ELEX tijdschrift voor hobby-elektronica 1986-37 issue september

nr. 37 september 1986 f 4,75 Bfrs. 98

licht aan — licht uit toevalsgestuurde verlichtingsautomaat

zeepdoosradio

zonnezaklantaarn milieuvriendelijk en goedkoop

met MOSFET

paraboolmikrofoon akoestische verrekijker

telefoonhulpje handige extra bel

ELEX JHBIHHniMHfaHHHrauHÉH^HIH

4 e jaargang nr. 9 september 1986 ISSN 0167-7349 Uitgave van: Elektuur B.V., Peter Treckpoelstr. 2-4, Beek (L) Telefoon: 04402-89444, 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) Elex/Elektuur-databank: 24 uur per dag bereikbaar (behalve op maandagmiddag tussen 12.30 en 16.00 uur) voor informatie en bestellingen via computer, modem en telefoon (Viditel-systeem). Tel.: 04402-71850. Elex verschijnt rond de eerste van elke maand. Onder dezelfde naam wordt Elex ook in het Duits uitgegeven.

% J ü:»* 5 v *'

* v C "«, s; e » * v,: *i !* * i, ü :'< ïi .*: !* <• ! !- ; i **ii

xlip

Internationaal hoofdredakteur/ chef ontwerp: K.S.M. Walraven Hoofdredakteur: P.E.L. Kersemakers Redaktie: J.F. van Rooij (eindred.), P.H.M. Baggen, E. de Ruiter, 1. Gombos (ass.) Ontwerpafd./laboratorium: J. Barendrecht, G.H.K. Dam, A.M.J. Rietjens, A.P.A. Sevriens, J.P.M. Steeman, P.I.A. Theunissen, M.J. Wijffels Redaktiesekretariaat: M. Pardo G.W.P. Wijnen

Voor het opbouwen van Elex-schakelingen hebben wij speciammm apar*m le printen ontworpen. We hebben niet gekozen voor een te print voor elke schakeling, maar voor een standaardprint. Deze standaardprint is zodanig van koperbanen en gaatjes voorzien dat ze zowel voor een eigen ontwerp als voor een uit Elex gebruikt kan worden. De gaatjes zijn volgens het genormaliseerde raster 2,54 mm (1/10 inch) geboord, zodat alle elektronica-onderdelen (weerstanden, kondensatoren, IC's, enz.) passen. Door ervoor te zorgen dat je een paar Elexprinten in voorraad hebt, kun je meteen aan de slag als je een bepaalde schakeling wil bouwen. Er hoeven geen speciale, dure printen besteld te worden en je hoeft ook niet aan de gang met bakken etszuur om zelf een print te vervaardigen. Eiex-printen zijn verkrijgbaar in drie f o r m a t e n : formaat 1

Dokumentatie: P.J.H.G. Hogenboom

(1/4 x euroformaat), 40 m m x 100 m m / " 5 , - / B f r s . 99

Vormgeving/graf. prod.: G.B.S., Beek (L) Auteursrecht: Niets uit deze uitgave mag verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt worden door middel van druk, fotokopie, mikrofilm of op welke wijze dan ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgeefster. De auteursrechtelijke bescherming van Elex strekt zich mede uit tot de illustraties met inbegrip van de printed circuits, evenals tot de ontwerpen daarvoor. In verband met artikel 30 Rijksoktrooiwet mogen de in Elex opgenomen schakelingen slechts voor partikuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van schakelingen geschiedt buiten de verantwoordelijkheid van de uitgeefster. De uitgeefster is niet verplicht ongevraagd ingezonden bijdragen, die zij niet voor publikatie aanvaardt, terug te zenden. Indien de uitgeefster een ingezonden bijdrage voor publikatie aanvaardt, is zij gerechtigd deze op haar kosten te (doen) bewerken; de uitgeefster is tevens gerechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haar andere uitgaven en aktiviteiten te gebruiken tegen de daarvoor bij de uitgeefster gebruikelijke vergoeding. Nadrukrecht: Voor Duitsland: Elektor Verlag GmbH, 5100 Aken. © Uitgeversmaatschappij Elektuur BV.-1986 Printed in the Netherlands Druk: NDB, Zoeterwoude

V7

lnotu/vak

lid NOTU, Nederlandse Organisatie van Tijdschrift- Uitgevers 9-02 -

elex

Techn. illustraties: (1/2 x euroformaat), 80 m m x 100 m m f 9,50/Bfrs. 187

L.M. Martin Fotografie: J.M.A. Peters Abonnementen: T.H.H. Dewitte Jaarabonnement Nederland België buitenland f 47,50 Bfrs. 980 f 67,50 Studie-abonnement f 3 8 , - (Bfrs. 784) Een abonnement kan op ieder gewenst tijdstip ingaan en loopt automatisch door, tenzij het 2 maanden voor de vervaldatum schriftelijk is opgezegd. De snelste en goedkoopste manier om een nieuw abonnement op te geven is die via de antwoordkaart in dit blad. Reeds verschenen nummers op aanvraag leverbaar (huidige lossenummerprijs geldt). Losse nummerprijs: Nederland f 4,75; België Bfrs. 98

Adreswijzigingen: s.v.p. minstens 3 weken van tevoren opgeven met vermelding van het oude en het nieuwe adres en abonnee-nummer. Commerciële zaken: H.J. Ulenberg Hoofd adv.-exploitatie E.A. Hengelmolen

Advertenties: A. Tuitel W.H.J. Peeters Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag.

(1/1 x euroformaat), 160 m m x 100 m m r" 1 8 , - / B f r s . 355

Voor de "kursus DIGI-taal" is een experimenteerprint verkrijgbaar: digi-trainer, bestelnr-. 83601 f 32,70/Bfrs. 644

EXPERIMENTEERSYSTEEM juni 86659 - Basisprint 86660 - 5 V netvoeding juli 86661 - experimenteerprint augustus 86717 - + / - 15-volt-voeding september 86681X - sinusgenerator 86688X - transistor als schakelaar

f 34,-/Bfrs. 670 f 9,65/Bfrs. 190 f 15,20/Bfrs. 300 f 16,40/Bfrs. 323 f 12,40/Bfrs. 244 f 9,75/Bfrs. 192

Verzend- en administratiekosten f 3,50/Bfrs. 69 per bestelling. Elex-printen zijn in de meeste elektronica-zaken verkrijgbaar. Ze zijn ook rechtstreeks bij Elektuur BV. te bestellen d.m.v. de bestelkaart elders in dit blad, of tegen vooruitbetaling op giro 124.11.00 t.n.v. Elektuur B.V., Beek (L) (België: PCR 000-017-70.26.01) o.v.v. de desbetreffende print. Ook via de "databank" (zie kolofon) kan besteld worden.

DEZE MAAND

september 1986

inhoud

binnenkort Bij gebruik van bijvoorbeeld cassetterecorders, kamera's en video-apparatuur buitenshuis, kunnen de batterijkosten aardig oplopen. Natuurlijk kun je de batterijen door nicad-akku's vervangen, maar hoe moet je die opladen zonder stopkontakt in de buurt? Volgende maand gaan we eens kijken hoe dat met de hulp van de autoakku toch mogelijk is.

zelfbouwprojekten

bij het omslag: "Manhattan op print", dat zou de titel kunnen zijn van deze door J.W. van Boordt gemaakte omslagfoto. Bij de onlangs gehouden fototronica-wedstrijd behaaldede deze fraaie plaat de 12 prijs.

universele transistor- en diode-tester Een eenvoudig te bedienen tester, waarmee de drie belangrijkste eigenschappen van halfgeleiders snel en goed kunnen worden gemeten. , ^

lo

11 fonoskoop — geluid uit de verte 14 telefoonhulpje — extra bel 16 universele transistoren diodetester 21 licht aan-licht uit — toeval-gestuurde verlichtingsautomaat 28 alkotest — een aardig gezelschapsspelletje 39 MOSFET-middengolfontvanger — luxe zeepdoosradio 45 zonnezaklantaarn — overdag laden, 's avonds licht

informatie, praktische tips 4 23

tussen schema en print

27 30

Je moet even een paar dingen weten en het vergt wat oefening, maar toch is het waarschijnlijk gemakkelijker dan u denkt: printen zelf etsen. DC\

41 42 45 49

fonoskoop Een verrekijker, maar dan voor geluiden — dat is eigenlijk de beste omschrijving van een mikrofoon met parabool-reflektor.

11

telefoonhulpje Met een goedkope en eenvoudig te bouwen schakeling, hoor je voortaan de telefoonbel altijd en overal!

14

elextra mini-schakeling — toongenerator met één transistor kaleidoskoop van schema tot print — zelf printen maken 'n tip — desoldeernaald IC-info - UAA 170/180 markt-info komponenten

grondbeginselen 10 hoe zit dat? — hoe werkt de kilowattuurmeter 24 elex experimenteersysteem — sinusgenerator 34 elex experimenteersysteem — de transistor als schakelaar 46 kursus wisselstroom (3) elex - 9-03

ELEXTRA 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 "TV" (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 "LP" op de brief. — Elex-printen zijn verkrijgbaar bij de uitgever van Elex en bij de betere elektronica-onderdelenhandelaar. — Elex is ook bereikbaar via de databank (zie kolofon, pag. 02).

p = (pico ) = 10~12 = een miljoenste van een miljoenste n = (nano) = 10"9 = een miljardste \x - (micro) = 10' 6 = een miljoenste m = (milli) = 10~3 = een duizendste k = (kilo) = 103 = duizend M = (Mega) = 106 = miljoen G = (Giga) = 109 = miljard Het voorvoegsel vervangt in Elex niet alleen een aantal nullen vóór of achter de komma maar ook de komma zélf: op de plaats van de komma komt het voorvoegsel te staan. Een paar voorbeelden: Weerstanden: 3k9 = 3,9 kQ = 3900 Q 6M8 = 6,8 MQ = 6800000 Q 0Q33 = 0,33 Q Kondensatoren: 4p7 = 4,7 pF = 0,000 000 000 0047 F 5n6 = 5,6 nF = 0,000 000 0056 F 4^7 = 4,7 ,JF = 0,000 0047 F De voorvoegsels worden overigens óók gebruikt voor de afkorting van andere soorten hoeveelheden. Een frekwentie van 10,7 MHz wil zeggen: 10 700 000 Hz, dus 10 700 000 trillingen per sekonde.

Bouwbeschrijvingen

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 " & " , " > . 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 /Componenten, achterin dit nummer. Hoeveel ohm en hoeveel farad? Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels: 9-04 -

elex

Elex-schakelingen zijn klein, ongekompliceerd en betrekkelijk gemakkelijk te begrijpen. Er zijn speciale Elex-printen voor ontwikkeld, in drie formaten: Maat 1: 4 cm x 10 cm Maat 2: 8 cm x 10 cm Maat 4: 16 cm x 10 cm (Europa-formaat) Bij iedere bouwbeschrijving hoort een plattegrond (komponentenopstelling), aan de hand waarvan de onderdelen op de print worden geplaatst en aansluitingen en eventuele resterende doorverbindingen worden gerealiseerd. Een plattegrond geeft de opgebouwde schakeling in bovenaanzicht weer. 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 standaard-onderdelen, die goed

Over het lezen van Elex, het bouwen van Elex-schakelingen en over wat Elex nog méér voor de lezer betekenen kan.

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 Y*-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 soldeerlasziet 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 onderaanzicht 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.

HOE ZIT DAl f In elk huis dat aangesloten is op het openbare elektriciteitsnet, heeft de elektriciteitsmaatschappij een kilowattuurmeter gemonteerd voor het meten van het elektriciteitsverbruik. Al draaiend telt de meter netjes elke kilowattuur en afhankelijk van uw energieverbruik zorgt hij er voor dat de eindafrekening weer tegen- of meevalt. Veel mensen krijgen bij het zien van de eindafrekening visioenen van stilstaande of terugdraaiende meters. Helaas zal dit nooit gebeuren, tenzij u de meter overbrugt. De meter is zo gekonstrueerd dat faktoren van buiten het apparaat niet kunnen beïnvloeden. Het is dus (helaas) niet mogelijk om met een magneet de meter stil te zetten. Laten we eens kijken hoe een dergelijke meter werkt. Omdat het vermogen gelijk is aan het produkt van spanning en stroom moet de meter beide grootheden meten. Daarvoor bevat de meter twee spoelen. Één spoel met een groot aantal windingen die parallel met het net geschakeld is (de spanningsspoel) en een spoel met weinig windingen die m serie met het net geschakeld is (de stroomspoel). Tussen de beide spoelen bevindt zich de schijf. In elke spoel wordt een magnetisch veld opgewekt dat dwars door de schijf gaat. Door de magnetische velden gaan er m de schijf wervelstromen lopen. Deze wervelstromen zorgen op hun beurt ook voor magnetische velden. We hebben dus de volgende velden: Een veld afkomstig van de stroomspoel, een veld afkomstig van de spanningsspoel, een veld afkomstig van de wervelstromen die ontstaan door het veld van de stroomspoel en een veld afkomstig van de wervelstromen die ontstaan door het veld van de spanningsspoel. Deze verschillende velden veroorzaken een kracht waardoor de schijf gaat draaien. Via een tandwieloverbrenging zorgt de schijf er voor dat het telwerk aangedreven wordt. We mogen er van uit gaan dat het veld van de spanningsspoel konstant is omdat de netspanning nagenoeg konstant is. Het veld van de stroomspoel is daarentegen afhankelijk van de belasting van het net. In vergelijking met een kleine netbelasting is bij een grote netbelasting de stroom door de stroomspoel groter, wat tot gevolg heeft dat het veld ook groter is. Wanneer het veld groter is, zal ook de kracht die op de schijf uitgeoefend wordt groter zijn en dus zal de schijf sneller gaan draaien. Hierboven hebben we gezegd dat de netspanning konstant is. Men zou dus kunnen konkluderen dat voor het meten van het vermogen een motortje gebruikt kan worden waarvan de snelheid afhankelijk is van de stroom. Helaas gaat dit alleen op voor gelijkspanningsnetten waarvan de spanning echt konstant is. Ten eerste is de netspanning nooit helemaal konstant. Zeker niet in een afgelegen boerderij met een lange verbinding tussen hoofdnet en meterkast. Ten tweede is het mogelijk dat er stroom loopt terwijl er geen vermogen opgenomen wordt. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer een kondensator 9-10

elex

op het net aangesloten wordt. Spanning en stroom zijn dan niet in fase, waardoor het produkt van U en I geen reële waarde oplevert. In dit geval mag de kilowattuurmeter dus met draaien. De meter zal stilstaan omdat de magnetische velden rond de schijf met op het juiste moment in de goede richting staan, waardoor de krachten die op de schijf werken met meer gelijkgericht zijn. Een motortje dat alleen de stroom registreert' zal echter wel draaien, wat tot gevolg heeft dat een hoeveelheid elektriciteit die met nuttig gebruikt is, betaald moet worden. Waarom we de kilowattuurmeter niet stil kunnen zetten is nu makkelijk te verklaren. Voor het stilzetten van de schijf moeten de velden die de schijf laten draaien opgeheven worden. Dit kan met behulp van een extra magnetisch veld. Het veld van een permanente magneet is hiervoor met te gebruiken omdat dit een konstant veld is terwijl de velden van de stroom- en spanningsspoel wisselvelden zijn. We hebben dus een wisselveld nodig waarvan de veldhjnen op de zelfde plaats door de schijf gaan en tevens tegengesteld gerichte veldhjnen heeft als de veldhjnen van de stroom- of spanningsspoel. Van buitenaf is dit onmogelijk. Een grote spoel rond de meter of tri de buurt van de meter kan nooit hiervoor zorgen. Het bedotten van het energiebedrijf is dus niet mogelijk. Gratis elektriciteit kunnen we alleen krijgen door gebruik te maken van bijvoorbeeld een windmolen, waarbij we de kosten van de installatie maar even verwaarlozen.

fonoski §i§

§

akoestische verrekijker met paraboolmikrofoon Dit artikel heeft niet tot doel, onze lezers a a n te zetten tot afluisterpraktijken. Het afluisteren van privé-gesprekken, ongeacht op welke wijze dat gebeurt, wordt immers in brede kringen beschouwd als een onmaatschappelijke aktiviteit. De privésfeer van het individu dient zoveel mogelijk te worden ontzien. Daarom geldt het afluisteren van gesprekken (of men het nu doet via de telefoon, met een mini-zender, met een recorder onder de kast, of met het oor a a n het sleutelgat) terecht als een miskenning van de menselijke waardigheid. Het afluisteren is misschien nog te rechtvaardigen als het gaat om de opheldering van misdrijven, maar zelfs in dat geval dient men deze handelswijze kritisch te benaderen, en met het nodige voorbehoud. Wat dat betreft, is er a a n diskussiestof geen gebrek, want de afluister-affaires uit het verleden hebben vele vraagtekens achtergelaten. Tot zover de morele aspekten van dit onderwerp! Het zou overigens onjuist zijn, als we de verantwoordelijkheid voor de afluisterproblematiek uitsluitend zochten bij d e technici, de uitvinders, d e weten-

schapsmensen en de ingenieurs. Het is immers hun taak de grenzen van het haalbare te verleggen. De steeds meer verfijnde afluister-apparatuur die als gevolg van hun aktiviteiten beschikbaar komt, is eigenlijk niet meer d a n een bijprodukt. De vraag naar dit "bijprodukt" is echter niet gering. Zelfs op d e hobbymarkt wordt dit afval van de technologische vernieuwing a a n g e b o d e n , en de populariteit van boeken over afluister-apparatuur is een teken a a n de wand. De redaktie van een elektronica-tijdschrift kan zich niet veroorloven de ogen te sluiten voor de technische ontwikkelingen — ook niet op dit gebied. Omdat we bij voorkeur niet met de geheven wijsvinger zwaaien, zullen we dit bouwontwerp als volgt omschrijven: het is een a p p a r a a t dat (met behulp van wat elektronica en een slimme toepassing van de natuurwetten) d e grenzen van uw oren ruimschoots kan verleggen. De bouwer kan dus rekenen op een soort "bewustzijnsverruiming" — maar d a n zonder drugs! Voor welk doel men deze schakeling wil gebruiken, laten we over aan het persoonlijke oordeel. Een toe-

passing die we zonder voorbehoud kunnen aanbevelen, is het beluisteren van vogelgeluiden, want daarvoor is onze paraboolmikrofoon bij uitstek geschikt. Als het bezit van een verrekijker zonder bezwaar legaal genoemd kan worden, mogen we aannemen dat voor onze "akoestische verrekijker" hetzelfde zal gelden.

Niet alleen voor satelliet-ontvangst: de parabool-antenne In recente diskussies over satelliet-ontvangst wordt steeds vaker beweerd, dat we binnenkort een nieuwtje kunnen verwachten: een eigen paraboolantenne o p het dak. In de professionele telekommunikatie en in de (radio-)astronomie is dit antennetype echter al enige decennia een bekende verschijning. De paraboolantenne heeft de eigenschap dat hij alle inkomende golven o p een enkel punt koncentreert, zodat een hogere energiedichtheid bereikt wordt. Dit geldt niet alleen voor elektromagnetische golven, want ook geluidsgolven laten zich reflekteren (denk bijvoorbeeld a a n d e echo), en bundelen.

Wat het nut is van die bundeling, wordt verduidelijkt door figuur 1: Omdat de geluidsgolven zich vanaf de geluidsbron in een bolvorm voortplanten, wordt de geluidsenergie met het toenemen van de afstand verdeeld over een steeds groter boloppervlak. Omdat ons oor (of een mikrofoon) altijd hetzelfde, kleine, oppervlak heeft, zal de hoeveelheid energie die wordt opgevangen, met het toenemen van de afstand steeds geringer zijn De opgevangen energie zouden we natuurlijk kunnen verhogen, door het ontvangst-oppervlak te vergroten. Een mikrofoonmembraan kan men echter niet ongestraft groter maken, want de hogere frekwenties zouden d a n niet meer geregistreerd worden. Het is echter mogelijk, de geluidsenergie op te vangen met behulp van een groot, reflekterend oppervlak dat een parabolische vorm heeft. Door deze speciale vorm wordt het geluid gebundeld, en deze bundel kunnen we richten o p een normale mikrofoon. De energie die de mikrofoon opvangt, wordt hierdoor enkele duizenden malen hoger.

elex - 9-11

Waarom "parabolisch"?

De

elektronica

Omdat het nogal lastig is, het oor steeds in het brandpunt van een parabolische reflektor te houden, ligt het voor de hand, dat we o p deze plek een kleine elektretmikrofoon aanbrengen. Om d e signalen die door de mikrofoon worden opgevangen, te kunnen horen, hebben we een hoofdtelefoon en een kleine mikrofoon-versterker nodig. Als u al een mikrofoon-versterker hebt (aan schema's op dit g e b i e d is immers geen gebrek), des te beter. Wie er nog geen heeft, kan zijn voordeel doen met het schema dat we in dit artikel publiceren. Deze versterker kan ook voor andere doeleinden worden gebruikt, maar omdat het stroomverbruik bijzonder gering is, leent hij zich uitstekend voor mobiele toepassingen, zoals de fonoskoop. In het schema (figuur 2) vindt u een nieuwe, ruisarme CMOS-dubbel9-12 — elex

Figuur 1. Met het toenemen van de afstand, wordt de energie van een geluidsbron verdeeld over een steeds groter bol-oppervlak. Hierdoor wordt de energiedichtheid op een vlak van vaste afmetingen (zoals het oor) steeds geringer. Het gevolg is, dat het geluid steeds zachter klinkt.

-0-

T i iBatt. |9V I I

Figuur 2. Het schema van de mikrofoon-versterker is eenvoudig, maar dankzij de ruisarme dubbel-opamp werkt deze schakeling voortreffelijk. Voor de voeding is slechts een enkele batterij van 9 volt nodig, en deze gaat bijzonder lang mee. Figuur 3. Zo wordt het brandpunt bepaald: reflektor rechtstreeks naar de zon richten! Het reflekterende kunststofoppervlak geeft (zoals ook een brandglas doet) in het gezochte punt een afbeelding van de zon.

-ff-

3

-o-i •)/ - ( '

• ) -

/ \ AwA / l\

-

f 1

' x' '

/ V\ h'

1

^ " ^

y^^êr*

<^J»«

ySSj^Tl \

•

V-1

& \

/

•

\

t—J

y

^T^^<

/pap'

Het is een veelgehoord misverstand, dat men voor de bouw van een schotelantenne kan volstaan met een halve bol van kunststof (deze worden verkocht als dekoratie-materiaal). Zo eenvoudig is het echter niet: met behulp van een tekening (figuur 3) kan eenvoudig worden aangetoond, dat uitsluitend de parabolische reflektor in staat is, parallel invallend e golven in een enkel punt te koncentreren. Een simpel voorbeeld maakt dit duidelijk: misschien hebt u de bodem van een koffiekopje (of van een glimmende stalen kookpan) wel eens bekeken bij zijdelings invallend licht. U kunt d a n een heldere lijn zien, waarvan de vorm lijkt op twee halve cirkels die naast elkaar liggen. Deze zogeheten "brandlijn" is typisch voor cirkelvormige reflektoren: het invallende licht wordt niet gereflekteerd als een punt, maar in de vorm van een lijn.

V \

r

/

' \ ~**^

86719X-3

"^

opamp. Onze ontwerper heeft dit type gekozen vanwege het extreem lage stroomverbruik: bij c a . 0,5 milliampère is de levensduur van een 9 V-batterij (bijna) oneindig. In het schema en in de onderdelen lijst worden twee alternatieve typen genoemd: die geven ook een prima resultaat, maar ze verbruiken meer stroom. Deze schakeling is uitsluitend geschikt voor elektret-kapsels met twee aansluitingen. Omdat het kapsel de spanning a a n de opamp-ingang (pen 5) beïnvloedt, moet deze spanning worden nagemeten. Als de gemeten waarde afwijkt van de gewenste (ca. 1,5 V) dient men R2 groter of kleiner te maken. De spanning op pen 3 is automatisch c a . drie maal zo groot. Verder is er over deze schakeling niet veel te vertellen. De meer gevorderde lezers zullen wel gezien hebben, dat beide opamps geschakeld zijn als niet-inverterende versterkers. De versterkingsfaktor wordt b e p a a l d door de verhouding R4 : R5 (R7 : R6) Bij de gegeven waarden is d e versterking dus iets minder d a n honderd.

Mechanische opbouw Voor de reflektor zijn er drie mogelijkheden: u kunt hem zelf maken (tamelijk lastig), u kunt experimenteren met de reflektor van een kamer-antenne of van een oude straalkachel (gaat vaak prima), öf u kunt er een kopen. Hier en daar worden kunststof reflektoren van 40 cm kant en klaar verkocht voor ongeveer f 25Als u die gloednieuwe reflektor eindelijk in huis hebt, zult u ongetwijfeld willen weten waar het brandpunt ligt. Dat is natuurlijk te berekenen, maar in de praktijk is het eenvoudiger, het brandpunt proefondervindelijk te bepalen. Het enige wat we daar voor nodig hebben is een beetje zonlicht

Figuur 4. Bouwsuggestie. In het midden van de parabolische reflektor wordt een gat geboord. In het gat wordt, met behulp van twee moeren, een schroefdraad-stang bevestigd. De stang (die niet te dik mag zijn) wordt vervolgens zo gebogen, dat het uiteinde in het brandpunt ligt. Het fotostatief zorgt voor een stabiele opstelling.

Onderdelenlijst

en een stukje wit karton. Omdat de zon zo ver weg is, kunnen we veilig aannemen dat de stralen die ons bereiken, bij benadering parallel lopen. Het brandpunt van de reflektor is voor licht hetzelfde als voor geluid; daarom kunnen we het brandpunt ook met behulp van licht bepalen (dat is wel zo makkelijk, want geluid is tenslotte onzichtbaar). De reflektor wordt (bijvoorbeeld) op een fotostatief geplaatst, en naar de zon gericht. De g l a d d e kunststoflaag is weliswaar niet verspiegeld, maar hij zal toch een gedeelte van het licht reflekteren. Beweeg nu een klein strookje karton langs de as die in figuur 3 getekend is, tot u een duidelijk herkenbare, felle lichtvlek ziet. Op de plaats waar d e lichtvlek d e meest felle en scherpe indruk maakt, bevindt zich het brandpunt. Meet nu meteen de afstand tot het reflektor-oppervlak! Door een gat in het midden van de reflektor wordt een schroefdraad-stang geschoven. Buig de stang zoals getekend is in figuur 4, en zet hem vast met moeren. Het eindpunt van de stang moet zich in het brandpunt bevinden. Bevestig de mikrofoon aan het einde van de stang, met het membraan in de

richting van d e reflektor. Door de bevestigingsmoeren te verplaatsen, kan de mikrofoon exakt in het brandpunt gebracht worden (herhaal zo nodig de brandpunt-test met de zon). Het gedeelte van de draadstang dat a a n d e achterzijde van de reflektor uitsteekt, dient voor de bevestiging o p een statief. De mikrofoon wordt via een afgeschermde kabel verbonden met de mikrofoon-versterker. De kabel wordt langs de draadstang geleid, en de versterkerprint bevestigt men het beste a a n het draadgedeelte achter d e reflektor (zie figuur 4). Zoals te zien is op de foto, zijn we bij ons proefmodel iets uitvoeriger te werk geg a a n . De drie steunen zijn gemaakt van aluminiumstroken, en als mikrofoonhouder diende het restant van een koperen waterleidingbuis. Aan de buis werden drie flappen van blik gesoldeerd; deze maken het mogelijk de mikrofoonhouder te verschuiven, zodat het brandpunt exakt kan worden ingesteld. Als de bouw voltooid is, kan de instelling ook langs akoestische weg worden gekontroleerd: als de ruis maximaal is, hebt U het brandpunt gevonden. De akoestische ontdekkingsreis kan nu beginnen!

R1 = 27 kQ R2,R3 = 4,7 kQ R4,R7 = 10 kQ R5 = 1,5 kQ R6 = 1 kQ R8 = 100 kQ C1 = 4 7 M F / 1 6 V C2 = 2 2 M F / 1 6 V C3,C5 = 22 pF C4,C6 = 10 M F/16 V C7

=

2,2

/JF/16 V

IC1 = TLC272 (TL 072, NE 5532) 1 Elex-standaardprint formaat 1 1 enkeipolige aan/uitschakelaar 1 tweepolige elektretmikrofoon 1 parabolische reflektor (diam. 40 cm of meer) Kosten (zonder reflektor): f 15,-

telefoonhulpje

mini-schakeling helpt de telefoon een handje Het zal je maar gebeuren: je verwacht een uiterst belangrijk telefoontje van vriendin of baas, en uitgerekend op het moment dat je even in de kelder moest zijn, of achter in de tuin, gaat de bel en hoor je 'm niet. . . Een van de beroemdste (en tegelijk meest beruchte) natuurwetten is wel d e Wet van Murphy. Die luidt: "Als er iets mis kan g a a n , d a n zal dat ook daadwerkelijk gebeuren". Voor d e liethebben geven we deze wet in formulevorm: 1 + 1@2, oftewel: één plus één is zelden twee. Vertaald naar d e hobbyelektronica betekent dit, dat iedereen wel eens een IC'tje verkeerd-om in het voetje heeft geplaatst (en laat alsjeblieft niemand beweren dat hem dat nooit is overkomen!), en in het dagelijks leven houdt de wet in (om bij het thema van dit artikel te komen) dat de telefoon 9-14 -

elex

altijd d a n gaat wanneer je de bel niet kunt horen. Tante Pos (de PTT, dus) installeert g r a a g tegen meerprijs een extra bel waar je die maar wilt hebben: in de kelder, op zolder of tegen de buitenmuur. Het alternatief waar we het hier over willen hebben is echter beslist goedkoper en wat minstens zo belangrijk is: het m a g van de PTT omdat we niet met de soldeerbout in het allerheiligste (lees: het telefoontoestel) hoeven te komen.

Adapter Heb je toevallig de g o e d e adapter voor deze scha-

keling in de onderdelendoos liggen? Prima, d a n kunnen we meteen a a n d e slag. Zo'n telefoonadapter bestaat uit een spoeltje dat met een zuignapje a a n de (plastic) buitenzijde van de telefoon kan worden vastgemaakt (zuignap een beetje vochtig maken!). Meestal worden die a d a p ters (ook wel: oppikspoeltjes) gebruikt om gesprekken via een versterker over een luidspreker weer te geven. In deze schakeling gebruiken we hem iets anders. Als de bel overgaat, wekt de elektromagneet daarvan een magnetisch veld o p dat in het ritme van het gerinkel pulseert.

Dit magnetisch veld breidt zich naar buiten uit en dringt daarbij ook door d e behuizing van d e telefoon heen. Als we nu in dit veld een spoel aanbrengen, wordt daarin wegens induktieverschijnselen een zwakke spanning opgewekt. Met dit signaal valt prima een tweede bel a a n te sturen, mits het eerst een beetje versterkt wordt. Daarvoor dient IC1, een standaard-type o p a m p die als trigger is geschakeld. De versterking van deze o p a m p is gelijk a a n de maximale waarde die in de d a t a b l a d e n vermeld wordt, omdat een tegenkoppeling ontbreekt. Deze

6V (12V)

-ff-®

i

I

10M 16V RST

VCC

DIS

OM

6 V

IC2 = 555

-ih

TRG

Q

TRS GND

CV

1 ï 10»

^ 1 0 n

——o

Figuur 1. Een schakeling voor iedereen die snel iets nuttigs wil bouwen: de monostabiele multivibrator IC2 levert een ongeveer één sekonde durende puls op pen 3, waarmee we een relais kunnen aansturen. IC2 wordt getriggerd door het met IC1 versterkte stroompje dat door de adapterspoel wordt geleverd. Dit spoelt/e moet in de buurt van de bel in de telefoon worden opgesteld. Het voordeel van deze methode is, dat er geen (verboden) ingreep in de telefoon fPTT-eigendom!) nodig is, omdat het spoelt/e buitenop het toestel wordt "vastgezogen". Figuur 2. De plattegrond voor een standaardprint formaat 1. Als we met het relais spanningen boven 42 volt willen schakelen, dan moet het apart gemonteerd worden. Hou de netspannings-voorschriften (zie Elextra) goed in de gaten!

Onderdelenlijst R1 R2 R3 R4 P1

= = = = =

15 kQ 10 kQ 100 kQ 470 kQ 1 M S instelpotmeter

C1 = V F / 1 6 V C2,C4,C6 = 10/iF/16 V C3,C5 » 10 nF D1 IC1 IC2

1N4148 741 555

L1 = telefoonadapterspoeltje Re1 = relais (12 of 6 V, afhankelijk van de voedingsspanning) 1 standaardprint formaat 1 geschatte bouwkosten ongeveer f 20, -

versterking is zo groot, dat zelfs het wisselspanninkje dat door d e spoel wordt geleverd (in d e orde van grootte van enkele millivolt) al tot oversturing van d e o p a m p kan leiden. Op die manier krijgen we a a n de uitgang van d e o p a m p een blokgolt met een gelijke frekwentie als de oorspronkelijke wisselspanning. De monostabiele multivibrator, die rond IC2 is o p g e b o u w d , wordt aangestuurd (getriggerd) door d e eerste d e beste negatieve flank van het signaal van de opamp. De tijd gedurende welke de monoflop (zoals deze schakeling ook wel wordt genoemd) aktief is, wordt b e p a a l d door d e waarden van R4 en C4. Zodra er op pen 2 (de ingang) een negatieve flank optreedt, wordt d e uitgang gedurende ongeveer één sekonde logisch één. Dit is lang genoeg om het relais (Re1) a a n te sturen (de uitgang van d e 555 (pen 3) kan daarvoor g e n o e g stroom leveren, zodat geen extra "drivestransistor nodig is). C3 en R3 zorgen voor d e juiste "ingangs"-konditie op d e ingang van d e 555: door R3 ligt pen 2 in rust altijd op een positief nivo (logisch één). Een gelijkspanning op d e uitgang van d e o p a m p kan vanwege d e aanwezigheid van C3 niet tot d e ingang van IC2 doordringen. De kondensator laat slechts de wisselspanning door die door d e telefoon wordt veroorzaakt en door IC1 is versterkt. Deze wis-

è

4

selspanning wordt "gesuperponeerd" op d e gelijkspanning op pen 2 van de 555 ten gevolge van R3.

4

-Ï-®

overgaan (door iemand anders te laten opbellen, dus) en met het spoeltje het punt opzoeken dat d e grootste geluidssterkte oplevert.

Er zij licht. . . We kunnen door het relais natuurlijk ook, in plaats van een bel, een lamp laten schakelen of iets anders dat voldoende d e a a n d a c h t trekt. Dit laten we dus maar a a n d e fantasie van de gebruiker over. Het gebruik van staven dynamiet o.i.d. moeten we echter beslist afraden, aangezien het elektrisch tot ontploffing brengen daarvan voor een leek nog niet zo'n eenvoudige klus is (en denk eens a a n het gedonder met d e buren. . .). In elk geval moeten d e relaiskontakten d e stroom kunnen verwerken die d e aangesloten bel of lamp of wat d a n ook, trekt. Met P1 kan de gevoeligheid van d e schakeling worden beïnvloed. Een te grote gevoeligheid kan soms tot "loos alarm" leiden. P1 moet daarom zó worden ingesteld dat d e schakeling nog nèt reageert. Als de schakeling echter helemaal niet reageert, kan dat komen omdat d e oppikspoel niet o p de juiste plaats zit. Dit moet iedereen zelf uitknobbelen, want d e exakte plaats van d e bel in d e telefoon kan per model variëren. De methode om dit te testen is: een hoogohmige koptelefoon o p d e uitgang van IC1 aansluiten, d e telefoon laten

swwjj^HQMp H E B I Wi IMHDMQJJEHQHKHKSII

lölslaEj elex - 9-15

,

universele transistoren diode-tester drie eigenschappen van halfgeleiders snel en goed gemeten «IK

«p™:

V Als een schakeling de geest geeft, is er meestal een halfgeleider defekt. De oorzaak kan bijvoorbeeld een ongewilde kortsluiting zijn, of het natuurlijke proces van veroudering. Hoewel het testen van een IC ook voor specialisten niet altijd eenvoudig is, kan van transistoren en dioden veilig en probleemloos worden vastgesteld, of ze nog goed werken. Een van onze lezers ontwikkelde een eenvoudig te bedienen test-schakeling, die naar onze mening ook voor anderen interessant kan zijn. "Een puinhoop is het! Ik heb nu al drie transistoren in deze rampschakeling vervangen — meer halfgeleiders zitten er toch niet in. En nog steeds werkt het niet." "Weet je zeker dat die nieuwe transistoren wel in orde zijn? Komen die niet uit dat unieke aanbiedingspakket v a n . . ." 9-16 -

elex

Triomfantelijk grijpt Erik zijn a n a l o g e multimeter; hij zwaait er vervaarlijk mee, vlak voor de neus van zijn vriend Peter: "Stel toch niet van die stomme vragen! Zeker nog nooit van d e Basis-Emitter-KollektorDiode-test gehoord?" * "Houd toch o p met die onzin! Laat liever eens zien wat voor vreemde torren

je in die schakeling gesoldeerd hebt! Kijk nou eens! Ik word niet goed! Een E 605! Sukkel. . . die heeft een stroomversterking van hoogstens 20. Daarmee kun je toch niet een vermogenstrap sturen!" Erik's triomfantelijke uitdrukking slaat nu om naar verlegenheid. Enigszins benepen vraagt hij: "Hoe

weet jij dat zo precies?" "Nogal logisch: een eenvoudige funktietest is nu eenmaal niet voldoende. De echte sterfgevallen haal je er op die manier wel uit, maar of een transistor ook door en door in orde is, kom je zo niet te weten. Wacht, ik zal je mijn nieuwe transistortester eens laten zien! Ik

<-.K,,.._..Ö

NPN

4

Figuur 1, Ook met eenvoudige middelen kan worden vastgesteld, of een transistor nog werkt, of niet. Het basisemitter-trajekt en het kollektor-emitter-trajekt van een transistor kunnen we opvatten als een kombinatie van twee dioden, waarvan de anoden (NPN), respektievelijk de kathoden (PNP), met elkaar verbonden zijn. De werking van beide dioden kunnen we met een weerstandsmeter eenvoudig testen: de ene meetpen wordt aangesloten op de basis; de andere meetpen sluiten we eerst aan op de koliektor, en vervolgens op de emitter. Nadat de meetpennen omgewisseld zijn, wordt deze procedure herhaald. In het eerste geval moeten de basis-kollektordiode en de basis-emitterdiode geleidend zijn. In het tweede geval moeten beide dioden sperren — of omgekeerd, afhankelijk van het type (PNP of NPN). Denk overigens niet, dat men een transistor kan bouwen door twee dioden aan elkaar te solderen! De dioden in een transistor hebben namelijk een gemeenschappelijke anode (kathode).

O

PNP

2a

I =100 M A

ben zo terug." Onze vrienden zullen we nu a a n hun lot overlaten, want om deze schakeling te doorgronden, hoeven we de afloop van hun onderonsje niet bij te wonen; ook de Elex-redaktie is namelijk in het bezit gekomen van een dergelijk apparaat, en op de volgende pagina's zullen we dat uitvoerig beschrijven.

De

drie-punten-test

Als we willen vaststellen of een transistor nog in orde is, moeten we letten op minstens drie verschillende eigenschappen. Met onze test-schakeling kunnen we de volgende drie eigenschappen onderzoeken: 1) Kortsluiting in het kollektor-emitter-trajekt (ja/nee) — En indien er geen kortsluiting is: 2) Reststroom via het kollektor-emitter-trajekt

(hoeveel milliampère) 3) Stroomversterking (hoeveel maal) Deze eigenschappen g a a n we een voor een onderzoeken. Eerst moeten we echter nog weten, of de transistor een NPN- of een PNP-type is. Dit dient de gebruiker zelf uit te zoeken: de type-aanduiding die op de transistor gestempeld is, wordt vergeleken met de gegevens uit een transistorgids. Een voorbeeld: in Elex maken we bijna uitsluitend gebruik van d e typen BC 547 en BC 557. Deze bekende transistoren staan in elke gids, en we nemen a a n dat onze vaste lezers zonder moeite kunnen opzoeken tot welke groep deze typen behoren. Als de gewenste informatie gevonden is, kan de tester "geprogrammeerd" worden voor het betreffende type: schakelaar naar links: PNP — schakelaar naar rechts: NPN! (of omgekeerd — al naar ge-

lang de bedrading).

Eigenschap 1: kortsluiting Is er sprake van kortsluiting? Dit kunnen we vaststellen zonder ingewikkelde meetinstrumenten, want het antwoord op die vraag luidt: ja, of nee. We kunnen deze binaire informatie zichtbaar maken met behulp van een lichtgevende diode. Dus: Test — keuzeschakelaar in stand 1! Dat houdt in: meten, of er kortsluiting is, of niet. Als de transistor kortsluiting vertoont, en dus onbruikbaar is, licht een LED op. In dat geval hebben verdere metingen geen zin, want een transistor met kortsluiting m a g direkt in de afvalemmer. De deelschakeling waarmee de kortsluit-test wordt uitgevoerd, is getekend in figuur 2a. Verdere informatie vindt U in het figuurbijschrift.

Figuur 2. Het volledige schema (figuur 4) ziet er ingewikkeld uit, maar het bevat niet meer dan de drie deelschakelingen die in deze figuur getekend zijn, en een voorziening die de transistor-aansluitingen ompoolt (NPN of PNP). Een kortsluiting tussen de koliektor en de emitter kan worden opgespoord, door via dit trajekt een stroom te laten lopen, en in deze stroomkring een LED op te nemen. Bij kortsluiting is de stroom groot genoeg om de LED te laten oplichten. In figuur 2b is te zien, hoe de emitter-kollektor-reststroom gemeten wordt: in plaats van de LED vinden we nu een mikroampère-meter in de . kollektor-emitter-stroomkring. Het meetbereik wordt uitgebreid, door de weerstanden parallel te schakelen aan de meter (met behulp van S4). D12 en Dl3 verhinderen dat de meter door een te hoge spanning beschadigd wordt. Ook in het derde geval (c) wordt de kollektorstroom gemeten. De kollektorstroom ontstaat, doordat de basis gevoed wordt met een konstante stroom van precies 100 fjA. De basisstroom wordt opgewekt door T2 (voor NPNtransistoren) en Tl. Meer over dit onderwerp in figuur 4. elex - 9-17

Figuur 3a. Hier is de te testen diode in doorlaatrichting geschakeld, en de LED licht dus op.

3a f I

konstante stroom voor PNP transistor

-©

Figuur 3b. Voor de reststroom-meting poolt de tester de diode automatisch om, zodat hij in sperrichting staat. Figuur 3c. In het volledige schema is deze stroombronschakeling gemakkelijk te herkennen. Uit hetzelfde schema blijkt, dat er een tweede stroombron met de tegengestelde polariteit is, opgebouwd rond de PNPtransistor T2.

—©

Figuur 4. Het volledige schema van de tester. Door de vele verbindingen tussen de schakelaars, lijkt dit schema wat verwarrend. In figuur 2 zijn de drie test-mogelijkheden iets overzichtelijker weergegeven. De trans/storen 77 en T2 worden in de tekst niet uitvoerig behandeld. Ze hebben tot taak, in kombinatie met de omliggende dioden, een basisstroom van precies 100 f/A op te wekken (voor PIUP- en NPN-transistoren). De aan/uit-schakelaar is een druktoets, zodat het apparaat uitsluitend in bedrijf is, zolang men op deze toets drukt. D9, een LED, geeft aan of de voedingsspanning nog voldoende is voor een nauwkeurige meting. De schakeling wordt gevoed uit een gewone 9 V-batterij. "x

F/genschap

2:

reststroom De LED is uitsluitend van belang, als de schakelaar waarmee de te testen eigenschap gekozen wordt, in stand 1 staat. In beide andere standen hoeven we o p deze LED niet te letten. Zoals blijkt uit het schema, is in de schakeling een stroommeter opgenomen. Op deze meter kunnen we aflezen hoeveel reststroom door het kollektor-emittertrajekt vloeit, als d e transistor spert (figuur 2b). Als d e transistor in orde is,

'x

moet de reststroom bijna nul zijn. Als d e reststroom hoger d a n normaal is, bestaat er reden tot achterdocht. Keuzeschakelaar S4 staat in de stand "100 ^A".

B = Ie

Met deze test wordt vastgesteld, hoe hoog de kollektor-emitter-stroom van een transistor is, bij een konstante basisstroom (figuur 2c). Als keuzeschakelaar S3 in deze stand staat, wordt aan de basis van d e transistor een

Een voorbeeld: we meten een stroom van 10 mA. In dat geval is de stroomversterking dus 100! Met de tweede keuzeschakelaar die ons test-apparaat rijk is, kan het meetbereik van het draaispoelinstrument worden gewijzigd.

S2 | 4

O f

!^>2 tf~gjiïft-0 H &— '—«r

o^i

01

TDlOOpA QCL

BXIOO*

RUI*

2x1N4148 D131» _

_ _

IOOMA

100n 4V

JZ

ik2

-

|O

B/10* B x 1 *

9-18 - elex

stroomversterking volgt uit de formule: gemeten kollektor-emitter-stroom gedeeld dooor basisstroom! Of:

Eigenschap 3: stroomversterking

Vpi

3 = stroomversterking slaktor b • kollekioremitteireststroom c = kollektor-emitlerkortsluitlest; de diodestroom in doorlaatrichting wordt ingesteld metP1

konstante stroom toegevoerd van 100/JA. De

Bx10*

Onderdelenlijst

/ / l

\ transistor aansluiten

R1,R6,R7 = 470 Q R2,R4 = 100 Q R3,R8,R9 = 1 kQ R5 - 10 Q R10 - 680 Q R11 -- 3,3 kQ R12 - 5,6 kQ R13 = 56 Q

m E

PNP? NPN?

"'

1'

S2 stand PNP

52 stand NPN

S3 stand a kortsluiting ?

P1 = 1 kQ-instelpotentiometer P2,P3 = 10 kQ-instelpotentiometer

^ C1 = 100 nF C2 = 1 0 n F / 1 6 V C3 = 100 ^F/4 V T1

T2

BC547B BC557B

D1,D9 = LED D2,D3 = A A 116 (AA 119) D4...D8, D 1 0 . . . D 1 3 = 1N4148 51 =» druktoets (maakkontakt) 52 = omschakelaar ( 6 x 2 standen) 53 = omschakelaar ( 2 x 3 standen) 54 = omschakelaar (4 standen)

S3 in stand a veisterkingsfaktor

M1 = draaispoelinstrument 100 ^ A ; inwendige weerstand: 1,2 kQ

op de print

1 Elex standaardprint formaat 1

A

S2 omschakelen en opnieuw de stroom versterking meten

Kosten (zonder kast, batterij en draaispoelinstrument):

ca. f 2h,-

Tabel 1.

type

NPN/PNP

basisstroom

stand S4

IB

stroomversterking fabr. meetopgave waarden

BC 141

NPN

100 ^ A

BC 547A

NPN

100 ^ A

100 JJA

BC 557A

PNP

100 fjA

100/JA

110. ..220

110

BC 557B

PNP

100 M A

100 M A

200...450

390

BC 560B

PNP

100 M A

100(jA

«220

280

1 mA

«80

78

110...220

105

BC 560C

PNP

100 / J A

100 ^A

«330

420

BC 640

PNP

100 M A

100/JA

40...160

100

Figuur 5. Dit noemt men een "flow-chart". In de computertechniek wordt op deze wijze de opzet van een programma weergegeven, maar de flowchart die hier is getekend, demonstreert de bediening van onze tester. We denken dat deze visuele weergave geen nadere toelichting nodig heelt. Tabel 1. Deze tabel vergelijkt de gegevens uit een transistorgids met de metingen die we met onze tester hebben uitgevoerd. Als voorbeeld diende de stroomversterking van enkele bekende transistoren. Zoals U ziet, kunnen de waarden (rechter kolom) een flinke spreiding vertonen. Een reden te meer, om nauwkeurig te meten

elex - 9-19

Figuur 6. Een ontwerp voor het kastfront. Er kan gemeten worden zolang men op de toets TEST drukt, en de onderste LED gaat dan branden. De schaal van de middelste draaischakelaar geeft de drie meetmogelijkheden aan (in de tekst wordt toegelicht welke transistor-eigenschappen men met de tester kan onderzoeken). De bovenste LED is uitsluitend van belang als de genoemde schakelaar in de stand (a) staat. De te testen transistoren of dioden worden aangesloten met behulp van flexibele kabeltjes die voorzien zijn van krokodilklemmen. Opgelet: deze schakeling bezit geen omschakel-mogelijkheid tussen transistor-test en diode-test; daarom mag men niet gelijktijdig een transistor en een diode op de klemmen aansluiten.

De volle schaal-waarde komt steeds overeen met de waarde die de keuzeschakelaar aanwijst (zie ontwerp frontpaneel — figuur 6).

Dioden Van stroomversterking is bij een diode natuurlijk geen sprake, maar de kortsluit-test en de reststroom-test zijn ook op deze komponent van toepassing. In d e stand PNP (S2; S3 o p "a") wordt getest of de diode in de doorlaatrichting geleidt (figuur 3a). Let bij het aansluiten o p de polariteit: de kathod e wordt a a n g e d u i d met een gekleurde ring. Als de LED van de tester oplicht, geleidt d e diode in de doorlaatrichting. Brandt de LED niet, d a n vertoont de diode een onderbreking, of hij is aangesloten met onjuiste polariteit. In stand "b" of "c" (S3) wordt d e sperstroom a a n g e g e ven (figuur 3b) — dat is de stroom die ondanks de sperrende werking van d e diode toch nog vloeit. De diode wordt bij deze meting automatisch door de tester o m g e p o o l d . De meter m a g zelfs in het bereik 100 \ik nauwelijks uitslaan. Silicium- en germaniumdioden kunnen beide getest worden.

emitter-circuit van de transistor. Omdat de basisemitter-spanning en diodespanning van D3 beide konstant zijn, is ook d e spanning over de instelpotentiometer konstant. De stroom door d e potentiometer (die gelijk is aan de stroom door de transistor) hangt dus af van de loperstand. P3 (respektievelijk P2) wordt zo ingesteld, dat de basis-teststroom precies 100 \xk bedraagt. Om deze waarde in te stellen, schakelt men een multimeter (^A-bereik) tussen de testklemmen B en E (schakelaar in stand a). Voor de PNP-meting wordt de basisstroom geleverd door T2. Met P1 kan d e diode-teststroom worden ingesteld; deze kan naar wens worden gekozen tussen 5 mA en c a . 15 mA.

De schakeling Het is nauwelijks zinvol deze schakeling in detail te beschrijven, want het schema zegt eigenlijk al genoeg. De stroomkringer die bij de verschillende standen van de schakelaar ontstaan, zijn afzonderlijk getekend in d e figuren 2 en 3. De komponenten rond het meetinstrument hebben tot taak dit kostbare onderdeel te beveiligen. De dioden D12 en D13 zorgen er voor dat d e spanning over de meter niet te hoog kan worden, en d e weerstand R12 verhindert dat er door het instrument te veel stroom vloeit. C3 onderdrukt snelle uitslagen bij het omschakelen. S4 schakelt diverse weerstanden parallel a a n d e meter, zodat telkens een deel van de stroom wordt omgeleid; op deze wijze kan van meetbereik worden veranderd. De stroombronnen voor de versterkingsmeting zijn opgebouwd rond T1 en T2; beide stroombronnen zijn met elkaar verbonden. De NPN/PNP-omschakelaar bepaalt, uit welke bron de basisstroom betrokken wordt. Figuur 3 toont, hoe met behulp van de dioden D4 en D5 een konstante spanning wordt a a n g e l e g d over het basis-

Figuur 5 geeft de meetprocedure in de vorm van een "flow-chart"; deze helpt U snel vertrouwd te raken met de bedieningsorganen. Als de tester voltooid is, kunt U in elk aanbiedingspakket van transistoren direkt het kaf scheiden van het koren.

(zie figuur 1)

©

v © PNP NPN

J©

O O •

^^ ^^ ^% f^

© %Ê0 ^^0 \J A

©

K

C

B

^^

E

e TEST

•i® A

^

100mA lO m AU^ / DmA

1mA.l

/"TN

\~/

100^JA>

© 86640

9-20 - elex

licht aan

licht uit

inbraakpreventie door toeval-gestuurde verlichtingsautomaat Programmeerbare tijdschakelaars zijn in de vakhandel voor weinig geld verkrijgbaar. Met een dergelijke schakelaar (ook wel "schakelklok" genoemd) kunnen op elk gewenst moment allerlei apparaten en verlichtingssystemen automatisch worden in- en uitgeschakeld. In het winkelbedrijf wordt de tijdschakelaar gebruikt om, bijvoorbeeld, de neonreklame te ontsteken en rond middernacht weer uit te schakelen. De tijdschakelaar wordt echter ook aangeschaft voor huishoudelijk gebruik, want vele konsumenten beschouwen dit a p p a r a a t als een uitstekend hulpmiddel voor het afschrikken van dieven. De belangstelling van vele inbrekers gaat voornamelijk u't naar huizen die wegens vakantie van d e bewoners tijdelijk onbeheerd zijn. Wie oog heeft voor dit soort zaken, herkent die situatie niet alleen a a n d e uitpuilende brievenbus, maar ook aan het feit, dat er 's avonds geen verlichting brandt. Als d e woning echter voorzien is van een tijdschakelaar die o p de juiste tijden voor de nodige lichtsignalen zorgt, zal de dief de indruk krijgen, dat er wel degelijk iemand thuis is. Dit systeem kent echter een zwak punt: alle a p p a raten die o p d e tijdschakelaar zijn aangesloten, worden gelijktijdig aanen ook weer uitgeschakeld — een bijzonder onrealistisch effekt, dat door een dief die even nadenkt, gemakkelijk doorzien kan worden. Het zou natuurlijk veel beter zijn, als we verschillende lampen op ongeregelde tij-

den konden ontsteken. Onmogelijk? In het Elexlab is bijna niets onmogelijk, en ook dit probleem kon worden opgelost — zelfs zonder klok. De schakeling is opgebouwd met bekende IC's, zoals het onlangs beschreven schuifregister 4015; sla de toe-

lichting echter niet over, want het begrijpen van de werking is niet in alle opzichten gemakkelijk

De schakeling En dan nu ter zake. Voor een vlot begrip lezen we

het schema (figuur 1) van links naar rechts. De schakeling moet op het juiste ogenblik automatisch geaktiveerd worden. Een klok is voor dit doel niet nodig: we maken gebruik van een lichtgevoelige weerstand (LDR, linksboven). De LDR zorgt er voor,

1

si

i

ÏÜ

4P7 16V R1

iL> "I

©

M BS }

14IC4

1

1

1

IC1

100n ^ > .

/2lC4

/2 556 01

/2556 02 /\j\BC 5 BC547B

T" C3

^

12V

-**-v^-©

|

"F C4

C5

C6l

Hém

ö

c±3

^p10n

a«l|'

HB470M ^ P

i T T^T

mm

16V

1 1

T

N1...N4 = IC1-4030 Dl, D2 =1N4001

*h

instelling bedrijfsduur

^

mm

12V

—Oh

0

£3

16V

©

12 11 9 6 5 4 3 A B C D El F G 0 0 01 0 2 0 3 Q4 05 06

© IC3=4024

IC2=4015

|ïóc OOQ102Q3

02

QOQ1Q2 03

12V

H

I

J

K

L

M

N

O

D3,D4=1N4148

(^

elex — 9-21

dat bij het invallen van de duisternis de oscillator 01 en het schuifregister IC2 in werking treden. De schakeling rond IC2 werkt op dezelfde wijze als de toevalsgenerator die in het artikel "inbrekerverschrikker" van vorige m a a n d beschreven is: het gaat om een schuifregister waarvan twee uitg a n g e n via een EXORpoort naar d e ingang zijn teruggekoppeld. De klokfrekwentie voor IC2 wordt geleverd door de oscillator 01, die met een hoge frekwentie oscilleert (periodetijd 50 ms). In frakties van sekonden ontstaat hierdoor aan d e uitgangen van IC2 een toevallige kombinatie van enen en nullen, waarmee (via 8 relais) 8 verschillende belastingen ingeschakeld kunnen worden.

Enkele voorbeelden: de halverlichting, het buitenlicht boven d e huisdeur, d e TV-ontvanger, d e radio, d e leeslamp in d e huiskamer, enzovoort. Dankzij d e toevalsgenerator kan de start-kombinatie er o p de volgende d a g weer volled i g anders uitzien: nu wordt eerst het licht in de g a r a g e ingeschakeld, etc. Als het hierbij bleef, zou deze schakeling echter geen wezenlijke verbetering opleveren in vergelijking met een kant en klaar gekochte tijdschakelaar. Wat nog ontbreekt, is d e schijn van menselijke aktiviteit. Dit probleem wordt opgelost met behulp van de tweede oscillator 02, die a a n de toevalsgenerator een tweede klokfrekwentie levert (periodetijd 15 minuten). Het gevolg is, dat om

het kwartier een andere kombinatie van belastingen met het lichtnet wordt verbonden. Het licht in de hal g a a t uit, maar in de badkamer wordt het nu ingeschakeld; in een andere ruimte kan (bijvoorbeeld) alles blijven zoals het was, omdat het licht in die ruimte gestuurd wordt door een schuifregisteruitgang waarvan het logische nivo niet veranderd is. Rond middernacht komt a a n alle aktiviteiten een einde: licht uit in alle ruimtes! Dit wordt bereikt door middel van een lange tijden-schakelaar, die het lichtspel na enige uren onderbreekt: IC3! Dit IC is een binaire deler met zeven uitgangen (Q0. .Q6) die achtereenvolgens logisch " 1 " worden. Met behulp van een

d r a a d b r u g kiest men een van deze uitgangen (A. . . .G). Welke uitgang men kiest, hangt af van de gewenste bedrijfsduur: elke volgende uitgang geeft een verdubbeling van de tijd. Op deze wijze kan men d e schakeling programmeren voor tijden tot 24 uur en langer. Als de ingestelde tijd (bijvoorbeeld vanaf zonsond e r g a n g tot middernacht) verstreken is, gebeurt er niets meer: een resetimpuls zet de gehele schakeling o p stand-by, en deze toestand duurt tot d e volgende zonsonderg a n g . Bovendien moet de reset-impuls er voor zorgen, dat het gehele systeem weer de begintoestand aanneemt. Dit wordt bereikt met behulp van D2 en T1, die de reset van het schuifregister en

Tabel 1 Onderdelenlijst (twee drivertrappen)

stand

tijd (uren)

A B C D E F G

0,5 1 2 4 8 16 32

Figuur 1. Het schema van onze toeval-gestuurde verlichtingsautomaat ziet er op het eerste gezicht wat verwarrend uit. Daar staat echter tegenover, dat deze schakeling in een onbeheerd huis op realistische wijze de schijn van menselijke aanwezigheid wekt. Eerst wordt met behulp van IC2 en 01 een toevalskode opgewekt; deze bepaalt, welke belastingen worden ingeschakeld, en welke niet. Vervolgens verandert die kode om het kwartier. Het lichtspel is voorbij als (na verloop van uren) het gehele systeem gereset wordt (door een teller die men met behulp van een draadbrug kan programmeren). De volgende dag begint bij zonsondergang het hele spel opnieuw.

Tabel. De draadbrug aan de uitgang van IC3 bepaalt hoe lang de schakeling aktief blijft. 9-22 -

elex

R1 = LDR R2,R5 = 10 kQ R3,R8,R9 = 1 MQ R4 = 4,7 kS R6,R7,R10,R11,R12, R13 = 1 kQ C1.C4

@—m

=

1 /JF/16 V

C2 = 4,7 M F/16 V C3,C6 =» 10 nF C5 = 470f^F/16 V C7,C8,C9 = 100 nF T 1 , , , T 3 = BC547B D 1 . . . D 4 = 1N4148 IC1 = 4030 (EXOR-gates) IC2 = 4015 (dubbel-schuif register) IC3 = 4024 (binaire deler met zeven uitgangen) IC4 = 556 (dubbele timer) S1 = enkelpolige aan/uitschakelaar Re1,Re2 = relais 12 V, met 1 aan/uit-kontakt, spoel 80 mA max., schakelvermogen al naar gelang de belasting 1 Elex-standaardprint formaat 2 Voor elke extra driver-trap: R = 1 kQ, T = BC547B, D = 1N4148, Re = (zie boven) 12 V, etc. Kosten (zonder relais en voeding) ca. f 25,—

02 voor hun rekening nemen. De teller (IC3) wordt via pen 2 (R) gereset als d e nieuwe d a g aanbreekt: Dan wordt de LDR laagohmig, en o p pen 3 van de EXOR-poort N1 verschijnt een " 1 " . Overdag wordt het schuitregister (voor de zekerheid) via D1 voortdurend in de reset-toestand gehouden (pennen R1 en R2). Het vertragingsnetwerk R3/C1 heeft tot doel te verhinderen, dat na het inschakelen op alle uitgangen van het register nullen verschijnen. Door het vertragende effekt van het netwerk blijft, nadat 01 en IC2 geaktiveerd zijn, gedurende korte tijd een " 1 "

toongenerator met één transistor Voor het maken van een toongeneratorschakeling bestaan vele mogelijkheden. Deze mini-schakeling is de simpelste methode. Twee passieve komponenten die de toonhoogte bepalen, een transistor en een luidspreker vormen de totale schakeling. U zult waarschijnlijk denken dat deze schakeling nooit kan werken: De basis van d e transistor is niet aangesloten en de transistor zit verkeerd om in de schakeling. Toch is het schema goed. De schakeling werkt echt wel. Zoals we in de mini-schakeling van het februarinummer hebben laten zien, kan een transistor als zenerdiode geschakeld worden. Er zijn alleen een aantal verschillen. Bij een zener blijft de spanning over de diode konstant of wordt groter bij verhoging van de stroom. Bij de transistor daalt de zenerspanning bij verhoging van de stroom. Als we de schakelaar indrukken zal de elko geladen worden. Wanneer de spanning over de elko gelijk is geworden aan d e zenerspanning van de transistor, zal deze door-

aanwezig o p de uitgang van N2. Dit heeft tot gevolg dat de (ongewenste) konfiguratie van 8 nullen voorkomen wordt.

De

drivertrappen

De 8 uitgangen van het schuifregister zijn verbonden met de basis-aansluitingen van 8 drivertransistoren (waarvan er in het schema slechts twee getekend zijn). Andere typen d a n de genoemde kunnen ook worden toegepast, mits deze de stroom van de relais kunnen verdragen. Soms zal men met minder dan acht drivers al voldoende mogelijkhe-

slaan. Er g a a t dan een stroom door de luidspreker lopen. Door deze stroom daalt de zenerspanning. De spanning over de elko is nu groter dan de zenerspanning. De elko gaat zich gedeeltelijk ontladen. Door de transistor loopt nu een stroom die d e som is van de stroom door de weerstand en de ontlaadstroom van de elko. De zenerspanning zal nog iets dalen. Wanneer de elkospanning gelijk is geworden a a n deze lagere zenerspanning, zal de elko zich niet verder ontladen. Er zal dus een kleinere stroom door de transistor g a a n lopen. Bij deze stroom hoort een hogere zenerspanning. Omdat nu de spanning over de transistor (= elko-spanning) lager is d a n d e zenerspanning, zal de transistor sperren. Er loopt dus geen stroom meer door de luidspreker. Via de weerstand zal d e elko weer geladen worden tot de elko-spanning weer gelijk geworden is aan de zenerspanning. De transistor gaat opnieuw geleiden en het hele verhaal zal zich herhalen. Door de luidspreker gaat een pulserende stroom lopen. De frekwentie van deze pulserende stroom is afhankelijk van de laad-

den hebben; in dat geval kunnen de drivertrappen die niet nodig zijn worden weggelaten. Elke trap bestaat uit de volgende onderdelen: basisweerstand (R12), transistor (T2), vrijloopdiode (D3) en relais (Re1). De relaiskontakten moeten berekend zijn op het te schakelen vermogen. Wie een miniatuur-relais toepast voor het schakelen van meerdere 100 wattgloeilampen, hoeft zich niet te verbazen als na korte tijd de kontakten verbrand zijn. De relais-spoelen moeten elk voorzien worden van een vrijloopdiode. Verder spreekt het vanzelf dat

men d e schakeling inbouwt in een passende behuizing, en d e 220 Vbedrading o p degelijke wijze uitvoert. Het gebruiik van een netvoeding ligt voor d e hand, want tijdens de vakanties zal deze schakeling gedurende meerdere weken in bedrijf zijn. Het stroomverbruik van de schakeling wordt in hoofdzaak b e p a a l d door de relais-spoelen. Houd er rekening mee, dat d e relais alle 8 tegelijk in aktie kunnen komen; daarom moet de voeding minstens 1 ampère kunnen leveren.

tijd van de kondensator. Deze tijd wordt b e p a a l d door de weerstand en de kondensator. Hoe groter d e waarden, hoe lager de frekwentie. Met 1 kQ en 10 \iï is de frekwentie ongeveer 100 Hz. De schakeling kan bijvoorbeeld als morse-generator gebruikt worden. Ook als deurbel is de schakeling bruikbaar. De voeding kan

dan gemaakt worden door de spanning van de beltrafo gelijk te richten. Het stroomverbruik is laag. De schakeling is door ons uitgebreid met drie schakelaars, waardoor ieder gezinslid zijn eigen toontje heeft. Bij indrukken van alle schakelaars krijgen we een hoge toon, de algemene familietoon.

m

_£L£

4^

12V

©-

i

fa 10|i 16V

®-

BC546A BC546B BC547A BC547B o.i.d.

Si'

1N4001

O-M-

BC546A BC546B BC547A BC547B ai.d

8 W

O elex — 9-23

experimenteer-systeem

sinusgenerator ledere wisselspanning heeft een b e p a a l d e golfvorm, die je op een oscilloskoop zichtbaar kunt maken. Die vorm kan bijvoorbeeld een blok, een zaagtand of een driehoek zijn. Dat zijn echter geen "zuivere" trillingen: ze bestaan namelijk uit een grondtoon plus een flink aantal hogere harmonischen. Als je zo'n komplexe golfvorm uiteenrafelt, dan kom je tot de ontdekking, dat de "bouwstenen" ervan allemaal dezelfde vorm hebben: het zijn sinusvormige trillingen (figuur 2). Kennelijk is d e sinus d e meest elementaire en universele golfvorm. Van dit feit wordt in d e muziekelektronica een dankbaar gebruik gemaakt. FM-synthesizers bijvoorbeeld kunnen de meest krankzinnige geluiden produceren door het kombineren van een flink aantal sinusvormige trillingen met uiteenlopende 9-24 -

elex

frekwentie en amplitude. Voor het afregelen of doormeten van audioapparatuur hebben we vaak een ingangssignaal nodig van een b e p a a l d e frekwentie. Dat signaal moet vrij zijn van hogere harmonischen, omdat anders de meetresultaten erg moeilijk te interpreteren zijn. In zo'n geval moeten we dus een sinusgenerator gebruiken. Nu is het opwekken van een zuivere sinustrilling met een lage vervorming en een stabiele frekwentie en amplitude geen eenvoudige zaak.

Dat is a a n de prijs van een professionele generator d a n ook duidelijk te merken. De oplossing die wij hebben bedacht is een kompromis: voor een redelijke prijs een sinusgenerator die in de praktijk best zal voldoen.

Elektronen op zig-zag-koers Eigenlijk is de naam "sinusgenerator" niet helem a a l terecht: a a n d e uitg a n g verschijnt weliswaar een sinus, maar we g a a n

uit van een driehoekssignaal (figuur 1). De spanning daarvan stijgt lineair tot een b e p a a l d e waarde en neemt d a a r n a weer lineair af. Zo'n spanningsverloop is met een klein aantal komponenten betrekkelijk eenvoudig te realiseren; we komen daar straks nog o p terug. Maar hoe maken we nu van een driehoek een sinus? In d e figuren 1 en 2 zien we een duidelijke overeenkomst. Als we de scherpe kantjes van de driehoek wat zouden kunnen afronden, waren we

Figuur 1. Een wisselspanning, die rondom het nulpunt lineair toe- en weer afneemt, resulteert in een driehoekssignaal. De scherpe pieken in het signaal wijzen op de aanwezigheid van hogere harmonischen. Figuur 2. Een zuivere sinus heeft veel weg van een driehoekssignaal, alleen zijn de toppen mooi afgerond.

al een heel eind o p weg. Gelukkig is dat niet zo moeilijk; het enige dat we ervoor nodig hebben, zijn twee dioden. Figuur 3 verduidelijkt het principe. Tussen twee signaalleidingen is een diode geschakeld. Deze diode gaat pas geleiden als de spanning erover groter is d a n ongeveer 0,6 volt. Dat geleidend worden is geen kwestie van "alles of niets": er is een klein overgangsgebied. Je zou kunnen zeggen, dat een diode geleidelijk begint te geleiden. Een volkomen kortsluiting vormt de diode overigens nooit: hoe hoog de spanning ook wordt, er blijft altijd een restspanning van 0,6 volt over de diode bestaan. In figuur 4 zien we het spanningsverloop a a n de uitgang van de schakeling, als we de ingangsspanning opvoeren van 0 volt tot een waarde die boven de drempelspanning ligt. Er is

o-cn O

-1—n

Figuur 4. De spanningskarakteristiek van een diode in doorlaatrichting. Hier is duidelijk te zien, dat de spanningsdrempel in werkelijkheid een klein spanningsgebied is, waarin de diode langzamerhand in geleiding komt. Daardoor is de knik in de karakteristiek niet scherp, maar enigszins afgerond. Precies wat we nodig hebben dus. Figuur 5. Twee antiparallel geschakelde dioden zorgen ervoor, dat zowel de positieve als de negatieve toppen van het signaal van hun scherpe kantjes worden ontdaan.

O—Q3

0 O-

Q

Figuur 6. Het schema: de driehoeksspanning wordt opgewekt door een oscillator, die is opgebouwd uit twee OTA's. In plaats van twee dioden zijn er hier zes gebruikt. Door die trapsgewijs in te zetten wordt de vervorming (de afwijking van de ideale sinusvorm) nog kleiner.

-o

lij.

™* -15V/*

Figuur 3. Een siliciumdiode kan de scherpe toppen van een signaal afronden, als tenminste de signaalspanning iets groter is dan de drempelspanning van de diode.

©

©

•>-220n

©

©

= 220n

1

1

IC1=0TA1,0TA2 =13600 IC2=A1, A2,A3 = 3 / 4 TL084

1

0

f TT f RU )"a

—I 5551—1> -15V

-0

4

• el ex - 9-25

Onderdelenlijst R1.R2 = 470 Q R3 = 47 kQ R4 = 33 kQ R5.R6 = 10 kQ R7 = 560 Q R8 = 220 Q R9,R10 = 46,4 kQ 1 % (47 kQ) R11.R12 = 41,2 kQ 1 % (39 kQ + 2,2 kQ) R13.R14 = 165 Q 1 % (150 Q + 15 Q) R15 = 680 Q R16 = 390 Q R17 = 4,7 Q R18 = 470 Q P1 = 5 kQ

cXaü

o .nnnnnnnn O JIUOOOOCK» QR1B P O n s c O-O OIRB IQ

P2 = instelpotmeter 25 kQ P3 = instelpotmeter 100 kQ C1 = 470 nF C2 = 47 nF C3 = 4,7 nF C4 = 470 pF C5.C6 = 220 nF D 1 . . .D6 = 1N4148 IC1 = LM 13600 IC2 = TL 084

J

onnnoflo.

7 T T Ti TEH.

clBnaJool4oo-MfOOlaia-P ts30>o4^o4^«Gao> )o-Hl5ocH4sodBlZ]p

Geschatte bouwkosten zonder voeding en behuizing: ca. f 2 5 , ^

al duidelijk iets van een afronding te zien. Omdat een driehoeksspanning niet alleen bovenaan, maar ook onderaan scherpe punten heeft, hebben we natuurlijk twee dioden nodig, die antiparallel worden geschakeld (figuur 5). Zo krijgen we een golfvorm, die al aard i g op een sinus begint te lijken. Deze principeschakeling kan nog wat geperfektioneerd worden, maar daarover straks meer. Eerst g a a n we het schema in figuur 6 eens bekijken.

Niet bang zijn voor OTA's De naam OTA is een afkorting van "Operational Transconductance Amplifier". Dat klinkt ontzettend ingewikkeld, maar in feite gaat het gewoon om een o p a m p met een stroomuitg a n g . Met een OTA kunnen op een vrij eenvoudige manier schakelingen worden gerealiseerd, waarvoor anders veel meer komponenten nodig zouden zijn: spanningsgestuurde versterkers en 9-26

elex

filters in d e muziekelektronica bijvoorbeeld. Het schemasymbool lijkt o p dat van een o p a m p ; het verschil is, dat niet de uitgangsspanning, maar de uitgangsstroom geregeld wordt. Bij een bep a a l d e spanning o p de ingang levert de uitgang een b e p a a l d e stroom. De verhouding tussen die twee wordt de transkonduktantie genoemd (vandaar de naam), en die komt overeen met d e versterkingsfaktor bij een normale opamp. Het bijzondere a a n de LM 13600 is, dat de transkonduktantie met behulp van een stuurstroom instelbaar is: hoe meer stroom pen 1 (of 16) krijgt, des te meer milliamperes levert de OTAuitgang per volt ingangsspanning. De transkonduktantie kan variëren van 10 MA/V tot 10 mA/V bij stuurstromen van 1 ^A tot 100 mA. IC1 bevat twee OTA's; we gebruiken ze allebei voor de opbouw van de driehoekoscillator. Met potmeter P1 kan een b e p a a l d e stuurspanning worden ingesteld. A1, een gewone opamp, maakt

daar een stroom van, die naar de stuuringang van de eerste OTA gaat. Afhankelijk van de stand van P1 levert de OTA dus een grotere of kleinere stroom. Met behulp van die (konstante) stroom wordt via S1 een van de kondensatoren C1 t/m C4 o p g e l a d e n , zodat de spanning over die kondensator lineair oploopt. De positieve flank van het driehoekssignaal hebben we daarmee al gerealiseerd. Hoe ontstaat nu de negatieve flank? Daarvoor hebben we de tweede OTA nodig. Die werkt als een inverterende trigger. Op de uitgang ervan staat een b e p a a l d e spanning. Ux, die afhankelijk is van de waarde van R18. Als de spanning aan de inverterende ingang (die gelijk is a a n de kondensatorspanning) groter wordt dan Ux, d a n schakelt OTA 2 om: d e polariteit o p d e uitg a n g wordt omgekeerd. Omdat de niet-inverterende ingang van de eerste OTA verbonden is met de uitgang van OTA 2, moet ook de uitgangsstroom van OTA 1 van polariteit

wisselen. Daardoor wordt de kondensator, eveneens lineair, ontladen. Dit proces herhaalt zich alsmaar; d e schakeling kan dus worden beschouwd als een oscillator, waarvan de frekwentie kan worden ingesteld met behulp van S1 (grof) en P1 (fijn). Dezelfde schakeling kan ook worden gebruikt als een spanningsgestuurde oscillator (VCO). In plaats van de verbinding naar P1 kan er d a n een verbinding worden gemaakt met een willekeurige andere spanningsbron. Over R5 ligt de uitgangsspanning van OTA 2. Dat is een blokgolf. Wie dit signaal nodig heeft, kan het afnemen van pen 9 van IC1. De amplitude van het driehoekssignaal wordt geregeld door P2, waarna het op A2 terecht komt. Deze o p a m p fungeert als een soort buffer. Daarachter zitten d e dioden, die voor de afronding van de toppen moeten zorgen. De a a n d a c h t i g e lezer zal het ongetwijfeld opvallen, dat er zes dioden zijn inplaats van d e afgesproken twee. Waar is dat voor nodig?

7

Figuur 7. Deze oscilloskoopfoto laat de door onze schakeling opgewekte golf vorm (boven) zien in vergelijking met een "professionele" sinus. Netjes toch?

362232590504406 8682146172720064 1444713805585951 1851874054762224 427178428941 = 1041677554991686 966937438674942 11841 $347739652 033970953169994 3780276325113101 Op het Centrum voor Wiskunde en Informatica (CWI) te Amsterdam is een nieuw wereldrecord gevestigd. CWI-medewerkers Herman te Riele, Walter Lioen en Dik Winter slaagden erin op de Control Data CYBER 205 supercomputer van het Amsterdams Akademisch Rekencentrum SARA een getal van 75 cijfers te ontbinden in twee grote priemfaktoren (getallen die alleen door één en zichzelf deelbaar zijn). Het getal komt voor op een onlangs door het Amerikaans Wiskundig Ge-

Het antwoord op die vraag is uitvoerig besproken in het artikel over de "roek-interface" in het decembernummer van 1985. In het kort: de dioden worden hier trapsgewijs ingezet, korte tijd na elkaar dus, zodat de afronding wat geleidelijker verloopt en de ideale sinusvorm beter wordt benaderd. De laatste van de drie gebruikte opamps dient gelijktijdig als buffer en als eindversterker. P3 is de volumeregelaar van het uitgangssignaal. P2 kunnen we daarvoor niet gebruiken: daarmee wordt eenmalig het signaal, dat op de dioden terechtkomt, zodanig afgeregeld dat de toppen niet te veel en ook niet te weinig worden afgevlakt. Bij een te klein signaal doen d e dioden namelijk helemaal niets, omdat de toppen lager zijn dan de drempelspanning van de dioden. Bij een te groot

nootschap gepubliceerde lijst met honderden getallen waarvan de ontbinding gewenst is. Het vorige record stond sinds 1984 op naam van Sandia Laboratories in de VS. Daar werd op een CRAY X/MP supercomputer — momenteel de grootste konkurrent van de CYBER 205 als "getallen-kraker" — een getal van 71 enen ontbonden. In de VS is al wel een getal van 81 cijfers gekraakt door acht parallel rekenende "gewone" SUN-computers, maar dat vergde 1260 uur rekentijd. De CWIberekening kostte slechts 12,2 uur. Deze recordjacht dient niet alleen als maat voor de rekenkracht van de meest geavanceerde computers. Sinds enkele jaren worden produkten van grote priemgetallen gebruikt bij het koderen en dekoderen van vertrouwelijke boodschappen (door militairen, banken,

signaal begint d e afvlakkende werking te vroeg: het resultaat is d a n een golfvorm met steile flanken en een vlakke top, die enigszins op een blokgolf lijkt. Met d e afregeling van P2 staat of valt dus de kwaliteit van onze sinusgenerator. En hoewel een oscilloscoop hierbij geen overbodige luxe is (figuur 7), kan het ook o p het gehoor, mits natuurlijk d e generator wordt aangesloten o p een versterker. Een sinus klinkt neutraler en minder scherp dan alle andere golfvormen. Deze sinusgenerator is ontworpen als onderdeel van het Elex Experimenteer Systeem; aan de print is dat ook duidelijk te zien. Wie hem "los" wil gebruiken, zal voor een geschikte voeding moeten zorgen. Er zijn een positieve en een negatieve spanning nodig van 15 volt of eventueel wat minder, als de twee spanningen maar gelijk zijn

a a n elkaar. Bij gebruik in het experimenteersysteem moet natuurlijk wel de +/—15-volt-voeding o p d e grondplaat worden gestoken! De waarden van R9 t/m R14 in de onderdelenlijst zien er wat merkwaardig uit. Ze zijn berekend en niet afgerond o p standaardwaarden om een zo nauwkeurig mogelijke benadering van een sinusvormig signaal mogelijk te maken. De gewenste waarden kunnen worden bereikt door serieschakeling van normale weerstanden. In de onderdelenlijst is dat al aangegeven. In figuur 7 is duidelijk te zien, dat het signaal van onze generator (bovenaan) sprekend lijkt op een echte sinus, maar dat er toch ook wel verschillen zijn. Er is dus sprake van enige vervorming, maar voor de meeste toepassingen is dat geen probleem.

e.d.). Omdat het praktisch onmogelijk is om uit het produkt de samenstellende priemgetallen terug te vinden, wordt de versleuteling als zeer veilig beschouwd. "Veilige" getallen moeten dus in ieder geval veel groter zijn d a n het CWI-record. Stichting Mathematisch Centrum,

Wetenschappen. De drie bedrijven leveren veel kennis en apparatuur o p het g e b i e d van de kommunicatie om de eerste inrichting van de expositie tot stand te brengen. Daarnaast zijn afspraken gemaakt om in de komende jaren de presentatie aktueel te houden tot en met de laatste vorderingen van de techniek. Door een wereldomspannend netwerk van kabelen radioverbindingen komen gegevens vanuit alle delen van de wereld binnen handbereik. Hoe onze samenleving met die indrukwekkende informatiestroom omgaat, komt o p deze tentoonstelling met tal van voorbeelden a a n de orde. Dat daarbij de computer een grote rol speelt, zal duidelijk zijn. Daarnaast komen ook zaken als glasvezeltechniek en satellietkommunikatie a a n de orde. De expositie is met ingang van 12 september aanstaande toegankelijk voor het publiek.

Centrum voor Wiskunde en Informatica, Kruislaan 413, 1098 SJ Amsterdam

"Mens en informatie" Tussen drie bedrijven in ons land is een bijzondere samenwerking tot stand gekomen. De PTT, Philips Nederland en Siemens Nederland NV werken samen a a n een presentatie in het Museon te Den Haag over moderne informatieverwerking en de toepassingen daarvan in ons dagelijks leven. De tentoonstelling is mede mogelijk gemaakt door een subsidie van het Ministerie van Onderwijs en

elex - 9-27

alkotest naar een idee van M. Casterick

Een borreltje of een pilsje op z'n tijd is lekker en gezellig - maar je moet natuurlijk wel maat weten te houden! Met enig voorbehoud presenteren we hier een apparaatje dat daarbij kan helpen, maar dat ook gewoon als gezelschapsspelletje gebruikt kan worden. "Hou het h-huis eens vast, ikkik — hik — k-krijg d-de sleutel niet in 't sl-slot!" Zo ongeveer is het onderschrift van een heel bekende cartoon, waarop twee mannen te zien zijn, arm in arm en in verreg a a n d e staat van nathalzerij verkerend, vergeefs p o g e n d om diep in d e nacht bij het licht van d e straatlantaarns een huisdeur open te krijgen. Zolang er moppen bestaan en d e verspreiding daarvan in gedrukte vorm, zolang ook zullen we deze "geestige" toespeling op een menselijke zwakheid tegen blijven komen. Dat de grens tussen humor en bittere ernst heel gemakkelijk kan worden overschreden als in plaats van een huisdeur, een autoportier met onvaste hand wordt geopend, wordt elke d a g weer bewezen door d e verkeersongevallen-statistiek, waar alkohol maar al te vaak tot d e oorzaken behoort. Om deze reden kan het niet vaak genoeg gezegd worden om ook na een zeer matig gebruik van deze "legale d r u g " de auto maar te laten staan tot men weer volledig nuchter is. Het idee dat een b e p a a l d promillage een beslissende maat zou zijn voor de rijvaardigheid (en vaak het verschil tussen leven en d o o d bepaalt) is eigenlijk te zot om over te praten. Toch brengt deze gedachte maar al te vaak vindingrijke zakenlui en lichtgelovige borrelaars op "geniale" ideëen om 9-28 -

elex

uit te vinden of iemands persoonlijke alkoholspiegel nog onder of juist boven de wettelijk toegestane grens ligt. Zelfs al zouden we aannemen dat deze "ideëen" voor de volle honderd procent betrouwbaar zouden zijn: alleen al het gebruik ervan is (moreel) twijfelachtig! Het hoeft dan ook geen verbazing te wekken dat onze alkoholtestschakeling slechts in d e verte verwant is met het boven aangeroerde thema: d e schakeling is net zo min geschikt voor een echte alkoholtest met

promillage-aanduiding en rijvaardigheidsindikatie, als het door zovelen aangeprezen "kopje koffie n a " waardoor d e symptomen van alkoholgebruik alleen maar versterkt worden. Daarmee willen we niet zeggen dat we met ons "behendigheidsspeeltje" niet zouden kunnen vaststellen wie van de deelnemende proefkonijnen van tevoren te diep in het glaasje heeft gekeken! Omdat alles bij onze — bijzonder eenvoudige — schakeling draait om een vaste hand, zal het aantal "missers" precies even snel

stijgen als het vloeistofnivo in de flessen o p tafel daalt. Misschien krijgen enkele lezers wel zin om zelf een paar wetenschappelijke experimenten te g a a n uitvoeren — het feit dat bij deze proeven juist alkohol gedronken moet worden, kan daarbij wel eens een sterk motiverend e faktor zijn! Maar één ding moeten we heel nadrukkelijk stellen: we willen beslist niet dat dit a p p a r a a t wordt gebruikt om vast te stellen of iemand nog auto kan rijden of niet. Om deze reden kunnen we ook niet

zeggen bij werk sleutelgat een promillage van 0,5 hoort. Dus niet vergeten om de logeerkamer in ord e te maken of om een taxi te bestellen, wanneer je met je vrienden deze alkotester in d e "harde" praktijk wilt uitproberen.

f

onderdelenlijst rood ^ f *jf

3V S y

Een blik door het sleutelgat De cartoon waar we het in het begin over h a d d e n (al 'n heel oude, overigens), heeft de uitvinder van deze schakeling doen inzien dat de toenemende moeite die het kost om een sleutel in het bijbehorende sleutelgat te manoevreren, in direkt verb a n d moet staan met d e hoeveelheid gekonsumeerde alkohol. Omdat hij na enkele riskante proeven — met zichzelf als proefpersoon — deze theorie als bewezen moest beschouwen, vroeg hij zich af (na het wegwerken van de kater) of de meetmethode niet tot een algemeen bruikbare alkoholtest kon worden uitgewerkt. Na d a g e n l a n g piekeren werd geen bruikbare methode gevonden om een kompleet eengezinshuis of zelfs maar een voordeur o p eenvoudige manier te transporteren, maar na een in dienst van d e wetenschap "doorweekte" nacht kwam d e reddende gedachte: "Het zou toch mogelijk moeten zijn om een sleutelgat te gebruiken zonder dat daar een kompleet huis omheen zit!" Zo gezegd, zo g e d a a n — en zoals uit de figuren blijkt werd het huis door een behuizing vervangen, welke we nu eens a a n een nader onderzoek zullen onderwerpen. Figuur 1 vormt een overtuigend bewijs voor d e geniale eenvoud van onze alkoholtest-installatie, die vanweg e het geringe aantal onderdelen eigenlijk d e naam "schakeling" nauwelijks meer verdient. Een batterij, een sleutel, een zoemer met ingebouwde oscillator, een LED met serieweerstand en

S

1 weerstand 68Q 1 LED rood 1 zoemer met ingebouwde oscillator (bijv. Citizen Mini Buzzer MEB 12-05) 1 batterij 3 V 1 sleutel

bouwkosten zonder kastje: minder dan f 10,—

Figuur 1. Als we de batterij niet meetellen, dan hebben we aan zegge en schrijve drie elektronische onderdelen genoeg om vast te kunnen stellen wie de meest vaste hand bezit. De rest is een eenvoudige mechanische konstruktie — voor elke geroutineerde hobby-elektronicus een fluitje van een cent. Figuur 2. Deze tekening verduidelijkt de samenhang tussen frontplaat en de rest: die moet met behulp van isolerend materiaal (twee smalle strookjes printplaat bijvoorbeeld) van de plaat met de sleutelgaten verwijderd blijven. Duidelijk?

een paar stukjes blik — veel meer hebben we niet nodig. Het is nu alleen nog maar zaak deze onderdelen op de juiste manier a a n elkaar te bevestigen. We zullen daarom wat meer aandacht besteden a a n d e konstruktie van die merkwaardige sleutelgaten. Bekijk figuur 2 maar eens: we nemen een plaatje blik (o.i.d.) waar we net zo veel sleutelgaten uit zagen als we zin hebben — alleen moeten ze van links naar rechts of van rechts naar links steeds kleiner worden. De sleutel die we g a a n gebruiken moet nog net door het kleinste gat passen zonder te klemmen.

Achter d e sleutelgaten bevinden zicht kleine metalen "kamertjes", waarvan d e (achter)wand door de baard van de sleutel aangeraakt kan worden, en die van de frontplaat zijn geïsoleerd. Zodra iemand die achterwand inderd a a d met de sleutel aantikt, g a a t d e in figuur 1 getekende LED branden: er is dan een gesloten stroomkring ontstaan van de batterij via de sleutel, achterplaat, LED plus weerstand en weer terug naar de batterij. Hiermee hebben we gelijk beschreven wat het a p p a r a a t allemaal doet. De moeilijkheid is alleen dat de zoemer niet m a g klinken, want in dat geval zouden

we d e frontplaat met d e sleutel hebben aangeraakt (wat met onvaste hand gemakkelijk kan gebeuren). Valsspelen is zo g o e d als onmogelijk, als wordt afgesproken dat d e LED in elk geval even moet branden: dit kan door een "getuige" worden bevestigd, ook als die wat verder weg staat. Bovendien m a g d e zoemer niet gehoord worden: de rand van het sleutelgat m a g niet word e n geraakt. Het omzeilen van deze "klip" lukt alleen als d e h a n d van d e proefpersoon niet trilt. Proost!

elex

van schema tot print met medewerking van L Boullart

Het bouwen van een elektronische schakeling gaat nog steeds het gemakkelijkst wanneer er een kant en klare print voorhanden is, maar wanneer dit niet het geval is, zullen we zelf aan de slag moeten met de etsbak. Als we geluk hebben, kunnen we gebruik maken van een bestaande print-layout. Het wordt pas lastiger als het ontwerp ook nog zelf gemaakt moet worden: naast de praktische uitvoering komt er dan ook nog het denkwerk In dit artikel laten we u zien dat het ontwerpen en maken van een print helemaal niet zo moeilijk hoeft te zijn als velen soms wel denken.

Er bestaan vele manieren om een print af te drukken. De printenfabrikant gebruikt meestal methoden die voor de hobbyist niet zijn w e g g e l e g d . Afhankelijk van de hoeveelheid printen die van één soort gemaakt moeten worden, zal d e fabrikant gebruik maken van de zeefdruktechniek of van de fotografische techniek. Wie zelf printen maakt, zal echter nooit de zeefdrukmethode toepassen omdat hiervoor grote investeringen noodzakelijk zijn. De fotografische methode wordt wel door sommige hobbyisten gebruikt, vanwege de goede resultaten die hiermee bereikt kunnen worden en het voordeel dat er op eenvoudige wijze meerdere afdrukken gemaakt kunnen worden. De kosten die gemaakt moeten worden voor de benodigde a p p a ratuur en materialen zijn 9-30 -

elex

redelijk hoog, maar naar verhouding in ieder geval vele malen lager d a n bij d e zeefdrukmethode. Wanneer u regelmatig printen fabriceert d a n wordt de investering misschien het overwegen waard. Bent u echter niet van plan om vaak printen te maken d a n is deze methode toch nog veel te duur. Goedkoper is d a n de plak- en tekenmethode. Beide methoden komen apart a a n de orde maar we zullen beginnen met hetgeen ze gemeenschappelijk hebben: het materiaal.

Plaatje kunststof met koper Een print is een plaatje kunststof met d a a r o p koperbanen waarmee d e verbinding tussen de diverse onderdelen gemaakt wordt. Wanneer u een print bekijkt, zult u zich afvragen hoe die ba-

nen op het kunststofplaatje terecht zijn gekomen. In het begin van de geschiedenis van de printen werden uit een plaat dun koper de banen gestanst en op een kunststof drager geplakt. Tegenwoord i g gaat men uit van een plaat waarvan het hele vlak bedekt is met een dun laagje koper. Van deze koperlaag moet dus een deel verwijderd worden, zodat alleen de sporen overblijven. Dit verwijderen van het koperoppervlak wordt g e d a a n door te etsen met behulp van een vloeistof waarin koper oplost. Hiervoor worden de delen van het vlak die moeten blijven staan (de banen) met een lakl a a g bedekt, zodat het etsmiddel het onder de lak liggende koper niet kan aantasten. Samengevat is het maken van een print dus het gedeeltelijk afdekken van de

koperlaag met bijvoorbeeld lak zodat bij het etsen de afgedekte delen o p de print blijven staan en de niet afgedekte delen worden "weggevreten".

Het

printontwerp

Veel tijdschriften en boeken geven bij een schakeling die zij publiceren een printontwerp (zie Elektuur) of er wordt aangegeven hoe u de schakeling kunt bouwen o p een stuk experimenteerprint (zoals in Elex). Wanneer u echter d e Elexschakeling o p een "echte print" wilt bouwen, moet u zelf een print ontwerpen. Veel mensen schrikken hiervoor terug en dat terwijl het ontwerpen van een print gemakkelijker is dan u denkt. Het is gewoon een kwestie van vaak doen. Begin in ieder geval nooit met een grote schakeling met veel IC's. Dit kunt u

pas na veel oefenen. Het beste is om voor uw eerste printontwerp een schakeling te kiezen met één transistor. Als dit g o e d is g e g a a n kunt u een print g a a n ontwerpen waarop meerdere transistoren geplaatst moeten worden. Pas na veel oefening kunt u d a n eens g a a n denken a a n een schakeling met IC's. Voor het maken van het printontwerp hebben we nodig: een aantal vellen ruitjespapier, een vel doorzichtig papier en twee pennen met verschillende kleuren. Op het ruitjespapier wordt het ontwerp van de print-layout getekend. Door de onderdelen en de banen met verschillende kleuren te tekenen, heeft u later een g o e d overzicht wat de printsporen zijn. Vooral in het begin raden wij u a a n om de onderdelen zo o p de print te zetten zoals ze in het schema zitten. Wees daarbij niet b a n g voor draadbruggen: als u later meer ervaring heeft, zult u

manieren vinden om deze te voorkomen. Doordat we het ontwerp o p ruitjespapier tekenen, kunnen we er voor zorgen dat alle onderdelen netjes op de print komen, terwijl

daarnaast het bepalen van d e juiste afstand tussen d e gaten wat gemakkelijker is. Natuurlijk moeten we hiervoor wel de maten van de verschillende onderdelen kennen. Zorg er daarom voor dat u de komponenten bij de hand heeft om ze te kunnen nameten. Als bij het ontwerp van de print d e gaten g o e d zijn ingetekend, wordt het eindresultaat straks netter. Speciaal voor het ontwerpen van printen bestaan tekenmallen waarmee de diverse bouwstenen op ware grootte getekend kunnen worden. Deze zijn vrij duur maar ze besparen een behoorlijke hoeveelheid werk. Voordat de print klaar is, zult u waarschijnlijk een

klaar is, tekenen we de banen over op het vel doorzichtig papier, zodat we alleen de print-layout overhouden. Hierbij is de methode van overtekenen afhankelijk van de methode waarmee de print straks gemaakt wordt. Gaat u d e print fotografisch maken dan wordt het vel doorzichtig papier de film waarmee we g a a n belichten. In dit geval zijn d e eisen die a a n het tekenwerk gesteld worden veel hoger d a n voor de plak- en tekenmethode, maar hierover later meer. Vergeet in ieder geval nooit om op het stuk doorzichtig papier a a n te geven welke kant de onderdelenzijde en welke kant de soldeerzijde is. Wanneer u dit vergeet, is de

»

»

aantal vellen ruitjespapier verprutst hebben maar dat hoort erbij en later zal dit wel beter g a a n . Er is één ding waar we altijd rekening mee moeten houden: De tekening o p het ruitjespapier is de onderdelenzijde van de print. Let dus goed op bij de transistoren en IC's. Deze zijn van d e bovenkant gezien. Dit houdt bij torren bijvoorbeeld in dat de volgorde van basis, emitter en koliektor in spiegelbeeld moeten worden getekend ten opzichte van d e manier waarop ze zijn aangegeven in het databoek. Wanneer het ontwerp

•

•*

tervaste inkt en/of de wrijfsymbolen niet tijdens het etsen van de print afspoelen. Dit schoonmaken van d e print doen we met vim en water of met een speciaal schuurblokje, wat te koop is in de onderdelenwinkel. De schone print moeten we zo min mogelijk aanraken om vetvlekken van onze vingers te voorkomen. Dit is bij het aanbrengen van de afd e k l a a g behoorlijk lastig maar het uiteindelijke resultaat zal beter zijn. Nu is het een zaak om het ontwerp over te brengen o p de print. Hiervoor kunnen verschillende methoden toegepast worden. De heer L Boullart stuurde ons d e volgende methode: Hij begint met het ontwerp o p een stuk ruitjes-

«

*•

w

i.

*

kans groot dat de uiteindelijke print in spiegelbeeld wordt afgedrukt.

Plak- en tekenmethode Dit is de methode waarbij de afdeklaag direkt op de printplaat wordt aangebracht met een watervaste stift of met wrijfsymbolen. Helaas kunnen we op deze manier slechts één kopie van het printontwerp maken tenzij we voor elke kopie de hele procedure herhalen. Om te beginnen moeten we een stuk printplaat vetvrij maken om er voor te zorgen dat straks de wa-

Figuur 1. Printen maken volgens de plak- en tekenmethode. Figuur 2. Het resultaat na het etswerk. Figuur 3. Dat de plak- en tekenmethode niet alleen geschikt is voor kleine printen, is te zien op deze foto.

elex — 9-31

papier te plakken en wel dusdanig dat het ruitjespatroon zichtbaar blijft. Het schoongemaakte stukje print wordt o p een ander vel ruitjespapier geplakt en met een potlood wordt o p het stuk print het ruitjespatroon doorgetrokken (zie figuur 1). Nu kunnen met een watervaste viltstift de banen op de print getekend worden. In plaats van het tekenen met een viltstift kunnen de baantjes ook met etsbestendige wrijfsymbolen op de print aangebracht worden en natuurlijk kunnen wrijfsymbolen en viltstift gekombineerd worden. Voor hen die wat willen experimenteren ligt hier een groot terrein bloot. Er zijn namelijk nog vele andere laken inktsoorten die als afd e k l a a g bruikbaar zijn. Zelfs plakplastik kan toegepast worden ('"n tip" in Elex nr. 34). Met wat handigheid kan o p deze manier een print gemaakt worden met een professioneel uiterlijk (zie de figuren 2 en 3). Het overbrengen van het ontwerp met behulp van het ruitjespatroon is soms wat lastig. Makkelijker is het om o p het schoongemaakte stukje print het ontwerp te plakken en d a n met een priem a a n te geven waar de gaatjes moeten komen. Hierna 9-32 -

elex

moeten de aangegeven punten nog met elkaar verbonden worden met watervaste inkt of wrijfsymbolen. Het resultaat zal echter minder mooi zijn. Wanneer de watervaste inkt droog is (bij wrijfsymbolen hoef je na het plakken niet te wachten) kunnen we d e print g a a n etsen, maar daarover volg e n d e m a a n d meer.

Fotografische methode In vergelijking tot de plaken tekenmethode is deze methode veel ingewikkelder en kan er heel wat fout g a a n . Het vergt nogal wat doorzettingsvermogen maar wanneer u deze methode eenmaal onder de knie heeft, kunnen er zeer snel mooie printen gemaakt worden. Het is a a n te raden om als dat mogelijk is eerst eens te g a a n kijken bij iemand die al langer printen o p deze manier afdrukt. U kunt daar veel van leren. Voor het fotografisch maken van printen heeft u nodig: Een g o e d e film, belichtingsapparatuur, fotografisch printmateriaal en de daarbijbehorende ontwikkelaar. Als eerste hebben we een film nodig, wat in wezen niets anders is d a n een stuk transparant (d.w.z. vol-

doende UV-lichtdoorlatend) materiaal waarop met absoluut niet lichtdoorlatende zwarte inkt d e banen zijn getekend. Als transparant materiaal kan kalkeerpapier gebruikt worden, dat in elke goede kantoorboekhandel te koop is. Dit papier wordt normaliter gebruikt door architekten. Zoals al eerder is gesteld: de netheid van het eindresultaat hangt sterk af van de kwaliteit van het tekenwerk. Door verschillende soorten stiften of soorten zwarte inkt uit te proberen kan worden vastgesteld wat de minst lichtdoorlatende l a a g is. Dit kunt u testen door het kalkeerpapier met d a a r o p de zwarte banen tegen het licht te hou-

Figuur 4. De fotografische methode in vogelvlucht. Figuur 5. Het werken met wrijfsymbolen. Door met een potlood over het moedervel te wrijven laten de symbolen los en plakken op de print.

den. Voor het tekenwerk kunt u in plaats van stiften ook gebruik maken van speciale tekenpennen (Rotring, Steadler) hetgeen het tekenwerk nauwkeuriger maakt, maar helaas is de prijs van de pennen daar ook naar. Ook kunt u als basis doorzichtig plasticfolie gebruiken wat verkrijgbaar is bij uw onderdelenleverancier. De banen kunt u er met behulp van wrijfsymbolen op aanbrengen. Het voordeel hiervan is dat het materiaal zich zeer gemakkelijk laat verwerken zodat de film mooier wordt (zie figuur 5 en 6).

Belichten Als d e film klaar is kunnen we beginnen met het belichtingswerk. Daarvoor hebben we speciaal geprepareerde fotografische print nodig. Op deze printplaat is een lichtgevoelige laag aangebracht. Dit materiaal is in elke elektronicawinkel te koop. Het is ook mogelijk om zelf gewoon printplaat van een fotogevoelige lak te voorzien, met behulp van speciale vloeistoffen die verkrijgbaar zijn in spuitbussen (let op de houdbaarheidsdatum) en sinds kort ook in plastic flesjes met deppen Nadelen: Er moet volkomen stofvrij gewerkt worden, d e laklaag moet overal even dik worden aangebracht, d e spuitbussen stinken erg en de inhoud is giftig. Vooral beginners raden wij a a n om hun toevlucht te nemen tot kant en klare lichtgevoelige printplaat. Voor het werken met fotoprint hebben we geen doka nodig, het is voldoende om te werken bij gedempt daglicht of bij kunstlicht afkomstig van gloeilampen. Het materiaal is alleen gevoelig voor UV-licht hetgeen in te geringe mate aanwezig is in de genoemde lichtbronnen, om schadelijk voor de fotogevoelige l a a g te zijn. Voor de belichting van de fotogevoelige laag hebben we dus een speciale lichtbron nod i g die voldoende UV uit-

1

Figuur 6. Met een mesje kunnen té lange banen ingekort worden. Figuur 7. De benodigde chemikaliën voor de fotografische methode. De flessen voor de vloeistoffen en de plastik ontwikkelschalen zijn te koop in de fotovakhandel.

straalt. Daarvoor kunt u de volgende lampen gebruiken: Een hoogtezon, een UV-TL-buis of een kwiklamp (witte straatverlichtingslamp). U legt de film met de g o e d e kant naar boven op de print. Over print en film wordt nu een glasplaat g e l e g d , waarbij u eventueel de glasplaat kunt verzwaren om de film beter a a n te drukken. Met één van de UV-lichtbronnen wordt nu de print belicht. Over de belichtingstijd zijn weinig richtlijnen te geven omdat deze onder andere afhankelijk is van d e afstand van de print tot de lamp en d e sterkte van de lichtbron en de lichtdoorlaatbaarheid van de film. De juiste belichtingstijd moet bep a a l d worden a a n d e hand van proefstrookjes.

Ontwikkelen Als de print belicht is moet de fotolak nog ontwikkeld worden in een ontwikkelaar, die bestaat uit een oplossing van 10 gram natriumhydroxide (NaOH) per liter water. Natriumhydroxide is in de vorm van kleine witte bolletjes bij de drogist te koop. Trouwens, gewone gootsteenontstopper werkt ook prima, want dit is natriumhydroxide in ongezuiverde vorm. De belichte print wordt in de ontwikkelaar ondergedompeld en zal langzaam blauw/paars worden. U laat nu de print ongeveer 1 minuut in de ontwikkelaar liggen waarbij de vloeistof in bewe-

ging gehouden wordt. Hierna de print onder flink stromend water g o e d afspoelen. De laatste restanten fotolak worden d a n door de kracht van het water verwijderd. Als alles goed is g e g a a n , zal de fotolak op de juiste plaats verdwenen zijn. Is dit niet het geval en is de l a a g slechts gedeeltelijk opgelost d a n was de ontwikkeltijd te kort. Gelukkig is dit geen enkel probleem, want we kunnen de print gewoon weer even terugleggen in de ontwikkelaar. Wil de l a a g d a n nog steeds niet oplossen d a n was de belichtingstijd te kort. Zijn het echter kleine stukjes die niet weg willen d a n moet de oorzaak hiervan bij de film gezocht worden. Er zijn d a n blijkbaar delen die niet voldoende licht doorlaten. Met een mesje moet dan de fotolaag plaatselijk weggekrabd worden, zodat er na het etsen geen kortsluiting tus-

sen de banen kan optreden. Is er teveel fotolak opgelost d a n was in ieder geval de film niet g o e d , met andere woorden: er waren nog lichtdoorlatende plekken o p de film aanwezig. Zijn deze plekken klein dan kunnen we de fouten op de print met een watervaste stift "restaureren". Pas als het resultaat bevredigend is m a g d e print geëtst worden. Volgende m a a n d g a a n we verder met etsen, boren en het afwerken van de print.

elex - 9-33

de transistor als schakelaar Nadat we ons de afgelopen maand intensief hebben beziggehouden met de problematiek rondom spanningsdelers, betreden we nu een interessant maar ook moeilijk gebied: het terrein van de halfgeleiders, waar we uitgebreid kennis zullen maken met (onder andere) dioden en transistors. Wandelende gaten en andere merkwaardigheden Transistors en dioden bestaan meestal uit silicium, een zogenaamde halfgeleider. Laten we beginnen met het uit de weg ruimen van een veel voorkomend misverstand. Er zijn mensen die denken dat een halfgeleider een stof is, die de stroom een beetje geleidt: beter d a n een isolator, maar slechter d a n een echte geleider als bijvoorbeeld koper. Dat is beslist niet waar. In d e elektronica verstaan we onder halfgeleiders 9-34 -

elex

komponenten die stroom in een richting g o e d doorlaten en in d e tegenovergestelde richting niet of nauwelijks. Zuiver silicium geleidt stroom helemaal niet, omdat er zich tussen de atomen van het materiaal geen vrije elektronen bevinden. Let wel: geen vrije elektronen, want natuurlijk beschikt ieder siliciumatoom wel over zijn vast g e b o n d e n elektronen. Door een technische kunstgreep is het toch mogelijk, het silicium geleid e n d te maken. Daar zijn twee methoden voor, die allebei moeten worden

gebruikt om een diode of een transistor te kunnen maken. Bij beide methoden worden vreemde atomen geïmplanteerd in de kristalstruktuur van het silicium. Dat kunnen stoffen zijn die één elektron meer of één elektron minder hebben d a n de siliciumatomen. De vreemde atomen met een elektronenoverschot proberen zich in het kristalrooster van het silicium te persen. Dat gaat met zoveel moeite g e p a a r d , dat de overtollige elektronen er los bij komen te hangen. Dan zijn er dus wél vrije elektronen. Bij het aanleggen

van een elektrische spanning over het materiaal zullen die zich g a a n verplaatsen: er vloeit een stroom. Omdat elektronen negatief zijn, spreekt men hier van N-materiaal. Het geïmplanteerde materiaal kan ook bestaan uit atomen, die één elektron minder hebben d a n de siliciumatomen. Zo'n atoom nestelt zich in het kristalrooster en om daar minder o p te vallen, pikt het een elektron van een naburig silicium-atoom. Onder het motto: "Als ze mijn fiets jatten, haal ik er ergens anders wel een weg!" stelt de bestolene

gebakken aardappelschijfjes!). Door een kleine organisatorische misgreep zijn er maar 19 zakjes, het laatste kind krijgt dus niets. Het doet d a n een greep naar de chips van zijn buurman. Op zijn beurt berooft die het volgende kind, enzovoort. Een oplettende toeschouwer kan nu in twee richtingen een beweging waarnemen. Terwijl de ellendige toestand van het ver-

zich schadeloos ten koste van een ander siliciumatoom. Als over zo'n kristal een spanning wordt aangelegd, g a a t er ook een stroom lopen. Dat klinkt wat vreemd, omdat er immers te weinig elektronen zijn, maar een voorbeeld kan het misschien verduidelijken. Op een verjaardagspartijtje met 20 kinderen worden zakjes chips uitgedeeld (geen IC's, maar PN-overgang

-l

4.SV

I.

II

IM.0^^

I

stoken zijn van chips zich verplaatst van links naar rechts, vindt er tegelijkertijd van rechts naar links een chipstransport plaats. Datzelfde gebeurt in het kristalrooster van het silicium. Als de gaten (de plaatsen waar een elektron ontbreekt) d e ene kant o p g a a n , bewegen zich noodzakelijkerwijs de elektronen d e andere kant op. En elektronentransport betekent stroom. Het elektronenarme silicium noemt men P-materiaal.

De

Een diode is o p g e b o u w d uit een laagje P-materiaal en een laagje N-materiaal (figuur 1). Het grensgebied tussen die twee lagen speelt een belangrijke rol. Het overschot aan elektronen van de N-laag vult daar namelijk de gaten in de P-laag op, zodat er in die grenslaag geen vrije elektronen, maar ook geen gaten zijn. De grenslaag is dus een isolator. We g a a n nu over de diode een spanning aanleggen: we verbinden de min-pool van een batterij met de P-laag van de diode (figuur 2). Omdat d e van de batterij afkomstige elektronenstroom van min naar plus loopt, worden de gaten in de P-laag opgevuld: het kristal wordt elektrisch neutraal en laat geen stroom door. De diode spert. Als we de diode ompolen, komen de door de batterij geleverde vrije elektronen in de tot d a n toe isolerende sperlaag terecht. Tegelijkertijd onttrekt de pluspool elektronen a a n d e Plaag. Daardoor kan er elektronentransport plaatsvinden: de diode geleidt.

De

4.5V M.O.,jS.

Li

P-N-overgang

Figuur 1. Een halfgeleiderdiode bestaat uit twee verschillend gedoteerde silicium- of gemaniumkristallen. In de buurt van de grenslaag tussen die twee vormt zich een isolerende laag, de PN-overgang, die ontstaat doordat de overtollige elektronen uit de IV-laag de "gaten" in de Plaag opvullen. Onder de tekening is het schemasymbool afgebeeld. Figuur 2. Afhankelijk van de polariteit van de spanning over de diode wordt de isolerende overgangslaag vergroot (a) of geheel opgelost (b). In het eerste geval spert de diode, in het andere geval wordt de stroom vrijwel ongehinderd doorgelaten. Figuur 3. Een typische diodekarakteristiek. Er blijkt uit, dat de stroom door de diode afhankelijk is van de spanning. Pas bij ongeveer 0,6 volt begint er een zwakke stroom te lopen, die bij een iets hogere spanning ineens veel groter wordt.

drempelspanning

Een diode kan in meerdere opzichten worden vergeleken met het ventiel van een fiets. Dat laat d e lucht maar in één richting door, maar zelfs in doorlaatrichting is er een zekere kracht nodig om d e elasticiteit van het ventielslangetje te overwinelex -

9-35

nen. Ook door een diode gaat pas stroom lopen, als de spanning een bep a a l d e waarde heeft bereikt. Voor siliciumdiodes bedraagt die drempelspanning ongeveer 0,6 volt. Aan de karakteristiek van figuur 3 is te zien, dat de geleiding niet plotseling inzet; aanvankelijk gaat het geleiden wat moeizaam, maar iets boven d e drempelspanning is er d a n plotseling geen houden meer aan. Ook als de diode volop in geleiding is, blijft er over d e diode een spanningsverlies van 0,6 volt meetbaar. Vermenigvuldigd met de stroom door de diode levert dat het vermogen op, dat in de diode wordt omgezet in warmte.

Opbouw van de transistor Figuur 4 toont de schematische opbouw van een transistor. In plaats van twee verschillend gedoteerde kristallen zijn er hier drie lagen met elkaar verbonden. Er zijn twee kombinaties mogelijk: PNP en NPN. Omdat NPNtransistors verreweg het meest gebruikt worden, zullen we die verder bespreken. Bij drie kristallen zijn er twee grenslagen (figuur 4). Theoretisch zou je een transistor ook kunnen beschouwen als twee tegen elkaar ingeschakelde dioden (figuur 5). Het is echter niet mogelijk, uit twee dioden een transistor samen te stellen. De drie kristallen staan ieder via een aansluitdraad in verbinding met de buitenwereld. De middelste aansluiting noemen we de BASIS, de andere twee heten KOLLEKTOR en EMITTER. Aan het schemasymbool (figuur 6) is g o e d te zien, dat er tussen basis en emitter pas een stroom kan g a a n lopen, als de spanning groter is d a n c a . 0,6 volt. Tussen die twee aansluitingen ligt namelijk gewoon een diode. De clou zit hem in het kollektor-emitter-circuit. Normaal gesproken kan er tussen die twee aansluitingen 9-36 - elex

geen stroom lopen, omdat er twee tegen elkaar in geschakeiae dioden in de weg zitten. Daar komt verandering in, zodra er een basis-emitter-stroom loopt: d a n is er tussen koliektor en emitter ineens wel geleiding mogelijk. Kennelijk wordt de isolerende werking van d e kollektoremitter-overgang opgeheven door d e basisstroom. Daarbij is het dan ook nog zo, dat een kleine basisstroom de weg kan openen voor een veel grotere kollektorstroom. De transistor kan dus worden ingezet als stroomversterker (figuur 7). De emitterstroom is even groot als de koliektor- en basisstroom samen. Omdat de basisstroom naar verhouding erg klein is, m a g hij in de praktijk bij de berekening van de emitterstroom verwaarloosd worden. Voordat we nu verder g a a n met de praktische verwerking van al deze theorie, willen we eerst nog een mechanisch model laten zien van een transistor. Zulke modellen duiken met grote regelmaat in d e vakliteratuur o p en vaak zijn ze een g o e d hulpmiddel om ongrijpbare begrippen als spanning, stroom, weerstand of versterking beter te begrijpen. In figuur 8 is het watermodel van een transistor afgebeeld, kompleet met basis, koliektor en emitter. Twintig jaar geleden vond ik dit plaatje in de handleiding van een experimenteerbouwdoos en het maakte me toen in één klap de werking van een transistor duidelijk.

Experimenteren Voor de experimenten van deze m a a n d hebben we de in figuur 11 afgebeelde printplaat nodig. Enthousiaste doe-het-zelvers kunnen a a n de hand van deze figuur de print zelf maken; de anderen kunnen hem bestellen of via hun elektronicahandelaar betrekken. De schakeling o p de print kan met behulp van drie draadbrug-

Figuur 4 en 5. Een transistor heeft twee P/V-overgangen. Stuk voor stuk gedragen ze zich net als een diode. Zodra er door de onderste PN-overgang (tussen basis en emitter) een stroom loopt (die hoeft maar heel zwak te zijn), wordt de weg tussen koliektor en emitter vrijgegeven. De kollektorstroom kan een veelvoud bedragen van de basisstroom; dat is afhankelijk van de stroomversterkingsfaktor van de gebruikte transistor.

4 C

O

N

8

M

P

° %

N

86734X-4

Figuur 6. Het schemasymbool van de transistor. De pijl geeft aan, of het om een PNP- of een NPN-transistor gaat. De pijl wijst de stroomrichting (van + naar —) aan. NPN-transistors worden het meest gebruikt. Bij PNPtransistors ligt de emitter aan plus en de koliektor aan min; in schakelingen ermee ligt de plus aan massa. De in schema's gebruikelijke afkorting voor "koliektor" is een C en geen K, wat natuurlijk buitengewoon inkonsekwent (of inconsequent?) is. Figuur 7. In de emitter komen van de basis en van de koliektor afkomstige stromen bij elkaar. Omdat de basisstroom naar verhouding erg gering is, is er nauwelijks een meetbaar verschil tussen kollektorstroom en emitterstroom.

O E

86734X-S

koliektor

NPN

PNP

emitter

86734X-6

8

86734X-9b

Onderdelenlijst R1 = 1 kQ R2 = 10 kS (zie tekst) T1 = BC 547B of BC 546B of BC 550B L1,L2 = lampje 15 volt, max. 200 mA (zie tekst) 2 fittingen voor de lampjes 4 banaanstekerstiften 1 printplaat (zie tekst) 17 soldeerpennen 3 draadbruggen met steekschoentjes EES-voeding + / — 15 volt Geschatte bouwkosten zonder print: ca. f 10,—

Figuur 8. Transistor-watermodel. Links sluit de grote klep de waterstroom geheel af: de transistor spert. Rechts drukt het kleine waterstroompje (de basisstroom) de kleine klep open. Via de as van deze klep wordt die beweging overgebracht naar de grote klep, die daardoor omhoog gaat. In het brede kanaal (het kollektoremitter-circuit) kan het water dan ongehinderd doorstromen. Figuur 9. De aansluitingen op de printplaat "Transistor als schakelaar". Met behulp van enkele draadbruggen kunnen er diverse varianten op de schakeling worden gemaakt. Figuur 10. Zo worden de verschillende onderdelen op de print gemonteerd. Het lampje L2 en de weerstand R2 hebben we in deze aflevering nog niet nodig. L2 moet voorlopig vervangen (of overbrugd) worden door een draadbrug. Figuur 11. De onderkant van de printplaat met de printsporen. De print kan gemakkelijk zelf worden gemaakt, maar kan ook kant en klaar besteld worden.

elex - 9-37

13

12

+

ingang

i

©

--&-&—Jn~l—&

koliektorspanning (bereik: 20 V DC)

+15V

ingang BC547B

0

kollektorspanning (bereik: 20 V DC)

%-pP-pL

-p-p-

•P-p

© gen worden gemodificeerd; figuur 12 toont de opstelling voor het eerste experiment. Er zijn een transistor, een lampje en een weerstand bij nodig. De emitteraansluiting moet via een d r a a d b r u g worden verbonden met massa. Wie geen 15-voltlampje heeft, kan er ook een van 12 volt gebruiken. In plaats van de draadbrug van emitter naar massa moet dan een weerstand van 15 Q worden gemonteerd. Wie die ook niet heeft, moet de d r a a d b r u g maar laten zitten en er het beste van hopen. Als de print op de grondplaat wordt gestoken, samen met de +/—15-voltnetvoeding, gebeurt er aanvankelijk niets: de twee tegen elkaar ingeschakelde dioden tussen koliektor en emitter vormen een effektieve isolator. Ook als we de ingang a a n massa leggen, zien we geen enkel resultaat. Weliswaar staat er nu een spanning over de basiskollektor-overgang, maar die is verkeerd g e p o o l d : min a a n de P-basis en plus a a n de N-kollektor. De kollektorspanning, gemeten tussen koliektor en massa, bedraagt 15 volt. Dezelfde spanning staat op beide aansluitingen van het lampje. Het spanningsverschil over het lampje bedraagt dus pre9-38 -

elex

86734X-12

cies nul volt. Kortom, een nogal doods geheel. Om wat leven in de brouwerij te brengen leggen we nu de ingang van d e schakeling a a n +15 volt. Nu g a a t het lampje wèl branden. Geen wonder, want via de ingangsweerstand R1 loopt er via basis en emitter een stroompje naar massa. Dat stroompje opent d e weg van de koliektor naar de emitter. De kollektorspanning is nu bijna nul, zodat vrijwel de volle voedingsspanning over het lampje ligt. Aanvankelijk geen stroom door de transistor, maar wel de volle spanning erover — d a a r n a wel stroom en geen spanning meer: dat doet denken a a n een schakelaar. En inderdaad is dat precies de funktie die d e transistor in deze schakeling heeft. Door een vrij forse basisstroom wordt de kollektor-emitterovergang maximaal geleidend. Opmerkelijk daarbij is, dat de kollektor-emitterspanning zeer klein wordt, met c a . 0,3 volt nog kleiner d a n de basis-emitterspanning (0,6 volt). De toestand waarin de transistor o p dat moment verkeert, heet "verzadiging". Het zal inmiddels wel duidelijk zijn, dat kollektorspanning en basisspanning een tegengesteld gedrag vertonen: als de basisspanning hoog is, is de

•p-p

— -0-fr basisspanning (bereik: 2V DC)

kollektorspanning laag. De transistor geleidt d a n en het lampje brandt. Een lage basisspanning resulteert in een hoge kollektorspanning, omdat de transistor dan spert. Nog iets over R1: die weerstand is noodzakelijk, omdat de spanning tussen basis en emitter niet groter m a g worden d a n ongeveer 0,6 volt. Een basisspanning van 15 volt zou de transistor beslist niet overleven. R1 begrenst dus d e basisstroom tot een veilige waarde. Als de basisweerstand te klein wordt gekozen, duikt er een ander probleem op: d a n is de basisstroom te klein om de transistor helemaal open te sturen. Probeer maar eens R1 te vervangen door een weerstand van 470 Q: het lampje zal d a n nog maar zwak oplichten. In figuur 13 is te zien, hoe de spanningen en stromen in d e schakeling kunnen worden onderzocht. Het is misschien wat overdreven om alleen voor dit experiment vijf universeelmeters a a n te schaffen: d e metingen kunnen ook na elkaar worden uitgevoerd. Ontbrekende STROOMmeters moeten d a n uiteraard wel door d r a a d b r u g g e n worden vervangen, anders doet d e schakeling niet veel. Veel plezier met experimenteren!

® Figuur 12. De komplete experimenteerschakeling bestaat uit niet meer dan een transistor, een 15-V-lampje en een voorschakelweerstand (R1). Met het leggen van de juiste draadbruggen krijgen we het lampje aan het branden. Figuur 13. Zo kan men de werking van de schakeling exakt nameten. Tussen haakjes is steeds het bereik aangegeven waarop de multimeter dient te worden ingesteld; een hoger bereik mag natuurlijk ook.

MOSFET-middengolf9 i

ontvanger

nog een variatie op het thema zeepdoosradio Wie de kleine mini-radio uit het juli-nummer gebouwd heeft, zal wel ontdekt hebben, dat ook aan HFschakelingen veel plezier te beleven valt. Als u intussen de smaak te pakken hebt, kunt u deze maand uw verkenning van het HF-gebied voortzetten. De ingangstrap van onze nieuwe ontvanger-schakeling is opgebouwd rond een MOSFET-transistor. Muziekprogramma's ontvangen met volmaakte kwaliteit — dat kan uitsluitend via de FM-band. Maar de radio heeft natuurlijk veel meer te bieden d a n alleen muziek. Vroeger, toen nog lang niet iedereen televisie h a d , nam het gesproken woord o p de radio een belangrijke plaats in. De

omroepen d e d e n er moeite voor, en boden de luisteraar een ruim aanb o d van dergelijke programma's: aktuele informatie en edukatieve uitzendingen werden afgewisseld door hoorspelen en kabaret. Tegenwoordig leven we in het tijdperk van Derrick, Dallas en de video-clip, een ontwikke-

ling die ook voor d e radio niet zonder gevolgen is gebleven. In plaats van boeiende praatprogramma's horen we steeds vaker dat inhoudsloze geb a b b e l waarvan het nivo niet verder reikt d a n de disko. Er zijn natuurlijk uitzonderingen die niet overeenkomen met dit sombere beeld; maar dergelij-

ke uitzendingen, die geen funktie hebben als gangmaker voor d e omzet van de platenmaatschappijen, zijn grotendeels verbannen naar d e weinig populaire middengolf. Menige bezitter van een moderne audio-installatie is zelfs niet in staat d e middengolf te ontvangen: het komt immers vaak voor, elex - 9-39

T1 BF981

1

dat de tuner (of de receiver — dat is een gewone radio zonder luidsprekers) uitsluitend geschikt is voor de FM-ontvangst. De middengolf wordt, indien aanwezig, meestal a a n g e d u i d met AM. Deze afkorting geeft slechts a a n , dat de zenders die men o p deze b a n d ontvangt, amplitude-gemoduleerd zijn, en vertelt dus niets over de golflengte. De zenders op de langeen de korte golf zijn overigens ook amplitude-gemoduleerd, zodat de a a n d u i d i n g AM in principe onnauwkeurig is. Als u de wereld beneden de 88 megahertz eens wilt verkennen, is onze middengolf-radio (ook op te bouwen voor de lange golf) precies wat u zoekt. De mogelijkheid tot ontvangst van buitenlandse stations biedt u de kans, aangelegenheden uit de wereldpolitiek ook eens van een andere kant te bekijken. Misschien raakt u wel zo verslingerd a a n de radio, dat u het luisteren leuker gaat vinden d a n televisie-kijken. Wie zijn beeldende fantasie weer tot leven wil brengen, bouwt dus snel deze schakeling op! Zeg nu niet, dat u al een draagbare cassetterecorder hebt met een ingebouwde ontvanger voor meerdere golfbereiken! Voor de hobby-elektroni9-40 — elex

2:

1

—<>—•—i-m -i

9V<20mA

y

V

a - lange golf b = middengolf c = korte golf (49m) 86697X-2

cus gaat het er immers om, praktische schakelingen zelf te bouwen, en een radio komt altijd van pas; al is het maar om weg te geven.

Heel kort. . . het belangrijkste, want de

principes van de AM-ontvangst zijn in het juli-nummer al uitvoerig beschreven. De te ontvangen frekwentieband hangt weer af van het aantal windingen dat zich o p de c a . 10 tot 20 cm lange ferrietstaaf bevindt. Een tweede spoel

Figuur 1. De schakeling van deze eenvoudige rechtuitontvanger voor AM-uitzendingen op de middengolf en de lange golf, verschilt in principe niet veel van de ontvanger-schakeling die in het juli-nummer werd gepubliceerd. Het verschil zit hoofdzakelijk in de keuze van de halfgeleiders voor de HFtrap en de LF-versterker: in de HF-trap is deze keer een MOSFET-transistor met twee gates toegepast, en in de LFversterker twee bipolaire transistoren. Opvallend is de regeling van het volume: de potentiometer is opgenomen in de HF-trap. Figuur 2. Met behulp van een dubbele drie-standen-schakelaar en twee extra spoelen kan het ontvangst-bereik vergroot worden. De tweede sektie van de schakelaar heeft tot taak, bij kortegolfontvangst de grote kondensator Cl af te koppelen. De kleinere kapaciteit van C9 zorgt in de eerste plaats voor enige bandspreiding, zodat slechts een klein deel van het kortegolf-spektrum wordt ontvangen; dat is noodzakelijk omdat het anders bijna onmogelijk zou zijn, nauwkeurig op een zender af te stemmen — de zenders liggen immers (schijnbaar) te dicht bij elkaar. Verder zou de kapaciteit van C1 (zelfs bij instelling op de minimale waarde) teveel demping veroorzaken, want het aantal windingen van L3 is relatief gering. Als de demping te hoog is, worden de signalen van de ontvangen zenders zo verzwakt, dat ze nauwelijks te horen zijn. De kapaciteit en het aantal windingen in een afgestemde kring moeten altijd in een passende verhouding tot elkaar staan. Door zowel de waarde van CIO als het aantal windingen van L3 te veranderen, kan het ontvangstbereik worden gewijzigd en aangepast aan de eigen wensen.

die op dezelfde staaf wordt gewikkeld, maakt het mogelijk dat we (via een omschakelaar) kunnen kiezen tussen de middengolf en d e lange golf. Met een spoel van minder dan 45 windingen kunnen soms ook programma's op de korte golf ontvangen worden, maar hiervan moet men niet teveel verwachten: de selektiviteit van onze ontvanger is voor deze druk bezette banden niet hoog genoeg. Ook deze ontvanger werkt volgens het rechtuit-principe. De HF-versterking wordt gunstig beïnvloed door de toepassing van een "Dual-Gate MOSFET" (dat is een metaal-oxide veldeffekt-transistor met twee gates — de gate komt overeen met d e basis van een gewone transistor). Volgens de ontwerper bedraagt d e versterking 50 tot 100 maal. Omdat de detektordiode D1 verbonden is met R3, wordt de stroom die in doorlaatrichting door d e diode vloeit, beperkt tot c a . 1 uA. Dit maakt dat ook extreem

zwakke signalen gedemoduleerd en gehoord kunnen worden. De detektor wordt gevolgd door een LF-versterker; deze is opgebouwd rond T2 en T3, en versterkt ongeveer 1000 maal. Hierdoor is de ontvanger zo gevoelig, dat alleen een ferriet-antenne al voldoende is voor een g o e d e ontvangst; een draadantenne is dus niet nodig. De potentiometer die voor de volumeregeling dient, zit op een plek waar men hem eigenlijk niet verwacht: bij d e tweede gate van T1. Figuur 2 toont een ombouwsuggestie die d e mogelijkheid geeft, te experimenteren met meerdere omroepbanden. Omdat het maximale stroomverbruik slechts c a . 20 mA bedraagt, g a a t d e batterij (9 V) geruime tijd mee. De impedantie van de hoofdtelefoon m a g niet lager zijn d a n 100 Q.

R1 = 100 kQ R2,R6 = 10 kQ R3 = 8,2 MQ R4,R5 = 470 kQ R7 = 1 kQ P1 = 100 kQ lin.

0 •

O C7

I I

C1 = 500 pF variabele kondensator C2.C4 = 100 nF C3 = 220 pF C5,C8 = 47 f^F/16 V C6 = 47 nF C7 = 47 ^F/6 V T1 = BF981 T2 = BC550C T3 = BC560C D1 = AA 119 L 1 . . . L3 = 0,3 mm CuL (140, 45, 12 Wdg) L4 = 8,2 mH ferrietstaaf (lengte 10 — 20 cm, diam. 1 crri) 51 = enkelpolige aan/uttschakelaar 52 = dubbele drie-standenschakelaar (indien gewenst) 1 Elex-standaardprint formaat 1 Kosten (zonder batterij en kast) ca. f 15,—

gj\ITIP^k "U zult zich waarschijnlijk afvragen waarom ik u een naald stuur voor 'n tip", schrijft de heer H.Döscher uit Duitsland. Inderdaad hebben wij ons verbaasd over de tip om een oude injektienaald als uitsoldeerhulpstuk te gebruiken. Dit idee is volgens ons in ieder geval een patent waard want het werkt voortreffelijk. Met d e injektienaald is het zelfs mogelijk om IC's uit te solderen. De injektienaald is een n a a l d nr. 1. Deze n a a l d heeft een buitendiameter van 1 mm en een binnendiameter van 0,7 mm. Om te beginnen moet de punt van de n a a l d weggevijld

Onderdelenlijst

ieder geval uitstekend. Wanneer de gaten groter zijn, moeten we een dikkere naald gebruiken. Het mooiste van deze

methode is het kostenaspekt. Wie zijn huisarts vraagt krijgt waarschijnlijk wel een paar oude naalden voor niets.

worden, zodat we een stompe punt krijgen. Van het onderdeel dat uit de print gesoldeerd moet worden, verhitten we de pootjes. De n a a l d drukken we over een pootje in de vloeibare tin. Tijdens het afkoelen van het tin draaien we de naald een klein beetje. Het pootje is nu vrij. De truuk zit in het feit dat tin niet hecht aan een roestvrijstalen n a a l d . Met de naald nr. 1 kunnen alleen onderdelen los gesoldeerd worden waarvan de poten niet dikker zijn d a n 0,7 mm. De gaten in de print mogen niet groter zijn d a n 1 mm. Bij het Elex-printje gaat het in elex -

9-41

IC-info de UAA 170/180 Voor de sturing van LED's en LED-displays biedt de halfgeleidermarkt allerlei speciale IC's aan. Bekende vertegenwoordigers hiervan zijn de stuur-IC's voor lichtbalken. In veel gevallen kan zo'n lichtbalk een mechanische draaispoelmeter vervangen. Je zou ze de elektronische vuurvliegjes van onze eeuw kunnen noemen, hoewel het woord "vuur" wat misleidend is. In een lichtdiode, meestal kortweg LED genoemd, brandt namelijk helemaal niets; ze worden zelfs nauwelijks warm. Een oud Chinees spreekwoord zegt: "Wie het hootd koel houdt, leeft langer". Dat blijkt ook voor LED's o p te g a a n : hun levensduur overtreft vele malen die van hun warmbloedige neefjes, de gloeilampen. LED's hebben trouwens nog meer voordelen: ze zijn klein, goedkoop te fabriceren en g o e d bestand tegen mechanische belastingen. Het is dan ook geen wonder, dat LED's heel veel gebruikt worden om informatie door te geven a a n gebruikers van elektrische en elektronische apparatuur: als inschakelkontrole voor een koffiezetapparaat, als tijddisplay op een radiowekker, als kontrolelampje op een autodashboard — je kunt het lijstje naar believen uitbreiden.

Elektronische

1

ring vervorming dreigt te ontstaan. Hetzelfde geldt voor d e schalen van elektronische thermometers, snelheidsmeters en toerentellers: ook daar is een globale aanwijzing vaak meer d a n voldoende. In FMtuners en autoradio's kan de frekwentie worden aangegeven met een verspring e n d lichtpuntje; voor zelfbouwers heeft dat in ieder geval het voordeel dat het geklungel met katrolletjes, veertjes, touwtjes en een wijzer achterwege kan blijven. Voor al deze toepassingen zijn d e IC's UAA 170 en UAA 180 ontwikkeld. Het belangrijkste verschil tussen die twee is, dat de UAA 170 telkens maar één diode tegelijk laat oplichten (het lichtpunt verspringt dus); met de UAA 180 ontstaat er een

kortere of langere lichtbalk, al naargelang d e ingangsspanning lager of hoger is. Zoals uit de figuren 1 t/m 4 blijkt, vertonen de twee IC's inwendig nogal wat verschillen, maar daar hoeven we hier niet o p in te g a a n ; tenslotte zijn er maar weinig hobbyisten die ook hun IC's zelf vervaardigen. Wat ons vooral interesseert zijn de aansluitgegevens; die zullen we voor ieder IC apart bespreken.

UAA 170 Figuur 2 laat zien hoe d e LED's en diverse andere komponenten o p d e UAA 170 moeten worden aangesloten. Welke van de maximaal 16 LED's oplicht, is afhankelijk van de o p pen 11, 12 en 13 a a n g e l e g d e spanningen, die tussen 0 en 6 volt

UAA170 10

wijzers

Tot d e meest kwetsbare onderdelen die er in d e elektronica worden gebruikt, behoren draaispoelmeters. Wie wel eens heeft geprobeerd een door stoten of vallen defekt geraakt exemplaar te reparen, zal dat volmondig beamen. 9-42 - elex

Een draaispoelmeter geeft een traploze aanwijzing van spannings- of stroomwaarden. Dat is erg fijn als het om een precieze meting g a a t met bijvoorbeeld een universeelmeter, maar in d e meeste gevallen is het niet nodig. Iemand die met een band- of cassetterecorder een o p n a m e maakt, interesseert het niet of hij 5,9 of 6,2 dB "in het rood" zit; waar het om g a a t is een duidelijke indikatie dat het te hard g a a t en dat d e volumeknop of -schuif terug moet. Zo'n uitsturingsindikatie kan heel g o e d worden gegeven met behulp van een lichtbalk: een rijtje groene LED's, waarvan er meer g a a n branden naarmate het signaal sterker wordt, en daarachter een paar rode LED's die g a a n branden als er door overstu-

decodering

1 Masse

86714X-1

BP

naar keuze: fototransistor of weerstand

1011 / n/m


«SI

ó».

18 kO 10 kn

+Ut»M

lk!3 tt

O

1/

II

UAA 170

C

T

B

of ' Ï6-LD *61

86714X-2

Figuur 1. De inwendige schakeling van de UAA 170, overgenomen uit het databoek van de fabrikant (Siemens).

3a —0—

0,5

ol Du *"» S D

Figuur 2. Principeschakeling van de lichtpuntsturing UAA 170. De fototransistor regelt de automatische aanpassing van de lichtsterkte van de LED's aan het omgevingslicht.

—o—

—»—

—o— _ © _

»fi» Se, £ 0 .

—o— t—e—

> D 7 S D (

o

IS:

C J

So,

— —

—o—

D,

Figuur 3. Als er een klein spanningsgebied wordt ingesteld, overlappen de spanningsbereiken van de LED's elkaar (al. Bij een groter spanningsgebied verspringt de uitlezing wat minder geleidelijk (bj. Figuur 4. De interne schakeling van de UAA 180, eveneens overgenomen uit het databoek van de fabrikant.

^Refmn "

^Stmm

"St

^Refroo»

=

^St»K>*

86714X-3a

3b t

D»1 -o-

D:s'

-o-

S""

-o-

gaD«-

-o-O-

S«" • ,o-

•»•

-o-

D>D.D,-

-©-

-o-

DsDsDi Dj-

-o~ -©-

-©-

Dt-

"«*„ f. ~ "stmin

St

"ttéf m* "

86714 X-3b

86741X-4

Stmax

mogen liggen. De eigenlijke ingangsspanning g a a t naar pen 11. De spanningsdeler R1/R2 is alleen nodig als d e signaalspanning groter is d a n 6 volt. Uref is een referentiespanningsbron, d i e d e spanningsdeler R5/R4/R3 voedt. Daarmee kan het "meetbereik" van d e lichtbalk worden vastgelegd. Een voorbeeld: als d e te kontroleren signaalsterkte tussen 1 en 3 volt ligt, d a n moeten we d e spanningsdeler zo dimensioneren, dat o p p e n 12 een spanning van 1 volt staat en o p p e n 13 een spanning van 3 volt. De eerste LED brandt d a n konstant als de ingangsspanning (pen 11) 1 volt of minder is; bij een ingangsspanning van 3 volt of meer blijft d e laatste LED branden. Ertussenin lichten beurtelings de andere LED's op. Bij een smal spanningsbereik (bijvoorbeeld 1,4 volt) treedt er een vloeiende overgang op, doordat d e afzonderlijke LED's elkaar g a a n "overlappen". Maken we het bereik breder (bijvoorbeeld 4 volt) d a n worden d e overgangen wat abrupter, omdat een volg e n d e LED pas a a n g a a t als d e vorige al uit is. In figuur 3a is dat heel duidelijk te zien. Wie vloeiende overgangen wil en toch een breed bereik, zal wat dieper in d e beurs moeten tasten: d a n moeten er twee IC's worden gebruikt en 30 LED's (de laatste LED van het eerste IC en d e eerste LED van het tweede IC moeten in dat geval worden weggelaten). De stroom door d e LED's, en d a a r m e e dus d e helderheid van d e indikatie, wordt b e p a a l d door d e stroom d i e vanuit pen 16 via R7 en R8 naar pen 14 loopt. In figuur 2 is parallel a a n R8 een fototransistor getekend; daardoor past d e helderheid van d e LED's zich automatisch a a n bij het omgevingslicht.

UAA 180 Een lichtbalkindikatie met elex - 9-43

's

2.1D166

// // // // // // // // // // // //

'l M l M i

n n 17

M IIWI

W| Mt

M||M|MtM|l«

indikatie

i

r^ ü

16

r^ g

O B

D12-

15

D10-

R

fl ' i l BP1011

Mi

UAA 180

D8-

UlH!) IJ I

u

2

u

]

u

i

u

S

u

6

u

7

u

D6-

8

u 04 02-

0* X

Figuur 5. De principeschakeling van de lichtbalksturing met de UAA 180. Dit IC kan maximaal 12 LED's sturen. Ook hier zorgt de fototransistor weer voor de aanpassing aan het omgevingslicht.

6

'

[ I

Figuur 6. Dit diagram laat de samenhang zien tussen de ingangsspanning en de LEDindikatie bij de UAA 180.

| | | i

i

F

—L

u* « - « • » « .

O+tfrel

86741X-6

Figuur 7. De schakeling van onze "lichtrups",^ die de eigenschappen van de UAA 170 duidelijk demonstreert. Figuur 8. De UAA 170 zit in een 16-pens DIL-behuizing, de UAA 180 heeft 18 pennen.

-j33Ön]-

8

n n 15

16 IC1 555

n

n

i-i

14

13

12

UAA170 1

3

,2,

U' U

n n 18 17

4

5

u u u f-1 16

f-l 15

1-1 f - l 14 13

7

n 12

4 5 6 /. J „ ,2, ha"" O u u u u u

Tabel 1. De b e l a n g r i j k s t e gegevens v a n de U A A 170.

Tabel 2. De b e l a n g r i j k s t e gegevens v a n de U A A 18
grenswaarden: voedingsspanning ingangsspanningen belastingsstroom (pen 14) nominale waarden (Ub = 12 V, T = 25°C) stroomverbruik (pen 14 en 16 open) ingangsstromen (pen 11 en 13) ingangsstroom (pen 12) spanningsverschil tussen pen 12 en 13 voor kontinue overgang gestabiliseerde spanning (pen 14)

grenswaarden: voedingsspanning ingangsspanningen nominale waarden (Ub = 12 V, T = 25 U C) stroomverbruik ingangsstromen (pen 3, 16 en 17) diodestroom per LED spanningsverschil tussen pen 3 en 16 voor kontinue overgang

max. +18 V max. 6 V max. 3 mA 4 mA 1 nA 2 >JA

8 l_l

U

3

400 mW

9-44 - elex

•

u

,n. _n_ 11 10

UAA180

- } 9V1

de UAA 180 kan uit maximaal 12 LED's bestaan: d e principeschakeling is in figuur 5 te vinden. Aan pen 17 wordt d e ingangsspanning gelegd, waarvan d e lengte van d e lichtbalk afhangt. Ook deze spanning m a g niet hoger zijn dan 6 volt; als dat wel zo is, moet d e spanningsdeler R1/R2 worden aangebracht. Bij dit IC wordt het bereik bep a a l d door het spanningsverschil tussen pen 16 (minimum) en pen 3 (maximum). De "dubbele" spanningsdeler waarmee d a t wordt ingesteld bestaat hier uit R3, R4 en R5. Hoewel niet zo in het oog

n11 n10 n9

s U

max. 418 V max. 6 V 5,5 mA 0,3 nA 10 mA 1V

1,2 V 5V

lopend als bij d e UAA 170, zijn ook hier d e overgangen vloeiender als het spanningsbereik niet te groot wordt gekozen; 1 volt is een mooie waarde (figuur 6). De helderheid van d e LED's wordt b e p a a l d door de stroom, die via pen 2 in het IC vloeit. De fototransistor heeft dezelfde funktie als bij d e UAA 170. Pen 2 kan ook open blijven; d e LED-stroom stelt zich d a n in o p ongeveer 10 mA. Lïchtrups Een ver familielid van het in d e inleiding van dit

artikel besproken elektronische vuurvliegje is d e elektronische lichtrups, waarvan het schema in figuur 7 te zien is. De schakeling is bedoeld als demonstratie van d e mogelijkheden van d e UAA 170 en heeft verder geen enkel praktisch nut, hoewel regelmatige diskobezoekers er misschien iets van kunnen maken waarmee ze in het donker beter opvallen. Neem d a n wel wat reservebatterijen mee, want het stroomverbruik is ongeveer 30 mA. De UAA 170 wordt "aangedreven" door een als oscillator geschakelde 555-timer, die een drie-

hoeksspanning opwekt. Wat dat precies is, hebt u elders in dit nummer kunnen lezen. De frekwentie kan met behulp van d e potmeter worden ingesteld; als het bereik daarvan onvoldoende is, kan experimenteren met d e waarde van C1 uitkomst bieden. De zenerdiode D17 brengt d e voedingsspanning van d e 555 terug naar 9 volt, omdat anders het uitgangssignaal te groot zou worden voor d e UAA 170.

9 1-1

zonnezaklantaarn Nee, dit keer geen grap. Al doet de titel veel denken a a n een nepschakeling uit één van d e halfgeleidergidsen, deze Elex-schakeling werkt wel. Het schema van de zonnezaklantaarn is te vinden in figuur 1. Het woord schakeling is eigenlijk wat veel voor een handje vol onderdelen die we zonder printje in een klein kastje kunnen bouwen. Het geheel vormt een o p l a a d b a r e zaklantaarn. De energie voor het laden wordt g e h a a l d uit een aantal zonnecellen. Op deze manier kunnen we het zonlicht opslaan om in het donker te gebruiken. Voor de energieopslag worden vier NiCd-akku's gebruikt. De akku's staan in serie, dus moet een lampje van ongeveer 5 V/ 50. . .100 mA gebruikt worden. Om de akku's te kunnen laden is het noodzakelijk dat de zonnecellen een spanning leveren

van 7. . .9 V. Een cel kan maximaal 0,5 V leveren. Er zijn dus minimaal 14 cellen in serie nodig voor het verkrijgen van de benod i g d e spanning (dit is dus meer d a n aangegeven op d e tekening). De diode zorgt er voor dat de NiCdakku's zich niet kunnen ontladen via de zonnecellen. Wanneer de laadstroom groter wordt d a n d e maximale laadstroom van d e akku's, moeten we een weerstand in serie

MARKT-INFO Kookprogramma huiscomputer

voor

Het Amsterdamse softwarehouse Horn Soft BV ontwikkelde het eerste nederlandse computerprogramma voor huishoudelijk gebruik. Jarenlang wordt er al gesproken over de "Home-computer", maar de toepassingen voor het a p p a r a a t g a a n niet verder d a n administratieve programma's of spelletjes. CuliCom is een programma dat van die computers d a n eindelijk die "huiscomputer" maakt. Gerenommeerde restaurants hebben recepten ter beschikking gesteld welke, na te zijn gekodeerd, in het programma zijn verwerkt. Wim Konijn, als culi-

r—£>

^ | 1N40O1

1 270 l—j—ro , I

. [

- _T_

JÜTÜ.

-f-

f J

"L_

® sv

zonnecellen : 7...9 V (min. 50mA) akku's :4x1,25VNiCds(0,5...4Ah) 86729X-1

nair redakteur werkzaam bij een landelijk d a g b l a d , heeft zijn uitgebreide kennis van de kookkunst samen met een groep programmeurs a a n de computer toevertrouwd. Hierdoor is het programma in staat de verschillende recepten te kombineren tot meer d a n 13.000 komplete menu's. Uiteraard wordt bij de menusamenstelling rekening gehouden met het seizoen. Bovendien ziet men altijd hoe duur het gerecht is en of het moeilijk klaar is te maken. Omdat niet iedereen dezelfde voorkeur heeft, zal het programma de eindkeuze altijd a a n de gebruiker overlaten. Vaak zal het programma wel een advies geven. Bij ieder menu geeft het programma een wijnsuggestie. Hiervoor is een uitgebrei-

met de zonnecellen opnemen. De laadstroom wordt daardoor beperkt. Door overdag d e zaklantaarn o p een plek o p te bergen waar voldoende licht is, kunnen de akku's bijtanken. Welke zonnecellen u moet kopen is wat moeilijk te zeggen. Het a a n b o d is groot, net als het prijsverschil. Hierdoor is het voor ons onmogelijk om een bij uw beurs passende zonnecel voor te schrijven.

de wijnkaart ingebouwd met ruim 100 internationale wijnen. Het gebruik is uiterst eenvoudig gehouden. Het programma geeft d e gebruiker steeds een aantal keuzemogelijkheden. Met behulp van dit vraag- en antwoordspel kan men zijn eigen menu samenstellen. Door d e duizenden kombinaties die er zijn, zal de gebruiker niet snel in herhalingen vervallen. Het programma is leverbaar voor vrijwel elk computersysteem en er wordt een uitgebreide nederlandstalige handleiding meegeleverd. Alle recepten kunnen o p een printer worden afgedrukt en tevens kunnen me.nu kaarten worden afgedrukt. Horn Soft BV Herengracht 250 Amsterdam (X281 M) elex — 9-45

kursus wisselstroom In het vorige deel hebben we een astabiele multivibrator (AMV) laten zien met twee LED's. Één van de twee LED's kan vervangen worden door een weerstand. We krijgen d a n de schakeling die in figuur 1.11 is weergegeven. De weerstanden en kondensatoren zijn zo gedimensioneerd dat d e LED regelmatig kort oplicht.

1-11

ff H€) C1.C2 M a n t a a l e l k o

Ringschakeling De AMV-schakeling bestaat uit twee timer-schakelingen die achter elkaar gezet zijn. Meer d a n twee is ook mogelijk. In figuur 1.13 zijn drie timer-schakelingen gebruikt. We krijgen d a n een ringschakeling. De werking hiervan komt overeen met de AMV, maar bij deze schakeling zullen van d e drie lampjes er telkens twee branden. Ringschakelingen worden niet zo vaak toegepast, omdat ze niet altijd even betrouwbaar zijn. Het is namelijk mogelijk dat de schakeling stil blijft staan. Alle lampjes g a a n dan branden. Door de basis van één van de transistoren met d e min te verbinden kan d e ringschakeling weer gestart worden.

1-13

J

84931-2-13

We kunnen deze schakeling gebruiken om er een knipperend sieraad mee te maken, bijvoorbeeld een broche of een dasspeld. In een goedkope broche kan d e LED gemonteerd worden en via twee dunne draadjes verbinden we het sieraad met de schakeling. Zij die zelf als goudsmid a a n de g a n g willen, kunnen heel wat kanten op. Door g o e d gebruik te maken van de vorm van de onderdelen kan een fraai kunstwerk ontstaan. De astabiele multivibrator kan gevoed worden uit een 3-V-batterij of uit 2 penlight-batterijen. Het stroomverbruik is ongeveer 3 mA, zodat de schakeling behoorlijk lang zal werken zonder dat we nieuwe batterijen hoeven a a n te schaffen. Eventueel kunnen ook twee knoopcellen gebruikt worden voor het voeden van de schakeling. Van de speld van de broche kan een schakelaar gemaakt worden. In de hobby-zaken zijn speciale spelden te koop die volgens figuur 1.12 op een stukje kunststof gelijmd moeten worden. Ook is het mogelijk om zelf een sluiting/schakelaar te maken, door een doorgeknipte veiligheidsspeld o p een stukje printplaat te solderen.

Hll- 1 ® '6V IOOO »

16 v

'

v y

BC547B 34931 2.15 86661-1-13

Samenvatting Bij timer schakelingen wordt de vertragingstijd verkregen door gebruik te maken van de laadtijd van een kondensator. De vertragingstijd hangt af van d e waarde van de kondensator en d e waarde van d e weerstand die de laadstroom begrenst. Bij lage waarden is de vertragingstijd korter omdat d a n de kondensator sneller geladen is. Een astabiele multivibrator bestaat uit twee timerschakelingen die elkaar aktiveren (triggeren).

hoofdstuk 2 Wisselspanning Laten we nog eens terug g a a n naar de multivibrator met LED's (figuur 2.1, dat is figuur 8 in hoofdstuk 1). De

2-1

84931 210

9-46 - elex

86663-2-1

spanning op de koliektor van T2 wisselt telkens tussen 0 V en 4,5 V. Wanneer een langzaam knipperritme ingesteld wordt, is het mogelijk om met een voltmeter de spanning op de koliektor te volgen (figuur 2.1).

2-2

spanning. ü* 4,5 V

o

r\

f -r f

2«

3S

koppelen. Deze schakeling heeft zelf geen LED's of lampjes; maar met deze testgenerator kunnen we wel LED's sturen. Het is d e bedoeling om d e uitgangsspanning van de generator te g a a n bekijken. De spanning wordt ongeveer een keer per sekonde in- en uitgeschakeld.

2-6

tijd

+ 4,5 V

84931 3 2

m

v "k k

86661-2-2

Het verloop van de spanning in d e tijd is te zien in het tijdsdiagram in figuur 2.2. Op de horizontale as is de tijd weergegeven en o p de vertikale as d e spanning. De grafiek moeten we als volgt bekijken: Wanneer we de schakeling in werking zetten, zal de spanning o p de koliektor g a a n stijgen. Na ongeveer een halve sekonde is de spanning 4,5 V geworden. Eén sekonde na het inschakelen g a a t de spanning weer dalen. Na ongeveer 1,25 sekonde is de spanning op de koliektor weer 0 V. Twee sekonden na het inschakelen wordt het spanningsverloop herhaald Het verloop van d e spanning is waarschijnlijk niet zoals men zou verwachten. Wanneer we naar de LED's kijken, dan zouden we eerder d e blokspanning volgens figuur 2.3 verwachten. Door het laden en ontladen van de kondensator verdwijnen de steile flanken.

2"3

» ;t 4.5 V

-

8 is

2$

3$

H '1

Ub = 4,5 V

I I* I X'

t

t-2-6

B493T 3-6

Door twee experimenten zullen we zien dat het mogelijk is om een LED te laten branden wanneer de uitgangsspanning 4,5 V is, maar ook wanneer de uitgangsspanning 0 V is. Met behulp van soldeerpennen en aansluitbusjes sluiten we een LED a a n volgens figuur 2.6. Op de foto is te zien hoe de LED en de weerstand aangesloten kunnen worden. Wees voorzichtig met het solderen. Een te hoge temperatuur kan de LED beschadigen. Door d e aansluitdraden van de LED met een tang vast te houden, kunnen we er voor zorgen dat de temperatuur nooit te hoog wordt.

84931 3 3 86661? 3

In het volgende experiment g a a n we d e spanning uit figuur 2.2 verder onderzoeken. Hiervoor hebben we d e schakeling in figuur 2.4 nodig. De schakelaar die in de

2-4

+ 4.5 V

t- J T 0

••flrï

_ 86663X4

86661-2-4

komponentenopstelling is getekend m a g worden weg gelaten. Aan- en uitzetten kan door d e batterij los te

Wanneer we de spanning aansluiten, zal de LED g a a n knipperen. Met behulp van een voltmeter meten we de uitgangsspanning zoals aangegeven is in figuur 2.1. We zien d a n dat de LED brand wanneer de uitgangsspanning 0 V is. Hetzelfde doen we met d e schakeling in figuur 2.7. De LED zal dan branden wanneer de uitelex - 9-47

2-10

2-7

C3

1000 „ 15V

*m

~Ur

D1

4,5 v t

02

•

}l

—

84931-3-10

Ub - 4.5 V

A 86661-2-7

een kondensator in serie met de LED's schakelen (figuur 2.9). De twee LED's branden om beurten, net als in de schakeling in figuur 8 in hoofdstuk 1. Wat gebeurt er? Volgens het tijdsdiagram van figuur 2.2 stijgt de spanning op t = 0 naar 4,5 V. Door de spanning op de

84931-3-7

2-11 gangsspanning ongeveer 1,6 V bedraagt. Door de LED wordt de spanning begrensd op deze waarde. Bij de schakeling van figuur 2.7 zien we dus het omgekeerde van de schakeling in figuur 2.6. U zult zich nu mischien afvragen hoe dit kan. De verklaring is echter simpel. De schakeling wordt gevoed met 4,5 V. Deze spanning

84931 3 11

uitgang zal de elko geladen worden. De stroom li die bij het laden gaat lopen, vloeit door D1 omdat een LED een diode is (zie figuur 2.10). Na 1 sekonde wordt de uitgangsspanning 0 V. De uitgang is dan als het ware kortgesloten, waardoor de kondensator zich gaat ontladen. De ontlaadstroom lo is tegengesteld aan de laadstroom dus zal er tijdens het ontladen van C3 stroom door D2 gaan lopen (zie figuur 2.11). Na twee sekonden herhaalt zich de hele procedure. De kondensator wordt geladen waarbij er stroom door D1 loopt etc.

2-8

Ub - 4.5 V

2-12 86661-2-8

u,

86663X8

'1.6V-

staat te allen tijde over R4 en T2. Wanneer de uitgangsspanning 0 V is, moet er dus over R4 4,5 V staan. Er kan namelijk geen spanning verdwijnen. Is de uitgangsspanning 4,5 V, dan moet de spanning over R4 nul volt zijn. Hierbij moeten we bedenken dat de uitgangsspanning gelijk is aan de spanning over T l De LED kan alleen branden wanneer er spanning over staat. Dit is in figuur 2.6 dus alleen het geval als de uitgangsspanning 0 V is.

2-9

f°

jHT

IS -1.6V —

2S B493V3-12 86661-2-12

Door een kondensator in serie met de uitgang te schakelen gaan dus twee antiparallel geschakelde LED's om beurten branden. Dit houdt in dat er een stroom gaat lopen die van tijd tot tijd van richting verandert. De polariteit van de spanning over de dioden moet dan ook telkens omkeren. In de doorlaatrichting staat er over de dioden ongeveer 1,6 V (bij een rode LED). In het tijdsdiagram wisselt de spanning dus tussen +1,6 V en —1,6 V (figuur 2.12). Door de kondensator is de uitgangsspanning van de testgenerator als het ware naar onderen verschoven. Een ideale blokvormige wisselspanning is weergegeven in figuur 2.13. Het zal u waarschijnlijk

2-13 u

+ t

B493J-3 13

Wanneer we twee LED's antiparallel aansluiten zoais in figuur 2.8, dan zal er slechts één LED gaan branden. (Antiparallel is parallel maar met tegengestelde polariteit.) Bij de schakeling van figuur 2.8 kan slechts één LED gaan branden, omdat de spanning aan de uitgang nooit negatief wordt. Dat verandert wanneer we 9-48 — elex

86661-2-13

wel opvallen dat het gedeelte boven de tijd-as even groot is als het gedeelte onder de tijd-as. Dit is een eigenschap van een zuivere wisselspanning.

KOMPONENTEN \ Komponenten Hier een lijst van de in Elex gebruikte onderdelen. Zoals in de rubriek "Elextra" al gezegd, wijken de symbolen soms af van de standaard-versies.

aarde

\

koptelefoon zenerdiode

luidspreker De schema's in Elex bevatten o.a. de volgende symbolen:

thyristor

gloeilampje

spoel

draad (geleider) neonlamp je

diac weerstand

verbindingen

spoel met kern

triac

potentiometer (potmeter)

transformator

kruising zonder verbinding

LED (lichtgevende diode)

afgeschermde kabel p"~»

instelpotmeter

schakelaar (open)

drukknop (open)

ir

i

relais (kontakt in ruststand) fotodiode (lichtgevoelige diode)

NPN-transistor operationele versterker (opamp) stereo potmeter

aansluiting (vast)

PNP-transistor

AND-poort (EN-poort)

aansluiting (losneembaar)

LDR

(lichtgevoelige weerstand) NAND-poort (N EN-poort)

meetpunt kondensator

batterij-cel

4

variabele kondensator

fototransistor (NPN) met en zonder basisaansluiting

N-kanaal J-FET

H3

OR-poort (OF-poort)

NOR-poort (NOF-poort)

elektrolytische kondensator

batterij (3 cellen) P-kanaal J-F ET

EXOR-poort (EXOF-poort)

zekering

diode draaispoelinstrument batterij (meer dan 3 cellen)

EXNOR-poort (EX-NOF-poort)

elex - 9-49