider) verbindingen

: F en . F). De waarde is 1.000.000.000.000' c " 1.000.000 op de kondensator vaak in de Elex-schrijfwijze aangegeven. Voorbeelden: 1n5

-

1,5

nF;

M 03

-

0,03MF

*

30 nF;

100 p (of

kruising zonder verbinding

n100

of

n1) = 100 pF. De werkspanning van gewone kondensatoren moet minstens 2 0 % hoger zijn dan de voedingsspanning van de schakeling. De prijs is afhankelijk van de kapaciteit en van het materiaal waaruit de kondensator is o p g e b o u w d : f 0,40 tot f 1,50.

1

'. if

afgeschermde kabel

schakelaar (open)

drukknop (open)

.

aansluiting (vast) aansluiting (losneembaar) meetpunt

Elektrolytische kondensatoren

Potentiometers oftewel potmeters worden met P aangegeven. Het zijn speciale weerstanden met een verstelbaar sleepkontakt. Met dat sleepkontakt wordt een deel van de spanning die over de hele potmeter-weerstand staat, afgetakt. Met een schroevedraaier instelbare, zogenaamde instelpots, kosten ongeveer twee kwartjes; echte potmeters (met een as) zijn te koop vanaf ongeveer f 1,50.

*

| f

(eiko's) hebben een heel hoge kapaciteit (ruwweg tussen IJJF en 10.000^F). Ze zijn echter wel gepolariseerd d.w.z. ze hebben een plus- en een min-aansluiting, die niet verwisseld m o g e n worden. Bij tantaal-elko's (een heel klein type elko) is de plus altijd de langste van de twee aansluitdraden. De werkspanning van elektrolytische kondensatoren (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.

^ -

\ y

gelijkspanningsbron (batterij, akku) lichtgevoelige weerstand

temperatuurgevoelige weerstand

koptelefoon

luidspreker

spoel

Variabele kondensatoren

spoel met kern

Evenals bij weerstanden bestaan ook bij kondensatoren speciale instelbare uitvoeringen. Met een schroevedraaier instelbare " t r i m m e r s " kosten ca. f 1 , — ; variabele kondensatoren met een as zijn te koop vanaf ongeveer f 2,50.

transformator

^

relais (kontakt in ruststand)

potentiometer (potmeter)

draaispoelinstrument

gloeilamp

neon lampje

variabele kondensator

stereopotmeter

-E_3-

zekering

*K

Dioden

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 o m , dan sperren ze. In doorlaatrichting valt er over de aansluitingen van een siliciumdiode een spanning van ca. 0,6 V (drempelspanning). De aansluitingen heten kathode (streepje in symbool) en anode. De kathode is meestal op het huisje van de diode aangegeven door middel van een gekleurde ring, een punt of een inkeping. Zijn de aansluitingen onbekend, dan kan de diode m.b.v. een lampje en een batterij worden getest. Het lampje brandt alleen als de diode is aangesloten in de getekende richting. lampje

Transistors

Geïntegreerde schakelingen

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

meestal afgekort tot " I C ' s " , bestaan tegenwoordig in zoveel varianten, dat er nauwelijks iets in het algemeen over te zeggen valt. De meeste IC's zijn ondergebracht in een DIL-behuizing (dual-in-line): de bekende zwarte " k e vertjes" 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. O m vergissingen te voorkomen is pen 1 op het IC altijd gemerkt met een punt of een inkeping o.i.d.

( + ) | «nittBT

\_) I Emitter

PN P-transistor

NPN-transistor

j-0-0— Een kleine stroom die van basis naar emitter loopt, veroorzaakt een (veel) grotere stroom tussen koliektor en emitter. Daarom zeggen w e dat de transistor de basisstroom "versterkt" (stroomversterking). Transistors zijn vandaag de dag de belangrijkste basiselementen in versterkerschakelingen.

ToDe belangrijkste technische gegevens van een diode zijn de sperspanning en de maximale stroom in doorlaatrichting. In Elex worden hoofdzakelijk twee typen gebruikt: 1N4148 (sperspanning 75 V, doorlaatstroom 75 m A I , prijs ca. f 0,15. 1N4001 (sperspanning 50 V, doorlaatstroom 1 A ) , prijs ca. / 0,25.

Zenerdiode is een diode die in sperrichting boven een bepaalde spanning (de zenerspanning) niet meer spert. Deze diode slaat dus door zonder daarbij defekt te raken. De spanning die over de diode staat, blijft vrij konstant. Ze zijn verkrijgbaar voor verschillende spanningen (en vermogens). Prijs: vanaf f 0,25.

LED's (light 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 m A . De kathode (streepje in symbool) herkent men aan het korte pootje. De goedkoopste LED's kosten zo ongeveer een kwartje.

Indien een voorgeschreven type halfgeleider niet voorhanden is kan heel vaak gebruik worden gemaakt van een gelijkwaardig (ekwivalent) type. Geïntegreerde schakelingen (IC's) zijn vaak door verschillende fabrikanten van een in details afwijkend type-nummer voorzien. In schema's en onderdelenlijsten w o r d t uitsluitend het gemeenschappelijke hoofdgedeelte van het type-nummer weergegeven. Een voorbeeld. De operationele versterker, t y p e 741, komt in de volgende " g e d a a n t e n " voor: ^ A 741, LM 741, MC 741, RM 741, S N 72741, enzovoorts. Elexomschrijving: 741. Het verdient aanbeveling o m IC's in IC-voeten te plaatsen (ze kunnen dan, indien n o d i g , makkelijk vervangen worden).

Symbolen In onze schakelingen worden de typen BC 547 (NPN) en BC 557 (PNP) het vaakst gebruikt. Deze twee hebben dezelfde aansluitingen. In de meeste schakelingen kan men in plaats van de BC 547 en BC 557 ook andere typen gebruiken met ongeveer dezelfde eigenschappen: NPN: BC 548, BC 549, BC 107 (108, 109), BC 237 (238, 239) PNP: BC 558, BC 559, BC 177 (178, 179), BC 251 (252, 253). De prijs van al deze typen ligt rond f 0,40.

In sommige gevallen, met name bij logische p o o r t e n , wijken de gebruikte schema-symbolen af van officiële tekenafspraken ( D I N , 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 "&", " J 1 " , " 1 " of " = 1 " genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar èn blijft de aansluiting op de in het elektronicaonderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd. NEN

Speciale transistoren zijn bijvoorbeeld de fototransitor en de FET. De fototransistor kan opgevat worden als een fotodiode met versterker. De FET is een transistor die met een spanning (dus geen stroom) in geleiding gebracht kan worden. Zo als er bij een transistor NPN- en PNP-typen zijn, zo kennen w e bij FET's N- en P-kanaal-typen.

operationele versterker (opamp)

-LT>

>©

A N D - p o o r t (EN-poort)

fototransistor (NPN) met en zonder basisaansluiting

°iV Fotodiode is eigenlijk een omgekeerde LED; in plaats van licht te geven ontvangt deze diode licht en levert een lichtafhankelijke stroom. Prijs: vanaf ca. f 2,50.

M>

^

N-kanaal J-FET

P-kanaal J-FET

N A N D - p o o r t (NEN-poort)

4H>

OR-poort (OF-poort)

Andere aktieve komponenten

Kapaciteitsdiode

^IK^

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 geleiding gebracht kan w o r d e n . De triac werkt als een thyristor, maar dan voor wisselstroom. De diac spert in beide richtingen maar komt boven een bepaalde spanning volledig in geleiding.

NOR-poort (NOF-poort)

•EXOR poort (EX-OF-poortl

•+

,>>_

EXNOR-poor, (EX-NOF-poort)

" ^ L r